JP5614925B2 - 可変の放射特性を有する光源 - Google Patents

Description

本発明は、複数の発光ダイオードから成り、放射特性を変更可能な光源に関する。本発明の光源は、特に、ダイナミックなカーブ光を形成する自動車ヘッドランプとしての利用に適している。

光源の放射方向を駆動中に変更し、その光を制限された空間角度領域へ集束させる必要がしばしば発生する。これは特に自動車のカーブ走行時に自動車ヘッドランプの放射方向をいわゆるダイナミックカーブ光としてそのつどの走行方向に追従させる際に重要である。こうしたヘッドランプシステムは特にシトロエンＤＳのモデルシリーズから公知である。ただしきわめて早期から、制御部に機械的に接続され、ステアリングによって前輪とともに傾動される回転可能なヘッドランプ固定部は存在した。

自動車ヘッドランプに発光ダイオードＬＥＤが用いられるようになるにつれて、ダイナミックカーブ光すなわちＡＦＳ（advanced front-lighting systems）に再び関心が集まっている。ＡＦＳではカーブ走行時に走行路が良好に照明されるだけでなく、種々の環境条件に適合化された光分布特性を達成することができるからである。

複数の発光ダイオードを固定に組み込むことにより、ＡＦＳは可動部品なしに構成できる。このために各発光ダイオードは個別にまたはグループごとにオンオフされる。ただし、この場合、発光ダイオードの直接投影においては、個々の光源の結像によって暗い中間スペースが生じてしまい、均一な照明が達成されないという問題が発生する。これは特に自動車ヘッドランプの分野においては重大な障害となる。
独国出願第１０２００７０４６３３９．３号明細書

本発明の課題は、特にＡＦＳに適した可変の放射特性を有する光源を提供し、最小限の技術コストで均一な照明を達成することである。

この課題は、請求項１記載の特徴を有する光源により解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項から得られる。

本発明の光源には、複数のＬＥＤチップを実装したＬＥＤ装置と、前記複数のＬＥＤチップを個別にまたはグループごとにオンオフするオンオフ回路と、スイッチオンされたＬＥＤチップから照明すべき対象物（ここでは自動車が走行している道路）へ放出される光を均等化するかまたは空間的に連続的に変化させる均一化装置とが設けられており、当該の均一化装置は、変換プレート、変換材料および／または散乱粒子を含む充填材（Vergussmasse）、複数のマイクロ光学系を備えたビーム整形装置のうち少なくとも１つの部品を含む。これらの部品のうち２つまたは３つの組み合わせも可能である。

以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。

図中、同一の要素または同様の機能を有する要素には同じ参照番号を付してある。ただし、図では各要素は縮尺通りに描かれておらず、わかりやすくするために意図的に拡大して描かれていることがあることに注意されたい。

第１の実施例では、光源は、それぞれ複数の発光ダイオードを集積した複数のＬＥＤチップに対して、光の放射方向において、当該の光を均一化するプレートを設けた装置から成る。当該のプレートを以下では変換プレートと称する。変換プレートは例えばガラスまたは透明プラスティックであり、光の均一化に作用する材料から成るコーティングが設けられている。光の整形は変換プレートの材料に混合された材料によって行われる。光源の適用分野に応じて、コーティング材料または変換プレートのガラスまたはプラスティックには、通過光の散乱ひいては光の均一な分散ないし均等な分布を生じさせる小さい粒子が混合される。これに代えてまたはこれに加えて、コーティング材料または変換プレート材料に放出される光のスペクトルの波長および／または帯域幅を変化させる変換材料を混合してもよい。

ここで重要なのは、放出された光が、完全に透光性のカバーを通らず、上述したように光の均一な分散を生じさせる変換プレートを通るということである。これにより、特に、ビームの中心から側方へ向かって連続的に弱まる光の放射が得られる。こうした特性を有する光の分布は自動車ヘッドランプの適用分野において特に有利である。

本発明の装置では、用いられるＬＥＤチップごとに変換プレートの部分プレートが１つずつ割り当てられる。各部分プレートの縁部には光の少なくとも大部分を透過しないコーティングが設けられる。これにより、各ＬＥＤチップから放出された光は変換プレートの内部では散乱せず、対応する部分プレートの領域のみから出射される。不透過性のコーティングは変換プレートの外縁に設けられるように制限することができる。ＬＥＤチップは特に発光ダイオードごとに個別の区画が生じるようにケーシング内に配置される。

図１には複数のＬＥＤチップ１をケーシング２の複数の区画に配置した様子が斜視図によって示されている。有利にはケーシング２は不透過性であり、放射方向に開放されている。それぞれの区画の分離壁は、図１に示されているように、ＬＥＤチップから放出される光を集束させるコリメーション装置３によって形成されている。図１の実施例では、コリメーション装置３は湾曲した反射面であり、これによって光が集束される。反射面は例えばその断面が少なくとも近似に放物面となるように構成することができる。また、図１の実施例では装置の上側が開放されている。

図２には、図１のケーシング２の上に変換プレート４が被着された状態が示されている。ケーシングの各区画およびその内部の各ＬＥＤチップは図２では見えず、変換プレート４が完全には透明ないし透光性ではないことがわかる。ただし変換プレート４は必ずしも不透過性でなくてもよい。変換プレート４の光学特性に基づいて、放出された光が均一化される。ケーシングの表面全体に変換プレート４が設けられるので、放出された光はどのＬＥＤチップがスイッチオンされているかにかかわらず有効に均一化される。このようにして種々の駆動状態で空間的につねに均一な光または連続的に変化する光を簡単に形成することができる。

図３には、図２の装置の断面を側方から見た図が示されている。ここからはそれぞれのＬＥＤチップ１の上方に放物面状に湾曲したコリメーション装置３が配置されることが明らかである。ケーシング２の上側に変換プレート４が示されているが、わかりやすくするために１つのプレートとして描かれている。前述したように、変換プレートはそれぞれＬＥＤチップに対応する複数の部分プレートから成り、対応する発光ダイオードの光を通すためにケーシング開口部のそれぞれの領域を覆うものであってよい。透光性の度合に応じて、変換プレートは均一な発光面の放射特性を形成し、放出される光は別の光学装置を介して所望の形態で投影される。光分布特性はＬＥＤチップのオンオフによって変更される。発光ダイオードの配置はそれぞれの適用分野に相応に選択され、ケーシングは種々の形状を有することができる。特に有利にはケーシングは湾曲形状を有する。

図４には、ケーシング２の内部に複数のＬＥＤチップ１の配置された装置の別の実施例が示されている。ケーシング２は有利には不透過性であり、放射方向に開放されている。各ＬＥＤチップのあいだには例えばガラスから成る分離壁５が設けられており、この分離壁の厚さは少なくとも２５μｍから多くとも７５μｍ、典型的には約５０μｍである。各分離壁は光に対して不透過性であり、有利には拡散反射性である。ケーシング２の内部には変換材料または散乱粒子を含む充填材７が設けられている。当該の充填材７は完全に透明ないし透光性ではなく、光の均一化を生じさせる。当該の充填材７内の変換材料により、光源の適用分野に応じて、発光ダイオードで形成された光のスペクトルの波長または帯域幅を変更することができる。これに代えて、充填材に小さな散乱粒子を混合して光の拡散を行ってもよい。この実施例では、光の分布特性は各ＬＥＤチップの発光ダイオードをオンオフすることにより変更される。不透過性の分離壁５により、光は放射方向に対して横方向に充填材内を伝搬しない。こうして、ＬＥＤチップのオンオフにより、光の変更が有効に達成され、放射特性がケーシング内の光の伝搬特性によって損なわれることがない。

図５には、図４の装置の上面が示されており、複数のＬＥＤチップ１が正方形の光放射面を有し、分離壁５を形成する部材内に配置されていることが良くわかる。分離壁はそれぞれ上から見るとＨ字状の個別部材として形成されている。また、当該の分離壁を、ケーシング２に接続されるかまたはケーシングに組み込まれる一体のユニットとして形成してもよい。

図６には図４の装置を他の角度から見た斜視図が示されている。この実施例では、ケーシングの縁部６が分離壁５の上縁部よりもいくぶん高くなっている。ここで充填材７がケーシング２内の分離壁５上に設けられており、それぞれの分離壁を覆っている。このようにすれば分離壁の領域から放出される光の充分な均一性が達成される。このため、ケーシングの内積と分離壁の体積との比はそれぞれの形状および所望される光の均一化の度合に応じて選定される。発光ダイオードはこの実施例においても適用分野に応じて配置され、ケーシングは種々の形状を有することができる。特に有利にはケーシングは湾曲形状を有する。

図７〜図９には別の実施例が示されている。図７に示されている装置では各ＬＥＤチップ１にビーム整形装置８が対応しており、ここではビーム整形装置８はマイクロ光学系９を備えたプレート１１と１次光学系としての光学コリメーション装置１０とを含む。重要な要素は例えば複数の小さなレンズとして構成されたマイクロ光学系９である。当該のマイクロ光学系９により所望の光分布特性に相応するようにビームが整形される。こうして、光学コリメーション装置１０によってあらかじめコリメートされた光の空間角度より大きい空間角度で所望の放射特性が達成される。

図７の実施例のマイクロ光学系９は透光性のプレート１１上に配置されているが、図８の実施例のマイクロ光学系９は光学コリメーション装置１０に組み込まれている。図７，図８から見て取れるように、ビームを集束する１次光学系として用いられる光学コリメーション装置１０は湾曲した反射面としての側面を有しており、当該の側面はほぼ放物面状の断面を有する。当該の側面は円形の出射面を有するパラボラリフレクタであってもよい。ここでの反射面は自動車ヘッドランプの分野において周知のように回転放物面によって形成される。

図７，図８の装置を複数組み合わせて共通のＬＥＤ装置である図９の装置とすることができ、ＬＥＤチップを前述したように個別にまたはグループごとにオンオフすることにより、光分布特性を前述したとおりに変更することができる。放出される光はそれぞれビーム整形装置８により均一化され、この実施例においても機械的な部品を用いることなく放射特性を変更することができる。また同時に、装置の駆動状態に応じて充分な光の均一化が達成される。

前述したそれぞれの実施例の部品は相互に組み合わせることができる。特に図９の装置は図１または図４のケーシングに収容することができる。その場合、光学コリメーション装置１０は例えば図１のケーシングのコリメーション装置３によって形成することができる。図１の変換プレート４は別の実施例では図９に示されているマイクロ光学系９によって置換される。

均一な光を投影するために、例えば投影レンズおよび／またはリフレクタシステムを含む２次光学系が設けられる。図１〜図６の実施例ではこうした２次光学系が必要でありまた有利であるが、図７〜図９の実施例では２次光学系を省略することができる。マイクロ光学系９を設けたことにより、照明すべき対象物への光の良好な投影が保証されているからである。

本願は独国出願第１０２００７０４６３３９．３号の優先権を主張するものであり、その開示内容を引用により含むものとする。

本発明は前述した実施例に限定されるものではない。本発明の全ての特徴は、それが明示的に実施例ないし特許請求の範囲に示されていなくても、単独でまたは任意に組み合わせて本発明の対象となりうる。

ＬＥＤチップを配置するケーシングの第１の実施例を示す図である。 上部に変換プレートを被着したケーシングを示す図である。 図２のケーシングの断面図である。 ＬＥＤチップを配置するケーシングの第２の実施例を示す図である。 図４のケーシングの上面図である。 図４のケーシングの斜視図である。 ＬＥＤチップおよびビーム整形装置の第１の実施例を示す図である。 ＬＥＤチップおよびビーム整形装置の第２の実施例を示す図である。 図７の装置を複数並べた装置を示す図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ、 ２ ケーシング、 ３ コリメーション装置、 ４ 変換プレート、 ５ 分離壁、 ６ ケーシング縁部、 ７ 充填材、 ８ ビーム整形装置、 ９ マイクロ光学系、 １０ コリメーション光学装置、 １１ 透光プレート

Claims (11)

1. 複数のＬＥＤチップ（１）から成るＬＥＤ装置（１）と、前記複数のＬＥＤチップ（１）を個別にまたはグループごとにオンオフするオンオフ回路と、スイッチオンされたＬＥＤチップ（１）から放出される光を均一化する均一化装置（４；７；８）とが設けられており、
   該均一化装置は、変換プレート（４）を有しており、該変換プレート（４）は、前記放出される光のスペクトルの波長および帯域幅を変換する変換材料を含み、かつ、複数の縁部を有する複数の部分プレートへ分割されており、
   各部分プレートに１つずつＬＥＤチップ（１）が配属されており、各部分プレートの各縁部に光不透過性のコーティングが設けられており、
   複数の区画を有しかつ前記放出される光に対する開放面を備えたケーシング（２）が設けられており、
   該ケーシング（２）の各区画に、各ＬＥＤチップ（１）と、該ＬＥＤチップ（１）から放出された光を集束させる各コリメーション装置（３）とが配置されており、
   前記コリメーション装置（３）は各区画間の分離壁（５）を形成しており、該分離壁は、反射性を有し、かつ、前記ＬＥＤチップ（１）から放出される光が集束されるように湾曲して構成されており、
   前記ケーシング（２）の前記放出される光に対する開放面に前記変換プレート（４）が配置されている
   ことを特徴とする光源。
2. 前記均一化装置は、前記変換プレート（４）に加えて、変換材料および／または散乱粒子を含む充填材（７）、複数のマイクロ光学系（９）を備えたビーム整形装置（８）のうち少なくとも１つの部品を含む、請求項１記載の光源。
3. 前記変換プレート（４）は変換材料から成るコーティングを有する透明プレートである、請求項１または２記載の光源。
4. 前記変換プレート（４）は散乱粒子の分散された透光性材料を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の光源。
5. 複数の区画を有しかつ前記放出される光に対する開放面を備えたケーシング（２）が設けられており、該ケーシング（２）の各区画に各ＬＥＤチップ（１）が配置されており、該ケーシング（２）の前記区画は前記放出される光に対して少なくとも部分的に非透過性の分離壁または不透過性の分離壁（５）を有しており、該ケーシング（２）には充填材（７）が充填されている、請求項４記載の光源。
6. 前記ケーシング（２）の前記放出される光に対する開放面には前記分離壁（５）から突出するケーシング縁部（６）が設けられており、前記充填材（７）は前記ケーシング（２）内部で前記分離壁（５）の上方に設けられて前記分離壁（５）を覆っている、請求項５記載の光源。
7. 前記分離壁（５）はガラスである、請求項５または６記載の光源。
8. 前記分離壁（５）は前記放出される光に対して不透過性である、請求項５または６記載の光源。
9. 前記分離壁（５）は前記放出される光を拡散反射させる、請求項５または６記載の光源。
10. 前記ビーム整形装置（８）は前記ＬＥＤチップ（１）と前記マイクロ光学系（９）の一部とのあいだに配置されるコリメーション光学装置（１０）を含む、請求項２記載の光源。
11. 前記マイクロ光学系（９）は複数のレンズである、請求項２または１０記載の光源。

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