JP6247451B2 - ライトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、自動車ヘッドライトのためのライトモジュールに関する。

自動車ヘッドライトは、多くのケースにおいて、区域的に水平方向に延びる明暗境界を有することを特徴とする、防眩された光分布を提供することが意図される。その場合、できるだけ明暗境界のすぐ下方の領域で強力な照明を生起して（ロービーム・スポット・光分布）、十分な到達距離を実現するのが望ましい。これに加えて、車両前方区域または側方領域の十分な照明が保証されるのがよい（基本光・光分布）。このような自動車ヘッドライトは、ロービームまたはフォグライトとして適用することができる。このとき明暗境界の適切な形状によって、対向車両の危険な眩惑を回避することができる。

さらに自動車ヘッドライトにより、防眩された光分布の明暗境界よりも上方の領域で高い照明強度を有するハイビーム光分布を追加的に提供することがしばしば意図される。

防眩された光分布を具体化するために、一方では、投影システムが知られている。これは多くの場合に２段階の光学系であり、この場合、光源の光が一次光学系を介して二次光学系の焦点平面へと誘導され、二次光学系が所望の防眩された光分布で光を投影する。２段階の構造であるために、投影システムは光路に沿って広い設計スペースを必要とするのが通常である。

さらに反射システムが知られており、この場合、光源から放射される光を防眩された光分布へと成形して方向転換させるためにリフレクタが利用される。このとき多くの場合、所望の光分布を得るためには、複雑に成形された広いリフレクタ面が必要である。

自動車ヘッドライトのための光源として、ＬＥＤの使用がしばしば望ましい。ＬＥＤは、比較的低いエネルギー消費量と、比較的高いエネルギー変換効率とを有しているからである。しかしその場合の問題点は、従来技術ではＬＥＤは多くの場合にガス放電ランプやハロゲンランプよりも弱い光束しか生成しないことにある。そこで、十分に強い光束を生成するために、通常、複数のＬＥＤ光源をライトモジュールで組み合わせなければならない。

以上を背景とする本発明の課題は、明暗境界での高い照明強度と、車両前方区域での均一な照明とを有する放射光分布を高い効率で実現することができる、コンパクトなＬＥＤライトモジュールを提供することにある。このとき特に、ハイビーム機能を簡単な仕方で統合することが可能であるのがよい。

この課題は請求項１に記載のライトモジュールによって解決される。このライトモジュールは光射出区域を有しており、これを通じて光を主放射方向へ放射可能である。さらに、エッジによって区切られた光放射面を備える少なくとも１つのＬＥＤを有する基本光源が設けられている。さらにライトモジュールは、メリジオナル平面で光を視準するために光射出区域に向かって開いたリフレクタと、メリジオナル平面に対して垂直に延びるサジタル平面で光を視準するための円柱レンズとを有している。このときリフレクタは、サジタル平面では実質的に湾曲なしに構成されるとともに、メリジオナル平面では焦点線が定義されるように湾曲している。基本光源は、少なくとも１つのＬＥＤのエッジが焦点線の上を延びるとともに、ＬＥＤの光放射面が焦点線を起点として光射出区域の方向へ延びるように配置されており、それにより、ライトモジュールから放射される光は明暗境界をもつ基本光分布を有している。

ＬＥＤのエッジが焦点線上を延びており、光放射面がリフレクタから離れるように（すなわち光射出区域の方向に）延びているので、リフレクタ区域に当たって反射される、光放射面から放射される各々の光束は、明暗境界にすぐ後続して明暗境界の下方に延びる照明領域へと案内される。したがって、垂直方向で上側に位置する暗領域と、垂直方向で下側に位置する明領域とを有する基本光分布が生成され、明領域は明暗境界によって暗領域から隔てられている。

さらに本発明による解決法の根底にある思想は、垂直方向（すなわちメリジオナル平面）と水平方向（すなわちサジタル平面）での集束作用を、異なる２つのコンポーネントに分割するということにある。リフレクタは、その湾曲に基づき、メリジオナル平面では垂直方向での集束のためにだけ作用し、それに対して、円柱レンズは水平方向での集束のために構成されている。

リフレクタが拡張された焦点線を定義するので、１つの基本光源の複数のＬＥＤを焦点線に沿って配置することができる。そのために十分な設計スペースを利用できる。個々のＬＥＤが互いに間隔をおいて配置されているときでも、円柱レンズによる集束は、水平方向に均一な推移を有する、放射される光分布をもたらす。したがって本発明によるライトモジュールは、複数のＬＥＤから供給を受けることができる。そのようにして、高い照明強度と強い光束を実現することができる。

基本光源が複数のＬＥＤを含んでいるとき、上で説明したとおり、各々のＬＥＤは、明暗境界にすぐ後続する照明領域を生じさせる。すべての照明領域が、明暗領域にすぐ後続している。したがって、明暗境界は高いコントラストを有しており、明領域は車両前方区域で均一かつ連続的に終わる。

この関連においてメリジオナル平面とは、ライトモジュールの垂直線と主放射方向とを通って広がる平面を意味している。サジタル平面とは、水平線と主放射方向とを通って広がる平面を意味している。

円柱レンズは、円柱状の集光レンズまたはドラムレンズとして構成されていてよい。このような種類のレンズは、サジタル平面と平行な断面で集光レンズ断面を有しており（すなわち、中心部で周縁部よりも厚くなっている）、それに対してメリジオナル平面と平行な断面では、壁厚はそれぞれ一定である。しかしながら円柱レンズが、特にウェッジプリズムとして構成された離散的なレンズゾーンを有するフレネルレンズとして構成されていることも考えられる。このようなレンズは少ない材料しか必要とせず、したがって、少ない重量で製作することができる。

リフレクタは、メリジオナル平面と平行な断面で特に放物線形または放物線類似の形状を有しており、それにより、メリジオナル平面に対して垂直に延びる焦点線が定義される。

円柱レンズは、基本光源を起点とする光路で、リフレクタの前または後に配置されていてよい。２つまたはそれ以上の円柱レンズを有する構造も考えられ、この場合、第１の円柱レンズは基本光源を起点とする光路でリフレクタの前に配置され、第２の円柱レンズは基本光源を起点とする光路でリフレクタの後に配置される。円柱レンズはローラ状の集束構造を有しており、特にローラ軸は円柱レンズの円柱軸と平行に延びている。クッション状の構造も考えられる。集束構造は、たとえば円柱レンズおよび／または上記の集束構造のいずれか１つが、ライトモジュールの中を眺めたときに、全体が照らされているように見えるように構成される。それにより、魅力的な外観をもつデイドライビングランプを具体化することができる。

円柱レンズは、ライトモジュールの光射出区域を形成するのが好ましい。そのために、特にリフレクタは光射出区域の方向で仕切エッジにより仕切られており、円柱レンズは、リフレクタの仕切エッジにすぐ後続するように構成される。

リフレクタは、筒状の中空体のセグメントまたは断片として構成されていてよい。このとき円柱状の本体は、正円柱だけに限定されるものではない。むしろ、メリジオナル平面で延びる曲線を、メリジオナル平面に対して垂直に立つ直線に沿って変位させることによって生じる、中空体の意味における一般的な円筒が考えられる。

リフレクタは、ＬＥＤの光射出面の上方だけを延びているのが好ましい。ＬＥＤはその光放射面の上方の半空間へのみ光を放射するので、本発明によるライトモジュールでは、光放射面よりも下方にリフレクタが延びることを省略することができる。このことは、ライトモジュールのコンパクトな構造を可能にする。リフレクタが、メリジオナル平面で焦点線を起点として見たときに１２０°よりも小さい、特に９０°よりも小さい角度領域にわたってのみ延びていることが特に好ましい。

さらに発展させた実施形態では、リフレクタは、リフレクタファセットおよび／または散乱構造により光束を基本光分布の明暗境界よりも上方の領域へ偏向可能であるように構成された、リフレクタファセットおよび／または散乱構造を有している。それにより、基本光源から放射される強度の低い一部分を「オーバーヘッド照明」として、明暗境界よりも上方の暗領域に偏向させることができる。このことは、たとえば対向交通者を眩惑する危険が存することなく、道路標識を読むことを可能にする。リフレクタファセットは、局所的に周囲のリフレクタ表面と相違する向きを有する、リフレクタ表面の領域として構成されていてよい。リフレクタの反射面における湾入部や隆起部としての構成も考えられる。

基本光源は、特に、優先放射方向を有する光源光分布を放射可能であるように構成されている。そして基本光源は、その優先放射方向がライトモジュールの主放射方向とともに、鋭角の偏向角、または直角、または鈍角の偏向角をなすように配置されていてもよい。偏向角とはこの関連においては、頂点から優先放射方向に延びる第１の辺と、頂点から主放射方向に延びる第２の辺との間で形成される角度の絶対値を意味している。６０°から１２０°の間の偏向角が好ましいことが判明している。偏向角を通じて、ライトモジュールの基本光分布の強度分布に簡単な仕方で影響を及ぼすことができる。基本光源の優先放射方向が光射出区域の方向に傾いていると（このことは、上記の定義の意味における鋭角の偏向角に相当する）、放射される光強度の大部分は明暗境界のすぐ下方の領域へと誘導される。それにより、明暗境界のすぐ下方での高い照明強度を具体化することができる。逆に、優先放射方向が主放射方向とともに鈍角をなすように基本光源が傾いていると（すなわち、優先放射方向が光射出区域から離れるように傾いていると）、高い割合の光強度が、明暗境界のさらに下方の領域へと誘導される。そのようにして、ロービーム・スポット・光分布の強度と、基本光・光分布の強度とを調整することができる。

基本光源は、直線状に延びるエッジにより区切られる平坦に構成された光放射面をもつ、少なくとも１つのＬＥＤを有しているのが好ましい。

基本光源は、１つのＬＥＤの１つのエッジがそれぞれ焦点線上に位置するように相互に並んで配置された複数のＬＥＤを有することができる。このとき各々のＬＥＤは、同じくエッジにより区切られる光放射面を有している。特に基本光源は、直接的に互いに突き合わされて相互に並んで配置された、複数の同種類のＬＥＤチップを含んでいる。

基本光源の個々のＬＥＤないしＬＥＤチップは、互いに関わりなく電気制御可能であるのが好ましい。このことは、ライトモジュールの放射される光分布を簡単な仕方で電気式に変更することを可能にする。

ライトモジュールの１つの特別に好ましい実施形態は、基本光源に加えて、同じく１つのエッジにより区切られる光放射面をもつ少なくとも１つのＬＥＤを有するハイビーム光源が設けられることによって得られ、このときハイビーム光源は、焦点線が光放射面を通って延びるように配置されている。このようにしてライトモジュールにより、基本光分布の明暗境界と重なり合うハイビーム分布をもつ光を放射することができる。組み合わされたハイビーム・基本光・光分布は均一であり、両方の光分布の間の移行部に筋目を有していない。ハイビーム光源は、基本光源の横で焦点線に沿って問題なく配置することができる。本発明のライトモジュールでは、そのために十分な設計スペースを利用することができる。

しかしながらハイビーム光分布は、ハイビーム光源のＬＥＤのエッジが焦点線上を延びつつ、光放射面は焦点線を起点として光射出区域と反対向きの方向に延びることによって提供することもできる。その意味で、基本光源のＬＥＤの光放射面とハイビーム光源のＬＥＤの光放射面は、焦点線を起点として反対方向に延びている。このような実施形態は、基本光分布と重なり合うのではなく、基本光分布の明暗境界よりも上方に延びるハイビーム分布を生じさせる。

ハイビーム光源は、基本光源とは関わりなく電気制御可能であるのが好ましく、それにより、ロービームとハイビームを互いに関わりなくオン・オフ可能である。

ハイビーム光源は、上に基本光源について説明した方策により、さらに発展させて構成することができる。その限りにおいて、基本光源に関する説明を援用する。特に、ハイビーム光源が基本光源と同一に構成されているが、焦点線に対して相対的な配置に関して相違していることが考えられる。

サジタル平面で、またはこれと平行に、ハイビーム光源の光を集束させるために、ハイビーム集束レンズが設けられているのが好ましく、この集束レンズは、基本光源から放射される光が実質的に影響を受けないまま保たれるように構成、配置される。その意味で、ハイビーム集束レンズによってハイビームだけが集束する。このことは、水平線上で基本光分布よりも強力に集束されたハイビーム光分布を、ライトモジュールによって放射することを可能にする。それにより、明暗境界よりも上方で基本光分布に重なるスポットのような形式で、ハイビーム光分布を放射することができる。

さらに発展させた実施形態のために光学プリズムが設けられていてもよく、この光学プリズムは、ハイビーム光源から放射される光束がメリジオナル平面で、またはこれと平行に屈曲し、はたは平行にオフセットされるが、サジタル平面と平行には影響を受けないまま保たれるように構成され、かつハイビーム光源に対して配置される。光学プリズムの機能は、ハイビーム集束レンズと組み合わせることができるのが好ましい。光学プリズムにより、焦点線に対するハイビーム光源の光学的な位置をバーチャルに変更することができる。このことは、スペース上の理由から、ハイビーム光源のＬＥＤと基本光源のＬＥＤが焦点線に関して向かい合うように、ハイビームＬＥＤを配置しようとする場合に好ましいことがある。その場合、光学プリズムによりハイビーム光源をバーチャルにオフセットさせて、リフレクタから見て焦点線がハイビーム光源の光放射面を通って延びるようにすることができる。光学プリズムがなければ、焦点線に対するそのような位置は、容易には具体化することができない。むしろ、そのためにはハイビーム光源が焦点線に沿って、基本光源に対してオフセットされて配置されていなければならない。そうしないと、これら両方のコンポーネントが、焦点線上で重なり合うことになるからである。

さらに発展させた実施形態では、絞りエッジを備える絞りが設けられており、この絞りは、基本光源および／またはハイビーム光源のＬＥＤの光放射面を区切るエッジが、絞りエッジによって定義されるように配置される。それにより、光放射面の鮮鋭な縁どりを実現することができ、このことはライトモジュールにおいて、コントラストのはっきりした明暗境界をもたらす。

ライトモジュールの各光源はメリジオナル平面に対して対称に配置されるのが好ましく、それにより、メリジオナル平面に強度中心点をもつ、放射される光分布を実現することができる。特に円柱レンズは、サジタル平面に対して垂直に延びる対称平面に対して鏡像対称に構成されており、基本光源および／またはハイビーム光源のＬＥＤは、この対称平面に関して対称に配置されている。それにより、ライトモジュールから放出される光分布は対称平面に光の中心点を有している。

円柱レンズは、サジタル平面に対して垂直に延びる焦点線が定義されるように構成されているのが好ましく、このとき円柱レンズは、基本光源および／またはハイビーム光源が、焦点線と円柱レンズとの間に配置されるように配置される。このとき、特に円柱レンズは長い焦点距離を有しており、それにより、焦点線が主放射方向と反対向きに基本光源の大きく後方に位置するようになっている。このような構成により、光はサジタル平面で微弱にしか視準されない。たとえばデイドライビングライトを具体化するために、これよりも強力な視準が望ましい場合がある。このようなケースでは、円柱レンズは短い焦点距離を有しており、円柱レンズの焦点線はほぼ基本光源の領域で延び、または基本光源を通って延びる。

さらに発展させた実施形態のために、円柱レンズは、それぞれ円柱軸を有し、特に円柱レンズの一区域のように構成された、筒状の散乱構造を有することができる。散乱構造の円柱軸と、円柱レンズに付属する円柱軸とは平行に延びるとともに、サジタル平面に対して垂直であるのが好ましい。

本発明のその他の具体的事項や好ましい実施形態は、図面に示された本発明の実施形態が詳しく記述、解説される以下の説明から明らかとなる。

本発明による照明モジュールを示す斜視図である。 図１ａの照明モジュールを示す縦断面図である。 図１ａの照明モジュールを示す水平方向の断面図である。 基本光分布を説明するためにライトモジュールを縦断面で示す模式図である。 基本光分布を説明するためにライトモジュールを縦断面で示す模式図である。 ライトモジュールから間隔をおいた試験用スクリーンに放射される光分布を示す模式図である。 光路を説明するために本発明によるライトモジュールを示す縦断面図である。 光路を説明するために本発明によるライトモジュールを示す縦断面図である。 本発明によるライトモジュールの別の実施形態である。 図４ａのライトモジュールの放射される光分布を説明するための模式図である。 本発明によるライトモジュールの別の実施形態を示す縦断面図である。 図５ａのライトモジュールを示す水平方向の断面図である。 本発明によるライトモジュールの別の実施形態を示す縦断面図である。 図６ａのライトモジュールを示す水平方向の断面図である。 図６ｂの詳細図である。 明暗境界の領域における基本光分布を説明するための模式図である。 本発明によるライトモジュールの別の実施形態を示す水平方向の断面図である。 図８ａのライトモジュールを示す斜視図である。 図８ａの詳細図である。 基本光分布とハイビーム光分布を説明するための模式図である。 基本光分布とハイビーム光分布を説明するための模式図である。 基本光分布とハイビーム光分布を説明するための模式図である。 基本光源とハイビーム光源の配置に関するする模式図である。 基本光源とハイビーム光源の配置に関する別の実施形態を示す模式図である。 図１１ａの配置を示す側面図である。

以下の説明では、同一または対応するコンポーネントには同じ符号が付されている。

図１は、本発明によるライトモジュール１０の構造を斜視図で示している。ライトモジュール１０は、基本光源１２とリフレクタ１４とを有している。リフレクタ１４は主放射方向１５に開くように構成されている。ライトモジュール１０の光射出区域１７を通して、光を主放射方向１５に放射することができる。

リフレクタ１４は、主放射方向１５と垂線とを通って広がるメリジオナル平面で、凹面状に湾曲している。リフレクタは、筒状の中空体のセグメントのような形式で構成されている。リフレクタ１４は、多数の冷却リブ２２を有する冷却体１６に配置されている。

さらにライトモジュール１０は、基本光源１２を起点とする光路でリフレクタ１４の後に配置された円柱レンズ１８を有している。図示した例では、光射出区域１７はライトモジュール１０の円柱レンズ１８を含んでいる。

図１ｂには、ライトモジュール１０がメリジオナル平面を通る断面で示されている。基本光源１２から放射される光線２４の束が、リフレクタ１４によって放射光分布２６へと偏向され、この放射光分布は、メリジオナル平面でのリフレクタ１４の湾曲に基づき、ほぼ視準された光線を有している。

円柱レンズ１８の作用は、主放射方向１５と水平線とを通って広がるサジタル平面を通る断面で照明モジュール１０を示す図１ｃに明示されている。円柱レンズ１８は、光線２４の束を水平方向でのみ、すなわちサジタル平面でのみ、集束させることが明らかである。

図１ｃに見られるとおり、円柱レンズ１８は水平方向断面で見て集光レンズ断面を有している。メリジオナル平面と平行な各々の断面で、円柱レンズ１８は一定の壁厚を有している。円柱レンズ１８には、焦点距離と、メリジオナル平面に延びる焦点線とが付属している。図示した例では、円柱レンズ１８は、基本光源１２から射出される光をサジタル平面では微弱にのみ視準する。円柱レンズ１８に付属する焦点距離は、基本光源１２と円柱レンズ１８の間隔よりもはるかに長いからである。その意味で円柱レンズ１８に付属する焦点線は、主放射方向１５と反対向きに、基本光源１２の大きく後方に位置している。円柱レンズ１８は、さらに発展させた実施形態のために、少なくとも１つのレンズ面に、垂線に沿って（すなわちサジタル平面に対して垂直に）延びる波形またはローラ形の集束構造を有することができる。

次に図２ａ〜図２ｃを参照して、ライトモジュール１０の基本光分布の成立について説明する。

リフレクタ１４はメリジオナル平面での形状に関して、実質的に放物線形を有している。したがってリフレクタ１４は、サジタル平面に延びる焦点線２０を定義する（サジタル平面に対して垂直に模式的な縦断面を示す図２ｂ参照）。図２ａには、焦点線２０からのさまざまな間隔Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３（後側焦点距離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を有する、リフレクタ１４のさまざまな反射点で反射される光線が図示されている。異なる後側焦点距離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３での反射点での反射に、放射光分布２６の明暗境界にすぐ後続する放射光分布２６の照明領域が、それぞれ割り当てられている。このことについて、図２ｂを参照しながら以下に詳しく説明する。

そのために、平坦なＬＥＤとして構成され、向かい合う２つのエッジ１３，１３’で区切られた光放射面１１を有する基本光源１２に着目する。基本光源１２は、エッジ１３がリフレクタ１４の焦点線２０の上を延びるとともに、光放射面１１が焦点線２０を起点として実質的に主放射方向１５に延びるように配置されている。したがって、基本光源１２のエッジ１３から出ていく光線は、リフレクタ１４により反射されて、実施的に平行に延びる光線となる。それに対して、向かい合うエッジ１３’から出ていく光線はそれぞれの反射点（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）で、エッジ１３’から出ていく光線よりも大きい反射面に対する角度のもとでリフレクタ１４に当たる。したがって、エッジ１３’から出ていく光線はリフレクタ１４により、エッジ１３から出ていく光線よりも垂直方向で下方に位置する領域へと誘導される。

ライトモジュール１０から主放射方向１５で間隔をおいて張設された試験用スクリーンでこの放射光分布２６を観察すると、図２ｃに模式的に示すような強度分布の図像が得られる。エッジ１３から出ていくすべての光線は、（ライトモジュールから試験用スクリーンまでの長い間隔については近似的に）水平方向に延びる線に沿って試験用スクリーンに当たる。これらの線が、放射光分布２６の明暗境界ＨＤＧを形成する。明暗境界ＨＤＧの上方に、放射光分布２６は暗領域２７を有しており、明暗境界ＨＤＧの下方では、照明される明領域２８がこれに続いている。エッジ１３’から出ていく光線が試験用スクリーンに当たる垂直方向の高さは、それぞれの反射点の間隔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に依存して決まる。たとえばエッジ１３’から出ていき、焦点線から小さい距離Ｓ３をおいて反射される光線は、垂直方向で明暗境界ＨＤＧの大きく下方に位置する領域へと偏向される。それに応じて、焦点線２０から大きい間隔Ｓ１をおいてリフレクタ１４で反射される、エッジ１３’から出ていく光線は、明暗境界ＨＤＧのすぐ下方の領域へと偏向される。

したがって、図２ｂの図面では、間隔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をおくそれぞれ異なる反射点に、それぞれ異なる光束が割り当てられている。（エッジ１３，１３’から出ていく）大きい間隔Ｓ１で反射された光線によって区切られる光束３２’は、小さい発散角を有している。それに対して、焦点線２０から小さい間隔Ｓ３をおいて反射された光束３４’は、比較的大きい発散角を有している。中間の間隔Ｓ２をもつ反射点での反射は、中間の発散角をもつ光束３３’を生じさせる。

これらの光束３２’から３４’に、図２ｃの図面では、照明ゾーン（「光源像」）３２から３４が割り当てられている。ここでは、図２ｂに縦断面図で示すＬＥＤ（５個）に、焦点線２０に沿って相互に並んで配置された別の同一のＬＥＤが後続するものと想定している。焦点線２０との大きい間隔（Ｓ１）を有する反射点での反射は、小さい照明面３２を生じさせることが明らかである。それに対して、焦点線２０との小さい間隔（Ｓ３）を有する反射点での反射は、広い照明面３４を生じさせる。したがって、リフレクタ１４の異なる領域で反射されるすべての光束の重なり合いは、明暗境界ＨＤＧの領域で高い照明強度を有するとともに、明暗境界ＨＤＧの下方で連続的に終わっていく放射光分布２６をもたらす。

基本光源１２では、複数のＬＥＤを備える構造が適用されるのが好ましい。こうして構成される基本光源１２は、優先放射方向４０で強度最大値を有する光源分布をもつ光を放射する。このことは、図３ａの断面図（メリジオナル平面を通る断面）に模式的に示されている。

主放射方向１５と優先放射方向４０とで仮想的な交点から出ていくそれぞれの辺の間で形成される角度の絶対値が、偏向角αを定義する。偏向角αの大きさは、図２ｃの図面に示すような、明暗境界ＨＤＧの下方での放射光分布２６の強度分布を規定する。優先放射方向４０がライトモジュールの主放射方向１５の方向に傾くように、基本光源１２が傾いているとき（このことは、上記の定義に基づく鋭角の偏向角αに相当する）、基本光源１２から放射される光強度の大部分は、焦点線２０から大きい間隔をもつリフレクタ領域（図２ｂ参照）によって反射される。このことは、基本光源１２の放射される光強度の大部分が、明暗境界ＨＤＧのすぐ下方の領域へと偏向されるという帰結につながる（小さな「光源像」３２）。したがって、図３ａに示す構成のライトモジュールは、垂直方向で下方に向かって連続的に終わっていく、明暗境界のすぐ下方で強力に照明される基本光分布を提供する。

図３ｂでは、基本光源１２は図３ａに比べて主放射方向１５から離れるように傾いており、それにより、主放射方向１５と優先放射方向４０は直角をなしている。このことは、基本光源１２から放射される高い割合の光強度が、焦点線２０に近いリフレクタ領域（図２ｂ参照）によって反射されて、明暗境界のさらに下方の領域へ偏向されるという帰結につながる。そしてライトモジュールは、明暗境界ＨＤＧの下方でいっそう均等に照明がなされる放射光分布２６を提供する（図２ｃ参照）。

図４ａに示すライトモジュール５０は、リフレクタ１４がリフレクタファセット５２を有していることによって、上に説明したライトモジュールと相違している。リフレクタファセット５２は、リフレクタ１４の反射面の空間的に限られた区域によって形成されており、この区域は隣接する反射面に対して傾いて構成されており、すなわち、周囲の反射面から局所的に相違する向きを有している。したがって、リフレクタファセット５２に当たる光束２４は、リフレクタファセット５２を取り囲むリフレクタ１４の領域で反射される光線とは異なる角度で反射される。

このことは、図４ｂに示すような放射光分布２６を生じさせる。リフレクタファセット５２に基づき、暗領域２７でオーバーヘッド光分布５４が生成される。これは明領域２８の放射光分布に比べて低い強度しか有しておらず、たとえば、道路標識の読取りを可能にする。オーバーヘッド光分布が明暗境界ＨＤＧの上方で放射される角度は、リフレクタファセット５２の適当な構成によって調整することができる。たとえば２°から４°の範囲内の角度が考えられる。

図５ａおよび図５ｂには、円柱レンズ１８（以下、第１の円柱レンズ１８と呼ぶ）に加えて、第２の円柱レンズ６２を有するライトモジュール６０が示されている。ここでは第２の円柱レンズ６２は、基本光源１２を起点とする光路でリフレクタ１４の前に配置されており、第１の円柱レンズ１８は光路でリフレクタ１４の後に配置されている。

図５ｂに見られるとおり、第２の円柱レンズ６２は、基本光源１２から放射される光（光源光分布γ０）をサジタル平面と平行に（水平方向に）、まず中間光分布γ１へと集束させる。第１の円柱レンズ１８は、この中間光分布γ１を上に説明した仕方でさらに水平方向で狭め、それにより、サジタル平面で発散角が低減された放射光分布γ２が放射される。

上に説明した例とは異なり、第２の円柱レンズ６２に代えて、集光レンズが設けられていてもよい。このような集光レンズは、光をサジタル平面だけでなく、メリジオナル平面でも集束させるように構成されていてよい（すなわち水平方向と垂直方向）。それにより、基本光源１２から放射される光分布を、リフレクタ１４および第１の円柱レンズ１８の手前ですでに狭めることができる。同様に、レンズ６２をドラムレンズとして構成することも考えられる。

図６ａおよび図６ｂは、メリジオナル平面を通る断面図と、サジタル平面と平行な断面図とでライトモジュール７０を示している。このライトモジュール７０では、基本光源１２は、リフレクタ１４の焦点線７５に沿ってオフセットされて相互に並んで配置された複数のモジュール光源７２を含んでいる。

図６ｃの詳細図では、モジュール光源７２は支持基板７４を有しており、その上に複数のＬＥＤチップ７６が相互に並んで配置されている。各々のＬＥＤチップ７６は、エッジ７８により区切られる正方形の光放射面７７を有している。ＬＥＤチップ７６は線形のアレイを形成しており、隣接するＬＥＤチップ７６のそれぞれ平行に延びるエッジは、直接的に隣接して延びている。

基本光源１２の各々のモジュール光源７２は、ＬＥＤチップ７６のエッジ７８がそれぞれ焦点線７５の上を延びるとともに、光放射面７７がライトモジュール７０の光射出区域１７の方向に延びるように、リフレクタに対して配置されている。

モジュール光源７２は、光放射面７７に対して垂直の優先放射方向をもって、支持基板７４の上方の半空間にのみ光が放射されるという特性を有している。

図６ｂの水平方向断面に見られるように、円柱レンズ１８は、垂線と主放射方向１５とを通って広がる対称平面７９に対して鏡像対称に構成されている。この対称平面７９に対して、基本光源１２も同じく鏡像対称に構成されており、すなわち、モジュール光源７２は対称平面７９に対して対称に配置されている。

図７を参照して、図６ａから図６ｃに基づいてライトモジュール７０により生成される放射光分布について説明する。これは、主放射方向１５に対して垂直に延びる、主放射方向１５でライトモジュール７０から間隔をおいた試験用スクリーンで観察されるものである。各々のモジュール光源７２の各々のＬＥＤについて、それぞれの光放射面を区切るエッジ７８が焦点線７５の上を延びているので、放射される光分布は、図２ｂと図２ｃに関して上に説明したような明暗境界ＨＤＧを有している。ここでも、焦点線７５とさまざまに異なる間隔を有するリフレクタ１４の領域での反射が、それぞれ明暗境界にすぐ後続し、垂直方向で下方に向かって延びる照明領域３２から３４を生じさせる。

図８ａおよび図８ｂには、ハイビーム機能を追加的に提供することができるライトモジュール８０が示されている。図８ａに示す水平方向断面で明らかなとおり、３つのモジュール光源７２が焦点線７５に沿って相互にオフセットされて配置されている。両方の外側のモジュール光源７２は、焦点線７５に関して、図６ｂおよび図６ｃについて説明したような構造を有しており、その意味で、基本光源１２を共同で形成する。中央のモジュール光源７２は、外側のモジュール光源に対して、主放射方向１５と反対の方向にオフセットされて配置されている。この中央のモジュール光源７２が、ハイビーム光源８２を形成する。

次にハイビーム光源８２の構造について、図８ｃを参照しながら詳しく説明する。中央のモジュール光源７２は、正方形の光放射面と、エッジによる区切りとを上に説明したような仕方で備える複数のＬＥＤチップ７６を同じく有している（図６ｃ参照）。しかしハイビーム光源８２を形成するモジュール光源７２は、焦点線７５がＬＥＤの光放射面７７を通って延びるように配置されている。

図８ｂのライトモジュール８０の斜視図に見られるように、ハイビーム光源８２についてのみ、ハイビーム集束レンズ８４が設けられている。これは、ハイビーム光源８２を形成するモジュール光源７２の支持基板７４の上に直接配置されている。ハイビーム集束レンズ８４はドラムレンズとして、ハイビーム光源８２から放射される光が水平方向で集束されるように構成されている。しかしながらハイビーム集束レンズ８４は、ハイビーム光源８２から放射される光を少なくとも２つの互いに垂直な空間方向で集束させる集光レンズとして構成されることも考えられる。外側のモジュール光源７２（これらが基本光源１２を形成する）から放射される光は、ハイビーム集束レンズ８４によって偏向されることがない。一方で、共通の円柱レンズ１８は、基本光源１２から放射される光分布にも、ハイビーム光源８２から放射される光分布にも作用する。

このライトモジュール８０により、以下に図９ａから図９ｃを参照して詳しく説明する放射光分布を実現することができる。焦点線７５がハイビーム光源８２のＬＥＤの光放射面７７を通って延びているので、ハイビーム光源８２は、明暗境界ＨＤＧに重なり合うとともに明暗境界の上方にも延びる領域を照明する。このことはハイビーム光分布において望ましい。

図９ａは、ライトモジュール８０において基本光源１２だけが提供されるときの放射光分布を示している。ここではリフレクタ１４が、図４ａについて説明したものに準ずるリフレクタファセット５２を有しているものと想定している。したがって、放射光分布は明領域２８と暗領域２７とを有している。暗領域２７では、リフレクタファセット５２により、強度が比較的低いオーバーヘッド光分布５４が生成される。

それに対して図９ｂは、ハイビーム光源８２だけが作動したときに惹起される、ライトモジュールのハイビーム光分布を示している。ハイビーム光源８２から放射される光の大部分は暗領域２７へと誘導されて、明暗境界に重なり合うことがわかる。ハイビーム光源８２については、円柱レンズ１８に加えてハイビーム集束レンズ８４も有効となるので（図８ｂ参照）、図９ｂのハイビーム光分布は、図９ａに示す基本光分布よりも小さい水平方向の広がりを有している。

図９ｃは、基本光源とハイビーム光源８２を一緒に作動させたときに生成される、図９ａおよび図９ｂの光分布の重ね合わせを示している。

図１０は、防眩された光分布と、ハイビーム光分布とを本発明のライトモジュールによって具体化するための個々のＬＥＤの構造を略示している。図１０には、焦点線７５ならびに複数の単位光源９２が図示されている。単位光源９２は、たとえば上に説明した種類のモジュール光源７２であってよく、または単一のＬＥＤもしくはＬＥＤチップであってよい。

単位光源９２のうち４つが、基本光源１２としてグループ分けされている。基本光源１２の単位光源９２は、単位光源９２の仕切エッジが焦点線７５の上を延びるように配置されている。

別の４つの単位光源９２が、ハイビーム光源８２としてグループ分けされている。その単位光源９２は、基本光源１２に対して焦点線７５に沿ってオフセットされて配置されており、それにより、ハイビーム光源８２の単位光源９２の光放射面が焦点線７５と重なり合うようになっている。

図１０に示す焦点線７５に沿った配置のために必要な設計スペースは、ハイビーム光源８２の単位光源９２が焦点線７５に関して、基本光源１２の単位光源９２と向かい合うように配置されることによって減らすことができる。このとき基本光源１２の単位光源９２のそれぞれのエッジが、焦点線７５の上を延びている。ハイビーム光源８２の単位光源９２は、基本光源１２の単位光源９２にそれぞれ対をなして向かい合うように、焦点線７５に関して配置される。このような状況が図１１ａに示されている。

その意味で、図１１ａのすべての単位光源９２は、単位光源９２からなる二次元のアレイのような形式で配置される。この配置において、焦点線７５が基本光源１２の単位光源９２の仕切エッジに沿って延びていると、焦点線７５は、同時にハイビーム光源８２の単位光源９２の光放射面を通って延びることができない。

それにもかかわらず図９ｂの形式のハイビーム光分布を生成するために、図１１ａの構造では光学プリズム９６を設けることができる。光学プリズム９６は、図１１ｂに側面図で示すように、ハイビーム光源８２に付属して位置決めされる。ここでは光学プリズム９６は一例として、ハイビーム光源８２の単位光源９２からなるアレイに沿って延びるウェッジプリズムとして構成されている。ウェッジプリズム９６は、ハイビーム光源８２の単位光源９２に対して、サジタル平面に対して垂直の方向でオフセットされて配置されている。ウェッジプリズム９６により、ハイビーム光源８２から放射される光束９８を偏向させて、結果として生じる光束９８’が、基本光源１２の領域に位置する位置からバーチャルに放射されるようにすることができる（図１１ｂでは破線によって図示）。

ウェッジプリズム９６をハイビーム集束レンズ８４（図８ｂ参照）に統合することが考えられる。しかしながらウェッジプリズム９６に代えて、ハイビーム光源８２のそれぞれの単位光源９２をバーチャルに拡張して、リフレクタ１４から見て焦点線７５との重なり合いが生じるようにする集光レンズを採用することもできる。

さまざまな光源（ＬＥＤ）を、互いに関わりなく制御できるのが好ましい。そのようにして、たとえば１つまたは複数の個々の光源の減光が可能である（たとえばＰＷＭ制御）。

本発明によるライトモジュールのさらに発展させた実施形態のために調節装置が設けられてよく、この調節装置により、基本光源１２および／またはハイビーム光源８２をそれぞれリフレクタ１４の焦点線２０，７５に関して変位可能である。このことは、製造公差を補償し、放射される光分布を適合調節することを可能にする。特に調節装置は、基本光源１２および／またはハイビーム光源８２がサジタル平面と平行に、特に焦点線２０，７５に対して垂直に、変位可能であるように構成される。

Claims (14)

1. 自動車ヘッドライトのためのライトモジュール（１０，５０，６０，７０，８０）であって、
   光を主放射方向（１５）へ放射可能である光射出区域（１７）と、
   エッジ（１３，７８）により区切られる光放射面（７７）を備える少なくとも１つのＬＥＤ（７６）を有する基本光源（１２）と、
   メリジオナル平面で光を視準するために前記光射出区域（１７）に向かって開いたリフレクタ（１４）と、
   メリジオナル平面に対して垂直に延びるサジタル平面で光を視準するための円柱レンズ（１８）とを有しており、
   前記リフレクタ（１４）はサジタル平面で湾曲なしに構成されるとともに、メリジオナル平面では焦点線（２０，７５）が定義されるように湾曲しており、
   前記基本光源（１２）は、前記エッジ（１３，７８）のうちの後縁側エッジが焦点線（２０，７５）上を延びるとともに、前記光放射面（７７）が焦点線（２０，７５）を起点として前記光射出区域（１７）の方向へ延びるように配置されており、
   それにより、前記ライトモジュールから放射される光（２６）は明暗境界（ＨＤＧ）をもつ基本光分布を有し、
   且つ 前記リフレクタ（１４）は、基本光分布の明暗境界（ＨＤＧ）よりも上方の暗領域（２７）へ光束を偏向可能であるように構成されたリフレクタファセット（５２）および／または散乱構造を有していることを特徴とする、
   ライトモジュール。
2. 前記円柱レンズ（１８）は前記基本光源（１２）を起点とする光路で前記リフレクタ（１４）の前又は後に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のライトモジュール。
3. 前記円柱レンズ（１８）は前記ライトモジュールの前記光射出区域（１７）を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載のライトモジュール。
4. 前記リフレクタ（１４）は筒状の中空体のセグメントまたは断片として構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のライトモジュール。
5. 前記リフレクタ（１４）は前記ＬＥＤの前記光放射面（１１、７７）の上方でのみ延びていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のライトモジュール。
6. 前記リフレクタ（１４）は、メリジオナル平面上で焦点線（２０，７５）から見たときに後縁から前縁に向かって９０度よりも小さい角度範囲にわたって延びていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のライトモジュール。
7. 前記基本光源（１２）は優先放射方向（４０）を有する光源光分布を放射するために構成されるとともに、優先放射方向（４０）が主放射方向（１５）とともに鋭角の偏向角（α）または鈍角の偏向角（α）または直角をなすように配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のライトモジュール。
8. 前記基本光源（１２）はＬＥＤのエッジ（７８）がそれぞれ焦点線（２０，７５）の上に位置するように相互に並んで配置された複数のＬＥＤ（７６）を有していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のライトモジュール。
9. エッジ（７８）により区切られる光放射面（７７）をもつ少なくとも１つのＬＥＤ（７６）を有するハイビーム光源（８２）が追加的に設けられており、前記ハイビーム光源（８２）は焦点線（２０，７５）が前記光放射面（７７）を通って延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のライトモジュール。
10. サジタル平面で、又はこれと平行に前記ハイビーム光源（８２）の光を集束させるためのハイビーム集束レンズ（８４）が設けられており、前記ハイビーム集束レンズ（８４）は前記基本光源（１２）から放射される光が影響を受けないまま保たれるように配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のライトモジュール。
11. 前記ハイビーム光源（８２）から放射される光束（９８）がメリジオナル平面で、またはこれと平行に屈折し、もしくは平行にオフセットされるとともに、サジタル平面と平行に影響を受けないまま保たれるにように、光学プリズム（９６）が設けられていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のライトモジュール。
12. 基本光源（１２）および／またはハイビーム光源（８２）のＬＥＤの光放射面（７７）を区切るエッジ（７８）が絞りエッジにより設定されるように配置された、絞りエッジを備える絞りが設けられていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のライトモジュール。
13. 円柱レンズ（１８）はサジタル平面に対して垂直に延びる対称平面（７９）に対して鏡像対称に構成されており、前記基本光源（１２）および／またはハイビーム光源（８２）のＬＥＤは前記対称平面（７９）に関して対称に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のライトモジュール。
14. 円柱レンズ（１８）はサジタル平面に対して垂直に延びる焦点線が定義されるように構成されており、前記円柱レンズ（１８）は、前記基本光源（１２）および／またはハイビーム光源（８２）が焦点線と前記円柱レンズ（１８）との間に配置されるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のライトモジュール。