JP2020510295A - 自動車ロービーム用の多焦点コリメートレンズ及びヘッドライトアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、自動車ロービーム用の多焦点コリメートレンズ（１００）及びヘッドライトアセンブリを提供する。多焦点コリメートレンズは、中心コリメートレンズ部（１０１）と、該中心コリメートレンズ部（１０１）の左側及び右側に配置される２つの全反射レンズ部（１０２）とを含む。中心コリメートレンズ部（１０１）及び全反射レンズ部（１０２）は、多焦点コリメートレンズ（１００）の鉛直対称面（１０５）の両側に対称に位置する２つの焦点（１０３、１０４）を共有する。ヘッドライトアセンブリが、多焦点コリメートレンズ（１００）の遠視野光パターン内に前記自動車ロービームのカットオフラインを生成することができるように、多焦点コリメートレンズ（１００）の上側エッジ（１０６）及び下側エッジ（１０７）が２つの焦点（１０３、１０４）に基づいて形成される。

Description

本発明は、照明の分野に関し、特に、自動車ロービーム用の多焦点コリメートレンズ及びヘッドライトアセンブリに関する。

自動車ヘッドライトは、典型的に、ロービーム（ＬＢ）モード及びハイビーム（ＨＢ）モードの双方で動作することを要求される。ロービームモードは、接近する道路使用者に対して眩しさを生じさせるのを回避するために、上向きの光の投射を制限又は制約するように設計される。ロービームヘッドライトは、現地の規制によって規定されている。図１は、自動車ロービームに関する規格におけるカットオフライン２０を例示する概略図である。ロービームライトは、投影される光パターンにおいて実質的に水平な上側カットオフライン２０を生成し、カットオフライン２０の下の領域に光が配される。カットオフライン２０は典型的に、道路標識及び歩行者を照らすことを支援するように、ドライバーとは反対側で上向きに徐々に又は段々に上がる。

自動車ヘッドライトの分野では、コリメートレンズが、そのコンパクトなサイズと高い効率のために広く使用されている。ハイビームライト又はデイタイムランニングライト（ＤＲＬ）の用途では、光ビームをコリメートするのに、例えば全反射（ＴＩＲ）レンズなどの従来からのコリメータを直接的に適用することができる。しかしながら、ロービームライトは明瞭なカットオフラインを必要とするので、ロービームを生成するためのヘッドライトアセンブリにおいては、従来からのコリメートレンズを直接的に適用することはできない。

故に、明瞭なカットオフラインを生み出すコリメートレンズを提供することが望ましい。

この目的のため、本発明の実施形態は、自動車ロービーム用の多焦点コリメートレンズ及びヘッドライトアセンブリを提供する。

本発明の一態様によれば、自動車ロービーム用のヘッドライトアセンブリ用の多焦点コリメートレンズが提供される。相対的な位置は、ヘッドライトアセンブリ内での多焦点コリメートレンズの取り付け位置を基準にするものであるとして、多焦点コリメートレンズは、中心コリメートレンズ部と、該中心コリメートレンズ部の左側及び右側に配置される２つの全反射レンズ部とを含む。中心コリメートレンズ部及び全反射レンズ部は、多焦点コリメートレンズの鉛直対称面の両側に対称に位置する２つの焦点を共有する。多焦点コリメートレンズの遠視野光パターン内に自動車ロービームのカットオフラインが生成されるように、多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジが上記２つの焦点に基づいて形成される。

このような２つの焦点により、多焦点コリメートレンズの複数の異なる部分によって、それぞれ光源の像を形成することができる。これらの像は、多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジが２つの焦点に基づいて整形されているので、明瞭なカットオフラインを持つ遠視野光パターンを構成する。

好ましくは、２つの焦点は、多焦点コリメートレンズの水平二等分面上に位置する。

２つの焦点を多焦点コリメートレンズの水平二等分面上に配置することにより、ロービームの所望のチルト角に従って光源を配置又は調節することができ、設計を容易にする。

好ましくは、中心コリメートレンズ部の光入射面は、上側凸面と下側凸面とを含む。上側凸面は、凸レンズの上部を水平方向に分離することによって形成される。下側凸面は、同じ凸レンズの下部を水平方向に押しつぶす（スクイーズする）ことによって形成される。

このような構成により、従来からのＴＩＲレンズに基づいて中心コリメートレンズ部を設計及び製造することができる。上側凸面及び下側凸面は、それぞれ、１つの凸レンズのそれぞれの部分を水平方向に分離する／押しつぶすことによって整形される。斯くして、２つの焦点に関するシミュレーション及び決定を単純化することができる。

好ましくは、多焦点コリメートレンズは更に、当該多焦点コリメートレンズの光出射面に配置されたビーム整形素子を含む。

この多焦点コリメートレンズから放たれる光ビームは、遠視野内で明瞭なカットオフラインを持つ。一部の用途では、光線を拡大または縮小することも有利である。故に、例えば拡大、縮小、又は局所的なゆがみなどの所望の整形機能を提供するように、多焦点コリメートレンズの光出射面上にビーム整形素子を配置することができる。

好ましくは、ビーム整形素子は、平行に密接配置された一群の第１シリンドリカルレンズを含む。第１シリンドリカルレンズの長さ方向は、多焦点コリメートレンズの鉛直対称面に平行である。

第１シリンドリカルレンズは、多焦点コリメートレンズから放たれる光ビームを拡大するように適用されることができるが、鉛直方向にある第１シリンドリカルレンズのゼロ視度により、明瞭なカットオフラインが維持される。

好ましくは、ビーム整形素子は更に、平行に密接配置された一群の第２シリンドリカルレンズを含む。一群の第２シリンドリカルレンズは、光出射面の左部分及び／又は右部分に相当する。第２シリンドリカルレンズの長さ方向と第１シリンドリカルレンズの長さ方向との間に所定の角度がなされる。

ドライバーとは反対側で上向きに徐々に上がる所望のカットオフラインを形成するよう、光出射面の左部分及び／又は右部分に第２シリンドリカルレンズを適用することができる。第２シリンドリカルレンズの整形機能を用いることで、多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジの形状を複雑にすることなく、カットオフラインの傾斜部分を得ることができる。

好ましくは、ビーム整形素子はフレネルレンズを有する。

フレネルレンズは、光学構造の重量を増加させることなく、光ビームを更にコリメートするために適用されることができる。

好ましくは、ビーム整形素子は多焦点コリメートレンズの光出射面上に一体化される。あるいは、ビーム整形素子は別個のモジュールである。故に、この多焦点コリメートレンズの光学設計は比較的融通がきく。

本発明の他の一態様によれば、ヘッドライトアセンブリが提供される。当該ヘッドライトアセンブリは、上述の実施形態に従った多焦点コリメートレンズと、少なくとも１つの光源とを含む。光源の下面が、上記２つの焦点を結ぶ線と重なる。

このような構成を用いることで、光源の位置に関する設計を単純化することができる。斯くして、光源は、明瞭なカットオフラインを持つ所望の遠視野パターンを生成する。

好ましくは、光源の形状は、長方形、三角形、又は五角形である。光源は、ＬＥＤ光源、高輝度放電ランプ、又は白熱電球とし得る。

ＬＥＤ光源は、エネルギーを節減するものであるとともに、所望の形状に形成されることもできる。従って、効率向上のために、ＬＥＤ光源をヘッドライトアセンブリに適用することができる。

上述のヘッドライトアセンブリを車両に適用することにより、本発明に係る多焦点コリメートレンズの設計によって、明瞭なカットオフラインを持つ自動車ロービームを得ることができる。

ここに、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて本発明を説明する。図面は以下を示す。
自動車ロービームに関する規格におけるカットオフラインを例示する概略図である。 本発明の一実施形態に従った多焦点コリメートレンズの概略図である。 従来技術のＴＩＲレンズによって形成される光源の遠視野像に関するシミュレーション結果を示している。 本発明の一実施形態に従った多焦点コリメートレンズによって形成される光源の遠視野像に関するシミュレーション結果を示している。 図４の実施形態に関する更なるシミュレーション結果を示している。 図４の実施形態に関する更なるシミュレーション結果を示している。 本発明の一実施形態に従った多焦点コリメートレンズにおける上側凸面及び下側凸面の形成を例示する概略図である。 本発明の一実施形態に従った多焦点コリメートレンズ内のビーム整形素子を例示する概略図である。

ここでは、それらの１つ以上の例が図面に示されている本開示の実施形態を参照する。これらの実施形態は、本開示の説明として提供されており、本開示の限定としての意味はない。例えば、１つの実施形態の部分として図示又は記述される特徴が、他の実施形態とともに使用されて、更なる実施形態を生み出し得る。意図されることには、本開示は、本開示の範囲及び精神に入るこれら及び他の変更及び変形を包含するものである。

別のことが定義されない限り、ここで使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を持つ。更に理解されることには、ここで使用される用語は、本明細書及び関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を持つとして解釈されるべきであり、ここで明示的にそのように定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されるものではない。

図２に示すように、本発明の一実施形態は、自動車ロービーム用のヘッドライトアセンブリ用の多焦点コリメートレンズ１００を提供する。相対的な位置は、ヘッドライトアセンブリ内での多焦点コリメートレンズの取り付け位置を基準にするものであるとして、多焦点コリメートレンズ１００は、中心コリメートレンズ部１０１と、該中心コリメートレンズ部１０１の左側及び右側に配置される２つの全反射レンズ部１０２とを含んでいる。中心コリメートレンズ部１０１及びこれら全反射レンズ部１０２は、多焦点コリメートレンズ１００の鉛直対称面１０５の両側に対称に位置する２つの焦点１０３及び１０４を共有する。多焦点コリメートレンズ１００の遠視野光パターン内に自動車ロービームのカットオフラインが生成されるように、多焦点コリメートレンズ１００の上側エッジ１０６及び下側エッジ１０７がこれら２つの焦点１０３及び１０４に基づいて形成される。

このような２つの焦点により、多焦点コリメートレンズの複数の異なる部分によって、それぞれ光源の像を形成することができる。これらの像は、多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジが２つの焦点に基づいて整形されているので、明瞭なカットオフラインを持つ遠視野光パターンを構成する。

図３は、従来技術のＴＩＲレンズ３００によって形成される光源の遠視野像に関するシミュレーション結果を示している。図３の上側部分は、ＴＩＲレンズ３００及び光源３０１の後ろを示している。光源３０１から放たれた光ビームが、ＴＩＲレンズ３００の表面上の点ａ１及び点ａ２によって反射される。従来技術のＴＩＲレンズ３００では、１つの焦点３０２のみが、鉛直対称面と水平対称面との交線上に位置する。点ａ１及び点ａ２によってそれぞれ光ビームが反射されることで、光源３０１の遠視野像Ａ１及びＡ２が形成される。図３から見て取れるように、遠視野像Ａ１及びＡ２は、完全には、要求されるカットオフライン２０より下に位置していない。従って、従来技術のＴＩＲレンズ３００は、自動車ロービームを生成するのに適していない。

図４は、本発明の一実施形態に従った多焦点コリメートレンズ４００によって形成される光源４０１の遠視野像に関するシミュレーション結果を示している。図４の上側部分は、多焦点コリメートレンズ４００及び光源４０１の後ろを示している。光源４０１から放たれた光ビームが、多焦点コリメートレンズ４００の表面上の点ｂ１及び点ｂ２によって反射される。多焦点コリメートレンズ４００では、２つの焦点４０２及び４０３が、（図１に１０５で示したような）鉛直対称面の両側に対称に位置している。本発明のこの実施形態では、図４に示すように、焦点４０２が、多焦点コリメートレンズ４００の左上部分及び右下部分に対応し、焦点４０３が、右上部分及び左下部分に対応する。点ｂ１及び点ｂ２によってそれぞれ光ビームが反射されることで、光源４０１の遠視野像Ｂ１及びＢ２が形成される。図４から見て取れるように、遠視野像Ｂ１及びＢ２は、完全に、要求されるカットオフライン２０より下に位置している。必要なカットオフライン２０の下に完全に位置しています。

図５及び図６は、図４の実施形態に従った多焦点コリメートレンズ４００によって形成される光源４０１の遠視野像に関する更なるシミュレーション結果を示している。図５に示すように、複数の四角形（すなわち、光源４０１の遠視野像）が、多焦点コリメートレンズ４００上の一部の選択点によって形成され、それにより、遠視野に合成光パターンを形成する。多焦点コリメートレンズ４００上の選択点は、例えばレイトレーシング（光線追跡）などの光学シミュレーションによって得ることができる。

図６は、光源４０１の遠視野像と、図４の実施形態の多焦点コリメートレンズ４００の完全なる上側エッジを形成する選択点とを示している。斯くして、これらの選択点を用いて、多焦点コリメートレンズ４００の上側エッジ及び下側エッジを決定することができる。従って、光学シミュレーションを適用することにより、遠視野内に明瞭なカットオフライン２０を生成することができるように、多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジを２つの焦点に基づいて決定することができる。

上述の光学シミュレーションを用いて多焦点コリメートレンズ４００の正確な上側エッジ又は下側エッジを得ることができるが、上側エッジ及び下側エッジはまた、図２及び図４に示すような多焦点コリメートレンズ上の２本の切断直線を用いて近似的に形成されることもできる。

一部の実施形態において、２つの焦点１０３及び１０４は、図２に示すように、多焦点コリメートレンズ１００の水平二等分面１０８上に位置する。

２つの焦点を多焦点コリメートレンズの水平二等分面上に配置することにより、ロービームの所望のチルト角に従って光源を配置又は調節することができ、設計を容易にする。

一部の実施形態において、中心コリメートレンズ部１０１の光入射面は、図２及び図７に示すように、上側凸面と下側凸面とを含む。上側凸面は、凸レンズの上部を水平方向に分離すること（図７に外向きの矢印で指し示している）によって形成されることができる。下側凸面は、同じ凸レンズの下部を水平方向に押しつぶすこと（図７に内向きの矢印で指し示している）によって形成される。凸レンズの上部を水平方向に分離することによって隙間が生成され、その隙間を埋めるように曲面１０９を適用することができる。

このような構成により、従来からのＴＩＲレンズに基づいて中心コリメートレンズ部を設計及び製造することができる。上側凸面及び下側凸面は、それぞれ、１つの凸レンズのそれぞれの部分を水平方向に分離する／押しつぶすことによって整形される。斯くして、２つの焦点に関するシミュレーション及び決定を単純化することができる。

図８は、本発明の一実施形態に従った多焦点コリメートレンズ１００内のビーム整形素子１１０を例示する概略図である。図８は、多焦点コリメートレンズ１００の前面を示している。多焦点コリメートレンズ１００は更に、当該多焦点コリメートレンズ１００の光出射面１１１に配置されたビーム整形素子１１０を含んでいる。

多焦点コリメートレンズ１００から放たれる光ビームは、遠視野内で明瞭なカットオフラインを持つ。一部の用途では、光線を拡大または縮小することも有利である。故に、例えば拡大、縮小、又は局所的なゆがみなどの所望の整形機能を提供するように、多焦点コリメートレンズ１００の光出射面１１１上にビーム整形素子を配置することができる。

一部の実施形態において、ビーム整形素子１１０は、図８に示すように、平行に密接配置された一群の第１シリンドリカルレンズ１１２を含む。第１シリンドリカルレンズ１１２の長さ方向は、多焦点コリメートレンズ１００の鉛直対称面（図１に１０５で示している）に平行である。

第１シリンドリカルレンズ１１２は、多焦点コリメートレンズ１００から放たれる光ビームを拡大するように適用されることができるが、鉛直方向にある第１シリンドリカルレンズ１１２のゼロ視度により、明瞭なカットオフラインが維持される。

一部の実施形態において、ビーム整形素子１１０は更に、図８に示すように、平行に密接配置された一群の第２シリンドリカルレンズ１１３を含む。一群の第２シリンドリカルレンズ１１３は、光出射面１１１の左部分及び／又は右部分に相当する。第２シリンドリカルレンズ１１３の長さ方向と第１シリンドリカルレンズ１１２の長さ方向との間に所定の角度がなされる。

（図１に２０で示すように）ドライバーとは反対側で上向きに徐々に上がる所望のカットオフラインを形成するよう、光出射面１１１の左部分及び／又は右部分に第２シリンドリカルレンズ１１３を適用することができる。第２シリンドリカルレンズ１１３の拡大機能（図８に外向きの矢印で示している）を用いることで、多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジの形状を複雑にすることなく、カットオフラインの傾斜部分を得ることができる。

一部の実施形態において、ビーム整形素子はフレネルレンズを有する。

フレネルレンズは、光学構造の重量を増加させることなく、光ビームを更にコリメートするために適用されることができる。

一部の実施形態において、ビーム整形素子は多焦点コリメートレンズの光出射面上に一体化される。あるいは、ビーム整形素子は別個のモジュールであってもよい。故に、この多焦点コリメートレンズの光学設計は比較的融通がきく。

本発明の他の一態様によれば、ヘッドライトアセンブリが提供される。当該ヘッドライトアセンブリは、上述の実施形態に従った多焦点コリメートレンズと、少なくとも１つの光源とを含む。図２に示すように、光源１０の下面が、２つの焦点１０３と１０４とを結ぶ線と重なる。

このような構成を用いることで、光源１０の位置に関する設計を単純化することができる。図２に示すように、光源１０は、単純に、多焦点コリメートレンズ１００の水平二等分面１０８に基づいて配置されることができる。斯くして、光源１０は、明瞭なカットオフラインを持つ所望の遠視野パターンを生成する。

一部の実施形態において、光源の形状は、長方形、三角形、又は五角形である。光源は、ＬＥＤ光源、高輝度放電ランプ、又は白熱電球とし得る。

ＬＥＤ光源は、エネルギーを節減するものであるとともに、所望の形状に形成されることもできる。従って、効率向上のために、ＬＥＤ光源をヘッドライトアセンブリに適用することができる。

上述のヘッドライトアセンブリを適用することにより、多焦点コリメートレンズの遠視野光パターン内に明瞭なカットオフラインが形成される。多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジの設計原理については、図４−６を参照して紹介してある。従って、様々な現地規制の要求を満たすよう、光学シミュレーションを使用して上側エッジ及び下側エッジを設計することによって、カットオフラインの具体的形状を調節することができる。

上述のヘッドライトアセンブリを車両に適用することにより、本発明に係る多焦点コリメートレンズの設計によって、明瞭なカットオフラインを持つ自動車ロービームを得ることができる。

開示の実施形態への他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、特許請求に係る発明を実施する際に当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数を排除するものではない。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解されるべきでない。

１０ 光源
１００ 多焦点コリメートレンズ
１０１ 中心コリメートレンズ部
１０２ 全反射レンズ部
１０３、１０４ 焦点
１０５ 鉛直対称面
１０６ 上側エッジ
１０７ 下側エッジ
１０８ 水平二等分面
１０９ 水平方向に分離されたレンズ上部の間の隙間を埋める曲面
１１０ ビーム整形素子
１１１ 光出射面
１１２ 第１シリンドリカルレンズ
１１３ 第２リンドリカルレンズ
２０ カットオフライン
３００ 従来技術例のＴＩＲレンズ
３０１ 従来技術例の光源
３０２ 従来技術のＴＩＲレンズ３００の焦点
ａ１、ａ２ 従来技術のＴＩＲレンズ３００の表面上の反射点
Ａ１、Ａ２ 従来技術例における光源３０１の遠視野像
４００ 多焦点コリメートレンズ
４０１ 光源
４０２、４０３ 焦点
ｂ１、ｂ２ 多焦点コリメートレンズ４００の表面上の反射点
Ｂ１、Ｂ２ 光源４０１の遠視野像

Claims (12)

1. 自動車ロービーム用のヘッドライトアセンブリ用の多焦点コリメートレンズであって、相対的な位置は前記ヘッドライトアセンブリ内での当該多焦点コリメートレンズの取り付け位置を基準にするものであるとして、当該多焦点コリメートレンズは、
   中心コリメートレンズ部と、
   該中心コリメートレンズ部の左側及び右側に配置される２つの全反射レンズ部と、
   を有し、
   前記中心コリメートレンズ部及び前記全反射レンズ部は、当該多焦点コリメートレンズの鉛直対称面の両側に対称に位置する２つの焦点を共有し、
   前記ヘッドライトアセンブリが、当該多焦点コリメートレンズの遠視野光パターン内に前記自動車ロービームのカットオフラインを生成することができるように、当該多焦点コリメートレンズの上側エッジ及び下側エッジが前記２つの焦点に基づいて形成される、
   多焦点コリメートレンズ。
2. 前記２つの焦点は、当該多焦点コリメートレンズの水平二等分面上に位置する、請求項１に記載の多焦点コリメートレンズ。
3. 前記中心コリメートレンズ部の光入射面は、上側凸面と下側凸面とを有し、前記上側凸面は、凸レンズの上部を水平方向に分離することによって形成されている、請求項１又は２に記載の多焦点コリメートレンズ。
4. 前記下側凸面は、同じ凸レンズの下部を水平方向に押しつぶすことによって形成されている、請求項３に記載の多焦点コリメートレンズ。
5. 当該多焦点コリメートレンズの光出射面に配置されたビーム整形素子、を更に有する請求項１又は２に記載の多焦点コリメートレンズ。
6. 前記ビーム整形素子は、平行に密接配置された一群の第１シリンドリカルレンズを有し、前記第１シリンドリカルレンズの長さ方向が、当該多焦点コリメートレンズの前記鉛直対称面に平行である、請求項５に記載の多焦点コリメートレンズ。
7. 前記ビーム整形素子は更に、平行に密接配置された一群の第２シリンドリカルレンズを有し、前記一群の第２シリンドリカルレンズは、前記光出射面の左部分及び右部分の少なくとも一方に相当し、前記第２シリンドリカルレンズの長さ方向と前記第１シリンドリカルレンズの前記長さ方向とが所定の角度をなす、請求項６に記載の多焦点コリメートレンズ。
8. 前記ビーム整形素子はフレネルレンズを有する、請求項５に記載の多焦点コリメートレンズ。
9. 前記ビーム整形素子は当該多焦点コリメートレンズの前記光出射面上に一体化されている、或いは、前記ビーム整形素子は別個のモジュールである、請求項５に記載の多焦点コリメートレンズ。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の多焦点コリメートレンズと、少なくとも１つの光源とを有するヘッドライトアセンブリであって、前記光源の下面が、前記２つの焦点を結ぶ線と重なる、ヘッドライトアセンブリ。
11. 前記光源の形状は、長方形、三角形、又は五角形である、請求項１０に記載のヘッドライトアセンブリ。
12. 前記光源は、ＬＥＤ光源、高輝度放電ランプ、又は白熱電球である、請求項１０又は１１に記載のヘッドライトアセンブリ。

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