JP5853015B2 - 一体型照明アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は一体型照明アセンブリと自動車用ヘッドランプ装置とを説明している。

自動車用などに用いられる照明アセンブリでは、照明アセンブリによりアウトプットされる光の明暗の「カットオフライン」（bright/dark "cut-off line"）が、ある規則を満たすことを要する。さらに、この明暗カットオフラインは適応可能でなければならない。照明アセンブリによりアウトプットされる光のビーム全体は、例えば、車両の直前の領域を照明するロービームと、照明エリアを拡大するハイビームとを出すように、調整可能でなければならない。カーブにさしかかった時にカーブ内のエリアをよりよく照明して安全性を高めるなど、状況によっては光アウトプットに適応性があることが望ましい。さらに、交通状態、地形、天気などに応じて、前景のビームパターンにおける、すなわち車両に最も近い領域における光量に影響すると都合がよい。

従来、ハイビームとロービームは、２つの別々の照明装置の別々の光源を用いて発生されている。従来のフィラメントランプやガス放電ランプを用いて、一般的には、２つの発光ユニットがヘッドランプ装置の近くに取り付けられ、車両の前方領域に正しくハイビームとロービームが照射されるように構成されている。ヘッドランプの光学系は真の「イメージング（imaging）」光学を用いないが、必要なビーム分布のカットオフを得るため、光源の一辺または遮光要素の一辺が「イメージ（imaged）」される。光ビームの質が、ある要件を満たさねばならない。例えば、ヘッドランプから標準距離にある、例えば２５メートルのところにある車両の横方向面に照射される光ビームの形状や外形は、ＥＣＥ（Economic Commission for Europe）Ｒ１１２などの各国の又は国際的な仕様でカバーされている。

技術の進歩により経済的かつ非常に明るい半導体光源ができるにようになったため、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップなどの半導体光源を用いる照明ユニットや照明アセンブリは、広く使われるようになりつつある。半導体光源はコンパクトなので、異なる２つのビーム機能用の２つの光源を組み合わせて１つの装置にすると便利である。しかし、既知のやり方では満足のいく結果は得られていない。各光源からの光は１つの光学要素に向けられるので、２つの光源の間の物理的なセパレーションもイメージされ、照射ビーム間の「ギャップ」として、例えばロービームとハイビーム間の暗いエリアとして見える。光源間のギャップが小さくてもビーム分布のギャップは見える。この領域中のものはドライバには事実上見えないので、これは運転中の安全性の問題となる。特に、車両の側面の路肩やカーブの領域は重要である。この領域にいる歩行者、動物、または危険物がドライバには見えにくいからである。さらに、副光学系（secondary optic）は「共通」なので、大きくなければならず、装置全体は、各機能に対して別々の光学系を有する装置とほぼ同じ大きさであり、光源がコンパクトであるという優位性が失われる。このギャップを無くすためにビームを歪めるように光学要素を設計することはできる。しかし、このような歪みにより、明暗カットオフラインに有害な効果が生じることは避けられず、上記要件を満たさなくなるおそれがある。さらに、光学要素の補正手段は両ビームに影響し、ビームを別々に制御補正することはできない。

それゆえ、本発明の一目的は、上記の問題を回避する、改良型照明装置を提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載の一体型照明アセンブリと請求項１３に記載の自動車用ヘッドランプ装置とにより達成される。

本発明による一体型照明アセンブリは、光学装置と、第１の光ビームを発生する第１の光源と、前記第１のビームを前記光学装置に向ける第１のコリメータと、第２の光ビームを発生する第２の光源と、前記第２のビームを前記光学装置に向ける第２のコリメータとを有し、それにより第１と第２のビームが光学装置の基本的に別々の領域に向けられ、前記コリメータは、前記照明アセンブリの光軸の一方側のコリメータがその光ビームを基本的に前記光軸の他方側の前記光学装置の一領域に向け、前記ダイ１のビームが前記光学装置に到達する前に前記ダイ２のビームと交差するようにし、すなわち、前記光学装置は、前記第１と第２の光ビームを操作してローエグジットビームとハイエグジットビームを与え、前記ローエグジットビームとハイエグジットビームが前記一体型照明アセンブリから所定距離にあるプロジェクション面上のオーバーラップエリアで少なくとも部分的に重なるようにする。「プロジェクション面」は一体型照明装置から標準距離にある仮想的平面又はスクリーンであり、その距離は一体型照明装置が用いられるアプリケーションにより決まる。例えば、自動車のヘッドランプのアプリケーションの場合、冒頭に述べたＥＣＥ Ｒ１１２標準では、かかる仮想的プロジェクション面を車両の前方に垂直に、伝搬方向に対して横向きに、ヘッドランプ装置から２５ｍの距離に配置される必要がある。

本発明による一体型照明アセンブリの明らかな利点は、車両の前方領域が常に最適に照明され、２つのエグジットビーム間に暗い、又は照明されていない「ギャップ」が無くなることである。さらに、これは、例えば「ロービーム」と「ハイビーム」装置の場合、別々のユニットがなくても実現できる。これにより、従来技術によるソリューションでは必要である別々の照明ユニットを注意深くアライメント（alignment）する必要性がなくなる。光学装置に到達した時には第１と第２のビームが分かれているので、光学装置がエグジットビームを別々に操作して、プロジェクション面上で所望のオーバーラップ領域を与えることができる。さらに、ローエグジットビームとハイエグジットビームは１つの光学装置を用いて実現されているので、一体型照明装置全体をコストエフェクティブに実現できる。

本発明による自動車用ヘッドランプ装置はかかる一体型照明アセンブリを有する。本発明による一体型照明装置では、ビームを各ビーム機能のために構成して、なおかつコンパクトな光学系とすることが可能であり、これはコストエフェクティブなＬＥＤヘッドランプソリューションにとって魅力的である。

従属項と以下の説明とは、本発明の特に有利な実施形態と特徴を開示している。実施形態の特徴を必要に応じて組み合わせて、さらに別の実施形態とすることもできる。

以下、本発明をいかなる方法でも限定せずに、実装によっては、第１と第２のコリメータが上下に配置され、第１と第２のビームが上下にプロジェクションされるものと仮定する。この場合、一方のコリメータを「上の」コリメータと呼び、他方のコリメータを「下の」コリメータと呼ぶ。また、単純化のため、以下、第１のエグジットビームを「ロー」ビームと呼び、第２のエグジットビームを「ハイ」ビームと呼ぶ。以下に説明する実装によっては、コリメータは基本的に光学装置の光軸に対して基本的に対称に構成されている。

本発明による一体型照明装置を用いて、光学装置（以下、「副光学系」とも呼ぶ）において第１の光源からの光を単に屈折し、第１のエグジットビームを与え、同様に第２の光源からの光を屈折し、第２のエグジットビームを与える。しかし、第１と第２のビームを操作して、第１と第２のエグジットビームがある機能的要件を満たすようにすると有利である。それゆえ、本発明の好ましい一実施形態では、一体型照明アセンブリの光学装置は、入射光を水平方向に発散する発散要素、及び／又は入射光を垂直方向にシフトするシフト要素を有する。副光学系はこれらの追加的機能要素により部分的にカバーされる場合もあれば、これらの機能要素が副光学系を完全にカバーすることもある。

自動車のアプリケーションでは、ロービームやフォグビームを用いて車両前方下方の領域を照明する。できるだけ広いエリアを照明し、特に道路の、路肩に近い側を照明することが望ましい。それゆえ、本発明の特に好ましい実施形態では、発散要素は、光学装置による操作の前に、第１のビームの少なくとも一部を発散して、第１のエグジットビームが照射されてプロジェクション面内に２つの重なりあった第１のビーム領域を与えるようにする。これらの第１のビーム領域は、基本的に、広く、より「引き延ばされた」ロービームと、操作されていないロービームとを有する。

自動車のアプリケーションでは、ハイビームは、好ましくは上向きであるだけでなく、道路がよく照明されるように部分的に下向きであることも好ましい。それゆえ、本発明の特に好ましい実施形態では、シフト要素は、光学装置による操作の前に、第２のビームの少なくとも一部をシフトして、第２のエグジットビームが照射されてプロジェクション面内に２つの重なりあった第２のビーム領域を与えるようにする。このように、ハイビームのうちの操作された部分は、「押し下げ」られて、ロービーム領域とオーバーラップし、一方ハイビームのうちの操作されていない部分は、車両の前方の高い領域の照明に使われる。

本発明の一実施形態では、光学装置は好ましくはプロジェクションレンズを有する。シフト要素及び／又は発散要素は、レンズの背後（すなわち、レンズの、光源に向いた側）に好適な形状のマイクロストラクチャを取り付けることにより実現できる。これらのマイクロストラクチャは、各機能に対して最適なビーム形状を生成する機能を有する。例えば、本発明の好ましい実施形態では、シフト要素はプロジェクションレンズ上に取り付けられた複数のプリズム要素を有し、プロジェクションレンズによる反射前にシフト要素に入射する光を垂直方向にシフトするように構成される。かかる一連の薄いプリズム要素をレンズの一領域に取り付け、例えば、プロジェクションレンズによる屈折の前に、光を光軸から離れる方向にシフトするように構成できる。これらのプリズム要素を用いて、例えば下向きに、ハイビームの一部をシフトして、ハイビーム照明エリアが２つのハイビーム領域を有し、より最適なビーム性能を与えるようにできる。

本発明の他の好ましい一実施形態では、発散要素はプロジェクションレンズ上に取り付けられた複数の円柱レンズ要素を有し、プロジェクションレンズによる屈折前に発散要素に入射する光を屈折して水平方向に発散するように構成される。例えば、プロジェクションレンズによる屈折の前に、入来光ビームを屈折して水平方向に発散し、例えばロービームを少なくとも部分的に発散し、ロービーム照明エリアが２つのロービーム領域を有し、より最適なロービーム性能を与えるために、一連の半円筒レンズをレンズの一領域に取り付けてもよい。

あるいは、光学装置は、コリメータを含み、一端でオープンであって、光ビームを外に向ける反射器を有してもよい。反射器を用いる一体型照明装置では、反射器の表面を細工（manipulate）することにより、例えば反射器のある領域に好適な形状のファセット（facet）を形成することにより、シフト要素及び／又は発散要素を形成することができる。レンズでなく反射器を用いて実現される一体型照明装置では、コリメータは必ずしも反射器の光軸に対して対称には構成されておらず、反射器自体が非対称であってもよい。

副光学系に到達したビームが分離していることは、最適なビームシェーピングのためには望ましい。

ビーム分離は複数の方法で可能である。上記の通り、一体型照明アセンブリは、コリメータ装置を有し、照明アセンブリの光軸の一方の側にあるコリメータがその光ビームを基本的に光軸に対して他方の側に光学装置の領域に向け、第１のビームが光学装置に到達する前に第２のビームと公差するように、コリメータ装置を構成する。言い換えると、「上の」コリメータはその光ビームを副光学系の「下の」領域に向けるように構成され、「下の」コリメータはその光ビームを「上の」副光学領域に向ける。副光学系の焦点を通る光ビームは、基本的に並行して副光学系を離れる。言い換えると、この「交差ビーム」の実施形態では、コリメータの光エグジット開口から発する、焦点面「上」の光は、光学装置により有効にプロジェクションされ、その光エグジット開口の「イメージ」を形成する。それゆえ、ハイビーム／ロービームのアプリケーションでは、「上の」光源を用いて、ロービームを発生し、一方「下の」光源を用いてハイビームを発生する。コリメータの設計が簡単になるので、この実施形態は非常に都合がよい。光源は、より正確にはコリメータの光エグジット開口は、仮想スクリーンまたはプロジェクション面にイメージされる。プロジェクション面において所望のオーバーラップを得るには、ロービームの一部を上向きに、又はハイビームの一部を下向きにシフトして所望のオーバーラップ領域を得るプリズム要素などの追加的機能要素を追加することにより、副光学系を修正できる。

しかし、本発明の好ましい一実施形態では、第１と第２のビームが副光学系に到達する前に適切に操作することにより、プロジェクション面オーバーラップ領域を得る。それゆえ、本発明の特に好ましい一実施形態では、一体型照明ユニットはコリメータ装置を有し、コリメータは、第１と第２のビームが光学装置の焦点面上の焦点面オーバーラップ領域において少なくとも部分的に交差して、プロジェクション面オーバーラップ領域が焦点面オーバーラップ領域に対応するように構成される。

焦点面におけるビームのオーバーラップを大きくすると、プロジェクション面又はスクリーンにおけるオーバーラップ領域が大きくなる。しかし、エグジットビームごとに照明エリアがあり、プロジェクション面上のオーバーラップ領域は狭い方が一般的には望ましい。コリメータを出る光ビームは、焦点面上で少しだけオーバーラップすることが好ましい。また、本発明のさらに好ましい一実施形態では、上記の通り、コリメータから発する焦点面上の光を有効に用いて光源の「イメージ」を形成するので、一体型照明アセンブリはコリメータ装置を有し、第１のコリメータと第２のコリメータの光エグジット開口が光学装置の焦点面の近くにある。ここで、「近くに」との用語は、ビームが焦点面上で少しだけオーバーラップすることを意味すると理解すべきである。光エグジット開口と焦点面との実際の距離は、一体型照明装置の大きさと、意図されたアプリケーションとに依存する。例えば、ハイビーム／ロービームの自動車ヘッドランプ装置における長さ約１０ｍｍのコリメータにおいてＬＥＤ光源を用いる場合、この距離は、好ましくは２ｍｍであり、より好ましくは１ｍｍであり、最も好ましくは０．５ｍｍである。

ビームを交差させるため、コリメータは互いにある角度をなすように構成できる。しかし、生産の観点からは、両光源を、共通の、基本的に平坦なキャリア上に取り付ける方が、ある角度をなす２つのキャリアを用いるより、好ましく、経済的であるかも知れない。それゆえ、本発明の好ましい実施形態では、一体型照明装置は、好ましくはコリメータ装置を有し、一方または両方のコリメータの光エグジット開口にプリズム要素が取り付けられる。かかるプリズム要素は、好ましくは、光ビームを光軸に向けて屈折し、第１と第２のビームがオーバーラップし、同時に光源を共通の平坦なキャリア上に取り付けることができる。

十分小さくて明るく、部分的にコリメータに入れられる好適な光源を用いることができる。しかし、本発明による一体型照明アセンブリの特に好ましい実施形態では、光源はＬＥＤ光源を含む。例えば、Ｌｕｘｅｏｎ（登録商標）Ａｌｔｉｌｏｎ ＬＥＤなどの非常に明るい薄膜状の「白色」ＬＥＤが入手可能である。本発明を何ら限定することなく、かかる光源を機能グループに構成して第１及び／または第２のビームを発生できる。例えば、対応するコリメータ装置中のＬＥＤアレイを駆動して光ビームを発生できる。

光ビームが副光学系又は光学装置に到達する前に交差する実施形態用の光源を含むコリメータは、好適な任意の方法で形成できる。例えば、コリメータの壁を、（対応するビームも基本的に断面が方形であるように）方形断面を与えるように構成でき、テーパのついた形状や平行な形状などを有するように構成できる。好ましくは、副光学系に到達するまでその断面を基本的に保持するような光ビームを与えるように壁を形成する。コリメータの壁は、コリメータが接触またはほぼ接触するように角度をつけて配置され（ビームが交差するようにす）る場合、光エグジット開口ができるだけ近くなるように、十分薄いことが好ましい。それゆえ、コリメータの壁の厚さは約０．１ｍｍないし１ｍｍであることが好ましい。光軸の同じ側にある副光学系の領域光ビームを向けるコリメータは、好ましくは、上記のように、エリア最大２０°の第１／第２ビームオーバーラップエリアとなるように形成する。コリメータの長さは、それが組み込まれるシステムに応じて選択できる。例えば、長さが約６ｍｍの短いコリメータや、長さが約１８ｍｍの長いコリメータを使うことができる。好ましくは、ヘッドランプ用一体型照明装置などの自動車用アプリケーションの場合、コリメータは、好ましくは、長さが約１２ｍｍ、例えば１０乃至１４ｍｍのニアダイ（near-die）コリメータを含む。

ハイビームとロービームを仮想照射スクリーン上に照射する先行技術のヘッドランプ装置を有する自動車を示す図である； ハイビームとロービームを仮想照射スクリーン上に照射する先行技術による照明装置を示す図である； ハイビームとロービームを仮想照射スクリーン上に照射する別の先行技術による照明装置を示す図である； 本発明の第１の実施形態による一体型照明装置を示すブロック図である； 本発明の第２の実施形態による一体型照明装置を示すブロック図である； 一体型照明装置を示すブロック図である； 本発明の第３の実施形態による一体型照明装置を示すブロック図である； 本発明による一体型照明装置で用いる追加機能要素を有するプロジェクションレンズを示す図である； 本発明の第４の実施形態による一体型照明装置を示すブロック図である； 本発明の一実施形態によるヘッドランプ装置を示す概略図である； ハイビームとロービームを仮想照射スクリーン上に照射する図８に示したヘッドランプ装置を有する自動車を示す図である。 図中、同じ数字は同じものを指す。図面中のものは必ずしもスケール通りには描かれていない；特にレンズやコリメータなどの光学装置の要素や相対的位置は、非常に簡略化して示している。

図１は、ロービーム１６０とハイビーム１７０を仮想照射スクリーン４上に照射する照明装置を有する先行技術のヘッドランプ１１を有する自動車１０を示す図である；図の上の部分では、サイドビューで、ヘッドランプ装置から標準距離Ｄに仮想スクリーン４を示した。標準によれば、距離Ｄは２５ｍであり、スクリーンへのロービームとハイビームの照射によりカバーされる空間的エリア４１、４２は、ある要件を満たさねばならない。例えば、ロービーム１６０は、ヘッドランプの前と横のある最小領域４２を照射しなければならない。ロービーム１６０は、路肩に光が届くように、道路の中央から離れて自動車の側方に向けられていなければならず、同時に、ロービーム１６０が向かうエリアは照射面４上で高すぎてはならない。同様に、ハイビーム１７０は、道路の遠くまで照明できるように、ロービーム領域１１０上の、ある最小領域４１を照射しなければならない。仮想スクリーン４上に示した領域４１、４２を、プランビューで、図の下の部分に示した。仮想スクリーン４のプランビューは、従来技術の照明装置の欠点を示しており、ハイビーム１７０とロービーム１６０によりそれぞれカバーされる領域４１、４２が仮想スクリーン上で一つながりの照明エリア（complete illuminated area）ではなく、ギャップ４３により分離されていることを示している。このギャップ４３は、ドライバの視点からは、暗い領域又は照明が行き届かない領域として見え、ドライバの安全、路肩の歩行者や動物の安全が危うくなる。

図２ａは、ハイビーム１７０とロービーム１６０を仮想照射スクリーン４上に照射する先行技術による照明装置を示し、照明されないエリア４３がどのように生じるかを明らかにした図である。明らかに、この図と次の図の寸法や距離は、非常に簡略化して示しており、説明のみを目的としたものである。ここで、２つの光源Ｓ１、Ｓ２が、ヘッドライト装置のレンズ２の後にあるキャリア１３すなわち基板１３に取り付けられている。一光源Ｓ１が光軸Ｘの「上」にあり、この光源Ｓ１から発する光ビーム１６は、第１のエグジットビーム１６０すなわちロービーム１６０にイメージ（image）され、仮想スクリーン上にロービームプロジェクション４２を与える。他の一光源Ｓ２が光軸Ｘの「下」にあり、この光源Ｓ２から発する光ビーム１７は、第２のエグジットビーム１７０すなわちハイビーム１７０にイメージ（image）され、仮想スクリーン４上にロービームプロジェクション４１を与える。これを実現するため、光源はランバート状に発光し、ライン１５で示したように、光アウトプットの大部分が失われる。上光源Ｓ１によるイメージ４２は、光源Ｓ１の中心から出たラインにより示され、これらのラインは、第１のエグジットビーム１６０の光源イメージ４２の中心に対応する、仮想スクリーン４上の点に収束する。同様に、下の光源Ｓ２によるイメージ４１は、光源Ｓ２の中心から発するラインにより示され、これらのラインはエグジットビーム１７０の光源イメージ４１の中心に対応する、仮想スクリーン４上の点に収束する（明確にするため、図には、光源の中心を示す点、及びその光源のイメージ中の対応する点のみを示す）。光源Ｓ１、Ｓ２の間のギャップも、スクリーン上で、領域４１、４２の間のギャップ４３として「イメージ」される。しかし、プロジェクション面の距離では、２つの明らかに区別できるイメージされた領域が要求されるので、光源Ｓ１、Ｓ２を互いに並べて配置することはできない。

図２ｂは、ハイビーム１７０′とロービーム１６０′を仮想照射スクリーン４上に照射する別の先行技術による照明装置を示す図である。ここで、各光源Ｓ１、Ｓ２はコリメータＣ１、Ｃ２の中にあり、より多くの光をつかって、仮想スクリーン４上に光源イメージ４１、４２をレンダリングできるようになっている。しかし、光源Ｓ１、Ｓ２はまだ分離されており、光源Ｓ１、Ｓ２（またはコリメータＣ１、Ｃ２の光エグジット開口）の間の有効ギャップにより、仮想スクリーン４上のイメージ領域４１、４２間に対応するギャップ４３が生じる。

図３は、本発明の第１の実施形態による一体型照明装置１Ａを示すブロック図である。ここで、光源Ｓ１とＳ２をそれぞれ含むコリメータＣ１、Ｃ２のペアは、光学装置２の後に、この場合、プロジェクションレンズ２の後に配置され、コリメータＣ１、Ｃ２の光エグジット開口は、レンズ２の焦点面ＦＰの近くに、その焦点面ＦＰの後にある。さらに、コリメータＣ１、Ｃ２は、各コリメータが、光ビームを、基本的に光軸Ｘの反対側のレンズ２の部分に向けるように構成されている。「光軸」との用語は、レンズを通って伝搬する光の経路を画定する仮想的ラインとして理解すべきである。ここに示した基本的に対称なレンズの場合には、光軸はレンズの回転対称軸である。図示したように、（光軸Ｘの上の）第１のコリメータＣ１は、光ビームＬ１を（光軸Ｘの下の）レンズ２の下部に向け、（光軸Ｘの下の）第２のコリメータＣ２は、光ビームＬ２を（光軸Ｘの上の）レンズ２の上部に向ける。コリメータＣ１、Ｃ２を基本的に平行な側壁で用いることにより、コリメータＣ１、Ｃ２により放射される「絞られた（tight）」光コーンＬ１、Ｌ２が得られる。コリメータＣ１、Ｃ２は、光ビームＬ１とＬ２が（影付けしたエリアで示したように）部分的に交差して、焦点面ＦＰ上に焦点面オーバーラップエリアＬＦＰを形成するように、構成されている。焦点面ＦＰ内の「オブジェクト」のイメージは、仮想スクリーン４上に投影され、第２の光ビームＬ２に対応するハイビーム領域４１０と、第１の光ビームＬ１に対応するロービーム領域４２０を形成する。プロジェクションスクリーン上のオーバーラップエリア４４は、ハイビーム領域４１０とロービーム領域４２０との間の重なりであるが、事実上、レンズ２の焦点面ＦＰ上の焦点面オーバーラップエリアＬＦＰの「イメージ」であり、黒い太線で強調されている。このオーバーラップエリア４４により、ドライバの視点から、ヘッドランプにより照明されるエリアが最適に照明され、ロービームとハイビームの間には「暗いギャップ」や照明されないエリアが無くなる。

図４は、本発明の第２の実施形態による一体型照明装置１Ｂを示すブロック図である。この実施形態は、上記の図３の実施形態をさらに発展させたものである。ここで、コリメータＣ１、Ｃ２をエグジットする光ビームＬ１、Ｌ２は、最初に、コリメータＣ１、Ｃ２の光エグジット開口に取り付けられたプリズム要素６により反射され、焦点面ＦＰ上に大きな焦点面オーバーラップエリアＬＦＰを形成する。これにより、黒い太線で示したように、仮想スクリーン４上のオーバーラップ領域４４がよりよく照明され、より大きくなる。

図５は、本発明では特許請求していない、一体型照明装置を示すブロック図である。この実施形態の動作原理は、前の２つの実施形態の動作原理と比較して異なる。ここで、それぞれ光源Ｓ１、Ｓ２を含むコリメータＣ１、Ｃ２のペアがプロジェクションレンズ２の後に配置されているが、そのコリメータは、その光ビームを、基本的に、光軸Ｘのコリメータと同じ側にあるレンズ２の部分に向ける。第１のビームＬ１は、第１のコリメータＣ１中の光源Ｓ１により発生され、光軸Ｘの上のレンズの上半分に向けられる。第２のビームＬ２は、第２のコリメータＣ２中の光源Ｓ２により発生され、光軸Ｘの下のレンズの下半分に向けられる。例えば、コリメータＣ１、Ｃ２を基本的にパラボラ形状で用いることにより、コリメータＣ１、Ｃ２により放射されるコニカル光コーンＬ１、Ｌ２が得られる。コリメータＣ１、Ｃ２は、分割壁を有し、各コリメータＣ１、Ｃ２の外壁がパラボラ形状であり、パラボラの焦点が共通分割壁の近くにあるバイキャビティコリメータとして構成してもよい。プロジェクションレンズ２は、追加機能要素２１，２２を備える。発散要素（spreading element）２１は、レンズ２の後に上方に取り付けられ、シフト要素２２は、レンズの後に下方に取り付けられている。第１の光ビームＬ１の一部はレンズ２の中心領域に到達するが、ほとんどが上半分であり、仮想スクリーンの領域４２０にプロジェクションされる。第１のビームＬ１の残りは、発散要素２１に到達し、発散され、仮想スクリーン４上の領域４２１にプロジェクションされる。第２のビームは、ほとんどがシフト要素２２の上のレンズの下半分に到達し、仮想スクリーン４のハイビーム領域４１０にプロジェクションされる。第２のビームの残りは、シフト要素２２に到達し、屈折され、仮想スクリーン４上のシフトハイビーム領域４１１にプロジェクションされる。

図６は、本発明の第３の実施形態による一体型照明装置１Ｄを示すブロック図である。この実施形態は、前述の実施形態の動作原理の組み合わせである。再び、コリメータＣ１、Ｃ２は、第１と第２の光ビームＬ１、Ｌ２が焦点面ＦＰの前で交差するように構成されているが、レンズ２もシフト要素２２と発散要素２１により補強されている。コリメータＣ１、Ｃ２は、その光ビームＬ１、Ｌ２を、光軸Ｘに交差して向けるように構成されているので、シフト要素２２はレンズ２の上の領域に取り付けられ、発散要素２１はレンズ２の下の領域に取り付けられている。第１のビームＬ１と第２のビームＬ２の一部は、レンズ２の発散要素２１とシフト要素２２の間に到達し、仮想スクリーン４上でそれぞれロービーム領域４２０とハイビーム領域４１０となる。焦点面ＦＰ上の焦点面オーバーラップエリアＬＦＰは、仮想スクリーン４上にオーバーラップエリアＬＦＰとしてプロジェクションされ、一方、発散要素２１はより最適なロービーム領域４２１を形成し、シフト要素２２は改善されたハイビーム領域４１１を形成する。

図７は、図５、６を参照して説明した本発明による照明装置の実施形態で用いる追加機能要素２１、２２を有するプロジェクタレンズ２を示す図である。この実施形態では、シフト要素２２は、レンズの光軸から離れた入来光を屈折するように向いた、一連のフラットプリズム要素２２０を有する。このシフト要素２２を用いて、仮想スクリーン４上の最適化されたハイビーム領域４１１を得る。発散要素２１は、一連の円柱レンズ２１０を有する。この円柱レンズは、レンズ２のこの領域に入来する光を発散する機能を有し、仮想スクリーン４上で広いロービーム領域４２１を得るように用いられる。

図８は、本発明の第４の実施形態による一体型照明装置１Ｅを示すブロック図である。ここで、プロジェクションレンズの替わりに、反射器３を用いて、光を照明装置１の外に向かわせる。反射器３は曲線により簡略化して模式的に示している。曲線は基本的にはパラボラ形状のオープンエンドの反射器の一部を表している。コリメータＣ１、Ｃ２のペアは、反射器３の光軸より上に配置され、コリメータ装置の「影」ができないように光源Ｓ１、Ｓ２がイメージされている。光ビームが伝搬する３次元空間の実際の経路を図に示すことができる。基本的に、第１のコリメータＣ１により発せられた光の一部は、反射器３の発散要素３１に向かう。同様に、第２のコリメータＣ２により発せられた光の一部は、反射器３のシフト要素３２に向かう。これらの発散及びシフト要素３１、３２は、反射器３の適切な形状の領域であり、または反射器３の内壁の適切な位置に取り付けられた追加的光学要素である。反射器３は、コリメータＣ１、Ｃ２から出る光を、仮想スクリーン４のロービーム領域４２０、発散ロービーム領域４２１、ハイビーム領域４１０、及びシフトハイビーム領域４１１に向けるように設計されている。再び、オーバーラップ領域４４は、ハイビーム領域４１０とロービーム領域４２０のオーバーラップにより得られる。

図９は、本発明の一実施形態によるヘッドランプ装置１２を示す図であり、ハウジング１２０中の、プロジェクションレンズ２の後にあるコリメータＣ１、Ｃ２のペアに配置された光源Ｓ１、Ｓ２のペアを有する光学装置を示す。光源Ｓ１、Ｓ２は、ここではLuxeon(登録商標）AltilonなどのタイプのＬＥＤ光源Ｓ１、Ｓ２であり、好適なヒートシンク１２１上に取り付けられている。コリメータの一方または両方は、可動ベース上に取り付けられ、可動ベースを制御して、プロジェクションレンズ２の光軸Ｘの方に、またはそれから離れるように、コリメータを傾けることができる。例えば、（任意的にハイビームをオンにする）ユーザ入力に応じて、（車両が丘のいただきを通っているか、または車両がカーブにさしかかっているか検出する）センサに応じて、またはその他の好適な制御信号に応じて、ドライバ１２２は、光源Ｓ１、Ｓ２の一方または両方をアクティブ化する必要な制御信号を供給する。どんな状況でも、照明装置のコリメータＣ１、Ｃ２は、上記のようにロービームとハイビームがオーバーラップ領域で最適にオーバーラップするように、制御できる。

図１０は、ハイビームＢＨＩとロービームＢＬＯを、ヘッドランプ装置１２から２５ｍ離れた仮想照射スクリーン４上に照射する、図８に示したヘッドランプ装置１２を有する自動車１０を示す図である。ロービームＢＬＯとハイビームＢＨＩを操作する図３乃至７を参照して説明した実施形態のどれかを用いて、仮想スクリーン４上に最適なオーバーラップ領域４４を得て、ドライバとその他の交通関係者の安全性を高める。

好ましい実施形態とそのバリエーションの形式で本発明を開示したが、言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの追加的修正や変形を加えることができる。ここに説明した一体型照明装置は、例えば、ハイビーム／ＤＲＬ（昼間灯）、フォグランプ／ＤＲＬ、ハイビーム／フォグランプなど、２種類の光の任意の組み合わせに用いることができる。

説明を明瞭にするため、本出願では、「ａ」または「ａｎ」とは複数の場合を排除するものではなく、「comprising」とは他のステップや要素を排除するものではない。

Claims (13)

1. 一体型照明アセンブリであって、
   光学装置；
   第１の光ビームを発生する第１の光源；
   前記第１の光ビームを前記光学装置に向けて広がった光ビームとする第１のコリメータ；
   第２の光ビームを発生する第２の光源；及び
   前記第２の光ビームを前記光学装置に向けて広がった光ビームとする第２のコリメータを有し、
   前記第１と第２のコリメータは、前記一体型照明アセンブリの光軸の一方側のコリメータがその光ビームを基本的に前記光軸の他方側の前記光学装置の一領域に向け、前記第１の光ビームが前記光学装置に到達する前に前記第２の光ビームと交差するようにし；及び
   前記光学装置は、前記第１と第２の光ビームを操作してローエグジットビームとハイエグジットビームを与え、前記ローエグジットビームとハイエグジットビームが前記一体型照明アセンブリから所定距離にあるプロジェクション面上のオーバーラップ領域で部分的に合わさるようにする、一体型照明アセンブリ。
2. 前記光学装置は、入射光を水平方向に発散する発散要素、及び／又は入射光を垂直方向にシフトするシフト要素を有する、
   請求項１に記載の一体型照明アセンブリ。
3. 前記発散要素は、前記光学装置による操作の前に、前記第１の光ビームの少なくとも一部を発散して、前記ローエグジットビームが照射されて前記プロジェクション面内に２つの重なりあった第２の光ビーム領域を与えるようにする、
   請求項２に記載の一体型照明アセンブリ。
4. 前記シフト要素は、前記光学装置による操作の前に、前記第２の光ビームの少なくとも一部をシフトして、前記ハイエグジットビームが照射されて前記プロジェクション面内に２つの重なりあった第２の光ビーム領域を与えるようにする、
   請求項２又は３に記載の一体型照明アセンブリ。
5. 前記光学装置はプロジェクションレンズを有する、
   請求項２乃至４いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリ。
6. 前記シフト要素は前記プロジェクションレンズ上に取り付けられた複数のプリズム要素を有し、前記プロジェクションレンズによる反射前に前記シフト要素に入射する光を垂直方向にシフトするように構成された、
   請求項５に記載の一体型照明アセンブリ。
7. 前記発散要素は前記プロジェクションレンズ上に取り付けられた複数の円柱レンズ要素を有し、前記プロジェクションレンズによる屈折前に前記発散要素に入射する光を屈折して水平方向に発散するように構成された、
   請求項５に記載の一体型照明アセンブリ。
8. 前記第１と第２の光ビームは前記光学装置の焦点面上の焦点面オーバーラップ領域で少なくとも部分的に交差し、前記プロジェクション面上のオーバーラップ領域が前記焦点面オーバーラップ領域に対応する、
   請求項１乃至７いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリ。
9. コリメータ装置を有し、前記第１のコリメータと第２のコリメータの光エグジット開口は前記光学装置の焦点面の近くにある、
   請求項１乃至８いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリ。
10. コリメータ装置を有し、コリメータはその光エグジット開口にプリズム要素を有し、前記プリズム要素は光ビームを前記光軸の方向に屈折するように構成された、
    請求項１乃至９いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリ。
11. 光源はＬＥＤ光源である、
    請求項１乃至１０いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリ。
12. コリメータは、長さが６ｍｍ乃至１８ｍｍの、最も好ましくは長さが約１２ｍｍのニアダイコリメータを有する、
    請求項１乃至１１いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリ。
13. 請求項１乃至１２いずれか一項に記載の一体型照明アセンブリを有する自動車ヘッドランプ装置。

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