光学单元和车辆用灯具的制作方法
【专利摘要】光学单元(120)具有光源(112)和以旋转轴为中心旋转的旋转反射器(140)。旋转反射器(140)沿旋转轴的周向具有多个叶片(142)，该叶片具有在旋转预定的角度期间反射从光源射出的光而形成所希望的配光图案的反射面。光学单元(120)还具有被安装于旋转反射器(140)的旋转轴的风扇(150)。
【专利说明】
光学单元和车辆用灯具
技术领域
[0001]本发明涉及光学单元，尤其涉及被用于车辆用灯具的光学单元。
【背景技术】
[0002]已知有具备一边反射从光源射出的光一边以旋转轴为中心向一个方向旋转的旋转反射器的光学单元(参照专利文献I)。在旋转反射器上，沿旋转轴的周向设有多个叶片，该叶片设有反射面，使得反射的光形成所希望的配光图案。这样的光学单元能利用旋转反射器沿一个方向的旋转而形成所希望的配光图案，故具有反射器的旋转驱动部的负担少这样的优点。
[0003][在先技术文献]
[0004][专利文献]
[0005][专利文献I]日本专利申请第2010-092124号公报
【发明内容】
[0006]〔发明所要解决的课题〕
[0007]在专利文献I所记载的光学单元中，使旋转反射器具有冷却扇的功能，利用叶片的旋转使光源的散热部附近产生空气对流，来促进散热。然而，叶片所产生的气流是与旋转反射器的旋转轴平行的方向，其大部分并未到达散热部，不能说得到了足够的冷却效果。
[0008]本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种在具备旋转反射器的光学单元中有效地使光学单元冷却的技术。
[0009]〔用于解决课题的手段〕
[0010]本发明一个方案的光学单元包括:光源；以旋转轴为中心旋转的旋转反射器，其沿旋转轴的周向具有多个叶片，所述叶片具有在旋转预定的角度期间反射从所述光源射出的光而形成所希望的配光图案的反射面;旋转驱动所述旋转反射器的电机；以及被安装于所述旋转轴的风扇。
[0011]根据该方案，通过在旋转反射器之外另行设置冷却用的风扇，能提高光学单元的冷却性能。
[0012]所述风扇可以是鼓风机。由此，能通过鼓风机朝与旋转反射器的旋转轴正交的方向产生风。
[0013]所述风扇可以被安装在与所述旋转反射器的反射面相反的一侧。由此，能不妨碍旋转反射器所形成的配光图案地产生风。
[0014]可以设置将所述风扇产生的风导向所述光源或所述电机的导风路。利用导风路能将风导向发热量多的部位，提高冷却性能。
[0015]可以在与所述旋转反射器的反射面相反侧的面上设置多个散热片。由此，能增加广生的风，进一步提尚冷却性能。
[0016]可以将上述光学单元安装于车辆用灯具。此时，可以从车辆怠速时起、或从所述车辆用灯具中点亮了近光灯时起，使所述风扇旋转。这样，能抑制因将风扇安装于旋转反射器而导致的惯性矩増加所引起的光学单元的启动滞后。
[0017]〔发明效果〕
[0018]通过本发明，能在具有旋转反射器的光学单元中使光学单元有效地冷却。
【附图说明】
[0019]图1是第I实施方式的车辆用前照灯的水平剖视图。
[0020]图2是示意性地表示含有第I实施方式的光学单元的灯单元的构成的俯视图。
[0021 ]图3是从图1所示的A方向看灯单元时的侧视图。
[0022]图4的(a)?图4的(e)是表示在第I实施方式的灯单元中与旋转反射器的旋转角相应的叶片的样子的立体图。图4的(f)?图4的(j)是用于与图4的(a)?图4的(e)的状态相对应地说明反射来自光源的光的方向发生变化的点的图。
[0023]图5的(a)?图5的(e)是表示旋转反射器处于与图4的(f)?图4的(j)的状态对应的扫描位置时的投影图像的图。
[0024]图6的(a)是表示利用第I实施方式的车辆用前照灯扫描相对于光轴左右±5度的范围时的配光图案的图；图6的(b)是表不图6的(a)所不的配光图案的光度分布的图；图6的
(c)是表示利用第I实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的一处遮光后的状态的图；图6的(d)是表示图6的(C)所示的配光图案的光度分布的图；图6的(e)是表示利用第I实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的多处遮光后的状态的图；图6的(f)是表示图6的(e)所示的配光图案的光度分布的图。
[0025]图7是第2实施方式的车辆用灯具的概略立体图。
[0026]图8是图7的光学单元的俯视图。
[0027]图9是从车辆后方侧观察图7的光学单元时的立体图。
[0028]图10是表示光学单元的变形例的俯视图。
[0029]图11是由变形例的旋转反射器和风扇构成的总成的侧视立体图。
[0030]图12是图11的总成的俯视立体图。
【具体实施方式】
[0031]以下基于实施方式参照【附图说明】本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。此外，实施方式只是例示，并非限定发明，并非实施方式所记载的全部特征及其组合都是发明的本质部分。
[0032](第丨实施方式)
[0033]图1是第I实施方式的车辆用前照灯的水平剖视图。车辆用前照灯10是被安装在汽车前端部的右侧的右侧前照灯，与被安装在左侧的前照灯左右对称，除此以外二者是相同的构造。因此，以下针对右侧的车辆用前照灯10进行详细描述，省略左侧的车辆用前照灯的说明。
[0034]如图1所示，车辆用前照灯10具有灯体12，该灯体12具有朝前方开口的凹部。灯体12的前面开口被透明的前罩14覆盖而形成灯室16。灯室16作为以沿车宽方向并排配置2个灯单元18、20的状态收容它们的空间而发挥功能。
[0035]这些灯单元中，被配置在外侧、即被配置在右侧的车辆用前照灯10的图1所示上侧的灯单元20是具有透镜的灯单元，被构成为照射可变远光灯。另一方面，这些灯单元中，被配置在内侧、即被配置在右侧的车辆用前照灯10的图1所示下侧的灯单元18被构成为照射近光灯。
[0036]近光灯用的灯单元18具有反射器22和被反射器22支承的光源灯泡(白炽灯泡)24、以及未图示的遮光器，反射器22通过未图示的已知方式、例如使用了调光螺钉和螺母的方式而被可自由倾斜地支承于灯体12。
[0037]灯单元20如图1所示那样具有旋转反射器26、LED28、被配置在旋转反射器26前方的作为投影透镜的凸透镜30 ο需要说明的是，也可以不采用LED28，而是采用EL元件或LD元件等半导体发光元件作为光源。另外，也可以取代LED28地采用半导体激光器、或以半导体激光器使荧光体激励发光的光源，还可以采用它们与LED的组合作为光源。特别是为了后述的用于对配光图案的一部分进行遮光的控制，优选采用能短时间且精度良好地进行亮灭灯的光源。凸透镜30的形状只要根据所被要求的配光图案或照度分布等配光特性适当选择即可，但也可以采用非球面透镜或自由曲面透镜。在本实施方式中，采用非球面透镜作为凸透镜30 ο
[0038]旋转反射器26基于未图示的电机等驱动源以旋转轴R为中心向一个方向旋转。另夕卜，旋转反射器26具有被构成使得一边旋转一边反射从LED28射出的光，来形成所希望的配光图案的反射面。在实施方式中，旋转反射器26构成了光学单元。
[0039]图2是示意性地表示含有本实施方式的光学单元的灯单元20的构成的俯视图。图3是从图1所示的A方向看灯单元20时的侧视图。
[0040]旋转反射器26的作为反射面发挥功能的形状相同的3枚叶片26a被设置在筒状的旋转部26b的周围。旋转反射器26的旋转轴R相对于光轴Ax倾斜，被设置在包含光轴Ax和LED28的平面内。换言之，旋转轴R被设置得与通过旋转来沿左右方向进行扫描的LED28的光(照射光束)的扫描平面大致平行。由此来谋求光学单元的薄型化。在这里，所谓扫描平面，例如可以理解为通过将作为扫描光的LED28的光的轨迹连续连接起来而形成的扇形的平面。另外，在本实施方式的灯单元20中，所具备的LED28比较小，LED28所被配置的位置也在旋转反射器26与凸透镜30之间且偏离于光轴Αχ。因此，与如以往的投影方式的灯单元那样光源和反射器及透镜在光轴上排列成一列的情况相比，能使车辆用前照灯10的深度方向(车辆前后方向)缩短。
[0041 ]另外，旋转反射器26的叶片26a的形状被构成使得LED28的反射后的2次光源被形成在凸透镜30的焦点附近。另外，叶片26a具有以如下方式扭曲的形状，S卩，沿以旋转轴为中心的周向，光轴Ax与反射面所成的角度逐渐变化。由此，能如图2所示那样利用LED28的光进行扫描。关于这一点，将进一步详细描述。
[0042]图4的(a)?图4的(e)是表示在本实施方式的灯单元中与旋转反射器26的旋转角相应的叶片的样子的立体图。图4的(f)?图4的(j)是用于说明与图4的(a)?图4的(e)的状态对应地反射来自光源的光的方向发生变化的点的图。
[0043]图4的(a)表示了LED28被配置使得照射2个叶片26al、26a2的边界区域的状态。在该状态下，如图4的(f)所示，LED28的光被叶片26aI的反射面S向相对于光轴Ax倾斜的方向反射。其结果，形成配光图案的车辆前方区域中的、左右两端部的一个端部区域被照射。之后，旋转反射器26旋转而成为图4的(b)所示的状态时，由于叶片26al是扭曲的，故反射LED28的光的叶片26a I的反射面S (反射角)发生变化。其结果，如图4的(g)所示那样，LED28的光被朝比图4的(f)所示的反射方向更靠近光轴Ax的方向反射。
[0044]接下来，当旋转反射器26如图4的(C)、图4的⑷、图4的(e)所示那样旋转时，LED28的光的反射方向就朝着形成配光图案的车辆前方区域中的、左右两端部的另一端部变化。本实施方式的旋转反射器26被构成使得旋转120度时，由LED28的光沿一个方向(水平方向)扫描I次前方。换言之，随着I枚叶片26a通过LED28前面，车辆前方的所希望的区域被LED28的光扫描I次。需要说明的是，如图4的(f)?图4的(j)所示那样，2次光源(光源虚像)31在凸透镜30的焦点附近左右移动。叶片26a的数量和形状、旋转反射器26的旋转速度是考虑到所需的配光图案的特性及所要扫描的像的闪烁而基于实验或仿真的结果适当设定的。另外，作为能根据各种配光控制而改变旋转速度的驱动部，优选电机。由此，能容易地改变进行扫描的时机(timing)。作为这样的电机，优选能从电机自身得到旋转时机信息的类型。具体来说，可以举出DC无刷电机。在采用了DC无刷电机的情况下，由于能从电机自身得到旋转时机信息，故能省略编码器等设备。
[0045]这样，本实施方式的旋转反射器26能通过设计叶片26a的形状和旋转速度来利用LED28的光沿左右方向扫描车辆前方。图5的(a)?图5的(e)是表示了旋转反射器处于与图4的(f)?图4的(j)的状态对应的扫描位置时的投影图像的图。图的纵轴和横轴的单位是度(°)，表示了照射范围和照射位置。如图5的(a)?图5的(e)所示，随着旋转反射器26的旋转，投影图像沿水平方向移动。
[0046]图6的(a)是表示利用本实施方式的车辆用前照灯扫描相对于光轴左右±5度的范围时的配光图案的图，图6的(b)是表不图6的(a)所不的配光图案的光度分布的图，图6的(C)是表示利用本实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的一处遮光的状态的图，图6的
(d)是表示图6的(C)所示的配光图案的光度分布的图，图6的(e)是表示利用本实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的多处遮光的状态的图，图6的(f)是表示图6的(e)所示的配光图案的光度分布的图。
[0047]如图6的(a)所示，本实施方式的车辆用前照灯10能用旋转反射器26反射LED28的光，并以反射后的光扫描前方，由此形成实质上为矩形的远光灯用配光图案。这样，能通过旋转反射器26的一个方向的旋转形成所希望的配光图案，故无需基于共振镜那样的特殊机构的驱动，并且减少了共振镜那样针对反射面大小的制约。因此，通过选择具有更大的反射面的旋转反射器26，能将从光源射出的光高效地用于照明。即，能提高配光图案的最大光度。需要说明的是，本实施方式的旋转反射器26具有与凸透镜30的直径几乎相同的直径，并与之相应地能够加大叶片26a的面积。
[0048]另外，具有本实施方式的光学单元的车辆用前照灯10通过使LED28的亮灭灯的时机及发光度的变化与旋转反射器26的旋转同步，能如图6的(c)、图6的(e)所示那样形成将任意区域遮光的远光灯用配光图案。另外，在与旋转反射器26的旋转同步地使LED28的发光光度变化(亮灭灯)来形成远光灯用配光图案的情况下，还能通过使光度变化的相位错开来实现使配光图案本身旋转这样的控制。
[0049]如上述那样，本实施方式的车辆用前照灯能通过使LED的光扫描来形成配光图案，并通过控制发光光度的变化来对配光图案的一部分任意地形成遮光部。因此，与熄灭多个LED的一部分来形成遮光部的情况相比，能用较少数量的LED精度良好地使所希望的区域遮光。此外，由于车辆用前照灯10能形成多个遮光部，故即使前方存在多个车辆，也能将与各个车辆对应的区域遮光。
[0050]此外，车辆用前照灯10能不使基本的配光图案移动地进行遮光控制，故在遮光控制时能减少给驾驶员带来的不协调感。另外，由于能不移动灯单元20地使配光图案旋转，故能简化灯单元20的机构。因此，车辆用前照灯10中作为用于进行配光可变控制的驱动部，只要具有旋转反射器26的旋转所需的电机即可，能谋求结构的简化、低成本化、小型化。
[0051](第2实施方式)
[0052]图7是从左上方看第2实施方式的车辆用灯具100时的概略立体图。与第I实施方式一样，车辆用灯具100是被安装在汽车的前端部右侧的右侧前照灯。
[0053]车辆用灯具100具有灯体102，其前面开口被透明的前罩(未图示)覆盖而形成灯室。灯体102中沿车宽方向并排配置2个灯单元118、120。
[0054]被配置在车宽方向外侧(图7中为左侧)的灯单元118是由光源、具有反射从光源发出的光的反射面的反射器、以及投影透镜构成的用于形成近光灯的灯单元。这样的灯单元是公知的，故省略详细的说明。
[0055]被配置在车宽方向内侧(图7中为右侧)的光学单元120是与在第I实施方式中说明的灯单元20同样的、具有旋转反射器140的灯单元。
[0056]需要说明的是，车辆用灯具100中可以除灯单元118、120外还具有其它类型的灯单
J L ο
[0057]图8是图7的光学单元120的俯视图，图9是从车辆后方侧观察光学单元120时的立体图。光学单元120具有旋转反射器140、作为光源的LED112、被配置在旋转反射器26前方的作为投影透镜的凸透镜130。需要说明的是，也可以取代LED112而采用EL元件或LD元件等半导体发光元件作为光源。另外，也可以使用半导体激光器或用半导体激光器使荧光体激励发光的光源，还可以将它们与LED组合来作为光源。
[0058]如图8和图9所示那样，在LED112背后配设有用于促进LED散热的散热器114。
[0059]关于凸透镜130的形状，只要根据所要求的配光图案、照度分布等配光特性适当选择即可，也可以采用非球面透镜或自由曲面透镜。在本实施方式中，凸透镜130的一部分被切掉，使得能从车辆前方侧观察到旋转反射器(参照图7)。
[0060]旋转反射器140通过未图示的电机等驱动源而以旋转轴为中心向一个方向旋转。旋转反射器140沿筒状的旋转部144的周向具有多个(本实施方式中是2枚)叶片142，该叶片142具有在旋转预定角度期间将从LED112射出的光反射而形成所希望的配光图案的反射面。这些叶片142的形状同第I实施方式的旋转反射器26的叶片26a—样，被构成使得反射后的2次光源被形成在凸透镜130的焦点附近。另外，叶片142具有以如下方式扭曲的形状，SP，在以旋转轴为中心的周向上光轴与反射面所成的角度逐渐变化。
[0061]光学单元120如参照图6所说明的那样，能够用旋转反射器140反射LED112的光，用反射的光扫描前方，形成实质上为矩形的远光灯用配光图案。
[0062]在第I实施方式所说明的旋转反射器26的情况下，在其前方配置有LED28，旋转反射器也作为朝LED28送风的冷却扇来使用。然而，由于旋转反射器的叶片的形状，是向与旋转反射器的旋转轴平行的方向产生风，所以其大部分并没有抵达LED，无法期待足够的冷却。
[0063]因此，在本实施方式中，在旋转反射器140的叶片142的反射面的相反侧，设有冷却扇150。冷却扇150被安装在旋转反射器的旋转轴上，与旋转反射器140—起被上述的未图示的电机驱动。冷却扇150被设在叶片的反射面的相反侧，故不会对旋转反射器形成的配光图案产生任何影响。
[0064]冷却扇150是在圆筒形的壳体158内部可旋转地收容多叶片叶轮156的所谓的鼓风机。多叶片叶轮156与旋转反射器140共有旋转轴。冷却扇150被构成为从被形成在壳体158底部的吸入口 152吸入空气，并将通过叶轮156的旋转而压缩后的空气从被形成在壳体158的侧面的吹出口 154吹出的方式。通过采用鼓风机作为冷却扇，能向相对于旋转反射器的旋转轴正交的方向产生风。由于冷却扇150产生的风不直接到达旋转反射器140，故不会对旋转反射器的转数、转速产生影响。另外，通过将吸入口 152配置在与旋转反射器140相反的一侧，能不受旋转反射器的影响地吸入空气。
[0065]需要说明的是，冷却扇150可以与旋转反射器140分别制作，并可拆装地组装在一起，也可以将旋转反射器140和冷却扇150—体地构成来削减部件个数。
[0066]由图9可知，冷却扇150的吹出口154朝向LED112的散热器114的底面。因此，来自冷却扇的送风的大部分会抵达散热器的底面，故能提高LED的冷却效率。
[0067]图10是表示光学单元120的变形例的俯视图。在该光学单元中，冷却扇150的吹出口 154连接有管状的导风路160。导风路160从吹出口 154延伸出来后弯曲成J字形，并在LED的散热器114的上部具有开口部162。通过像这样使用导风路来使冷却扇产生的风从散热器的上部直接送至散热器，能进一步提高散热器对LED的冷却效率。
[0068]需要说明的是，导风路160也可以被构成使得朝其它发热源送风。例如，也可以构成导风路160使得开口部162朝向驱动旋转反射器和风扇的电机，还可以构成导风路使得开口部朝向相邻的灯单元118的LED的散热器。或者，也可以设计导风路，使得在车辆用灯具100的灯室的几乎全体中产生对流。尤其是在后者的情况下，可以期待具有消除车辆用灯具的前罩的起雾的效果。还可以以如下方式构成导风路，即，导风路在中途分支成多个管，分别朝各发热源送风。
[0069]图11是将本实施方式的变形例的旋转反射器240和上述的冷却扇150组合后的总成300的侧视立体图。该总成300能够置换成由图7的旋转反射器140和冷却扇150构成的总成。图12是图11的总成300的俯视立体图。需要说明的是，图12是以透过旋转反射器240而能看到下部的构造的方式描绘的。
[0070]由图11和12可知，旋转反射器240中，在叶片242的反射面的相反侧的面设有多个散热片244。散热片244相对于叶片242的面几乎垂直地立设着。散热片244针对各叶片242各设有6个，但也可以是其它数量。相邻的散热片244彼此所成的角度可以是等角，也可以不是等角。
[0071]由于在旋转反射器的反射面的相反侧的面设置散热片，故不会对反射面形成的配光图案产生影响。此外，也不会因散热片产生的湍流而在反射面上附着污物。
[0072]通过多个散热片242，在旋转反射器240旋转时，除冷却扇150所产生的风外还会产生风，能加大车辆用灯具内的对流。因此，不仅能进一步提高车辆用灯具内的发热源的冷却效率，还能在消除前罩的雾气方面产生作用。
[0073]如上述那样旋转反射器和冷却扇共用旋转轴，故旋转反射器和冷却扇所构成的总成的惯性矩与旋转反射器单体时相比变大了。因此，为点亮远光灯而驱动光学单元120时，旋转反射器达到预定的转速所需的时间会比旋转反射器单体时长。这在远光灯点亮初期会作为表现为闪烁的现象而被驾驶员认识到。
[0074]因此，优选从开始车辆的怠速的时点起，或者从点亮近光灯用灯单元的时点起，不点亮LED地先使光学单元120的总成旋转。此时的转速可以是远光灯点亮时的预定转速，也可以是比其低的转速。在需要远光灯时，只要维持该转速或增加至预定的转速的同时使LED点亮，就能使启动所需的时间成为零或减少，能防止远光灯的闪烁。
[0075]以上参照上述各实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述的各实施方式，将各实施方式的构成适当组合或置换后的方案也包含在本发明中。另外，还可以基于本领域技术人员的知识适当重组各实施方式中的组合和处理的顺序，或对各实施方式施加各种设计变更等变形，被施加了这样的变形的实施方式也可能包含在本发明的范围内。
[0076]在上述各实施方式中，说明了将灯单元适用于车辆用灯具的情况，但并非限定于对该领域的适用。例如，也可以适用于切换各种配光图案地进行照明的舞台或娱乐设施中的照明器具。以往，这样的领域的照明器具需要用于改变照明方向的较大型的驱动机构，但若是上述实施方式的灯单元，则能通过旋转反射器的旋转和光源的亮灭灯来形成各种各样的配光图案，故无需大型的驱动机构，能够使其小型化。
[0077]〔标号说明〕
[0078]100车辆用灯具、112LED、114散热器、120光学单元、130凸透镜、140旋转反射器、142叶片、150冷却扇、152吸入口、154吹出口、156多叶片叶轮、160导风路、240旋转反射器、242叶片、244散热片。
[0079]〔工业可利用性〕
[0080]通过本发明，能够在具备旋转反射器的光学单元中有效地冷却光学单元。
【主权项】
1.一种光学单元，其特征在于，包括: 光源， 以旋转轴为中心旋转的旋转反射器，其沿旋转轴的周向具有多个叶片，所述叶片具有在旋转预定的角度期间反射从所述光源射出的光而形成所希望的配光图案的反射面， 旋转驱动所述旋转反射器的电机，以及 被安装于所述旋转轴的风扇。2.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于， 所述风扇是鼓风机。3.如权利要求1或2所述的光学单元，其特征在于， 所述风扇被安装在与所述旋转反射器的反射面相反的一侧。4.如权利要求1至3的任一项所述的光学单元，其特征在于， 还设有将所述风扇产生的风导向所述光源或所述电机的导风路。5.如权利要求1至4的任一项所述的光学单元，其特征在于， 在与所述旋转反射器的反射面相反侧的面上设有多个散热片。6.一种车辆用灯具，其特征在于， 使用了权利要求1至5的任一项所述的光学单元。7.如权利要求6所述的车辆用灯具，其特征在于， 从车辆怠速时、或从所述车辆用灯具中点亮了近光灯时起，使所述风扇旋转。
【文档编号】F21S8/10GK106030197SQ201580008446
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月2日
【发明人】山村聪志, 田中秀忠
【申请人】株式会社小糸制作所