JP2009272307A - ビームパターンが半導体光源で形成される車両用ヘッドライト - Google Patents

Abstract

【課題】所望のビームパターンを半導体光源によって放出された光で形成する車両用ヘッドライトシステムを提供する。
【解決手段】本発明のヘッドライトシステム（20）は、少なくとも１つの第１の光源（32）と、少なくとも１つの第２の光源（36）と、所望のビームパターンのスプレッド（広がり）部分を提供するよう少なくとも１つの第１の光源（32）と作動的に関連している少なくとも１つのレンズを備えた第１のレンズ系（48）とを有する。本発明のヘッドライトシステム（20）は、所望のビームパターンのホットスポット部分を提供するよう少なくとも１つの第２の光源（36）と作動的に関連している少なくとも１つのレンズを備えた第１のレンズ系（52）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、概略的には車両用ヘッドライトに、詳細には所望のビームパターンが半導体光源によって放出された光で形成される車両用ヘッドライトに関する。

〔関連出願の説明〕
本願は、２００５年７月１１日に出願された米国特許出願第１１／８２７，２８３号の一部継続出願であり、この米国特許出願は、２００５年４月２１日に出願された米国特許出願第１１／１１１，５３４号の継続出願である。

車両用ヘッドライトシステムに関する設計上の検討事項は、最大及び最小照明レベルとビームパターンである。この検討事項に加えて、美観上の要因、及び物理的設計要因も又、ヘッドライトの設計において重要な役割を果たす。従来型白熱灯及びガス放電型ヘッドライトシステムは、これらのコンポーネントのために比較的大きな体積を必要とし、コンパクトなヘッドライトシステムを設計して具体化する余地が制限されていた。したがって、光源としてヘッドライトシステムに半導体光源を採用することが提案されている。

半導体光源の製造及び（又は）設計の最近の技術的進歩の結果として、光源、例えば白色発光ダイオード（ＬＥＤ）が比較的高い光出力レベルを達成したが、ヘッドライトに求められる出力レベルを得るためには、依然として多数の半導体光源をヘッドライトシステムに用いる必要がある。さらに、半導体光源は、ヘッドライトシステムに新たな設計上の課題をもたらしている。例えば、半導体光源は、白熱灯及び（又は）ガス放電球よりも理想点光源のように作用するため、従来型ヘッドライト光学設計が、半導体光源に適用できない場合がある。さらに、例えば半導体光源の必要な冷却を行うことが必要であるという課題により、半導体光源を採用するヘッドライトシステムの設計が一段と複雑になる。

車両用ヘッドライトの分野において要望されていながら長年解決されていなかったもう一つの課題は、車両の前方の領域ではなく（又は、これに加えて）、車両がこれらか走行しようとする領域を照明できるかどうかということである。従来の試みは、ステアリング可能なヘッドライトを提供してこの課題に取り組むことであり、これら先行技術のシステムの大部分は、ヘッドライト又はヘッドライトに設けられた光学部品（例えば、リフレクタ及び（又はレンズ）の一部分を車両の前輪と共に物理的に方向転換してヘッドライトからの照明を所望の方向に差し向けるための機械的手段を備えていた。ステアリング可能なヘッドライトを制御する種々の技術が開発されたが、このような技術は、車両のステアリング機構を備えた機械的リンク装置からマイクロプロセッサ制御型サーボモータ被駆動システムまで様々である。

しかしながら、このようなシステムは、ヘッドライトを方向転換する制御機構が、極めて複雑且つ高価であり、しかも（或いは）脆弱である場合があるという欠点を持っている。他の先行技術のシステムは、各ヘッドライトに追加の光源を備えており、左側のヘッドライトは、自動車の左側の領域を照明するための追加の光源を有し、右側のヘッドライトは、自動車の右側の領域を照明するための追加の光源を有し、これら追加の光源は、車両の前輪を方向転換するときに適宜オン又はオフにされる。これらシステムは又、追加の光源により照明される領域が固定され、車両速度又は方向転換角度につれて変化せず、結果的に得られるビームパターンが所望の照明を提供しない場合があるという欠点を持っている。

したがって、所望のビームパターンが半導体光源によって放出された光で形成される新規且つ改良型の車両用ヘッドライトシステムが要望されている。

本発明の目的は、先行技術に係る少なくとも１つの欠点をなくし又は軽減する新規な半導体ヘッドライトシステムを提供することにある。

本発明の要旨は、少なくとも１つの第１の光源と、少なくとも１つの第２の光源と、所望のビームパターンのスプレッド成分を提供するよう少なくとも１つの第１の光源と作動的に関連している少なくとも１つのレンズを備えた第１のレンズ系とを有する車両用のヘッドライトシステムにある。本発明は、所望のビームパターンのホットスポット成分を提供するよう少なくとも１つの第２の光源と作動的に関連している少なくとも１つのレンズを備えた第２のレンズ系を更に有する。

本発明の別の利用可能な分野は、以下に提供される詳細な説明から明らかになる。詳細な説明及び特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示目的に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。

次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明するが、これは例示に過ぎない。

本発明のヘッドライトシステムの略図である。 本発明の半導体光源のアレイの略図である。 半導体光源の２つのアレイを示す図であり、本発明に従って、一方のアレイに属する幾つかの光源が、ロービームパターンのスプレッド（広がり）光を提供するよう点灯され、他方のアレイに属する幾つかの光源が、ロービームパターンのホットスポットを提供するよう点灯されている図である。 本発明による図３のロービームパターンの略図である。 図３の２つのアレイを示す図であり、本発明に従って、一方のアレイに属する光源の全てが、ハイビームパターンのスプレッド光を提供するよう点灯され、他方のアレイに属する幾つかの光源が、ハイビームパターンのホットスポットを提供するよう点灯されている状態を示す図である。 本発明による図５のハイビームパターンの略図である。 図３のロービームパターンの平面図であり、本発明に従って、ロービームパターンの光の強度を表示している図である。 図３の２つのアレイを示す図であり、本発明に従って、追加の半導体光要素が、ロービームステアリングホットスポットを提供するよう一方のアレイに属した状態で点灯されている状態を示す図である。 ロービームパターンの略図であり、本発明に従って、ロービームステアリングホットスポットが、図８のアレイから生じている状態を示す図である。 図９のロービームパターンの平面図であり、本発明に従って、ロービームステアリングホットスポットが追加された状態でロービームパターンの光の強度を指示している図である。 図８の２つのアレイを示す図であり、本発明に従って、追加の組をなす半導体光要素が、第２のロービームステアリングホットスポットを提供するよう一方のアレイに属した状態で点灯されている図である。 ロービームパターンの略図であり、本発明に従って、２つのロービームステアリングホットスポットが、図１１のアレイから生じている状態を示す図である。 図１２のロービームパターンの平面図であり、本発明に従って、ステアリングホットスポットが２つ追加された状態でロービームパターンの光の強度を指示している図である。 図１１の２つのアレイを示す図であり、本発明に従って、８つの組をなす追加の半導体光要素が、８つのロービームステアリングホットスポットを生じさせるよう一方のアレイに属した状態で点灯されている図である。 ロービームパターンの略図であり、本発明に従って、８つのロービームステアリングホットスポットが、図１４のアレイから生じている状態を示す図である。 図１５のロービームパターンの平面図であり、本発明に従って、８つのステアリングホットスポットが設けられた状態でロービームパターンの光の強度を指示している図である。 ハイビームパターンを生じさせる図１４の２つのアレイを示す図であり、本発明に従って、８つの追加の組をなす半導体光要素が、これ又８つのハイビームステアリングホットスポットを提供するよう一方のアレイに属した状態で点灯されている図である。 ハイビームパターンの略図であり、本発明に従って、８つのハイビームステアリングホットスポット及び８つのロービームステアリングホットスポットが、図１７のアレイから生じている状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に従って第２のレンズ系のレンズからフレームから変位した状態のヘッドライトシステムの略図である。 本発明の第２の実施形態に従って、スプレッドビームパターンの一部分を生じさせるために用いられる第１のレンズ系の一群の発光ダイオード及びこれに対応したＤ光学部品(D-optics)の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に従って第２のレンズ系及びフレームが取り外された状態で基板に取り付けられた発光ダイオードの斜視図である。 本発明の第２の実施形態に従って、基板に取り付けられた複数個の発光ダイオード及び一群の対応の光パイプの分解組立て図である。

図面、特に図１を参照すると、本発明のヘッドライトシステムが、全体を参照符号２０で示されている。システム２０は、２つの光エンジン２４，２８を有し、これら光エンジン２４，２８は、それぞれ、半導体光源３５のそれぞれの光源アレイ３２，３６を有している。図２を参照すると、光源アレイ３２は、複数個の半導体光源３５が取り付けられた基板３４を有している。光源アレイ３６をほぼ同じように構成するのが良い。光源アレイ３２，３６は、それぞれ、別々の基板３４を有する状態で図示されているが、両方の光源は、所望ならば共通の基板３４を共有しても良く、或いは、各光源は、２つ又は３つ以上の基板３４の複合体であっても良い。

半導体光源３５は、任意適当な半導体光源であって良く、例えば、白色光を放出するＬＥＤデバイス及び（又は）同様なデバイスである。基板３４は、半導体光源３５、電力を半導体光源３５に供給する必要な電気導体及び半導体光源３５の動作により生じた廃熱をこれら半導体光源３５から運び去るのを助ける熱除去手段を支持することができる任意適当な基板であるのが良い。

好ましい実施形態としてのシステム２０では、基板３４は、半導体光源３５が表面実装された多層プリント回路板（ＰＣＢ）であるのが良い。ＰＣＢは、少なくとも１つの熱伝達層、例えば銅又は良好な熱伝達特性を備えた他の材料の層を有し、このような層は、半導体光源３５によって生じた廃熱を除去するためにヒートシンクを取り付けることができる熱除去手段として働く。ＰＣＢは、電力を半導体光源３５に提供するのに必要な導体トレースを有する。当業者には明らかなように、半導体光源３５の動作により生じた廃熱を除去するために、ＰＣＢ熱伝達層に代えて又はこれに加えてヒートパイプ、ウィック又は他の適当な手段を用いるのが良い。

各半導体光源３５は、個々にアドレス指定可能であり、各半導体光源を他の半導体光源３５とは独立して動作状態にし又は非動作状態にすることができ、しかも、種々の出力レベルで作動させることができる。しかしながら、所望ならば、半導体光源３５及び電力トレースは、光源３５を動作状態にし又は非動作状態にすることができ、又、２つ又は３つ以上の光源３５から成る群をなした状態でこれらの出力レベルを選択することができるよう配置できることが想定される。

再び図１を参照すると、光エンジン２４，２８は、それぞれ伝送デバイス４０，４４を更に有し、これら伝送デバイスは、それぞれ、光源アレイ３２，３６の半導体光源３５によって放出された光をヘッドライトシステム２０中の所望の光出力場所に伝送する。システム２０のこの実施形態では、伝送デバイス４０，４４は、光パイプの束を有し、１つの束の各光パイプは、受け入れ端部（例えば、光源アレイ３２又は３６のそれぞれの半導体光源３５に隣接して位置した端部）及び放出端部（例えば、光を放出させることが望ましい場所のところに位置する端部）を有する。伝送デバイス４０，４４の光パイプは、種々の仕方で構成でき、このような光パイプは、種々の仕方で構成でき、このような光パイプは、光ファイバケーブルであっても良く、ポリカーボネート又は透明なシリコーンゴム若しくは成形可能なアクリル樹脂で作られた光ガイド、例えばニュージャージ州ロックアウェイ所在のサイロ・インダストリーズ（CYRO Industries ）社によって販売されているAcrymid （登録商標）８１５であっても良く、或いは、光源からの光を所望の場所に伝送する任意他の適当な手段であって良い。

光パイプは又、内側の光学ガラス部材を第２のガラスで被覆したものから作られても良く、第２のガラスは、光パイプを介する半導体光源３５からの光の全反射を促進するために内側光学ガラスよりも低い屈折率を有する。特定の実施形態では、内側光学ガラスの屈折率は、１．８１であり、被覆ガラスの屈折率は、１．４８であり、その結果、光パイプの開口数は、１．０になる。当業者には明らかなように、他の２種類のガラスの組み合わせを用いると光パイプを製作することができ又は屈折率の比較的高いガラスと屈折率の比較的低い他の被覆材料の組み合わせを用いても、光パイプを製作することができる。

伝送デバイス４０，４４の光パイプは、それぞれ、光源アレイ３２，３６の半導体光源３５によって生じた光のうち比較的多量の光、好ましくは実質的に全てを捕捉するよう公知の仕方で配置されるのが良い。非限定的な一例を挙げると、各半導体光源３５に隣接して位置する光パイプの端部は、放出された光の捕捉を促進するための光学的に均一な表面であり、半導体光源３５からの放出光をそれぞれ伝送デバイス４０，４４のそれぞれの光パイプに差し向けるために基板３４上の各半導体光源３５周りに適当なリフレクタ（図示せず）を設けるのが良い。

非限定的な例を挙げると、伝送デバイス４０の放出端部は、レンズ系４８に隣接して配置されるのが良く、伝送デバイス４４の放出端部は、レンズ系５２に隣接して配置されるのが良い。レンズ系４８，５２は、それぞれ、単一レンズ系であっても良く、多レンズ系であっても良い。この実施形態では、レンズ系４８，５２の各々は、それぞれ、以下において説明するように２レンズ系であるのが良い。

さらに、ビームパターンに所望の特徴を生じさせるため、例えば、沿道の標識等を照明するための照明を生じさせるために一方又は両方の伝送デバイス４０，４４の光パイプの放出端部をこれらのそれぞれのレンズ系４８，５２に対して垂直に且つ（或いは）水平に間隔を置いても良く、或いは互い違いに配置しても良いことが想定される。さらに、当業者には明らかなように、伝送デバイス４０，４４を採用することにより、伝送デバイス４０，４４の放出端部から放出された光の場所及び配置を光源アレイ３２，３６上の半導体光源３５の場所、間隔及び配置とは独立して定めることができる。また、伝送デバイス４０，４４により、それぞれ、光源アレイ３２，３６をそれぞれレンズ系４８，５２から見て遠くに配置でき、必要な冷却機構体、例えば比較的大型の熱交換部材、冷却ファン及び（又は）同様な手段を近位側のレンズ系４８，５２ではなく、それぞれ美観上受け入れ可能な場所に配置することができる。

このようにすると、車両設計者には、車両の美観的及び機能的設計において融通性が得られる。というのは、レンズ系４８，５２及び伝送デバイス４０，４４のそれぞれの放出端部をヘッドライトシステムのための従来の設置場所の１つに配置する必要があるだけであり、ヘッドライトシステム２０の残部をどこか他の場所に配置することができるからである。

ヘッドライトビームパターンは、代表的には、ビームパターンの比較的大部分を比較的一様な照明レベルで照明するスプレッド（広がり）光及び代表的にはスプレッド光の領域上に重ね合わされる照明レベルの増大した比較的狭い領域であるホットスポットを有する。ヘッドライトシステムは、特にビームパターンに関し、スプレッド照明の領域及び照明レベルとホットスポットの領域及び照明レベルの両方が、許容可能な法的限度の範囲内にあるように注意深く設計されると共に構成される必要がある。

ヘッドライトシステム２０では、以下に説明するように、光エンジン２４及びレンズ系４８は、好ましくは、スプレッド光を提供するよう用いられ、光エンジン２８及びレンズ系５２は、ホットスポット光及び動的光を提供するよう用いられる。したがって、レンズ系４８は、ヘッドライトシステム２０からのビームパターンの所望のスプレッド光を生じさせるために伝送デバイス４０の放出端部からの光を差し向けるよう設計されるのが良い。

図３を参照すると、光源アレイ３２，３６がそれぞれ示されており、この場合、点灯されている半導体光源３５は、中が白抜きの記号で示され、非点灯状態の半導体光源３５は、中が塗り潰された記号で示されている。図示のように、光源アレイ３２上の半導体光源３５の約半分が点灯されており、これら半導体光源３５によって生じる光を伝送デバイス４０によってレンズ系４８に伝送すると、基準の水平軸線及び垂直軸線に対して図４に示すロービームパターンのスプレッド成分６０を生じさせることができる。レンズ系４８は、レンズ系４８によって生じたビームパターンを垂直方向に制限するのに役立つ第１のレンズを有すると共にレンズ系４８によって生じたビームパターンを水平に広げる第２のレンズを更に有している。

これ又図示されているように、光源アレイ３６上の半導体光源３５の約１／４が点灯されており、これら半導体光源３５によって生じた光を伝送デバイス４４によってレンズ系５２に伝送すると、図４に示すロービームパターンのホットスポット成分６４を生じさせることができ、このホットスポット成分は、代表的には、高さが約３°、幅が約６°であるのが良い。レンズ系５２は、所望のホットスポットを生じさせるために単一レンズを用いることができるが、このような単一レンズは、以下に説明するステアリング可能な光を容易には生じさせることができず、レンズ系５２も又、２つのレンズを採用している。レンズ系５２の第１のレンズは、伝送デバイス４４の放出端部の比較的近くに配置されるのが良く、このような第１のレンズは、伝送デバイス４４からの光を投射光の垂直特性に実質的に影響を及ぼすことなく、水平方向に約６°の像中に投射する。レンズ系５２の第２のレンズは、第１のレンズから出力された照明パターンを垂直方向に約３°に圧縮するために長い焦点距離を有している。この結果、以下に更に説明するように、レンズ系５２は、ステアリング可能な光に適当な曲げを与えてホットスポット６４の形状を損なわないで１５°に達するようにすることができる。

図５を参照すると、図６に示すハイビームパターンを生じさせるよう光源アレイ３２，３６上でそれぞれ点灯された半導体光源３５が示されている。図示のように、光源アレイ３２の半導体光源３５の全ては、追加的に点灯された（図４のロービームパターンについて点灯された半導体光源に対して）半導体光源３５と共に点灯されており、それにより図６に示すハイビームパターンのスプレッドゾーン６８が生じている。同様に、光源アレイ３６の半導体光源３５の別の約１／４が、図６のハイビームホットスポット７２を生じさせるよう点灯されている。

本発明は、光源アレイ３２，３６上にそれぞれ設けられる半導体光源３５の特定の数には限定されることはなく、生じたビームパターンに所望の出力を得るよう点灯される半導体光源の特定の数に制限されることもないことが当業者には理解できる。これとは異なり、本発明は、採用された特定の半導体光源によって放出される光の量、伝送デバイス４０，４４及びレンズ系４８，５２の動作効率並びに所望のビームパターン及びこのような所望のビームパターンの照明レベルによってのみ定められる任意数の半導体光源に利用できる。非限定的な例を挙げると、以下のステアリングホットスポットの説明において、各ホットスポットを生じさせるのに４つの半導体光源が用いられているが、これよりも高い出力半導体光源が採用される場合、このようなホットスポットを生じさせるのに３つ以下の半導体光源を採用できる。

図７を参照すると、図４のロービームパターンの概略平面図（下に見た図）が示されており、図示の垂直軸線は、ヘッドライトシステム２０からのパターンの水平広がり度を示し、水平軸線は、ヘッドライトシステム２０からのパターンの距離を示しており、パターンを支持する線の色は、図示の縮尺に対応したパターンの照明レベルを示している。

上述したように、所要のロービーム及びハイビームパターンの生成に加えて、ヘッドライトシステム２０からの動的光パターン成分、例えばステアリング可能な光をもたらすことも望ましく、ステアリング可能な光は、車両が直線路から方向転換する際に車両が走行する車両周りの領域を照明する。非限定的な例を挙げると、車両が左側に方向転換しているとき、車両の前の左側の道路の一部分を照明することが望ましい。

図示していないコントローラが、以下に説明するように動的照明をもたらすよう光源アレイ３６の追加の半導体光源３５を照明し又は消灯するよう動作することができる。コントローラは、入力、例えばステアリングホイール位置、車両速度及び車体横揺れ（これらには限定されない）を受け取るのが良く、そして必要に応じて追加の半導体光源を点灯し又は消灯する。このようなコントローラの構成及び動作原理は、当業者の通常の知識の範囲内にあり、本明細書においてはこれ以上説明しない。

図８を参照すると、光源アレイ３２，３６がそれぞれ示されており、この場合、コントローラの受け取った入力に応答してコントローラによってステアリング可能な光の第１の増加分が図３に示すロービームパターンに追加されている。具体的に言えば、光源アレイ３６上の４つの追加の半導体光源７２が点灯されている。これら４つの追加の光源７２により放出された照明光は、図９に示されているようにロービームパターン上に追加のステアリングホットスポット７６を生じさせるようレンズ系５２によって方向づけられるのが良い。当業者には明らかなように、ヘッドライトシステム２０がハイビームを生じさせるよう作動していた場合、光源７２の下に位置する４つの半導体光源も又、全部で８つの追加の光源について点灯されてハイビームステアリング可能光パターンを生じさせることができ、これについては、図１７及び図１８を参照して以下に更に説明する。

図１０を参照すると、図９のビームパターンの概略平面図が示されている。図示のように、図９のステアリングホットスポット７６は、左側への（図示の向きでは、プロットの頂部に向かって）図１０のビームパターンの僅かな広がりを生じさせている。

図１１を参照すると、光源アレイ３２，３６がそれぞれ示されており、コントローラによってステアリング可能な光の第２の増加分が図９に示されたロービームパターンに加えられている。具体的に言えば、光源アレイ３６上の４つの追加の半導体光源８０が点灯されている。これら４つの追加の光源８０によって放出された照明光は、図１２に示されているようにロービームパターン上に第２のステアリングホットスポット８４を生じさせるようレンズ系５２によって方向づけられるのが良い。

図１３を参照すると、図１２のビームパターンの概略平面図が示されている。図示のように、図１２のステアリングホットスポット７６，８０は、左側への（図示の向きでは、プロットの頂部に向かって）ビームパターンの大きな広がりを生じさせている。所望ならば、ステアリング可能な光の追加の増加分をコントローラによって追加することができる。

図１４を参照すると、光源アレイ３２，３６がそれぞれ示されており、ステアリング可能な光８８の全部で８つの増加分が、図１５に示されているようにステアリングホットスポット７６，８４，９２，９６，１００，１０４，１０８，１１２をそれぞれ生じさせるようコントローラによって図１２のロービームパターンに追加されている。

図１６を参照すると、図１５のビームパターンの概略平面図が示されている。図示のように、ステアリングホットスポット７６，８４，９２，９６，１００，１０４，１０８，１１２は、それぞれ、左側への（図示の向きでは、プロットの頂部に向かって）ビームパターンの比較的大きな広がりを生じさせている。

図１４は、８つの増加分８８が一度に全て追加された状態を示しているが、このことは、説明を簡単にするために示されており、当業者には明らかなように、コントローラは、コントローラへの入力に基づいて決定される車両の運転条件に応じて、ステアリング可能な光の各増加分を１つずつ又は２つ又は３つ以上の増加分から成る群をなして追加することができる。

当業者には明らかなように、ヘッドライトシステム２０がハイビームパターンを生じさせているとき、必要な場合、図１７及び図１８に示されているように光エンジン３６上の追加の半導体光源３５を点灯することによってもハイビームステアリングホットスポット７６ａ，８４ａ，９２ａ，９６ａ，１００ａ，１０４ａ，１０８ａ，１１２ａをそれぞれもたらすことができる。

図８〜図１８は、車両の左側のヘッドライトを示しているが、当業者には明らかなはずであることとして、本発明は、それには制限されず、ヘッドライトシステム２０は、右側のヘッドライトとしても左側のヘッドライトとしても使用できる。ヘッドライトシステム２０が右側ヘッドライトに用いられている場合、ステアリング可能なホットスポットは、ロービームパターン及びハイビームパターンの右側に投影されることになる。

光源アレイ３６上の追加の半導体光源３５を点灯し又は消灯することにより且つレンズ系５２が追加のステアリングホットスポットを作るよう生じた追加の光を、左側に（又は、右側ヘッドライトの場合、右側に）方向づけられる照明光を増大させるように方向づけるによって、ヘッドライトシステム２０は、光源又は光学系コンポーネントの機械的動きを必要としないで、ステアリング可能な光をもたらす。

さらに、コントローラは、追加の半導体光源３５を種々の出力レベルで作動させてステアリング可能な光の所望の照明パターンを達成することができる。例えば、コントローラは、半導体光源３５を点灯することができ、これら半導体光源３５は、ステアリングホットスポット１００，１０４をそれぞれ生じさせる半導体光源３５よりも高い出力レベルでステアリングホットスポット１０８，１１２をそれぞれ生じさせる。

また、上述の実施形態では、光源アレイ３２，３６上のそれぞれの各特定の半導体光源３５の配設場所相互間に直接的な対応関係が存在する場合があるが、半導体光源３５の放出した光が生じたビームパターン中に現れる場合、本発明は、そのような対応関係に限定されることはない。具体的に説明すると、図１４の増加分８８中の４つの半導体光源３５の最も右側の増加分がホットスポット１１２を生じさせ、増加分８８中の４つの半導体光源３５の最も左側の増加分がホットスポット７６を生じさせている（図８に示されているように）ことが示唆されている。しかしながら、このような直接的な対応関係は、伝送デバイス４２，４４のそれぞれの光パイプの受け入れ端部及び放出端部が、このような直接的な対応関係をなして配列されている場合にのみ生じる。当業者には明らかなように、このような直接的な対応関係は不要であり、事実、状況によっては望ましくない場合がある。非限定的な例を挙げると、光源アレイ３２又は３６上の他の半導体光源３５と同時に通常通りに点灯されている光源３２，３６上の半導体光源３５が、廃熱の除去具合を向上させることができるよう基板３２上で互いに隣接して配置されないことが望ましい場合がある。このような場合、伝送デバイス４０，４４のそれぞれの光パイプの受け入れ端部及び放出端部が正しく配置されていれば、所望の出力ビームパターンを依然として得ることができる。

さらに、図８〜図１８には、伝送デバイス４０，４４の放出端部が互いに密接して配置された状態で示されているが、上述したように、このことが必要であるというわけではなく、多くの状況では、所望のビームパターンを達成するためには伝送デバイス４０又は４４の放出端部の少なくとも幾つかをこれらのそれぞれのレンズ系４８又は５２に対して互いに間隔を置いて設けるのが良いことが想定される。

本発明は、半導体光源によって送られた光から所望のビームパターンを形成するヘッドライトシステムを提供することが明らかである。このシステムは、所望のビームパターンのスプレッド成分を生じさせるための半導体光源の光源アレイ及びレンズ系を有すると共に所望のビームパターンのホットスポット成分を生じさせるための半導体光源の光源アレイ及びレンズ系を有している。各光源アレイの半導体光源からの光を伝送デバイスによってそれぞれのレンズ系に伝送するのが良く、このような伝送デバイスは、半導体光源によって放出された光を捕捉し、捕捉した光をそれぞれのレンズ系に隣接して放出する一連の光パイプを有している。一方又は両方の光源アレイは、車両が方向転換される車両に隣接した領域を照明するためにビームパターン中の動的ビームパターン成分、例えばステアリングホットスポットをもたらすよう選択的に点灯又は消灯可能な追加の半導体光源を含むのが良い。

光源アレイとレンズ系との間に伝送デバイスを用いることにより、光源アレイとレンズ系を互いに間隔を置いて配置することができ、それにより、ヘッドライトシステム２０を、レンズ系が光源アレイによって放出された光を直接受け取られなければならない場合では可能ではない小さなサイズ又は形状の容積部内に設置することができる。

所望のビームパターンのスプレッド成分をもたらす単一レンズ及び所望のビームパターンのホットスポット成分をもたらす単一レンズを有する本発明の変形実施形態としてのヘッドライトシステムが、図１９に全体を参照符号２００で示されている。

ヘッドライトシステム２００は、基板２０６を受け入れるキャビティ２０４を備えたフレーム２０２を有している。フレーム２０２は、複数の段部２１０を備えた全体が参照符号２０８で示されている階段状部分を更に有している。複数の段部の各々には、基板２１２が取り付けられている。各基板２１２には、複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）２１４が取り付けられ、複数個のＬＥＤ２１４の全ては、一緒になって、この実施形態では半導体光源の第１のアレイを形成している。好ましくは、３つの基板２１２が設けられ、３つのＬＥＤ２１４が各基板２１２に取り付けられている。また、基板２１２の各々には、複数個のレンズ２１６が取り付けられ、これら複数個のレンズは、一緒になって、所望のビームパターンのスプレッド成分を形成するようＬＥＤ２１４と共に用いられる第１のレンズ系を形成している。複数個のレンズ２１６の各々は、図２０に最も良く示されているように、各ＬＥＤ２１４にそれぞれ用いられている。したがって、１つのＬＥＤ２１４から放出された光は、これに対応した１つのレンズ２１６を通過する。この実施形態では、第１のレンズ系は、全部で９個のレンズ２１６を有し、これらレンズは、各々が３つのレンズ２１６から成る３つの群に分割されている。これら群の１つが、図２０に最も良く示されており、この場合、２つの外側のレンズ２１６からの光は、スプレッドビーム成分の低強度部分をもたらし、真ん中のレンズ２１６は、スプレッドビーム成分の高強度部分をもたらす。３つ全ての群は、同一の仕方で動作し、各群の２つの外側のレンズ２１６からの光は、スプレッドビームパターンの低強度部分をもたらし、各群の真ん中のレンズ２１６からの光は、スプレッドビーム成分の高強度部分をもたらす。

次に図２１及び図２２を参照すると、半導体光源の第２のアレイが示されており、このような第２のアレイは、この実施形態では、基板２０６上に取り付けられた複数個のＬＥＤ２１４である。複数個のＬＥＤ２１４の各々は、少なくとも１つの光伝送デバイス中に受け入れられる光を放出し、このような光伝送デバイスは、この実施形態では、複数本の光パイプ２１８である。具体的に説明すると、基板２０６に取り付けられた１５個のＬＥＤ２１４及び１５本の光パイプ２１８が設けられ、光パイプ２１８の各々は、対応のＬＥＤ２１４からの光を受け取る。基板２０６には、ホルダ又はパイプホルダ２２０が連結されている。パイプホルダ２２０は、リテーナ又はパイプリテーナ２２２と一緒に、パイプホルダ２２０に繋がっており、光パイプ２１８の位置を基板２０６上のＬＥＤ２１４に対して維持する。基板２０６上のＬＥＤ２１４は、所望のビームパターンの種々の所望のホットスポット成分を生じさせるよう選択的に点灯可能である。加うるに、基板２０６上のＬＥＤ２１４も又、所望のビームパターンのホットスポット成分の高強度部分又は低強度部分を生じさせるよう選択的に点灯可能である。

基板２０６上のＬＥＤ２１４から放出された光は、光パイプ２１８を通過した後、次に、第２のレンズ系を通過し、このような第２のレンズ系は、この実施形態では、１００ミリメートルの焦点距離を有する単一レンズ２２４である。このレンズ２２４は、所望のビームパターンのホットスポット成分を生じさせると共に所望のビームパターンの水平中心及び垂直中心から±２°の範囲内にある場所にホットスポット成分を位置決めするのに役立つ。

本発明の上述の実施形態は、本発明の例であり、当業者であれば、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、このような実施形態の変形例及び改造例を想到できる。

２０ ヘッドライトシステム
２４，２８ 光エンジン
３２，３６ 光源アレイ
３４ 基板
３５ 半導体光源
４０，４４ 伝送デバイス
４８，５２ レンズ系

Claims (32)

1. 車両用のヘッドライトシステムであって、
   少なくとも１つの第１の光源と、
   少なくとも１つの第２の光源と、
   所望のビームパターンのスプレッド成分を提供するよう前記少なくとも１つの第１の光源と作動的に関連している少なくとも１つのレンズを備えた第１のレンズ系と、
   前記所望のビームパターンのホットスポット成分を提供するよう前記少なくとも１つの第２の光源と作動的に関連している少なくとも１つのレンズを備えた第２のレンズ系とを有する、車両用ヘッドライトシステム。
2. 前記少なくとも１つの第２の光源から放出された光を前記第２のレンズ系に伝送する少なくとも１つの伝送デバイスを更に有する、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
3. 前記少なくとも１つの伝送デバイスを保持するホルダと、
   前記ホルダとの間に前記少なくとも１つの伝送デバイスを位置決めするリテーナとを更に有し、前記リテーナは、前記ホルダに選択的に連結される、請求項２記載の車両用ヘッドライトシステム。
4. 前記少なくとも１つの伝送デバイスは、前記少なくとも１つの第２の光源に対応した少なくとも１本の光パイプを有し、前記少なくとも１本の光パイプは、前記少なくとも１つの第２の光源に隣接して位置し、前記少なくとも１つの第２の光源から放出された光を捕捉するための第１の端部及び前記捕捉した光を放出して前記第２のレンズ系に当てるための第２の端部を有する、請求項２記載の車両用ヘッドライトシステム。
5. 前記第１のレンズ系は、複数個のレンズを更に有し、前記少なくとも１つの第１の光源は、第１の複数個の光源を更に有し、前記複数個のレンズの少なくとも１つが、前記スプレッドビームパターン成分の高強度部分を形成するよう前記第１の複数個の光源の１つと作動的に関連し、各々が前記第１の複数個の光源の１つに作動的に関連した少なくとも２つの前記レンズの少なくとも１つが、前記スプレッドビームパターン成分の低強度部分を形成する、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
6. 前記第１のレンズ系は、各々が前記第１の複数個の光源の１つの光源と作動的に関連した９個のレンズを更に有し、前記９個のレンズは、各々が３つのレンズから成る３つの群で構成され、前記３つのレンズの２つは、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の低強度部分を生じさせるために用いられ、各群の前記３つのレンズの１つは、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の高強度部分を生じさせるために用いられる、請求項５記載の車両用ヘッドライトシステム。
7. 前記第１のレンズ系は、少なくとも１つのＤ光学部品を更に有する、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
8. 前記少なくとも１つの第２の光源は、第２の複数個の光源を更に有し、前記第２の複数個の光源の一部は、前記所望のビームパターンの前記ホットスポット成分の低強度部分を生じさせ、前記第２の複数個の光源の一部は、前記所望のビームパターンの前記ホットスポット成分の高強度部分を生じさせる、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
9. 前記少なくとも１つの第１の光源及び前記少なくとも１つの第２の光源は、前記所望のビームパターンを形成するよう選択的に点灯され又は消灯される、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
10. 前記所望のビームパターンは、ロービームパターン、ハイビームパターン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項９記載の車両用ヘッドライトシステム。
11. 前記少なくとも１つの第１の光源は、第１の複数個の光源を更に有し、前記少なくとも１つの第２の光源は、第２の複数個の光源を更に有し、前記第２の複数個の光源の別の光源が、前記所望のビームパターンに加えて少なくとも１つのステアリングホットスポットを生じさせるよう点灯される、請求項９記載の車両用ヘッドライトシステム。
12. 前記所望のビームパターンに加えて生じる前記ステアリングホットスポットの数は、前記車両の運転速度、前記車両のステアリングホイールの位置、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されたパラメータで決まる、請求項１１記載の車両用ヘッドライトシステム。
13. 前記少なくとも１つの第２の光源は、共通基板に取り付けられている、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
14. 前記所望のビームパターンは、
    水平軸線と、
    交点を形成するよう前記水平軸線と交差する垂直軸線とを更に有し、前記第２のレンズ系の前記少なくとも１つのレンズは、前記少なくとも１つの第２の光源からの光を前記所望のビームパターンの前記交点から±２°の範囲内に投射することができる、請求項１記載の車両用ヘッドライトシステム。
15. 車両用のヘッドライトシステムであって、
    第１の群をなす光源を有し、
    前記第１の群をなす光源と作動的に関連した第１のレンズ系を有し、前記第１のレンズ系を通して放出された前記第１の群をなす光源からの光が、所望のビームパターンのスプレッド成分を生じさせ、
    第２の群をなす光源を有し、
    前記第２の群をなす光源と作動的に関連した少なくとも１つの光伝送デバイスを有し、
    前記少なくとも１つの光伝送デバイスを通って前記第２の群をなす光源から伝送された光を受け取る第２のレンズ系を有し、前記第２の群をなす光源から放出された光は、前記少なくとも１つの光伝送デバイスによって前記第２のレンズ系に差し向けられ、前記少なくとも１つの光伝送デバイスを通って伝送されて前記第２のレンズ系を通過した光は、前記所望のビームパターンのホットスポット成分を形成する、車両用ヘッドライトシステム。
16. 前記少なくとも１つの光伝送デバイスを支持するホルダと、
    前記ホルダに連結され、前記少なくとも１つの光伝送デバイスを前記ホルダ上に位置決めするリテーナと、
    基板とを更に有し、前記第２の群をなす光源は、前記基板に取り付けられ、前記ホルダは、前記第２の群をなす光源に近接して前記基板に取り付けられている、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
17. 前記少なくとも１つの光伝送デバイスは、複数本の光パイプを更に有し、前記複数本の光パイプの各々は、前記第２の群をなす光源の各々とそれぞれ整列し、前記複数本の光パイプは、前記第２の群をなす光源の各々からの光を受け取る、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
18. 前記第２の群をなす光源の各々は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
19. 前記第２の群をなす光源の一部分は、前記所望のビームパターンの前記ホットスポット成分の高強度部分をもたらし、前記第２の群をなす光源の一部分は、前記所望のビームパターンの前記ホットスポット成分の低強度部分を形成する、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
20. 前記第１のレンズ系は、複数個のレンズを更に有し、前記光源の第１の群は、光源の多数の群に更に分割され、前記光源の多数の群の各々は、互いに等しい数の光源を有し、前記光源の多数の群の各々は、基板に取り付けられ、前記第１のレンズ系の前記複数個のレンズの各々は、前記第１の群をなす光源から選択された１つの光源と作動的に関連している、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
21. 前記複数個のレンズの１つのレンズは、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の高強度部分を形成するよう前記多数の群をなす光源の１つの光源と作動的に関連し、前記第１のレンズ系の前記レンズの少なくとも２つは、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の低強度部分を形成するよう前記多数の群をなす光源の各々と作動的に関連している、請求項２０記載の車両用ヘッドライトシステム。
22. 前記第１のレンズ系は、少なくとも１つのＤ光学部品を更に有する、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
23. 前記第１の群をなす光源及び前記第２の群をなす光源の各々は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に含む、請求項１５記載の車両用ヘッドライトシステム。
24. 車両用のヘッドライトシステムであって、
    第１の一連の発光ダイオードを有し、
    前記第１の一連の発光ダイオードと作動的に関連した複数個のレンズを有し、前記第１の一連の発光ダイオードからの前記複数個のレンズを通過した光が、所望のビームパターンのスプレッド成分を形成し、
    第２の一連の発光ダイオードを有し、
    前記第２の一連の発光ダイオードと作動的に関連した一連の光伝送デバイスを有し、
    前記一連の光伝送デバイスからの光を受け取る少なくとも１つのレンズを有し、前記一連の光伝送デバイスからの前記少なくとも１つのレンズを通過した光が、前記所望のビームパターンのホットスポット成分を形成するようになっている、車両用ヘッドライトシステム。
25. 前記第２の一連の発光ダイオードを支持する基板と、
    前記基板に取り付けられ、前記一連の光伝送デバイスを支持するようになったホルダと、
    前記ホルダに連結されたリテーナとを更に有し、前記リテーナは、前記一連の光伝送デバイスを前記第２の一連の発光ダイオードに対して近接関係をなして位置決めしている、請求項２４記載の車両用ヘッドライトシステム。
26. 前記一連の光伝送デバイスは、複数本の光パイプを更に有し、前記複数本の光パイプの各々は、前記第２の一連の発光ダイオードの各々から光を受け取る、請求項２４記載の車両用ヘッドライトシステム。
27. 前記複数個のレンズの各々は、前記第１の一連の発光ダイオードの各々とそれぞれ整列する、請求項２４記載の車両用ヘッドライトシステム。
28. 前記第１の一連の発光ダイオードは、発光ダイオードの３つの群の状態に均等に分割された９個の発光ダイオードで構成される、請求項２７記載の車両用ヘッドライトシステム。
29. 前記発光ダイオードの３つの群の１つに属する前記３つの発光ダイオードの２つは、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の低強度部分をもたらし、前記発光ダイオードの３つの群の１つに属する前記３つの発光ダイオードの１つは、前記所望のビームパターンの前記スプレッドビーム成分の高強度部分をもたらす、請求項２８記載の車両用ヘッドライトシステム。
30. 前記複数個のレンズの各々は、Ｄ光学部品を更に含む、請求項２４記載の車両用ヘッドライトシステム。
31. 前記第１の一連の発光ダイオードの一部分は、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の高強度部分を形成し、前記第１の一連の発光ダイオードの一部分は、前記所望のビームパターンの前記スプレッド成分の低強度部分を形成する、請求項２４記載の車両用ヘッドライトシステム。
32. 前記第２の一連の発光ダイオードの一部分は、前記所望のビームパターンの前記ホットスポット成分の高強度部分を形成し、前記第２の一連の発光ダイオードの一部分は、前記所望のビームパターンの前記ホットスポット成分の低強度部分を形成する、請求項２４記載の車両用ヘッドライトシステム。

Images