JP2012227102A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】所望の色の配光パターンを実現可能な技術を提供する。
【解決手段】光学ユニット１８０は、第１の色の光を出射する第１の発光素子と、第１の色の光と異なる第２の色の光を出射する第２の発光素子とを有する光源１７２と、光源から出射した第１の色の光および第２の色の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２６と、備える。回転リフレクタ２６は、回転しながら反射した第１の色の光および第２の色の光が重なって所定の配光パターンを形成するよう反射面が設けられている。
【選択図】図２９

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。

従来、車両用灯具の白色光源には、ハロゲンランプやＨＩＤランプ（High Intensity Discharge lamp）が採用されている。また、近年、光源にＬＥＤを採用した車両用灯具の開発も進んでいる。ＬＥＤを用いて白色光源を実現する場合、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせることが一般的である。また、発光色の異なるＬＥＤを組み合わせて白色光を実現する照明用灯具の考案も知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−９５０１２号公報

しかしながら、ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせて白色光を実現する場合、ＬＥＤの出射光の一部が蛍光体に吸収され、ＬＥＤの出射光の利用効率が低下するため、高輝度化には更なる改良が必要となる。一方、発光色の異なるＬＥＤを多数配列して白色光を実現する場合、照射範囲内で色や明るさのむらが生じやすい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の色の配光パターンを実現可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光学ユニットは、第１の色の光を出射する第１の発光素子と、第１の色の光と異なる第２の色の光を出射する第２の発光素子とを有する光源と、光源から出射した第１の色の光および第２の色の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と、備える。回転リフレクタは、回転しながら反射した第１の色の光および第２の色の光が重なって所定の配光パターンを形成するよう反射面が設けられている。

この態様によると、回転リフレクタの一方向の回転により所定の配光パターンを形成できる。また、出射する光の色が異なる複数種の発光素子により、一種類の発光素子だけでは実現できない色の配光パターンを形成できる。

第２の発光素子は、第１の色の光と補色の関係にある光を、第２の色の光として出射してもよい。これにより、発光素子を用いて白色光による配光パターンを形成することができる。

第１の発光素子および第２の発光素子の少なくともいずれかに流れる電流を調整する電流調整部を更に有してもよい。これにより、配光パターンの色を変化させることができる。

本発明の別の態様もまた、光学ユニットである。この光学ユニットは、第１の色の光を出射する第１の発光素子と、第１の色の光と異なる第２の色の光を出射する第２の発光素子と、第１の色の光および第２の色の光と異なる第３の色の光を出射する第３の発光素子とを有する光源と、光源から出射した第１の色の光、第２の色の光および第３の色の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と、備える。回転リフレクタは、回転しながら反射した第１の色の光、第２の色の光および第３の色の光が重なって白色の所定の配光パターンを形成するよう反射面が設けられている。

この態様によると、回転リフレクタの一方向の回転により所定の配光パターンを形成できる。また、出射する光の色が異なる複数種の発光素子により、一種類の発光素子だけでは実現できない白色の配光パターンを形成できる。

第１の発光素子、第２の発光素子および第３の発光素子の少なくともいずれかに流れる電流を調整する電流調整部を更に有してもよい。これにより、配光パターンの色を変化させることができる。

本発明によれば、所望の色の配光パターンを実現できる。

本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。 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の構成を模式的に示した上面図である。 図１に示すＡ方向からランプユニットを見た場合の側面図である。 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７（ａ）は、ＬＥＤの光を平面ミラーで反射させ、非球面レンズにより投影した場合の投影イメージを示した図、図７（ｂ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯における投影イメージを示した図、図７（ｃ）は、第２の実施の形態に係る車両用前照灯における投影イメージを示した図である。 第２の実施の形態に係る光学ユニットの正面図である。 図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットにおいて回転リフレクタを３０°ずつ回転させた際の投影イメージを示した図である。 図１０（ａ）は、第２の実施の形態に係る光源の斜視図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１１（ａ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した照射パターンを示した図、図１１（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した投影イメージを合成した状態を示した図である。 図１２（ａ）は、ＬＥＤを備える複合放物面集光器の長手方向が鉛直方向となるように配置した状態を示した図、図１２（ｂ）は、複合放物面集光器の長手方向が鉛直方向に対して斜めになるように配置した状態を示した図である。 図１３（ａ）は、第３の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した照射パターンを示した図、図１３（ｂ）は、第３の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した投影イメージを合成した状態を示した図である。 第４の実施の形態に係るランプユニットを模式的に示した側面図である。 第４の実施の形態に係るランプユニットを模式的に示した上面図である。 回転リフレクタが図１４の状態における投影イメージを示した図である。 図１７（ａ）は、前方のＬＥＤによって形成された照射パターンを示す図、図１７（ｂ）は、後方のＬＥＤによって形成された照射パターンを示す図、図１７（ｃ）は、２つのＬＥＤによって形成された合成配光パターンを示す図である。 図１８（ａ）は、前方のＬＥＤによって形成された、遮光部を有する照射パターンを示す図、図１８（ｂ）は、後方のＬＥＤによって形成された、遮光部を有する照射パターンを示す図、図１８（ｃ）は、２つのＬＥＤによって形成された、遮光部を有する合成配光パターンを示す図である。 第５の実施の形態に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。 第５の実施の形態に係る光学ユニットを備えた車両用前照灯により形成された配光パターンを模式的に示した図である。 図２１（ａ）は、それぞれの光源により形成した配光パターンを示した図、図２１（ｂ）〜図２１（ｆ）は、各ＬＥＤユニットのそれぞれにより形成された照射パターンを示した図である。 図２２（ａ）は、第５の実施の形態に係るＬＥＤユニットの斜視図、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 図２３（ａ）は、それぞれの光源により形成した、遮光部を有する配光パターンを示した図、図２３（ｂ）〜図２３（ｆ）は、各ＬＥＤユニットのそれぞれにより形成された遮光部を有する照射パターンを示した図である。 第６の実施の形態に係る回転リフレクタの斜視図である。 図２５（ａ）は、各ブレードの形状が完全に同一である場合の理想的な照射パターンを示した図、図２５（ｂ）は、各ブレードの形状に誤差がある場合の照射パターンを示した図である。 第６の実施の形態の変形例に係る回転リフレクタの斜視図である。 図２６に示す回転リフレクタの側面図である。 第６の実施の形態に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。 第７の実施の形態に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。 配光パターン内における配光色の違いを説明するための模式図である。 変形例に係る配光パターン内における配光色の違いを説明するための模式図である。 第７の実施の形態の変形例に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。 変形例に係る回転リフレクタの配置を示す図である。

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。

本発明の光学ユニットは、種々の車両用灯具に用いることができる。以下では、車両用灯具のうち車両用前照灯に本発明の光学ユニットを適用した場合について説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本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ることも可能である。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。本実施の形態では、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Ｒを中心とする周方向に向かうにつれて、光軸Ａｘと反射面とが成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。この点について更に詳述する。

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。

また、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、図１や図２に示すように、その前面にＬＥＤ２８が配置されており、ＬＥＤ２８に向かって風を送る送る冷却ファンを兼ねている。そのため、冷却ファンと回転リフレクタを別個に設ける必要がなく、光学ユニットの構成を簡略化できる。また、回転リフレクタ２６で生じた風によりＬＥＤ２８を空冷することで、ＬＥＤ２８を冷却するためのヒートシンクを省略あるいは小型化することが可能となり、光学ユニットの小型化や低コスト化、軽量化が図られる。

なお、このような冷却ファンは、必ずしも光源に向かって直接風を送る機能を有していなくてもよく、ヒートシンクなどの放熱部に対流を生じさせるものでもよい。例えば、回転リフレクタ２６による風がＬＥＤ２８とは別に設けられているヒートシンクなどの放熱部の近傍に対流を生じさせることで、ＬＥＤ２８の冷却を行うように回転リフレクタ２６やヒートシンクの配置を設定してもよい。なお、放熱部は、ヒートシンクのように別体の部材だけでなく、光源の一部であってもよい。

（第２の実施の形態）
ＬＥＤの光を反射して投影レンズで前方に投影した場合、投影イメージの形状は、必ずしもＬＥＤの発光面の形状と一致しない。図７（ａ）は、ＬＥＤの光を平面ミラーで反射させ、非球面レンズにより投影した場合の投影イメージを示した図、図７（ｂ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯における投影イメージを示した図、図７（ｃ）は、第２の実施の形態に係る車両用前照灯における投影イメージを示した図である。

図７（ａ）に示すように、反射面が平面であれば投影イメージはＬＥＤの発光面の形状と相似する。しかしながら、第１の実施の形態に係る回転リフレクタ２６では、反射面となるブレード２６ａが捩れているため、投影イメージは図７（ｂ）に示すように歪んだものとなる。具体的には、第１の実施の形態では、投影イメージがぼける（照射範囲が広がる）とともに傾いている。そのため、投影イメージを走査して形成される配光パターンや遮光部の形状が傾くとともに、遮光部と照射部との境界が不明瞭となる場合がある。

そこで、第２の実施の形態では、曲面で反射することで歪んだ像を補正するように光学ユニットを構成した。具体的には、第２の実施の形態に係る車両用前照灯では、凸レンズとして自由曲面レンズが用いられている。図８は、第２の実施の形態に係る光学ユニットの正面図である。

第２の実施の形態に係る光学ユニットは、回転リフレクタ２６と投影レンズ１３０とを備える。投影レンズ１３０は、回転リフレクタ２６で反射された光を光学ユニットの光照射方向に投影する。投影レンズ１３０は、回転リフレクタ２６の反射面で反射されることで歪んだＬＥＤの像を、光源自体の形状（ＬＥＤの発光面の形状）に近付くよう補正する自由曲面レンズである。自由曲面レンズの形状は、ブレードの捩れや形状に応じて適宜設計すればよい。本実施の形態に係る光学ユニットによれば、図７（ｃ）に示すように、光源の形状である矩形に近い形状に補正されている。また、第１の実施の形態に係る光学ユニットによる投影イメージの最大光度が１０００００ｃｄ（図７（ｂ）参照）であるのに対して、第２の実施の形態に係る光学ユニットによる投影イメージの最大光度は１４６０００ｃｄに増大している。

図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットにおいて回転リフレクタを３０°ずつ回転させた際の投影イメージを示した図である。図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すように、第１の実施の形態と比較して、ぼけが少ない投影イメージが形成されており、所望の領域を精度よく明るい光で照射することができる。

なお、ＬＥＤ２８から発する光は、そのままでは広がりがあるため、一部の光が回転リフレクタ２６で反射されずに無駄になってしまう場合がある。また、回転リフレクタ２６で反射されたとしても、投影イメージが大きくなると遮光部の分解能が低下する傾向にある。そこで、本実施の形態における光源は、ＬＥＤ２８とＬＥＤ２８の光を集光する複合放物面集光器（CPC: Compound Parabolic Concentrator）３２とで構成されている。図１０（ａ）は、第２の実施の形態に係る光源の斜視図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

複合放物面集光器３２は、底部にＬＥＤ２８が配置された箱形の集光器である。複合放物面集光器３２の４つの側面は、ＬＥＤ２８またはその近傍領域に焦点を有する放物線形状となるように鏡面加工されている。これにより、ＬＥＤ２８が発する光は、集光されて前方へ照射される。この場合、複合放物面集光器３２の矩形の開口部３２ａは、光源の発光面とみなすことができる。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態に係る光学ユニットは、自由曲面レンズの働きにより投影イメージの形状を光源の形状である矩形に近い形状に補正することができる。しかしながら、このように補正した投影イメージを走査して配光パターンを形成した場合、なお改良の余地がある。

図１１（ａ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した照射パターンを示した図、図１１（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した投影イメージを合成した状態を示した図である。図１２（ａ）は、ＬＥＤ２８を備える複合放物面集光器３２の長手方向が鉛直方向となるように配置した状態を示した図、図１２（ｂ）は、複合放物面集光器３２の長手方向が鉛直方向に対して斜めになるように配置した状態を示した図である。

光源が図１２（ａ）に示す状態の場合、照射パターンは、図１１（ａ）に示すように、水平線に対して約１０°傾いている。また、光源が図１２（ａ）に示す状態の場合、各投影イメージは、図１１（ｂ）に示すように、鉛直線に対して約２０°傾いている。そこで、本実施の形態では、これらの傾きを補正するための構成について説明する。

はじめに、照射パターンの傾きは、自由曲面レンズである投影レンズ１３０（図８参照）と回転リフレクタ２６とＬＥＤ２８とを含む光学系全体を、光軸に対して１０°回転させることで補正可能である。また、各投影イメージの傾きは、ＬＥＤ２８と複合放物面集光器３２とを備える光源を傾かせることで補正可能である。具体的には、図１２（ｂ）に示すように、光源の発光面は、投影レンズ１３０により前方に投影される投影イメージが直立に近くなるように、発光面の各辺が鉛直方向に対して２０°傾いて設けられている。

図１３（ａ）は、第３の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した照射パターンを示した図、図１３（ｂ）は、第３の実施の形態に係る光学ユニットによって形成した投影イメージを合成した状態を示した図である。図１３に示すように、照射パターンや各投影イメージの傾きは補正されており、理想的な配光パターンの形成が可能となる。また、投影レンズ１３０やＬＥＤ２８を傾けるだけで照射パターンや投影イメージの補正が可能なため、所望の配光パターンを得るための調整が容易となる。

（第４の実施の形態）
上述の実施の形態の光学ユニットのように、一つの光源でハイビーム用配光パターンを形成することは可能である。しかしながら、より明るい照射パターンを必要とする場合や、低コスト化のために低光度のＬＥＤを用いる場合も考えられる。そこで、本実施の形態では、光源を複数備えた光学ユニットについて説明する。

図１４は、第４の実施の形態に係るランプユニットを模式的に示した側面図である。図１５は、第４の実施の形態に係るランプユニットを模式的に示した上面図である。第４の実施の形態に係るランプユニット１２０は、投影レンズ１３０と、回転リフレクタ２６と、２つのＬＥＤ２８ａ，２８ｂとを備える。図１６は、回転リフレクタ２６が図１４の状態における投影イメージを示した図である。投影イメージＩａは、投影レンズ１３０に近い前方に配置されているＬＥＤ２８ａの光によって形成されており、投影イメージＩｂは、投影レンズ１３０から離れた後方に配置されているＬＥＤ２８ｂの光によって形成されている。

図１７（ａ）は、前方のＬＥＤ２８ａによって形成された照射パターンを示す図、図１７（ｂ）は、後方のＬＥＤ２８ｂによって形成された照射パターンを示す図、図１７（ｃ）は、２つのＬＥＤによって形成された合成配光パターンを示す図である。図１７（ｃ）に示すように、複数のＬＥＤを用いることでも所望の配光パターンを形成することができる。また、合成された配光パターンでは、一つのＬＥＤだけでは困難な最大光度も達成されている。

次に、ランプユニット１２０を用いて配光パターンに遮光部を形成する場合について説明する。図１８（ａ）は、前方のＬＥＤ２８ａによって形成された、遮光部を有する照射パターンを示す図、図１８（ｂ）は、後方のＬＥＤ２８ｂによって形成された、遮光部を有する照射パターンを示す図、図１８（ｃ）は、２つのＬＥＤによって形成された、遮光部を有する合成配光パターンを示す図である。図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示す配光パターンを形成するためには、それぞれの遮光部の位置を合わせるために、各ＬＥＤの点消灯タイミングを適宜ずらしている。図１８（ｃ）に示すように、複数のＬＥＤを用いることでも遮光部を有する所望の配光パターンを形成することができる。また、合成された配光パターンでは、一つのＬＥＤだけでは困難な最大光度も達成されている。

（第５の実施の形態）
図１９は、第５の実施の形態に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。

本実施の形態に係る光学ユニット１５０は、回転リフレクタ２６と、発光素子としてのＬＥＤを有する複数の光源と、を備えている。複数の光源のうち一方の光源１５２は、複数のＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを有する。複数のＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、集光用のＬＥＤユニットであり、ハイビーム用配光パターンに適した進行方向正面への強い集光を実現するように配置されている。複数の光源のうち他方の光源１５４は、複数のＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂを有する。複数のＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂは、拡散用のＬＥＤユニットであり、ハイビーム用配光パターンに適した広い範囲を照射する拡散光を実現するように配置されている。なお、各光源が有するＬＥＤユニットは必ずしも複数である必要はなく、十分な明るさを実現できればＬＥＤユニットは１つでもよい。また、常に全てのＬＥＤユニットを点灯させる必要はなく、車両の走行状況や前方の状態に応じて一部のＬＥＤユニットのみを点灯させてもよい。

光源１５２および光源１５４は、それぞれ出射した光が、回転リフレクタ２６の各ブレードによって異なる位置で反射されるように配置されている。具体的には、光源１５２が有する集光用のＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、出射した光が第１の投影レンズ１５６からより離れた位置にある扇形のブレード２６ａで反射されるように配置されている。そのため、扇形のブレード２６ａで反射されたことで生じる光源１５２の位置変化を、焦点距離が長い（投影倍率が低い）第１の投影レンズ１５６で前方へ投影することができる。その結果、回転リフレクタ２６を回転させ、光源１５２から出射した光を用いて前方を走査した場合に、走査範囲が余り広くならず、狭い範囲をより明るく照らす配光パターンを形成することができる。

一方、光源１５４が有する拡散用のＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂは、出射した光が第２の投影レンズ１５８により近い位置にある扇側のブレード２６ａで反射されるように配置されている。そのため、扇形のブレード２６ａで反射されたことで生じる光源１５４の位置変化を、焦点距離が短い（投影倍率が高い）第２の投影レンズ１５８で投影することができる。その結果、回転リフレクタ２６を回転させ、光源１５４から出射した光を用いて前方を走査した場合に、走査範囲が広がり、広い範囲を照らす配光パターンを形成することができる。

このように、複数の光源１５２，１５４を、それぞれの出射した光が回転リフレクタ２６の反射面の異なる位置で反射するように配置することにより、複数の配光パターンを形成できるとともに、それらの配光パターンを合成して新たな配光パターンを形成することも可能なため、より理想的な配光パターンの設計が容易となる。

次に、各投影レンズの位置について説明する。上述のように、光源１５２および光源１５４から出射した光は、ブレード２６ａで反射されることによって、各投影レンズに入射する。このことは、各投影レンズにとって、ブレード２６ａの裏側に仮想的に形成された、光源１５２や光源１５４の２次光源から光線が入射することと等価である。光を走査して配光パターンを形成する場合、分解能を向上させるためには、できるだけピンぼけの無いクリアな光源像を投影し、走査することが重要である。

したがって、各投影レンズの位置は、レンズ焦点が２次光源と一致することが好ましい。なお、光源１５２および光源１５４の２次光源の位置がブレード２６ａの回転に伴い変化すること、および、要求される種々の照射パターン、を考慮すると、必ずしも全ての２次光源が投影レンズの焦点に一致する必要はない。

このような知見を踏まえ、例えば、第１の投影レンズ１５６は、ブレード２６ａの反射により形成される光源１５２の２次光源のうち少なくとも一つが第１の投影レンズ１５６の焦点付近を通過するように、配置されている。また、第２の投影レンズ１５８は、ブレード２６ａの反射により形成される光源１５４の２次光源のうち少なくとも一つが第２の投影レンズ１５８の焦点付近を通過するように、配置されている。

図２０は、第５の実施の形態に係る光学ユニットを備えた車両用前照灯により形成された配光パターンを模式的に示した図である。図２０に示すハイビーム用配光パターンＰＨは、光源１５２により形成され、車両前方正面を遠方まで明るく照射する第１の配光パターンＰＨ１と、光源１５４により形成され、車両前方の広い範囲を照射する第２の配光パターンＰＨ２とからなる。

なお、本実施の形態に係る光学ユニット１５０は、光源１５２から出射され、回転リフレクタ２６で反射された光を、光学ユニットの光照射方向に第１の配光パターンＰＨ１として投影する第１の投影レンズ１５６と、光源１５４から出射され、回転リフレクタ２６で反射された光を、光学ユニットの光照射方向に第２の配光パターンＰＨ２として投影する第２の投影レンズ１５８と、を更に備えている。これにより、各投影レンズを適宜選択することで、異なる配光パターンを１つの回転リフレクタで形成できる。

次に、第１の配光パターンＰＨ１および第２の配光パターンＰＨ２を形成する各ＬＥＤによる照射パターンについて説明する。図２１（ａ）は、光源１５２および光源１５４により形成した配光パターンを示した図、図２１（ｂ）〜図２１（ｆ）は、ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５４ａ，１５４ｂのそれぞれにより形成された照射パターンを示した図である。図２１（ｂ）〜図２１（ｄ）に示すように、ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより形成された照射パターンは、照射領域が狭く最大光度が大きなものである。一方、図２１（ｅ）、図２１（ｆ）に示すように、ＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂにより形成された照射パターンは、最大光度は小さいものの照射領域が広いものである。そして、各ＬＥＤの照射パターンを重ね合わせることで図２１（ａ）に示すハイビーム用配光パターンが形成される。

次に、光源１５２および光源１５４が備えるＬＥＤユニットについて更に詳述する。図２２（ａ）は、第５の実施の形態に係るＬＥＤユニットの斜視図、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。本実施の形態に係る光源１５２が備えるＬＥＤユニット１５２ａは、ＬＥＤ１６０とＬＥＤ１６０の光を集光する複合放物面集光器１６２とで構成されている。なお、ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５４ａ，１５４ｂはそれぞれ同様の構成であるため、以下では、ＬＥＤユニット１５２ａを例に説明する。

複合放物面集光器１６２は、底部にＬＥＤ１６０が配置され、開口部１６２ａが矩形の部材である。複合放物面集光器１６２は、ＬＥＤ１６０の光を集光するように底部から開口部１６２ａに向かって形成された４つの側面（集光面）１６２ｂ〜１６２ｅを有している。４つの側面１６２ｂ〜１６２ｅは、ＬＥＤ１６０またはその近傍領域に焦点を有する放物線形状となるように鏡面加工されている。これにより、ＬＥＤ１６０が発する光は、集光されて前方へ照射される。ところで、ＬＥＤ１６０から発した光は、図２２（ｃ）に示す点線の矢印のように、開口部１６２ａの長手方向において拡散しやすい。そのため、側面の高さが全て同じだとすると、ＬＥＤ１６０が発した光のうち開口部１６２ａの長手方向に向かう光を十分に集光することができない場合がある。つまり、側面で反射されずにそのまま開口部より斜めに出射した光の一部は、回転リフレクタ２６の反射面に到達しない。

そこで、本実施の形態に係る複合放物面集光器１６２においては、４つの側面のそれぞれは、開口部１６２ａの長手方向の端部にある側面１６２ｂ，１６２ｃの高さＨ１が、開口部１６２ａの短手方向の端部にある側面１６２ｄ，１６２ｅの高さＨ２より高くなるように形成されている。これにより、ＬＥＤ１６０の光のうち回転リフレクタの反射面に到達しない拡散光の発生が低減され、各投影レンズへの入射光が増加するため、光源の光を照明に効率よく利用できる。

なお、本実施の形態に係る光学ユニット１５０を用いることでも配光パターンに遮光部を形成することができる。図２３（ａ）は、光源１５２および光源１５４により形成した、遮光部を有する配光パターンを示した図、図２３（ｂ）〜図２３（ｆ）は、ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５４ａ，１５４ｂのそれぞれにより形成された遮光部を有する照射パターンを示した図である。図２３（ｂ）〜図２３（ｄ）に示すように、ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより形成された遮光部を有する照射パターンは、照射領域が狭く最大光度が大きなものである。一方、図２３（ｅ）、図２１（ｆ）に示すように、ＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂにより形成された遮光部を有する照射パターンは、最大光度は小さいものの照射領域が広いものである。そして、各ＬＥＤの照射パターンを重ね合わせることで、図２３（ａ）に示す、遮光部を有するハイビーム用配光パターンが形成される。

（第６の実施の形態）
上述の各実施の形態に係る光学ユニットでは、隣接するブレードの双方に同時に光が入射すると、異なる方向に２つの照射ビームが同時に出現するため、配光パターンの両端部が同時に光ることになる。このような場合、配光パターンの両端部の照射状態を独立に制御することが難しい。そこで、隣接するブレードの双方に同時に光が入射するようなタイミングで光源を消灯することで、配光パターンの両端部を同時に照射しないようにしている。一方、前述のタイミングで光源を一時的に消灯すると、配光パターンの両端部の明るさがある程度低下してしまう。

そこで、本実施の形態に係る回転リフレクタは、隣接するブレードの間に仕切り部材を設けることで、配光パターンの明るさの低下を抑制している。図２４は、第６の実施の形態に係る回転リフレクタの斜視図である。図２４に示す回転リフレクタ１６４は、上述の回転リフレクタ２６と同様の形状である３つのブレード１６４ａが筒状の回転部１６４ｂの周方向に配列されている。各ブレード１６４ａは反射面として機能する。また、回転リフレクタ１６４は、隣接するブレード１６４ａ同士の間に設けられ、回転軸方向に延伸した３つの矩形の仕切り部材１６４ｃを更に備えている。仕切り部材１６４ｃは、隣接する一方のブレードの反射面に光源からの光が入射している状態で、隣接する他方のブレードの反射面に光源からの光が入射することを抑制するように構成されている。これにより、一のブレードの端部を照射している光源の光のうち、隣接しているブレードの端部に向かう光をある程度遮光できる。つまり、隣接するブレードの双方に同時に光が入射する時間が短くなるため、それに応じて光源を消灯する時間も短くでき、照射効率の低下を最小限に抑えることができる。

次に、回転リフレクタが備えるブレードの枚数として適切な数について検討する。上述の各実施の形態に係る光学ユニットを備えた車両用前照灯は、回転リフレクタのブレードが回転しながら光源の光を反射し前方を走査することで前方の照射物（例えば、車両や歩行者。）を照射する。そのため、照射物は、光が照射され明るくなっているときと、光が照射されずに暗くなっているときがあり、条件によっては照射物がちらついて見えることがある。このように静止状態で明滅する照射物がちらつきとして知覚されなくなる明滅周波数は、一般的には８０Ｈｚ以上必要とされている。

また、前方の照射物が視線移動で粒々状に見える現象（いわゆるストロボ効果）を低減するには、明滅周波数は３００Ｈｚ以上必要とされている。このように、ちらつきやストロボ効果を考慮すると、照射パターン全体は３００Ｈｚ以上の走査周波数が必要となる。ただし、照射パターンのごく狭い領域だけであれば、走行中にその領域でストロボ効果は生じにくいため、その狭い領域においては走査周波数は８０Ｈｚ以上であればよい。

このような知見に基づいてブレードの枚数や回転リフレクタの回転数を決定するとよい。なお、複数のブレードのそれぞれの形状が全く同じではない場合、それぞれのブレードで走査された照射パターン形状も完全には一致しない。図２５（ａ）は、各ブレードの形状が完全に同一である場合の理想的な照射パターンを示した図、図２５（ｂ）は、各ブレードの形状に誤差がある場合の照射パターンを示した図である。なお、図２５に示す照射パターンは、ブレードが２枚の回転リフレクタを１００回転／秒の速さで回転させた場合に形成されるものである。

図２５（ａ）に示すように、各ブレードの形状が完全に同一である場合、いずれのブレードにより走査された照射パターンであっても完全に重なる。そのため、このような照射パターンにより照射物を照射した場合、２００Ｈｚで明滅していることになる。一方、図２５（ｂ）に示すように、各ブレードの形状に誤差がある場合、照射パターンの中央部分は重なっているが、照射パターンの外周部近傍は走査するブレードによってずれる。そのため、照射パターンの中央部分に存在する照射物は２００Ｈｚで明滅するが、照射パターンの外周部近傍に存在する照射物は回転リフレクタの回転数と同じ１００Ｈｚで明滅することになる。このように、ブレード形状に誤差がある場合、照射パターンの照射領域によって明滅周波数が異なることが考えられる。

前述のように、ストロボ効果の影響が大きい照射パターン中央部では、照射物の明滅周波数が３００Ｈｚ以上となるように、回転リフレクタの回転数とブレードの枚数を決定するとよい。一方、照射パターンの外周部近傍は狭い領域であるためストロボ効果は生じにくい。そこで、静止状態で明滅する照射物のちらつきが知覚されないように、照射物の明滅周波数が８０Ｈｚ以上となるように、回転リフレクタの回転数とブレードの枚数を決定するとよい。

例えば、回転リフレクタのブレードの枚数が２枚の場合、回転リフレクタの回転数が１５０回転／秒以上であれば、照射パターンの中央部での走査周波数が３００Ｈｚ以上、照射パターンの外周部近傍での走査周波数が１５０Ｈｚ以上となる。同様に、回転リフレクタのブレードの枚数が３枚の場合、回転リフレクタの回転数が１００回転／秒以上であれば、照射パターンの中央部での走査周波数が３００Ｈｚ以上、照射パターンの外周部近傍での走査周波数が１００Ｈｚ以上となる。また、回転リフレクタのブレードの枚数が４枚の場合、回転リフレクタの回転数が８０回転／秒以上であれば、照射パターンの中央部での走査周波数が３２０Ｈｚ以上、照射パターンの外周部近傍での走査周波数が８０Ｈｚ以上となる。また、回転リフレクタのブレードの枚数が５枚の場合、回転リフレクタの回転数が８０回転／秒以上であれば、照射パターンの中央部での走査周波数が４００Ｈｚ以上、照射パターンの外周部近傍での走査周波数が８０Ｈｚ以上となる。また、回転リフレクタのブレードの枚数が６枚の場合、回転リフレクタの回転数が８０回転／秒以上であれば、照射パターンの中央部での走査周波数が４８０Ｈｚ以上、照射パターンの外周部近傍での走査周波数が８０Ｈｚ以上となる。

このように、回転リフレクタのブレードの枚数や回転数を適宜選択することで照射パターン内にある照射物のちらつきやストロボ効果の発生が低減される。なお、回転リフレクタを駆動する駆動源（例えばモータ）の耐久性の観点からは回転数は低い方が好ましい。一方、前述のように、光源は隣接するブレードの境界部を照射するようなタイミングで消灯するため、ブレードの枚数が多いと消灯時間が増加する。そのため、光源の光を効率よく利用するという観点からは、ブレードの枚数は少ない方が好ましい。したがって、本実施の形態に係る回転リフレクタは、回転数が８０回転／秒以上１５０回転／秒未満がよい。また、ブレードの枚数は２枚、または３枚、または４枚が好ましい。

以下に、ブレード枚数が４枚の回転リフレクタについて説明する。このように、ブレードの枚数を多くすることで光学ユニットの送風能力が増大する。図２６は、第６の実施の形態の変形例に係る回転リフレクタの斜視図である。図２７は、図２６に示す回転リフレクタの側面図である。

図２６、図２７に示す回転リフレクタ１６６は、ブレード１６６ａが筒状の回転部１６６ｂの周方向に４つ配列されている。ブレード１６６ａは中心角が９０度の扇形であり、上述の回転リフレクタと同様に捩れている。各ブレード１６６ａは反射面として機能する。また、回転リフレクタ１６６は、隣接するブレード１６６ａ同士の間に設けられ、回転軸方向に延伸した４つの仕切り板１６６ｃを更に備えている。仕切り板１６６ｃは、隣接する一方のブレードの反射面に光源からの光が入射している状態で、隣接する他方のブレードの反射面に光源からの光が入射することを抑制するように構成されている。これにより、一のブレードの端部を照射している光源の光のうち、隣接しているブレードの端部に向かう光をある程度遮光できる。つまり、隣接するブレードの双方に同時に光が入射する時間が短くなるため、それに応じて光源を消灯する時間も短くでき、照射効率の低下を最小限に抑えることができる。なお、仕切り板１６６ｃは、回転軸に対して斜めとなっている２つの斜辺１６６ｃ１，１６６ｃ２を上部に有している。

図２８は、第６の実施の形態に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。なお、前述の各実施の形態に係る光学ユニットと同様の構成や部材については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

本実施の形態に係る光学ユニット１７０は、前述の回転リフレクタ１６６と、前述の複数の光源１５２，１５４と、を備えている。回転リフレクタ１６６は、隣接するブレード１６６ａの間に仕切り板１６６ｃが設けられている。光学ユニット１７０においては、回転リフレクタ１６６の回転軸Ｒが光学ユニット１７０の光軸Ａｘに対して斜めになるように、回転リフレクタ１６６が配置されている。

仕切り板１６６ｃの斜辺１６６ｃ１は、光源１５２と対向する位置で各ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの開口部近傍を通過するように形状が設定されている。また、斜辺１６６ｃ１は、各ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの前方を通過する際に、各ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの配列方向とほぼ平行となるような形状である。そのため、斜辺１６６ｃ１が各ＬＥＤユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの前方を通過する際の、斜辺１６６ｃ１と各ＬＥＤユニットの距離（隙間Ｇ１）が一様になる。その結果、それぞれのＬＥＤユニットの消灯タイミングを揃えることができる。なお、隙間Ｇ１は、１〜２ｍｍ程度が好ましい。これにより、隣接する一方のブレードの反射面に光源からの光が入射している状態で、光源が仕切り板の直上を通過する直前まで、隣接する他方のブレードの反射面に光源からの光が入射することが防止される。

一方、仕切り板１６６ｃの斜辺１６６ｃ２は、光源１５４と対向する位置で各ＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂの開口部近傍を通過するように形状が設定されている。また、斜辺１６６ｃ２は、各ＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂの前方を通過する際に、各ＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂの配列方向とほぼ平行となるような形状である。そのため、斜辺１６６ｃ２が各ＬＥＤユニット１５４ａ，１５４ｂの前方を通過する際の、斜辺１６６ｃ２と各ＬＥＤユニットの距離（隙間Ｇ２）が一様になる。その結果、それぞれのＬＥＤユニットの消灯タイミングを揃えることができる。なお、隙間Ｇ２は、１〜２ｍｍ程度が好ましい。これにより、隣接する一方のブレードの反射面に光源からの光が入射している状態で、光源が仕切り板の直上を通過する直前まで、隣接する他方のブレードの反射面に光源からの光が入射することが防止される。

このように、仕切り板１６６ｃは、隣接する一方のブレードの反射面に光源からの光が入射している状態で、隣接する他方のブレードの反射面に光源からの光が入射することを抑制することができるため、光源の消灯時間を短縮できる。その結果、光学ユニットしての照射効率の低下を最小限に抑えることができる。

（第７の実施の形態）
本実施の形態では、発光素子として発光色の異なる複数種のＬＥＤを光源として用いている。図２９は、第７の実施の形態に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。なお、以下では、発光素子としてＬＥＤを例に説明するが、ＥＬ素子やＬＤ素子を発光素子として採用することも可能である。

本実施の形態に係る光学ユニット１８０は、回転リフレクタ２６と、異なる色の光を出射する複数種のＬＥＤを有する光源１７２と、を備えている。光源１７２は、複合放物面集光器３２の底部に複数のＬＥＤユニット１７２ａ，１７２ｂが設けられている。ＬＥＤユニット１７２ａ，１７２ｂは、互いに異なる色の光を出射するＬＥＤを搭載している。例えば、ＬＥＤユニット１７２ａは青色の光を発するＬＥＤを搭載し、ＬＥＤユニット１７２ｂは黄色の光を発するＬＥＤを搭載していてもよい。

光源１７２は、ＬＥＤユニット１７２ａから出射した第１の色の光およびＬＥＤユニット１７２ｂから出射した第２の色の光が、回転リフレクタ２６のブレードによって反射されるように配置されている。回転リフレクタ２６は、回転しながら反射した第１の色の光および第２の色の光が重なって所定の配光パターンを形成するように反射面が設けられている。

したがって、光学ユニット１８０は、回転リフレクタ２６の一方向の回転により所定の配光パターンを形成できる。また、出射する光の色が異なる複数種のＬＥＤユニット１７２ａ，１７２ｂにより、一種類のＬＥＤだけでは実現できない色の配光パターンを形成できる。例えば、ＬＥＤユニット１７２ａが青色の光を発するＬＥＤを搭載し、ＬＥＤユニット１７２ｂが黄色の光を発するＬＥＤを搭載している場合、光学ユニット１８０は、白色の配光パターンを形成できる。

このように、異なる色の光を出射する複数種のＬＥＤを有する光学ユニット１８０は、蛍光体を用いずに白色光が得られる。つまり、光学ユニット１８０は、白色光を実現するために利用される各ＬＥＤの光の利用効率が高い。そのため、光学ユニット１８０として必要な輝度を得るための電流を低減できる。

なお、ＬＥＤユニット１７２ａはマゼンタ色の光を発するＬＥＤを搭載し、ＬＥＤユニット１７２ｂはシアン色の光を発するＬＥＤを搭載していてもよい。このような組合せのＬＥＤユニットを備えた光源１７２であっても、白色の配光パターンを形成できる。また、上述のＬＥＤの組合せ以外に、ＬＥＤユニット１７２ｂは、ＬＥＤユニット１７２ａから出射する第１の色の光と補色の関係にある光を、第２の色の光として出射するように構成してもよい。なお、補色の関係とは、厳密には色相環の正反対にある色の組合せと定義することもできるが、このような組合せに限らず、一般的に白色光として認識されうる色を実現できる色の組合せであってもよい。例えば、前述の青色光と黄色光を重ね合わせて白色光を得る場合は、青色および黄色を補色の関係ということもできる。また、前述のマゼンタ色光とシアン色光を重ねて白色光を得る場合は、マゼンタ色およびシアン色を補色の関係ということもできる。

本実施の形態に係る光学ユニット１８０は、ＬＥＤユニット１７２ａおよびＬＥＤユニット１７２ｂの少なくともいずれかに流れる電流を調整する電流調整部１７４を更に有してもよい。電流調整部１７４は、ＬＥＤユニット１７２ａおよびＬＥＤユニット１７２ｂに流れる電流量を調整できるとともに、電流量の大きさを回転リフレクタ２６の回転に応じて変化させることができるように構成されている。ＬＥＤユニット１７２ａおよびＬＥＤユニット１７２ｂが搭載するＬＥＤは、電流量に応じて明るさ（輝度）が変化する。

そこで、光学ユニット１８０は、電流調整部１７４によってＬＥＤユニット１７２ａおよびＬＥＤユニット１７２ｂのそれぞれに流す電流の比率を変化させることで、配光パターンの色を変化させることができる。したがって、光学ユニット１８０は、灯具の使用環境（天候、時間、明るさ等）やドライバの属性（視力、年齢等）に適した色の配光パターンで対象領域を照射することが可能となる。灯具の使用環境の判別には、例えば、周辺環境を撮像できるように設けられているカメラ１７６を用いることができる。電流調整部１７４は、カメラ１７６が撮像した領域に関するデータ（輝度データやＲＧＢデータ）を処理し、視認性の高い配光パターンの色を決定する演算部を備えていてもよい。

光学ユニット１８０は、電流調整部１７４によってＬＥＤユニット１７２ａやＬＥＤユニット１７２ｂに流す電流量を周期的に変化させることで、配光パターン内の任意の領域の配光色を変化させることもできる。

図３０は、配光パターン内における配光色の違いを説明するための模式図である。ドライバが高齢者の場合、周辺視は黄色光によって照射した方が見やすいという傾向がある。また、道路の白線は青色光によって照射した方が見やすい。そこで、図３０に示すように、道路の左右周辺を含む領域ＰＨ３，ＰＨ４では黄みの強い配光色となっており、道路の白線を含む中央領域ＰＨ５では青みの強い配光色となっている配光パターンＰＨが好ましい。

このような配光パターンＰＨを実現するためには、青色発光のＬＥＤが搭載されているＬＥＤユニット１７２ａと黄色発光のＬＥＤが搭載されているＬＥＤユニット１７２ｂを有する光源が好適である。そして、電流調整部１７４は、ＬＥＤユニット１７２ｂから出射した光が回転リフレクタ２６で反射され、領域ＰＨ３，ＰＨ４を照射するタイミングにおいて、ＬＥＤユニット１７２ａに対してＬＥＤユニット１７２ｂに流れる電流量が相対的に大きくなるように各ＬＥＤユニットにおける電流量を制御する。あるいは、電流調整部１７４は、ＬＥＤユニット１７２ａから出射した光が回転リフレクタ２６で反射され、中央領域ＰＨ５を照射するタイミングにおいて、ＬＥＤユニット１７２ｂに対してＬＥＤユニット１７２ａに流れる電流量が相対的に大きくなるように各ＬＥＤユニットにおける電流量を制御する。これにより、前述の配光パターンＰＨが実現できる。

図３１は、変形例に係る配光パターン内における配光色の違いを説明するための模式図である。前述のように、本実施の形態に係る光学ユニットは、光源から出射した光を用いて対象を照射する場合、対象によって配光色を変更できる。例えば、光を照射する対象が人の場合、マゼンタ色の光によって照射した方がドライバにとって見やすい。そこで、図３１に示すように、道路の左右周辺を含む領域ＰＨ３，ＰＨ４では通常の白色の配光色となっており、人が存在している領域を含む中央領域ＰＨ５ではマゼンタ色の強い配光色となっている配光パターンＰＨが好ましい。

このような配光パターンＰＨを実現するためには、シアン色発光のＬＥＤが搭載されているＬＥＤユニット１７２ａとマゼンタ色発光のＬＥＤが搭載されているＬＥＤユニット１７２ｂを有する光源が好適である。そして、電流調整部１７４は、ＬＥＤユニット１７２ｂから出射したマゼンタ光が回転リフレクタ２６で反射され、中央領域ＰＨ５を照射するタイミングにおいて、ＬＥＤユニット１７２ａに対してＬＥＤユニット１７２ｂに流れる電流量が相対的に大きくなるように各ＬＥＤユニットにおける電流量を制御する。あるいは、電流調整部１７４は、ＬＥＤユニット１７２ａから出射した光が回転リフレクタ２６で反射され、中央領域ＰＨ５を照射するタイミングにおいて、ＬＥＤユニット１７２ｂに対してＬＥＤユニット１７２ａに流れる電流量が相対的に小さくなるように各ＬＥＤユニットにおける電流量を制御する。これにより、前述の配光パターンＰＨが実現できる。

上述の実施の形態では、発光色の異なる２種類のＬＥＤを用いた光学ユニットについて説明したが、組み合わせるＬＥＤの種類は２つに限らず、３つ以上であってもよい。図３２は、第７の実施の形態の変形例に係る光学ユニットを含む構成を模式的に示した上面図である。

変形例に係る光学ユニット１９０は、回転リフレクタ２６と、異なる色の光を出射する複数種のＬＥＤを有する光源１８２と、を備えている。光源１８２は、複合放物面集光器３２の底部に複数のＬＥＤユニット１８２ａ，１８２ｂ，１８２ｃが設けられている。ＬＥＤユニット１８２ａ，１８２ｂ，１８２ｃは、互いに異なる色の光を出射するものが選択されている。例えば、ＬＥＤユニット１８２ａは赤色の光を発するＬＥＤを搭載し、ＬＥＤユニット１８２ｂは緑色の光を発するＬＥＤを搭載し、ＬＥＤユニット１８２ｃは青色の光を発するＬＥＤを搭載していてもよい。このような組合せのＬＥＤを有する光学ユニット１９０は、電流調整部１７４により各ＬＥＤユニットに流れる電流を調整することで、白色光を含む様々な色の配光パターンを実現できる。

更に、本実施の形態に係る光学ユニットは、回転リフレクタ２６によってＬＥＤ光を走査することで、ＬＥＤを多数配列しなくても、広範囲を照射する配光パターンを形成できる。また、配光パターン内での色や明るさのむらが抑制される。

また、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤユニットでは、電流量を変化させると明るさだけでなく色も変化することが多い。しかしながら、本実施の形態に係る光学ユニットは、発光色の異なる複数種のＬＥＤユニットに流れる電流を個別に制御できるため、従来では明るさや色の規格が外れているＬＥＤであっても、各ＬＥＤユニットの電流量を制御することで所望の色の配光パターンを実現できる。つまり、使用できるＬＥＤの規格範囲を広げることが可能となり、ＬＥＤの調達コストの低減や規格外のＬＥＤによる損失コストの低減が可能となる。

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。

例えば、上述の実施の形態に係る車両用前照灯１０において、回転リフレクタ２６の３枚のブレードを赤、緑、青で着色し、混色により白色照射光を形成してもよい。この場合、ＬＥＤ２８の光が表面の色が異なる各ブレードで反射される時間の比率を制御することで、照射光の色を変えることができる。なお、ブレード表面の着色は、例えば、蒸着によりトップコート層を形成することで実現される。

また、車両用前照灯１０は、回転リフレクタ２６を回転させずに任意の角度で停止させることで、最大光度が非常に高いスポット光を所望の位置に形成することができる。これにより、特定の障害物（人を含む）を明るいスポット光で照射することで注意喚起を促すことが可能となる。

また、図１に示したランプユニット２０では、回転リフレクタ２６は、ＬＥＤ２８の光を回転部２６ｂよりも凸レンズ３０に近い側のブレードで反射するように配置されている。図３３は、変形例に係る回転リフレクタの配置を示す図である。図３３に示すように、変形例に係る回転リフレクタ２６は、ＬＥＤ２８の光を回転部２６ｂよりも凸レンズ３０から遠い側のブレードで反射するように配置されている。したがって、図３３に示すように、回転リフレクタ２６を凸レンズ３０により近付けて配置することが可能となり、ランプユニットの奥行き（車両前後方向）をコンパクトにできる。

なお、上述の実施の形態で用いられる非球面レンズは、必ずしも歪んだ像を補正するものである必要はなく、歪んだ像を補正しないものであってもよい。

上述の各実施の形態では、光学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、本実施の形態に係る光学ユニットであれば、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。

また、上述の第６の実施の形態に係る光学ユニットでは、複数の光源を光軸の前後方向に配置しているが、複数の光源を光軸の上下方向に配置してもよい。これにより、光源の光による上下方向への走査も可能となる。

１０ 車両用前照灯、 ２６ 回転リフレクタ、 ２６ａ ブレード、 ２６ｂ 回転部、 ３２ 複合放物面集光器、 １７２ 光源、 １７２ａ，１７２ｂ ＬＥＤユニット、 １７４ 電流調整部、 １７６ カメラ、 １８０ 光学ユニット、 １８２ 光源、 １８２ａ，１８２ｂ，１８２ｃ ＬＥＤユニット、 １９０ 光学ユニット。

Claims (5)

1. 第１の色の光を出射する第１の発光素子と、前記第１の色の光と異なる第２の色の光を出射する第２の発光素子とを有する光源と、
   前記光源から出射した前記第１の色の光および前記第２の色の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と、備え、
   前記回転リフレクタは、
   回転しながら反射した前記第１の色の光および前記第２の色の光が重なって所定の配光パターンを形成するよう反射面が設けられていることを特徴とする光学ユニット。
2. 前記第２の発光素子は、前記第１の色の光と補色の関係にある光を、前記第２の色の光として出射することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の少なくともいずれかに流れる電流を調整する電流調整部を更に有す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。
4. 第１の色の光を出射する第１の発光素子と、前記第１の色の光と異なる第２の色の光を出射する第２の発光素子と、前記第１の色の光および前記第２の色の光と異なる第３の色の光を出射する第３の発光素子とを有する光源と、
   前記光源から出射した前記第１の色の光、前記第２の色の光および前記第３の色の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と、備え、
   前記回転リフレクタは、
   回転しながら反射した前記第１の色の光、前記第２の色の光および前記第３の色の光が重なって白色の所定の配光パターンを形成するよう反射面が設けられていることを特徴とする光学ユニット。
5. 前記第１の発光素子、前記第２の発光素子および前記第３の発光素子の少なくともいずれかに流れる電流を調整する電流調整部を更に有することを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。