JP6979878B2 - ヘッドライトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、自動車のヘッドライト装置に関し、特には、ＬＥＤヘッドライト装置に関する。

自動車のフロントヘッドライトは、典型的に、ロービームモードとハイビームモードの両方で動作することが要求される。ロービームモードは、対向する道路ユーザに対してグレア（glare）を引き起こさないように、光の上方投射（upward projection）を制限または束縛するようにデザインされている。大部分のロービームヘッドライトは、また、道路の片側（左または右のいずれか）での使用のためだけに特別に仕立てられており、かつ、道路のドライバー自身の側に向けて光の大部分を方向付けるように適用されている。一方で、他方の側においては「下に向けて（"dipping down"）」いる、−再度、対向する車両に対してグレアを引き起こすのを避けるためである。ヘッドライトユニットは、典型的には、投射された光において実質的に水平上部の「カットオフ（"cut-off"」を生成することによってこのことを達成しており、その上は暗く、その下は明るい。カットオフプロファイルは、ドライバーのニアサイド（near-side）方向においては下方に向いて（グレアを回避しており）、ドライバーのオフサイド（off-side）方向においては上向きに掃引（sweep）またはステップしており、道路標識と通行中の歩行者を照らすのを手助けする。

典型的に、そうしたロービームの生成は、２つの別個のコンポーネントビームを別々に生成することを要する。ビームプロファイルの上部を横切って鋭いステップ状のカットオフ形状を形成するための第１コンポーネントビーム、および、カットオフラインの下で照明の残りの広がりを形成するための第２コンポーネントビームである。このことは、たいてい、各コンポーネントを生成するために別々のユニットを必要とし、ヘッドライトユニットに対して著しいバルク（bulk）、重さ、およびコストを追加するものである。

これに加えて、ヘッドライトユニットの中のハイビームの生成においては、並行した不十分さ（parallel inadequacies）が存在する。２つのハイおよびロービームの機能性は、典型的に、より低いカットオフと高いカットオフとの間の切り替え（switching）を可能にする移動可能な（例えば、アップ／ダウン）シールド、または、非常に薄いシールドのいずれかによって達成される。前者の場合には、シールドの動きを促進するために駆動コンポーネント（例えば、ソレノイド）を備える必要があり、デバイスに対してコストと複雑性を追加している。後者の場合には、薄いシールドは高精度の製造が必要であり、生産のためにコンピュータ数値制御（CNC）方法が必要となり、−再度、製造プロセスに対して著しいコストを追加している。

従って、これら並行する問題の一方または両方の解決を可能にするために、移動するパーツを必ずしも必要としない単一の、一体化されたモジュールによって、２つの別個の（しかし、おそらくはオーバーラップする）ビームコンポーネントの生成を提供するヘッドライトユニットが望まれる。ここで、一つ又は両方のビームコンポーネントは、グレアを防止するためのステップ状の上部カットオフを有する少なくともロービームを生成する。

本発明は、請求項によって定められる。

本発明の一つの態様に従って、ドライバー側の道路部分に向けた投射についてカットオフ部分を含むロービームプロファイルを出力するためのヘッドライトモジュールが提供される。本ヘッドライトモジュールは、
出射レンズであり、出射レンズを通って延びる光軸を有する出射レンズと、
ロービームプロファイルの少なくとも一部を生成するためのロービームユニットであり、
第１発光分布を生成するための第１ＬＥＤと、
ロービームプロファイルの少なくとも一部を生成するように、出射レンズの第１領域の上に第１発光分布を反射するためのリフレクタ構造体と、
を含む、ロービームユニットと、
ロービームユニットと出射レンズとの間の第２ビームユニットであり、
第２ＬＥＤと、
光入力窓を通して第２ＬＥＤと光学的に結合されており、かつ、出射レンズに面している光出力窓を有するコリメートエレメントであり、光出力窓は出射レンズの第２領域の上に第２発光分布を生成し、コリメートエレメントはカットオフ部分を生成するためのステップ状プロファイルを含む表面を含む、コリメートエレメントと、を含む、
第２ビームユニットと、を含む。
リフレクタ構造体は、例えば、楕円体リフレクタ構造体、または半楕円体リフレクタ構造体を備えてよく、反射内面を有し、かつ、第１ＬＥＤの上部の上にアーチ状に、そして、いくつかの事例では、第２ビームユニットの上部の上に追加的にアーチ状に配置されてよい。

第１ＬＥＤ、および光学的に結合された第２ＬＥＤとコリメートエレメントは、出射レンズの光軸に平行または実質的に平行な仮想軸に沿った、又は、に関する点において互いに関して直線的に配置されてよい。例えば、第１ＬＥＤ、および光学的に結合された第２ＬＥＤとコリメートエレメントは、結合された第２ＬＥＤの後ろに配置された第１ＬＥＤと共に、並んで配列されてよい。リフレクタ構造体は、仮想軸に関して、または、例えば、出射レンズの光軸に関して、対称的に配置されてもよい。それぞれの軸がリフレクタ構造体の２つの同一な「半分（"halves"）」すなわち「ウィング（"wings"）」を効果的に描写するようにであり、各々は軸から外の横方向に延びている。

第１ＬＥＤは、アーチ状に覆っているリフレクタ構造体の内面に向かって、出射レンズを通って延びている光軸に対して実質的に垂直な軸に沿って第１発光分布を出力するように配置されてよい。例えば、出射レンズの光軸は、実質的に水平な軸、すなわち、水平面内にある軸を含んでよい。第１ＬＥＤは、この場合に、実質的に垂直な方向、すなわち、垂直面内または実質的に垂直な平面内にある軸に沿って発光分布を出力するように配置されてよい。

出射レンズの第２領域（出射レンズにおける第２発光分布の入射領域）は、出射レンズの第１領域（出射レンズにおける第１発光分布の入射領域）と隣接、または、オーバーラップしてよい。例えば、第２領域は、第１領域の上方に延びてロービーム部分に対する上部カットオフを形成し得る。または、代替的な例においては、上部（例えば、ハイ）ビーム部分を形成し得る。下部領域は、出力ビームの主な下方拡散を形成するように、第２領域の下方に延びてよい。あらゆる実施例において、２つの領域は、ある程度オーバーラップしてよい。

実施例の第１セットに従って、第２発光分布は、ロービームプロファイルのさらなる部分であり、さらなる部分はカットオフ部分を含み、かつ、ステップ状プロファイルは、光出力窓（light output window）の境界を定めている（delimit）。ステップ状プロファイルは、従って、この場合には、コリメートエレメントのコリメート形状（collimating shape）の境界を定め、そして、従って、コリメータ出射窓を通じた出力において第２発光分布の形状の境界を定める。第１および第２ＬＥＤの両方を作動させることによって、この場合には、ステップ状カットオフを伴うロービームが生成される。

コリメートエレメントは、さらに、ステップ状プロファイルを組み込む、表面と対向する平らなさらなる表面を含み、さらなる表面は、コリメートエレメントの光出力窓に隣接しているさらなる表面部分を含み、さらなる表面部分は、反射コーティングされてよい。例えば、ステップ状プロファイルを含む表面は、いくつかの事例において、コリメートエレメントの下部表面または境界もしくは壁を形成し、そして、さらなる表面は、コリメートエレメントの上部鏡面または境界もしくは壁を形成し得る。両方の表面は、反射性であってよく、例えば、反射コーティングを含んでいる。このようにして、コリメータ出射窓によって定められる形状またはアウトラインは、（出射レンズの第２領域の上に降り注ぎ（fall）、または、画定している）ビームプロファイルがステップ状の上部境界を含むように、ステップ状プロファイルによってそのベースの境界が定められ、出射レンズに向かう投射において反転される。

コリメートエレメントは、ステップ状プロファイルを組み込んでいる表面を含む第１リフレクタ、および、上述のさらなる表面を含む対向する第２リフレクタを含んでよい。第１リフレクタおよび第２リフレクタは、この場合、空間的に分離されていてよい。他の例に従って、コリメートエレメント、異なる種類の光学素子、例えばコリメートレンズ、または、コリメートチャネル、例えばTIRコリメータ、を含んでよい。

ヘッドライトモジュールは、ロービームプロファイルに対して上方水平カットオフを創成するための、表面と実質的に平行な、反射された第１発光分布の光路の中に配置された平面シャッターエレメント、を含んでよい。平面シャッターエレメントは、
表面の第１側面に隣接して配置され、かつ、出射レンズに向かって湾曲している第１湾曲フロントエッジを有する、第１平面部分と、
表面の第２側面に隣接して配置され、かつ、出射レンズに向かって湾曲している第２湾曲フロントエッジを有する、第２平面部分と、を含む。
平面シャッターエレメントは、例えば、水平面と実質的に平行に配置されてよい。２つの半分（halves）すなわち「ウィング（"wings"）」（平面部分）の湾曲フロントエッジは、ステップ状プロファイルのいずれかの端部に隣接し、かつ、整列されたポイントからそれぞれに湾曲し、そして、出射レンズに向かう方向において外向きに弧を描くように配置され得る。シャッターエレメントは、ステップ状プロファイルによって形成されたステップ状カットオフのいずれかの側において、ロービームプロファイルに対して鮮明な水平（すなわち、０°）の上部カットオフラインを提供し得る。このために、２つの平面部分は、異なる垂直位置に配置されてよく、ステップ状プロファイルによって定められる２つの垂直「レベル（"levels"）」のうち１つと平行にそれぞれ配置されている。

実施例の第２セットに従って、第２発光分布はハイビーム部分であってよく、そして、ステップ状プロファイルは、反射された第１発光分布の光路の中に配置され、かつ、ロービームプロファイルにおいてカットオフ部分を創成するための反射面を含んでいる。この場合に、第１ＬＥＤだけを作動させると、ステップ状カットオフを有するロービームを生成する。第２ＬＥＤだけを作動させると、ハイビーム部分だけを生成する。両方のLEDを作動させると、組み合わされたハイビームとロービームを生成する。

ステップ状プロファイルは、例えば、コリメートエレメントの上に配置された、または、コリメートエレメントの上部境界の頂上に配置された反射面を含んでよい。ステップ状プロファイルは、反射された第１発光分布の光路内に置かれるので、第２ＬＥＤが作動しているか否かにかかわらず、プロファイルは、ロービーム部分に対するステップ状上部カットオフを創成する。

（ステップ状プロファイルを含む）反射面は、湾曲リフレクタによって構成されている。湾曲リフレクタは、
ステップ状プロファイルの第１端部に隣接し、かつ、出射レンズに向かって湾曲している第１湾曲部と、
ステップ状プロファイルの第２端部に隣接し、かつ、出射レンズに向かって湾曲している第２湾曲部と、を有しており、ここで、第１湾曲部は、第２湾曲部に関して垂直に変位している。

湾曲したリフレクタは、この場合には、第１ＬＥＤおよびリフレクタ構造体によって生成された下部ビーム部分に対して鮮明な水平（例えば、０°）カットオフを提供し得る。水平カットオフは、例えば、反射するステップ状プロファイルによって生成されるステップ状カットオフのいずれかの側で、湾曲したリフレクタによって生成されてよい。

いくつかの例において、湾曲したリフレクタは、コリメートエレメントに組み込まれてよく、例えば、コリメートエレメント出射窓の上部境界から外へ直接的に延びている。

コリメートエレメントの光出力窓は、光入力窓より大きく、かつ、光入力窓の下部境界の下に延びている下部境界を有してよい。

上述の実施例のセットのいずれかに従って、ステップ状プロファイルは、水平面に関して１５°または４５°のカットオフ角度を有するカットオフ部分を定めるように形成されてよい。カットオフ角は、この場合、ステップ状プロファイルの傾斜部分の角度、第１および第２の水平部分をつなぐ傾斜部分、互いに垂直方向にずれた水平部分、に係る角度を定め得る。

リフレクタ構造体の反射面の面積は、コリメートエレメントの光出力窓の面積より大きく、ロービームユニットとさらなるビームユニットによって生成される組み合わされたビームプロファイルの主要な領域を生成するように適合されている。

リフレクタ構造体は、第１焦点および第２焦点を含む楕円体リフレクタ構造体であってよく、ここで、第１ＬＥＤは第１焦点に配置され、かつ、第２焦点は、コリメートエレメントと出射レンズとの間に配置されている。

一つまたはそれ以上の実施例に従って、ヘッドライトモジュールは、さらに、コリメートエレメントの位置、及び／又は、相対的な方向を調整するための一つまたはそれ以上のモータまたは駆動エレメントを含んでよい。これにより、例えば、アダプティブフロントライティングシステム（AFS)を実施することができ、ヘッドライトビームの方向及び／又は形状が、例えば、異なる条件について動的に適合され得る。

請求項に係るさらなる態様に従って、上述の実施例のいずれかに応じた、ヘッドライトモジュールを備える車両が提供され得る。

本発明の実施形例は、添付の図面を参照して、より詳細に、かつ、非限定的な例として説明される。
図１は、ヘッドライトモジュールの第１実施例に係る斜視図を模式的に示している。 図２は、ヘッドライトモジュールの第１実施例に係る側面図を模式的に示している。 図３は、コリメートエレメント（collimating element）の第１実施例に係る第１ビュー（view）を模式的に示している。 図４は、コリメートエレメントの第１実施例に係る第２ビューを模式的に示している。 図５は、コリメートエレメントの第１実施例に係る光出射窓（light exit window）に係る断面プロファイルを示している。 図６は、コリメートエレメントの第１実施例によって生成されるビームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。 図７は、ヘッドライトモジュールの第１実施例によって生成される全体のビームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。 図８は、ヘッドライトモジュールの第１実施例によって生成される全体のビームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。 図９は、ヘッドライトモジュールの第２実施例に係る斜視図を模式的に示している。 図１０は、ヘッドライトモジュールの第２実施例に係る側面図を模式的に示している。 図１１は、ヘッドライトモジュールの第２実施例によって生成される全体のビームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。 図１２は、ヘッドライトモジュールの第２実施例によって生成される全体のビームプロファイルに係るシミュレーションの第２ビューを示している。 図１３は、ヘッドライトモジュールの第３実施例に係る斜視図を模式的に示している。 図１４は、ヘッドライトモジュールの第３実施例に係る第２斜視図を模式的に示している。 図１５は、コリメートエレメントの第２実施例に係る第１ビューを模式的に示している。 図１６は、コリメートエレメントの第２実施例に係る第２ビューを模式的に示している。 図１７は、コリメートエレメントの第２実施例に係る第３ビューを模式的に示している。 図１８は、ヘッドライトモジュールの第３実施例によって生成されるロービームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。 図１９は、ヘッドライトモジュールの第３実施例によって生成されるハイビームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。

本発明は、単一の統合されたユニットによって、２つの別個のビーム部分、ことによるとオーバーラップしているが、を生成することができるヘッドライト装置を提供する。ユニットは、２つのそれぞれのビーム部分を生成するための２つの主要な光学コンポーネント、および、組み合わされたビームが透過する単一の出射レンズを含む。対向する道路ユーザに対するグレアを回避するためにステップ状のカットオフを有しているロービームは、特別に形成されたコリメートエレメント（collimating element）によって生成されたカットオフを伴う、提供された装置によって生成され、そして、下向きに反射するリフレクタによって、ビームの残りの広がりが生成されている。デュアルのハイおよびロービーム機能性が交替的に達成される。ここでは、コリメートエレメントがハイビームを生成し、そして、リフレクタ構造体がロービームを生成する。コリメートエレメントを適切に形成し、かつ、位置決めすることによって、これらの実施例において、ロービームにおけるステップ状のカットオフが依然として提供され得る。

本発明の実施例は、従って、標準的な複合楕円体システム（Poly Ellipsoid System、PES）配置（光源、湾曲したリダイレクトリフレクタ（redirecting reflector）、および出射レンズからなるもの）を、追加の主要な（primary）光学コンポーネント（コリメートエレメント）と効果的に組み合わせている。それによって、広い分布のロービームエレメント、および、より小さく、高密度のビームエレメントの両方を提供するためであり、後者は、広域分布エレメントに対して形状を付加するため、または、それ自体の別個の補助（高強度）ビームを提供するために使用され得る。

図面は単に模式的なものであり、縮尺どおりに描かれていないことが理解されるべきである。同じ参照番号は、図面全体にわたり同じ又は類似のパーツを示すために使用されていることも、また理解されるべきである。

図１および図２には、ステップ状の上部カットオフを有するロービームを生成するように適合された、第１実施例のヘッドライトモジュール2に係る斜視図および側面図がそれぞれ模式的に示されている。オープン楕円体リフレクタ構造体20が配置され、リフレクタ構造体の焦点が出射レンズの近位部の近くに置かれるように、出射レンズ12の方向に面している一つのオープン側を有している。リフレクタ構造体の（オープン）基部は、出射レンズの垂直中心13を直接的に通過する（仮想の）水平面（軸4および5によって定められるもの）と位置合わせされる。リフレクタ構造体は、さらに、出射レンズの中心光軸14に関して対称的に配置されている。すなわち、上記の光軸14は、リフレクタを通って延びている（軸4および6によって定められる）（反射的）対称な（垂直）平面上にある。

リフレクタ構造体20の下には、第１ＬＥＤ18と第２ＬＥＤ24が配置されており、第２ＬＥＤ24は、またリフレクタ構造体の下に配置された、コリメートエレメント（collimating element）26の光入力窓36と直接に光学的に結合されている。第１ＬＥＤ、そして光学的に結合された第２ＬＥＤおよびコリメートエレメントは、共通の軸4に沿って配置されており、第１ＬＥＤは、結合されたコリメートエレメントおよび第２ＬＥＤの「後方（"behind"）」に配置される。さらに、共通軸4は、図１の例において、出射レンズ12の光軸14と平行である。

第１ＬＥＤ18は、楕円体リフレクタ20の反射内側面22の方向に面している発光面を有するように配置されている。第１ＬＥＤの発光出力は、従って、出射レンズ12の光軸14に対して実質的に垂直な方向に向けられる。第１ＬＥＤからの光は、リフレクタ構造体の内側にわたって分布され、そして、水平中心線13の実質的に下の出射レンズ上の領域に向かって「下方（"downward"）」にリダイレクトされる。反射面22から反射された光は、従って、ヘッドライトモジュール2によって出力されるロービームプロファイルの主要な下方「広がり」を形成する。

代替的な例において、共通軸4と光軸14は平行に整列されていなくてよく、例えば、出射レンズ13において横方向にオフセットされたビームプロファイルを生成するように、いくらかの角度まではずれてよい。リフレクタ構造体20の垂直方向の整列も、出射レンズに対して、また、本発明の異なる実施例において変動してよい。例えば、中心水平線13の上方に延びるロービームの広がりを発生するために、リフレクタ構造体がより高い垂直位置に配置されてよい。加えて、出射レンズ、及び／又は、光学的に結合された第２ＬＥＤ24およびコリメートエレメント26に関する、リフレクタ構造体の角度方向は、別の例において異なってよい。例えば、リフレクタの基部は、実施例において、軸4および5によって定められる「水平」平面に関していくらかの量だけ傾けられた（仮想の）水平面と位置合わせされてよい。上記の傾きは、軸5の方向（すなわち、左右の傾き）、または、軸4の方向（すなわち、前方−後方の傾き）のいずれかであってよく、もしくは、その両方の組み合わせであってよい。リフレクタ構造体の角度方向を変えることは、例えば、異なるビームプロファイル、形状、または指向性を生成するために採用されてよい。

図１および図２の例に係るコリメートエレメント26は、楕円体リフレクタ20の焦点と一致するように置かれている。コリメートエレメントの光出力窓28は、光軸14と平行な軸に沿って、出射レンズに向けて直接的に向かうように配置されている。出力窓を出るコリメートされた光出力は、従って、レンズの中心点に近い（小さな）領域において出射レンズ12に入射する。この領域は、第１ＬＥＤからの反射光によってカバーされた（より広い）領域と部分的または完全にオーバーラップしてよい。

図１および図２の特定の例において、コリメートエレメント26は、軸4および軸5によって定められる水平面と平行に配向されて示されているが、代替的な例においては、コリメートエレメントの相対的な角度配向が変動してよい。例えば、コリメートエレメントは、上記の水平面に関していくらかの角度だけ傾けられてよい。軸4の方向（すなわち、上下の傾き）、または、軸5の方向（左右の傾き）のいずれか、もしくは、両方のある組み合わせにおけるものである。コリメートエレメントの角度方向を変更することは、例えば、出力窓28を通る発光出力がリフレクタ構造体22によって生成される発光分布とオーバーラップする程度を変えることができる。

図３−図５には、図１および図２の実施例に係るコリメートエレメント26が、より詳細に示されている。コリメートエレメントの一端には、光入力窓36があり、第２ＬＥＤ24と光学的に結合されて示されている。光は、入力窓でコリメータに入り、そして、上面35と下面31との間で反射され、出射窓28において、コリメータ断面の輪郭（outline）（従って、光出射窓28の輪郭）（の反転した形状）に広く追従する形状を有するビームを形成する。光入力窓36および光出力窓28の両方は、固体のカバーまたは境界なく、オープンであってよい。

光出射窓28（および、より一般的にはコリメートエレメント26の断面）の形状は、図５においてより明確に示されている。ステップ状プロファイル32は、出射窓の下部境界を定めており、一方で、上部境界は、対照的に、その範囲全体にわたり広く平坦である。ステップ形状は、３つのリンクされた部分を含んでいる。第１（実質的に水平な）部分38と第２部分39との間においてある角度で延びる中央傾斜部分37を含み、第２部分は、第１部分から垂直方向に変位しており、より浅く傾斜している部分である。

コリメートエレメント26の出射窓28に近づくと、表面35の表面部分34における入射光は、出射窓を通って「下方」方向に反射され、一方、対応する（すなわち、対向している）表面31の表面部分33における入射光は出射窓を通って「上方」に反射される。光出射窓の形状は、従って、ステップ状プロファイル32が、コリメートエレメント26によって生成されたビーム部分について対応するステップ状上部カットオフを形成するように、出射レンズ12に向かう投射において反転されている。

傾斜部分37の角度は、非限定的な例として、水平に関して15°、または、例えば、水平に関して45°であってよい。ステップ状プロファイル32の３つの部分37、38、39の角度は、対向する道路ユーザ（道路の反対側にいるもの）に対するグレアを回避するために最適に角度付けされた、ロービームプロファイルに対する上部カットオフを生成するように選択される。一方で、道路の自身側においてはヘッドライトモジュール2のユーザのために十分な照明を提供している。３つの部分の相対的な角度は、従って、問題となる国において道路のどちら側を車両がドライブするのかに応じて、異なる国における使用を意図した本発明のアプリケーションにおいて変化させることができる。加えて、傾斜部分37の勾配の程度は、例えば、満足されることが要求される所定のステチャリ（statuary）安全規則に応じて、異なるアプリケーションにおいて変化してよい。浅い傾斜部分39は、実施例において、通行している歩行者の目の中に光を向けることも、また、回避しながら、（例えば、遠くで見ると）道路のドライバー側において道路標識の最適な照明を提供するように、角度が付けられてよい。

表面部分34および35は、実施例に従って、コリメートエレメントの光学効率を最適化するために、反射コーティングによって皮膜されてよい。

図６は、光学的に結合された第２ＬＥＤ24およびコリメートエレメント26によって生成されるビームプロファイルのシミュレーションされた表現を示している。ステップ状プロファイル32によって生成されるステップ状上部カットオフが、線40によって示されている。

図７は、実施例のヘッドライトモジュール2によって生成される全体のロービームプロファイルのシミュレーションされた表現を示している。ここで、リフレクタ構造体20とコリメートエレメント26両方からの出力が組み合わされて、対向する道路ユーザに対するグレアを防止するためのステップ状上部カットオフを有するロービームを形成する。図７のビームプロファイルの階段状カットオフは、図８においてより明確に示され、かつ、線40によって示されている。

本発明に係る１つ以上の実施例に従って、ヘッドライトモジュール2は、生成されたビームのステップ状カットオフ部分のいずれかの側においてロービームプロファイルの水平（０°）カットオフを創成するために、さらに、固定の平面シャッターエレメント（fixed planar shutter element）を含んでよい。

図９および図１０は、平面シャッターエレメントを含むヘッドライトモジュール2に係る実施例の斜視図および側面図を模式的に示している。平面シャッターエレメントは、第１平面部分50および第２平面部分52から形成され、コリメートエレメント26の両側において対称的に配置されている。平面部分それぞれは、曲線状の前縁（curved front edge）を有しており、コリメータステップ状プロファイル32の一端に対して直接的に隣接する点から、出射レンズ12に向かって外向きに弧を描いている。２つの平面部分の曲線状の前縁は、共に、コリメートエレメントの光出射窓28と一致する最上ポイントを伴う半楕円または半円を定めている。

平面シャッターエレメントは、リフレクタ構造体20の反射面22から反射された光の部分を反射または吸収するように位置決め、または、形成されている。光は、出射レンズ12における臨界水平線（critical horizontal line）、例えば、中心水平線13の上に降り注ぐであろうものである。２つの平面部分は、例えば、光出射窓28のステップ状プロファイル32の第１部分38および第２部分39によって定められる２つの垂直な「レベル（"level"）」と垂直に整列するように、配置されてよい。このようにして、２つの部分は、（傾斜部分37によって提供される）ステップ状カットオフ部分の両側においてロービームプロファイルに対する鮮明な水平カットオフラインを提供し得る。

シャッタエレメントの効果は、図９および図１０のヘッドライトモジュールによって生成される一つの実施例のビームプロファイルに係るシミュレーションされた表現を示す図１１において観察され得る。コリメートエレメントによって生成されたビームの一部の拡大図が、図１１および図１２の両方において示されており、図７および図８に示されるシミュレーションされたプロファイルと比較して、ビームは、ステップの傾斜部分の両側において、より平坦で、より均一で、水平なカットオフを示している。特に、（図１１および図１２において）ボックス54によって示されるプロファイルの矩形領域においては、実質的に分配された光が存在しないが、一方で、図７および図８のプロファイルの等価領域においては、下部ビームプロファイルの一部が、鮮明な水平上部カットオフの上を貫通している。

いくつかの例において、シャッターは、単一の（非分割（non-divided））ユニットであってよい。例えば、コリメートエレメント26と一体であり、かつ、コリメータの対向する側から横方向に延びるセクションを有している。

様々な例に従って、コリメートエレメント26は、全内部反射（TIR）コリメータであってよい。ここで、コリメータの臨界角（critical angle）を超える角度で入力窓36に入射する光線は、表面35および31を通過し、そして、臨界角の下の光線だけが保存される。

代替的な例において、上面35および下面31は、オープンコリメートリフレクタ構造体の対向する反射面エレメントを含んでよい。この事例におけるコリメートエレメントは、出力ビームの形状を制限する囲われた（enclosed）チャネルを含まず、むしろ、両面リフレクタ、例えばTIRリフレクタ、を含む。

さらなる例に従って、コリメートエレメント26は、非限定的な例として、フレネルレンズ又はフレネルフォイルといった、コリメートレンズ又は他の光学コンポーネントを含んでよい。

コリメートエレメント26は、非限定的な例として、プラスチック、ガラス、及び／又は、シリコン（silicon）材料で作られてよい。

図１および図２の例においては、リフレクタ構造体20が楕円体リフレクタ構造であるが、代替的な例においては、異なる形状のリフレクタが使用されてよい。例えば、他の円錐形断面形状のリフレクタ、例えば、球形といったものが使用されてよい。

楕円体リフレクタ20は、非限定的な例として、プラスチックまたは金属で作られてよく、そして、反射コーティング材料を用いて内側及び／又は外側表面が皮膜されてよい。

上記に説明したように、標準的な複合楕円体システム（Poly Ellipsoid System、PES）配置（リフレクタ構造体20、第１ＬＥＤ18、および出射レンズ12を含むもの）を、追加の第２ビームユニット（beam unit）、光学的に結合された第２ＬＥＤとコリメートエレメント26を含むもの、と組み合わせることによって、本発明の実施例は、広域分布（wide-distribution）のロービームエレメントと、より小さく、高密度なビームエレメントを同時に提供することができる。後者は、広域分布エレメントに対して形状を追加するため、または、それ自体の別個の補助の（高輝度）ビームを提供するために採用されてよい。

上記に説明した一式の実施例において、コリメータ（および第２ＬＥＤ）は、PESシステムによって生成されるロービームプロファイル上に角度が付いたカットオフを投射する。しかしながら、実施例の第２セット（以下に説明されるもの）によれば、コリメートエレメント（デザイン調整の対象となるもの）が、追加的なハイビーム（すなわち、フルビーム）コンポーネントを提供するために使用されてよい。ロービームと一緒に照明されてよく、または、それ自身で点灯してよい。

図１３および図１４は、そうしたデュアルビームヘッドライトモジュール2の一つの実施例に係る斜視図と外形図をそれぞれ模式的に示している。ロービーム（ステップ状の上部カットオフを有している）、および、（例えば、より高い輝度の）ハイビームの両方を生成するように適合されており、２つは独立して動作可能である。モジュールの配置は、図１および図２の実施例におけるものと実質的に同じであり、ここで、リフレクタ20は、第１ＬＥＤ18の上にアーチ状に配置されており、かつ、出射レンズ12の第１領域の方向に入射光を反射するように配置された内面22を有している。第１ＬＥＤと出射レンズとの間には、コリメートエレメント26が配置され、第２ＬＥＤ24（図示なし）に光学的に結合された光入力窓36、および、出射レンズの第２領域（おそらくオーバーラップしている）の方向に面している光出力窓28を有している。

この実施例におけるコリメートエレメント26の構造は、それぞれ異なる角度からのエレメントの斜視図を示す、図１５−図１７においてより明確に見ることができる。コリメータは、図３−図５のコリメートエレメントと同じ主要な光学チャンバ（chamber）27を含むが、延長された光出射窓28を含んでいる。入力窓36の入力領域よりも大きな出力領域を有しており、かつ、入力窓の対応する下限の下に延びる下部境界を有している。出力窓は、中心水平線13の上に部分的または全体的のいずれかで存在する出射レンズ上のポイント／領域に対して向けられた発光出力を生成する。

ステップ状プロファイル32は、反射上面33を含んでおり、図１３および図１４から分かるように、リフレクタ構造体20によって生成される第１発光分布の光路の中に配置されている。反射面33は、ステップ状の上部境界を含むロービームプロファイルを出射レンズにおいて形成するように、リフレクタおよび第１ＬＥＤ18によって生成される発光分布を形成する効果を有する。反射面33は、もちろん、第２ＬＥＤ24とコリメートエレメントがその時点で光学的にアクティブであるか否かにかかわらず、このことを達成する。コリメートエレメント26を適切に配置することによって、角度付き反射面33は、リフレクタ構造体22によって出射レンズ12上に投射されたロービームに対して角度が付いたカットオフを提供し、表面33は、表面によって定められるステップ状プロファイルの上に降り注ぐ光の部分を反射している。

ステップ状プロファイル32の２つの端部から外側に延びているのは、湾曲リフレクタエレメント62の第１湾曲部64と第２湾曲部66であり、それぞれがコーティングされた平らな上面を含んでいる。図１２および図１３から分かるように、２つの湾曲部は、光出射窓28の上から出射レンズ12に向かって外側に向いている。湾曲部それぞれは、反射上面を含んでいる。図１７から分かるように、湾曲部それぞれの平らな上面は、水平面と実質的に平行に配向されている。ステップ状表面33との組み合わせにおいて、第１発光分布（リフレクタ構造体22によって生成されるもの）の光路の中に配置された、湾曲部が、ステップ状プロファイル32によって生成されるステップ状カットオフの両側において、実質的に平坦な、水平な（すなわち、０°）カットオフを提供するために動作するようにである。

第１ＬＥＤ18だけを点灯させると、ヘッドライトモジュール2は、組み合わされた湾曲リフレクタ62とステップ状表面33（図１７に示されるもの）のプロファイルに従うステップ状のカットオフを有するロービームプロファイルを生成する。第２ＬＥＤ24（コリメートエレメント26の光入力窓36と光学的に結合されたもの）だけを点灯させると、ヘッドライトモジュール2は、光出射窓28の形状の反転形に従うプロファイルを有するハイビームを生成する。ビームはステップ状の下部カットオフを含む。両方のLEDを点灯すると、ヘッドライトモジュール2は、ステップ状の上部カットオフを有する、ロービーム、および、光出射窓28の形状を反映する（mirror）形状を有するハイビームとの両方を生成する。

図１８は、第１ＬＥＤ18およびリフレクタ構造体20によって生成されるロービームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。ステップ状プロファイル32によって生成されるステップ状上部カットオフが、線40で示されている。湾曲リフレクタ62の効果は、ステップ状プロファイル40の両側において実質的に平坦な水平カットオフラインにおいて分かる。

図１９は、（コリメータ26および第２ＬＥＤ24に係る）ハイビームと図１８の広域分布ロービームの両方を動作させることによって生成される全体のハイビームプロファイルに係るシミュレーション表現を示している。見て分かるように、ハイビームの上部は、ロービーム部分の上方レベルの上（その水平カットオフの上）に延びている。このことは、例えば、図１および図２の実施例によって生成された全体のビームプロファイルに係る図７におけるシミュレーション表現と対照的であり得る。ここで、第２（コリメートされた）ビーム部分の上部境界は、広域分布（反射）ビーム部分の下部境界と実質的に同一平面上にある。

図１２および図１３のヘッドライトユニットの例に係るコリメートエレメント26は、単純なモールドインジェクションプロセスによって製造することができ、多くの最先端のデュアルビームヘッドライトモジュールのコンポーネントを製造するのに必要な複雑で高価なコンピュータ数値制御プロセスの必要性を回避している。

加えて、図１３および図１４の実施例においては、ハイビームモードとロービームモードとの間を切り替えるための可動パーツ（例えば、ソレノイドによって駆動されるもの）は必要とされない。むしろ、２つの提供されるLED18、24の単なる動作化および非動作化によって実現され得る。このことは、再び、ヘッドライトモジュールの複雑さ、コスト、重量、およびバルクを低減する。

上記に説明された実施例のいずれかに従って、ヘッドライトモジュールの例は、さらに、第１及び／又は第２ＬＥＤの電気的、光学的、または他の動作パラメータを制御及び／又は調整するための一つまたはそれ以上のLEDドライバモジュールを含んでよい。

実施例においては、LEDの一方または両方からの熱の放散を管理するために、一つまたはそれ以上の熱管理モジュールまたはエレメントが追加的に存在してよい。熱管理モジュールは、非限定的な例として、熱の対流または流体伝達のためのヒートシンクエレメント、熱放散チャネルまたはコンジット（conduit）、サーマルビア（thermal via）、及び／又は、一つまたはそれ以上のエアーチャネルを含んでよい。

実施例における所定の変形においては、コリメートエレメント26の（例えば、出射レンズ12に関する）位置及び／又は角度方向を調整するための一つまたはそれ以上のモータまたは駆動エレメントがさらに提供されてよい。上記に説明した実施例の全てにおいて、コリメートエレメントの機能が、生成されたロービーム分布におけるステップ状カットオフを生成するので、レンズに関するコリメータの垂直方向または横方向の位置の調整、及び／又は、コリメータの角度方向の調整によって、出射レンズにおけるカットオフの投射位置（および、従って、モジュール2によって生成されるビームプロファイルの中の「位置」）を変動させることができる。モータまたは駆動エレメントを設けることにより、例えば、モジュールが動作している間に、リアルタイムで、カットオフラインの位置を動的に適合させることができる。この機能性は、ヘッドライトモジュールによる動的なビーム形成の提供を促進するため、すなわち、アダプティブフロントライティングシステム（AFS)を促進するために使用され得る。ここでは、ビームの方向性及び／又は形状が、例えば、変化する道路／気象条件、または、変化する交通シナリオに応じて動的に調整される。

上述の実施例は本発明を限定するものではなく、むしろ説明するものであり、そして、当業者であれば添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施例を設計できるであろうことが留意されるべきである。請求項において、括弧の間に置かれたあらゆる参照符号は、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。用語「含む（"comprising"）」は、請求項において列挙されたもの以外のエレメントまたはステップの存在を排除するものではない。エレメントに先行する単語「一つの（"a" or "an"）」は、複数のそうしたエレメントの存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個のエレメントを含むハードウェアによって実施され得る。いくつかの手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの全く同じアイテムによって具現化され得る。所定の手段が相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。

Claims (13)

1. ドライバー側の道路部分に向けた投射についてカットオフ部分を含むロービームプロファイルを出力するためのヘッドライトモジュールであって、
   出射レンズであり、該出射レンズを通って延びる光軸を有する、出射レンズと、
   前記ロービームプロファイルの少なくとも一部を生成するためのロービームユニットであり、
   第１発光分布を生成するための第１ＬＥＤと、
   前記ロービームプロファイルの少なくとも一部を生成するように、前記出射レンズの第１領域の上に前記第１発光分布を反射するためのリフレクタ構造体と、
   を含む、ロービームユニットと、
   前記ロービームユニットと前記出射レンズとの間の第２ビームユニットであり、
   第２ＬＥＤと、
   光入力窓を通して前記第２ＬＥＤと光学的に結合されており、かつ、前記出射レンズに面している光出力窓を有するコリメートエレメントであり、前記光出力窓は、前記出射レンズの第２領域の上に第２発光分布を生成し、前記コリメートエレメントは、前記カットオフ部分を生成するためのステップ状プロファイルを含む表面を含む、コリメートエレメントと、を含み、前記第２発光分布は、前記ロービームプロファイルのさらなる部分であり、該さらなる部分は、前記カットオフ部分を含んでおり、かつ、前記ステップ状プロファイルは、前記光出力窓の境界を定める、
   第２ビームユニットと、
   を含み、
   前記第１ＬＥＤ、前記第２ＬＥＤ、および前記コリメートエレメントは、共通の軸に沿って配置されており、前記第１ＬＥＤは、前記コリメートエレメントおよび前記第２ＬＥＤの後方に配置されており、
   前記ヘッドライトモジュールは、さらに、
   前記ロービームプロファイルに対して上方水平カットオフを創成するための、前記表面と実質的に平行な、反射された前記第１発光分布の光路の中に配置された平面シャッターエレメント、を含み、前記平面シャッターエレメントは、
   前記表面の第１側面に隣接して配置され、かつ、前記出射レンズに向かって湾曲している第１湾曲フロントエッジを有する、第１平面部分と、
   前記表面の第２側面に隣接して配置され、かつ、前記出射レンズに向かって湾曲している第２湾曲フロントエッジを有する、第２平面部分と、を含み、
   前記第１平面部分および前記第２平面部分は、前記コリメートエレメントの両側において対称的に配置されている、
   ヘッドライトモジュール。
2. 前記出射レンズの前記第２領域は、前記出射レンズの前記第１領域と隣接しているか、または、オーバーラップしている、
   請求項１に記載のヘッドライトモジュール。
3. 前記コリメートエレメントは、さらに、前記表面と対向する平らなさらなる表面を含み、該さらなる表面は、前記光出力窓に隣接しているさらなる表面部分を含み、該さらなる表面部分は、反射コーティングされている、
   請求項１または２に記載のヘッドライトモジュール。
4. 前記コリメートエレメントは、前記表面を含む第１リフレクタ、および、前記さらなる表面を含む対向する第２リフレクタ、を含む、
   請求項１乃至３いずれか一項に記載のヘッドライトモジュール。
5. 前記第１リフレクタ、および、前記第２リフレクタは、空間的に分離されている、
   請求項４に記載のヘッドライトモジュール。
6. ドライバー側の道路部分に向けた投射についてカットオフ部分を含むロービームプロファイルを出力するためのヘッドライトモジュールであって、
   出射レンズであり、該出射レンズを通って延びる光軸を有する、出射レンズと、
   前記ロービームプロファイルの少なくとも一部を生成するためのロービームユニットであり、
   第１発光分布を生成するための第１ＬＥＤと、
   前記ロービームプロファイルの少なくとも一部を生成するように、前記出射レンズの第１領域の上に前記第１発光分布を反射するためのリフレクタ構造体と、
   を含む、ロービームユニットと、
   前記ロービームユニットと前記出射レンズとの間の第２ビームユニットであり、
   第２ＬＥＤと、
   光入力窓を通して前記第２ＬＥＤと光学的に結合されており、かつ、前記出射レンズに面している光出力窓を有するコリメートエレメントであり、前記光出力窓は、前記出射レンズの第２領域の上に第２発光分布を生成し、前記コリメートエレメントは、前記カットオフ部分を生成するためのステップ状プロファイルを含む表面を含む、コリメートエレメントと、を含み、前記第２発光分布は、ハイビーム部分であり、前記ステップ状プロファイルは、反射された前記第１発光分布の光路の中に配置され、かつ、前記ロービームプロファイルにおいて前記カットオフ部分を創成するための反射面を含む、
   第２ビームユニットと、
   を含み、
   前記第１ＬＥＤ、前記第２ＬＥＤ、および前記コリメートエレメントは、共通の軸に沿って配置されており、前記第１ＬＥＤは、前記コリメートエレメントおよび前記第２ＬＥＤの後方に配置されている、
   ヘッドライトモジュール。
7. 前記反射面は、湾曲リフレクタによって構成されており、
   前記ステップ状プロファイルの第１端部に隣接し、かつ、前記出射レンズに向かって湾曲している、第１湾曲部と、
   前記ステップ状プロファイルの第２端部に隣接し、かつ、前記出射レンズに向かって湾曲している、第２湾曲部と、を有しており、
   前記第１湾曲部は、前記第２湾曲部に関して垂直に変位している、
   請求項６に記載のヘッドライトモジュール。
8. 前記湾曲リフレクタは、前記コリメートエレメントに組み込まれている、
   請求項７に記載のヘッドライトモジュール。
9. 前記光出力窓は、前記光入力窓より大きく、かつ、前記光入力窓の下部境界の下に延びている下部境界を有する、
   請求項６乃至８いずれか一項に記載のヘッドライトモジュール。
10. 前記ステップ状プロファイルは、水平面に関して１５°または４５°のカットオフ角度を有するカットオフ部分を定めるように形成されている、
    請求項１乃至９いずれか一項に記載のヘッドライトモジュール。
11. 前記リフレクタ構造体の前記反射面の面積は、前記コリメートエレメントの前記光出力窓の面積より大きく、前記ロービームユニットとさらなるビームユニットによって生成される組み合わされたビームプロファイルの主要な領域を生成するように適合されている、
    請求項６乃至９いずれか一項に記載のヘッドライトモジュール。
12. 前記ヘッドライトモジュールは、さらに、前記コリメートエレメントの位置、及び／又は、相対的な方向を調整するための一つまたはそれ以上のモータまたは駆動エレメントを含む、
    請求項１乃至１１いずれか一項に記載のヘッドライトモジュール。
13. 請求項１乃至１２いずれか一項に記載のヘッドライトモジュールを含む、車両。

Images