JP2005228746A - 自動車のためのヘッドライトモジュール、このモジュールのためのレフレクタ、およびこのモジュールが装備されたヘッドライト - Google Patents

Abstract

【課題】 光の効率を良好に維持しながら、少ない数の部品で、カットオフを有する光ビーム、すなわち、照明量が最大となっている領域が垂直方向にオフセットした光ビームを得ることができるようにする。
【解決手段】 １よりも大きい屈折率を有する透明材料の容積部（１０）内に配置された、平面状表面（９）を有する光源と、光源のポイント（１７）から発せられた光線が前記透明容積部（１０）から出る際の屈折により向きが変えられ、空気中に入射するように選択された前記光源のポイント（１７）に位置する焦点を有するレフレクタ（１２）とを備え、これら向きの変えられた光線（１８ｒ）が、レフレクタで反射された後に実質的に所定方向に平行となるように、前記レフレクタ（１２）が構成されている自動車用光モジュール。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自動車のためのヘッドライトモジュール、このモジュールのためのレフレクタ、およびこのモジュールが装備されたヘッドライトに関する。

従来の自動車用ヘッドライトモジュールは、１よりも大きい屈折率を有する透明材料の容積部内に配置された、平面状表面を有する光源と、光源のポイントに位置する焦点を含むレフレクタとを備えている。

かかるモジュールの光源は、発光ダイオード（以下、略してＬＥＤと称す）から成り、発光ダイオードの発光表面は、一般に透明ポリマーから製造された半球状容積部によって保護されている。

本発明の目的は、光の効率を良好に保ち、かつ少ない数の部品で、カットオフを有する光ビーム、すなわち照明量が最大となる領域が垂直方向にオフセットした光ビームを得ることができるようにするヘッドライトモジュールを提供することにある。

特に、いわゆるランバートタイプ（輝度分布がすべての方向に均一となっているタイプ）のルクセオン（Ｌｕｘｅｏｎ）社製のＬＥＤにより、メインビーム機能または追加ＤＲＬ（昼光）を得るよう、カットオフまたは小さい疑似カットオフを有するビームを得ることが望まれている。かかるＬＥＤでは、１つの平面に光源を形成するルミネッセンス材料が設けられている。

更に、モジュールの長手方向の寸法をできるだけ小さくすること、特に楕円レフレクタとレンズとを備えた、ヘッドライトの寸法よりも長手方向の寸法を、小さくすることも望まれている。

本発明の第１の態様によれば、上記タイプのヘッドライトモジュールが提供される。このヘッドライトモジュールでは、レフレクタの焦点に位置する光源のポイントから発せられた光線は、前記透明容積部から出る際の屈折により向きが変えられ、空気中に入射するように、前記光源のポイントが選択されており、これら向きの変えられた光線が、レフレクタで反射された後に、実質的に所定方向に平行となるように、前記レフレクタが構成されている。

別の態様によれば、上記タイプにヘッドライトモジュールは、透明材料から製造された回転タイプまたは半球タイプの容積部内に配置された光源を備え、レフレクタの焦点に位置する光源のポイントは、半球状容積部の中心から離間し、フレクタは、光源のポイントと前記レフレクタの表面の前方または後方に位置する直線状セグメントとの間に、共心（stigmatic)表面を備える。

更に別の態様によれば、光源は、透明材料から製造された半球状容積部内に配置されており、レフレクタの焦点に位置する光源のポイントは、半球状容積部の中心から離間し、半球状容積部の平面状底部のつや消しポイントを光源のポイントに置換し、つや消しポイントをレーザービームで照明することにより、半球状容積部とレフレクタとを備えた光学システムによって、水平セグメントまたはポイントから形成された無限点までのビームを得るよう、レフレクタが構成されている。

光源は、レフレクタとは反対方向を向く平面状底部を有する透明材料製の半球状容積部内に配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）であることが好ましい。

レフレクタの焦点は、カットオフを有する光ビームが得られるように、光源のエッジに隣接するポイントに位置できる。光源の頂部（または前方）エッジに隣接するポイントに焦点が位置する場合、メインビームまたはＤＲＬ機能のための水平ラインよりも上方にカットオフを有するビームが得られる（この場合、光はカットオフより上に位置する）。

光源の底部（または後方）エッジに隣接するポイントに焦点が位置する場合、水平ラインよりも下方にカットオフを有するビームが得られる（すなわちディップビームの場合のように、光はカットオフよりも下に位置する）。

レフレクタで反射した後の光線の波面は、反射された光線が位置する軸線を有する円筒形表面となることが好ましい。

また本発明は、焦点に位置するポイントから発せられ、焦点を囲む透明材料製の容積部から出る際に反射される光線を、反射後、所定の方向に平行にする表面を有する、かかるモジュールのためのレフレクタにも関する。

さらに本発明は、上記少なくとも１つのモジュールを備える自動車用ヘッドライトにも関する。このヘッドライトは、全体に満足できるビームを発生するよう、異なる特性を有するビームを別々に発生するいくつかのモジュールを有している。

本発明は、上に述べた手段とは別に、添付図面を参照して、実施例に関して更に明瞭に説明するその他の手段を備えている。しかし、添付図面に示す実施例は、本発明を限定するものではない。

図１は、次の説明の理解を容易にするための図である。図１において、放物面によって形成されれるレフレクタ１は、光軸３に位置する焦点２を有する。軸線に対して直交し、焦点２を通過する平面に、平面状の光源４が配置されている。

光源４の底部エッジは、頂点２に位置し、光源４の底部エッジから放出される光線５ａは、焦点から放出され、５ｂにおいて、光軸と平行に反射される。他方、光源４の頂部エッジ７からの光線６ａは、水平線に対して下向きに傾斜した方向に、６ｂにおいて反射される。焦点２よりも上に位置する光源４のすべてのポイントに対しても、同じことが当てはまる。

こうして得られた光ビームは、水平カットオフラインを有し、反射光線、例えば６ｂによって照明される領域は、このカットオフラインよりも下方に位置する。
放物面１の表面は、球面状の波面を平面状の波面に変換するという光学的な特性を有する。

図１の光源は、空気中に直接発光する理論上の平面状の光源であり、空気中には、レフレクタ１のホルダーと光源とが配置されている。

図２は、適当な光源を構成するルミネッセンス材料９から構成された平面状の層と、この層９をカバーし、保護する透明材料製の容積部１０とから構成された高輝度ＬＥＤ８によって形成された平面状の光源の具体的な実施例を示す。

通常、容積部１０は、回転体、本例では正方形または長方形とすることができる発光層９の中心Ｏを中心とする半球体である。容積部１０の底部は、平面状であり、大きな円によって形成されており、層９の平面状底部は容積部１０内に配置されている。容積部１０の材料の屈折率は、１よりも大きく、部品のすべてが配置されている空気の屈折率よりも大きくなっている。また、特にアレイ状に整合されたこのタイプのＬＥＤのグループを使用することも可能である。

中心Ｏから離間した光源のポイント１１には、放物面と異なる表面を有するレフレクタ１２の焦点が位置する。このポイント１１は、層９の底部エッジに位置し、層９は、図２では、垂直平面に位置している。

ポイント１１から放出された光線１３ｉは、ゼロではない入射角で、容積部１０の半球面に入射し、光線１３ｉは、光線１３ｒを生じるように、屈折によって向きが変わった状態で、容積部１０を離間し、空気中に入射する。図には、ポイント１１から発せられた別の光線１４ｉ、１４ｒも示されている。

表面９の中心Ｏにレフレクタの焦点が位置する場合、この焦点Ｏから生じる光線は、容積部１０の半球状表面に直交（０の入射角）し、向きを変えることなく離間する。しかし、かかる構造は、カットオフを有する光ビームを得られるようにするものではない。

本発明によれば、屈折した光線１３ｒ、１４ｒがレフレクタ１２で反射した後、所定の方向Δに対して平行な光線１３ｅ、１４ｅとなるように、レフレクタ１２が構成されている。この方向Δは、光軸と対応している。

従って、レフレクタ１２の表面は、透明半球状容積部１０内に配置されたポイント光源１１を、光軸Δと直交する直線Ａ（図２）を波面の軸線として認める円筒形波面を有する光源に変換するように構成されている。

直線Ａは、光源の中心Ｏから距離Ｄの位置に位置している。この距離Ｄは、光軸Δと水平方向ＯＺとの間の角度αのような光学系の１つの特性である。

レフレクタの焦点が位置するポイントは、直交基準フレーム内の３つの座標ｘｆ、ｙｆ、ｚｆによって定めることができる。２つの軸線は、図２に示されるＯＹ、ＯＺである。この場合、図示されていない第３の軸線ＯＸは、ポイントＯを通過し、平面ＯＹＺに垂直となっている。

こうして、レフレクタ、例えば１２の表面の群は、光学的および数学的な特徴を定めることができる。

平面状光源９と直交するベクトルは、水平線に対して傾斜していてもよい。

図３から判るように、屈折によって向きが変えられる光線、例えば図２の平面と異なる平面に位置するポイント１１からの光線１５ｒ、１６ｒは、円筒形波面の軸線Ａと直角に交差する半径１５ｅ、１６ｅに沿って進むよう反射される。

レフレクタ１２の表面は、このポイント１１を中心とせず、１より大きい屈折率を有する、透明球容積部内に配置されたポイント１１と光の伝搬方向に対して、表面１２の前方に位置する直線Ａのセグメントとの間に共心関係が存在する。

変形例として、レフレクタ１２の表面の後方に直線Ａが位置してもよい。この場合、セグメントは仮想的であり、直線Ａに対して直交する平面を通るレフレクタ１２の断面は、放物面から逸脱することなく、前のケースの場合よりも、よりオープンとなる（この断面は、球体部分１０がない場合にしか放物面とならない）。

レフレクタ１２の焦点を、光源９の底部エッジ１１に置くことにより、ディップタイプまたはフォグタイプの上方カットオフを有する光ビームを発生させることができる。

特にメインビーム機能、すなわち、ＤＲＬ機能のために下方カットオフを有するビームを発生するには、レフレクタの焦点が光源の頂部エッジ１７に位置するか、またはこのエッジの近くに位置するように光源９を配置する（図４参照）。

メインビーム機能のためのモジュールの垂直断面と対応する図４によれば、光源９の平面は、垂直方向に対して前方に傾斜している。このことは、レフレクタ１２についても当てはまる。ポイント１７からの光線１８ｒは、水平光軸に平行な光線１８ｅとなるように反射される。ポイント１７よりも下方に位置する光源９のポイントから生じる１９ｒのような光線は、上方を向き、光線１８ｅよりも上を照明する光線１９ｅとなるように反射される。こうして、ビームの底部にカットオフが生じる。

図５は、頂部部分が前方に傾斜しているレフレクタ１２を備える図４のヘッドライトモジュールの斜視図である。

図６は、光軸に直交するヘッドライトから所定の距離、本例では、２５ｍにあるスクリーン上で、図４に示されたメインビームヘッドライトによって得られる等照度曲線（すなわち一定の照明量）の格子の一例である。この曲線は、中心から外側に向かって次第に弱くなる照明に対応する。直線Ｈは、スクリーンと光軸を通過する水平平面との交点に対応し、直線Ｂは、スクリーンと光軸を通過する垂直平面との交点に対応している。

左右の限界±４０％は、水平面において光軸とタンジェントが±０.４の角度をなす、光源からの光線とスクリーンとの交点に対応している。同じことが、垂直平面における表示された限界２０％および−４０％にも当てはまる。

図６により、メインビームが実質的に直線Ｈよりも上に位置し、直線Ｂの各側において、実質的に同じように分布していることが明らかである。格子の内部には、照明度の最大値に対応する等照度が位置し、直線Ｈに対して実質的にタンジェント方向にあり、かつこの直線よりも上に位置している。

パラメータが、ｘｆ＝０、ｙｆ＝＋０.５ｍｍ、α＝.／４、およびＤ＝＋１０００ｍｍを有する光源の頂部エッジに実際に焦点が位置するレフレクタ１２により、図６の等照度格子が得られる。

照明の最大値を下方にシフトするには、頂部エッジ１７よりも下方に位置する光源９のポイントにレフレクタ１２の焦点を移動させるだけでよい。レフレクタ１２の焦点が光源の中心に位置する場合、等照度の格子は、直線ＨとＶとの交差点を中心とする最大値を有する。更に、表面１２は回転放物面となり、出力ビームは平行ビームとなり、距離Ｄは無限となる。

こうして、メインビームヘッドライトのビームの下方の大きさを配分することが可能となる。

図７は、光源９の底部エッジにレフレクタ１２の焦点が位置するときに得られる、直線Ｈよりも上にカットオフを有する広いディップビームの等照度曲線を示す。図７のビームは、ｘｆ＝０、ｙｆ＝−０.５ｍｍ、α＝.／４、およびＤ＝＋７５ｍｍの場合に得られる。距離Ｄは、比較的短いので、これによって、ディップビームを水平方向に広げることができる。

図８は、図７のビームよりも狭い幅にしか水平方向に広がっていないが、水平直線Ｈよりも実質的に下方に位置する合焦ディップビームの等照度を示す。図８のビームは、ｘｆ＝０、ｙｆ＝−０.５ｍｍ、α＝.／４、およびＤ＝−１０００ｍｍの場合に得られる。光源のポイントの像は実質的に無限に位置する。

図７および図８のビームは、水平カットオフを有するフォグライトにも適する。

ディップヘッドライトは、垂直直線Ｖの片側に位置する水平カットオフと、直線ＶとＨとの交差点からスタートし、自動車が走行する側（欧州の国のほとんどでは右）にて立ち上がる傾斜ラインに沿ったカットオフとを備えるビームを発生できる。傾斜角は１５度である。

かかるビームを発生するには、本発明に係わるいくつかのモジュールを使用することができ、モジュールの一部は、立ち上がりカットオフラインを生じるよう、水平線に対して、１５度回転したレフレクタを有する。

従って、完全なディップメインビームまたはフォグ機能を得るには、いくつかのモジュールが必要であり、各モジュールはＬＥＤを含んでいる。同一の機能を得るには、種々のモジュールの間のパラメータ、例えばＤを変えればよい。

本発明に係わるレフレクタ１２の性質を、次のようにしてチェックすることができる。

使用されるＬＥＤの知識から、このＬＥＤの対応する半球状容積部を再現させたり、同じ屈折率を有する透明材料から、この容積部を再構成することも可能である。

発光光源の頂点またはレフレクタの焦点がオフセットしている場合には、レフレクタの焦点に対応するポイントで、半球状容積部の底面または平面状底部をつや消しにする。

次に、焦点につや消しポイントが位置する光学系内に、この半球状容積部を設置し、半球状容積部の底部を正しく配向させる。つや消しポイントは、レーザービームによって照明され、レフレクタによって定められる無限位置において、このビームは観察される。

本発明に係わるレフレクタによれば、ポイント状となり得る水平セグメントが観察される。

底部の表面で検出される少ない数のポイントから識別することにより、パラメータ、特にＤおよびｙｆを探すことができる。

本発明に係わるヘッドライトモジュールは、基本的には、レフレクタと、ＬＥＤとから構成されているので、特に簡単である。これによって、シールドを設けることによる光の損失を生じることなく、カットオフを有するビームを得ることが可能となる。簡単な中心または焦点ずれ放物面と比較すると、ビームの最大／短い（または長い）距離を最小にすることができる。

ＬＥＤをカバーする透明材料の容積部を、基本的には半球状として説明してきたことに留意されるべきである。

しかし、他の容積部も、このＬＥＤをカバーできる。例えば回転体である円錐体も使用できる。

光軸に直交する平面状光源を備えた、放物面の形態をしたレフレクタを説明する垂直断面図である。 本発明に係わるヘッドライトモジュールの垂直平面を通る断面図である。 図２における矢印ＩＩＩの方向の一部を切り欠いた部分略図である。 本発明に係わるメインビーム機能を得るためのヘッドライトの垂直断面略図である。 図４に示されたモジュールの斜視断面図である。 図４のモジュールの光軸に直交するスクリーン上で得られる等照度曲線の格子を示す。 広いディップビームを発生するモジュールで得られる等照度曲線の格子を示す。 図７と同じように、合焦ディップビームの等照度を示す。

符号の説明

１ レフレクタ
２ 焦点
３ 光軸
４ 平面状の光源
６ａ 光線
７ 頂部エッジ
８ ＬＥＤ
９ 平面状の層
１０ 容積部
１１ ポイント
１２ レフレクタ
１３ｉ 光線
１４ｉ 光線
１４ｒ 光線
１７ ポイント

Claims (10)

1. １よりも大きい屈折率を有する透明材料の容積部（１０）内に配置された、平面状表面（９）を有する光源と、光源のポイントに位置する焦点を含むレフレクタとを備える自動車用のヘッドライトモジュールにおいて、
   前記レフレクタ（１２）の焦点に位置する光源のポイント（１１）（１７）から発せられた光線が、前記透明容積部（１０）から出る際の屈折により向きが変えられ、空気中に入射するように前記光源のポイント（１１）（１７）が選択されており、この向きの変えられた光線が、レフレクタで反射された後に、実質的に所定方向に平行となるように、前記レフレクタ（１２）が構成されていることを特徴とする自動車用ヘッドライトモジュール。
2. １より大きい屈折率を有する透明材料から製造された回転タイプまたは半球タイプの容積部（１０）内に配置された光源（８）と、光源のポイントに位置する焦点を備えるレフレクタとを含む自動車用ヘッドライトモジュールにおいて、
   前記レフレクタ（１２）の焦点に位置する光源（１１）（１７）のポイントが、前記半球状容積部（１０）の中心から離間し、前記レフレクタ（１２）が、前記光源のポイントと前記レフレクタの表面の前方または後方に位置する直線状セグメント（Ａ）との間に、共心（stigmatic)表面を備えていることを特徴とする自動車用ヘッドライトモジュール。
3. １よりも大きい屈折率を有する透明材料から製造された半球状容積部（１０）内に配置された光源（８）と、光源のポイントに位置する焦点を含むレフレクタとを備える、自動車用ヘッドライトモジュールにおいて、
   前記レフレクタ（１２）の焦点に位置する前記光源のポイント（１１）（１７）が、前記半球状容積部（１０）の中心から離間し、前記半球状容積部の平面状底部のつや消しポイントを、前記光源のポイントに置換し、このつや消しポイントをレーザービームで照明することにより、前記半球状容積部（１０）と前記レフレクタ（１２）とを備えた光学システムによって、水平セグメントまたはポイントから形成された無限点までのビームを得るようにしたことを特徴とする自動車用ヘッドライトモジュール。
4. 前記光源が、前記レフレクタとは反対方向を向く平面状底部を有する透明材料製の半球状容積部（１０）内に配置された発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドライトモジュール。
5. カットオフを有する光ビームが得られるよう、前記レフレクタの焦点が、前記光源（９）の１つのエッジに隣接するポイント（１１）（１７）に位置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヘッドライトモジュール。
6. 水平ラインよりも下方にカットオフを有するビームのための、メインビームまたはＤＲＬ機能を得るために光源（９）の頂部（または前方）エッジに隣接するポイント（１７）に、焦点が位置していることを特徴とする、請求項５記載のヘッドライトモジュール。
7. 水平ラインよりも上方にカットオフを有するビームのための光源の底部（または後方）エッジの近くのポイント（１１）に、焦点が位置していることを特徴とする請求項５記載のヘッドライトモジュール。
8. 前記焦点に位置するポイント（１１）（１７）から発せられ、前記焦点を囲む透明材料製の容積部（１０）から出る際に反射される光線が、反射後、所定の方向に平行となるよう、前記レフレクタ（１２）の表面が構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のヘッドライトモジュール用レフレクタ。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載の少なくとも１つのモジュールを含む自動車用ヘッドライト。
10. 全体に満足できるビームを発生するよう、異なる特性を有するビームを別々に発生するいくつかのモジュールを含むことを特徴とする請求項９記載のヘッドライト。
    

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