WO2015122303A1 - 光学ユニットおよび車両用灯具 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical unit, and more particularly to an optical unit used for a vehicular lamp.
- An optical unit including a rotating reflector that rotates in one direction around a rotation axis while reflecting light emitted from a light source is known (see Patent Document 1).
- the rotating reflector is provided with a plurality of blades provided in the circumferential direction of the rotating shaft, provided with a reflecting surface on which the reflected light forms a desired light distribution pattern. Since such an optical unit can form a desired light distribution pattern by rotating the rotating reflector in one direction, there is an advantage that the burden on the rotation driving unit of the reflector is small.
- the rotating reflector has the function of a cooling fan that promotes heat dissipation by generating convection of air near the heat dissipation portion of the light source by rotation of the blade.
- the airflow generated by the blade is in a direction parallel to the rotation axis of the rotary reflector, and most of the airflow does not hit the heat radiating portion, so that it cannot be said that a sufficient cooling effect is obtained.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for effectively cooling an optical unit in an optical unit including a rotating reflector.
- An optical unit is a light source and a rotary reflector that rotates about a rotation axis, and reflects a light emitted from the light source while rotating by a predetermined angle to form a desired light distribution pattern.
- a rotating reflector having a plurality of blades having a reflecting surface to be formed in a circumferential direction of the rotating shaft, a motor for driving the rotating reflector to rotate, and a fan attached to the rotating shaft.
- the cooling performance of the optical unit can be enhanced by providing a cooling fan in addition to the rotating reflector.
- the fan may be a blower fan. According to this, wind can be generated in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotary reflector by the blower fan.
- the fan may be attached to the side opposite to the reflecting surface of the rotating reflector. According to this, it is possible to generate wind without interfering with the light distribution pattern formed by the rotating reflector.
- a wind guide path for guiding the wind generated by the fan to the light source or the motor may be provided.
- the wind can be guided to the part where the heat generation amount is large by using the air guide path, and the cooling performance is improved.
- a plurality of fins may be provided on the surface opposite to the reflecting surface of the rotating reflector. According to this, the generated wind can be increased to further improve the cooling performance.
- the above optical unit may be mounted on a vehicle lamp.
- the fan may be rotated when the vehicle is idling or when the low beam is turned on in the vehicular lamp. In this way, it is possible to suppress a delay in the rise of the optical unit due to an increase in the moment of inertia caused by attaching the fan to the rotary reflector.
- the optical unit in an optical unit including a rotating reflector, the optical unit can be effectively cooled.
- FIG. 1 is a horizontal sectional view of a vehicle headlamp according to a first embodiment. It is the top view which showed typically the structure of the lamp unit containing the optical unit which concerns on 1st Embodiment. It is a side view at the time of seeing a lamp unit from the A direction shown in FIG. 4 (a) to 4 (e) are perspective views showing the state of the blade according to the rotation angle of the rotary reflector in the lamp unit according to the first embodiment. 4 (f) to 4 (j) are diagrams for explaining that the direction in which the light from the light source is reflected changes corresponding to the states of FIGS. 4 (a) to 4 (e). .
- FIG. 5 (a) to 5 (e) are diagrams showing projected images at the scanning position where the rotary reflector corresponds to the states of FIGS. 4 (f) to 4 (j).
- FIG. 6A is a diagram showing a light distribution pattern when a range of ⁇ 5 degrees to the left and right with respect to the optical axis is scanned using the vehicle headlamp according to the first embodiment.
- Is a diagram showing the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6A
- FIG. 6C is one place in the light distribution pattern using the vehicle headlamp according to the first embodiment.
- 6 (d) is a diagram showing the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (c)
- FIG. 6 (e) is the front view for a vehicle according to the first embodiment.
- FIG. 6 (f) is a diagram showing a light intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (e). It is a schematic perspective view of the vehicle lamp which concerns on 2nd Embodiment. It is a top view of the optical unit of FIG. It is a perspective view when the optical unit of FIG. 7 is observed from the vehicle rear side. It is a top view which shows the modification of an optical unit. It is a side perspective view of the assembly which consists of a rotary reflector and a fan concerning a modification.
- FIG. 12 is a top perspective view of the assembly of FIG. 11.
- FIG. 1 is a horizontal sectional view of a vehicle headlamp according to a first embodiment.
- the vehicle headlamp 10 is a right-hand headlamp mounted on the right side of the front end portion of the automobile, and has the same structure except that it is symmetrical to the headlamp mounted on the left side. Therefore, in the following, the right vehicle headlamp 10 will be described in detail, and the description of the left vehicle headlamp will be omitted.
- the vehicle headlamp 10 includes a lamp body 12 having a recess opening forward.
- the lamp body 12 has a front opening covered with a transparent front cover 14 to form a lamp chamber 16.
- the lamp chamber 16 functions as a space in which the two lamp units 18 and 20 are accommodated in a state of being arranged side by side in the vehicle width direction.
- the lamp unit 20 disposed on the outer side, that is, the upper side shown in FIG. 1 in the right vehicle headlamp 10 is a lamp unit having a lens so as to emit a variable high beam. It is configured.
- the lamp unit 18 disposed on the lower side shown in FIG. 1 is configured to emit a low beam.
- the low beam lamp unit 18 includes a reflector 22, a light source bulb (incandescent bulb) 24 supported by the reflector 22, and a shade (not shown).
- the reflector 22 is a known means (not shown) such as an aiming screw and a nut. Is supported so as to be tiltable with respect to the lamp body 12.
- the lamp unit 20 includes a rotating reflector 26, an LED 28, and a convex lens 30 as a projection lens disposed in front of the rotating reflector 26, as shown in FIG.
- a semiconductor light emitting element such as an EL element or an LD element may be used as a light source.
- a semiconductor laser a light source that excites a phosphor with a semiconductor laser, or a combination of these and an LED may be used as a light source.
- a light source that can be turned on and off accurately in a short time is preferable for the control for shielding a part of a light distribution pattern described later.
- the shape of the convex lens 30 may be appropriately selected according to the light distribution characteristics such as a required light distribution pattern and illuminance distribution, but an aspherical lens or a free-form surface lens is used. In the present embodiment, an aspheric lens is used as the convex lens 30.
- the rotary reflector 26 rotates in one direction around the rotation axis R by a drive source such as a motor (not shown).
- the rotating reflector 26 includes a reflecting surface configured to reflect the light emitted from the LED 28 while rotating to form a desired light distribution pattern.
- the rotary reflector 26 constitutes an optical unit.
- FIG. 2 is a top view schematically showing the configuration of the lamp unit 20 including the optical unit according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a side view when the lamp unit 20 is viewed from the direction A shown in FIG.
- Rotating reflector 26 is provided with three blades 26a having the same shape and functioning as a reflecting surface around cylindrical rotating portion 26b.
- a rotation axis R of the rotary reflector 26 is inclined with respect to the optical axis Ax, and is provided in a plane including the optical axis Ax and the LED 28.
- the rotation axis R is provided substantially parallel to the scanning plane of the light (irradiation beam) of the LED 28 that scans in the left-right direction by rotation.
- the scanning plane can be regarded as, for example, a fan-shaped plane formed by continuously connecting the light traces of the LEDs 28 as scanning light.
- the LED 28 provided is relatively small, and the position where the LED 28 is disposed is also between the rotating reflector 26 and the convex lens 30 and deviated from the optical axis Ax. . Therefore, as compared with the case where the light source, the reflector, and the lens are arranged in a line on the optical axis as in a conventional projector-type lamp unit, the depth direction of the vehicle headlamp 10 (vehicle longitudinal direction) Can be shortened.
- the shape of the blade 26 a of the rotary reflector 26 is configured such that the secondary light source of the LED 28 by reflection is formed near the focal point of the convex lens 30.
- the blade 26a has a shape twisted so that the angle formed by the optical axis Ax and the reflecting surface changes as it goes in the circumferential direction about the rotation axis. As a result, as shown in FIG. 2, scanning using the light of the LED 28 becomes possible. This point will be further described in detail.
- 4 (a) to 4 (e) are perspective views showing the state of the blade in accordance with the rotation angle of the rotary reflector 26 in the lamp unit according to the present embodiment.
- 4 (f) to 4 (j) are diagrams for explaining that the direction in which the light from the light source is reflected changes corresponding to the states of FIGS. 4 (a) to 4 (e). .
- FIG. 4A shows a state where the LED 28 is arranged so as to irradiate the boundary region between the two blades 26a1 and 26a2.
- the light of the LED 28 is reflected in a direction oblique to the optical axis Ax by the reflecting surface S of the blade 26a1.
- the rotary reflector 26 rotates and enters the state shown in FIG. 4B
- the blade 26a1 is twisted, so that the reflection surface S (reflection angle) of the blade 26a1 that reflects the light of the LED 28 changes.
- FIG. 4G shows the light from the LED 28 is reflected in a direction closer to the optical axis Ax than the reflection direction shown in FIG.
- the rotating reflector 26 rotates as shown in FIGS. 4C, 4D, and 4E
- the light reflection direction of the LED 28 is an area in front of the vehicle where the light distribution pattern is formed. Of these, it changes toward the other end of the left and right ends.
- the rotating reflector 26 according to the present embodiment is configured to be able to scan forward in one direction (horizontal direction) once by the light of the LED 28 by rotating 120 degrees. In other words, when one blade 26 a passes in front of the LED 28, a desired area in front of the vehicle is scanned once by the light of the LED 28.
- the secondary light source (light source virtual image) 31 moves to the left and right in the vicinity of the focal point of the convex lens 30.
- the number and shape of the blades 26a and the rotational speed of the rotary reflector 26 are appropriately set based on the results of experiments and simulations in consideration of the characteristics of the required light distribution pattern and the flicker of the scanned image.
- a motor is preferable as a drive part which can change a rotational speed according to various light distribution control. Thereby, the scanning timing can be changed easily.
- a motor capable of obtaining rotation timing information from the motor itself is preferable.
- a DC brushless motor is mentioned. When a DC brushless motor is used, rotation timing information can be obtained from the motor itself, so that devices such as an encoder can be omitted.
- FIGS. 5 (a) to 5 (e) are diagrams showing projected images at the scanning position where the rotary reflector corresponds to the states of FIGS. 4 (f) to 4 (j).
- the unit of the vertical axis and the horizontal axis in the figure is degree (°), and indicates the irradiation range and irradiation position.
- the projection image moves in the horizontal direction by the rotation of the rotary reflector 26.
- FIG. 6A is a diagram showing a light distribution pattern when a range of ⁇ 5 degrees to the left and right of the optical axis is scanned using the vehicle headlamp according to the present embodiment, and FIG. The figure which shows the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown to Fig.6 (a), FIG.6 (c) is the state which light-shielded one place among the light distribution patterns using the vehicle headlamp which concerns on this Embodiment.
- FIG. 6 (d) is a diagram showing the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (c), and FIG. 6 (e) is a diagram using the vehicle headlamp according to the present embodiment.
- FIG. 6 (f) is a diagram showing a light intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (e).
- the vehicular headlamp 10 reflects the light of the LED 28 with a rotating reflector 26 and scans the front with the reflected light to form a substantially rectangular shape.
- a high-beam light distribution pattern can be formed.
- a desired light distribution pattern can be formed by rotating the rotating reflector 26 in one direction, there is no need for driving by a special mechanism such as a resonant mirror, and the reflecting surface of the reflecting mirror is not required.
- the rotating reflector 26 according to the present embodiment has substantially the same diameter as the convex lens 30, and the area of the blade 26a can be increased accordingly.
- the vehicle headlamp 10 including the optical unit according to the present embodiment synchronizes the turn-on / off timing of the LED 28 and the change in the luminous intensity with the rotation of the rotary reflector 26, so that FIG. As shown in FIG. 6E, a high beam light distribution pattern in which an arbitrary region is shielded can be formed. Further, when the luminous intensity of the LED 28 is changed (turned on and off) in synchronization with the rotation of the rotary reflector 26 to form a high-beam distribution pattern, the distribution pattern itself is swiveled by shifting the phase of the luminous intensity change. Control is also possible.
- the vehicle headlamp according to the present embodiment forms a light distribution pattern by scanning the light of the LED, and controls a change in the light emission intensity so as to be a part of the light distribution pattern.
- a light shielding portion can be arbitrarily formed. Therefore, as compared with the case where a part of the plurality of LEDs is turned off and the light shielding portion is formed, a desired area can be shielded with high accuracy by a small number of LEDs.
- the vehicle headlamp 10 can form a plurality of light shielding portions, even if there are a plurality of vehicles ahead, it is possible to shield a region corresponding to each vehicle. Become.
- the vehicle headlamp 10 can perform light shielding control without moving the basic light distribution pattern, it is possible to reduce the uncomfortable feeling given to the driver during the light shielding control. Moreover, since the light distribution pattern can be swiveled without moving the lamp unit 20, the mechanism of the lamp unit 20 can be simplified. For this reason, the vehicle headlamp 10 only needs to have a motor necessary for the rotation of the rotary reflector 26 as a drive unit for variable light distribution control, which simplifies the configuration, reduces costs, and reduces the size. It is illustrated.
- FIG. 7 is a schematic perspective view of the vehicular lamp 100 according to the second embodiment when viewed from the upper left. Similar to the first embodiment, the vehicular lamp 100 is a right headlamp mounted on the right side of the front end portion of the automobile.
- the vehicular lamp 100 includes a lamp body 102 whose front opening is covered with a transparent front cover (not shown) to form a lamp chamber.
- a transparent front cover (not shown) to form a lamp chamber.
- two lamp units 118 and 120 are arranged side by side in the vehicle width direction.
- the lamp unit 118 arranged on the outer side in the vehicle width direction (left side in FIG. 7) is for forming a low beam composed of a light source, a reflector having a reflecting surface that reflects light emitted from the light source, and a projection lens. It is a lamp unit. Such a lamp unit is well known and will not be described in detail.
- the optical unit 120 disposed on the inner side in the vehicle width direction is a lamp unit including the rotating reflector 140 similar to the lamp unit 20 described in the first embodiment.
- the vehicle lamp 100 may be provided with other types of lamp units in addition to the lamp units 118 and 120.
- FIG. 8 is a top view of the optical unit 120 of FIG. 7, and FIG. 9 is a perspective view of the optical unit 120 observed from the vehicle rear side.
- the optical unit 120 includes a rotating reflector 140, an LED 112 as a light source, and a convex lens 130 as a projection lens disposed in front of the rotating reflector 26.
- a semiconductor light emitting element such as an EL element or an LD element may be used as a light source.
- a semiconductor laser, a light source that excites a phosphor with a semiconductor laser, or a combination of these and an LED may be used as a light source.
- a heat sink 114 for promoting heat dissipation of the LED is disposed behind the LED 112.
- the shape of the convex lens 130 may be appropriately selected according to the light distribution characteristics such as a required light distribution pattern and illuminance distribution, but an aspherical lens or a free-form surface lens is used. In the present embodiment, a part of the convex lens 130 is cut away so that the rotating reflector can be observed from the front side of the vehicle (see FIG. 7).
- Rotating reflector 140 rotates in one direction around the rotation axis by a driving source such as a motor (not shown).
- the rotating reflector 140 includes a plurality of blades 142 having a reflecting surface that reflects light emitted from the LED 112 while rotating by a predetermined angle to form a desired light distribution pattern in the circumferential direction of the cylindrical rotating portion 144 (see FIG. 2 in this embodiment).
- the shapes of these blades 142 are configured such that a secondary light source by reflection is formed in the vicinity of the focal point of the convex lens 130, similarly to the blade 26a of the rotary reflector 26 of the first embodiment.
- the blade 142 has a twisted shape so that the angle formed by the optical axis and the reflecting surface changes as it goes in the circumferential direction around the rotation axis.
- the optical unit 120 reflects the light of the LED 112 by the rotating reflector 140 and scans the front with the reflected light, thereby forming a substantially rectangular high-beam light distribution pattern. be able to.
- an LED 28 is disposed in front of the rotary reflector 26, and the rotary reflector is also used as a cooling fan for sending air toward the LED 28.
- the wind is generated in the direction parallel to the rotation axis of the rotary reflector due to the shape of the blade of the rotary reflector, most of the wind does not hit the LED, and sufficient cooling cannot be expected.
- the cooling fan 150 is provided on the side opposite to the reflecting surface of the blade 142 of the rotary reflector 140.
- the cooling fan 150 is attached to the rotary shaft of the rotary reflector, and is driven together with the rotary reflector 140 by the motor (not shown). Since the cooling fan 150 is provided on the side opposite to the reflection surface of the blade, there is no influence on the light distribution pattern formed by the rotating reflector.
- the cooling fan 150 is a so-called blower fan in which a multiblade blade 156 is rotatably accommodated in a cylindrical casing 158.
- the multiblade blade 156 shares the rotating shaft with the rotating reflector 140.
- the cooling fan 150 is configured to take in air from the suction port 152 formed at the bottom of the housing 158 and blow out the air compressed by the rotation of the blades 156 from the air outlet 154 formed on the side surface of the housing 158.
- a blower fan as the cooling fan, it is possible to generate wind in a direction orthogonal to the rotation axis of the rotary reflector.
- the rotational speed and rotational speed of the rotary reflector are not affected. Further, by arranging the suction port 152 on the side opposite to the rotating reflector 140, air can be taken in without being affected by the rotating reflector.
- cooling fan 150 may be created separately from the rotating reflector 140 and removably assembled, or the rotating reflector 140 and the cooling fan 150 may be integrally configured to reduce the number of parts.
- the air outlet 154 of the cooling fan 150 is directed toward the bottom surface of the heat sink 114 of the LED 112. Therefore, since most of the air blown from the cooling fan hits the bottom surface of the heat sink, the cooling efficiency of the LED can be increased.
- FIG. 10 is a top view showing a modification of the optical unit 120.
- a tubular air guide path 160 is connected to the air outlet 154 of the cooling fan 150.
- the air guide path 160 extends from the air outlet 154 and then bends in a J shape, and has an opening 162 at the top of the LED heat sink 114.
- the cooling efficiency of the LED by the heat sink can be further increased by using the air guide path so that the air generated by the cooling fan is directly applied to the heat sink from the top of the heat sink.
- the air guide path 160 may be configured to apply wind toward another heat generation source.
- the air guide path 160 may be configured such that the opening 162 is positioned toward the motor that drives the rotary reflector and the fan, or the opening is positioned toward the heat sink of the LED of the adjacent lamp unit 118.
- You may comprise an air guide path so that.
- the air guide path may be designed so that convection occurs over substantially the entire lamp chamber of the vehicular lamp 100. In particular, in the latter case, the effect of removing the fogging of the front cover of the vehicular lamp can be expected.
- the air guide path may be branched into a plurality of pipes along the way, and the wind may be directed toward different heat sources.
- FIG. 11 is a side perspective view of an assembly 300 in which a rotating reflector 240 according to a modification of the present embodiment and the above-described cooling fan 150 are combined.
- This assembly 300 can be replaced with the assembly comprising the rotating reflector 140 and the cooling fan 150 of FIG. 12 is a top perspective view of the assembly 300 of FIG. Note that FIG. 12 is drawn so that the lower structure can be seen through the rotary reflector 240.
- a plurality of fins 244 are provided on the surface opposite to the reflecting surface of the blade 242.
- the fin 244 is erected substantially perpendicular to the surface of the blade 242.
- Six fins 244 are provided for each blade 242, but other numbers may be used. The angles formed by adjacent fins 244 may be equal or not.
- the fin Since the fin is provided on the surface opposite to the reflecting surface of the rotating reflector, the light distribution pattern formed by the reflecting surface is not affected. Moreover, there is no possibility that dirt is attached to the reflecting surface due to the turbulent flow generated by the fins.
- the plurality of fins 242 cause further wind in addition to the wind generated by the cooling fan 150 when the rotary reflector 240 is rotated, thereby increasing convection in the vehicular lamp. Therefore, the cooling efficiency of the heat source in the vehicular lamp is further increased, and the front cover is also defrosted.
- the moment of inertia of the assembly including the rotary reflector and the cooling fan is larger than that in the case of the rotary reflector alone. Therefore, when the optical unit 120 is driven to turn on the high beam, the time required for the rotating reflector to reach a predetermined number of rotations becomes longer than that in the case of the rotating reflector alone. This is recognized by the driver as a phenomenon in which flickering appears at the beginning of lighting of the high beam.
- the rotational speed at this time may be a predetermined rotational speed when the high beam is turned on, or may be a lower rotational speed.
- the present invention has been described with reference to the above-described embodiments.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or replaced. Those are also included in the present invention. Further, it is possible to appropriately change the combination and processing order in each embodiment based on the knowledge of those skilled in the art and to add various modifications such as various design changes to each embodiment. Embodiments to which is added can also be included in the scope of the present invention.
- the lamp unit is applied to a vehicular lamp.
- the application is not necessarily limited to this field.
- the present invention may be applied to a lighting apparatus in a stage or entertainment facility where lighting is performed by switching various light distribution patterns.
- lighting fixtures in such fields require a large drive mechanism for changing the illumination direction.
- the rotating reflector and the light source are turned on and off. Since various light distribution patterns can be formed, a large-scale driving mechanism is unnecessary, and the size can be reduced.
- the optical unit in an optical unit including a rotating reflector, the optical unit can be effectively cooled.
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Abstract
光学ユニット120は、光源112と、回転軸を中心に回転する回転リフレクタ140と、を備える。回転リフレクタ140は、所定の角度だけ回転する間に光源から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有する複数のブレード142を回転軸の周方向に有している。光学ユニット120は、回転リフレクタ140の回転軸に取り付けられたファン150をさらに備える。
Description
本発明は光学ユニットに関し、特に車両用灯具に用いられる光学ユニットに関する。
光源から出射した光を反射しながら回転軸を中心に一方向に回転する回転リフレクタを備える光学ユニットが知られている(特許文献1参照)。回転リフレクタには、反射した光が所望の配光パターンを形成する反射面が設けられたブレードが、回転軸の周方向に複数設けられている。このような光学ユニットは、回転リフレクタの一方向の回転により所望の配光パターンを形成することができるため、リフレクタの回転駆動部の負担が少ないという利点がある。
特許文献1に記載の光学ユニットでは、ブレードの回転により光源の放熱部の近くで空気の対流を生じさせて放熱を促進する冷却ファンの機能を回転リフレクタに持たせている。しかしながら、ブレードにより生じる気流は回転リフレクタの回転軸と平行な方向となり、その大半が放熱部には当たらず、十分な冷却効果が得られるとは言えない。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転リフレクタを備える光学ユニットにおいて、光学ユニットを効果的に冷却する技術を提供することにある。
本発明のある態様の光学ユニットは、光源と、回転軸を中心に回転する回転リフレクタであって、所定の角度だけ回転する間に前記光源から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有する複数のブレードを回転軸の周方向に有している、回転リフレクタと、前記回転リフレクタを回転駆動するモータと、前記回転軸に取り付けられたファンと、を備える。
この態様によると、回転リフレクタとは別に冷却用のファンを設けることで、光学ユニットの冷却性能を高めることができる。
前記ファンがブロアファンであってもよい。これによると、ブロアファンによって回転リフレクタの回転軸と直交する方向に風を発生させることができる。
前記ファンは、前記回転リフレクタの反射面と反対の側に取り付けられてもよい。これによると、回転リフレクタにより形成される配光パターンを妨げることなく、風を発生させることができる。
前記ファンによって発生した風を前記光源または前記モータに導く導風路が設けられてもよい。導風路を用いて発熱量が多い部位に風を導くことができ、冷却性能が向上する。
前記回転リフレクタの反射面とは反対側の面に複数のフィンが設けられてもよい。これによると、発生する風を増やしてさらに冷却性能を高めることができる。
上記の光学ユニットを、車両用灯具に搭載してもよい。この場合、車両のアイドリング時、または前記車両用灯具においてロービームを点灯したときから前記ファンを回転させてもよい。こうすると、ファンを回転リフレクタに取り付けたことによる慣性モーメントの増加に起因する光学ユニットの立ち上がりの遅れを抑制することができる。
本発明によれば、回転リフレクタを備える光学ユニットにおいて、光学ユニットを効果的に冷却することができる。
以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。車両用前照灯10は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯であり、左側に搭載される前照灯と左右対称である以外は同じ構造である。そのため、以下では、右側の車両用前照灯10について詳述し、左側の車両用前照灯については説明を省略する。
図1は、第1の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。車両用前照灯10は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯であり、左側に搭載される前照灯と左右対称である以外は同じ構造である。そのため、以下では、右側の車両用前照灯10について詳述し、左側の車両用前照灯については説明を省略する。
図1に示すように、車両用前照灯10は、前方に向かって開口した凹部を有するランプボディ12を備えている。ランプボディ12は、その前面開口が透明な前面カバー14によって覆われて灯室16が形成されている。灯室16は、2つのランプユニット18、20が車幅方向に並んで配置された状態で収容される空間として機能する。
これらランプユニットのうち外側、すなわち、右側の車両用前照灯10にあっては図1に示す上側に配置されたランプユニット20は、レンズを備えたランプユニットであり、可変ハイビームを照射するように構成されている。一方、これらランプユニットのうち内側、すなわち、右側の車両用前照灯10にあっては図1に示す下側に配置されたランプユニット18は、ロービームを照射するように構成されている。
ロービーム用のランプユニット18は、リフレクタ22とリフレクタ22に支持された光源バルブ(白熱バルブ)24と、不図示のシェードとを有し、リフレクタ22は図示しない既知の手段、例えば、エイミングスクリューとナットを使用した手段によりランプボディ12に対して傾動自在に支持されている。
ランプユニット20は、図1に示すように、回転リフレクタ26と、LED28と、回転リフレクタ26の前方に配置された投影レンズとしての凸レンズ30と、を備える。なお、LED28の代わりにEL素子やLD素子などの半導体発光素子を光源として用いてもよい。また、LED28の代わりに、半導体レーザや、半導体レーザで蛍光体を励起発光する光源を用いてもよいし、これらとLEDの組合せを光源として用いてもよい。特に後述する配光パターンの一部を遮光するための制御には、点消灯が短時間に精度よく行える光源が好ましい。凸レンズ30の形状は、要求される配光パターンや照度分布などの配光特性に応じて適宜選択すればよいが、非球面レンズや自由曲面レンズが用いられる。本実施の形態では、凸レンズ30として非球面レンズを用いている。
回転リフレクタ26は、不図示のモータなどの駆動源により回転軸Rを中心に一方向に回転する。また、回転リフレクタ26は、LED28から出射した光を回転しながら反射し、所望の配光パターンを形成するように構成された反射面を備えている。実施の形態では、回転リフレクタ26が光学ユニットを構成している。
図2は、本実施の形態に係る光学ユニットを含むランプユニット20の構成を模式的に示した上面図である。図3は、図1に示すA方向からランプユニット20を見た場合の側面図である。
回転リフレクタ26は、反射面として機能する、形状の同じ3枚のブレード26aが筒状の回転部26bの周囲に設けられている。回転リフレクタ26の回転軸Rは、光軸Axに対して斜めになっており、光軸AxとLED28とを含む平面内に設けられている。換言すると、回転軸Rは、回転によって左右方向に走査するLED28の光(照射ビーム)の走査平面に略平行に設けられている。これにより、光学ユニットの薄型化が図られる。ここで、走査平面とは、例えば、走査光であるLED28の光の軌跡を連続的につなげることで形成される扇形の平面ととらえることができる。また、本実施の形態に係るランプユニット20においては、備えているLED28は比較的小さく、LED28が配置されている位置も回転リフレクタ26と凸レンズ30との間であって光軸Axよりずれている。そのため、従来のプロジェクタ方式のランプユニットのように、光源とリフレクタとレンズとが光軸上に一列に配列されている場合と比較して、車両用前照灯10の奥行き方向(車両前後方向)を短くできる。
また、回転リフレクタ26のブレード26aの形状は、反射によるLED28の2次光源が凸レンズ30の焦点付近に形成されるように構成されている。また、ブレード26aは、回転軸を中心とする周方向に向かうにつれて光軸Axと反射面とがなす角が変化するように捩られた形状を有している。これにより、図2に示すようにLED28の光を用いた走査が可能となる。この点についてさらに詳述する。
図4(a)~図4(e)は、本実施の形態に係るランプユニットにおいて回転リフレクタ26の回転角に応じたブレードの様子を示す斜視図である。図4(f)~図4(j)は、図4(a)~図4(e)の状態に対応して光源からの光を反射する方向が変化する点を説明するための図である。
図4(a)は、LED28が2つのブレード26a1、26a2の境界領域を照射するように配置されている状態を示している。この状態では、図4(f)に示すように、LED28の光は、ブレード26a1の反射面Sで光軸Axに対して斜めの方向に反射される。その結果、配光パターンが形成される車両前方の領域のうち、左右両端部の一方の端部領域が照射される。その後、回転リフレクタ26が回転し、図4(b)に示す状態になると、ブレード26a1が捩れているため、LED28の光を反射するブレード26a1の反射面S(反射角)が変化する。その結果、図4(g)に示すように、LED28の光は、図4(f)に示す反射方向よりも光軸Axに近い方向に反射される。
続いて、回転リフレクタ26が図4(c)、図4(d)、図4(e)に示すように回転すると、LED28の光の反射方向は、配光パターンが形成される車両前方の領域のうち、左右両端部の他方の端部に向かって変化することになる。本実施の形態に係る回転リフレクタ26は、120度回転することで、LED28の光によって前方を一方向(水平方向)に1回走査できるように構成されている。換言すると、1枚のブレード26aがLED28の前を通過することで、車両前方の所望の領域がLED28の光によって1回走査されることになる。なお、図4(f)~図4(j)に示すように、2次光源(光源虚像)31は、凸レンズ30の焦点近傍で左右に移動している。ブレード26aの数や形状、回転リフレクタ26の回転速度は、必要とされる配光パターンの特性や走査される像のちらつきを考慮して実験やシミュレーションの結果に基づいて適宜設定される。また、種々の配光制御に応じて回転速度を変えられる駆動部としてモータが好ましい。これにより、走査するタイミングを簡便に変えることができる。このようなモータとしては、モータ自身から回転タイミング情報を得られるものが好ましい。具体的には、DCブラシレスモータが挙げられる。DCブラシレスモータを用いた場合、モータ自身から回転タイミング情報を得られるため、エンコーダなどの機器を省略することができる。
このように、本実施の形態に係る回転リフレクタ26は、ブレード26aの形状や回転速度を工夫することで、LED28の光を用いて車両前方を左右方向に走査することができる。図5(a)~図5(e)は、回転リフレクタが図4(f)~図4(j)の状態に対応した走査位置における投影イメージを示した図である。図の縦軸および横軸の単位は度(°)であり、照射範囲および照射位置を示している。図5(a)~図5(e)に示すように、回転リフレクタ26の回転によって投影イメージは水平方向に移動する。
図6(a)は、本実施の形態に係る車両用前照灯を用いて光軸に対して左右±5度の範囲を走査した場合の配光パターンを示す図、図6(b)は、図6(a)に示す配光パターンの光度分布を示す図、図6(c)は、本実施の形態に係る車両用前照灯を用いて配光パターンのうち一箇所を遮光した状態を示す図、図6(d)は、図6(c)に示す配光パターンの光度分布を示す図、図6(e)は、本実施の形態に係る車両用前照灯を用いて配光パターンのうち複数箇所を遮光した状態を示す図、図6(f)は、図6(e)に示す配光パターンの光度分布を示す図である。
図6(a)に示すように、本実施の形態に係る車両用前照灯10は、LED28の光を回転リフレクタ26で反射させ、反射した光で前方を走査することで実質的に矩形のハイビーム用配光パターンを形成することができる。このように、回転リフレクタ26の一方向の回転により所望の配光パターンを形成することができるため、共振ミラーのような特殊な機構による駆動が必要なく、また、共振ミラーのように反射面の大きさに対する制約が少ない。そのため、より大きな反射面を有する回転リフレクタ26を選択することで、光源から出射した光を照明に効率よく利用することができる。つまり、配光パターンにおける最大光度を高めることができる。なお、本実施の形態に係る回転リフレクタ26は、凸レンズ30の直径とほぼ同じ直径であり、ブレード26aの面積もそれに応じて大きくすることが可能である。
また、本実施の形態に係る光学ユニットを備えた車両用前照灯10は、LED28の点消灯のタイミングや発光度の変化を回転リフレクタ26の回転と同期させることで、図6(c)、図6(e)に示すように任意の領域が遮光されたハイビーム用配光パターンを形成することができる。また、回転リフレクタ26の回転に同期させてLED28の発光光度を変化(点消灯)させてハイビーム用配光パターンを形成する場合、光度変化の位相をずらすことで配光パターン自体をスイブルするような制御も可能である。
上述のように、本実施の形態に係る車両用前照灯は、LEDの光を走査することで配光パターンを形成するとともに、発光光度の変化を制御することで配光パターンの一部に任意に遮光部を形成することができる。そのため、複数のLEDの一部を消灯して遮光部を形成する場合と比較して、少ない数のLEDで所望の領域を精度よく遮光することができる。また、車両用前照灯10は、複数の遮光部を形成することができるため、前方に複数の車両が存在する場合であっても、個々の車両に対応する領域を遮光することが可能となる。
また、車両用前照灯10は、基本となる配光パターンを動かさずに遮光制御することが可能なため、遮光制御時にドライバに与える違和感を低減できる。また、ランプユニット20を動かさずに配光パターンをスイブルすることができるため、ランプユニット20の機構を簡略化することができる。そのため、車両用前照灯10は、配光可変制御のための駆動部としては回転リフレクタ26の回転に必要なモータを有していればよく、構成の簡略化と低コスト化、小型化が図られている。
(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態に係る車両用灯具100を左上方から見たときの概略斜視図である。第1の実施の形態と同様に、車両用灯具100は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯である。
図7は、第2の実施の形態に係る車両用灯具100を左上方から見たときの概略斜視図である。第1の実施の形態と同様に、車両用灯具100は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯である。
車両用灯具100は、その前面開口が透明な前面カバー(図示せず)によって覆われて灯室を形成するランプボディ102を備えている。ランプボディ102には、2つのランプユニット118、120が車幅方向に並んで配置される。
車幅方向の外側(図7では左側)に配置されるランプユニット118は、光源と、光源から発せられた光を反射する反射面を有するリフレクタと、投影レンズとで構成されるロービーム形成用のランプユニットである。このようなランプユニットは周知であるので、詳細な説明は省略する。
車幅方向の内側(図7では右側)に配置される光学ユニット120は、第1の実施の形態で説明したランプユニット20と同様の、回転リフレクタ140を備えるランプユニットである。
なお、車両用灯具100には、ランプユニット118、120に加えて、他のタイプのランプユニットが設けられていてもよい。
図8は、図7の光学ユニット120の上面図であり、図9は、光学ユニット120を車両後方側から観察したときの斜視図である。光学ユニット120は、回転リフレクタ140と、光源であるLED112と、回転リフレクタ26の前方に配置された投影レンズとしての凸レンズ130と、を備える。なお、LED112の代わりにEL素子やLD素子などの半導体発光素子を光源として用いてもよい。また、半導体レーザや、半導体レーザで蛍光体を励起発光する光源を用いてもよいし、これらとLEDの組合せを光源として用いてもよい。
図8および図9に示すように、LED112の背後には、LEDの放熱を促進するためのヒートシンク114が配設されている。
凸レンズ130の形状は、要求される配光パターンや照度分布などの配光特性に応じて適宜選択すればよいが、非球面レンズや自由曲面レンズが用いられる。本実施形態では、凸レンズ130の一部が切り欠かれており、車両前方側から回転リフレクタを観察できるようになっている(図7を参照)。
回転リフレクタ140は、図示しないモータなどの駆動源により回転軸を中心に一方向に回転する。回転リフレクタ140は、所定の角度だけ回転する間にLED112から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有するブレード142を、筒状の回転部144の周方向に複数(本実施形態では2枚)有している。これらのブレード142の形状は、第1の実施の形態の回転リフレクタ26のブレード26aと同様に、反射による2次光源が凸レンズ130の焦点付近に形成されるように構成されている。また、ブレード142は、回転軸を中心とする周方向に向かうにつれて光軸と反射面とがなす角が変化するように捩られた形状を有している。
光学ユニット120は、図6を参照して説明したように、LED112の光を回転リフレクタ140で反射させ、反射した光で前方を走査することで実質的に矩形のハイビーム用配光パターンを形成することができる。
第1の実施の形態で説明した回転リフレクタ26では、その前方にLED28が配置されており、回転リフレクタはLED28に向かって風を送る冷却ファンとしても使用されている。しかしながら、回転リフレクタのブレードの形状から、回転リフレクタの回転軸と平行な方向に風が発生するので、その大半はLEDに当たることはなく十分な冷却は期待できない。
そこで、本実施の形態では、回転リフレクタ140のブレード142の反射面とは反対側に、冷却ファン150が設けられている。冷却ファン150は、回転リフレクタの回転軸に取り付けられ、上述した図示しないモータによって回転リフレクタ140とともに駆動される。冷却ファン150はブレードの反射面とは反対側に設けられているので、回転リフレクタの形成する配光パターンには何ら影響がない。
冷却ファン150は、円筒形の筐体158の内部に多翼羽根156が回転可能に収容されている、いわゆるブロアファンである。多翼羽根156は、回転リフレクタ140と回転軸を共有している。冷却ファン150は、筐体158の底部に形成された吸込口152から空気を取り込み、羽根156の回転により圧縮された空気を、筐体158の側面に形成された吹出口154から吹き出すように構成されている。冷却ファンとしてブロアファンを採用することで、回転リフレクタの回転軸に対して直交する方向に風を発生させることができる。冷却ファン150の発生する風が回転リフレクタ140に直接当たらないため、回転リフレクタの回転数や回転速度に影響を及ぼすことはない。また、吸込口152を回転リフレクタ140とは反対の側に配置することで、回転リフレクタの影響を受けずに空気を取り込むことができる。
なお、冷却ファン150は、回転リフレクタ140と別々に作成され取り外し可能に組み付けられてもよいし、回転リフレクタ140と冷却ファン150とを一体的に構成して部品点数を削減してもよい。
図9から分かるように、冷却ファン150の吹出口154は、LED112のヒートシンク114の底面の方に向けられている。そのため、冷却ファンからの送風の大部分がヒートシンクの底面に当たるため、LEDの冷却効率を高めることができる。
図10は、光学ユニット120の変形例を示す上面図である。この光学ユニットでは、冷却ファン150の吹出口154に管状の導風路160が接続されている。導風路160は吹出口154から延び出した後J字形に屈曲し、LEDのヒートシンク114の上部に開口部162を有している。このように、導風路を使用して、冷却ファンが発生する風をヒートシンクの上部からヒートシンクに直接当てるようにすることで、ヒートシンクによるLEDの冷却効率をさらに高めることができる。
なお、導風路160は、他の発熱源に向けて風を当てるように構成されてもよい。例えば、回転リフレクタとファンとを駆動するモータに向けて開口部162が位置するように導風路160を構成してもよいし、隣接するランプユニット118のLEDのヒートシンクに向けて開口部が位置するように導風路を構成してもよい。あるいは、車両用灯具100の灯室のほぼ全体にわたり対流が起こるように、導風路を設計してもよい。特に、後者の場合、車両用灯具の前面カバーの曇りをとる効果が期待できる。導風路が途中で複数の管に分岐して、それぞれ別の発熱源に向けて風を当てるように構成してもよい。
図11は、本実施形態の変形例に係る回転リフレクタ240と上述の冷却ファン150とを組み合わせたアセンブリ300の側面斜視図である。このアセンブリ300は、図7の回転リフレクタ140および冷却ファン150からなるアセンブリと置き換えることができる。図12は、図11のアセンブリ300の上面斜視図である。なお、図12は、回転リフレクタ240を透過して下部の構造が分かるように描かれている。
図11および12から分かるように、回転リフレクタ240では、ブレード242の反射面とは反対側の面に、複数のフィン244が設けられている。フィン244は、ブレード242の面に対してほぼ垂直に立設されている。フィン244は、各ブレード242に6つずつ設けられているが、他の数であってもよい。隣合うフィン244同士がなす角度は等角であっても等角でなくてもよい。
回転リフレクタの反射面とは反対側の面にフィンが設けられているので、反射面が形成する配光パターンに影響を与えることはない。また、フィンにより生じる乱流によって、反射面に汚れが付着するおそれもない。
複数のフィン242によって、回転リフレクタ240の回転時に、冷却ファン150により発生する風に加えてさらに風が起こり、車両用灯具内での対流が大きくなる。したがって、車両用灯具内の発熱源の冷却効率がさらに高まるうえ、前面カバーの曇り取りにも役立つ。
上記のように、回転リフレクタと冷却ファンとは回転軸を共有しているので、回転リフレクタと冷却ファンからなるアセンブリの慣性モーメントは、回転リフレクタ単体の場合よりも大きくなる。そのため、ハイビームを点灯するため光学ユニット120を駆動するときに、回転リフレクタが所定の回転数まで到達するのにかかる時間が、回転リフレクタ単体の場合よりも大きくなってしまう。これは、ハイビームの点灯初期にちらつきが表れる現象として運転者に認識される。
そこで、車両のアイドリングを開始した時点から、またはロービーム用ランプユニットを点灯した時点から、LEDを点灯せずに、光学ユニット120のアセンブリを回転させておくとよい。このときの回転数は、ハイビーム点灯時の所定の回転数であってもよいし、これより低い回転数であってもよい。ハイビームが必要な場合には、その回転数のまま、または所定の回転数まで増加させつつLEDを点灯すれば、立ち上がりに要する時間をゼロまたは少なくすることができ、ハイビームのちらつきを防ぐことができる。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
上述の各実施の形態では、ランプユニットを車両用灯具に適用した場合について説明したが、必ずしもこの分野への適用に限らない。例えば、種々の配光パターンを切り替えて照明を行う舞台や娯楽施設における照明器具に適用してもよい。従来、このような分野の照明器具は、照明方向を変えるための大掛かりな駆動機構が必要あったが、上述の実施の形態に係るランプユニットであれば、回転リフレクタの回転と光源の点消灯で様々な配光パターンを形成できるため、大掛かりな駆動機構が不要であり、小型化が可能である。
100 車両用灯具、 112 LED、 114 ヒートシンク、 120 光学ユニット、 130 凸レンズ、 140 回転リフレクタ、 142 ブレード、 150 冷却ファン、 152 吸込口、 154 吹出口、 156 多翼羽根、 160 導風路、 240 回転リフレクタ、 242 ブレード、 244 フィン。
本発明によれば、回転リフレクタを備える光学ユニットにおいて、光学ユニットを効果的に冷却することができる。
Claims (7)
- 光源と、
回転軸を中心に回転する回転リフレクタであって、所定の角度だけ回転する間に前記光源から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有する複数のブレードを回転軸の周方向に有している、回転リフレクタと、
前記回転リフレクタを回転駆動するモータと、
前記回転軸に取り付けられたファンと、
を備えることを特徴とする光学ユニット。 - 前記ファンがブロアファンであることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。
- 前記ファンは、前記回転リフレクタの反射面と反対の側に取り付けられることを特徴とする請求項1または2に記載の光学ユニット。
- 前記ファンによって発生した風を前記光源または前記モータに導く導風路が設けられることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光学ユニット。
- 前記回転リフレクタの反射面とは反対側の面に複数のフィンが設けられることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の光学ユニット。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の光学ユニットを用いた車両用灯具。
- 車両のアイドリング時、または前記車両用灯具においてロービームを点灯したときから前記ファンを回転させることを特徴とする請求項6に記載の車両用灯具。
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