JP2023182555A - ヘッドライト用ビーム整形導波路 - Google Patents

Abstract

【課題】ロービーム光及びハイビーム光の両方の照明パターンを整形及び投射する簡易化された自動車用ヘッドランプを提供する。【解決手段】ＬＥＤ光源１０２と、ＬＥＤ光源から受光した光を光パターンに整形するように構成された屈折面アレイを有する少なくとも１つの導波路１０４と、光パターンを受光し、受光した光パターンを自動車から外に投射するように構成された投射レンズ１０６と、を含む。第１の導波路が、ＬＥＤ光源から受光した光をロービーム光パターンに整形してよい。第２の導波路が、ＬＥＤ光源から受光した光をハイビーム光パターンに整形してよい。ハイビーム光パターンを生成することは、ＬＥＤ光源から受光した光を、第１及び第２の導波路の両方に通して整形することを含んでよい。この１つ以上の導波路は又、導波路のボディから延びて、放射される光パターンを更に整形する１つ以上の突起部を含んでよい。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照によってその全開示内容が本明細書に組み込まれている、２０２２年６月１４日に出願された米国特許仮出願第６３／３５２，１０８号の利益を主張するものである。

本発明は、自動車のライトに関し、特に、ハイビーム及びロービームの自動車用ヘッドライト及び作業用ライトに適するビームパターンを形成する導波路に関する。

自動車は、典型的には、車内及び自動車周辺の特定エリアを照明する自動車用のランプ又はライトが多数装備されている。幾つかのライトは、車内の複数エリアを照明するようにマウント及び構成されてよく、別の幾つかのライトは、車外の複数エリアを照明するようにマウント及び構成されてよい。典型的には、車内ライトは、運転者の出入り、又は自動車の運転及び制御を容易にするエリアを照明することが可能である。車外ライトは、やはり、運転者の出入りを容易にすることが可能であり、又、他の車外エリアを照明するようにも構成されてよい。例えば、ヘッドライト及びフォグランプ等の車外ライトは、進行路を照らすための前方照明、並びに安全のため又は機能を表示するための後方照明又は側方照明（例えば、後退指示灯、方向指示器、テールランプ、及びブレーキランプ）を提供することが可能である。作業用自動車では、車外ライトは、作業エリアを照明するためにも設けられてよく、典型的には作業用自動車の運転台の前方に位置してよい。

光が少ない、暗いエリアや夜間を自動車で走行しているときに進行路の前方を照明するように構成された車外照明に関しては、自動車は、多くの場合、ロービーム及びハイビームの両方のヘッドライト又はヘッドランプの組み合わせを含む。ロービームは、ハイビームに比べて比較的短距離の照明パターンを提供し、その照明パターンは、道路を照明する際に対向車の運転者の視野がぼやけて悪化することのないように、地表に向けて角度を付けられている。一方、ハイビームは、ロービームの照明エリアより高い遠くのエリアを照明することに好適な長距離の照明パターンを提供し、特に、街路照明又は他の頭上照明がない道路に好適である。

図１４の先行技術システム１０に示すように、従来の自動車用ヘッドランプでは、ロービーム又はハイビームのいずれの構成においても、ハロゲン球のような電球１２がパラボラ反射鏡１４の中に置かれてよい。電球１２から放射される光１６は、大部分がパラボラ反射鏡１４の内側表面から外に向けて反射されて平行になる。そして前部レンズ１８が放射光２０を、道路の、ロービーム又はハイビームのいずれかの所望の照明パターンに対応する部分に当てるように方向付ける。

先行技術では、システム１０を改良し、道路の照明を簡略化することに努力が払われてきた。そのような先行技術の実施形態では、図１５に示すように、従来のパラボラ反射鏡１４は、階段状に配列された複数の内側鏡面で形成されたユニタリ反射鏡２２に置き換えられている。そのような反射鏡２２は、前部レンズ１８がない状態で、電球のフィラメントから放射される光の大部分を平行にし、同時に、放射光２０を所望の照明パターンに方向付ける。そのような改良には、自動車用ヘッドランプアセンブリから前部レンズ１８を省けるという利点がある。しかしながら、そのような先行技術の実施形態は全て、反射鏡に当たった放射光だけを平行にして方向付けることに能力を限定されたままである。即ち、電球の前方に方向付けられた光は、反射鏡１４、２２には当たらず、平行にされないため、所望の場所に向けて適切に方向を変えられることができず、このことは前部レンズ１８があってもなくても同じである。

電球ベースの自動車用ヘッドランプの改良のより最近の開発では、図１６の先行技術システムに示すように、デュアルビームヘッドライトが導入されており、これは、ロービーム及びハイビームの両方を単一ヘッドランプシステムに組み込んだものである。そのようなデュアルビームヘッドランプは、従来のヘッドランプよりカンデラが大きい単一電球１２又は他の光発生器を備える。このシステムは、パラボラ反射鏡１２、２２ではなく楕円反射鏡２４を利用してよく、これは、放射光２０を平行にするのではなく、光１６を、反射鏡２４の前端部に近接する焦点２６にフォーカスさせる。焦点２６を通過して投射レンズ１８に向かう光１６の形状及び輝度を変化させるために、ソレノイド３０によって整形シールド２８が焦点２６を目指して選択的に延ばされてよく、投射レンズ１８は放射光２０を道路上に送る。図１６に示した先行技術のデュアルビームシステムは、整形シールド２８を選択的に作動させることにより、単一の共通電球１２及び反射鏡２４を利用しながらハイビーム動作とロービーム動作との間で調節されることが可能である。しかしながら、そのような従来のデュアルビームシステムは、エネルギ消費量が多く信頼性が低いハロゲン電球又はキセノン電球に依存する状況が続く。そのような先行技術システムは、ロービーム動作とハイビーム動作との間の調節のためにソレノイドを機械的に作動させる必要があり、そのために複雑化して機械的故障を起こしやすい。

電球ベースのシステムに代わる自動車用ヘッドライトの代替的発展として、ＬＥＤベースのシステムもあった。ＬＥＤベースのシステムの一形態として反射鏡ヘッドライトがあり、これは、図１４に示した反射鏡２２と同様の、階段状に配列された複数の内側鏡面で形成された反射鏡にＬＥＤ又はＬＥＤのアレイが光を当てるものである。更に別のシステムとして、一般に投射システムと呼ばれるものがあり、これは、ＬＥＤ光源と、図１６に示したレンズ１８と同様の前部レンズとを組み合わせたものであり、前部レンズは、反射鏡から出た光を凝集及び／又は方向変更するように動作可能である。幾つかの投射ベースの先行技術システムでは、光ビーム出力は、光の一部が反射鏡からレンズに向かうことを阻止されるように、ＬＥＤがマウントされている表面によってある程度整形されることが可能である。更に又、デュアル光源を内蔵してロービーム照明及びハイビーム照明の両方を提供するＬＥＤ投射システム、即ち、バイＬＥＤ投射システムでは、各ＬＥＤが、向かい合う表面のそれぞれにマウントされてよく、それらの表面のそれぞれの反射鏡がナイフエッジで当接し、ナイフエッジが更に、レンズに向かう光のビーム形状を画定する。更に、昨今のＬＥＤベースのヘッドライトシステムは、それらの、ハイビーム用／ロービーム用の異なる反射鏡の組み合わせ、及び／又は、反射鏡と別個の投射器との組み合わせにおいて、ますます複雑化している。

そこで、信頼性が低くエネルギ消費が多い電球、能動機械部品、又は制限の多いＬＥＤ反射鏡及び投射器を使用せずに、ロービーム光及びハイビーム光の両方の照明パターンを整形及び投射する簡易化されたソリューションを提供する自動車用ヘッドランプ製品が必要とされている。又、他のＬＥＤベースのシステムより物理的に小さく、様々な国々の照明規格に対応するための修正が容易に可能なシステムも必要とされている。

本発明は、ハイビーム及び／又はロービームの自動車用ヘッドライト及び作業用ライトに適するビームパターンを形成するレンズアセンブリが組み込まれたＬＥＤ受光導波路を企図している。

本発明による自動車用ヘッドライトアセンブリは、自動車で使用されるライトシステムの形態であってよい。一態様では、照明システムは、自動車にマウントされて、作動時に光を放射するように構成された、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と、少なくとも１つのＬＥＤ光源から放射された光を第１の端部において受光し、反対側の第２の端部において光パターンを出力するように構成された少なくとも１つの導波路と、を含んでよい。少なくとも１つの導波路は、第１の端部と第２の端部との間の導波路のボディの中に配置された屈折面アレイを有してよい。屈折面アレイは、ＬＥＤ光源から受光した光を整形して、導波路の第２の端部において光パターンを形成するように構成されてよく、この光パターンは、導波路の第２の端部に近接して配置された投射レンズに渡される。投射レンズは、光パターンを受光し、受光した光パターンを自動車の前方の道路に向かって投射するように構成されている。概して、本発明の導波路は、光を放射して、自動車用ヘッドライトで使用される所望の光パターンにするように構成されている。

そして、特に、本発明の一態様は、自動車のヘッドライトにおいてロービーム光パターンを形成するように適合された第１の導波路と、自動車のヘッドライトにおいてハイビーム光パターンの少なくとも一部を形成するように適合された第２の導波路と、を含んでよい。

本発明の別の態様は、対応する導波路の中に配置された屈折面アレイを含んでよく、屈折面アレイは、導波路のボディの中に配置されたボイドと、ボイドの上流にある集光レンズと、ボイドの下流にある再分配面と、を含む。集光レンズは、光を屈折再分配面の周囲に非対称に分散させるように構成されてよく、再分配面は、受光した光を平行にするように構成されてよい。

本発明の別の態様では、アレイの再分配面は、受光した光の方向を変えて非対称のロービーム光パターン又はハイビーム光パターンにするように構成及び方向を変化させる複数の屈折面を含んでよい。

当業者であれば、以下の詳細説明及び添付図面から、本発明の他の態様、特徴、及び利点が明らかになるであろう。しかしながら、当然のこととして、詳細説明及び具体的な実施例は、本発明の特定の実施形態を示すものであって、限定ではなく例示として示すものである。本発明の趣旨から逸脱しない限り、本発明の範囲内で様々な変更及び修正が行われてよく、本発明はそのような修正を全て包含する。

本明細書に添付されて本明細書の一部を成す図面に示された例示的な（従って、非限定的な）実施形態を参照することによって、本発明を構成する利点及び特徴、並びに本発明によって実現される典型的なメカニズムの構造及び動作の明確な概念が一層容易に明らかになるであろう。類似の参照符号は、複数の図面にあってよい同等の要素を指す。図面は以下のとおりである。

図面に示されている本発明の実施形態を説明する際には、分かりやすさのために特定の術語に頼ることになる。しかしながら、そのように選択された特定の用語に本発明が限定されることは意図しておらず、当然のことながら、各特定用語は、同様の目的を達成するために同様に動作する全ての技術的等価物を包含する。例えば、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「取り付けられた（ａｔｔａｃｈｅｄ）」という語、又はこれらと同様の用語がしばしば使用される。これらは、直接の接続又は取り付けに限定されず、等価な接続又は取り付けであると当業者が認識する、他の要素への接続又は取り付けも包含する。

本発明の一実施形態による自動車用ヘッドライトシステムの側面断面図である。 自動車用ヘッドライトで使用されるように構成された、本発明の一実施形態による導波路の背面上面斜視図である。 図５に示した導波路の正面上面斜視図である。 本発明の一実施形態による、ロービームヘッドライトからの光放射外形の正面図である。 図４Ａのロービームヘッドライトからの光放射外形の上面図である。 本発明の一実施形態による、ハイビームヘッドライトからの光放射外形の正面図である。 図４Ｃのハイビームヘッドライトからの光放射外形の上面図である。 自動車用ヘッドライトで使用されるように構成された、本発明の一実施形態によるロービーム導波路の正面上面斜視図である。 図５に示したロービーム導波路の底面斜視図である。 図５に示したロービーム導波路の正面図である。 自動車用ヘッドライトで使用されるように構成された、本発明の一実施形態によるハイビーム導波路の正面上面斜視図である。 マウント用構造を含む、図８に示したビーム導波路の正面上面斜視図である。 図９に示したハイビーム導波路の正面図である。 図８のロービーム導波路及び図９のハイビーム導波路を受けるように構成されたマウント面に取り付けられたロービーム及びハイビームのＬＥＤアレイの正面図である。 ロービーム導波路、ハイビーム導波路、及びこれらの対応するＬＥＤアレイを含む、本発明の一実施形態による自動車用ヘッドライトアセンブリの正面上面斜視図である。 投射レンズを含む、図１５のアセンブリの別の正面斜視図である。 先行技術による自動車用ヘッドランプシステムの側面断面図である。 先行技術による自動車用ヘッドランプシステムの別の実施形態の側面断面図である。 先行技術による自動車用ヘッドランプシステムの更に別の実施形態の側面断面図である。

以下の記述において詳細に示される非限定的な実施形態を参照しながら、本明細書に開示の主題の様々な特徴及び有利な細部をより詳細に説明する。

以下の記述では、開示全体を通して類似の参照符号は類似の要素を表している。まず図１～４を参照すると、最初の図１では、本発明の一実施形態による自動車用照明システム１００が、ＬＥＤ光源１０２、導波路１０４、及び投射レンズ１０６を含む。ＬＥＤ光源１０２は、単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は平面構造として配列されたＬＥＤのアレイであってよい。最先端の自動車用ＬＥＤアレイは、例えば、総放射面が０．５～５．０ｍｍ^２の範囲にあってよい。従来のハロゲン又はキセノンの自動車用ヘッドランプ球１２と異なり、ＬＥＤ光源１０２の放射面１０８は、フラットな（即ち、２次元の）面放射器１０８であり、これは、湾曲した電球の弧状面の周囲と異なり、主に前向き方向に光１１０を放射する。従って、湾曲面又は弧状面の周囲の光放射がないため、先行技術の自動車用ヘッドランプで利用されるパラボラ反射鏡１４、２２又は楕円反射鏡２４のような円錐形反射鏡の必要性は小さい。更に、アレイ内の個々のＬＥＤ素子のそれぞれには、固有の、更には可変の電流が個別に供給されてよい。アレイ内の各ＬＥＤに供給される電流がこのように異なることにより、各ＬＥＤから放射される光量をよりよく制御することが可能になり、それによって、放射光１１０の強度をよりよく制御することが可能になる。更に又、当然のことながら、本発明は、あらゆる形態のＬＥＤ素子での使用に好適であり、そのようなＬＥＤ素子として、青色ＬＥＤ励起蛍光体を使用して白色光を放射する白色ＬＥＤ、並びに青色レーザ励起蛍光体を使用して高輝度照明を提供するレーザダイオードがあり、これらに限定されない。

次に導波路１０４に注目すると、導波路１０４は、ＬＥＤ光源１０２から放射された入力光１１０を受光するように構成された第１の端部１１２から、光１１０を投射レンズ１０６に出力するように構成された、反対側の第２の端部１１４まで延びる。導波路１０４のボディ１１６は、長手軸に沿って第１の端部１１２から反対側の第２の端部１１４まで延び、全体として、光１１０が第２の端部１１４に向かって進む際の経路を画定する。導波路１０４は、典型的な屈折率が１．３５～１．６５である、透明度の高いポリマー材料（例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））で成形されてよく、これらは、第１の端部１０２から第２の端部１１２まで進む光の内部反射に好適である。本発明の一代替実施形態では、導波路１０４はガラスで成形されてもよい。

次に図５及び６を参照すると、本発明の一実施形態による導波路１０４の詳細な実施形態が示されており、ボディ１１６は更に、上面１１８、下面１２０、右側面１２２、及び左側面１２４を含んでよい。導波路１０４は、全体としては、厚さが２．０～１０．０ミリメートル、長さが１０．０～１００．０ミリメートルであってよい平面構造である。しかしながら、当然のこととして、与えられた範囲の厚さ及び長さ、並びに、後で詳述する、放射光１１０の所望の整形を実現するために選択される厚さ及び長さの任意の組み合わせ又はバリエーションも、十分に本発明の範囲内にある。図１～３に示すように、導波路１０４の右側面１２２と左側面１２４は平行ではなく、むしろ、第１の端部１１２から反対側の第２の端部１１４に向かって外側にフレア状に広がっており、それによって、導波路１０４は、第２の端部１１４が第１の端部１１２より長い、ほぼＶ字形を形成し、同時に、第２の端部１１４から放射されるまでボディ１１６の中を進む光の内部反射及び／又は内部全反射を継続させることが可能である。更に、導波路１０４の厚さも、第１の端部１１２から第２の端部１１４に向かって増えてよい。後で詳述するように、放射光１１０の所望の整形を達成するためにボディ１１６の長さに沿って導波路１０４の幅及び厚さを変化させることは、十分に本発明の範囲内にある。

引き続き導波路１０４を参照すると、第１の端部１１２は、ＬＥＤ光源１０２からの光１１０を受光するように構成された入力面１２６を画定する。放射光１１０のより多くの部分が導波路１０４内に方向付けられるように、入力面１２６は、ＬＥＤ光源１０２の面放射器１０８と物理的に接触するように構成されてよく、又はほぼ面放射器１０８の付近にあってよい。入力面１２６で受光された光は、導波路１０４のボディ１１６内を通り、第２の端部１１４の付近に配置された出力面１２８に向かって伝搬する。導波路１４のボディ１１６を通って進む間、光の全て又はほとんどが上面１１８、下面１２０、右側面１２４、及び左側面１２６から反射されてよく、各面１１８、１２０、１２４、及び１２６は、ビーム整形の一役割を果たし、それを行うための適切な構成及び方向付けがなされている。導波路１０４を取り巻く環境が、導波路１０４より光学的密度が低い物質（即ち、屈折率が導波路１０４より低い物質）であるとすると、入射角度が、スネルの法則で規定される臨界角度より大きければ内部全反射が起こるため、内部ボディ１１６全体にわたって光を出力面１２８に向けて反射させるために導波路１０４の外面に反射性の又はある程度反射性のコーティングを塗布することが不要である。

引き続き導波路１０４を参照すると、図２及び３に示すように、導波路１０４のボディ１１６内にレンズアセンブリ１３０が配置されている。レンズアセンブリ１３０は、ボディ１１６内に位置するボイド１３６の対向する面に集光レンズ１３２及び再分配面１３４の両方が配置されてよい。レンズアセンブリ１３０は、これらの組み合わせで、光１１０を、出力面１２８から放射される所望の光出力パターン１３８に整形するように構成されており、これは図４Ａ～４Ｄに示すように表れる。レンズアセンブリ１３０は更に、その所望の光出力パターン１３８の中に、光強度が相対的に高いエリアと低いエリアとを形成してよい。即ち、レンズアセンブリ１３０は、光出力パターン１３８内の光の構造を整形し、且つ、光の強度を非対称に又は可変的に変化させる。より具体的には、集光レンズ１３２は、光１１０が導波路１０４の長手面に沿って進む際に光１１０を平行にして集光するように構成されている。集光されて平行にされた光１１０は、ボイド１３６を横切って進んで再分配面１３４に受光される。図２、３、５、及び６に示すように、再分配面１３４は、複数の直線部分又は平面区画１４０の屈折面を含んでよい。再分配面１３４の各個別区画１４０の、横断面及び前面の両方に沿った、即ち、導波路１０４の長手軸に垂直な方向のそれぞれの長さ、厚さ、表面積、及び包囲によって、出力面１２８から放射される所望の光出力パターン１３８の結果としての形状が変わる。更に、集光レンズ１３２の１つ以上のパラメータ（例えば、焦点距離）の関数としての、各セグメント１４０に与えられる非対称な光量が、光出力パターン１３８の所与の部分における相対的な光強度に更なる影響を及ぼしうる。

次に、図１に示した自動車用照明システム１００の投射レンズ１０６に注目すると、投射レンズは、導波路１０４の第２の端部１１４に位置する出力面１２８からの光出力パターン１３８を受光するように構成されている。光出力パターン１３８は、ロービームパターン又はハイビームパターンのいずれかであってよく、投射レンズ１０６を通して外向き且つ下向きに道路上に投射される。プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置された１つ以上のＬＥＤを含み得るＬＥＤ光源１０２がコンパクトであることと、導波路１０４の長さが典型的には１０～１００ミリメートルであることとの結果として、導波路１０４の第２の端部１１４に位置する出力面１２８からの光出力パターン１３８は狭く抑えられる。従って、投射レンズ１０６のレンズ径は、１０．０～１００．０ミリメートルの距離まで小さくでき、焦点距離も１０．０～１００．０ミリメートルである。全体として、比較的小径の投射レンズ１０６を、薄いＬＥＤ光源１０２及び比較的短い導波路１０４と組み合わせることにより、ハロゲン球１２及び反射鏡１４、２２、２４を利用した従来の自動車用ライトより実質的にコンパクトな自動車用照明システム１００が得られる。

更に、導波路１０４の厚さを比較的最小限の１．０～１０．０ミリメートルに抑えることにより、本発明の一代替実施形態の中に複数の導波路１０４をコンパクトにスタックすることが可能である。より具体的には、図７Ａ～１３に示すように、本発明による自動車用照明システム２００の一代替実施形態において、システム２００は第１の導波路２００Ａ及び第２の導波路２００Ｂを含んでよく、これらは、共通又は別個のＬＥＤ光源２０２並びに共通の投射レンズ２０６との組み合わせで利用される。以下の記述では、当然のことながら、システム２００は既述のシステム１００とほぼ同様であり、導波路１０４を第１の導波路２０４Ａ及び第２の導波路２００Ｂに大きく置き換えること以外は、類似の特徴が類似の参照符号で識別され、それらの参照符号は百の位が数字の「２」で始まるように大きくなっている。

システム２００では、第１の導波路２００Ａは、ロービーム光パターンに対応する第１の光パターン２３８Ａを放射するように構成されてよく、第２の導波路２０４Ｂは、ハイビーム光パターンに対応する第２の光パターン２３８Ｂを放射するように構成されてよい。より具体的には、上述したように、それぞれの導波路２１４Ａ、２１４Ｂの中に配置されたレンズアセンブリ２３０は、光２１０を、対応する出力面２２８Ａ、２２８Ｂから放射される所望の光出力パターン２３８Ａ、２３８Ｂに整形するように構成されてよい。システム２００の対応する光出力パターン２３８Ａ、２３８Ｂは図４Ａ～４Ｄに示すように表れ、第１の光パターン２３８Ａの外形は、規制上の要件に準拠するように、それぞれの導波路２０４Ａの整形によって制御されてよい。より具体的には、第１の光パターン２３８Ａは、図４Ｂに示すように、道路のセンターラインの向こう側の対向車線に対する照明を減らすように、自動車から約３０メートルを超える距離において、自動車運転者の視野の左側の照明を選択的に減らしてよい。同様に、図４Ｃ及び４Ｄに示すように、第２の光パターン２３８Ｂの外形は、規制上の要件に準拠するように、それぞれの導波路２０４Ｂの整形によって制御されてよい。より具体的には、第２の光パターン２３８Ｂは、その中に第１の光パターン２３８Ａをそれぞれ組み込むハイビーム光パターンであって、図４Ｃ及び４Ｄに示すようにハイビーム照明が自動車の前方のエリアに絞られるように、自動車から３０メートルを超える距離において、道路の上方のかさ上げされた高さを追加照明してよく、同時に、自動車から約３０メートルを超える距離において、自動車運転者の視野の左側及び右側の両方に対するハイビーム照明を選択的に先細にしてよい。

引き続き図４Ａ～１３、より具体的には図５～８を参照すると、第１の導波路２０４Ａは、自動車用ロービーム照明を発生させる場合に使用するように構成され、一方、第２の導波路２０４Ｂは、自動車用ハイビーム照明を発生させる場合に、単独で、又は第１の導波路２０４Ｂとの組み合わせで使用するように構成される。第１の導波路２０４Ａは、導波路１０４の説明で上述した特徴を含み、これは、第１の端部２１２Ａから反対側の第２の端部２１４Ａまでを含み、第１の端部２１２Ａは、ＬＥＤ光源２０２から放射された入力光２１０を受光するように構成されており、第２の端部２１４Ａは、光パターン２３８Ａの形態の光２１０Ａを第２の端部２１４Ａから投射レンズ２０６へ出力するように構成されている。導波路２０４Ａのボディ２１６Ａは、長手軸に沿って第１の端部２１２Ａから反対側の第２の端部２１４Ａまで延び、全体として、光２１０が第２の端部２１４Ａに向かって進む際の経路を画定する。ボディ２１６Ａは更に、上面２１８Ａ、下面２２０Ａ、右側面２２２Ａ、及び左側面２２４Ａを含んでよい。第１の端部２１２Ａは、ＬＥＤ光源２０２からの光２１０を受光するように構成された入力面２２６Ａを画定する。放射光２１０のより多くの部分が導波路２０４Ａ内に方向付けられるように、入力面２２６Ａは、ＬＥＤ光源２０２の面放射器２０８と物理的に接触するように構成されてよく、又はほぼ面放射器２０８の付近にあってよい。導波路２０４Ａのボディ２１６Ａ内にレンズアセンブリ２３０Ａが配置されている。システム１００の先の説明で述べたように、レンズアセンブリ２３０Ａは、ボディ２１６Ａ内に位置するボイド２３６Ａの対向する面に集光レンズ２３２Ａ及び再分配面２３４Ａの両方が配置されてよい。

更に又、本発明の一実施形態では、図５～８に示すように、第１の光パターン２３８Ａは更に、複数の直線部分又は平面区画２４０Ａからなる再分配面２３４Ａによって修正されてよい。より具体的には、区画２４０Ａの高さがボディ２１６Ａの高さより低くてよく、それによって、区画２４０Ａの１つ以上の個別列２４２Ａが、レンズアセンブリ２３０Ａの再分配面２３４Ａに組み込まれてよい。即ち、再分配面２３４Ａの１つの区画２４０Ａが、導波路２０４Ａのボディ２１６Ａの幅一杯に延びる必要はない。例えば、図６に見られるように、区画２４０Ａの厚さ又は深さは、ボディ２１６Ａの厚さ又は深さより薄くてよく又は浅くてよく、それによって、複数の区画２４０Ａが互いにスタックされて、導波路２０４Ａから出力される第１の光パターン２３８Ａがその垂直軸付近で更になおカスタマイズ可能になる。上述のように、出力光パターン２３８Ａのそのようなカスタマイズは、自動車の適用安全規制を遵守する文脈において特に重要である。

更に、図５～７に示すように、第１の導波路２０４Ａの幅は、第２の導波路２０４Ｂの幅より広いことに注目されたい。第１の導波路２０４Ａの幅が相対的に大きくなると、これに対応して、ＬＥＤ光源２０２の反対側の第２の端部２１４Ａにある、第１の導波路２０４Ａの光出力面２２８Ａが相対的に大きくなる。光出力面２２８Ａが大きくなることは、図４Ｂに示して上述したように、自動車の対応するロービームパターン即ち第１の光パターン２３８Ａが呈する道路照明のエリアが広くなることと互いに関係がある。

第１の導波路２０４Ａは、図５及び７に示すように、その幅が相対的に大きくなっていることに加えて、その相対側面２１８Ａ、２２０Ａ、２２２Ａ、２２４Ａ、及び／又は出力面２２８Ａのうちの任意の１つ以上の面の外側表面２４６Ａの付近に１つ以上の非対称な延長部又は突起部２４４Ａを呈してもよい。非限定的な例として、ロービーム導波路２０４Ａは、その外側表面２４６Ａの、側面２２０Ａに隣接する上面２１８Ａに沿って配置された球状の突出部又は突起部２４４Ａを含んでよく、これは、システム２００が左ヘッドランプ位置にマウントされている場合のロービームパターン即ち第１の光パターン２３８Ａの中間部分に対応する。突起部２４４Ａは、大まかには、第１の導波路２０４Ａのボディ２１６Ａより厚くなっていることを示す。結果として、対応するロービーム光出力パターン２３８Ａは、その中間部分に向かって高さが増えてよく、相対的に、その反対側の縁部分即ち遠位部分に沿って高さが減ってよい。別の非限定的な実施形態では、第１の導波路２０４Ａは又、光出力面２２８Ａにある第２の端部２１４Ａの上部エッジに沿って延びる、大まかには図５及び６に示すようなシュラウドの形態の突起部２４４Ａを含んでよい。

第２の端部２１４Ａの付近にある突起部２４４Ａに加えて、第１の導波路２０４Ａは更に、後で詳述するように、第１の導波路２０４ＡがＬＥＤ光源２０２にしっかりと固定されることが可能になるように、反対側の第１の端部２１２Ａから外側に延びる１つ以上のマウント用延長部２４８Ａを含んでよい。非限定的な一実施形態では、マウント用延長部２４８Ａは、大まかには、ペグ２５０Ａ及び／又は脚２５２Ａを含み、ペグ２５０Ａは、ＬＥＤ光源２０２が配置されているマウント面のアパーチャに収容されるように構成されており、脚２５２Ａは、ＬＥＤ光源２０２が配置されているマウント面と係合するように構成されている。図６に示すように、対向するペグ２５０Ａ同士は円周が異なってよく、これは、システム２００の組み立て時に、第１の導波路２０４Ａが適切に位置合わせされること（即ち、上面２１８Ａが確実に上向きに配置されること）を可能にするためである。

次に図８～１０を参照すると、システム２００の第２の導波路２０４Ｂが単独で示されており、これについて以下で詳述する。上述のように、第２の導波路２００Ｂは、システム２００のハイビーム光パターンに対応する第２の光パターン２３８Ｂを放射するように構成されてよい。より具体的には、第２の導波路２１４Ｂの中に配置されたレンズアセンブリ２３０Ｂは、光２１０を、対応する出力面２２８Ｂから放射される所望の光出力パターン２３８Ｂに整形するように構成されてよい。第２の導波路２０４Ｂの対応する光出力パターン２３８Ｂは図４Ｃ及び４Ｄに示すように表れ、第２の光出力パターン２３８Ｂの外形は、規制上の要件に準拠するように、それぞれの導波路２０４Ｂの整形によって制御されてよい。より具体的には、第２の光パターン２３８Ｂは、その中に第１の光パターン２３８Ａをそれぞれ組み込むハイビーム光パターンであって、図４Ｃ及び４Ｄに示すようにハイビーム照明が自動車の前方のエリアに絞られるように、自動車から３０メートルを超える距離において、道路の上方のかさ上げされた高さを追加照明してよく、同時に、自動車から約３０メートルを超える距離において、自動車運転者の視野の左側及び右側の両方に対するハイビーム照明を選択的に先細にしてよい。

引き続き図４Ａ～１３、より具体的には図８～１０を参照すると、第２の導波路２０４Ｂは、自動車用ハイビーム照明を発生させる場合に、単独で、又は第１の導波路２０４Ａとの組み合わせで使用するように構成される。第２の導波路２０４Ｂは、大まかには、導波路１０４の説明で上述した特徴を含み、第１の導波路２０４Ａは、第１の端部２１２Ｂから反対側の第２の端部２１４Ｂまでを含み、第１の端部２１２Ｂは、ＬＥＤ光源２０２から放射された入力光２１０を受光するように構成されており、第２の端部２１４Ｂは、光パターン２３８Ｂの形態の光２１０Ｂを第２の端部２１４Ｂから投射レンズ２０６へ出力するように構成されている。導波路２０４Ｂのボディ２１６Ｂは、長手軸に沿って第１の端部２１２Ｂから反対側の第２の端部２１４Ｂまで延び、全体として、光２１０が第２の端部２１４Ｂに向かって進む際の経路を画定する。ボディ２１６Ｂは更に、上面２１８Ｂ、下面２２０Ｂ、右側面２２２Ｂ、及び左側面２２４Ｂを含んでよい。第１の端部２１２Ｂは、ＬＥＤ光源２０２からの光２１０を受光するように構成された入力面２２６Ｂを画定する。放射光２１０のより多くの部分が導波路２０４Ｂ内に方向付けられるように、入力面２２６Ｂは、ＬＥＤ光源２０２の面放射器２０８と物理的に接触するように構成されてよく、又はほぼ面放射器２０８の付近にあってよい。導波路２０４Ｂのボディ２１６Ｂ内にレンズアセンブリ２３０Ｂが配置されている。上述のように、レンズアセンブリ２３０Ｂは、ボディ２１６Ｂ内に位置するボイド２３６Ｂの対向する面に集光レンズ２３２Ｂ及び再分配面２３４Ｂの両方が配置されてよい。

更に又、本発明の一実施形態では、図示しないが、当然のことながら、第２の光パターン２３８Ｂは更に、複数の直線部分又は平面区画からなる再分配面２３４Ｂによって修正されてよく、より具体的には、区画の高さがボディの高さより低くてよく、それによって、区画の１つ以上の個別列が、レンズアセンブリ２３０Ｂの再分配面２３４Ｂに組み込まれてよい。即ち、再分配面２３４Ｂの１つの区画が、導波路２０４Ｂのボディ２１６Ｂの幅一杯に延びる必要はない。例えば、区画の厚さ又は深さは、ボディ２１６Ｂの厚さ又は深さより薄くてよく又は浅くてよく、それによって、複数の区画が互いにスタックされて、導波路２０４Ｂから出力される第２の光パターン２３８Ｂがその垂直軸付近で更になおカスタマイズ可能になる。

更に、図８～１０に示すように、第１の導波路２０４Ａと異なり、第２の導波路２０４Ｂの幅は、ロービーム導波路２０４Ａの幅より相対的に狭くなっていることに注目されたい。ハイビーム導波路即ち第２の導波路２０４Ｂの幅が相対的に狭くなっていることは、図８～１０に示すように、ＬＥＤ光源２０２の反対側にある、その対応する第２の端部２１４Ｂにおいて光出力面２２８Ｂが相対的に小さくなっていることと互いに関係がある。このように、第２の導波路２０４Ｂの光出力面２２８Ｂが相対的に小さくなっていることは、図４Ｄに示すように、自動車の対応するハイビーム光パターン２３８Ｂが呈する道路照明及び／又は周囲照明のエリアが狭くなっていることと互いに関係がある。

第２の導波路２０４Ｂは、図８～１０に示すように、その幅が相対的に狭くなっていることに加えて、その相対側面２１８Ｂ、２２０Ｂ、２２２Ｂ、２２４Ｂ、及び／又は出力面２２８Ｂのうちの任意の１つ以上の面の外側表面２４６Ｂの付近に１つ以上の非対称な延長部又は突起部２４４Ｂを呈してもよい。非限定的な例として、ハイビーム導波路２０４Ｂは、その外側表面２４６Ｂの、出力面２２８Ｂに隣接する上面２１８Ｂに沿って中央に配置された球状の突出部又は突起部２４４Ｂを含んでよく、これは、システム２００が左ヘッドランプ位置にマウントされている場合のロービームパターン即ち第２の光パターン２３８Ｂの中央部分に対応する。突起部２４４Ｂは、大まかには、第１の導波路２０４Ｂのボディ２１６Ｂより厚くなっていることを示す。結果として、対応するハイビーム光出力パターン２３８Ｂは、その中央部分に向かって高さが増えてよく、相対的に、その反対側の縁部分即ち遠位部分に沿って高さが減ってよい。更に、別の非限定的な実施形態では、第２の導波路２０４Ｂは又、側面２２４Ｂにおいて突起部２４４Ｂが下面２２０Ｂに沿って延びてよく、突起部２４４Ｂは、第２の導波路２０４Ｂが第１の導波路２０４Ａと一緒にマウントされた場合に、第１の導波路２０４Ａの上面２１８Ａに位置する突起部２２４Ａとの嵌合を形成する。

第２の端部２１４Ｂの付近にある突起部２４４Ｂに加えて、第２の導波路２０４Ｂは更に、後で詳述するように、第２の導波路２０４ＢがＬＥＤ光源２０２にしっかりと固定されることが可能になるように、図９及び１０に示すように、反対側の第１の端部２１２Ｂから外側に延びる１つ以上のマウント用延長部２４８Ｂを含んでよい。非限定的な一実施形態では、マウント用延長部２４８Ｂは、大まかには、ペグ２５０Ｂ及び／又は脚２５２Ｂを含み、ペグ２５０Ｂは、ＬＥＤ光源２０２が配置されているマウント面のアパーチャに収容されるように構成されており、脚２５２Ｂは、ＬＥＤ光源２０２が配置されているマウント面と係合するように構成されている。図９に示すように、対向するペグ２５０Ｂ同士は径又は形状が異なってよく、これは、システム２００の組み立て時に、第２の導波路２０４Ｂが適切に位置合わせされること（即ち、上面２１８Ｂが確実に上向きに配置されること）を可能にするためである。

次に図１１～１３を参照すると、まず図１１では、システム２００のＬＥＤ光源２０２が示されており、これについて以下で詳述する。本発明の一実施形態によるＬＥＤ光源２０２は、第１の導波路２０４Ａの入力面２２６Ａ及び第２の導波路２０４Ｂの入力面２２６Ｂのそれぞれに関連付けられた光放射面２０８を含む。光放射面２０８は、１つ以上の個別ＬＥＤ２５４、又はそれらのアレイ２５６を含んでよい。図１１に示した非限定的な例では、第１の導波路２０４Ａの入力面２２６Ａに対応する光放射面２０８は、４つの個別ＬＥＤ２５４のアレイ２５６を含んでよく、一方、第２の導波路２０４Ｂの入力面２２６Ｂに対応する光放射面２０８は、３つの個別ＬＥＤ２５４のアレイ２５６を含んでよい。ＬＥＤ光源２０２は更に、光放射面２０８が固定されるマウント面又はマウントプレート２５８と、マウント面２５８に配置されて、導波路２０４Ａ、２０４ＢをＬＥＤ光源２０２にマウントするためのペグ２５０Ａ、２５Ｂを収容するように構成されたアパーチャ２６０と、を含む。より具体的には、アパーチャ２６０は径又は形状が異なってよく、これは、システム２００の組み立て時に、第１及び第２の導波路２０４Ａ、２０４Ｂが適切に位置合わせされること（即ち、配置及び方向付けされること）を可能にするためである。

図１２及び１３に示すように、導波路２０４Ａ及び２０４Ｂの組み合わせは、システム２００から放射される光の形状及び／又は強度の両方を更に変化させるための追加構造部品を含んでよい。突起部２４４Ａ、２４４Ｂに加えて、第１の導波路２０４Ａの上面２１８Ａ、及び第２の導波路２０４Ｂの下面２２０Ｂは、第１の導波路２０４Ａの上に第２の導波路２０４Ｂが配置されるときに嵌合及び／又は位置合わせを行うように構成された相補的な不規則面又は非対称面を呈してよい。そのような嵌合構成により、組み合わせで利用されるときに（即ち、ハイビーム光が作動するときに）光出力パターン２３８Ｂの中にボイド又はギャップが存在することがない。

更に、図示しない一代替実施形態では、第１及び第２の導波路２０４Ａ、２０４Ｂをそのように近接させて配置することにより、第１の導波路２０４Ａの入力面２２６Ａ及び第２の導波路２０４Ｂの入力面２２６Ｂの両方に対応する両方の光放射面２０８を含む共通のプリント回路基板をＬＥＤ光源２０２が備えること、即ち、システム２００用の全てのＬＥＤ２５４が共通のプリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられることが可能になる。同様に、導波路２０４Ａ、２０４Ｂの両方の出力面２２８Ａ、２２８Ｂが相対的に近接していることにより、システム２００の導波路２０４Ａ、２０４Ｂの両方が共通の単一の投射レンズ２０６を利用することが可能である。

本発明の一代替実施形態では、作業用ライト、例えば、トラクタの運転台の外側にマウントされるライトの文脈においては、自動車の構造部品（例えば、排気管）を照明しないように出力光パターンをカスタマイズすることも望ましいであろう。そのような代替実施形態（図示せず）では、導波路１０４、２０４Ａ、２０４Ｂのそれぞれのレンズアセンブリ１３０、２２０Ａ、２３０Ｂの構成、並びに導波路１０４、２０４Ａ、２０４Ｂのそれぞれの付近にある非対称の延長部又は突起部２４４Ａ、２４４Ｂの存在により、そのような構造部品を照明しないカスタム出力光パターンを提供してよい。

当然のことながら、本発明は、その適用において、本明細書に記載の構成要素の構造及び配置の細部に限定されない。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な様式で実施又は実行されることも可能である。上述の内容に対する変形形態及び修正形態も本発明の範囲内にある。やはり当然のこととして、本明細書で開示及び定義された発明は、本文及び／又は図面で言及された、又はそれらから明らかな個々の特徴のうちの１つ以上の特徴のあらゆる代替的組み合わせにも適用される。これらの様々な組み合わせの全てが、本発明の様々な代替態様を構成する。本明細書に記載の実施形態は、本発明を実施する為の既知の最良の形態を説明しており、他の当業者らが本発明を利用することを可能にする。

様々な追加、修正、及び再配置が、以下の特許請求項の範囲内にあるものと考えられ、以下の特許請求項は、本発明の対象を具体的に指摘し、明確に特許請求するものであり、以下の特許請求項は、全てのそのような追加、修正、及び再配置を包含するものとする。

Claims (21)

1. 自動車用照明システムであって、
   自動車にマウントされた少なくとも１つのＬＥＤ光源であって、光を放射するように構成された前記少なくとも１つのＬＥＤ光源と、
   前記少なくとも１つのＬＥＤ光源のうちの１つから放射された前記光を第１の端部において受光し、反対側の第２の端部において光パターンを出力するように構成された少なくとも１つの導波路であって、
   前記少なくとも１つの導波路は、前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記導波路のボディの中に配置された屈折面アレイを有し、前記屈折面アレイは、前記ＬＥＤ光源から受光された前記光を整形して、前記導波路の前記第２の端部において前記光パターンを形成するように構成されている、前記少なくとも１つの導波路と、
   前記少なくとも１つの導波路の前記第２の端部に近接して配置され、前記光パターンを受光し、受光した前記光パターンを前記自動車の前方に投射するように構成された投射レンズと、
   を含むシステム。
2. 前記少なくとも１つの導波路は、前記自動車のヘッドライトにおいてロービーム光パターンを形成するように適合された第１の導波路と、前記自動車の前記ヘッドライトにおいてハイビーム光パターンの少なくとも一部を形成するように適合された第２の導波路と、を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの導波路は非対称の第２の端部を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記屈折面アレイは、前記導波路の前記ボディの中に配置されたボイドと、前記ボイドの上流にある集光レンズと、前記ボイドの下流にある再分配面と、を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記再分配面は複数の屈折面を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記集光レンズはコリメータである、請求項５に記載のシステム。
7. 前記複数の屈折面はほぼ平面である、請求項５に記載のシステム。
8. 前記複数の屈折面は、屈折面の第１及び第２の列の中に配置されている、請求項５に記載のシステム。
9. 前記集光レンズは、光を前記屈折面の周囲に非対称に分散させるように構成されている、請求項５に記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つの導波路は、屈折率が１．３５～１．６５であるポリマー材料で成形される、請求項１に記載のシステム。
11. 前記少なくとも１つの導波路は、長さが１０．０～１００．０ミリメートルである、請求項１に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つのＬＥＤ光源は第１及び第２のＬＥＤ光源を含み、前記少なくとも１つの導波路は、前記第１のＬＥＤ光源から放射された光を受光するように構成された第１の導波路と、前記第２のＬＥＤ光源から放射された光を受光するように構成された第２の導波路と、を含む、請求項１に記載のシステム。
13. 前記第１のＬＥＤ光源から光が放射されたときに自動車のヘッドライトにおいてロービーム光パターンを放射し、且つ、前記第１及び第２のＬＥＤ光源から同時に光が放射されたときに自動車のヘッドライトにおいてハイビーム光パターンを放射するように構成された、請求項１に記載のシステム。
14. 前記第１の導波路の非対称面が、前記第２の導波路の非対称面との嵌合係合を形成する、請求項１３に記載のシステム。
15. 自動車用ヘッドライトのための照明システムであって、
    自動車にマウントされた第１及び第２のＬＥＤ光源であって、個別に光を放射するように構成された前記第１及び第２のＬＥＤ光源と、
    前記第１のＬＥＤ光源から放射された前記光を第１の端部において受光し、反対側の第２の端部において光パターンを出力するように構成された第１の導波路であって、
    前記第１の導波路は、前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記第１の導波路のボディの中に配置された屈折面アレイを有し、前記屈折面アレイは、前記第１のＬＥＤ光源から受光された前記光を整形して、前記第１の導波路の前記第２の端部においてロービーム光パターンを形成するように構成されている、前記第１の導波路と、
    前記第２のＬＥＤ光源から放射された前記光を第１の端部において受光し、反対側の第２の端部において光パターンを出力するように構成された第２の導波路であって、
    前記第２の導波路は、前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記第２の導波路のボディの中に配置された屈折面アレイを有し、前記屈折面アレイは、前記第２のＬＥＤ光源から受光された前記光を整形して、前記第２の導波路の前記第２の端部においてハイビーム光パターンの一部を形成するように構成されている、前記第２の導波路と、
    前記第１及び第２の導波路の前記第２の端部に近接して配置され、前記ロービーム光パターン及び前記ハイビーム光パターンを受光し、受光した前記ロービーム光パターン及び前記ハイビーム光パターンを前記自動車の前方に投射するように構成された投射レンズと、
    を含むシステム。
16. 前記第１及び第２の導波路のそれぞれの前記屈折面アレイは、対応する前記導波路の前記ボディの中に配置されたボイドと、前記ボイドの上流にある集光レンズと、前記ボイドの下流にある再分配面と、を含む、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記集光レンズはコリメータである、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記第１及び第２の導波路は、屈折率が１．３５～１．６５であるポリマー材料で成形される、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記第１の導波路の非対称面が、前記第２の導波路の非対称面との嵌合係合を形成する、請求項１５に記載のシステム。
20. 前記第１及び第２のＬＥＤ光源は、光を同時に放射して前記ハイビーム光パターンを形成するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
21. 前記第１及び第２の導波路の前記屈折面アレイは、前記自動車の構造部品の周囲の、前記自動車の前方に投射される前記ロービーム光パターン及び前記ハイビーム光パターンを整形するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。

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