JP2022518503A - 自動車前照灯用照明装置及び自動車前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を回避しつつ付加的光分布を生成可能な照明装置の提供。【解決手段】自動車前照灯用の照明装置。該照明装置は、光線を第１放射方向（Ｘ１）へ出射する少なくとも１つの第１光源（５０）、前記少なくとも１つの第１光源（５０）の光線の少なくとも一部分を第２放射方向（Ｘ２）へ偏向するよう構成された偏向面（１１０）を有する第１偏向装置（１００）、及び、前記第１偏向装置（１００）によって偏向された光線の少なくとも一部分を第３放射方向（Ｘ３）へ偏向しかつ該照明装置（１０）の前方に光分布を形成するための互いに独立に制御可能かつ運動可能な複数の偏向要素を有する第２偏向装置（２００）を含む。前記第１偏向装置（１００）は少なくとも１つの第２光源（６０）を含み、該少なくとも１つの第２光源（６０）は当該第２光源の光線が出射可能な主放射方向を有し、前記少なくとも１つの第２光源（６０）は、前記主放射方向が前記第２放射方向（Ｘ２）に対し平行になるよう、前記第１偏向装置（１００）の偏向面（１１０）に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車前照灯用の照明装置であって、
該照明装置は以下：
・光線を第１放射方向へ射出する少なくとも１つの第１光源、
・前記少なくとも１つの第１光源の光線の少なくとも一部分を第２放射方向へ偏向するよう構成された偏向面を有する第１偏向装置、及び、
・前記第１偏向装置によって偏向された光線の少なくとも一部分を第３放射方向へ偏向しかつ該照明装置の前方に光分布を形成するための互いに独立に制御可能かつ運動可能な複数の偏向要素を有する第２偏向装置
を含む、照明装置に関する。

更に、本発明は、少なくとも１つの本発明の照明装置を含む自動車前照灯に関する。

現在の前照灯システムの開発に際しては、高速に変化可能でありかつ夫々の交通、道路及び照明条件に適合可能な可及的に高解像度の光像を道路に投影（投射）することに対する希望がますます大きくなっている。

概念「道路」はここでは説明の単純化のために使用されている。なぜなら、光像が実際に道路上に存在するか又は、例えば道路脇にまで、更に延伸するかについては、場所的条件に応じて異なることは明らかだからである。

原理的には、光像は自動車照明技術に関する関連法規に応じた垂直面への投影を用いて記述（規定）されるが、可変制御可能な反射器面は、多数のマイクロミラーから構成されており、第１発光手段から出射する光線を前照灯の放射方向へ反射する。

その際、夫々異なる光分布を伴う任意の光機能（照明機能）が実現可能であり、例えばロービーム用光分布、コーナリングライト用光分布、市街地ライト用光分布、アウトバーンライト用光分布、カーブライト用光分布、ハイビーム用光分布又はグレアフリーハイビームの結像（光分布）のようなものがある。更に、例えば危険サイン、ナビゲーション矢印、メーカーロゴ等のようなシンボル（サイン）投影も実行可能である。

マイクロミラー構成のために、好ましくは１つの光線当たり１つのデジタル画像が変調されることによって画像（複数）が生成されるいわゆる「デジタルライトプロセッシング（Digital Licht Processing）」投影技術―略称ＤＬＰ―が使用される。この場合、ピクセルとも称される、矩形状に配置された複数の可動マイクロミラーによって、光線（光ビーム）は複数の部分領域に分解され、そして、ピクセル毎に投影路内へ又は投影路外へ反射ないし偏向される。

この技術の基礎を形成するのは、好ましくは、複数のマイクロミラーのマトリックスの形での矩形状配置とその制御技術を含む光電要素、例えば「デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）」―略称ＤＭＤ―である。

ＤＭＤマイクロシステムは、マトリックス状に配置された複数のマイクロミラーアクチュエータ、即ち、例えば一辺の長さが凡そ７μｍの、傾動可能ないし旋回可能な複数のミラー面から構成される空間光変調器（Spatial Light Modulator、ＳＬＭ）である。ミラー面は静電界の作用によって可動であるように構成されている。

各マイクロミラーは（回転）角度（位置）が個別に調節可能であり、通常、２つの安定な最終状態を有し、例えば１秒以内に５０００回までこれらの最終状態の間で切替を行うことができる。

マイクロミラーの個数は投影される画像の解像度に対応し、１つのマイクロミラーは１つ以上のピクセルを描写することができる。最近では、メガピクセル領域の高解像度を有するＤＭＤチップが入手可能である。

現在使用されている自動車前照灯では、例えばグレアフリーハイビームのための、生成される光分布は、対向車が検出されると、例えば複数のＬＥＤ光源からなるマトリックスによって生成される光分布が該対向車の方向において暗くされる（減光される）よう、動的に制御されることができる。

一般的に、高解像度光システムの分野では、とりわけＤＭＤ技術の分野では、ＤＭＤを照明するために使用可能な光源による制限のためにフル機能の光（照明）機能を期待することができないという問題がある。とりわけ、（１００ルクス超の）大きな最大値と（ＥＣＥ測定スクリーンに応じて測定された）±２０°の幅を有するフル機能ハイビームは達成することができない。ＤＭＤないしＤＬＰモジュールによって生成可能なハイビーム用光分布は相対的に幅が狭く、その期待可能な最大幅は±１０°である。

このため、完全な幅のハイビームないしハイビーム用光分布を生成する更なる付加モジュールを追加する必要があるが、これらの付加モジュールは典型的には前照灯内の何れかの部位に配設される必要があり、設計及び自動車前照灯内において占有される構造空間の観点から不所望である。

本発明の課題は改善された照明装置を提供することである。

上記の課題は、第１偏向装置が少なくとも１つの第２光源を含み、該少なくとも１つの第２光源は当該第２光源の光線が出射（進行）可能な主放射方向を有し、少なくとも１つの第２光源は、主放射方向が第２放射方向に対し平行になるよう、第１偏向装置の偏向面に配置されることによって解決される。

少なくとも１つの第１光源は例えば照明装置の前方における基本照明ないし前域照明を実現するよう調整されており、例えば照明装置の前方におけるハイビーム用光分布のために、付加的光スポットを生成するないし第２偏向装置上へ結像する少なくとも１つの第２光源が設けられている。

少なくとも１つの第２光源の主放射方向は、第２放射方向に対し可及的にないしほぼ平行ないし完全に平行であることが望ましい。なぜなら、第２偏向装置は―ＤＭＤとして構成されている場合―極めて小さい光入射範囲で特徴付けられているからである、即ち、光線がＤＭＤのマイクロミラーに過度に急勾配で又は過度にフラットに当射すると、これによりマイクロミラーの後方照明が生じ得るが、これにより、投影（投射）する光像中に擾乱光（迷光）が生成され、それによって、自動車前照灯に使用される場合極めて重要な明暗コントラストが不良になるからである。

尤も、比較的小さい角度ずれは―これがＤＭＤの予め定められた角度範囲内にある限り―許容可能であり、複数の第２光源を使用する場合には、（これらの光源の互いに対するシフトによって）幾何学的に必要でもある。

概念「照明装置の前方に投影（投射）可能」が意味するものは照明装置が組み込まれている自動車の走行方向における投影（投射）であることに注意すべきである。

概念「走行方向」は、この文脈においては、駆動（運転）されている自動車が設計上想定されているように移動する方向を表す。技術的に可能な後退（バック）走行はこの関連においては走行方向としては定義されない。

「主放射方向」は、第１光源又は第２光源がその指向性のために最も強いないし最大の光を放射する方向として理解されるものである。

有利には、少なくとも１つの第２光源は第１偏向装置の偏向面の幾何学的中心に配置されており、該偏向面は好ましくは該少なくとも１つの第２光源のための穴部ないし開口部（Ausnehmung）を有することが可能である。

例えば幾何学的重心も幾何学的中心として理解される。これは、数学的に、１つの図形の内部の、この場合は１つの面の内部の、すべての点の平均に相当する。そのような面は、例えば二次超曲面（Quadrik）、即ち二次曲面としても構成可能である。

例えば、放物面（又は双曲面）の場合、放物面を形成するために放物線（又は双曲線）がその周りで回転される回転軸が放物面と交差する点も、幾何学的中心として理解される。

第１偏向装置は、例えば、当該第１偏向装置ないし偏向面が、少なくとも１つの第２光源が第２偏向装置に対して出射する光線が通過可能な穿孔部（Durchbruch）ないし開口部を有するよう、構成されることができる。

第１偏向装置は偏向面が配されている保持部を有し、該保持部は少なくとも１つの第２光源が配置される貫通孔部を有することが可能である。

本発明の実用に適する一実施形態では、保持部は、少なくとも１つの第２光源が発生する熱を排出するよう、冷却体として構成されかつ適合されることが可能である。

第１偏向装置は丁度１つの第２光源を有する場合、好都合であり得る。

少なくとも１つの第２光源は光変換手段を備えた発光ダイオード又はレーザ光源として構成されることが可能である。

レーザ装置は、通常、コヒーレントな単色光ないし狭い波長範囲の光を放射するが、自動車前照灯の場合、放射される光については、一般的に、白色混合光が好まれており、ないしは法的に要求（規定）されているため、レーザ装置の放射方向には、実質的に単色の光を白色光ないし多色光に変換するためのいわゆる光変換要素が配置される。なお、「白色光」とは、人間に「白色」の色印象を与えるスペクトル組成を有する光として理解されるものである。この光変換要素は、例えば、１つ以上のフォトルミネセンスコンバータないしフォトルミネセンス素子の形で構成される。レーザ装置から入射するレーザビームは、通常はフォトルミネセンス色素（着色物質）を含む光変換要素に当射し、このフォトルミネセンス色素をフォトルミネセンスのために励起するが、その際、レーザ装置が放射する光とは異なる波長ないし波長範囲の光が放出される。光変換要素の光放出は本質的にランベルト放射の特性を有する。

光変換要素については、反射型光変換要素と透過型光変換要素に区別される。

概念「反射」及び「透過」は、この場合、変換された白色光の青色成分に関するものである。透過型構成の場合、コンバータボディ（ボリューム）ないし変換要素を通り抜けた後の青色光成分の主伝搬方向は出発レーザビームの伝搬方向に対し実質的に同一に揃えられている。反射型構成の場合、レーザビームは変換要素に帰属する境界面において反射ないし偏向されるため、青色光成分は、通常は青色レーザビームとして生成されるレーザビームとは異なる伝搬方向を有する。

更に、少なくとも１つの第２光源は前置光学系を有し、該前置光学系はコリメータとして構成されることが可能である。

コリメータは、光線（複数）を互いに対し平行になるよう揃える（整列させる）よう構成された装置として理解されるものである。

有利には、少なくとも１つの第１光源には、前置光学系が後置（光出射方向下流側に配置）されることが可能である。

前置光学系は、従って、第１光源のビーム路において第１光源と第１偏向装置の間に位置する。

この場合、前置光学系はコリメータとして構成されることが可能である。

第２偏向装置は、アレイ状に並置され個別に又はグループ毎に制御可能な複数のマイクロミラーを有するデジタル式マイクロミラーアレイとして構成されることが有利に可能である。

各マイクロミラーは、その（傾動ないし回転）角度が個別に調整可能であり、通常は、当該マイクロミラーがそれらの間で傾動ないし回転可能な２つの安定な最終状態を有する。

有利には、第２偏向装置はＤＭＤとして構成可能である。

選択された偏向要素（複数）の個別の又はグループでの目標を定めた運動によって、照明装置の放射光分布の形状は、該放射光分布の内部における光強度分布も含めて変化することができる。放射光分布は、従って、その形状（広がり（Ausdehnung）及び／又は伸び（放射方向での延在長さ：Erstreckung））に関してもその明るさ分布に関しても動的に変更可能である。偏向要素の制御は、従って放射光分布の変化は、自動車の運転パラメータ（例えば車両速度、荷重（Beladung）、ステアリング角度、横加速度等）に依存して実行可能である。偏向要素の制御の際には、自動車の周囲（環境）パラメータ（例えば外部温度、降雨、自動車の周辺の検出された他の道路使用者等）も考慮可能である。

少なくとも１つの第１光源は少なくとも１つの発光ダイオードとして構成されることが可能である。

２つ以上の発光ダイオードが設けられる場合、各発光ダイオードは他の発光ダイオードから独立に制御可能であることが好ましい。

従って、各発光ダイオードは、（１つの）光源の他の発光ダイオードから独立にオンオフ切替可能であり、明暗調節可能な発光ダイオードの場合、（１つの）光源の他の発光ダイオードから独立に明暗調節可能でもあると有利である。

更に、照明装置は少なくとも２つの第１光源を、好ましくは丁度２つの第１光源を、含むことが可能である。

第１放射方向は第３放射方向に対し平行である場合、好都合であり得る。

第１偏向装置の偏向面はハイパボリックリフレクタ（双曲面反射器）として又はパラボリックリフレクタ（放物面反射器）として構成されることも可能である。

原理的には、偏向面は他の形状、例えば楕円面の形状を有することができる。

第１偏向装置は、少なくとも１つの第１光源の光線（複数）を、第２放射方向の方向において前記第２偏向装置の後方に（下流側に）位置する１つの点に集束することが可能である。

上記の課題は少なくとも１つの本発明の照明装置を有する自動車前照灯によっても解決される。

以下に、本発明は例示的図面を用いて詳細に説明されている。

第１光源と、第２光源を備えた第１偏向装置と、第２偏向装置を有する例示的一照明装置の斜視図。 図１の例示的照明装置の他の斜視図。 第１偏向装置の断面図。 正面側から見た第１偏向装置の斜視図。 背面側から見た第１偏向装置の斜視図。

図１は、自動車前照灯のための例示的一照明装置１０を示す。照明装置１０は、光線（複数）を第１放射方向Ｘ１へ放射するために設けられ、発光ダイオードとして構成された２つの第１光源５０と、偏向面１１０を有する第１偏向装置１００とを含む。偏向面１１０は、第１光源５０の光線（複数）の少なくとも一部分を第２放射方向Ｘ２へ偏向するよう適合（構成）されている。第１偏向装置１００は、更に、保持部１３０を含む。保持部１３０には、偏向面１１０が配されている（形成されている）ないしは結合（固定）されている。

２つの第１光源５０には夫々１つの前置光学系５１が後置（光放射方向下流側に配置）されている。前置光学系５１はコリメータとして構成されており、光源５０から放出された光線（複数）を互いに平行になるように揃える（整列する）。平行に揃えられた光線（複数）は第１偏向装置１００ないし偏向面１１０に放射（照射）される。

照明装置１０は、更に、アレイ状に並置され個別に又はグループ毎に制御可能な複数のマイクロミラーを有するデジタル式マイクロミラーアレイ（略してＤＭＤ）として構成された第２偏向装置２００を含む。マイクロミラー（複数）は互いに独立に制御及び運動可能である。マイクロミラー（複数）は、第１偏向装置１００によって偏向された光線（複数）の少なくとも一部分を第３放射方向Ｘ３へ偏向しかつ照明装置１０の前方に光分布を形成するために設けられている。

この場合、各マイクロミラーはその（傾動ないし回転）角度が個別に調節可能であり、通常は、当該マイクロミラーがそれらの間で傾動ないし回転可能な２つの安定な最終状態を有する。

第１放射方向Ｘ１は、図１及び図２示された例において明確に見出されるように、第３放射方向Ｘ３に対し平行に配向されている。

図３は第１偏向装置１００の詳細断面図であり、第１偏向装置１００が、第２光源６０の光線（複数）が出射（伝搬）可能な主放射方向Ａを有する第２光源６０を含むことを見出すことができる。第２光源６０は偏向面１１０の幾何学的中心に配置されている。このために、保持部１３０は、第２光源６０が配される貫通孔部１４０を有する。偏向面１１０は、第２光源６０のための穴部ないし開口部１２０を有するため、第２光源６０から出射（放出）可能な光線（複数）は第２放射方向Ｘ２の方向において第２偏向装置２００へと放射されることができる。この場合、第２光源６０の主放射方向Ａは第２放射方向Ｘ２に対し平行に配向されている、ないしは、第２光源６０は第１光源５０の光線が第１偏向装置１００によって偏向される方向と実質的に同じ方向へ放射を行う。

幾何学的中心は、例えば、幾何学的重心としても理解されるものである。これは、数学的に、１つの図形、この場合は１つの面、の内部にあるすべての点の平均に相当する。そのような面は、例えば二次超曲面（Quadrik）、従って二次曲面としても構成可能である。

偏向面１１０は、例えばパラボリックリフレクタ又はハイパボリックリフレクタないしリフレクタ面として構成されることも可能である。

この場合、放物面（又は双曲面）の場合、放物面（双曲面）を形成するために放物線（又は双曲線）がその周りで回転される回転軸が放物面（双曲面）と交差する点も、幾何学的中心として理解可能である。

偏向面１１０ないし第１偏向装置１００は、第１光源の光線（複数）が実質的に１つの点に集束されるようにも構成可能であり、該点は第２放射方向Ｘ２の方向において第２偏向装置２００の後方に位置する。

この点は空間的広がりを有する１つの領域としても理解可能であり、これは、一般的には、複数の（２つの）第１光源５０の一方の平行に揃えられた光線（複数）が他方の第１光源５０の平行に揃えられた光線（複数）と１つの点ないし領域において交差することを意味する。

第２光源６０は、図示の例では、光変換要素を備えたレーザ光源として構成されている。第２光源６０には、主放射方向Ａにおいて、コリメータとして構成されている前置光学系６１が後置（光放射方向下流側に配置）されている。

図４は第１偏向装置１００を正面側から見た斜視図であり、同図においても、偏向面１１０と、該偏向面１１０に形成された穴部ないし開口部１２０を見出すことができる。

図５は第１偏向装置１００を背面側から見た斜視図であり、保持部１３０を一層明確に見出すことができる。保持部１３０は冷却体として構成されており、該冷却体は、第２光源６０に発生する熱を、好ましくは周囲へ、排出するよう、適合（構成）されている。

１０ 照明装置
５０ 第１光源
５１ 第１光源の前置光学系
６０ 第２光源
６１ 第２光源の前置光学系
１００ 第１偏向装置
１１０ 偏向面
１２０ 偏向面の穴部ないし開口部
１３０ 保持部
１４０ 保持部の貫通孔部
２００ 第２偏向装置
Ｘ１ 第１放射方向
Ｘ２ 第２放射方向
Ｘ３ 第３放射方向
Ａ 主放射方向

Claims (15)

1. 自動車前照灯用の照明装置であって、
   該照明装置は以下：
   ・光線を第１放射方向（Ｘ１）へ出射する少なくとも１つの第１光源（５０）、
   ・前記少なくとも１つの第１光源（５０）の光線の少なくとも一部分を第２放射方向（Ｘ２）へ偏向するよう構成された偏向面（１１０）を有する第１偏向装置（１００）、及び、
   ・前記第１偏向装置（１００）によって偏向された光線の少なくとも一部分を第３放射方向（Ｘ３）へ偏向しかつ該照明装置（１０）の前方に光分布を形成するための互いに独立に制御可能かつ運動可能な複数の偏向要素を有する第２偏向装置（２００）
   を含み、
   前記第１偏向装置（１００）は少なくとも１つの第２光源（６０）を含み、該少なくとも１つの第２光源（６０）は当該第２光源の光線が出射可能な主放射方向を有し、
   前記少なくとも１つの第２光源（６０）は、前記主放射方向が前記第２放射方向（Ｘ２）に対し平行になるよう、前記第１偏向装置（１００）の偏向面（１１０）に配置されていること
   を特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記少なくとも１つの第２光源（６０）は前記第１偏向装置（１００）の偏向面（１１０）の幾何学的中心に配置されていること、該偏向面（１１０）は好ましくは該少なくとも１つの第２光源（６０）のための穴部（１２０）を有すること
   を特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置において、
   前記第１偏向装置（１００）は前記偏向面（１１０）が配されている保持部（１３０）を有すること、該保持部（１３０）は前記少なくとも１つの第２光源（６０）が配置される貫通孔部（１４０）を有すること
   を特徴とする照明装置。
4. 請求項３に記載の照明装置において、
   前記保持部（１３０）は、前記少なくとも１つの第２光源（６０）が発生する熱を排出するよう、冷却体として構成されかつ適合されていること
   を特徴とする照明装置。
5. 請求項１～４の何れかに記載の照明装置において、
   前記第１偏向装置（１００）は丁度１つの第２光源（６０）を有すること
   を特徴とする照明装置。
6. 請求項１～５の何れかに記載の照明装置において、
   前記少なくとも１つの第２光源（６０）は光変換手段を備えた発光ダイオード又はレーザ光源として構成されていること
   を特徴とする照明装置。
7. 請求項１～６の何れかに記載の照明装置において、
   前記少なくとも１つの第２光源（６０）は前置光学系（６１）を有すること、該前置光学系（６１）はコリメータとして構成されていること
   を特徴とする照明装置。
8. 請求項１～７の何れかに記載の照明装置において、
   前記少なくとも１つの第１光源（５０）には、前置光学系（５１）が後置されていること、該前置光学系（５１）は好ましくはコリメータとして構成されていること
   を特徴とする照明装置。
9. 請求項１～８の何れかに記載の照明装置において、
   前記第２偏向装置（２００）は、アレイ状に並置され個別に又はグループ毎に制御可能な複数のマイクロミラーを有するデジタル式マイクロミラーアレイとして構成されていること
   を特徴とする照明装置。
10. 請求項１～９の何れかに記載の照明装置において、
    前記少なくとも１つの第１光源（５０）は少なくとも１つの発光ダイオードとして構成されていること
    を特徴とする照明装置。
11. 請求項１～１０の何れかに記載の照明装置において、
    該照明装置（１０）は少なくとも２つの第１光源（５０）を、好ましくは丁度２つの第１光源（５０）を、含むこと
    を特徴とする照明装置。
12. 請求項１～１１の何れかに記載の照明装置において、
    前記第１放射方向（Ｘ１）は前記第３放射方向（Ｘ３）に対し平行であること
    を特徴とする照明装置。
13. 請求項１～１２の何れかに記載の照明装置において、
    前記第１偏向装置（１００）の偏向面（１１０）はハイパボリック又はパラボリックリフレクタとして構成されていること
    を特徴とする照明装置。
14. 請求項１～１３の何れかに記載の照明装置において、
    前記第１偏向装置（１００）は、前記少なくとも１つの第１光源（５０）の光線を、前記第２放射方向（Ｘ２）の方向において前記第２偏向装置（２００）の後方に位置する１つの点に集束すること
    を特徴とする照明装置。
15. 請求項１～１４の何れかに記載の照明装置を少なくとも１つ含む自動車前照灯。

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