JP2020535598A - 区分されたマイクロ入射光学系を有するマイクロ光学系システムを備えた自動車照射装置 - Google Patents

区分されたマイクロ入射光学系を有するマイクロ光学系システムを備えた自動車照射装置 Download PDF

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Abstract

【課題】放射される配光を修正及び/又は設定及び/又は微調整する可能性の数が増加されるように自動車照射装置を構成する。【解決手段】光学結像システム(2)と、該光学結像システムに割り当てられた少なくとも1つの光源(3)とを含む、配光を生成するための自動車照射装置(1)であって、この際、光学結像システム(2)は、コリメータ(4)と、入射光学系(5)と、出射光学系(6)とを含み、この際、コリメータ(4)は、少なくとも1つの光源(3)と入射光学系(5)との間に配設され、少なくとも1つの光源(3)により生成された光線を、コリメータされた光線を生成するためにコリメートし且つコリメートされた光線(7)を光学結像システム(2)の入射光学系(5)に指向させるように構成されており、この際、入射光学系(5)は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ入射光学系(50〜58)を有し、この際、各マイクロ入射光学系(50〜58)には、第1の光軸(50a〜58a)が割り当てられており、この際、全ての第1の光軸(50a〜58a)は、同じ方向に延在し、その方向は、コリメートされた光線(7)の伝播方向に対応し、この際、出射光学系(6)は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ出射光学系(60)を有し、この際、各マイクロ出射光学系(60)には、第2の光軸(60a)が割り当てられており、この際、全ての第2の光軸(60a)は、同じ方向に延在し、この際、各マイクロ入射光学系(50〜58)は、コリメートされた光線の方を向いた光入射面(50b〜58b)と、出射光学系(6)の方を向いた光出射面(50c〜58c)とを有し、この際、全ての光出射面(50c〜58c)は、共通の、好ましくは平坦な面(8)を形成し、そして、各マイクロ出射光学系(60)には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)が、次のように、割り当てられている、即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)を通過する光線(9a〜9c)が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)に割り当てられたマイクロ出射光学系(60)だけに入射し、このマイクロ出射光学系(60)を通過した後に配光の異なる部分領域を形成するように、割り当てられている。【選択図】図5

Description

本発明は、光学結像システムと、該光学結像システムに割り当てられた少なくとも1つの光源とを含む、配光を生成するための自動車照射装置(自動車照明装置)に関し、この際、光学結像システムは、コリメータと、入射光学系と、出射光学系とを含み、この際、コリメータは、少なくとも1つの光源と入射光学系との間に配設され、少なくとも1つの光源により生成された光線をコリメート(平行化)するように構成されており、それによりコリメートされた光線が生成され、コリメートされた光線は、光学結像システムの入射光学系に指向され、この際、入射光学系は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ入射光学系を有し、この際、各マイクロ入射光学系には、第1の光軸が割り当てられており、この際、全ての第1の光軸は、同じ方向に、好ましくは互いに平行に、延在し、その方向は、コリメートされた光線の伝播方向に対応し、この際、出射光学系は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ出射光学系を有し、この際、各マイクロ出射光学系には、第2の光軸が割り当てられており、この際、全ての第2の光軸は、同じ方向に、好ましくは互いに平行に、延在し、この際、各マイクロ入射光学系は、コリメートされた光線の方を向いた光入射面と、出射光学系の方を向いた、好ましくは平坦な光出射面とを有し、この際、全ての光出射面は、共通の、好ましくは平坦な面を形成する。
上記の形式の自動車照射装置は、従来技術から知られている。本出願人の下記特許文献1は、自動車投光器用の投射ライトモジュールを記載し、該投射ライトモジュールは、入射光学系と、出射光学系と、絞り装置(シェード装置)とを含むことができる。この際、入射光学系も出射光学系も、マイクロ光学系アレイとして構成されている。この際、1つのマイクロ入射光学系と、1つのマイクロ出射光学系と、場合によりこれらの2つの光学系の間に配設された1つの絞りとが、1つの光学結像システムを構成し、該光学結像システムにより共通の配光の一部分が生成される。この際、配光の前記部分として自動車照射装置の前方に結像される部分中間像は、対応する個々のマイクロ出射光学系により生成される。
AT 514967 B1 AT 517885 B1
上記特許文献1による上記の構成は、配光を形作るためにそれぞれ1つのマイクロ入射光学系の自由度だけを使用できるという点に関して、不利である。
従って本発明の課題は、放射される配光を修正及び/又は設定及び/又は微調整する可能性の数が増加されるように、上記の形式の自動車照射装置を更に構成することである。
この課題は、上記の形式の自動車照射装置において、本発明により、各マイクロ出射光学系には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系が、次のように、割り当てられていることにより解決される。即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系を通過する光線が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に割り当てられたマイクロ出射光学系だけに入射し、このマイクロ出射光学系を通過した後に配光の異なる部分領域を形成(bilden)するように、割り当てられている。
以下、発明を実施するための形態について説明する。
本発明においては、例えば、個々のマイクロ入射光学系の形成(シェーピング, Ausbildung)及び/又は形状(Form)を、放射される配光の望まれる所定の変化をもたらすために使用することができる。
それに加え、少なくとも2つのマイクロ入射光学系が、N≧2又はM≧2であるNxMマイクロ入射光学系アレイとして、好ましくは3x3マイクロ入射光学系アレイとして構成されており、或いはN≧2又はM≧2が有効なNxMマイクロ入射光学系アレイ内に、好ましくは3x3マイクロ入射光学系アレイ内に配設されていると、目的に適い得る。
更に、入射光学系が、所定の中間像を(少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系を用いて)生成するように構成されていると、有利であり得て、この際、中間像は、出射光学系を通って自動車照射装置の前方に結像され、更にこの際、中間像は、好ましくは出射光学系の手前に位置する。
全てのマイクロ入射光学系がレンズ(複製)として構成されていると、有利であり得る。従来のレンズと比べ、これらのレンズは、より小さい直径を有し、従ってより小さい中央厚さを有する。このことは、レンズの製造に関して有利であり得る。更にそれにより入射光学系全体の厚さが減少される。このことは、入射光学系のより小さい奥行き長を可能とし、従って光学結像システム全体のより小さい奥行き長を可能とし、それにより構成空間の利点をもたらす。それに加え、中央厚さの小さいレンズは、壁厚変動(ないし変化)が小さい。それにより製造許容差を小さく保つことができるようになる。
それに加え、少なくとも2つの異なって形成され、マイクロ出射光学系に割り当てられた及び/又は対応するマイクロ入射光学系のうちの少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系は、この少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系に入射するコリメートされた光線が、マイクロ出射光学系から出射した後に配光のHV領域の方向に伝播するように、形成されており且つマイクロ出射光学系に対応する及び/又は割り当てられている。少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系は、例えば、平凸レンズとして構成されていることが可能である。
マイクロ入射光学系がレンズとして、例えばフリーフォームレンズ(自由形状レンズ)として構成されており、各マイクロ出射光学系には、例えば3x3マイクロ入射光学系アレイが対応する及び/又は割り当てられていると、例えば、アレイの中央のレンズがその隣のレンズよりも強く集束(合焦)を行うことにより、このようにしてHVポイントにおいて照度のより高い最大値を達成することができる。この際「HV領域」との概念は、水平方向においてほぼ−5°から+5°で且つ垂直方向においてほぼ−5°から+5°で広がる、HVポイントの周りの領域として理解される。好ましくは、HV領域の垂直方向の広がりは、自動車照射装置がドライビングライト機能を実現するために(例えばロービーム配光又はハイビーム配光を生成するために)使用される場合には、−2°から+2°までの値であり、自動車照射装置がシグナルライト配光を実現するために(例えばコーナリングライト配光を生成するために)使用される場合には、−5°から+5°までの値である。
更に、少なくとも2つの異なって形成され、マイクロ出射光学系に割り当てられた及び/又は対応するマイクロ入射光学系のうちの少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系は、この少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系に入射するコリメートされた光線が、マイクロ出射光学系から出射した後に配光のHV領域の外側の方向に伝播するように、形成されており且つマイクロ出射光学系に対応する及び/又は割り当てられていると、目的に適い得る。少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系は、例えば、平凹レンズとして、又は平凹レンズ部分として、又は平凸レンズ部分として構成されていることが可能である。またこの際、マイクロ入射光学系が、レンズ(複製)として、例えばフリーフォームレンズとして構成されており、各マイクロ出射光学系には、例えば3x3マイクロ入射光学系アレイが対応する及び/又は割り当てられていることも有効(可能)であり、この際には、例えば、アレイの中央のレンズに接し且つこの中央のレンズを取り囲んでいる複数のレンズが中央のレンズよりも弱く集束(合焦)を行うことにより、このようにして配光の幅を決定し、ないし配光の縁部を形成することができる。
更に、マイクロ入射光学系の光入射面がフリーフォーム面(自由形状面)として構成されていると、目的に適い得る。この際、フリーフォーム面とは、フリーフォームレンズのために典型的である面として理解される。例えば、少なくとも2つのマイクロ入射光学系の少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系の光入射面は、水平方向と垂直方向において異なって湾曲されていることが可能である。少なくとも2つのマイクロ入射光学系の少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系の光入射面も、同様にフリーフォーム面として構成されていることが可能である。それに加え、上記の少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系と少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系のそれらの光入射面のフリーフォーム面の延在形状が異なっていると、目的に適い得る(特に図5〜8を参照)。
マイクロ入射光学系の光入射面とマイクロ出射光学系の光出射面は、異なって湾曲されていることが可能である。この際、例えば、1つのマイクロ出射光学系と、該マイクロ出射光学系に割り当てられた少なくとも2つのマイクロ入射光学系と、任意選択的に1つの絞りとを含んでいる1つのマイクロ光学系システムにおいて、各マイクロ入射光学系は、マイクロ出射光学系の光出射面の曲率(湾曲形状)と異なることも可能な光入射面の固有の曲率を有することができる。このことは、例えば、個々の各マイクロ光学系システムの焦点距離、通過する光線のコリメーションの強さなどのようなパラメータを、他のマイクロ光学系システムのパラメータに依存しないで変更することを可能にする。これらのパラメータは、多くの場合、専門文献では「光学システムの自由度」と呼ばれる。
本発明との関連で「垂直線」/「水平線」との用語は、自動車内の自動車照射装置の取付状態に対応する位置に自動車照射装置がある場合に、垂直/水平に配向されている、自動車照射装置と関連付けられた座標系の軸線として理解される。
以下、図面に図示されている、限定ではない例示の実施形態に基づき、本発明を詳細に説明する。
一ライトモジュールを分解図として示す図である。 一絞り装置を備えた一ライトモジュールを分解図として示す図である。 図2のライトモジュールの一拡大部分を示す図である。 図3の拡大部分の背面図を示す図である。 図3の断面B-Bを示す図である。 図3の断面A-Aを示す図である。 フリーフォームマイクロ入射光学系を備えた本発明による一ライトモジュールの更なる一実施形態の一拡大部分の水平断面を示す図である。 本発明による一ライトモジュールの更なる一実施形態の一拡大部分の垂直断面を示す図である。
先ず図1について説明する。図1は、本発明による自動車照射装置(自動車照明装置)に対応することのできるライトモジュール1を示している。そのようなライトモジュール1は、例えば、自動車の前照灯に使用され、例えば法規に準拠する配光を生成するように構成されていることが可能である。この際、法的な規定と規格は、世界の様々な国及び/又は地域により異なる可能性がある。この際、本発明によるライトモジュール1は、複数の国/地域(例えば、EU、北米、日本、及び中国)における規定を同時に満たすことができる。
ライトモジュール1は、光学結像システム2と、光学結像システム2に割り当てられた少なくとも1つの光源3を含んでいる。光学結像システム2は、少なくとも1つの光源3により生成された光線をコリメート(平行化)するように設定されたコリメータ4と、入射光学系5と、出射光学系6とを有する。コリメータ4は、通常、少なくとも1つの光源3と入射光学系5との間に配設されている。コリメータ4は、例えばTIRレンズ(Total Internal Reflection:全内反射)として構成されていることが可能である。更にコリメータ4は、、ガラスやプラスチックのような、屈折率が(自動車投光器の通常の稼働温度において)空気の屈折率よりも大きい材料から構成された光学体として構成されていることが可能であり、該光学体は「全内反射」の名で知られる物理的な作用に基づき、光を該光学体の光入射結合面から該光学体の光出射結合面にほぼ損失なく伝える。この際、光学体の光出射結合面で屈折した実質的に全ての光は、空気を介し、好ましくは予め定められた方向(図1ではZ方向)に伝播する。またコリメータ4が、反射器として、即ち空気を通って伝播する光線を好ましくは予め定められた方向(図1ではZ方向)に偏向する光反射面(とりわけ可視光反射面)として構成されていることも可能である。
ライトモジュール1は、例えば、冷却体(ヒートシンク)、支持フレーム、機械的及び/又は電気的な調節装置、カバーなどのような他の構成部材を含むこともできる。しかし便宜上、ここでは、本発明の思想の図示にあたり有益であるとされるライトモジュールの構成部材だけが概要的に示されている。この際、ライトモジュールの標準的な上記の構成部材の詳細な説明は省略するものとする。
光源3により生成されてコリメータ4に達する光は、コリメータ4により、好ましくはコリメートされた光線7から成る光束に成形(geformt)され、この際、コリメートされた光線7は、実質的に互いに平行に配向されている(例えば図5〜8を参照)。この際、実質的に平行とは、光源が理想的な点状の光源として構成されている場合にのみ、コリメートされた光線が平行に延在することを意味する。しかしこの数学的な抽象化は、最新の自動車構造では極めてまれにしか起こらない。広がった(点状でない)光源(例えばLED光源)では、結像尺度に応じ、光束内の光線の上述の平行性からずれが生じることになる。この際、+/−15°に至るまでのずれがあり得る。事情によっては更に大きなずれがあり得る。コリメートされた光線7は、光学結像システム2の入射光学系5に入射する。図示されたライトモジュール1は、ハイビーム配光を生成するのに特に良好に適している。
図2は、図1のライトモジュール1を示しており、ライトモジュール1において、光学結像システム2は、入射光学系5と出射光学系6の間に配設された絞り装置(シェード装置)10を含んでいる。従来技術から既知のように(例えば本出願人の上記特許文献1を参照)、そのような絞り装置10は、例えば、ロービーム配光の生成において目的に適うことが分かっている。この際、ロービーム配光の明暗境界は、所定の中間像面内に配設された絞り装置10において絞り(シェード)の絞りエッジを形成することにより生成されることが可能である。光学結像システム2は、例えば本出願人の上記特許文献2に詳細に記載されているように、結像誤差を排除するために設けられている(ここでは非図示の)更なる照射装置を含むこともできる。そのような照射装置を備えた光学結像システムの詳細な説明について、特にロービーム配光を形成するため及び/又は結像誤差を排除するための光学的に有効なエッジ(境界)については、上記特許文献1と上記特許文献2が明示的に参照される。
図3は、図2のライトモジュール1の一拡大部分を示している。この際、入射光学系5は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ入射光学系50〜58を有する。各マイクロ入射光学系50〜58には、第1の光軸50a〜58aが割り当てられており、この際、全ての第1の光軸50a〜58aは、同じZ方向に延在し、このZ方向は、コリメートされた光線7の伝播方向に対応する(図5〜8も参照)。出射光学系6は、同様に互いに一体的に形成された複数のマイクロ出射光学系60を有し(図3はそのうちの1つを示す)、この際、各マイクロ出射光学系60には、第2の光軸60aが割り当てられており、全ての第2の光軸60aは、同じ方向(図3のZ方向)に延在している。組み立てに関しては、入射光学系5と出射光学系6の互いに向かい合う光出射面と光入射面が平坦に形成されていると有利である。それに加え、各マイクロ入射光学系50〜58は、コリメートされた光線7の方を向いた(に指向した)、好ましくは湾曲した、例えば凸状に形成された又はフリーフォーム成形された光入射面50b〜58bと、出射光学系6の方を向いた、好ましくは平坦な光出射面50c〜58cとを有し、この際、全ての光出射面50c〜58cは、共通の、好ましくは平坦な面8、即ち入射光学系の光出射面を形成する(図2、5も参照)。
本発明により、各マイクロ出射光学系60には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系50〜58が、次のように、割り当てられており、即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系50〜58に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系50〜58を通過する光線9a〜9c(図5〜8も参照)が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系50〜58に割り当てられた及び/又は対応するマイクロ出射光学系60だけに入射し(それにより例えば結像誤差を減少することができる)、このマイクロ出射光学系60を通過した後に配光の異なる部分領域(例えばHV領域及び縁部ないし縁部領域)を形成する(図5〜8も参照)ように、割り当てられている。
図示された実施例において、各マイクロ出射光学系60には、3x3マイクロ入射光学系アレイが割り当てられており(図4も参照)、この際、マイクロ入射光学系アレイの中央に位置するマイクロ入射光学系54、即ち中央光学系は、マイクロ入射光学系アレイの他のマイクロ入射光学系50〜53及び55〜58とは異なって形成されている。しかしこのことは、マイクロ入射光学系アレイのマイクロ入射光学系50〜53及び55〜58が全て同じに形成されなければないというように理解されるべきではないだろう。マイクロ入射光学系51、53、55、57がマイクロ入射光学系アレイの同じマイクロ入射光学系の第1のグループを構成し、マイクロ入射光学系50、52、56、58がマイクロ入射光学系アレイの同じマイクロ入射光学系の第2のグループを構成することは、十分に可能であり、この際、第1のグループのマイクロ入射光学系と第2のグループのマイクロ入射光学系は、異なって形成されていることが可能である。マイクロ入射光学アレイのマイクロ入射光学系がそのように形成されているという一実施形態は、多くの場合「対称設計」と称される。
それに加え、第1のグループないし第2のグループに属するマイクロ入射光学系について、全てが同じには形成されていないことも可能である。つまり例えば、マイクロ入射光学系の第1のグループの第1の部分、即ちマイクロ入射光学系53及び55は、同じに構成されていることが可能であり(「水平方向での対称設計」)、この際、第1のグループの残りのマイクロ入射光学系、即ちマイクロ入射光学系51及び57は、第1のグループの第2の部分を構成することができ、互いに同じであるが、第1のグループの第1の部分のマイクロ入射光学系とは異なって形成されていることが可能である(「垂直方向での対称設計」)。この際、第2のグループの全てのマイクロ入射光学系が全て異なって形成されており、例えば第1のグループのいずれのマイクロ入射光学系とも同じではない、ないし一致していないことも考えられる。
更にまた、第1のグループと第2のグループの全てのマイクロ入射光学系が個別に設計(異なって形成)されていることも可能である。このことは、配光の調整/設定における自由度の数を増加させ、生成すべき配光のより良い/より細かい設定を可能にするという利点を有する。一般的に、少なくとも2つのマイクロ入射光学系50〜58は、N≧2、M≧1又はN≧1、M≧2であるNxMマイクロ入射光学系アレイとして構成されていることが可能であり、この際、マイクロ入射光学系アレイの全てのマイクロ入射光学系は、互いに異なって構成されていることが可能である。またこの際、入射光学系5のマイクロ入射光学系アレイは、好ましくは出射光学系6の手前に位置する、中間像を生成するように構成されることは、目的に適い得る。
マイクロ入射光学系アレイの個々のマイクロ入射光学系50〜58は、例えば、次のように構成されていることが可能である。中央光学系54は、平凸レンズとして構成されており、その光入射面54bの凸状の延在形状により集光作用を有することが可能である。中央光学系54は、平凹レンズないし平凹レンズ部分50〜53及び55〜58により境界を接し(ないし隣接し)ており、これらは、それらの光入射面50b〜53b及び55b〜58bの凹状の延在形状により散乱作用を有する。中央光学系54を水平方向H及び垂直方向Vで画定する平凹レンズ部分51、53、55、57は、例えば、所定の対称面に関して対称な1つの平凹レンズの半部分、即ちレンズ半部分として構成されていることが可能であり、この際、前記対称面は、前記平凹レンズを2つの好ましくは同じ半部分に分割する。レンズ半部分が中央光学系54に向かって常に厚くなる材料厚を有するように、レンズ半部分が配設されていることは、目的に適い、それにより、例えば、平凹レンズないしレンズ部分(ここではレンズ半部分)は、中央光学系54に向かい(自身の縁部におけるよりも、従ってマイクロ入射光学系アレイの縁部におけるよりも)より強い屈折力を有し、コリメートされた光線7を(自身の縁部よりも)より強く偏向する(図5、6も参照)。
中央光学系54を対角線上に画定する、ここに示されているマイクロ入射光学系アレイの残りの4つのマイクロ入射光学系、即ちコーナ光学系50、52、56、58は、同様に平凹レンズないし平凹レンズ部分として構成されていることが可能である。好ましくは、コーナ光学系50、52、56、58は、1つの平凹レンズの光軸の周りで回転対称な平凹レンズの四分の一レンズとして構成されており、この際、回転対称な平凹レンズの各四分の一レンズは、その他の3つの四分の一レンズと同じに構成されている。これらの四分の一レンズが対角線上で中心光学系54に向かって常に厚くなる材料厚を有するように、これらの四分の一レンズがマイクロ入射光学系アレイのコーナに配設されていることは、目的に適い、それにより、例えば、平凹レンズないしレンズ部分(ここでは四分の一レンズ)は、対角線上で中央光学系54に向かい(自身の縁部におけるよりも、従ってマイクロ入射光学系アレイの縁部におけるよりも)より強い屈折力を有し、コリメートされた光線7を(自身の縁部よりも)より強く偏向する(図5、6も参照)。
図4は、図3の入射光学系5の拡大部分の概要的な正面図(前方からの図、即ちZ方向の反対方向からの図)を示している。図4からは、例えば、中央のマイクロ入射光学系が図4では灰色で示され、この中央のマイクロ入射光学系に少なくとも一点で接する複数のマイクロ入射光学系が(セルから成る)矩形パターンで配設され得ることが見てとれ、この際、この矩形パターンの全てのセルは、図示のように同じ大きさとすることができる。またそれらのセルが異なる大きさであることも可能である。図4では、マイクロ入射光学系の光出射面50c〜58cを明確に見ることができる。これらの光出射面50c〜58cは、矩形の形状、むしろ正方形の形状を有する。光出射面50c〜58c及びそれらのセルの形状は、正方形の形状ないし矩形の形状とは異なっていてもよい。しかしながらマイクロ入射光学系アレイのマイクロ入射光学系50〜58の光出射面50c〜58cの全面が、これらの光出射面50c〜58cの方を向いた、マイクロ入射光学系アレイのマイクロ入射光学系50〜58が割り当てられたマイクロ出射光学系60における光入射面60bと同じ大きさであると、目的に適い得る。
マイクロ入射光学系の光入射面の具体的な例示の形状と、光学結像システム2を通るコリメートされた光線7の光線路に対するそれら形状の作用とを図式的に説明するために、図5〜8が参照される。図6は、図3の断面A-Aを示している。コリメートされた光線7は、マイクロ入射光学系53〜55に入射する。各マイクロ入射光学系は、これらのマイクロ入射光学系に入射するコリメートされた光線7から、中間像を形成する光束9a〜9cを成形する。その中間像は、例えば、絞り装置10のポジションと一致する平面内に位置することができる。図示された好ましい実施形態において、絞り装置10は、中間像面内に配設されている。図5、6(図5は、図3の断面B-Bである。)に示されたマイクロ入射光学系アレイのマイクロ入射光学系51、53〜55、57において、中央のレンズは、上述の中央レンズ54として構成されていることが可能であり。この際、この中央レンズ54に接するレンズ51、53、55、57は、上述した平凹レンズ部分、例えば平凹レンズ半部分として構成されていることが可能である。既述のように中央レンズ54は、好ましくは、平凸レンズとして構成されており、水平方向Hにおいても垂直方向Vにおいても集光する。この際、図5、6を一緒に見ることから、水平方向Hにおける中央レンズ54の光入射面54bの屈折力は、垂直方向Vにおける中央レンズ54の光入射面54bの屈折力である必要はないことが見てとれる。水平方向Hにおいて、中央レンズ54の光入射面54bは、より弱く湾曲されており、従ってより弱く集束を行うができる。垂直方向V(一般的には垂直面内)においてより強く集束を行うことにより、例えば、生成された配光の中央の領域(センタ)において、より高い照度を達成することができる。この中央の領域は、光技術において所謂「HVポイント」(水平方向に延在するHHライン、又は水平線が、垂直方向に延在するVVラインと交差するポイント)ないし「HV領域」(HVポイントの周囲の領域)に対応する。
それに加え、絞り装置10を備えたライトモジュール1の図3の一拡大部分の水平断面(断面B-B)を示す図5から、中央レンズ54に水平方向Hで境界を接する(隣接する)マイクロ入射光学系51、57の光入射面51b、57bの水平方向断面は、中央レンズ54を垂直方向Vで画定するマイクロ入射光学系53、55の光入射面53b、55bの曲率(湾曲形状)とは異なる曲率(湾曲形状)を有することが見てとれる。図5、6は、マイクロ入射光学アレイの異なる断面(垂直方向と水平方向)を示しているが、以下のことが、本発明に関して全般的に当てはまる:配光のHV領域を形成するために設けられたマイクロ入射光学系アレイの中央のレンズを画定する複数のマイクロ入射光学系は、全て異なって形成されていることが可能であり、例えばフリーフォーム形状で延在する光入射面の異なる曲率を有していてもよく、そして配光の縁部(外側縁部)を形成するために設けられている。
それに加え、中央レンズ54は、例えば、図5、6の光線路から見てとれるように、配光の延在形状のかたちを水平方向Hと垂直方向Vで異なって可能とするために、非点収差で構成されていることが可能である(特に光束9bを参照)。逆に中央レンズ54の形状を、配光の延在形状の要求からの結果として決定することもできる。図6を参照すると、垂直方向において、中央レンズ54に隣接するマイクロ入射光学系53、55は、好ましくは、実質的に、これらのマイクロ入射光学系53、55に入射するコリメートされた光線7を、これらの光線7から収束する又は発散する光束が形成されることなく偏向し、従って実質的にプリズムの作用を有する。垂直方向において隣接するこれらのマイクロ入射光学系53、55は、例えば、配光の縁部を生成する役割を担い、そして配光の垂直方向の広がり及び/又は配光のHV領域を変更するように構成されていることが可能である。
しかし所定のマイクロ入射光学系に対する配光の領域(HV領域又は縁部)の上述の割り当ては、実際には常に実現されるわけではない。多くの場合は、むしろ、例えば均等性の理由から、中央レンズ54を画定するマイクロ入射光学系アレイのマイクロ入射光学系50〜53及び55〜58が、中央レンズ54に隣接する領域において、これらの隣接する領域に入射するコリメートされた光線7が、例えばマイクロ出射光学系60の焦点Fから離れて所定の領域Sの方向に伝播する光線9Mへと屈折されるように形成された光入射面50b〜53b及び55b〜58bを有すると有利であり、この際、その領域Sは、好ましくは、マイクロ出射光学系60の光入射面60bに対し、マイクロ出射光学系60のバックフォーカスよりも小さい間隔を有し、それから光線9Mは、マイクロ出射光学系60の光出射面60cから出射した後に、焦点はずれ(集束ずれ)に基づき、HV領域の側方の方向(配光の所定の部分領域の方向)に伝播する。
少なくとも1つのマイクロ入射光学系アレイと、マイクロ入射光学系アレイに割り当てられた少なくとも1つのマイクロ出射光学系とを含むマイクロ光学系システムにより形成される配光は、以下「マイクロ配光」と呼ばれる。
またマイクロ出射光学系60の縁部領域60dにおける光出射面60cの湾曲形状をフリーフォーム的に、次のように、形成することも有利であり、即ちマイクロ配光の境界光線9G、つまりマイクロ出射光学系60の光出射面60cに当たった際に全反射TRによりもはやマイクロ配光には寄与しないように反射される光線が、光軸50a〜53a及び55a〜58aに沿って屈折しないでマイクロ光学系システムを通って伝播するコリメートされた光線7において、初めて現れるように、形成することも有利であり得る。それにより配光の幅が制御され、光の流れ(光束)の効率が増加される。
つまり入射光学系5のマイクロ入射光学系アレイにおいて、少なくとも1つの(第1の)マイクロ入射光学系、即ち中央レンズ54は、この少なくとも1つのマイクロ入射光学系54に入射するコリメートされた光線7が、対応の光束9bに成形され、この光束9bが、マイクロ出口光学系60から出射した後に配光のHV領域の方向に伝播するように、構成されており且つマイクロ出射光学系60に割り当てられていることが可能である。
それに加え、少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系(3x3マイクロ入射光学系アレイの場合には8個のマイクロ入射光学系50〜53及び55〜58である)は、この少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系50〜53及び55〜58に入射するコリメートされた光線7が、少なくとも1つの更なる光束、好ましくは複数の光束9a、9cに成形され、この光束、好ましくはこれらの光束が、マイクロ出口光学系60から出射した後に配光のHV領域の外側の方向に伝播し且つ例えば配光の幅を決定するように、構成されており且つマイクロ出射光学系60に割り当てられていることが可能である。
図7は、任意選択的な絞り装置10を備えたライトモジュールの一拡大部分の水平断面を示しており、このライトモジュールは、図1〜6で説明したライトモジュール1と実質的に同じであるが、図7に図示されたライトモジュールの部分では、入射光学系のマイクロ入射光学系51’、54 ’、57’の光入射面51b’、54b’、57b’の形状について異なっている。ここで示された中央光学系54’も、この中央光学系54’を画定するマイクロ入射光学系51’、57’も、フリーフォーム形状で延在する光入射面51b’、54b’、57b’(フリーフォーム光入射面)を有する。更に機能的に見ると、中央光学系54’は、実質的に配光のHV領域を形成し、中央光学系54’に境界を接するフリーフォームマイクロ入射光学系51’、57’は、配光の縁部ないし縁部領域を形成する。
1つのフリーフォームマイクロ入射光学系の光入射面の曲率、例えば中央にある中央光学系54’の光入射面の曲率は、光入射面上の様々な箇所、例えば中央光学系54’の光入射面54b’の様々な箇所で様々な値を有することができる。異なるフリーフォームマイクロ入射光学系は、異なる光入射面曲率経過を有することができる。
一般的には、例えば、フリーフォームマイクロ入射光学系を自動車照射装置に使用する場合に上半部分に対応する、フリーフォームマイクロ入射光学系の光入射面の半部分は、例えば、HVポイントを通って水平方向に延在するHHラインの上側と下側で、生成された配光の異なる延在形状を達成するために、他の半部分に対して異なって湾曲されていることが可能である。
光出射面51c’、54c’、57c’は、共通の好ましくは平坦な面8の一部分であり、この平坦な面8は、図示された図7だけに限らず、一般的な場合においても出射光学系の光出射面を形成する。フリーフォームレンズの使用は、配光の正確な形成(シェーピング)/成形(フォーミング)の観点から有利である。この際、光入射面51b’、54b’、57b’は、生成すべき配光のための規定に対して適合/計算されていることが可能である。
図8は、任意選択的な絞り装置10を備えた本発明によるライトモジュールの更なる一実施形態の一拡大部分の垂直断面を示している。このライトモジュールは、図1〜6で説明したライトモジュール1と実質的に同じであるが、図8に図示されたライトモジュールの部分では、例えば、中央光学系54を画定する入射光学系のマイクロ入射光学系53”、55”の光入射面53b”、55b”の形状について異なっている。図8に示された中央光学系54は、平凸状に形成されている。中央光学系54を画定するマイクロ入射光学系53”、55”も、同様に平凸状に形成されている。この際、中央光学系54を取り囲むマイクロ入射光学系53”、55”は、これらの光入射面53b”、55b”が共通の面500内に位置するように構成されていることが可能である。このことは、中央光学系54に隣接する全てのマイクロ入射光学系にも該当し、また異なるペアは、異なって形成された共通の面を有することができるが、中央光学系に隣接するマイクロ入射光学系の個々のペアにも該当し得る。
中心光学系54を画定するマイクロ入射光学系53”、55”の光入射面53b”、55b”は、好ましくは、これらの光入射面53b”、55b”に入射するコリメートされた光線7を、次のように、屈折させる構成を有し、即ちこれらの光線7が、ライトモジュールのマイクロ出射光学系60から出射した後に、例えばライトモジュールの前方のほぼ25メートルの間隔のところにある好ましくは法規に準拠する配光において所定の領域501を形成し、またその配光の縁部ないし縁部領域を形成するように、屈折させる構成を有する。
中央光学系54を画定するマイクロ入射光学系53”、55”は、更に平凸レンズ部分として構成されていることが可能である。図8は、そのような一実施形態を示しており、この際、更にそれらの平凸レンズ部分は、互いに一致する光軸を有し、更にこの光軸は、中央光学系の光軸54aと一致する。図8に図示された中心光学系54と、中央光学系54に境界を接するマイクロ入射光学系53”、55”とを含むマイクロ入射光学系アレイは、光軸54aに関して回転対称に形成されており、従って例えば図4の正方形のマイクロ入射光学系アレイとは異なることが可能である。
既述したように、全ての図は、光出射面が好ましくは共通の、好ましくは平坦な面8を形成しているマイクロ入射光学系を示している。この際、光技術の光学的な観点から、強く分散する入射光学系を考慮するために、両凸状/凸凹状、又は、例えば凹状湾曲した光入射面との他の組み合わせを使用することができることを付言する。
平坦な光出射面の使用により、製造プロセスを簡単にすることができる。更にマイクロ出射光学系と、このマイクロ出射光学系に割り当てられた少なくとも2つのマイクロ入射光学系とが、共通のスタック(積み重ねたもの)に組み立てられ、透明な接着剤を用いて結合され、このようにして共通の構成部材を構成することも可能であり、この際、マイクロ出射光学系と、このマイクロ出射光学系に割り当てられた少なくとも2つのマイクロ入射光学系との間には、少なくとも1つの絞り(シェード:少なくとも1つの上記の絞り装置10の一部分)を設けることができる。
それに加え、平坦に形成された面により、例えば、マイクロ入射光学系の互いに対する傾きを減らすことができ、このようにして、例えば、マイクロ入射光学系がマイクロ出射光学系と上述したように結合され、例えば接着される場合には、光軸の同配向(調整)を達成することができる。
上記の実施形態のいずれかの説明から必然的に明らかではなくても、説明された実施形態は、任意に互いに組み合わせることができるものとする。とりわけこのことは、1つの実施形態の技術的な特徴を、他の1つの実施形態の技術的な特徴と、個々で且つ互いに依存しないで任意に組み合わせることも可能であり、このようにして同じ発明の更なる1つの実施形態が達成されることも意味する。
1 ライトモジュール
2 光学結像システム
3 光源
4 コリメータ
5 入射光学系
6 出射光学系
8 光出射面

9a〜9c 光線
9M 光線
9G 境界光線

10 絞り装置

50〜58 マイクロ入射光学系
50a〜58a 第1の光軸
50b〜58b 光入射面
50c〜58c 光出射面

60 マイクロ出射光学系
60a 第2の光軸
60b 光入射面
60c 光出射面
60d 縁部領域

F マイクロ出射光学系の焦点
S 焦点Fから離れた領域
TR 全反射

51’、54’、57’ マイクロ入射光学系
51b’、54b’、57b’ 光入射面
51c’、54c’、57c’ 光出射面

53”、55” マイクロ入射光学系
53b”、55b” 光入射面
500 共通の面
501 配光の所定の領域
この課題は、上記の形式の自動車照射装置において、本発明により、各マイクロ出射光学系には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系が、次のように、割り当てられていることにより解決される。即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系を通過する光線が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に割り当てられたマイクロ出射光学系だけに入射し、このマイクロ出射光学系を通過した後に配光の異なる部分領域を形成(bilden)するように、割り当てられている。
即ち本発明の第1の視点により、
光学結像システムと、前記光学結像システムに割り当てられた少なくとも1つの光源とを含む、配光を生成するための自動車照射装置であって、
前記光学結像システムは、コリメータと、入射光学系と、出射光学系とを含み、
前記コリメータは、前記少なくとも1つの光源と前記入射光学系との間に配設され、前記少なくとも1つの光源により生成された光線をコリメートし且つコリメートされた光線を前記光学結像システムの前記入射光学系に指向させるように構成されており、
前記入射光学系は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ入射光学系を有し、各マイクロ入射光学系には、第1の光軸が割り当てられており、全ての第1の光軸は、同じ方向に延在し、その方向は、コリメートされた光線の伝播方向に対応し、
前記出射光学系は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ出射光学系を有し、各マイクロ出射光学系には、第2の光軸が割り当てられており、全ての第2の光軸は、同じ方向に延在し、
各マイクロ入射光学系は、コリメートされた光線の方を向いた光入射面と、前記出射光学系の方を向いた光出射面とを有し、全ての光出射面は、共通の面を形成する構成であり、
各マイクロ出射光学系には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系が、次のように、割り当てられていること、即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系を通過する光線が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に割り当てられたマイクロ出射光学系だけに入射し、このマイクロ出射光学系を通過した後に配光の異なる部分領域を形成するように、割り当てられていること、を特徴とする自動車照射装置が提供される。
更に本発明の第2の視点により、
前記自動車照射装置を少なくとも1つ備えた自動車投光器が提供される。
更に本発明の第3の視点により、
前記自動車照射装置として構成されている自動車投光器が提供される。
更に本発明の第4の視点により、
前記自動車投光器を少なくとも1つ備えた自動車が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記された図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
本発明において、以下の形態が可能である。
(形態1)
光学結像システムと、前記光学結像システムに割り当てられた少なくとも1つの光源とを含む、配光を生成するための自動車照射装置であって、
前記光学結像システム、コリメータと、入射光学系と、出射光学系とを含み、
前記コリメータは、前記少なくとも1つの光源と前記入射光学系との間に配設され、前記少なくとも1つの光源により生成された光線をコリメートし且つコリメートされた光線を前記光学結像システムの前記入射光学系に指向させるように構成されており、
前記入射光学系は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ入射光学系を有し、各マイクロ入射光学系には、第1の光軸が割り当てられており、全ての第1の光軸は、同じ方向に延在し、その方向は、コリメートされた光線の伝播方向に対応し、
前記出射光学系は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ出射光学系を有し、各マイクロ出射光学系には、第2の光軸が割り当てられており、全ての第2の光軸は、同じ方向に延在し、
各マイクロ入射光学系は、コリメートされた光線の方を向いた光入射面と、前記出射光学系の方を向いた光出射面とを有し、全ての光出射面は、共通の面を形成する構成であり、
各マイクロ出射光学系には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系が、次のように、割り当てられていること、即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系を通過する光線が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系に割り当てられたマイクロ出射光学系だけに入射し、このマイクロ出射光学系を通過した後に配光の異なる部分領域を形成するように、割り当てられていること。
(形態2)
少なくとも2つのマイクロ入射光学系は、N≧2又はM≧2が有効なNxMマイクロ入射光学系アレイとして、好ましくは3x3マイクロ入射光学系アレイとして構成されていること、が好ましい。
(形態3)
前記入射光学系は、所定の中間像を生成するように構成されており、前記中間像は、前記出射光学系を通って前記自動車照射装置の前方に結像され、前記中間像は、好ましくは前記出射光学系の手前に位置すること、が好ましい。
(形態4)
マイクロ出射光学系に割り当てられた及び/又は対応する少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系のうちの少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系は、この少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系に入射するコリメートされた光線が、マイクロ出射光学系から出射した後に配光のHV領域の方向に伝播するように、形成されており且つマイクロ出射光学系に対応する及び/又は割り当てられていること、が好ましい。
(形態5)
少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系(54)は、平凸レンズとして構成されていること、が好ましい。
(形態6)
マイクロ出射光学系に割り当てられた及び/又は対応する少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系のうちの少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系は、この少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系に入射するコリメートされた光線が、マイクロ出射光学系から出射した後に配光のHV領域の外側の方向に伝播するように、形成されており且つマイクロ出射光学系に対応する及び/又は割り当てられていること、が好ましい。
(形態7)
少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系は、平凹レンズとして、又は平凹レンズ部分として、又は平凸レンズ部分として構成されていること、が好ましい。
(形態8)
前記光入射面は、フリーフォーム面として構成されていること、が好ましい。
(形態9)
前記自動車照射装置を少なくとも1つ備えた自動車投光器。
(形態10)
前記自動車照射装置として構成されている自動車投光器。
(形態11)
前記自動車投光器を少なくとも1つ備えた自動車。
それに加え、第1のグループないし第2のグループに属するマイクロ入射光学系について、全てが同じには形成されていないことも可能である。つまり例えば、マイクロ入射光学系の第1のグループの第1の部分、即ちマイクロ入射光学系53及び55は、同じに構成されていることが可能であり(「垂直方向での対称設計」)、この際、第1のグループの残りのマイクロ入射光学系、即ちマイクロ入射光学系51及び57は、第1のグループの第2の部分を構成することができ、互いに同じであるが、第1のグループの第1の部分のマイクロ入射光学系とは異なって形成されていることが可能である(「水平方向での対称設計」)。この際、第2のグループの全てのマイクロ入射光学系が全て異なって形成されており、例えば第1のグループのいずれのマイクロ入射光学系とも同じではない、ないし一致していないことも考えられる。

Claims (11)

  1. 光学結像システム(2)と、前記光学結像システムに割り当てられた少なくとも1つの光源(3)とを含む、配光を生成するための自動車照射装置(1)であって、
    前記光学結像システム(2)は、コリメータ(4)と、入射光学系(5)と、出射光学系(6)とを含み、
    前記コリメータ(4)は、前記少なくとも1つの光源(3)と前記入射光学系(5)との間に配設され、前記少なくとも1つの光源(3)により生成された光線をコリメートし且つコリメートされた光線(7)を前記光学結像システム(2)の前記入射光学系(5)に指向させるように構成されており、
    前記入射光学系(5)は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ入射光学系(50〜58)を有し、各マイクロ入射光学系(50〜58)には、第1の光軸(50a〜58a)が割り当てられており、全ての第1の光軸(50a〜58a)は、同じ方向に延在し、その方向は、コリメートされた光線(7)の伝播方向に対応し、
    前記出射光学系(6)は、互いに一体的に形成された複数のマイクロ出射光学系(60)を有し、各マイクロ出射光学系(60)には、第2の光軸(60a)が割り当てられており、全ての第2の光軸(60a)は、同じ方向に延在し、
    各マイクロ入射光学系(50〜58)は、コリメートされた光線の方を向いた光入射面(50b〜58b)と、前記出射光学系(6)の方を向いた光出射面(50c〜58c)とを有し、全ての光出射面(50c〜58c)は、共通の面(8)を形成する構成であり、
    各マイクロ出射光学系(60)には、少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)が、次のように、割り当てられていること、即ちこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)に入射してこれらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)を通過する光線(9a〜9c)が、これらの少なくとも2つの異なって形成されたマイクロ入射光学系(50〜58)に割り当てられたマイクロ出射光学系(60)だけに入射し、このマイクロ出射光学系(60)を通過した後に配光の異なる部分領域を形成するように、割り当てられていること
    を特徴とする、自動車照射装置。
  2. 少なくとも2つのマイクロ入射光学系(50〜58)は、N≧2又はM≧2であるNxMマイクロ入射光学系アレイとして、好ましくは3x3マイクロ入射光学系アレイとして、構成されていること
    を特徴とする、請求項1に記載の自動車照射装置。
  3. 前記入射光学系(5)は、所定の中間像を生成するように構成されており、前記中間像は、前記出射光学系(6)を通って前記自動車照射装置(1)の前方に結像され、前記中間像は、好ましくは前記出射光学系(6)の手前に位置すること
    を特徴とする、請求項1又は2に記載の自動車照射装置。
  4. 少なくとも2つの異なって形成され、マイクロ出射光学系(60)に割り当てられた及び/又は対応するマイクロ入射光学系(50〜58)のうちの少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系(54)は、
    この少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系(54)に入射するコリメートされた光線(7)が、マイクロ出射光学系(60)から出射した後に配光のHV領域の方向に伝播するように、
    形成されており且つマイクロ出射光学系(60)に対応する及び/又は割り当てられていること
    を特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の自動車照射装置。
  5. 少なくとも1つの第1のマイクロ入射光学系(54)は、平凸レンズとして構成されていること
    を特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の自動車照射装置。
  6. 少なくとも2つの異なって形成され、マイクロ出射光学系(60)に割り当てられた及び/又は対応するマイクロ入射光学系のうちの少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系(50〜53、55〜58)は、この少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系(50〜53、55〜58)に入射するコリメートされた光線(7)が、マイクロ出射光学系(60)から出射した後に配光のHV領域の外側の方向に伝播するように、形成されており且つマイクロ出射光学系(60)に対応する及び/又は割り当てられていること
    を特徴とする、請求項4又は5に記載の自動車照射装置。
  7. 少なくとも1つの第2のマイクロ入射光学系(50〜53、55〜58)は、平凹レンズとして、又は平凹レンズ部分として、又は平凸レンズ部分として構成されていること
    を特徴とする、請求項6に記載の自動車照射装置。
  8. 前記光入射面(50b〜58b)は、フリーフォーム面として構成されていること
    を特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の自動車照射装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載した自動車照射装置を少なくとも1つ備えた自動車投光器。
  10. 請求項1〜8のいずれか一項に記載した自動車照射装置として構成されている自動車投光器。
  11. 請求項9又は10に記載した自動車投光器を少なくとも1つ備えた自動車。
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