JP2021513734A

JP2021513734A - マトリックス状に配置された導光要素を有する自動車投光器

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Publication number: JP2021513734A
Application number: JP2020565522A
Authority: JP
Inventors: タウト、ルーカス; ブラウナー、ニーナ; ヘッヒェンベルガー、ヨゼフ; カーン、マティアス; レンガウアー、クリストフ; シュラーグル、マティアス
Original assignee: Zizala Lichtsysteme GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: EP3527876A1; CN111712670B; JP6931432B2; CN111712670A; US20210048161A1; KR102427509B1; EP3755941A1; US11193641B2; WO2019158348A1; EP3755941B1; KR20200108335A

Abstract

照明ユニット（２）と、該照明ユニットに後置された投影光学系（７）とを備える自動車投光器（１）。照明ユニットは、少なくとも１つの光源（３）と、光出射面（５）を備える前置光学系（４）とを有する。前置光学系は、少なくとも１つの光源の光を供給するためのそれぞれ１つの光入力面（８）を備えかつ当該前置光学系の光出射面に位置する光出力面（９）を備える複数の導光要素（６）を有し、及び、前方に向かって交通エリアに投影する。導光要素は光入力面と光出力面との間に延在している。光出力面は光入力面よりも大きな面積を有する。各導光要素は、側方では２つの側面（１０）によって、上方では１つの天井面（１１）によって、下方では１つの底面（１２）によって画成されており、及び、光出力面と光入力面との間で先細化されて延在するよう構成されている。底面および／または天井面の幅は光出射面から出発して減少する。少なくとも１つの導光要素（６）の底面（１２）および／または天井面（１１）は、光出力面（９）と光入力面（８）との間におけるその幅に関し、底面および／または天井面の最小幅（ｂｍ）を有する丁度１つの狭窄部（１４）を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、照明ユニットと、該照明ユニットに後置された投影光学系とを備える自動車投光器であって、照明ユニットは、少なくとも１つの光源と、光出射面を備える前置光学系とを有し、前置光学系は、少なくとも１つの光源の光を供給するためのそれぞれ１つの光入力面を備えかつ当該前置光学系の光出射面に位置する光出力面を備える複数の導光要素を有し、及び、前方に向かって交通エリアに投影し、導光要素は光入力面と光出力面との間に延在しており、光出力面は光入力面よりも大きな面積を有し、
各導光要素は、側方では２つの側面によって、上方では１つの天井面によって、下方では１つの底面によって画成されており、及び、光出力面と光入力面との間で先細化されて延在するよう構成されており、底面および／または天井面の幅は光出射面から出発して（光出射面を起点として）減少する、自動車投光器に関する。

この形式の投光器は、例えば出願人のWO 2013/166535 A2に記載されている。実用的な光像にとって重要なのは、このような投光器では、光が境界壁における全反射によって案内される導光要素の構成である。

ＷＯ２０１３／１６６５３５Ａ２

本発明の課題は、対象となる形式の投光器において、導光要素の形状を、とりわけ生成される光像の一層改善された均一性及び最大の明るさについて、最適化することである。

この課題は、冒頭に記載した形式の投光器によって解決される。該投光器において、少なくとも１つの導光要素の底面および／または天井面は、光出射面［光出力面］と光入力面との間におけるその幅に関し、底面および／または天井面の最小幅を有する丁度１つの狭窄部を有することを特徴とする。

本発明により、使用されかつ本発明により構成された各導光要素について、擾乱性がより小さい領域（複数）を有する一方でより大きい最大光強度（明るさ）を有する光分布が光出射面にないしは形成される光像中に形成され、その結果、複数の導光要素によって形成される光像全体も改善することが可能になる。

光技術的に目的に適する一発展形態では、天井面は、細い面取り部を介して両側で側面へ移行することが可能である。

さらに、複数の導光要素はマトリックス状の配置にまとめられていることが推奨可能である。

複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最下列の導光要素は狭窄部を有すると、有利であり得る。

別の場合では、複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最上列の導光要素は狭窄部を有することが推奨可能である。

複数の導光要素はそれらの前方領域において一体的に互いに結合されていると有利である。なぜなら、このことは、製造を容易にし、小型で堅固な前置光学系をもたらすからである。

その際、導光要素の光出力面は前置光学系の光出射面に一致すると好都合である。

実用的な一形態では、狭窄部の幅は光入力面の幅の１０％〜８０％である。

狭窄部が光入力面に近い側の導光要素の半部分に形成されていると、所望の光像に関し、実用上、格別に好都合な結果が得られる。

本発明は、さらなる利点および従来技術に対する相違も含めて以下に実施例に基づき詳細に説明され、かつ、図面に示される。

投光器の一例のコンポーネント、すなわち前置された焦点ガラス板と投影レンズを備える照明ユニットの模式図。導光要素の光入力面の方向において斜め後方から見た前置光学系の一例の模式図。その光入力面の方向において斜め後方から見た本発明の個別導光要素の一例。その底面の方向において下方から見た図３の導光要素。その光入力面の方向において斜め後方から見た従来技術の個別導光要素の一例。その底面の方向において下方から見た図５の導光要素。本発明の投光器の一例の例示的光分布。図７の中央のラインに沿った光強度の推移。従来技術の投光器の一例の例示的光分布。図９の中央のラインに沿った光強度の推移。

図１には、本発明の投光器（前照灯）１の一例が、本発明の説明に重要なその構成要素と共に、概略的に示されている。ここで、投光器が、ここに図示しない複数のさらなる構成要素、例えば調整及び調節装置、給電手段、絞り等を有することは、当業者には明らかである。本発明との関連において、概念「投光器」が使用される場合、この概念は、組み合わされて上位の投光器に含まれることも可能な個別投影モジュール（複数）も含むものとする。

図１及びこれ以下の図では、同じまたは同等の要素については、説明及び図示の簡単化のために、同じ図面参照符号が使用される。

（特許）請求の範囲で使用される図面参照符号は、専ら（特許）請求の範囲の可読性及び本発明の理解を容易にするものであり、いかなる意味においても、本発明の保護範囲を損なう性質を有しない。

自動車投光器１は照明ユニット２を有し、照明ユニット２は、複数の光源、ここでは発光ダイオード、略してＬＥＤ３のアレイと、光出射面５を備える前置光学系４とを有し、前置光学系４は複数の導光要素６を含む。ＬＥＤ３は、その光を導光性の前置光学系４に照射し、前置光学系は前方に所望の光パターンを出力する。この光パターンは、本例では一体的なレンズである投影光学系７によって交通エリアへ投影される。

図２の拡大図には、それぞれ１つの光入力面８を有する複数の導光要素６を備える前置光学系４の例示的構造例が示されている。好ましくは、各導光要素６には丁度１つの光源、とりわけＬＥＤ３または複数のＬＥＤ、が配されている。ＬＥＤとは別の光源も使用可能であることは明らかであろう。照明ユニット２の図示の例示的実施形態では、導光要素６は長手に構成されており、光の伝搬方向において、これに対する横方向よりも大きな広がりを有する。照明ユニットは、複雑な幾何形状の作製にも良好に適合する高透明性、導光性で成形可能なプラスチックからなることが好ましい。この場合、シリコン材料が特に好ましい。尤も、ガラスの使用も可能である。

図３と図４は、個別導光要素６の一例を拡大して示したものであるが、導光要素６のより正確な（詳細な）形状を示している。導光要素６は、光出力面９から出発して（光出力面９を起点として）その光入力面８に向かってテーパ状に先細になる断面を有する。例えば導光要素６は、円錐台形状にまたは図示のように略台形状に構成されることができる。

光入力面８には、少なくとも１つの光源、ここでは（複数の）ＬＥＤ３の光が供給される。光出力面９は前置光学系４の光出射面５に位置する。上記の（テーパ状）先細化の結果、光出力面９は光入力面８よりも大きな面積を有する。側方では、導光要素６は、２つの側面１０によって画成されており、上方では天井面１１によって、下方では底面１２によって画成されている。天井面１１は、図示の実施形態では、細い面取り部１３を介して両側で側面１０に移行する。

図３と図４から分かるように、底面１２の幅は、光出力面９から出発して（光出力面９を起点として）光入力面８に向かって減少するが、連続的（単調）ではない。なぜなら、底面１２は、光出力面９と光入力面８との間におけるその幅に関して、狭窄部１４を有するからである。すなわち、底面１２の幅は、光出力面９の幅ｂａから出発して狭窄部１４の中央領域まで減少し、但しこの中央領域で幅ｂｍは最小であり、次に、光入力面８の方向において再び幅ｂｅに増大する。言い替えると、底面１２の幅は、光出力面９と光入力面８との間に、最小値ｂｍを有する。本発明の意義におけるこの構成は、光案内の改善をもたらし、かつ、擾乱性がより小さい領域（複数）を形成する一方でより大きい最大光強度（明るさ）を形成する光分布をもたらすが、これについては以下にさらに示す。

可能な寸法についてのイメージを与えるために、実用的な実施例について以下が挙げられる。

光出力面７．７ｍｍ^２、光入力面１．５ｍｍ^２、導光要素の長さ１５ｍｍ、幅ｂａ１．８ｍｍ、幅ｂｍ０．３ｍｍ、幅ｂｅ０．６ｍｍ。

図示の及び上記の実施例では、狭窄部１４は底面１２に形成されている。尤も、目的に応じ狭窄部を天井面１１に形成することも可能であり、これは、とりわけ、マトリックス状に構成された前置光学系の上列に由来することが好都合である光像について有利である。この後者の場合、底面１２の幅は、光入力面８から出発して光出力面９に向かって連続的に（単調に）減少する。尤も、狭窄部１４は天井面１１にも底面１２にも形成されることも可能である。

一般的に、狭窄部１４の幅ｂｍが光入力面８の幅ｂｅの１０％〜８０％であると特に良好な結果が示される。さらに、狭窄部が光入力面に近い側の（最も近い）導光要素の半部分に形成されていると、所望の光像に関して特に好ましい結果が得られる。

図１と図２からさらに分かるように、導光要素６はマトリックス状に一体的にまとめられて（統合されて）おり、その光出力面９は前置光学系４の光出射面５と一致する。導光要素６は複数のセグメントに（区分けされて）まとめられることも可能であり、この場合、これらのセグメントは、図１及び図２に３つのセグメントで示されているような、前置光学系４を形成する。ここで、個々のセグメントの光出射面は、平坦（フラット）であるかまたは湾曲されていることが可能である。さらに、要求される光像によっては、幾つかの個別導光要素６のみまたは導光要素６の幾つかのグループのみを本発明に応じて構成しかつ残りのものを狭窄部１４を備えない従来技術に応じて構成することも可能である。

導光要素６の光出力面９は、前置光学系４の共通の光出射面５に一致することができる。共通の光出射面は典型的には湾曲した面であり、この湾曲面は通常は結像光学系（例えば結像レンズ）のペッツバール（Petzval）面に従う。尤も、特定の適用に対しては、縁部領域において結像エラーを光均一化（光一様化）に利用するために、意図的なずれ（エラー：Abweichungen）を湾曲において使用することも可能である。

個別ＬＥＤ３ないしはごく一般的な光源は、夫々、動的に（ダイナミックに）も変化可能な所望の光像を形成するために、既知の態様で、個別に制御されることができる。

概念「マトリックス」は、本出願の枠内では、マトリックスが一列からなる極端な場合にも適用されるものとし、したがって、一列だけの導光要素が存在するが、これは自動車照明技術においては全く理にかなっている。マトリックスが多列である場合、有利には、導光要素の最下列（行）の導光要素６または最上列の導光要素６が狭窄部１４を有することができる。もちろん、最下列と最上列とが相応の導光要素を有することも可能であるが、この場合、一列（行）の全ての導光要素は必ずしも同じに構成される必要はなく、ないしは必ずしも狭窄部を有する必要もないことに注意されたい。

本発明によれば、マトリックス状配置を有する投光器ないし投光器モジュールの構造は、導光要素が上下に配置された丁度３列に配されており、これらが共通に（一緒に）遠方光（ハイビーム）分布を形成すると、格別に効率的である。このような配置では、上列は前方フィールド列として、中央列は非対称列として、下列は遠方光列として構成されることができ、この場合、遠方光（用）導光要素からなる遠方光列は（本発明の）対象となる形式の狭窄部を備えている。

いわゆるピクセル・遠方光（ハイビーム）・モジュールでは、全ての遠方光導光要素が丁度一列に配置され、かつ、狭窄部を備えて構成されることができる。最下列が遠方光列（または「行」）であると目的に適する。

図５と図６には、従来技術による導光要素の一例の構造が図面の目的に適するように（本発明と対比可能なように）示されており、これにより、従来技術には存在しない本発明の狭窄部１４をよりよく認識することができる。

図７と図８あるいは図９と図１０を対比するための以下の説明により、本発明の利点がさらに明白になる。

図７は、同じ光強度の複数のラインで記載された、本発明により構成された個別導光要素の一例の例示的光分布を示し、図８は、図７に記載された中央ラインｚに沿った光強度Ｉｖの推移を示す。但し、グラフの左側は図７の紙面の下側の領域に相当する。

図９は、図７の記載に対応するが、図５と図６に示したような従来技術の導光要素についてのものである。所望の光像の両側に夫々不所望の擾乱光（迷光ないし散乱光）領域が存在することが分かる。これら擾乱光領域は、対比される図７に示されているように、本発明の導光要素の場合には存在しない。

図８のグラフに対応するが、従来技術の導光要素についてのものである図１０では、光強度分布は、対比される図８に示されているように、本発明の導光要素の最大光強度（明るさ）よりも小さい最大光強度を有することが分かる。

図示の形式の投光器によって、例えば減光光（ロービーム）または遠方光（ハイビーム）を形成することができ、そのために、例えば左側投光器と右側投光器はそれぞれ本発明の投光器として構成され、これらによって夫々光分布の（対応する）左部分ないし右部分が形成される。他方、左側投光器及び右側投光器は、走行路上で重畳される同じ光像を形成することもできる。

１自動車投光器（前照灯）
２照明ユニット
３ＬＥＤ
４前置光学系
５光出射面
６導光要素
７投影光学系
８光入力面
９光出力面
１０側面
１１天井面
１２底面
１３面取り部
１４狭窄部
ｂａ（光出力面９の）幅
ｂｅ（光入力面８の）幅
ｂｍ（狭窄部１４の）幅

この課題は、冒頭に記載した形式の投光器によって解決される。即ち、本発明の一視点により、照明ユニットと、該照明ユニットに後置された投影光学系とを備える自動車投光器であって、照明ユニットは、少なくとも１つの光源と、光出射面を備える前置光学系とを有し、前置光学系は、少なくとも１つの光源の光を供給するためのそれぞれ１つの光入力面を備えかつ当該前置光学系の光出射面に位置する光出力面を備える複数の導光要素を有し、及び、前方に向かって交通エリアに投影し、導光要素は、光入力面と光出力面との間に延在しており、光出力面は光入力面よりも大きな面積を有し、各導光要素は、側方では２つの側面によって、上方では１つの天井面によって、下方では１つの底面によって画成されており、及び、光出力面と光入力面との間で先細化されて延在するよう構成されており、底面および／または天井面の幅は光出射面から出発して減少する、自動車投光器が提供される。該投光器において、少なくとも１つの導光要素の底面および／または天井面は、光出力面と光入力面との間におけるその幅に関し、底面および／または天井面の最小幅を有する丁度１つの狭窄部を有することを特徴とする。

ここに、本発明の好ましい形態を示す。
（形態１）上記本発明の一視点参照。
（形態２）形態１の自動車投光器において、天井面および／または底面は、細い面取り部を介して両側で側面へ移行することが好ましい。
（形態３）形態１または２の自動車投光器において、複数の導光要素は、マトリックス状の配置にまとめられていることが好ましい。
（形態４）形態３の自動車投光器において、複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最下列の導光要素が、狭窄部を有することが好ましい。
（形態５）形態３の自動車投光器において、複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最上列の導光要素が、狭窄部を有することが好ましい。
（形態６）形態１から５のいずれかの自動車投光器において、複数の導光要素はそれらの前方領域において一体的に互いに結合されていることが好ましい。
（形態７）形態３から６のいずれかの自動車投光器において、導光要素の光出力面は、前置光学系の光出射面に一致することが好ましい。
（形態８）形態１から７のいずれかの自動車投光器において、狭窄部の幅は、光入力面の幅の１０％〜８０％であることが好ましい。
（形態９）形態１から８のいずれかの自動車投光器において、狭窄部は、光入力面に近い側の導光要素の半部分に形成されていることが好ましい。

ここに、本発明の可能な態様を付記する。
［付記１］照明ユニットと、該照明ユニットに後置された投影光学系とを備える自動車投光器。
照明ユニットは、少なくとも１つの光源と、光出射面を備える前置光学系とを有する。
前置光学系は、少なくとも１つの光源の光を供給するためのそれぞれ１つの光入力面を備えかつ当該前置光学系の光出射面に位置する光出力面を備える複数の導光要素を有し、及び、前方に向かって交通エリアに投影する。
導光要素は、光入力面と光出力面との間に延在している。
光出力面は光入力面よりも大きな面積を有する。
各導光要素は、側方では２つの側面によって、上方では１つの天井面によって、下方では１つの底面によって画成されており、及び、光出力面と光入力面との間で先細化されて延在するよう構成されている。
底面および／または天井面の幅は光出射面から出発して減少する。
少なくとも１つの導光要素の底面および／または天井面は、光出力面と光入力面との間におけるその幅に関し、底面および／または天井面の最小幅を有する丁度１つの狭窄部を有する。
［付記２］上記の自動車投光器において、天井面および／または底面は、細い面取り部を介して両側で側面へ移行する。
［付記３］上記の自動車投光器において、複数の導光要素は、マトリックス状の配置にまとめられている。
［付記４］上記の自動車投光器において、複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最下列の導光要素が、狭窄部を有する。
［付記５］上記の自動車投光器において、複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最上列の導光要素が、狭窄部を有する。
［付記６］上記の自動車投光器において、複数の導光要素はそれらの前方領域において一体的に互いに結合されている。
［付記７］上記の自動車投光器において、導光要素の光出力面は、前置光学系の光出射面に一致する。
［付記８］上記の自動車投光器において、狭窄部の幅は、光入力面の幅の１０％〜８０％である。
［付記９］上記の自動車投光器において、狭窄部は、光入力面に近い側の導光要素の半部分に形成されている。

Claims

照明ユニット（２）と、該照明ユニットに後置された投影光学系（７）とを備える自動車投光器（１）であって、
照明ユニットは、少なくとも１つの光源（３）と、光出射面（５）を備える前置光学系（４）とを有し、
前置光学系は、少なくとも１つの光源の光を供給するためのそれぞれ１つの光入力面（８）を備えかつ当該前置光学系の光出射面に位置する光出力面（９）を備える複数の導光要素（６）を有し、及び、前方に向かって交通エリアに投影し、
導光要素は、光入力面と光出力面との間に延在しており、
光出力面は光入力面よりも大きな面積を有し、
各導光要素は、側方では２つの側面（１０）によって、上方では１つの天井面（１１）によって、下方では１つの底面（１２）によって画成されており、及び、光出力面と光入力面との間で先細化されて延在するよう構成されており、
底面および／または天井面の幅は光出射面から出発して減少し、
少なくとも１つの導光要素（６）の底面（１２）および／または天井面（１１）は、光出力面（９）と光入力面（８）との間におけるその幅に関し、底面および／または天井面の最小幅（ｂｍ）を有する丁度１つの狭窄部（１４）を有すること
を特徴とする自動車投光器。
天井面（１１）および／または底面（１２）は、細い面取り部（１３）を介して両側で側面（１０）へ移行すること
を特徴とする請求項１に記載の自動車投光器。
複数の導光要素（６）は、マトリックス状の配置にまとめられていること
を特徴とする請求項１または２に記載の自動車投光器。
複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最下列の導光要素（６）が、狭窄部（１４）を有すること
を特徴とする請求項３に記載の自動車投光器。
複数の導光要素の少なくとも２列のマトリックスの最上列の導光要素（６）が、狭窄部（１４）を有すること
を特徴とする請求項３に記載の自動車投光器。
複数の導光要素（６）はそれらの前方領域において一体的に互いに結合されていること
を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の自動車投光器。
導光要素（６）の光出力面（９）は、前置光学系（４）の光出射面（５）に一致すること
を特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の自動車投光器。
狭窄部（１４）の幅（ｂｍ）は、光入力面（８）の幅（ｂｅ）の１０％〜８０％であること
を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の自動車投光器。
狭窄部（１４）は、光入力面（８）に近い側の導光要素（６）の半部分に形成されていること
を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の自動車投光器。