JP2009252744A - ３モード統合ヘッドランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ３つの異なる車両照明機能を実現する、車両用ヘッドランプ高輝度照明システムを提供する。
【解決手段】 車両用ヘッドランプ高輝度照明システム（１００）は、ロービーム機能、ハイビーム機能、および日中走行用ライト（ＤＲＬ）機能を備える単一ユニットであり、異なる操作モードを容易かつ効率的に切り替えられるよう、２つの光学部品が用いられている。１つめの光学部品は、光ビーム出力の少なくとも一部を選択的に遮断するシャッター（１５８）。２つめの部品は、１つのレンズ（２００）またはレンズ部（１８０、１８２）のいずれかであって、光の発散を変更できるよう、光ビームの光路内において、または光ビームの光路に向かって可動となっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用ヘッドランプシステムに関し、特に、３つの異なる車両照明機能又はモードを統合して１つのアセンブリとした、高輝度放電ランプを使用したヘッドランプシステムに関するものである。本発明の態様を選択することにより、関連するヘッドランプの配置への適用の可能性、及び、場合によってはヘッドランプ以外の技術への適用の可能性もある。

放電式の車両光源は、当技術分野において周知であり、従来はキセノンランプと呼ばれている。これらの放電光源は、その光度や輝度の高さ、及び放電ランプの効率が非常に高いことによる消費電力の低さなどの有益な利点があるため、車両用照明市場への浸透度を増しながら使用されている。

キセノンランプの欠点は、照明システムのコストが高いことと関連している。そのような照明システムを目的として、本開示による照明システムは、ランプ、ヘッドランプユニット（リフレクタ、レンズ等）、及びランプの駆動用エレクトロニクスを備える。放電光源に関連するコストの増加は、これらのタイプのランプが中価格車及び低価格車クラスに浸透することの妨げであった。ひとつには、効率的な放電式ヘッドランプアセンブリは、１つのユニットで複数の操作を実行したり複数のモードで操作したりすることが可能でなければならない。ロービームとハイビームの用途又は機能によって異なる光源を提供する方法が、いくつかある。より最近では、いわゆるバイキセノンヘッドランプユニットにおいて１つのキセノンランプユニットを利用し、ヘッドランプシステムのアーキテクチャを機械的に切り替えることで、無遮断ハイビーム操作モードからビーム遮断有りのロービーム操作モードに変更することにより、ロービームとハイビームの機能を実現している。

特許文献１は、１つの構造で少なくとも２つの機能、すなわち日中走行用ライト（ＤＲＬ）機能／モードと赤外線ビーム機能／モード、を取得可能にする自動車ヘッドライトを教示している。具体的には、リフレクタが高輝度放電光源から受光し、その光を光路又は光ビームの中にフィルタが選択的に配置されている所に向ける。このフィルタによって、十分に高い光ビームの吸収率及び拡散率が確保される。このように、ヘッドライトアセンブリはフィルタを使わずに第１のモードで動作し、次にフィルタが光路に配置されると第２のモードで動作する。第３の動作モードでは、赤外線ビームのみが透過するように、赤外線フィルタを選択的に光路に配置する。

他の例としては、ロービーム動作のために高輝度放電動作を提供する一方、ハイビーム動作を提供するために別の白熱光源が使用される。あるいは、白熱光源は補助的な光源として提案され、ＤＲＬ動作モードを実行するためにヘッドランプユニットの内部又は外部に配置されてきた。当然のことながら、ヘッドランプアセンブリの内部に組み込まれていても外部に取り付けられていても、個別の白熱光源を使用することによって照明システムのコストは更に高くなる。また、光源を追加することで、ヘッドランプの形状やデザインが制限され、ヘッドランプの配線コストが増加し、設計の自由度が限定される。このように、バイキセノン放電ヘッドランプシステムによって、単一のヘッドランプシステムにおいてハイビームとロービームの動作モードを切り替える解決手段がある意味で得られるかもしれないが、放電ランプ、特に車両用キセノンランプのような高輝度放電ランプは、調光が難しい。６０〜７０％未満の出力レベルまで調光すると、設計値をはるかに下回る出力レベルでアークが消える可能性がある。更に、より小さな光を必要とするＤＲＬ動作モードまでの調光となると、ロービーム及びハイビーム動作モードを可能にするために同じヘッドランプシステムを使用すると同時に、ＤＲＬ動作モードにおいて対向車のドライバーに必要な安全レベルで十分に検出可能な低輝度をヘッドランプで発生させる、という設計的な問題が更に深刻になる。

米国特許第７，０２９，１５５Ｂ２号 米国特許第５，７６９，５２５号 欧州特許第１１７７９３９Ｂ１号 欧州特許第０８１６７４９Ｂ１号

従って、効率、効果、かつ価格競争力において、上記及びその他の要求を満たす３モード可調光ヘッドランプシステムが求められている。

３モード可調光ヘッドランプアセンブリは、可調バラスト／イグナイタユニットによって駆動される可調光放電光源を使用する。光照射ユニットは、ロービーム用途向けに配光を修正するための第１の光学部品と、調光しながらＤＲＬ用途向けに配光を修正する第２の光学部品とを備える。

ヘッドランプ照明システムは、放電光源と、光源からの光を光ビームとして誘導するリフレクタと、ロービームモードとハイビームモードとの間での切り替えのためリフレクタに対して可動なシャッターと、ロー／ハイビームモードと日中走行用ライト（ＤＲＬ）モードとの間で光ビームの発散を変更するために第１と第２の位置の間で可動な手段と、を備える。

ヘッドランプシステムは更に、ＤＲＬモードでの使用時、放電光源を選択的に調光するための手段を備える。

このシステムは、ロービームモードで光ビームの少なくとも一部を選択的に遮断するシャッターを備える。

ヘッドランプシステムは、ロービームモードとハイビームモードとの間で選択的に回転するよう取り付けられたシャッターを有する。

別の実施形態において、シャッターはロービームモード及びハイビームモードを提供するため、選択的に摺動する。

好ましくは、光ビーム発散変更手段は、光源と反射鏡のいずれかを、通常は軸方向に移動させるための、レンズ又はアクチュエータを備える。レンズは、ロー／ハイビームモードとＤＲＬモードとの間で選択的に回転するよう取り付けられていてもよく、あるいはロー／ハイビームモードとＤＲＬモードとの間で選択的に摺動してもよい。

別の実施形態において、レンズは径方向において異なる透明度を有する。

レンズは、径方向において厚さの異なるコーティングを有しても良い。

放電光源を有する単一のヘッドランプアセンブリでロービーム、ハイビーム、及びＤＲＬ機能を提供する、本発明による方法は、ハイビームとロービームの機能を切り替えるため、光ビームを選択的に遮断するステップを備える。また、ロー／ハイビームモードとＤＲＬモードとの間で光ビームの発散を選択的に変更するステップも提供する。

放電光源の選択的な調光は、ＤＲＬモードにも寄与する。

本発明の主要な効果は、３つの異なるモード、すなわちハイビーム、ロービーム、及びＤＲＬモードで効果的に動作する単一のヘッドランプシステムを提供できることである。

別の利点は、このシステムでこれらの機能の切り替えが容易にできることである。

また別の利点は、結果的に製造コストが抑えられることである。

更に別の利点は、ヘッドランプに要するスペースが押えられることにある。

更にまた別の利点は、放電光源は起動時の大きな熱衝撃に耐えられるので、光源の寿命が延びることである。つまり、放電光源は、３つのモード全てで使用でき、ＤＲＬモードに切り替えた後に高ワット動作モードに切り替えた場合、後者の動作モードがより早く効果的に達成され、熱衝撃も小さい。

以下の詳細な説明を読んで理解することにより、本発明の更に別の利点や長所が明らかになるであろう。

本発明によるヘッドランプシステムの第１の実施形態の斜視図である。 図１と類似しているが、図１とは逆方向に回転するレンズ部を採用した図である。 シャッターが回転し、レンズが選択的に摺動して位置決めされることを特徴とした、本発明による更に別の実施形態の斜視図である。 選択的に回転可能なシャッターと、軸方向に可動なレンズとを備えた、本発明の第４の実施形態の立面図である 高輝度放電ランプに関連するルーメンと相対的なランプ電力のグラフ表示である。

図１は、光源、好ましくは高輝度アーク放電光源１０４を収容する筐体１０２を備えるヘッドランプアセンブリ１００を示す。アーク放電光源は、車両照明用途に適したいずれの従来型アーク放電ランプでもよく、あるいは、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４の取得済み特許に記載のバイキセノンヘッドランプシステムにおいて開示されたタイプの高輝度放電光源であってもよく、これらの特許は参照により本明細書に援用される。石英エンベロープなどの光透過性エンベロープは、アークを発生させるために間隔を空けて対向する電極の間に電位を印加することによって選択的に励起する充電物を収容する。図１に示すように、本実施形態において、電極は通常、筐体、より具体的にはリフレクタ表面１０６の縦軸と一致する縦軸に沿って配置される。しかし、この電極の配置又はアーク方向は、特定のランプ設計とは異なる場合があるかもしれない。一般的にリフレクタ表面は、非回転対称になるまで歪んでも歪まなくてもよい、又は面１０８で示すように切断されていてもされていなくてもよい、放物体、楕円体、その他の回転楕円体表面のような回転体表面である。リフレクタは、光源１０４から放射される光を受け、受け取った光を外側の所望の方向に誘導して光ビームを形成する。例えば、この光は対向車のドライバーに向けたグレア光を含まないことが重要で、現行の規制によって特定のビーム形状が定められている。

以下の通り、現在の車両証明用高輝度光源において、光源はロービーム及びハイビーム動作において２７００〜３６００ルーメンの光束を発する。光源自体の出力は、これら２つの動作モード間で変化しない。むしろ、ここでシャッター１２０として設計された不透明シャッターが、システムから出力される光を制御する。このシャッターは、軸１２２の周りを選択的に回転するように筐体に実装され、矢印１２４で示される方向に上がりきった時には筐体の開口部１２６の下半分をほぼ覆うようになっている。このように配置されたシャッターを用いることで、放電光源からの光のほぼ半分が現行の筐体から効果的に遮断される。このように、このヘッドランプアセンブリは、シャッターを上昇位置すなわち作動位置にすることにより、効果的にロービームモードで動作する。車両のドライバーがハイビーム操作する必要がある時は、シャッター１２０を、開口部１２６全体が光ビームを通す非作動位置まで移動させることで、このモードが達成される。現行モデルのバイキセノンリフレクタでは、１つの金属製シャッターがハイビームモードとロービームモードとの間で切り替える光スイッチとして働く。切り替え時には、この金属製シャッタープレートが上下に動き、ロービームモードではほぼ半分を遮断し、ハイビームモードでは全てのビームを前面レンズ１３０に透過させる。当然ながら、ハイ／ロービームシャッター１２０は、アクチュエータによって、例えば摺動を伴って、内外に押し引きされるシャッターであってもよい。

ＤＲＬモードに切り替えるには、ビーム発散又はビーム輝度配光を変える必要がある。これを達成するため、光源をリフレクタに対して動くようにすればよいことは、当業者には自明である。光源をリフレクタに対して「ぼかす」ことによって放電ランプからのビーム出力角を修正することも、１つの方法である。光源を軸方向に移動させてビームを修正し、さらに発散させるよう設計することは、設計者や製造者にとってより困難となる。一方、図１に示すように、レンズは光ビームの進路内に選択的に配置されてもよい。ここで、第１と第２のレンズ部１４０及び１４２は、筐体に回転可能に実装されている。これらのレンズ部を、図１の開いた時の構成に示しているが、レンズ部が各々の軸１４６の周囲を回転し、その後シャッターが位置決めされ筐体の開口部１２６を覆う際の好適な移動方向は、参照番号１４４で示されている。分割線１４８は、第１と第２のレンズ部が作動して開口部１２６を覆い、ヘッドランプから出力される光ビームを遮断する位置についた時の、第１と第２のレンズ部を隔てる境界線である。ここに示すように、これらのレンズ部は、回転して配置される半分ずつの組み合わせになっている。あるいは、このレンズは単一又は一体型レンズであってもよいし、あるいは２つより多い数のレンズ部を使用してビームをぼかし、発散性を増加してもよい。ＤＲＬモードでヘッドランプを使用する際、大幅なビームエネルギーを失うためというより、むしろビームの発散性を変更するため、レンズは透明な材料で作られる。例えば、径方向に厚みの異なる材料でレンズの表面を被覆することが望ましいかも知れない。例えば、端部で被覆材の厚みを増加させると、レンズの端部付近の透明度が落ちる。光学では、これはアポダイゼーションと呼ばれ、レンズの端部から光回折を減らすために効果的に使われる。いずれにせよ、レンズの透明被覆は、光ビームの輝度配光を修正し、ＤＲＬビーム発散の規制要件や輝度要件を満たすために使用される。

上記の通り、ビームをぼかすために大きな前面レンズ１３０を軸方向に移動することによって、ビーム発散を変更することもできる。これはまた、光源の焦点を意図的にずらすため、光源を動かして焦点をぼかしたり、鏡を光源に対して軸方向に動かしたりするのと同じ効果がある。レンズを追加する場合、通常は発散用の凹面レンズ、又はハーフレンズを光ビームに導入するが、図１に示す実施形態、又は図２〜４に示すまた別の実施形態を採用してもよい。更に、従来のズームレンズシステムに採用されているように、少なくとも１つが他の２つのレンズに対して動くようになっている、３つの個別のレンズ素子を使用することにより、焦点をずらすことができる。例えば、これらのレンズのうち１つをリフレクタの前面レンズ１３０とする。すると、中央のレンズを他の２つのレンズに対して動かすか、又は第１と第３のレンズをシステムに固定された第２のレンズに対して動かして、ズームレンズシステムの有効焦点距離を変えることにより、焦点がずらされる。

図２において、シャッター１５８が概略的に描かれおり、ハーフレンズの別の構成が強調されている。ハーフレンズ１６０及び１６２は、各々の軸１６６の周囲を矢印１６４で示す方向に選択的に回転する。ここで、軸１６６は通常、水平方向、すなわち図１に示す実施形態の軸１４６に対して９０度の角度で設けられる。他のほぼ全ての点において、図２の構造及び動作は、図１の実施形態と同様である。光ビームの光路内まで完全に回転すると、レンズ部の間に分割線１６８が形成される。第２の、すなわち下部のレンズ部１６２は、開口部１２６の下半円部から出力される光を効果的に遮断するシャッターであると考えられる。光は開口部の上半分からしか発せられないので、ＤＲＬモード動作向けに光の発散を変更するため、第１の、すなわち上部のレンズ部１６０だけが光ビーム内に選択的に導入されなければならない。

図３は、光ビームの光路内に選択的に摺動するように第１と第２のレンズ部１８０及び１８２を設計した、更に別の実施形態を示す。この具体例において、方向矢印１８４は、第１と第２のレンズ部１８０及び１８２が分割線１８６に沿って隣接関係になる作動動作を示す。更に、シャッター１８８が方向矢印１９０で明示されるように選択的に回転し、これもロービーム動作向けに開口部の下半円部を遮断する。後にわかるように、ハイビームモードにおいては、シャッター１８８は光ビームから外れるように動き、光ビーム出力に影響しない。また、ＤＲＬモードにおいては、シャッター１８８は上向きに回転して開口部１２６を通って出力する光のほとんどの部分を遮断し、レンズ１８０及び１８２が配置されて光ビームの発散を変える。

図４の実施形態では、１つのレンズ２００を軸方向に動かすことによってＤＲＬモードでの発散を変更する。このように、図４に示す第１の、すなわち最も左の位置２０２において、レンズはハイビームモードに好ましい発散を提供する。ロービームモード向けには、シャッター２０４が方向矢印２０６で示す用に上方向に回転して、ヘッドランプ筐体の開口部１２６の下半円部を隠す。作動シャッター位置において、ヘッドランプは次にロービームモードで動作する。第３のモード、すなわちＤＲＬモードでは、レンズ２００が第２の、すなわち右端の位置２０８に移動する。更に、シャッター２０４も上方向に移動して、ヘッドランプアセンブリから発せられる光の量を減少させることもできる。

あるいは図４は、上記のようなズームレンズシステムを示すものであってもよい。つまり、参照番号２０２は第１のレンズを示し、参照番号２０８は可動レンズ部を示し、そして外部レンズ２１０はアセンブリの第３のレンズの役割を果たすこととしてもよい。つまり、第１と第３のレンズ２０２及び２１０はこの位置に固定され、真ん中のレンズ２０８が光ビーム出力の焦点又は発散を変更する。

ハイビーム、ロービーム、及びＤＲＬモードに必要な光の輝度は、いくつかの物理単位で表すことが出来る。例えば、図５のグラフは、高輝度放射車両ランプを現在使われているＤＲＬ用途の白熱ランプと同じ光束レベルまで暗くした時の、光束強度に対するランプ電力を示す。３００〜４００ルーメンまで落とした光レベルは、ＤＲＬモードの動作に有効である。２７００〜３６００ルーメンのレベルは、ハイビーム及びロービームの用途に利用される。しかし、周知のように、必要とされる光束レベルはリフレクタの設計によって異なる。つまり、リフレクタの性能と形状の両方がリフレクタの設計に寄与し、特定のヘッドランプアセンブリに必要な光束レベルを変える可能性がある。あるいは、ハイビーム及びロービームのモードにおける光レベルもまた、照射面の照明の強度（１平方メートル当たりのワット数（Ｗ／ｍ^２））を表す照度単位である、ルクス単位で与えられる。ハイビームでは、光ビームの中心が最も明るい部分であり、現行の基準では１００ルクスの仕様を満たさなければならない。ロービームモードでは、照度分布がより複雑で、照射面上のいくつかの点が指定されている。あるものは例えばドライバーが路上を見るための最低ルクス値であり、その他は例えば対向交通方向の最大ルクス値となっている。ＤＲＬモードでは、ビーム輝度は、関連する物理的尺度であって、カンデラ単位で指定される。つまり、ＤＲＬモードの目的は、車両の前の路面を照射することではなく、むしろＤＲＬモード動作のヘッドランプを使用している車両を、通行中の他の車両に気付いてもらえるようにすることである。

すなわち本発明は、１つのヘッドランプユニットに統合した、３つの異なる照明機能を有する高輝度放電ランプに基づく車両ヘッドランプシステムを提供する。ＤＲＬモードでのランプの出力電力を抑えるために、可調光な放電ランプの駆動エレクトロニクスを使用することもできる。３つの機能とは、ロービーム、ハイビーム、及び日中走行用ライトビームであって、これらの全てが一連のシャッター及びレンズを備えた同一のヘッドランプアセンブリを使用して、所望の光出力、発散、及び輝度を提供する。レンズ又はシャッターの位置を変えること、すなわち作動位置と非作動位置の間で摺動又は回転させることにより、容易にモード間の切り替えができる。これによって配光を効果的に変更し、それによって標準的なハイ／ロービーム動作又は第３の動作における付加的なＤＲＬ配光を達成する。

更に、ハイ・ロービーム又はＤＲＬの配光及び輝度にするためにバラストの電気出力を調整することにより、あらゆる光源において光出力を落とすことができる。この方法によれば、ＤＲＬ動作モード向けにヘッドランプの内外で使用する補助光源として頻繁に提案されるような、個別の白熱光源やハロゲン白熱光源を使用する必要がなくなる。このように、この光照射ユニットは、２つの光学部品を特徴とする。第１の光学部品はロービーム用途向けに配光を変え、第２の光学部品はＤＲＬ用途向けに配光を変えつつ、調光もする。ＤＲＬ配光モードは、いくつかのモードで移動及び使用される追加レンズを使用することにより達成される。レンズは選択的に回転して照射された光路内に入るか、又は選択的に摺動して照射された光路内に入る。あるいは、照射された光路の軸方向にレンズを動かす。リニアアクチュエータを使うと、配光を変えるため、ハイビーム及びロービームモードの位置から外れるように光源を動かすこともできる。

３つのモードのいずれでも光源は必ずオンになっているので、光源は予熱してあり、より小さい熱衝撃で高ワット動作に容易に切り替えることができる。照射された光路内にレンズを動かすと、簡便なアクチュエータでレンズを軸方向に移動させたり、レンズ又はレンズ部を回転して位置決めしたりできる。同様に、この機能を達成するために、電磁アクチュエータ又は圧電変換器を使用することもできる。

以上、好適な実施形態を参照しながら本発明を説明した。明らかなように、上記の詳細な説明を読み理解することによって、当業者にはそれらの変更や修正が想起可能であろう。本発明はかかる変更や修正も包含するものと理解されたい。

Claims (10)

1. 車両用ヘッドランプ照明システム（１００）において、
   放電光源（１０４）と、
   前記光源から受けた光を光ビームとして外部に誘導するリフレクタ（１０６）と、
   ロービームモードとハイビームモードとを切替えるための、前記リフレクタに対して可動なシャッター（１５８）と、
   ロービームモード及びハイビームモードと日中走行用ライト（ＤＲＬ）モードとの間で前記光ビームの発散を変更するための、第１の位置と第２の位置との間で可動な手段（２００、１８０／１８２）と、を備えたことを特徴とするヘッドランプ照明システム。
2. ＤＲＬモードでの使用時、前記放電光源を選択的に調光するための手段を更に備えることを特徴とする、請求項１記載のヘッドランプシステム。
3. 前記放電光源調光手段は、ロービームモードとハイビームモードとの切り替え時にランプの光束を調節する手段を含むことを特徴とする、請求項２記載のヘッドランプシステム。
4. 前記放電光源調光手段は、ビーム輝度を変更する手段を含むことを特徴とする、請求項３記載のヘッドランプシステム。
5. 前記シャッター（１２０）は、ロービームモードで光ビームの少なくとも一部を選択的に遮断することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッドランプシステム。
6. 前記シャッター（１２０）は、ロービームモードとハイビームモードとの間で選択的に回転するよう取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッドランプシステム。
7. 前記シャッター（１２０）は、ロービームモードとハイビームモードとの間で選択的に摺動するよう取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッドランプシステム。
8. 前記照射ビーム発散変更手段はレンズ（２０６）を含むことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヘッドランプシステム。
9. 前記レンズは、ロービームモード及びハイビームモードとＤＲＬモードとの間で選択的に回転するか、又はロービームモード及びハイビームモードとＤＲＬモードとの間で選択的に摺動するように取り付けられていることを特徴とする、請求項８記載のヘッドランプシステム。
10. 光を発する放電光源（１０４）と、前記放電光源からの放射光を所望の光ビームにするリフレクタ（１０６）とを有する自動車用ヘッドランプアセンブリ（１００）向けに、ロービーム、ハイビーム、及び日中走行用ライト（ＤＲＬ）の機能を提供する方法において、
    前記ヘッドランプアセンブリの機能をハイビームとロービームの間で切り替えるため、光ビームの一部を選択的に遮断するステップと、ロービームモード及びハイビームモードとＤＲＬモードとの間で前記光ビームの発散を選択的に変化させるステップと、を備えたことを特徴とする方法。