JP2012043797A - 明暗境界線の光度勾配が目的に合わせて減衰されるプロジェクターヘッドライト - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクターヘッドライトとして、明暗境界の鮮明さの予測可能で目的に合った調整を、より少ない手間で可能とする。
【解決手段】自動車用のプロジェクターヘッドライトは、光源を少なくとも１つ、光源の光を集める光学素子、遮光板エッジ３４を持つ遮光板３２、結像光学系を持つ。このヘッドライトは、遮光板３２が突起４０および／または片方を開いた切り込み３８を遮光板エッジ３４中に持つこと、そして／または、遮光板３２が、閉じた周縁に区切られた第１の穴５０を遮光板３２中に持ち、これらの第１の穴は、遮光板エッジ３４に対する間隔が、遮光板３２の幅５２の５分の１よりも小さい位置に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の自動車用プロジェクターヘッドライトに関する。このような自動車ヘッドライトは、ＤＥ１０２００８０２３５５１Ａ１から公知である。

プロジェクターヘッドライトは一般に、光源を少なくとも１つ、光源の光を集める光学素子、遮光板エッジつきの遮光板、結像光学系を備える。この光学素子は、集められた光を遮光板エッジに向けるために設けられ、配置されている。これにより遮光板エッジには、遮光板エッジに区切られた第１の配光パターンが生じ、この第１の配光パターンは、結像光学系によって、ヘッドライトの前方視界の中に結像される。この場合遮光板エッジは、この第２の配光パターンにおいて、比較的明るい領域と比較的暗い領域との間の明暗境界として結像される。

明暗境界を横切るときに生じる光強度勾配は、自動車ヘッドライトを計画、設計する際の重要なパラメーターである。光強度勾配の値が高ければ、コントラストが強くて鮮明な明暗境界として認識される。一方では、明暗境界の鮮明さに対する法的な最小限要求事項があって、これを順守しなければならない。他方で運転者にとっては、不鮮明な明暗境界の方が快適である。移行部分のコントラストが小さくなると、特に波打つ路面に生じるように明暗境界が激しく垂直運動するとき、移行部分のコントラストが強いときよりも、不安定感が少なくなる。したがって移行部分にコントラストが少ないということは、疲れを少なくする方向に作用する。

冒頭に挙げたプロジェクターヘッドライトの場合、明暗境界の光強度勾配の調節が、レンズとして実現されている結像光学系の表面上の諸領域で行われ、この結像光学系は光学的散乱作用を持つ。これらの領域はそれぞれ、個別のセルの周期的なラスターに区分され、これら個別のセルはそれぞれ、表面を通過する光を、目的に合わせて散乱させる。ＤＥ１０２００８０２３５５１Ａ１によれば、そこで提案されている対象物は、レンズ表面のランダムなラフニングや、レンズ表面の周期性あるモディフィケーションと比較すると、明暗境界の予測可能で目的に合った調整を可能とする。

計算と、計算されたレンズを製造できるツールを製造して計算結果を実現することは、非常に手間がかかり、したがって高価である。これを背景として、本発明の課題は、冒頭に挙げた種類のプロジェクターヘッドライトとして、明暗境界の鮮明さの予測可能で目的に合った調整を、より少ない手間で可能とするものを示すことである。

この課題は請求項１の諸特徴によって解決される。本発明のプロジェクターヘッドライトは、遮光板が、突起および／または片方を開いた切り込みを遮光板エッジに備えること、そして／または遮光板が、閉じた周縁で区切られた複数の第１の穴を遮光板中に備え、これらの穴は遮光板エッジと間隔を取って配置されていて、この間隔は遮光板の幅の５分の１未満とすることを特徴とする。

通常は、遮光板エッジは、第２の配光パターンにおける明暗境界として、ヘッドライトの前方視界に鮮明に結像される。そのため遮光板エッジは通常、結像光学系の焦点近くに位置するように配置されている。そのほかこの遮光板エッジは、遮光板の影になる領域と、遮光板の影にならずしたがって照射された領域との間を、第２の配光パターンで鮮明に分離する。

本発明によって、この鮮明な分離は弱められ、ぼかされる。いずれの突起も光の影を作るが、この光は従来型の遮光板の場合、明暗境界より下の明るい領域の照明に寄与するはずのものである。それと反対にいずれの切り込み、いずれの穴も光を通過させ、この光は、従来型の遮光板の場合、遮蔽されるはずのものである。換言するならば、従来型の遮光板と比較すると、明るい領域の光強度は平均すると削減され、本来暗い領域の光強度は平均すると増加する。

同時にこれらの突起は、遮光板エッジの平均的な推移線を超えて突出し、他方で切り込みと穴は、この平均的な推移線の背後に残される。結像光学系の焦点に対する位置についていえば、突起、切り込み、穴の位置は、したがって必然的に、遮光板エッジの平均的な推移線から外れる。

遮光板エッジの平均的な推移線が、結像光学系の焦点の近くにあるため、鮮明に結像されると想定される場合、突起、切り込み、穴の位置が外れていれば、これらの結像は鮮明度を減じる結果となる。その結果として、第２の配光パターンがヘッドライトの前方視界に生じても、この配光パターンは明暗境界の鮮明度とコントラストが小さく、かつその際、その原因となる遮光板の細部、すなわち突起および／または切り込みおよび／または穴が、鮮明に結像されることはない。鮮明な結像は望ましくない。

明暗境界の鮮明度の削減が望まれるが、これは本発明では、遮光板の形状によって得られる。結像光学系と比較して、遮光板は、形成、製造が比較的簡単な部品である。このことは全体として、明暗境界の鮮明度の予測可能で目的に合った調整を、より少ない手間で可能とする。

１つの好ましい実施形態は、結像光学系が、光軸に関して非回転対称的なレンズ、または光軸に関して非回転対称的かつ非点収差型のレンズシステムであることを特徴とする。非点収差とは、点が点としてではなく、一般に楕円形の面として結像されるような結像誤差をいう。このような結像誤差は、比較的小規模なものは、光軸外に位置する点から回転対称的なレンズに入射する光束ですでに生じる。非回転対称的なレンズの場合、通常、非点収差がより強く表れる。それにより結像の不鮮明さが強化されるが、それは、この実施形態の場合、穴状、ジグザグ状、または波形にモディフィケーションされた遮光板エッジが不鮮明に結像されるのに寄与する。鮮明な結像は望ましくない。

結像光学系が、光学軸上で、遮光板エッジに沿って延びる平面または方向においては、遮光板エッジを横切って延びる平面または方向におけるのと、異なる焦点を持つのも好ましい。これにより、遮光板エッジと結像光学系の間に生じる配光パターンを、両方向それぞれ異なる鮮明さで結像させることができるようになる。このことは、第１の配光パターンが第２の配光パターンに結像される際、遮光板が遮光板エッジの近くに持つ突起、切り込み、穴が、解像されないようにするのに寄与する。

もう１つの好ましい実施形態は、遮光板エッジが、光学上にある結像光学系両焦点の一方に、光軸上にある結像光学系両焦点の他方よりも、近く位置することを特徴とする。換言すれば、遮光板エッジは、両焦点に等距離の間隔をおいて位置するのではなく、両焦点の一方により近く位置する。遮光板は基本的に、ヘッドライト内で水平位置または垂直位置に、またはこれら両位置の中間ポジションに配置することができる。遮光板の位置によっては、遮光板を両焦点の一方に、両焦点の他方より近く配置することは、突起、切り込み、穴の解像を、望むとおりの不鮮明なものとするために有利であり得る。

遮光板エッジが、光軸方向において、結像光学系からそれほど遠く離れていない焦点よりも、結像光学系から遠く離れた焦点に近いところに、配置するのも好ましい。この実施形態の利点は、特にヘッドライト内で遮光板が垂直というよりも、むしろ水平に配置されている場合、遮光板内の突起、切り込み、穴が、第２の配光パターンで解像されず、したがって、視認不可能にするため、または少なくとも明瞭には視認されないようにするために、寄与することである。

遮光板が、遮光板エッジと光軸に決定される平面と、２０°未満、特に１０°未満、さらに特に０°の角度をなす平面内に位置すること、そして、遮光板が反射性の表面を持つことも好ましい。この位置と反射性の形状によって、遮光板に最初に遮蔽された光を、結像光学系の光入射面に反射し、この結像光学系で屈折して、第２の配光パターンの明るい領域に入れることができる。これにより効率を改善することができる。この効率とは、光源から放射される光を分母とし、そして第２の配光パターンの光を形成する光を分子とし、そこで得られる商として定義されるものである。

もう１つの好ましい実施形態は、遮光板がその平面に、複数の膨らみおよび／または窪み、および／またはさらに穴を備え、これらは、第１の穴よりも遮光板エッジからさらに離れて位置することを特徴とする。この構造は好ましくは、遮光板の基本形状によって決定された配光パターンをモディフィケーションするのに用いるものとする。これは、たとえば、配光パターンの本来暗い領域内部の特定の測定ポイントで、指定された光強度の数値を順守するためである。明暗境界より上に位置するこれらの測定ポイントは、たとえば交通標識の特定の照射強度を確保するために用いられる（オーバーヘッドサイン用の数値）。

切り込みおよびまたは突起の振幅、第１の穴の面積および／または個数および／または間隔は、光軸からの間隔が増加するにつれて、これらを増加させることも好ましい。この実施形態によって、第２の配光パターンにおける明暗境界として、中央領域は比較的鮮明であるが、周辺領域では比較的不鮮明なものが生じる。これによりたとえば、波打つ路面上で生じる明暗境界の垂直運動は、周縁領域におけるよりも中央領域における方が強く現れる。これにより運転者は、中央領域には直感的に強く意識を集中するようになるが、このことは走行安全性上の理由から望ましい。

本発明によるヘッドライトにおいて、遮光板エッジが、光軸に近く位置する中央領域を持ち、この領域では遮光板が、遮光板エッジに突起も、片方を開いた切り込みも持たず、また閉じた周縁に区切られた第１の穴を遮光板内に持たない場合、このヘッドライトの形状によって、上記と同様な利点が新たに得られ、または補足的に得られる。

もう１つの好ましい実施形態は、結像光学系の光入射面および／または光出射面に、局部的な膨らみおよび／または窪みの形で、光を散乱させる構造を備えることを意図する。

この実施形態は、ヘッドライト設計の際にさらなる自由度を開く。なぜならば、明暗境界に望まれる鮮明度削減には、プロジェクターシステムのモディフィケーションが必要となるが、この実施形態によって、同システムを遮光板と結像光学系に区分することが可能となるからである。この区分によって、コンポーネントそれぞれに対してそれぞれ必要なモディフィケーションの規模が、軽減される。したがってレンズにおいては、場合によって、レンズ表面に周期的またはランダムに分布する散乱構造で十分である。このことにより、散乱構造を個々に計算すれば手間と費用がかかる製造工程が削減される。同時にこのレンズは、遮光板の遮光板エッジ近辺にある本発明により構造化された領域について、その結像の鮮明度を削減する。このことは、遮光板の切り込み、突起、穴が、第２の配光パターンにおいて解像されないか、または別な場合よりも解像度が弱まることに寄与するが、これは望ましい効果である。

そのほかの利点を、従属請求項、下記の説明、添付の図面に記載した。

自明のことであるが、上記に挙げた諸特徴、下記でさらに説明する諸特徴は、それぞれそこに挙げた組み合わせに限らず、そのほかの組み合わせまたはそれ１つだけでもまた、本発明の範囲を離れることなく用いることができる。

本発明の実施例を図面に示し、下記の説明でさらに詳しく説明する。この場合、いずれも模式図を示す。

本発明の技術的環境としてのプロジェクターヘッドライトである。 従来の技術で公知の遮光板である。 本発明によるヘッドライトの遮光板の実施例である。 明暗境界を持つ配光パターンの例である。 配光パターンの明暗境界を横切るときの照度の経過を、定性的形式で示す。 非回転対称的な非点収差型レンズの２つの切断面を、それぞれの光路とともに示す。 本発明によるプロジェクターヘッドライトの諸要素の配置を、垂直に配置された遮光板とともに示す。 本発明によるプロジェクターヘッドライトの諸要素の配置を、水平に配置された遮光板とともに示す。 本発明のヘッドライトの遮光板のもう１つの実施形態を示す。

異なる図面でも同じ参照符号は、それぞれ同じ要素、または少なくともその機能が同じ要素を示す。

個々に述べると、図１は自動車用のプロジェクターヘッドライト１０を示し、このヘッドライトは、光源１２、光源１２の光１５を集める光学素子１４、遮光板エッジ１８を持つ遮光板１６、結像光学系２２を備える。図示の諸要素１２、１４、１６、２２は、ヘッドライト１０の光軸３１に沿って配置されているが、その際、光学素子１４は、光源１２から生じた光１５を光束化して、遮光板エッジ１８に向ける。その結果、遮光板エッジ１８に接して、遮光板エッジ１８に区切られた第１の配光パターンが生じる。

結像光学系２２は、第１の配光パターンを、第２の配光パターン２４としてヘッドライト１０の前方視界に結像するように設けられ、配置されている。この場合、遮光板エッジ１８は、第２の配光パターン２４の比較的明るい領域２８と、比較的暗い領域３０の間の明暗境界２６として、第２の配光パターン２４内に結像される。

この結像は、遮光板１６が、倒立しかつ左右逆になって、自動車の前方視界に結像されるように行われる。したがって明るい方の領域２８は、プロジェクターヘッドライト１０にロービーム機能を満足させたい場合、水平線より下に位置する。暗い方の領域３０が水平線より上に位置することにより、対向車の幻惑が回避され、あるいは少なくとも軽減される。遮光板エッジ１８は通常、非対称形仕様となっており、たとえば光軸３１から側方に角度１５°だけ降下した部分を持つ場合、これは第２の配光パターン２４では上昇するエッジとして結像される。これにより、知られているように、自動車の対向車側でない側面を十分に照明できる。これと異なる実施形態の場合、角度０°、または４５°、または９０°とすることが意図されている。

光源１２は、第１の実施形態の場合、白熱電球または放電灯である。この実施形態の場合、光を集める光学素子１４は、楕円体を基本形とする複合楕円体とするのが好ましい。光源１２は、好ましくは、楕円体レフレクターの一方の焦点に配置されるものとする。楕円体レフレクターの他方の焦点には、遮光板エッジ１８が配置されている。光源１２から等方性を持って放射された光は、レフレクター１４によって第２の焦点に向けられるので、この焦点では、強く光束化された第１の配光パターンが生じ、この配光パターンは遮光板エッジ１８によって区切られる。

もう１つの実施形態では、光源１２は半導体光源、または複数の半導体光源による配置物である。半導体光源特に発光ダイオードは、通常は半無限放射体であり、等方性放射する光源１２とほぼ見なすことができる白熱電球または放電灯とは、この点で異なる。この理由から、光源１２として半導体光源を持つ実施形態のためには、別な集光素子１４が用いられる。

半導体光源が光源１２である場合は、光源１２を多かれ少なかれ包む複合楕円体レフレクターとは異なって、片側を閉じたレフレクター１４をただ１つだけ必要とし、このレフレクターも基本形を楕円体としたい。このことは、図１の図示に当てはめると、そこに図示されたレフレクター１４の下半分を取り去ることもできることを意味する。

集光光学素子をこのような半殻型レフレクターとするのとは異なり、半導体光源または複数の半導体光源による配置物として実現された光源１２のため、導光性材料からなるアタッチメント光学系を用いることもできよう。この光学系は、光源１２の光１５を取り込み、屈折によって、そして導光性材料内部に生じる内部の全反射によって光束化し、遮光板エッジ１８に向ける。

結像光学系２２は、１つの実施形態では集光レンズであって、これを配置するに当たっては、そのレフレクター側焦点が、遮光板エッジ１８に接する第１の配光パターンの領域に位置するようにする。そうすれば遮光板エッジ１８は、第２の配光パターン２４における鮮明な明暗境界２６として、自動車の前方視界に結像される。

図２は、従来の技術から公知の遮光板１６を示し、この遮光板は、図１に示すように、ヘッドライト１０における光軸３１を横切って配置され、ほぼ平滑に延びる遮光板エッジ１８を持つ。遮光板エッジ１８はこの場合、図２に示すような湾曲を持つ。結像光学系２２と協働して、自動車の前にある第２の配光パターン２４において、明暗境界２６の望ましい輪郭を得るためである。従来の技術の場合、この平滑な線は、鮮明な明暗境界２６として結像される。

図３は、本発明によるヘッドライト１０の遮光板３２のさまざまな実施例を示す。個々に説明すると、図３ａが示す遮光板３２において、その遮光板エッジ３４は、片方を開いた切り込み３８と突起４０を持つ。

遮光板エッジの平均的な推移線３６で測ると、突起４０は、図２に示すような一般に用いられる遮光板の場合なら光をすべて透過する領域に突出する。すなわち突起４０は、遮光板エッジ３４の平均的な推移線３６の近辺に位置する領域で、公知の遮光板１６なら遮蔽されない光を遮蔽する。これとは異なり、一方を開く切り込み３８は、一般に用いられる遮光板１６の場合ならすべて遮蔽されるはずの光に、遮光板３２を通過させる。

これにより、図３ａに示すような遮光板３２は、遮光板エッジ３４に接して生じる第１の配光パターンにおける光強度を、平均的な推移線３６より上では減少させ、平均的な推移線３６より下では増加させる。

上記にまったく類似するのが、図３ｂの対象物である。図３ｂの対象物が図３ａの対象物と相違するのは、突起４０と切り込み３８が、図３ｂの場合は波形で丸みある周縁を生じるが、図３ａの対象物の場合は、直線的で尖った先端を持つジグザグ形の線を示す点である。

図３ｃに示すもう１つの実施形態は、遮光板３２の中で遮光板エッジ３４のわずか下に設けられている第１の穴５０を備える。一般に用いられる遮光板１６では遮光板材料によって遮蔽されるはずの光は、これらの穴５０を通って遮光板を通過し、遮光板３２に生じる第１の配光パターンに影響をおよぼす。

図３ａ〜ｃに示すような遮光板３２の３つの実施形態すべては、次のことを特徴とする。すなわち、遮光板エッジ３４が、光軸３１に近いところに位置する中央領域４２を持ち、この領域では、遮光板３２は、遮光板エッジ３４に突起４０も、片方を開いた切り込み３８も、また遮光板３２の中で閉じた周縁で区切られた第１の穴５０も持たない。したがってこの中央領域４２では、遮光板３２は、一般に用いられている遮光板１６と異なるところはない。したがってこの中央領域では、プロジェクターヘッドライト１０の一般に用いられているコンポーネントと協働する遮光板３２によって生じる明暗境界は、一般に用いられている遮光板１６を持つプロジェクターヘッドライトで生じる明暗領域と、異なるところはない。

しかし配光パターンにおいて、遮光板エッジの右側と左側の各周縁領域に相違が生じる。これら周縁領域で、遮光板エッジ３４は、たとえば図３ａに示したジグザグ形の線４６、または図３ｂに示した波形の線４８を持つ。またはこれら周縁領域では、遮光板３４中の第１の穴５０が、第１の配光パターンに影響をおよぼす。次にこのことを、図４、５を引用してさらに詳しく説明する。図４はその右半分に、一般に用いられている遮光板１６によって生じる第２の配光パターン２４の半分を示す。そしてこの配光パターンは、中央領域４２でも、右側の周縁領域でも、鮮明に現れた明暗境界２６を持つ。

上記と比較するものとして、図４はその左半分で、図３ａ、ｂ、ｃに示したと同じプロジェクターヘッドライトが、これらの図と同じ条件下で、遮光板３２によって生じる配光パターン２４を示す。この場合、ほかの部分では鮮明な明暗境界２６が、左側の周縁領域ではぼかされている。このことを、明暗境界２６を３つの明暗境界２６、２６’、２６’’に分けることによって示す。この場合、３本の線２６、２６’、２６’’はいずれも、それぞれ１つの一定な照度に相当する。これが意味するのは、明から暗への移行部は、配光パターン２４の右半分では、明暗境界２６に沿って鮮明に表れるが、配光パターン２４の左半分では、その現れる領域が若干の角度にわたってぼやけていることである。

自明のことであるが、明暗境界のこのぼかしを３つのアイソルックス線２６、２６’、２６’’で説明したがこれは、単にこの説明のためという性格を持つにすぎず、実際には、照度数値の分類を細分化することによって、さらに任意の数のアイソルックス線を描くこともできよう。

図５は、上記と同じ関係を次の方法で示す。すなわち、そこでは光強度が、光点のミキシングを中央軸たとえば光軸３１から測った角度数値に沿って表されている。この場合、実線で示した光強度の推移は、一般に用いられる遮光板１６に、そして図４の右側部分に示されている配光パターン２４に属する。この推移は、鮮明な明暗境界２６を特徴とし、この明暗境界は、図５では、水平線となす角度０°の領域で、曲線５４の非常に急傾斜の推移によって結像する。この非常に急傾斜の推移とは異なり、点線で示した推移５６は、角度０°のとき、およびこの角度０°の周囲の非常に狭い角度範囲において、その傾斜は小さくなる。これが意味するのは、明暗境界がこれに対応して小さい傾斜で推移すると、これは、コントラストが対応して減少し、鮮明度が対応して減少するのが認められるということである。

点線で示した推移５６は、プロジェクターヘッドライト１０の場合、次のような遮光板によって得られる。すなわち、これらの遮光板の実施形態は、図３ａ、ｂ、ｃで示され、またこれら遮光板は、次のことを特徴とする。すなわち、遮光板３２の右側および左側周縁領域の中の遮光板エッジ３４に接して、かつ中央領域４２の外で、第１の配光パターンに影響をあたえ、その際、これら遮光板は、別な遮光板の場合なら影になる領域に到達する光を増加させ、別な遮光板のなら照射されるはずの領域に到達する光を減少させる。

図５は上記を次のように示す。すなわち、曲線５６は、本発明のヘッドライトの遮光板３２に属するものであって、水平線よりわずか下で、すなわち数値が０°より若干少ないところでは、曲線５４より下を通る。しかし曲線５６は、水平線より上の数値すなわち０°より若干上では、曲線５４より上を通る。

図４に示すように、配光パターン２４の中央から外側周縁に行くにつれてぼかしが強くなるようにしたい。このぼかしは、図４では、アイソラックス線２６’、２６、２６’’の間隔が、内側から外側に行くにつれて増加することによって表現されている。これにより、遮光板エッジ３４の平均的な推移線３６において、切り込み３８および／または突起４０の振幅、および／または第１の穴５０の面積および／または個数および／または間隔が、光学軸３１からの間隔が増加するとともに増加することになる。

明暗境界を目的に合わせて拡幅して、ぼかすには、さらに次のことを必要とする。すなわち、図３との関連で、切り込み３８および／またはとき４０および／または穴５０によって、遮光板３２の遮光板エッジ３４の領域を構造化することを説明したが、この構造化は、第２の配光パターン２４を生じるとき解像されないことを必要とする。換言するならば、上記の構造化は、第２の配光パターン２４では視認できないようにしたい。ここで望まれる効果は、結像光学系２２の非点収差によって支援される。非点収差によって、点は、一般には点としてではなく、楕円形として、したがって不鮮明に結像される。

ここで望まれる不鮮明さを適切に設計するため、１つの実施形態は次のことを意図する。それは、結像光学系２２は、光軸３１に関して非回転対称的なレンズ５８、または光軸に関して非回転対称的で、かつ非点収差型のレンズシステムである。このような実施形態を、図６で模式的に示す。図６ａは、このような非回転対称的レンズ５８を通る第１の断面６０を示す。この断面は、光軸３１に沿って、そして遮光板エッジ３４を横切る方向に切断されている。遮光板エッジ３４を、第２の配光パターン２４で、ほぼ水平に位置する明暗境界として結像したい場合、断面６０は垂直断面となる。

図６ｂは、非回転対称的レンズ５８を通る第２の断面６２を示す。この断面は、光軸３１に沿って、そして遮光板エッジ３４に沿って切断されている。遮光板エッジ３４を、第２の配光パターン２４で、ほぼ水平に位置する明暗境界として結像したい場合、断面６２は水平断面となる。知られているように、レンズの焦点距離はその湾曲が少ないほど長くなる。

図６の対象物の場合、レンズ５８はその垂直断面６０において、その光入射面と光出射面との湾曲が小さく、それにともなって特にその焦点距離ｆｖが比較的大きい。焦点距離ｆｖは、図６ａでは、レンズ５８の中心面から焦点６６までの間隔である。光線６８は、この間隔に対応して垂直切断面中を通る光線である。

水平断面６２で、レンズ５８は、より大きな湾曲と、したがってより短い焦点距離ｆｈを持つ。水平断面中に位置する焦点６４は、したがって垂直断面中にある焦点６６よりもレンズ５８に近い。光線７０は、水平断面中に位置する光線を表す。

図７が示す本発明のプロジェクターヘッドライトの諸要素の配置は、図３との関連で説明した垂直に配置された遮光板３２と、図６の関連で説明した非対称型のレンズ５８とを含む。

レンズ５８は、その上部周縁が側方周縁よりも厚く、したがって垂直断面においては、水平断面におけるよりも焦点距離が大きくなる。遮光板エッジ３４は、好ましくは、ここで結像光学系２２として用いられるレンズ５８の２つの焦点６６、６４の一方が、２つの焦点６６、６４のそれぞれ他方の焦点よりも近くなるよう配置されるものとする。１つの特に好ましい実施形態では、遮光板エッジ３４を配置するに当たって、光軸３１の方向に見て、結像光学系２２またはレンズ５８からの間隔が遠い方の焦点６６の方が、光学系２２またはレンズ５８からの間隔がそれほど遠くない方の焦点６４よりも、遮光板エッジが近くなるようにする。

したがって遮光板エッジ３４は、この実施形態の場合、非点収差型レンズ５８の垂直方向焦点６６に位置する。水平方向焦点６４は、焦点３４とレンズ５８の間にある。この場合、遮光板エッジが、垂直方向には鮮明に結像されるが、水平方向には不鮮明に結像されるという効果がある。水平方向の焦点６４が、垂直方向の焦点６６と十分な間隔を取って位置する場合、回転対称性の点で非対称に形成されたレンズ５８ならば有利に働く。そのような場合、遮光板３２または遮光板エッジ３４のジグザグ形または波形の形状、または第１の穴５０を備える形状は、もはや解像されない。切り込み３８、突起４０、穴５０は、むしろ水平方向をぼかされるが、これはこの場合望ましい。

光源１２、および光源１２の光を集める光学素子に関して、図７は、光源１２として２つの半導体光源７２、７４、特に発光ダイオードと、集光素子として内部全反射性アタッチメント光学系８０、８２との配置を含む実施形態を示す。これらアタッチメント光学系８０、８２は、導電材料として、たとえばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）またはＰＣ（ポリカーボネート）からなる。これらの材料は空気よりも屈折率が大きいので、いずれの半導体光源が発する光束もその開口角が、それぞれ割り当てられたアタッチメント光学系に入射するとき、たとえば９０°から約４０°に減少する。この角度は、そのときどきの拡散円錐の中心軸に対する拡散円錐の周辺光線の偏差に関するものである。

アタッチメント光学系の集光作用は上記の効果に基づく。側面を全反射性の反射面として形成することにより、光の光束化が高能率で行われる。なぜならば、内部全反射は、鏡面としての金属面における反射とは異なって、ほぼ損失なしに行われるからである。

全反射性の側面と、遮光板３４側にあって光出射面として用いられるアタッチメント光学系８０、８２の面とは、それらのジオメトリーによって、次の目的に適合させるのが好ましい。すなわち、半導体光源７２、７４から出た光を光束化して、遮光板エッジ３４に向け、その結果として、遮光板エッジ３４に区切られた第１の配光パターンを、遮光板エッジ３４に生じるという目的である。

そうするとこの第１の配光パターンは、結像光学系２２としてのレンズ５８によって、第２の配光パターン２４として、ヘッドライト１０の前方視界に結像される。この場合、遮光板エッジ３４は、第２の配光パターン２４で、比較的明るい領域と比較的暗い領域との間の明暗境界２６として結像される。

図８は、本発明によるプロジェクターヘッドライトの諸要素配置の特に好ましい実施形態を示す。図７の対象物と同様に、図８の対象物もまた、光源１２として半導体光源７２、７４、７６、７８、そして集光、光束化、方向付けする素子として、それぞれ割り当てられたアタッチメント光学系８０、８２、８４、８６を備える。図７と図８の対象物の間で、半導体光源やアタッチメント光学系の個数が異なるのは、この場合重要なことではない。しかし重要な相違点は、遮光板３２の配置にある。

図７の対象物の場合、遮光板３２は、光軸に直角に、特に光軸に垂直に配置されているが、図８は、遮光板３２の光軸３１に平行な、すなわち水平な配置を示す。したがって図８は、特に遮光板３２が次のような面に位置する実施形態を示す。すなわち、遮光板エッジ３４と光軸３１が決定する平面と、２０°未満の角度をなす面、特に１０°未満の角度、さらに特に角度０°をなす面である。

本発明は自動車の前方の第２の配光パターン２４の周縁領域で明暗境界の拡幅と、明暗境界における光強度勾配の削減を追求するが、この場合、遮光板３２の角度位置はさほど重要ではない。その限りにおいて、位置に対する適合要求からは、場合によって、遮光板エッジ３４に、結像光学系２２の遮光板エッジ側の光入射面と、または結像光学系２２として用いられるレンズ５８の遮光板側の光入射面と、それぞれ類似する湾曲を持たせたいということが生じる場合がある。図８の対象物の場合、このような湾曲が認められる。図７の対象物の場合であれば、このような湾曲は、遮光板３２の垂直な外側エッジをレンズ５８の方向に若干動かし、その間、遮光板エッジ３４の中央領域は、レンズ５８の垂直断面の焦点６６にとどまるようにすることによって、実現できるであろう。

図７の遮光板３２の垂直配置と比較して、図８に示す遮光板３２の配置の本来の利点は、能率の向上である。この場合、能率とは、光源１２から放射された光量のうち、自動車の前方の配光パターン２４に結像される光量の割合をいう。この光量は、図７の対象物の場合、必然的に１つの最適値以下にとどまる。なぜならば、垂直に配置された遮光板は、遮光板エッジ３４に生じる第１の配光パターンの若干部分を、有効に遮蔽するからである。

図８の対象物の場合、このような遮蔽はたしかに次のようにも行われる。すなわち、水平に位置する遮光板３２が、遮光板に入射する光の配光パターン２４に望まれる暗い領域３０に到達するのを妨げる。しかし、水平に位置する遮光板３２は、それだけでなく、反射される光を、レンズ５８の遮光板３２側の光入射面に向かって反射することを可能とする。この場合、この光を屈折によって、自動車前方の第２の配光パターン２４の明るい領域２８に向けるように、レンズ５８を形成するのが好ましい。

したがって図８の対象物の場合、図７の対象物の場合よりも、失われる光が少なくなる。図８のこの能率上の利点は、アタッチメント光学系８０、８２、８４、８６の光出射面側にある遮光板３２の表面を、反射性に形成することによって、さらに向上できる。これは、レフレクター製法として数十年来知られているような、金属鏡面性のコーティングによって得るのが好ましい。光利用がより能率的になるので、水平配置の遮光板３２を含む実施形態は、光源１２としての半導体光源とともに用いるのに特に適する。これは、半導体光源は、その個数が制限されても、放電灯および／またはハロゲンランプに期待できるのと同量の光束が、簡単に得られるからである。

水平に位置する遮光板３２のもう１つの利点は、遮光板３２を水平に組み込む場合、プロジェクターヘッドライトの下部を、そのほかの機能に利用できる点である。したがって、上部を追加的なロービームに、下部を追加的なハイビームに利用すれば、特に有利である。この場合、この遮光板は、ロービームでもハイビームでも作用する。これにより、追加的なロービームと追加的なハイビームの間で構造上認識可能な分離線もぼかされる。

１つの好ましい実施形態は、遮光板が可動型であることを特徴とする。この場合、遮光板は、遮光板表面に沿ってスライドされ、またはチルトされる。図７に示す実施形態では、遮光板のスライドが下方に行われる。図８に示す実施形態では、遮光板のスライドが後方に向かって行われる。チルト可能な遮光板を持つ実施形態の場合、遮光板は、走行方向に十分に垂直、特に正確に垂直な軸、および路面に十分に平行、特に正確に平行な軸を中心にチルトされる。十分とは、ここでは偏差が５°未満までをいう。チルト運動は、図７の垂直な遮光板の場合、遮光板エッジが前方に動くのが好ましく、そして図８の水平な遮光板の場合、遮光板エッジが下方に動くのが好ましい。１つの好ましい実施形態では、遮光板の運動が２つの最終位置の間で行われる。下方または後方にスライドされた最終位置、または前方または下方にチルトされた最終位置では、プロジェクターヘッドライトが、ハイビーム機能を支援する。遮光板をそのときどきに、上記最終位置の間にある１つまたは複数の中間ポジションに動かすことができるのも好ましい。

もう１つの実施形態は、レンズ５８が、明暗境界の領域で、色補正またはさらなるコントラスト削減といったそのほかの光学的機能をも、レンズ５８の１つまたは複数の面上における微細組織構造、光を散乱させる組織構造によって、満足することを特徴とする。これを説明するため、図６は、レンズ５８を次のような結像光学系２２という実施形態で示す。すなわち、その光出射面９０に、光を散乱させる組織構造９２として局部的な複数の膨らみと窪みを持つ結像光学系である。

図９は、遮光板３２が垂直に配置された場合も、水平に配置された場合も実現可能なもう１つの実施形態を示す。この実施形態の特徴は、遮光板３２がその平面に、膨らみおよび／または窪みおよび／またはさらなる穴８８を持ち、これらは、周縁領域における明暗境界を拡幅するのに用いられる第１の穴５０よりも、遮光板エッジ３４から離れて位置することである。このさらなる穴、窪み、または膨らみによって、遮光板３２の遮蔽作用は、目的に合わせて局部的にモディフィケーションされる。これは、特定の光に特定の方向付けをあたえて、たとえば、通常は第２の配光パターン２４の暗い領域３０にある交通標識を、わずかではあるが許容されかつ規定通りの光強度、かつ対向車を幻惑するに至らない光強度で照明する。これらの穴は、もう１つの実施形態では、光学素子を含む。

Claims (11)

1. 自動車用のプロジェクターヘッドライト（１０）であって、すなわち、光源（１２）を少なくとも１つ、光源（１２）の光（１５）を集める光学素子（１４）、遮光板エッジ（３４）を持つ遮光板（３２）、結像光学系（２２）を持ち、この場合、光学素子（１４）は集められた光（１５）を光束化して、遮光板エッジ（３４）に向け、その結果、遮光板エッジ（３４）に接するところに、遮光板エッジ（３４）に区切られた第１の配光パターンが生じ、この配光パターンは、結像光学系（２２）によって、第２の配光パターン（２４）としてヘッドライト（１０）の前方視界に結像され、その際、遮光板エッジ（３４）は、第２の配光パターン（２４）で、第２の配光パターン（２４）の比較的明るい領域（２８）と、比較的暗い領域（３０）との間の明暗境界（２６）として結像される、プロジェクターヘッドライトであって、
   遮光板（３２）が、突起（４０）および／または片方を開いた切り込み（３８）を遮光板エッジ（３４）に持つこと、そして／または、遮光板（３２）が、閉じた周縁で区切られた複数の第１の穴（５０）を遮光板（３２）の中に持ち、これらの穴は、遮光板エッジ（３４）と、遮光板（３２）の幅（５２）の５分の１よりも小さい間隔を取って配置されていることを特徴とする、プロジェクターヘッドライト。
2. 前記結像光学系（２２）が、光軸（３１）に関して非回転対称的なレンズ（５８）、または光軸（３１）に関して非回転対称的な非点収差型レンズシステムであることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドライト（１０）。
3. 前記結像光学系（２２）が、光軸（３１）上で、遮光板エッジ（３４）に沿って広がる平面においては、遮光板エッジを横切って広がる方向におけるとは、異なる焦点を持つことを特徴とする、請求項２に記載のヘッドライト（１０）。
4. 前記遮光板エッジ（３４）が、結像光学系（２２）の光軸（３１）上にある焦点（６４、６６）の一方（６６）に対し、結像光学系の光軸（３１）上にある焦点の他方（６４）に対するよりもよりも、近くに位置することを特徴とする、請求項３に記載のヘッドライト（１０）。
5. 前記遮光板エッジ（３４）が、光軸（３１）の方向において、結像光学系（２２）から遠く離れた焦点（６６）に対する方が、結像光学系（２２）からそれほど遠く離れていない焦点（６４）に対するよりも、近くに位置することを特徴とする、請求項４に記載のヘッドライト（１０）。
6. 前記遮光板（３２）が、遮光板エッジ（３４）と光軸（３１）とが決定する平面と、２０°未満の角度で、特に１０°未満の角度で、さらに特に角度０°で交わることと、遮光板（３２）が反射性表面を持つこととを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のヘッドライト（１０）。
7. 前記遮光板（３２）が、その平面に、膨らみおよび／または窪みおよび／またはさらなる穴（８８）を持ち、これらは、第１の穴（５０）よりも、遮光板エッジ（３４）から遠く離れて位置することを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のヘッドライト（１０）。
8. 前記遮光板エッジ（３４）の平均的な推移線（３６）の切り込み（３８）および／または突起（４０）、および／または第１の穴（５０）の面積および／または個数が、光軸（３１）からの間隔が増加するとともに増加することを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のヘッドライト（１０）。
9. 前記遮光板エッジ（３４）が、光軸（３１）に近い中央領域（４２）を持ち、この中央領域では、遮光板（３２）が、遮光板エッジ（３４）における突起（４０）も片方を開いた切り込み（３８）も持たず、また遮光板中に閉じた周縁で区切られた第１の穴（５０）も持たないことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のヘッドライト（１０）。
10. 前記結像光学系（２２）が、その光入射面および／または光出射面（９０）に、光を散乱する組織構造（９２）として、局部的な膨らみおよび／または窪みを持つことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のヘッドライト（１０）。
11. 前記遮光板（３２）が可動型であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のヘッドライト（１０）。

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