JP6985807B2

JP6985807B2 - 光学ユニット

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Publication number: JP6985807B2
Application number: JP2017082156A
Authority: JP
Inventors: 秀忠田中
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-04-18
Also published as: JP2018177090A

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。

近年、光源から出射した光を車両前方に反射し、その反射光で車両前方の領域を走査することで所定の配光パターンを形成する装置が考案されている。例えば、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と、発光素子からなる光源と、を備え、回転リフレクタは、回転しながら反射した光源の光が所望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光学ユニットが考案されている（特許文献１）。

また、この光学ユニットは、所定のタイミングで発光素子を消灯することで、配光パターンの一部に非照射領域を形成することができる。

特開２０１５−２６６２８号公報

しかしながら、上述の光学ユニットは、形成できる配光パターンの形状が限られており、更なる改良の余地がある。

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、簡易な構成で複数の配光パターンを形成可能な新たな光学ユニット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、光源と、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と、を備える。回転リフレクタは、反射した光が光源像として走査されることで配光パターンを形成するように構成されており、光源は、点消灯が制御されることで配光パターンの一部に生じる非照射領域の端部の形状を異ならせることができるように光出射面が構成されている。

この態様によると、非照射領域の端部の形状が異なる複数の配光パターンを形成できる。

光出射面は、光源像として走査される方向と交差する第１の辺を有する第１光出射面と、光源像として走査される方向と交差し、第１の辺と方向が異なる第２の辺を有する第２光出射面と、を有してもよい。これにより、非照射領域の端部を第１の辺に対応したカットラインと第２の辺に対応したカットラインで形成できる。なお、一つの光出射面が第１の辺と第２の辺とを有していてもよい。

第１光出射面および第２光出射面の点灯状態をそれぞれ制御する制御部を更に備えてもよい。制御部は、配光パターンとして第１の形状の非照射部を有する第１の配光パターンを形成する場合には、第１の形状の非照射部を第１光出射面から出射した光が走査するタイミングで第１光出射面を消灯制御し、配光パターンとして第１の形状と異なる第２の形状の非照射部を有する第２の配光パターンを形成する場合には、第２の形状の非照射部を第２光出射面から出射した光が走査するタイミングで第２光出射面を消灯制御してもよい。これにより、非照射部の形状が異なる複数の配光パターンを形成できる。

第１光出射面は、第１の辺によって斜めの第１カットラインが形成される形状を有してもよい。これにより、例えば、ヘッドライト等の車両用灯具へ適用できる。

第２光出射面は、第２の辺によって、第１カットラインと角度の異なる第２カットラインが形成される形状を有してもよい。これにより、照射方向の状況に応じて非照射部をより適した形にすることが可能となる。例えば、光学ユニットを車両用前照灯に適用した場合、前走車等に与えるグレアを抑制しつつ前方の視認性を向上できる。

第２光出射面は、第２の辺によって、第１カットラインと対称の第２カットラインが形成される形状を有してもよい。これにより、非照射領域の端部が左右対称の配光パターンを形成できる。

光出射面は、光源像として走査される方向に、第１光出射面と第２光出射面とが配列していてもよい。これにより、省スペースで複数の配光パターンを形成できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、複数の配光パターンを形成可能な新たな光学ユニットを実現できる。

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車両用前照灯の正面図である。本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した側面図である。本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した上面図である。図５（ａ）は、第１の実施の形態に係る第１の光源を正面から見た場合の模式図、図５（ｂ）は、点灯した状態の第１の光源が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、光源像Ｌ１５〜Ｌ１８を走査した場合に形成できる配光パターンを説明するための模式図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施の形態に係る光学ユニットで実現できる配光パターンの例を示す図である。各実施の形態に係る車両用前照灯の制御装置を示す図である。図９（ａ）は、第２の実施の形態に係る第１の光源を正面から見た場合の模式図、図９（ｂ）は、点灯した状態の第１の光源が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、光源像Ｌ２１〜Ｌ２５を走査した場合に形成できる配光パターンを説明するための模式図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットで実現できる配光パターンの例を示す図である。第３の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。

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。

本実施の形態に係る光学ユニットは、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実施の形態に係る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］
（車両用前照灯）
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。図２は、本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。なお、図２においては、一部の部品を省略してある。

本実施の形態に係る車両用前照灯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、１つの光学ユニット１８が収容される空間として機能する。光学ユニット１８は、可変ハイビームとロービームの両方を照射できるように構成されたランプユニットである。可変ハイビームとは、ハイビーム用の配光パターンの形状を変化させるように制御されているものをいい、例えば、配光パターンの一部に非照射領域（遮光部）を生じさせることができる。

本実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の光源２０と、第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１の光路を変化させて回転リフレクタ２２のブレード２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての集光用レンズ２３と、第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２と、投影レンズ２４と、第１の光源２０と投影レンズ２４との間に配置された第２の光源２６と、第２の光源２６から出射した第２の光Ｌ２をブレード２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての拡散用レンズ２８と、制御部２９と、を備える。

第１の光源２０は、発光面が二等辺三角形の素子がマトリックス状に配置されている。第２の光源２６は、４個の素子が一列に配置されている。

投影レンズ２４は、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（図１左方向）に集光し投影する集光部２４ａと、回転リフレクタ２２で反射された第２の光Ｌ２を光学ユニットの光照射方向に拡散し投影する拡散部２４ｂと、を備える。これにより、光学ユニット１８の前方に光源像を鮮明に投影できる。

図３は、本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した側面図である。図４は、本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した上面図である。

回転リフレクタ２２は、モータ３４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２２は、回転しながら反射した各光源の光を走査することで所望の配光パターンを形成するように反射面としてのブレード２２ａが設けられている。つまり、回転リフレクタは、その回転動作により、発光部からの可視光を照射ビームとして出射するものであり、かつ、該照射ビームを走査せしめることによって所望の配光パターンを形成する。

回転リフレクタ２２は、反射面として機能する、形状の同じ２枚のブレード２２ａが筒状の回転部２２ｂの周囲に設けられている。回転リフレクタ２２の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対して斜めになっており、光軸Ａｘと各光源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各光源の光（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、走査光である各光源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、回転リフレクタ２２のブレード２２ａの形状は、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４に示すように第１の光源２０や第２の光源２６の光を用いた走査が可能となる。

各光源には、ＬＥＤ、ＥＬ素子、ＬＤ素子などの半導体発光素子が用いられる。集光部２４ａおよび拡散部２４ｂを有する凸状の投影レンズ２４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を用いることも可能である。

制御部２９は、外部からの制御信号に基づいて、第１の光源２０および第２の光源２６の点消灯制御と、モータ３４の回転制御を行う。第１の光源２０は、ヒートシンク３０に搭載され、第２の光源２６は、ヒートシンク３２に搭載されている。

以下では、第１の光源における発光素子の光出射面の形状やレイアウトに着目して説明する。本実施の形態では、回転リフレクタ２２で反射された光源像を走査することで配光パターンを形成するが、光源像を構成する発光素子の光出射面の形状や点灯状態を工夫することで、様々な形態の配光パターンを形成できる。

図５（ａ）は、第１の実施の形態に係る第１の光源を正面から見た場合の模式図、図５（ｂ）は、点灯した状態の第１の光源が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図である。なお、図５（ａ）では、集光用レンズ２３の図示を省略している。また、図５（ｂ）の光源像は、図５（ａ）の発光素子の像が投影レンズ２４によって上下が反転したものである。

図５（ａ）に示すように、第１の光源２０は、８つの発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８が配置されている。各発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８は、発光面（光出射面）が直角二等辺三角形である。また、２つの発光素子が組み合わさることで矩形の発光面としても機能する。図５（ｂ）に示す光源像Ｌ１１〜Ｌ１８は、発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８の各発光面に対応したものである。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、光源像Ｌ１５〜Ｌ１８を走査した場合に形成できる配光パターンを説明するための模式図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、光源像Ｌ１１〜Ｌ１８は、走査されることで形成されるパターンを考慮すると、４種類に分類される。

図６（ａ）に示すように、発光素子Ｅ１５が連続点灯している状態であると、その光源像Ｌ１５が走査されることで形成されるパターンＰ１は、左辺Ｓ１１が垂直で右辺Ｓ１２が斜め右下がりの台形となる。また、発光素子Ｅ１５が所定のタイミングで消灯すると、その光源像Ｌ１５が走査されることで形成されるパターンＰ１’は、一部に非照射領域Ｒ１が形成されたものとなる。非照射領域Ｒ１は、左辺Ｓ１１’が斜め左上がりで右辺Ｓ１２’が垂直の台形である。

同様に、図６（ｂ）に示すように、発光素子Ｅ１６が連続点灯している状態であると、その光源像Ｌ１６が走査されることで形成されるパターンＰ２は、左辺Ｓ２１が斜め左上がりで右辺Ｓ２２が垂直の台形となる。また、発光素子Ｅ１６が所定のタイミングで消灯すると、その光源像Ｌ１６が走査されることで形成されるパターンＰ２’は、一部に非照射領域Ｒ２が形成されたものとなる。非照射領域Ｒ２は、左辺Ｓ２１’が垂直で右辺Ｓ２２’が斜め右下がりの台形である。

同様に、図６（ｃ）に示すように、発光素子Ｅ１７が連続点灯している状態であると、その光源像Ｌ１７が走査されることで形成されるパターンＰ３は、左辺Ｓ３１が垂直で右辺Ｓ３２が斜め右上がりの台形となる。また、発光素子Ｅ１７が所定のタイミングで消灯すると、その光源像Ｌ１７が走査されることで形成されるパターンＰ３’は、一部に非照射領域Ｒ３が形成されたものとなる。非照射領域Ｒ３は、左辺Ｓ３１’が斜め左下がりで右辺Ｓ３２’が垂直の台形である。

同様に、図６（ｄ）に示すように、発光素子Ｅ１８が連続点灯している状態であると、その光源像Ｌ１８が走査されることで形成されるパターンＰ４は、左辺Ｓ４１が斜め左下がりで右辺Ｓ４２が垂直の台形となる。また、発光素子Ｅ１８が所定のタイミングで消灯すると、その光源像Ｌ１８が走査されることで形成されるパターンＰ４’は、一部に非照射領域Ｒ４が形成されたものとなる。非照射領域Ｒ４は、左辺Ｓ４１’が垂直で右辺Ｓ４２’が斜め右上がりの台形である。

このように、本実施の形態に係る発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８は、矩形の発光素子と比較して、対向する２辺が平行でない。そのため、光源像が走査されることで形成されるパターンの形状は、矩形ではなく、走査方向の先端と後端の辺が平行でない台形となる。また、光源像が走査される際に点消灯が制御されることでパターンの一部に生じる非照射領域の形状も、矩形ではなく、走査方向の先端と後端の辺が平行でない台形となる。

しかも、本実施の形態に係る第１の光源２０は、発光面が二等辺三角形の同じ発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８を配置したにもかかわらず、その配置を工夫することで互いに並進対称性のない４つの光源像Ｌ１５〜Ｌ１８（Ｌ１１〜Ｌ１４）を実現できる。そして、４つの光源像Ｌ１５〜Ｌ１８を走査することで、形状の異なる４つのパターンＰ１〜Ｐ４が形成できる。加えて、光源像で走査する際に発光素子を点消灯制御することで、並進対称性のない４つの非照射領域Ｒ１〜Ｒ４も実現できる。したがって、これらのパターンや非照射領域を組み合わせることで、全体の形状や遮光領域の形状が異なる複数種の配光パターンを簡易な構成の光学ユニットで実現できる。具体的には、第１の実施の形態に係る第１の光源は、１種類の発光素子で実現できる。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施の形態に係る光学ユニットで実現できる配光パターンの例を示す図である。

図７（ａ）に示す配光パターンＰＨ１は、第１の光源２０の全ての発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８が常時点灯することで形成される。配光パターンＰＨ１は、光源像Ｌ１１が走査されることで形成されるパターンＰ１１と、光源像Ｌ１２が走査されることで形成されるパターンＰ１２と、光源像Ｌ１３が走査されることで形成されるパターンＰ１３と、光源像Ｌ１４が走査されることで形成されるパターンＰ１４と、光源像Ｌ１５が走査されることで形成されるパターンＰ１５と、光源像Ｌ１６が走査されることで形成されるパターンＰ１６と、光源像Ｌ１７が走査されることで形成されるパターンＰ１７と、光源像Ｌ１８が走査されることで形成されるパターンＰ１８と、が合成されたハイビーム用配光パターンである。

図７（ｂ）に示す配光パターンＰＨ２は、第１の光源２０の発光素子Ｅ１１，Ｅ１４，Ｅ１５，Ｅ１８が点消灯することで形成される。配光パターンＰＨ２は、光源像Ｌ１１が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１１’と、光源像Ｌ１４が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１４’と、光源像Ｌ１５が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１５’と、光源像Ｌ１８が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１８’と、が合成された可変ハイビーム用配光パターンである。配光パターンＰＨ２では、左右対称の斜めのカットラインを有する台形の非照射領域が中央部に形成されている。

図７（ｃ）に示す配光パターンＰＨ３は、第１の光源２０の発光素子Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ１７，Ｅ１８が点消灯することで形成される。配光パターンＰＨ３は、光源像Ｌ１３が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１３’と、光源像Ｌ１４が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１４’と、光源像Ｌ１７が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１７’と、光源像Ｌ１８が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１８’と、が合成された可変ハイビーム用配光パターンである。配光パターンＰＨ３では、左右平行の斜めのカットラインを有する平行四辺形の非照射領域が中央部に形成されている。

図７（ｄ）に示す配光パターンＰＨ４は、第１の光源２０の全ての発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８が点消灯することで形成される。配光パターンＰＨ４は、光源像Ｌ１１が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１１’と、光源像Ｌ１２が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１２’と、光源像Ｌ１３が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１３’と、光源像Ｌ１４が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１４’と、光源像Ｌ１５が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１５’と、光源像Ｌ１６が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１６’と、光源像Ｌ１７が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１７’と、光源像Ｌ１８が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ１８’と、が合成された可変ハイビーム用配光パターンである。配光パターンＰＨ３では、カットラインが垂直な矩形の非照射領域が中央部に形成されている。

上述のように、本実施の形態に係る第１の光源２０は、点消灯が制御されることで配光パターンの一部に生じる非照射領域の端部の形状を異ならせることができるように光出射面が構成されている。これにより、非照射領域の端部の形状が異なる複数の配光パターンＰＨ２〜ＰＨ４を形成できる。

ここで、光出射面とは、第１の光源２０を構成する複数の発光素子Ｅ１１〜Ｅ１８の発光面である。そして、この発光面の形状を、矩形の発光素子のような対向する２辺が平行な形状ではなく、少なくとも一辺が他のいずれの辺とも平行でないようにするとなおよい。例えば、台形でも可能である。なお、第１の光源が一つの発光素子で構成されており、その前面に光の透過を領域毎に制御する光透過制御部材（例えば、液晶シャッターや調光ミラー）を配置した場合は、光等制御部材の表面を光出射面と捉えてもよい。

本実施の形態に係る第１の光源２０は、図５（ａ）や図５（ｂ）に示すように、光源像として走査される方向Ｄ１と交差する第１の辺Ａ１を有する第１光出射面（発光素子Ｅ１５）と、光源像として走査される方向と交差し、第１の辺Ａ１と方向が異なる第２の辺Ａ２を有する第２光出射面（発光素子Ｅ１８）と、を有している。これにより、図７（ｂ）に示す配光パターンＰＨ２のように、非照射領域の端部を第１の辺Ａ１に対応した斜めのカットラインＣＬ１と第２の辺Ａ２に対応した斜めのカットラインＣＬ２で形成できる。これにより、ヘッドライト等の車両用灯具へ適用できる。

また、発光素子Ｅ１８は、第２の辺Ａ２によって、カットラインＣＬ１と角度の異なるカットラインＣＬ２が形成される形状を有している。これにより、照射方向の状況に応じて非照射部をより適した形にすることが可能となる。例えば、前走車等に与えるグレアを抑制しつつ前方の視認性を向上できる。

また、発光素子Ｅ１８は、第２の辺Ａ２によって、カットラインＣＬ１と対称のカットラインＣＬ２が形成される形状を有している。これにより、非照射領域の端部が左右対称の配光パターンＰＨ２を形成でき、例えば、ドーバー法規への対応が容易なヘッドライトを実現できる。

また、本実施の形態係る光学ユニット１８は、例えば、発光素子Ｅ１５および発光素子Ｅ１７の点灯状態をそれぞれ制御する制御部２９を更に備えている。制御部２９は、配光パターンとして台形の非照射部を有する配光パターンＰＨ２（図７（ｂ）参照）を形成する場合には、台形の非照射部を発光素子Ｅ１５から出射した光が走査するタイミングで発光素子Ｅ１５を消灯制御し、配光パターンとして平行四辺形の非照射部を有する配光パターンＰＨ３（図７（ｃ）参照）を形成する場合には、平行四辺形の非照射部を発光素子Ｅ１７から出射した光が走査するタイミングで発光素子Ｅ１７を消灯制御してもよい。これにより、非照射部の形状が異なる複数の配光パターンを形成できる。

なお、本実施の形態に係る第１の光源２０は、光源像として走査される方向Ｄ１に、発光素子Ｅ１５〜Ｅ１８が配列している。これにより、省スペースな光源で複数の配光パターンを形成できる。

図８は、各実施の形態に係る車両用前照灯の制御装置を示す図である。図８に示すように、本実施の形態に係る車両用前照灯１０の制御装置１００は、車両前方や周囲を撮影するカメラ４４と、車両前方の他車両や歩行者までの距離や存在を検出するレーダ４６と、ドライバにより車両用前照灯の点灯状態や照射モード（ハイビーム用配光パターンやロービーム用配光パターンの選択や自動制御モード等）を制御するスイッチ４８と、操舵状態を検出する検知部５０と、車速センサや加速度センサ等のセンサ５２と、制御部２９と、モータ３４と、第１の光源２０と、第２の光源２６と、を備える。

制御部２９は、カメラ４４、レーダ４６、スイッチ４８、検知部５０およびセンサ５２から取得した情報に基づいて、モータ３４の回転や、第１の光源２０や第２の光源２６が有する各発光素子の点消灯を制御する。これにより、簡易な構成で複数の配光パターンを形成可能な新たな光学ユニット１８を実現できる。

［第２の実施の形態］
図９（ａ）は、第２の実施の形態に係る第１の光源を正面から見た場合の模式図、図９（ｂ）は、点灯した状態の第１の光源が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図である。なお、図９（ａ）では、集光用レンズ２３の図示を省略している。また、図９（ｂ）の光源像は、図９（ａ）の発光素子が投影レンズ２４によって上下が反転したものである。

図９（ａ）に示すように、第１の光源１２０は、５つの発光素子Ｅ２１〜Ｅ２５が配置されている。各発光素子Ｅ２１〜Ｅ２５は、発光面（光出射面）が矩形（正方形）である。また、発光素子Ｅ２１〜Ｅ２３は、各辺が水平線Ｈ−Ｈに対して斜めになるように配置されており、発光素子Ｅ２４，Ｅ２５は、各辺が水平線Ｈ−Ｈに対して平行になるように配置されている。このように、同じ形状の発光素子を異なる向きに配置することで、種々の形状の配光パターンを実現できる。図９（ｂ）に示す光源像Ｌ２１〜Ｌ２５は、発光素子Ｅ２１〜Ｅ２５の各発光面に対応したものである。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、光源像Ｌ２１〜Ｌ２５を走査した場合に形成できる配光パターンを説明するための模式図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、光源像Ｌ２１〜Ｌ２５は、走査されることで形成されるパターンを考慮すると、２種類に分類される。

図１０（ａ）に示すように、発光素子Ｅ２４が連続点灯している状態であると、その光源像Ｌ２４が走査されることで形成されるパターンＰ１は、左辺Ｓ１１が垂直で右辺Ｓ１２も垂直な矩形となる。また、発光素子Ｅ２４が所定のタイミングで消灯すると、その光源像Ｌ２４が走査されることで形成されるパターンＰ１’は、一部に非照射領域Ｒ１が形成されたものとなる。非照射領域Ｒ１は、左辺Ｓ１１’が垂直で右辺Ｓ１２’も垂直な矩形である。

同様に、図１０（ｂ）に示すように、発光素子Ｅ２１が連続点灯している状態であると、その光源像Ｌ２１が走査されることで形成されるパターンＰ２は、左辺Ｓ２１が斜め左上がりおよび斜め左下がりの折れ線であり、右辺Ｓ２２が斜め右上がりおよび斜め右下がりの折れ線であり、横長の六角形となる。また、発光素子Ｅ２１が所定のタイミングで消灯すると、その光源像Ｌ２１が走査されることで形成されるパターンＰ２’は、一部に非照射領域Ｒ２が形成されたものとなる。非照射領域Ｒ２は、左辺Ｓ２１’が斜め左上がりおよび斜め左下がりの折れ線であり、右辺Ｓ２２’が斜め右上がりおよび斜め右下がりの折れ線である。

このように、本実施の形態に係る発光素子Ｅ２１〜Ｅ２５は、矩形の発光素子が１種類用いられており、対向する２辺が平行である。しかしながら、発光素子Ｅ２４，Ｅ２５に対して、一部の発光素子Ｅ２１〜Ｅ２３を配置する場所や向きを工夫することで複数のパターンを実現できる。また、光源像が走査されることで形成されるパターンの形状は、矩形だけではなく、走査方向の先端と後端の辺が折れ線となった六角形となる。また、光源像が走査される際に点消灯が制御されることでパターンの一部に生じる非照射領域の形状も、矩形ではなく、走査方向の先端と後端の辺が折れ線となる。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットで実現できる配光パターンの例を示す図である。

図１１（ａ）に示す配光パターンＰＨ１は、第１の光源１２０の全ての発光素子Ｅ２１〜Ｅ２５が常時点灯することで形成される。配光パターンＰＨ１は、光源像Ｌ２１が走査されることで形成されるパターンＰ２１と、光源像Ｌ２２が走査されることで形成されるパターンＰ２２と、光源像Ｌ２３が走査されることで形成されるパターンＰ２３と、光源像Ｌ２４が走査されることで形成されるパターンＰ２４と、光源像Ｌ２５が走査されることで形成されるパターンＰ２５と、が合成されたハイビーム用配光パターンである。

図１１（ｂ）に示す配光パターンＰＨ２は、第１の光源１２０の発光素子Ｅ２１〜Ｅ２４が点消灯し、発光素子Ｅ２５は常時消灯することで形成される。配光パターンＰＨ２は、光源像Ｌ２１が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ２１’と、光源像Ｌ２２が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ２２’と、光源像Ｌ２３が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ２３’と、光源像Ｌ２４が走査されると共に所定のタイミングで消灯することで形成されるパターンＰ２４’と、が合成された可変ハイビーム用配光パターンである。配光パターンＰＨ２では、左右対称の斜めのカットラインを有する台形の非照射領域が中央部に形成されている。

なお、第１の実施の形態の図７（ｃ）に示した配光パターンＰＨ３と同様に、第１の光源１２０の発光素子Ｅ２１〜Ｅ２３の点消灯を制御することで、左右平行の斜めのカットラインを有する平行四辺形の非照射領域を中央部に形成することもできる。

上述のように、本実施の形態に係る第１の光源１２０は、点消灯が制御されることで配光パターンの一部に生じる非照射領域の端部の形状を異ならせることができるように光出射面が構成されている。これにより、非照射領域の端部の形状が異なる複数の配光パターンを形成できる。

本実施の形態に係る第１の光源１２０は、図９（ａ）や図９（ｂ）に示すように、光源像として走査される方向Ｄ１と交差する第１の辺Ａ１を有する第１光出射面（発光素子Ｅ２１〜Ｅ２３）と、光源像として走査される方向と交差し、第１の辺Ａ１と方向が異なる第２の辺Ａ２を有する第２光出射面（発光素子Ｅ２１〜Ｅ２３）と、を有している。これにより、図１１（ｂ）に示す配光パターンＰＨ２のように、非照射領域の端部を第１の辺Ａ１に対応した斜めのカットラインＣＬ１と第２の辺Ａ２に対応した斜めのカットラインＣＬ２で形成できる。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態に係る車両用前照灯１０においては、回転リフレクタ２２のブレード２２ａの形状が、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。一方、第３の実施の形態に係る車両用前照灯においては、回転リフレクタとしてポリゴンミラーを用いており、それ以外は第１の実施の形態と実質的な違いはない。したがって、以下の説明においては、回転リフレクタについて詳述し、第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

図１２は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。第３の実施の形態に係る車両用前照灯１１０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、１つの光学ユニット１１８が収容される空間として機能する。光学ユニット１１８は、可変ハイビームとロービームの両方を照射できるように構成されたランプユニットである。

本実施の形態に係る光学ユニット１１８は、光源２２０と、光源２２０から出射した第１の光Ｌ１の光路を変化させてポリゴンミラー１２２の反射面１２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての集光用レンズ２３と、第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸Ｒを中心に回転するポリゴンミラー１２２と、投影レンズ１２４と、制御部２９と、を備える。

光源２２０は、複数の素子がマトリックス状に配置されている。投影レンズ１２４は、ポリゴンミラー１２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（図１左方向）に集光し投影する。これにより、光学ユニット１１８の前方に光源像を鮮明に投影できる。

ポリゴンミラー１２２は、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、ポリゴンミラー１２２は、回転しながら反射した各光源の光を走査することで所望の配光パターンを形成するように反射面１２２ａが設けられている。つまり、ポリゴンミラー１２２は、その回転動作により、発光部からの可視光を照射ビームとして出射するものであり、かつ、該照射ビームを走査せしめることによって所望の配光パターンを形成する。

ポリゴンミラー１２２の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対してほぼ垂直になっており、光軸Ａｘと光源２２０とを含む平面と交差するように設けられている。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光源の光（照射ビーム）の走査平面と略直交するように設けられている。このようなポリゴンミラー１２２を用いた車両用前照灯１１０においても、前述の各種配光パターンの形成が可能である。

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。

１０車両用前照灯、１８光学ユニット、２０第１の光源、２２回転リフレクタ、２２ａブレード、２２ｂ回転部、２４投影レンズ、２９制御部、３４モータ、１００制御装置、１２０第１の光源。

Claims

光源と、
前記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と、を備え、
前記回転リフレクタは、反射した前記光が光源像として走査されることで配光パターンを形成するように構成されており、
前記配光パターンの一部に生じる非照射領域は、先端または後端である直線の端部を有し、
前記光源は、三角形の光出射面をそれぞれ有する複数の発光素子を備え、
前記複数の発光素子は、点消灯が制御されることで前記直線の傾きを変化させることができるように配置されていることを特徴とする光学ユニット。
前記複数の発光素子の光出射面は、
光源像として走査される方向と交差する第１の辺を有する第１光出射面と、
光源像として走査される方向と交差し、前記第１の辺と方向が異なる第２の辺を有する第２光出射面と、を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
前記第１光出射面および前記第２光出射面の点灯状態をそれぞれ制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、
前記配光パターンとして第１の形状の非照射部を有する第１の配光パターンを形成する場合には、前記第１の形状の非照射部を前記第１光出射面から出射した光が走査するタイミングで前記第１光出射面を消灯制御し、
前記配光パターンとして第１の形状と異なる第２の形状の非照射部を有する第２の配光パターンを形成する場合には、前記第２の形状の非照射部を前記第２光出射面から出射した光が走査するタイミングで前記第２光出射面を消灯制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
前記第１光出射面は、前記第１の辺によって斜めの第１カットラインが形成される形状を有することを特徴とする請求項２または３に記載の光学ユニット。
前記第２光出射面は、前記第２の辺によって、前記第１カットラインと角度の異なる第２カットラインが形成される形状を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。
前記第２光出射面は、前記第２の辺によって、前記第１カットラインと対称の第２カットラインが形成される形状を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。
前記第１光出射面と前記第２光出射面とは、光源像として走査される方向に配列していることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光学ユニット。