JP7383813B2 - 自動車投光器用の照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車投光器（例えば自動車前照灯）用の照射装置に関し、該照射装置は、
－ 光束を第１放射方向に放射するための少なくとも１つの光源と、
－ 少なくとも１つの光源の光束の少なくとも一部分を第２放射方向に偏向するように構成されている偏向面を備えた第１偏向装置と、
－ 第１偏向装置により偏向された光束による光束の少なくとも一部分を第３放射方向に偏向するため及び照射装置の前方に配光を生成するための互いに依存せずに制御可能かつ運動可能な多数の偏向要素を備えた第２偏向装置と、
を含んでいる。

更に本発明は、本発明による照射装置を少なくとも１つ含んだ自動車投光器（例えば自動車前照灯）に関する。

現在の投光器システムの開発では、迅速に変更され且つその都度の交通条件や道路条件や光条件に適合され得るできるだけ高分解能（高解像度）の光像を車道上に投射できるようにしたいという要望が益々重要となっており、この際、できるだけコンパクトな構成形状ないし構成サイズが望まれている。

「車道」との概念は、ここでは説明を簡単にするために使われるが、その理由は、光像が実際に車道上にあるか又は車道を越えて例えば車道縁まで延びているかは、その場所の実状に依存するためである。

原則的に光像は、自動車照明技術に関する関連規格に対応し、垂直面に対する投射に基づいて説明され、またこの際、可変で制御可能なリフレクタ面は、複数のマイクロミラーから構成されており、第１発光手段により放出される光線を投光器の所定の放射方向に反射させる。

この際、例えば、ロービーム配光、コーナリングライト配光、市街地ライト配光、高速道路ライト配光、カーブライト配光、ハイビーム配光、又は眩惑のないハイビームの結像のような、様々な配光を有する任意の光機能が実現可能である。更に例えば、危険シンボル、ナビゲーション矢印、製造者ロゴなどのようなシンボル投射を行うこともできる。

マイクロミラー装置のためには、好ましくは、所謂デジタル・ライト・プロセッシング投射技術（簡略化してＤＬＰ（登録商標）と呼ばれる）が使用され、この投射技術では、デジタル画像が光線に対して変調されることにより画像が生成される。この際、光線は、ピクセルとも称される可動の複数のマイクロミラーの矩形状の配設構成により部分領域に分解され、引き続き、ピクセルごとに投射経路内に向かうように又は投射経路から外れるように反射ないし偏向される。

この技術の基礎は、好ましくは、複数のマイクロミラーの行列（マトリクス）の形式の矩形状の配設構成とその駆動制御技術を含み、例えば「デジタル・マイクロミラー・デバイス」（簡略化してＤＭＤ）と呼ばれる光電子部品を構成する。

ＤＭＤマイクロシステムとは、面状光変調器（空間光変調器：Spatial Light Modulator, ＳＬＭ）であり、該面状光変調器は、行列状に配設された複数のマイクロミラーアクチュエータから構成され、即ち例えばほぼ７μｍのエッジ長を有する傾動可能ないし旋回可能な複数のミラー面から構成される。これらのミラー面は、静電界の作用により可動であるように構成されている。

各マイクロミラーは、角度（傾動角度）について個々に位置調節可能であり、通常は、例えば１秒間に５０００回に至るまで切替可能な２つの安定した終端状態を有する。

マイクロミラーの数は、投射される画像の分解能（解像度）に対応し、この際、１つのマイクロミラーは、１つ又は複数のピクセルを表すことができる。近年では、メガピクセル範囲の高分解能を有するＤＭＤチップが入手可能である。

現在使用されている自動車投光器では、生成される配光を、例えば眩惑のないハイビームのために、対向車両が検知され且つ例えばＬＥＤ光源から成る行列により生成される配光がその対向車両の方向では暗くされるように、動的に制御することができる。

ＤＭＤ照射では、常に平らな面が照らされる必要があり、この際、ＤＭＤ面全体の一様ないし均質な照射を求める映画館やビジネス会議のプロジェクタの場合と異なり、自動車分野の適用では、典型的な配光の照射を適合させること、例えばハイビームの照射を適合させることが追求される。通常、このことは、ＤＭＤの中央部ないし照射されたＤＭＤ面の中央部において明るさが最大であり、縁部に向かって照射強度が低下することを意味する。

独国特許出願公開第１０２０１８２０４２８２号 独国特許発明第１０２０１４０１３２０２号 独国特許出願公開第１０２０１７２０７３５０号 独国特許出願公開第１０２０１５２２１０４９号 米国特許出願公開第２０１８／０３１２０２号 独国特許出願公開第１０２０１８１０７６７８号 国際公開第２０１８／０４５４０２号 欧州特許出願公開第３４７１４０９号

一般的に、高分解能のライトシステムの分野では、特にＤＭＤ技術の分野では、ＤＭＤの照射のために使用可能な光源による制限が原因で、完全に機能する光機能を期待することはできないという問題がある。特には、高い最大値（１００ｌｘよりも大きい）と＋／－２０°の幅（ＥＣＥ測定スクリーンにより測定）をもつ完全に機能するハイビームを達成することはできない。ＤＭＤないしＤＬＰモジュールにより生成可能なハイビーム配光では、最大で期待できる幅は＋／－１０°であり、比較的幅狭である。

この理由から、ハイビームないしハイビーム配光の完全な幅を生成する更なる追加モジュールを付設する必要があり、この際、これらの追加モジュールは、典型的には投光器内のどこかに配置される必要があり、デザインと、自動車投光器内の占有される構成空間とに関し、望まれるものではない。

本発明の課題は、改善された照射装置を提供することである。

前記課題は、照射装置が、焦点を有する少なくとも１つの拡開光学系を含み、該拡開光学系は、少なくとも１つの光源に割り当てられており、該光源により放出された光束を第１放射方向の方向に拡開するように構成されており、この際、少なくとも１つの光源は、第１放射方向の方向で少なくとも１つの拡開光学系と該拡開光学系の焦点との間に配設されていることにより解決される。
即ち本発明の第１の視点により、
自動車投光器用の照射装置であって、前記照射装置は、
－ 光束を第１放射方向に放射するための少なくとも１つの光源と、
－ 前記少なくとも１つの光源の光束の少なくとも一部分を第２放射方向に偏向するように構成されている偏向面を備えた第１偏向装置と、
－ 前記第１偏向装置により偏向された光束の少なくとも一部分を第３放射方向に偏向するため及び前記照射装置の前方に配光を生成するための互いに依存せずに制御可能かつ運動可能な多数の偏向要素を備えた第２偏向装置と、
を含む構成であり、
前記照射装置は、焦点を有する少なくとも１つの拡開光学系を含み、前記拡開光学系は、前記少なくとも１つの光源に割り当てられており、該光源により放出された光束を前記第１放射方向の方向に拡開するように構成されており、前記少なくとも１つの前記光源は、前記第１放射方向の方向で前記少なくとも１つの拡開光学系と該拡開光学系の焦点との間に配設されていること、
を特徴とする照射装置が提供される。
より詳しくは、前記第１の視点において、
自動車投光器用の照射装置であって、前記照射装置は、
－ 光束を第１放射方向に放射するための少なくとも２つの光源と、
－ 前記少なくとも２つの光源の光束の少なくとも一部分を第２放射方向に偏向するように構成されている偏向面を備えた第１偏向装置と、
－ 前記第１偏向装置により偏向された光束の少なくとも一部分を第３放射方向に偏向するため及び前記照射装置の前方に配光を生成するための互いに依存せずに制御可能かつ運動可能な多数の偏向要素を備えた第２偏向装置と、
を含む構成であり、
前記照射装置は、焦点を有する少なくとも２つの拡開光学系を含み、各前記光源には、正に１つの前記拡開光学系が割り当てられており、前記拡開光学系は、前記光源により放出された光束が前記第１放射方向の方向に拡開され、拡開された光束が部分的に重なり合うように構成されており、また前記光源は、前記第１放射方向の方向で前記拡開光学系と該拡開光学系の焦点との間に配設されていること、
を特徴とする。
更に本発明の第２の視点により、
前記照射装置を少なくとも１つ備えた自動車投光器が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記された図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）
自動車投光器用の照射装置であって、前記照射装置は、
－ 光束を第１放射方向に放射するための少なくとも１つの光源と、
－ 前記少なくとも１つの光源の光束の少なくとも一部分を第２放射方向に偏向するように構成されている偏向面を備えた第１偏向装置と、
－ 前記第１偏向装置により偏向された光束による光束の少なくとも一部分を第３放射方向に偏向するため及び前記照射装置の前方に配光を生成するための互いに依存せずに制御可能かつ運動可能な多数の偏向要素を備えた第２偏向装置と、
を含む構成であり、
前記照射装置は、焦点を有する少なくとも１つの拡開光学系を含み、前記拡開光学系は、前記少なくとも１つの光源に割り当てられており、該光源により放出された光束を前記第１放射方向の方向に拡開するように構成されており、前記少なくとも１つの光源は、前記第１放射方向の方向で前記少なくとも１つの拡開光学系と該拡開光学系の焦点との間に配設されていること。
（形態２）
前記第２偏向装置は、アレイ状に相並んで配設されて個々に又はグループごとに制御可能な多数のマイクロミラーを備えたデジタルマイクロミラーアレイとして構成されていること、が好ましい。
（形態３）
前記少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの発光ダイオードとして、又は少なくとも１つのレーザダイオードとして構成されていること、が好ましい。
（形態４）
前記照射装置は、少なくとも２つの光源、好ましくは正に２つの光源を含むこと、が好ましい。
（形態５）
前記照射装置は、少なくとも２つの拡開光学系、好ましくは正に２つの拡開光学系を含み、各前記光源には、正に１つの拡開光学系が割り当てられていること、が好ましい。
（形態６）
前記第１放射方向は、前記第３放射方向と平行であること、が好ましい。
（形態７）
前記第１偏向装置の前記偏向面は、双曲線状、放物線状、又は楕円状のリフレクタとして構成されていること、が好ましい。
（形態８）
前記第１偏向装置は、前記少なくとも１つの光源の光束を、前記第２放射方向の方向で前記第２偏向装置の背後に位置する点に集束させること、が好ましい。
（形態９）
前記照射装置を少なくとも１つ備えた自動車投光器。

「拡開」ないし「拡開する」との概念は、光学的な光線直径を所定の大きさに拡大することとして理解される。拡開は、様々な光学レンズシステムにより達成することができる。しかしこのことは、当業者には既知であり、ここでは念のため、改めて書き留めておくだけとする。

少なくとも１つの光源が拡開光学系と該拡開光学系の焦点との間に配設されていることにより、光源ないし光源の発光面は、第１放射方向ないし光源の主放射方向の反対方向で光源の背後に仮想的に結像される。光源の仮想的な結像により、放射された光束は、第１偏向装置において拡大される。このことは、第１偏向装置のより大きい面を照射することができ、同時に光源と第１偏向装置の間の光学的な区間間隔（光路長）を最小化することができるという効果を有し、即ち全体的に照射装置の構成空間を減少させることができる。

「主放射方向」とは、少なくとも１つの光源がその方向性効果（指向性）に基づき最も強い光ないし大部分の光を放射する方向として理解することができる。

第２偏向装置は、アレイ状に相並んで配設されて個々に又はグループごとに制御可能な多数のマイクロミラーを備えたデジタルマイクロミラーアレイとして構成されていることができる。

有利には、第２偏向装置は、ＤＭＤとして構成されていることが可能である。

ＤＭＤの使用においては、極めて小さい光入射角度範囲で作動することに注意すべきであり、つまりＤＭＤのマイクロミラーに対する光線の入射が斜めすぎる又は平らすぎる場合には、このことは、マイクロミラーの背面照射をもたらし、またこの背面照射は、投射光像内の散乱光をもたらし、従って劣悪な明暗コントラストをもたらしてしまう。この際、明暗コントラストは、自動車投光器のための使用において極めて重要である。

各マイクロミラーは、その角度に関して個別に位置調節可能であり、通常は２つの安定した終端状態を有し、それらの終端状態の間で傾動されることが可能である。

選択された偏向要素の個々のグループ又は１つのグループを目的に従って動かすことにより、照射装置の放射配光の形状のみならず、放射配光内の光強度分布も変更することができる。従って放射配光は、その形状（大きさ及び／又は広がり）に関しても、その明るさ分布に関しても、動的に変更可能である。偏向要素の制御、従って放射配光のバリエーションは、自動車の稼働パラメータ（例えば、自動車速度、積載荷重、操舵角、横加速度など）に依存して行うことができる。偏向要素の制御では、車両の周囲パラメータ（例えば、外気温、降水量、車両の周辺の検知された他の交通利用者など）を考慮することもできる。

少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの発光ダイオードとして、又は少なくとも１つのレーザダイオードとして構成されていることができる。

照射装置は、少なくとも２つの光源、好ましくは正に２つの光源を含むことができる。

それぞれの拡開光学系を備えた２つの光源を使用する場合には、それぞれ拡開された光束を部分的に重なり合うように配置させることができる。光束の拡大により所望の部分的な重なりを設定（調節）することができ、従って第２偏向装置の中心部をより強い明るさで照射することができる。

照射装置は、少なくとも２つの拡開光学系、好ましくは正に２つの拡開光学系を含むことができ、この際、各光源には、正に１つの拡開光学系が割り当てられている。

第１放射方向は、第３放射方向と平行であることができる。

第１偏向装置の偏向面は、双曲線状、放物線状、又は楕円状のリフレクタとして構成されていることができる。

第１偏向装置は、少なくとも１つの光源の光束を、第２放射方向の方向で第２偏向装置の背後に位置する点に集束させることができる。

前記課題は、同様に、本発明による照射装置を少なくとも１つ備えた自動車投光器により解決される。

以下、例示の図面に基づき、本発明を詳細に説明する

例示の一照射装置の概要図を示す図である。

図１は、自動車投光器用の例示の一照射装置１０を示しており、この照射装置１０は、光束（光ビーム）を第１放射方向Ｘ１に放射するための光源５０を含み、この際、光源５０は、発光ダイオードないしＬＥＤとして構成されており、更に光源５０の光束の少なくとも一部分を第２放射方向Ｘ２に偏向するように構成されている偏向面１１０を備えた第１偏向装置１００を含んでいる。

更に照射装置１０は、第１偏向装置１００により偏向された光束による光束の少なくとも一部分を第３放射方向Ｘ３に偏向するため及び照射装置１０の前方に配光を生成するための互いに依存せずに制御可能かつ運動可能な多数の偏向要素を備えた第２偏向装置を含んでいる。

第２偏向装置２００は、図示例では、アレイ状に相並んで配設されて個々に又はグループごとに制御可能な多数のマイクロミラーを備えたデジタルマイクロミラーアレイ（ＤＭＤとも呼ばれる）として構成されている。

更に照射装置１０は、焦点Ｆ１を有する拡開光学系３００を有し、この拡開光学系３００は、光源５０に割り当てられており、光源５０により放出された光束を第１放射方向Ｘ１の方向に拡開するように構成されており、この際、光源５０は、第１放射方向Ｘ１で拡開光学系３００と拡開光学系３００の焦点Ｆ１との間に配設されている。

「拡開」ないし「拡開する」との概念は、光学的な光線直径を所定の大きさに拡大することとして理解される。拡開は、例えば様々な光学レンズシステムにより達成することができる。しかし図示例では、唯一の拡開光学系３００ないし唯一のレンズに関するものであり、複数のレンズから構成される光学システムではない。

つまり光源５０により放射されて拡開光学系３００に当たる光線束は、拡開光学系３００の光入射側で所定の光線直径を有し、この際、光束の光線直径は、拡開光学系３００に基づき、拡開光学系３００の光出射側を出た後には、より大きな光線直径を有する。

光源５０が拡開光学系３００と拡開光学系３００の焦点Ｆ１との間に配設されていることにより、光源５０ないし光源５０の発光面は、第１放射方向Ｘ１ないし光源５０の主放射方向の反対方向で光源５０の背後に仮想的に結像される（虚像を結像する）。光源５０の仮想的な結像により、放射された光束は、第１偏向装置１００において拡大されている。このことは、第１偏向装置１００のより大きな面を照射することができ、同時に光源５０と第１偏向装置１００の間の光学的な区間間隔（光路長）を最小化することができるという効果を有し、即ち全体的に照射装置１００の構成空間を減少させることができる。

「主放射方向」とは、光源５０がその方向性効果（指向性）に基づき最も強い光ないし大部分の光を放射する方向として理解することができる。

第１偏向装置１００の偏向面１１０は、双曲線状、放物線状、又は楕円状のリフレクタとして構成されていることができる。更に第１偏向装置１００は、光源５０の光束を、第２放射方向Ｘ２の方向で第２偏向装置２００の背後に位置する点に集束させることができる。

また図１の例示の照射装置の更なる構成形態として、正に２つの光源が設けられていることも可能であり、この際、各光源には、正に１つの拡開光学系が割り当てられている。

１０ 照射装置
５０ 光源
１００ 第１偏向装置
１１０ 偏向面
２００ 第２偏向装置
３００ 拡開光学系
Ｆ１ 焦点
Ｘ１ 第１放射方向
Ｘ２ 第２放射方向
Ｘ３ 第３放射方向

Claims (9)

1. 自動車投光器用の照射装置であって、前記照射装置は、
   － 光束を第１放射方向（Ｘ１）に放射するための少なくとも２つの光源（５０）と、
   － 前記少なくとも２つの光源（５０）の光束の少なくとも一部分を第２放射方向（Ｘ２）に偏向するように構成されている偏向面（１１０）を備えた第１偏向装置（１００）と、
   － 前記第１偏向装置（１００）により偏向された光束の少なくとも一部分を第３放射方向（Ｘ３）に偏向するため及び前記照射装置（１０）の前方に配光を生成するための互いに依存せずに制御可能かつ運動可能な多数の偏向要素を備えた第２偏向装置（２００）と、
   を含む構成であり、
   前記照射装置（１０）は、焦点（Ｆ１）を有する少なくとも２つの拡開光学系（３００）を含み、各前記光源（５０）には、正に１つの前記拡開光学系（３００）が割り当てられており、前記拡開光学系（３００）は、前記光源（５０）により放出された光束が前記第１放射方向（Ｘ１）の方向に拡開され、拡開された光束が部分的に重なり合うように構成されており、また前記光源（５０）は、前記第１放射方向（Ｘ１）の方向で前記拡開光学系（３００）と該拡開光学系（３００）の焦点（Ｆ１）との間に配設されていること、
   を特徴とする照射装置。
2. 前記第２偏向装置（２００）は、アレイ状に相並んで配設されて個々に又はグループごとに制御可能な多数のマイクロミラーを備えたデジタルマイクロミラーアレイとして構成されていること、
   を特徴とする、請求項１に記載の照射装置。
3. 前記少なくとも２つの光源（５０）は、少なくとも２つの発光ダイオードとして、又は少なくとも２つのレーザダイオードとして構成されていること、
   を特徴とする、請求項１又は２に記載の照射装置。
4. 前記照射装置（１０）は、正に２つの光源（５０）を含むこと、
   を特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の照射装置。
5. 前記照射装置（１０）は、正に２つの拡開光学系（３００）を含むこと、
   を特徴とする、請求項４に記載の照射装置。
6. 前記第１放射方向（Ｘ１）は、前記第３放射方向（Ｘ３）と平行であること、
   を特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の照射装置。
7. 前記第１偏向装置（１００）の前記偏向面（１１０）は、双曲線状、放物線状、又は楕円状のリフレクタとして構成されていること、
   を特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の照射装置。
8. 前記第１偏向装置（１００）は、前記少なくとも２つの光源（５０）の光束を、前記第２放射方向（Ｘ２）の方向で前記第２偏向装置（２００）の背後に位置する点に集束させること、
   を特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の照射装置。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の照射装置（１０）を少なくとも１つ備えた自動車投光器。

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