JP7479374B2 - ヘッドランプのための光学系 - Google Patents
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関連出願の相互参照
この出願は、２０１８年１２月２０日に出願された米国非仮出願１６／２２６，７７７に対する利益を主張し、当該米国非仮出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
この出願は、２０１８年１２月２０日に出願された米国非仮出願１６／２２６，７７７に対する利益を主張し、当該米国非仮出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
この発明は、動力車両のための照明の領域に関する。より具体的には、発明は、ヘッドランプのための光学系に関する。
動力車両は、内部照明及び外部照明の両方のための多数の照明装置を含む。例えば、車外照明装置は、ストップランプ機能、テールランプ機能、ヘッドランプ機能、デイタイム走行ライト機能、動的曲げライト機能、及びフォグランプ機能を実行しうる。
動力車両を利用するほとんどの州、国、又は地域は、道路を合法的に使用するために車両が従わなければならない様々な要件及び基準を有する。例えば、連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）Ｎｏ．１０８は、米国内で運転される車両におけるヘッドランプのための（角度に基づく）様々な最大及び最小の光度値を規定する。
米国における米国道路安全保険協会（ＩＩＨＳ）は、ヘッドランプ性能のための独自の一連の試験及び評価（Headlight Test and Rating Protocol：ヘッドライト試験及び評価プロトコル）を有する。ＩＩＨＳ試験及び評価は、実際の路上での使用における照明性能を改善するように製造業者を奨励することを目的とする。
ＩＩＨＳ評価は、車両ヘッドランプによって提供される路上照明が大きく異なることを示した。さらに、ＩＩＨＳは、ヘッドランプの大部分を、不良カテゴリ（例えば、不十分な照明、過度のグレアなど）に評価した。ＩＩＨＳテストプロトコルは、５つのカーブ条件：１／１５０メートルの半径の左カーブ、２／２５０メートルの半径の左カーブ、３／直線道路、４／２５０メートルの右カーブ、及び５／１５０メートルの右カーブ）について、ヘッドランプをテストする。
近年、車両の照明もまた、消費者への美的魅力のために重要になっている。必要なコスト、技術、及び規制要件を満たしながら、美的に魅力的な車両照明デバイスを提供することは、技術的に困難でありうる。例えば、照明モジュールのためレンズの高さを下げることは、試験点での規制要件を満たすために、従来型製品よりも高い輝度（ｃｄ／ｍｍ２）を有するＬＥＤを使用する必要がある。
ここで提供される「背景」の説明は、本開示の状況を一般的に提示することを目的としている。現在挙げられている発明者の研究は、それがこの背景セクションに記載されている範囲で、出願時に従来技術として適格ではないかもしれない説明の態様と同様に、本開示に対する従来技術として明示的又は黙示的に認めるものではない。
ここに記載の実施形態は、以下の態様を含む。
本開示は、ヘッドランプに関する。ヘッドランプは、ロービーム分布を生成するように構成されたロービームアセンブリを含む。ロービームアセンブリは、第１光度分布を発するように光学的に構成された少なくとも１つの高輝度源と、第２光度分布を発するように光学的に構成された少なくとも１つの光源とを含む複数のロービームモジュールと；ハイビーム分布を生成するように構成されたハイビームアセンブリと、を含む。ハイビームアセンブリは、１つ又は複数のハイビームモジュールを含む。
一態様において、複数のロービームモジュール及び１つ又は複数のハイビームモジュールに関連する各光学系の焦点距離は、６ｍｍ未満である。
一態様において、第１光度分布は、最大強度ホットスポット領域を含む。
一態様において、各モジュールに関連するレンズ高さは、１ｍｍから２０ｍｍまでの範囲である。
一態様において、複数のロービームモジュールの第１ロービームモジュールは、突起を有するフォルダを含む。
一態様において、突起は球状を有する。
一態様において、突起は三角形状を有する。
一態様において、複数のロービームモジュールの第２ロービームモジュールは、ファイルを含む。
一態様において、第１ロービームモジュールは、第１高輝度源及び第２高輝度源を含む。
一態様において、第１ロービームモジュールは、第１高輝度源及び第２高輝度源を保持するように適合された２つの光キャビティを有する反射器を含む。
一態様において、少なくとも１つの高輝度源は、高輝度発光ダイオードである。
本開示はまた、ヘッドランプのための光学系に関する。光学系は、第１光度分布を発するように光学的に構成された少なくとも１つの高輝度源を含む第１光学系と；第２光度分布を発するように光学的に構成された少なくとも１つの源を含む第２光学系と；ハイビーム分布を生成するように構成された第３光学系と、を含む。
本開示はまた、ハイブリッド光度分布を生成する方法に関する。その方法は、第１ロービームモジュールの高輝度源を介して第１光度分布を発することと；第２ロービームモジュールの少なくとも１つの光源を介して第２光度分布を発することと；ハイビームアセンブリを介して第３光度分布を発することとを含む。
前述の段落は、一般的な紹介として提供されており、以下の特許請求の範囲を限定することは意図されていない。説明された実施形態は、さらなる利点とともに、添付の図面に伴う以下の詳細な説明を参照することによって、最もよく理解されるであろう。
発明のより完全な理解及びそれに付随するその利点の多くは、添付の図面に関連して検討した場合に以下の詳細な説明を参照することによって、よりよく理解されるようになるので、容易に得られる。
以下の説明は、開示の特定の例及び実施形態を与えることにより、本開示をさらに明確にすることを意図されている。これらの実施形態は、網羅的ではなく、例示的であることが意図されている。開示の全範囲は、明細書に開示されたいかなる特定の実施形態にも限定されず、むしろ特許請求の範囲によって定められる。
明確さのために、ここで説明される実装の特徴の全てが示されるわけではなく、詳細に説明されるわけではない。そのような実際の実装の開発では、適用関連の制約及びビジネス関連の制約への準拠など、開発者の特定の目標を達成するために、実装に特有の多数の決定が行われ、これらの特定の目標は実装ごとに異なり、開発者ごとに異なることが理解される。
ここで、同様の参照番号がいくつかの図を通して同一又は対応する部品を示す図面を参照し、以下の説明は、ヘッドランプのための光学系に関する。そのヘッドランプは、米国自動車技術者協会（ＳＡＥ）、欧州経済委員会（ＥＣＥ）規格、中国強制製品認証（ＣＣＣ）規格、及び／又は当業者のうちの一人によって理解されるであろう照明規制を有するその他の国に準拠するビームパターンを提供する。
図１は、一例によるヘッドランプアセンブリ１０の概略図である。ヘッドランプアセンブリ１０は、光学系１２及びエンクロージャ１４を含む。ヘッドランプアセンブリの分解図が図２に示されている。光学系１２は、ハイ及びローのビームの照明パターンを提供するための１つ又は複数の光モジュールを含む。高輝度ＬＥＤは、１つ又は複数の光モジュールに含まれうる。高輝度ＬＥＤは、ここでは、約８５ｃｄ／ｍｍ２以上の輝度を有するＬＥＤ又は光源を指す。典型的には、ロービーム照明は、別の車両が動力車両の真正面の道路上にあるときはいつでも及び／又は別の車両が反対方向から動力車両に接近しているときはいつでも、使用される。
光学系１２は、第１ロービームモジュール１００、第２ロービームモジュール２００、及びハイビームモジュール３００を含みうる。一実装において、第１ロービームモジュール１００、第２ロービームモジュール２００、及びハイビームモジュール３００は、プロジェクタタイプ照明モジュールである。例えば、第１ロービームモジュール１００は、キンクロービームモジュール（kink low beam module）である。第２ロービームモジュール２００は、フラットロービームモジュールである。光学系の１つ又は複数の照明モジュールは、２０ｍｍ以下のレンズ高さを有する。一例において、第１ロービームモジュール１００、第２ロービームモジュール２００、及びハイビームモジュール３００は、１５ｍｍのレンズ高さを有する。
第１ロービームモジュール１００は、「キンク（ｋｉｎｋ）」又は「エルボー（ｅｌｂｏｗ）」という用語によって知られるカットオフプロファイルを有するビームパターンを提供する１つ又は複数のロービームモジュールである。第２ロービームモジュール２００は、拡がりビームパターンを提供する１つ又は複数のロービームモジュールでありうる。
ここに記載のモジュールは、利用可能なパッケージに基づいて、顧客の新しい要件（スタイリング、光学性能）を満たすように適合されうる。ここで説明される各モジュールは、スタンドアロンモジュールでありうる。他の実装において、２つのモジュールが単一のモジュールとして実装されうる。例えば、第１ロービームモジュール及び第２ロービームモジュールは、単一のロービームモジュールとして実装されうる。
図３Ａは、一例によるハイビームモジュール３００の斜視図である。ハイビームモジュール３００は、１つ又は複数の高輝度ＬＥＤ（図示せず）を含みうる。ハイビームモジュール３００は、ハイビーム照明を生成するように構成された１つ又は複数のモジュールでありうる。例えば、ハイビームモジュールは、単一の高輝度ＬＥＤを含みうる又は複数の高輝度ＬＥＤを含みうる。光学系１２は、１つ又は複数のハイビームモジュールを含むことができ、各ハイビームモジュールは、１つ又は複数の高輝度ＬＥＤを含む。ハイビームモジュール３００は、最大強度調整のための及び顧客の要求に従うためのハイビーム照明を提供する。ハイビームモジュール３００は、反射器３０２、レンズ３０４、ハウジング又はエンクロージャ３０６、及びヒートシンク３０８を含む。図３Ｂ及び図３Ｃは、ハイビームモジュール３００の断面図である。
レンズ３０４は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シリコーン、ガラス、又は熱可塑性材料でできている。しかしながら、セグメントの他の材料及び寸法は、ここに記載される実施形態によって予期される。単一の連続レンズ３０４及び反射器３０２は図３Ａ及び図３Ｂに示されている。しかしながら、別個の反射器セグメントもまた、ここに記載される実施形態によって予期される。
図４Ａは、一例による第１ロービームモジュール１００の斜視図である。第１ロービームモジュールは、レンズ１０２、１０４、反射器１０６、フォルダ１０８、ヒートシンク１１０を含みうる。第１ロービームモジュール１００の断面図が図４Ｂ及び図４Ｄに示されている。図４Ｃは、一例による反射器１０６を示す概略図である。
第１ロービームモジュール１００は、１つ又は複数の高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）（図示せず）を含みうる。ここで前述したように、第１ロービームモジュールは、１つ又は複数のロービームモジュールを含みうるものであり、各ロービームモジュールは、１つ又は複数の高輝度ＬＥＤを含む。第１ロービームモジュール１００は、要件に基づいて２つ以上の高輝度ＬＥＤを含みうる。第１ロービームモジュール１００又はキンクは、ロービーム最大強度調整ターゲットのための「ホットスポット」を提供する。
反射器１０６は、図４Ｃに示すように、第１高輝度ＬＥＤを含む第１光キャビティ（optical cavity）１１２と、第２高輝度ＬＥＤを含む第２光キャビティ１１４とを含みうる。第１光キャビティ１１２及び第２光キャビティ１１４は同一でありうる。対照的に、標準ＬＥＤを使用するキンクモジュールは、同じパフォーマンスを実現するために４つ以上のＬＥＤを含みうる。
フォルダ１０８は、約０．８から約０．９７の範囲の反射率を有する材料を有する。レンズ１０２、１０４は、例えば、耐熱性ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シリコーン、ガラス、又は熱可塑性材料でできている。しかしながら、セグメントの他の材料及び寸法は、ここに記載される実施形態によって予期される。
図５Ａは、一例による第２ロービームモジュール２００又はフラットを示す概略図である。第２ロービームモジュール２００は、１つ又は複数の標準光源を含みうる。第２ロービームモジュール２００又はフラットモジュールは、道路上に流束（ｆｌｕｘ）をもたらして拡がりを達成するように機能する。光源の例は、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）、及びモノリシック発光ダイオード（ＭＬＥＤ）を含むが、これらに限定されない。一実装において、光源は、高輝度ＬＥＤでありうる。一実装において、光源は、第１ロービームモジュール１００の高輝度ＬＥＤよりも低い輝度を有しうる。第２ロービームモジュール２００の光学系は、高さ２０ｍｍ以下のレンズに適合している。一実装において、第２ロービームモジュール２００は、各々が光源を含む１つ又は複数のモジュールでありうる。一実装において、第２ロービームモジュール２００は、６つのＬＥＤを含みうる。
第２ロービームモジュール２００は、レンズ２０２、反射器２０４、ハウジング２１０、ヒートシンク２０６、及びファイル２０８を含む。単一の連続レンズ２０２及びフォルダ２０８が図５Ａ及び図５Ｂに示される。しかしながら、別個の反射器セグメント及びレンズもまた、ここに記載の実施形態によって予期される。例えば、各ＬＥＤは、別個のモジュールに含まれうる。図５Ｂ及び図５Ｃは、第２ロービームモジュールの断面図を示す。
各モジュールの光学系は、ヘッドランプで使用される従来の光学系と比較して短焦点距離を有する。焦点距離は、レンズの望ましい光学的高さの関数である。各モジュールの光学系の焦点距離は、６ｍｍ未満でありうる。一実装において、焦点距離は５ｍｍ未満でありうる。第１ロービームモジュール１００、第２ロービームモジュール２００、及びハイビームモジュール３００の各々に関する光学系の焦点距離は、約２ｍｍ～約６ｍｍの範囲、又は約２．５ｍｍ～約４．５ｍｍの範囲、例えば約３ｍｍ、３．２ｍｍ、３．４ｍｍ、３．６ｍｍ、３．８ｍｍ、４ｍｍ、４．２ｍｍ、４．４ｍｍ、４．６ｍｍ、４．８ｍｍ、又は５ｍｍ、でありうる。
一例において、光学系１２は、３３０ｍｍの全幅を有しうる。光学系１２の全幅は、各光モジュールの関数である。
ＩＨＨＳ試験中、対向車に関するグレアはロービームから測定される。試験点での最大発光（測光）強度は１２，０００ｃｄである。照準許容範囲を向上させるには、より鋭いカットオフが望まれる。
ここに記載されるロービームモジュールは、必要に応じて再照準した後、試験点で（安全マージンのために）１０，０００ｃｄの最大ターゲットを提供するように適合されたビーム形状を有する。さらに、ロービームのカットオフラインは、水平線の下方の０．２度の最大ギャップで水平線と位置合わせされる。ロービームモジュールは、他のすべての試験点で高い性能を有する。
図８は、一例による第１ロービームモジュール１００のフォルダ１０８を示す概略図である。第１ロービームモジュール１００又はキンクモジュールは、フォルダ１０８において突起８００を含み、より良いＩＩＨＳ評価のために、試験点（すなわち、０．８６Ｄ－３．５Ｌ）でビームパターンにノッチを作成する。対照的に、フォルダに突起がないと、ビームを再照準する必要があるため、光ダウンロード（light downroad）が失われ、ＩＩＨＳのデメリットが増大する。突起８００は球状を有しうる。他の実装において、突起８００は三角形状を有しうる。突起形状及び寸法は、ＩＩＨＳ要件に基づいて最適化されうる。
いくつかの実施形態において、ノッチは、垂直軸Ｖの実質的に左側に配置されることができる。他の実施形態において、ノッチは、垂直軸Ｖの周りに対称的に位置付けられることができる。ノッチの配置は、一般に、特定の安全要件と、安全要件に対して矛盾しないユーザーの好みと、による。
図９は、一例による第２ロービームモジュール２００のファイル２０８を示す概略図である。ファイル２０８は、ステップ形状を有しうる。
一実装において、チップアップ（tip up）は、ヘッドランプアセンブリ１０のすべてのロービームモジュール（例えば、第１ロービームモジュール１００及び第２ロービームモジュール２００）に関して実施される。ＩＩＨＳのデメリットを改善するようにハイビームに切り替えると、チップアップは１～約１．５度の上昇を与える。ＩＩＨＳは５つのデメリットによって改善される。チップアップは、ダウンロード見通し（downroad vision）に関して最大強度ポイントに追加の強度を提供する。
最適化されたスコアに関するＩＩＨＳ対策を有するロービームモジュール（すなわち、ファイルが設けられるフラットモジュール（試験点を照らすキャビティの前で位置が最適化される）、及び、突起が設けられるフォルダを有するキンクモジュール）の光度シミュレーションが実行された。試験点０．８６Ｄ－３．５Ｌは、図６Ａにおいて６００により示されている。
図６Ａは、一例による第１ロービームモジュール１００の例示的な光度分布を示す概略図である。横軸Ｈ及び縦軸Ｖは、スクリーン及びヘッドランプの中心の両方と交差する水平面及び垂直面を識別する。図６Ａに示される横軸Ｈ及び縦軸Ｖは、２°間隔で配置される目盛りを含む。最大強度は、横軸に沿って－０．２度の位置及び縦軸に沿って－０．５度の位置にある。示されている最大強度は４７３００ｃｄであり、３４３の全光束を有する。
図６Ｂは、一例による第２ロービームモジュール２００の例示的な光度分布を示す概略図である。図６Ｂに示す横軸Ｈ及び縦軸Ｖは、２°間隔で配置された目盛りを含む。最大強度は、横軸に沿って－１３．８度の位置及び縦軸に沿って－０．６度の位置にある。示されている最大強度は１４５００ｃｄであり、９０１の全光束を有する。
図６Ｃは、試験点での光レベルを適合させるためのノッチ６０２を示す概略図である。光パターンは、ロービームモジュールの前面（放射面）から間隔を置いて、ロービームモジュールの前面（放射面）と平行に、配置されたスクリーン（壁）に見られる。対策（すなわち突起及びファイル）は、試験点周辺の発光を低減する。その対策は、ヘッドランプアセンブリ１０が、ＦＭＶＳＳ Ｎｏ．１０８の要件を依然として満たしながら、改善されたＩＩＨＳ評価をもたらすことを、許容することができる。
図７は、一例によるハイビームモジュール３００の例示的な光度分布を示す概略図である。図７に示す横軸Ｈ及び縦軸Ｖは、２°間隔で配置された目盛りを含む。最大強度は、横軸に沿って－０．５度の位置及び縦軸に沿って０度の位置にある。示されている最大強度は５４９００ｃｄであり、４１１の全光束を有する。
ここに記載されるモジュールは、１つ又は複数の制御回路を介して制御されうる。
図１０は、光度分布を生成する例示的な方法１０００のフローチャートである。ステップ１００２において、２つ以上の高強度ＬＥＤを含む第１ロービームモジュールを介して、第１光度分布が発せられる。第１ロービームモジュールは短焦点距離を有する。一実施形態において、第１光度分布は、最大強度ホットスポット領域を含む。
ステップ１００４において、１つ又は複数のＬＥＤを含む第２ロービームモジュールを介して、第２光度分布が発せられる。第１光度分布は、第２光度分布とは異なる。一実施形態において、第２光度分布は、第１光度分布と比較して、集中的な強度ホットスポット領域及びより大きな拡がり分布を含む。
ステップ１００６において、２つ以上の高強度ＬＥＤを含むハイビームモジュールを介して、第３光度分布が発せられる。
ある実施形態がここに記載されているが、これらの実施形態は、例としてのみ提示されており、本開示の範囲を限定することを意図されるものではない。この開示の教示を使用して、当業者は、開示の精神から逸脱することなく、様々な方法で開示を、修正及び適合させることができ、ここに記載されている実施形態の構造において省略、置換、及び／又は変更を行うことができる。さらに、開示を解釈する際には、すべての用語は、事情に一致する可能な限り広いやり方で解釈されるべきである。付随する請求項及びそれらの同等物は、開示の範囲及び精神に含まれるであろう、そのような形及び修正をカバーすることを意図される。
Claims (17)
- 第１光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの高輝度源及び第２光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの光源を含む複数のロービームモジュールを含み、ロービーム分布を生成するように構成されるロービームアセンブリと、
１以上のハイビームモジュールを含み、ハイビーム分布を生成するように構成されるハイビームアセンブリと、
を備え、
前記複数のロービームモジュール及び前記１以上のハイビームモジュールに関連する各光学系の焦点距離は６ｍｍ未満である、ヘッドランプアセンブリ。 - 前記第１光度分布は、最大強度ホットスポット領域を含む、請求項１に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 第１光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの高輝度源及び第２光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの光源を含む複数のロービームモジュールを含み、ロービーム分布を生成するように構成されるロービームアセンブリと、
１以上のハイビームモジュールを含み、ハイビーム分布を生成するように構成されるハイビームアセンブリと、
を備え、
前記複数のロービームモジュール及び前記１以上のハイビームモジュールの各モジュールに関連するレンズ高さは、１ｍｍ～２０ｍｍの範囲にある、ヘッドランプアセンブリ。 - 第１光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの高輝度源及び第２光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの光源を含む複数のロービームモジュールを含み、ロービーム分布を生成するように構成されるロービームアセンブリと、
１以上のハイビームモジュールを含み、ハイビーム分布を生成するように構成されるハイビームアセンブリと、
を備え、
前記複数のロービームモジュールの第１ロービームモジュールは、規制に基づいて最適化された突起を有するフォルダを含む、ヘッドランプアセンブリ。 - 前記突起は球状を有する、請求項４に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 前記突起は三角形状を有する、請求項４に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 前記複数のロービームモジュールの第２ロービームモジュールは、ファイルを含む、請求項１に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 前記複数のロービームモジュールの第１ロービームモジュールは、第１高輝度源及び第２高輝度源を含む、請求項１に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 前記第１ロービームモジュールは、前記第１高輝度源及び前記第２高輝度源を保持するように適合される２つの光キャビティを有する反射器を含む、請求項８に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 前記少なくとも１つの高輝度源は高輝度発光ダイオードである、請求項１に記載のヘッドランプアセンブリ。
- 第１光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの高輝度源を含む第１光学系と、
第２光度分布を発するように光学的に構成される少なくとも１つの源を含む第２光学系と、
ハイビーム分布を生成するように構成される第３光学系と、
を備え、
前記第１光学系、前記第２光学系、及び前記第３光学系の各々の焦点距離は６ｍｍ未満である、ヘッドランプのための光学系。 - 前記第１光学系は、突起を有するフォルダを含む、請求項１１に記載の光学系。
- 前記突起は球状を有する、請求項１２に記載の光学系。
- 前記突起は三角形状を有する、請求項１２に記載の光学系。
- 前記第２光学系はファイルを含む、請求項１１に記載の光学系。
- 前記少なくとも１つの源は高輝度源である、請求項１１に記載の光学系。
- ハイブリッド光度分布を生成する方法であって、
第１ロービームモジュールの高輝度源を介して第１光度分布を発することと、
第２ロービームモジュールの少なくとも１つの光源を介して第２光度分布を発することと、
ハイビームアセンブリを介して第３光度分布を発することと、
を含み、
前記第１ロービームモジュール、前記第２ロービームモジュール及び前記ハイビームアセンブリの各々の焦点距離は６ｍｍ未満である、方法。
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