JP6126578B2 - ハイブリッド光学系のｌｅｄヘッドランプ - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２０１１年４月７日出願の米国出願番号６１／５１６，７９８の国際特許出願である。

（技術分野）
本発明は、構成要素の数が低減されたオペラハウス型ＬＥＤヘッドランプ組立体に関する。

現在のＬＥＤヘッドランプは、投影式レンズ又は反射器光学系又は密結合光学系を利用している。この方法は、低い光学効率、高いコスト、又は不十分なビームパターン分布といった１つ又はそれ以上の問題に悩まされる。

本発明は、小型で組み立てが容易でコスト効率の高い組立体を可能にする、構成部品の数が低減されたＬＥＤヘッドランプ組立体を提供するものである。

本発明は、光源から放射される光を実質的に１００％集光して、効率的に光を所望のビームパターンに向ける光学系を提供する。このことは、反射器及びレンズ光学系を含む異なる光学制御方式を組み合わせることで実現できる。コストは、光学部品を２つの主要構成部品に制限するデザインによって管理でき、製造及び組み立て時間を短くして、光源及びシステムに対する適切な位置合わせを維持するようになっている。

本発明の別の適用分野は、以下の詳細な説明から明らかになるはずである。詳細な説明及び特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、単に例示目的であり、本発明の範囲を限定しないことが意図されていることを理解されたい。

本発明は、詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解できるであろう。

反射器１０１、レンズ１０２、及びＬＥＤ１０３を備えるランプ組立体１００を示す。 ＬＥＤ１０３及び光放射面２０８の位置を明示するためにレンズが取り除かれたランプ組立体１００を示し、反射器のサブセグメント２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、及び２０７を特定する。 光放射面２０８を有するＬＥＤ１０３の拡大図であり、ＬＥＤ光放射面２０８に関連する場合の反射器のサブセグメントの焦点３０１−３０５を特定する。 レンズ１０２、反射器１０１、及びＬＥＤ１０３の相対的位置を明瞭にするために反射器１０１の半分が取り除かれたランプ組立体１００を示す。 ランプ組立体１００を通る断面を示し、ＬＥＤ光放射面２０８によって照射される領域５０１、５０２、及び５０３、制御ビーム放射領域５０４及び５０５、並びにＬＥＤ１０３、反射器１０１、及びレンズ１０２の及び相対的位置を特定する。 レンズ１０２、ＬＥＤ１０３、光放射領域２０８、及びレンズ１０２の主特徴部６０１、６０２、６０３、及び６０４の拡大図である。

以下の好ましい実施形態の説明は、単に本質的に例示的なものであり、本発明、その用途及び使用を限定するものではない。

図１において、ランプ組立体１００は、ハウジング９９、反射器１０１、レンズ１０２、及びＬＥＤ１０３を含む。図２は、ＬＥＤ１０３及び光放射面２０８の位置を明示するためにレンズが取り除かれたランプ組立体１００を示し、反射器サブセグメント２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、及び２０７を特定する。図３は、ＬＥＤ１０３及びその光放射面２０８の拡大図を示し、ＬＥＤ光放射面２０８に関連する場合の反射器サブセグメントの焦点３０１、３０２、３０３、３０４、及び３０５を特定する。図４は、レンズ１０２、反射器１０１、及びＬＥＤ１０３の相対的位置を明示するために反射器１０１の半分が取り除かれたランプ組立体１００を示す。図５はランプ組立体１００を通る断面を示し、ＬＥＤ光放射面２０８によって照射される領域５０１、５０２、及び５０３、制御ビーム放射領域５０４及び５０５、並びにＬＥＤ１０３、反射器１０１、及びレンズ１０２の相対的位置を特定する。図６は、レンズ１０２、ＬＥＤ１０３、光放射領域２０８、及びレンズ１０２の主特徴部６０１、６０２、６０３、及び６０４の拡大図である。

本発明は、非常に低レベルの光学的損失でもってほぼ１００％の放射光を集光する能力を提供する。これは、図１に示す構成で実現される。ランプ組立体１００は、２つの光学部品である反射器１０１、レンズ１０２、及び光源ＬＥＤ１０３で構成される。高い光学効率は、光制御を約８５％の反射率の反射器１０１との又は入出力面でのフレネル損失のみのレンズ１０２を通る経路との、単一の相互作用に制限することによる低損失によって実現される。他のレンズ相互作用は、側壁からの無損失の内部反射である。

図２は、７つの固有の反射器サブセグメントを特定し、ＬＥＤ１０３の光放射面２０８からこれらに作用する光を適切に制御するために必要とされる第１のサブセグメント２０１、第２のサブセグメント２０２、第３のサブセグメント２０３、第４のサブセグメント２０４、第５のサブセグメント２０５、第６のサブセグメント２０６、及び第７のサブセグメント２０７を含む。ＬＥＤ１０３は図３の拡大図に示す光放射面２０８を有する。反射器の第１のサブセグメント２０１、第２のサブセグメント２０２、第３のサブセグメント２０３、第４のサブセグメント２０４、第５のサブセグメント２０５、第６のサブセグメント２０６、及び第７のサブセグメント２０７の各々は、光放射面２０８での位置３０１、３０２、３０３、３０４、３０５で特定される固有の焦点を有する。各サブセグメントは、異なる焦点及び所望のビーム性能を得るように決定される回転軸方向を有する回転放物線である。特定の焦点位置を用いることで、所望のビームカットオフ勾配の構築を可能にする反射器のセグメント軸の下で、全ての光線を、反射器の第１のサブセグメント２０１、第２のサブセグメント２０２、第３のサブセグメント２０３、第４のサブセグメント２０４、第５のサブセグメント２０５、第６のサブセグメント２０６、及び第７のサブセグメント２０７による制御状態にすることができる。

反射器の第４のサブセグメント２０４は、焦点３０３を用いる円筒型放物線の突出状である。反射器の第３のサブセグメント２０３は焦点３０２を用い、第５のサブセグメント２０５は焦点３０４を用いる。反射器の第１のサブセグメント２０１及び反射器の第６のサブセグメント２０６は焦点３０５を共有し、反射器の第７のサブセグメント２０７及び反射器の第２のサブセグメント２０２は焦点３０１を共有する。

図４は反射器１０１及びレンズ１０２に対して傾斜した状態のＬＥＤ１０３の位置を示す。この傾斜角は、最大表面積、従って反射器１０１の最大遠隔部に対する最大集光を提示するように光放射面２０８の向きを定める。また、この角度は、レンズ１０２によって遮られることになる反射器の頂点近くの光を除去する。このことは、反射器の頂点付近に接近することで生成される拡大効果を相殺する、光放射面の視界上に小さなエッジを提示することで、反射器から放射される光学像の混合を更に改善する。反射器１０１に対するＬＥＤ１０３の傾斜は、最大表面積及び反射器１０１の最大遠隔部５０６に対する最大集光を与える。同様の効果はレンズで制御された光にもたらされる。このレンズに対する回転は、パターンの最上部の近くに明るいエッジを有し、底部の近くに暗いエッジを有する放射プロファイルを形成する薄くて幅広の像を混合したものを生成する。このことは図５詳細に示されている。

光放射面２０８からの放射光は、図５に特定される第１の領域５０１、第２の領域５０２、第３の領域５０３とすることができる。第１の領域５０１は光を制御してビーム５０４を形成する反射器１０１を照射する。レンズ１０２が無い場合、第３の領域５０３の光は反射器１０１の床面を照射して、ランプの有効な性能に貢献しないビームのグレア領域に上方に跳ね返る。同様に、第２の領域５０２の光は、制御されずにランプの前面から外に出ることになる。大部分の光はグレアに寄与し、一部の光は道路の方向に届くが、この照明は弱いであろう。レンズ１０２を用いると、この制御されていない光を集光してビームパターンに向けることができ、全体性能が著しく向上すると共に同時に望ましくないグレア光が除去される。所定角度のＬＥＤ１０３の先端部は、反射器１０１から放射される光パターン内にホールを作り、これにより反射器１０１からの何らかのかなりの部分の光を遮るのを避けるようにレンズ１０２を使用することができる。

レンズ１０２は、長辺を与える１つ又はそれ以上の曲線縁及び平面を有する、集光レンズプロファイルの円筒型突出状として構成され、レンズ１０２から放射される光は幅広ビームパターンを有することになる。この突出状は幅広の拡散パターンをもたらす。パターンを調整しないと、ドッグボーン又は蝶ネクタイ形状に変形することになる。不要の光を所望のものよりも水平線よりも上、及びより深部に当てるパターンとなる。これは、突出部６０１及び６０２のエッジを湾曲させて、レンズを直線セクション６０３に対して高くかつ平らにすることによって補正される。この変更は、パターンの上部及び下部を平らにする効果がある。更に、光学系に入射する光のある部分は、側壁で反射して、次に、出射前にレンズに戻る可能性がある。この反射光は、側壁を反射しない照明によって必要以上の光学補正を必要とする場合がある。追加の補正は、側面プロファイル６０４の曲率を調整して所要の補正を可能にすることで達成される。

本発明の光学的構成は、効率的にビームパターンを形作りながら実質的に１００％の光を集光する。集光された光は、反射器で一回だけ反射して、高い効率を維持する。焦点の異なる複数の反射器セグメントを使用することで、所望のビームカットオフ制御が可能になる。反射器に当たらない光、又は望ましくない方向に反射した光は、近接したレンズで集光され、レンズは、反射器からの光と干渉しない限り光を有用なパターンに集光する。光は一回だけこのレンズを通過して、同様に高い効率を維持する。鞍型レンズ素子は、フラットビームカットオフを維持しながら幅広の拡散パターンを形成する。

本発明の説明は単に本質的に例示的であり、本発明の本質から逸脱しない変形例は、本発明の範囲に含まれることが意図される。このような変形例は、本発明の精神又は範疇から逸脱すると見なされない。

９９ ハウジング
１００ ランプ組立体
１０１ 反射器
１０２ レンズ
１０３ ＬＥＤ

Claims (10)

1. 光軸に沿って前方に投射するように作動可能なヘッドランプ組立体であって、
   ハウジングと、
   ハウジング内に配置され、光が放射される平面を有し、該平面が前記光軸と該平面との間で実質的に４５度の角度で前記光軸に向けられている発光素子と、
   前記ハウジング内に配置され、前記発光素子から放射される光の一部を受光して、該光を前記光軸に沿って前方に向けることができるレンズと、
   ハウジング内に配置され、前方に向かう前記光軸の一部を取り囲み、前記発光素子から放射される光の残余部の全てを受光し、前記光の残余部を前記光軸に沿って前方に反射する反射器と、を備えている、
   ことを特徴とするヘッドランプ組立体。
2. 前記レンズは、集光レンズプロファイルの円筒型突出状に構成される、請求項１に記載のヘッドランプ組立体。
3. 前記レンズは、長手方向軸に沿って半分にカットされたシリンダ形状に形成され、湾曲面の反対側で前記発光素子に向かい合う平面を有する、請求項１に記載のヘッドランプ組立体。
4. 前記レンズの前記湾曲面は、上に向かう面で切頂されており、前記前記発光素子から放射される前記光の残余部を、前記反射器の反射面に直接投射できるようになっている、請求項１から３のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。
5. 上に向かう前記レンズの切頂面は、凹面状である、請求項１から４のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。
6. 前記反射器は、前記光が反射面に１度だけ反射するように構成される、請求項１から５のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。
7. 前記反射器は、前記発光素子から放射される光を受光する開口を有し、前記反射器は、その軸周のりで９０度回転させることで得られ、下面が実質的に平らな形状の反射面を有する、請求項１から６のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。
8. 前記反射面は、放物形の複数のセグメントに分割される、請求項１から７のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。
9. 前記複数のセグメントの各セグメントは、前記発光素子の平面上に異なる焦点を有する、請求項１から８のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。
10. 前記発光素子は、発光ダイオードとして更に特定される、請求項１から９のいずれかに記載のヘッドランプ組立体。

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