(57)【要約】  半導体光源によって供給される光から所望のビームパターンを形成するヘッドランプシステムを提供する。システム（２０）は、広がり光のような所望のビームパターンの第１の成分を発生するための半導体光源の源アレイ（３２）及びレンズシステム（４８）と、ホットスポット成分のような所望のビームパターンの第２の成分を発生するための半導体光源の源アレイ（３６）及びレンズシステム（５２）とを含む。各源アレイ（３２、３６）の半導体光源からの光は、半導体光源（３２、３６）によって放出された光を捕捉し、捕捉した光をそれぞれのレンズシステム（４８、５２）の近傍に放出する一連の光パイプ（４０、４４）からなる転送デバイスによってレンズシステム（４８、５２）へ転送される。源アレイ（３２、３６）の一方または両方は、自動車が旋回しようとしている自動車の近傍の領域を照明するために、ビームパターン内に舵取りホットスポットを発生させるように選択的に点灯または消灯される付加的な半導体光源を含むことができる。
2008537315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用ヘッドランプシステムであって、
半導体光源の第１のアレイと、
半導体光源の第２のアレイと、
第１のレンズシステムと、
第２のレンズシステムと、
前記第１のアレイ上の半導体光源から放出された光を前記第１のレンズシステムへ転送するように動作可能な第１の転送デバイスと、
を含み、前記第１のレンズシステムは所望のビームパターンの第１の成分を生じさせるように動作可能であり、
前記第２のアレイ上の半導体光源から放出された光を前記第２のレンズシステムへ転送するように動作可能な第２の転送デバイス
を更に含み、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンの第２の成分を生じさせるように動作可能である、
ことを特徴とするヘッドランプシステム。
【請求項２】
前記半導体光源の第１のアレイ及び前記半導体光源の第２のアレイは、共通基体上に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項３】
前記第１の転送デバイスは前記半導体光源の第１のアレイ内の半導体光源毎に光パイプを含み、前記各光パイプは、それぞれの半導体光源から放出された光を捕捉するように前記それぞれの半導体光源に近接する第１の端と、前記捕捉された光を前記第１のレンズシステム上へ放出する第２の端とを有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項４】
前記第２の転送デバイスは前記半導体光源の第２のアレイ内の半導体光源毎に光パイプを含み、前記各光パイプは、それぞれの半導体光源から放出された光を捕捉するように前記それぞれの半導体光源に近接する第１の端と、前記捕捉された光を前記第２のレンズシステム上へ放出する第２の端とを有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項５】
前記半導体光源の第１及び第２のアレイの少なくとも一方の半導体光源の少なくとも幾つかは、前記ヘッドランプシステムから所望のビームパターンが形成されるように選択的に点灯または消灯されることを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項６】
前記所望のビームパターンは、ロービームパターン、ハイビームパターン、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載のヘッドランプシステム。
【請求項７】
前記所望のビームパターンに加えて、少なくとも１つの舵取りホットスポットを発生させるように、前記半導体光源の第２のアレイ上の付加的な半導体光源が点灯されることを特徴とする請求項５に記載のヘッドランプシステム。
【請求項８】
前記所望のビームパターンに加えて発生される前記舵取りホットスポットの数は、自動車の動作速度、自動車の舵取り輪の位置、及びそれらの組合せからなるグループから選択されたパラメータに依存することを特徴とする請求項７に記載のヘッドランプシステム。
【請求項９】
前記第１のレンズシステムは前記ビームパターンの広がり光成分を生じさせ、前記第２のレンズシステムは前記ビームパターンのホットスポット成分を生じさせることを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１０】
前記第２のレンズシステムは、前記第２の転送デバイスからの光を水平方向に約６°のイメージ内へ投射するように、且つ前記投射される光の垂直特性を実質的に変更することがないように動作可能な第１のレンズと、照明パターンを垂直方向に約３°に圧縮するようにより長い焦点距離を有する第２のレンズとを含むことを特徴とする請求項９に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１１】
自動車用ヘッドランプシステムであって、
半導体光源の第１のアレイと、
半導体光源の第２のアレイと、
第１のレンズシステムと、
第２のレンズシステムと、
前記第１のアレイ上の半導体光源から放出された光を前記第１のレンズシステムへ転送するように動作可能な第１の転送デバイスと、
を含み、前記第１のレンズシステムは所望のビームパターンの第１の成分を発生するように動作可能であり、
前記第２のアレイ上の半導体光源から放出された光を前記第２のレンズシステムへ転送するように動作可能な第２の転送デバイス、
を更に含み、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンの第２の成分を発生するように動作可能であり、
前記半導体光源の第１及び第２のアレイの少なくとも一方の半導体光源の少なくとも１つは、前記ヘッドランプシステムから所望のビームパターンが形成されるように選択的に点灯または消灯されることを特徴とするヘッドランプシステム。
【請求項１２】
前記第１または第２の転送デバイスはそれぞれ前記半導体光源の第１または第２のアレイ内の半導体光源毎に光パイプを含み、前記各光パイプは、それぞれの半導体光源から放出された光を捕捉するように前記それぞれの半導体光源に近接する第１の端と、前記捕捉された光を前記第１または第２のレンズシステム上へ放出する第２の端とを有することを特徴とする請求項１１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１３】
前記光パイプは、光ファイバケーブルで製造されることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１４】
前記光パイプは、透明なポリカーボネート材料で製造されることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１５】
前記光パイプは、透明なシリコンゴムで製造されることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１６】
前記光パイプは、透明なモールド可能なアクリル樹脂で製造されることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１７】
前記光パイプは、光学ガラスで製造されることを特徴とする請求項１２に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１８】
前記所望のビームパターンは、ロービームパターン、ハイビームパターン、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項１９】
前記第１のレンズシステムは所望のビームパターンの広がり光を生じさせ、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンのホットスポット光を生じさせることを特徴とする請求項１１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２０】
前記所望のビームパターンに加えて、少なくとも１つの舵取りホットスポットを発生させるように、前記半導体光源の第２のアレイ上の付加的な半導体光源が点灯されることを特徴とする請求項１９に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２１】
前記所望のビームパターンに加えて発生される前記舵取りホットスポットの数は、自動車の動作速度、自動車の舵取り輪の位置、及びそれらの組合せからなるグループから選択されたパラメータに依存することを特徴とする請求項２０に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２２】
前記第２のレンズシステムは、前記第２の転送デバイスからの光を水平方向に約６°のイメージ内へ投射するように、且つ前記投射される光の垂直特性を実質的に変更することがないように動作可能な第１のレンズと、照明パターンを垂直方向に約３°に圧縮するようにより長い焦点距離を有する第２のレンズとを含むことを特徴とする請求項１９に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２３】
前記半導体光源は、発光ダイオードからなることを特徴とする請求項１１に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２４】
前記発光ダイオードは、実質的に白光を発生することを特徴とする請求項２３に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２５】
前記発光ダイオードの第１及び第２の各アレイは基体上に取付けられ、前記基体は、前記発光ダイオードへ電力を供給する電気導体を含み、前記発光ダイオードの動作によって生じた熱をヒートシンクへ転送するのを援助する熱伝達材料の層を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２６】
自動車用ヘッドランプシステムであって、
半導体光源の第１のアレイと、
半導体光源の第２のアレイと、
第１のレンズシステムと、
第２のレンズシステムと、
前記第１のアレイ上の半導体光源から放出された光を前記第１のレンズシステムへ転送するように動作可能な第１の転送デバイスと、
を含み、前記第１のレンズは所望のビームパターンの広がり光成分を生じさせるように動作可能であり、
前記第２のアレイ上の半導体光源から放出された光を前記第２のレンズシステムへ転送するように動作可能な第２の転送デバイス、
を更に含み、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンの少なくとも１つのホットスポット成分を生じさせるように動作可能であり、
前記半導体光源の第１及び第２のアレイの半導体光源の少なくとも幾つかは、前記ヘッドランプシステムから所望のビームパターンが形成されるように選択的に点灯または消灯され、
前記半導体光源の第２のアレイ上の付加的な半導体光源は、前記所望のビームパターンに加えて、少なくとも１つの舵取りホットスポットを発生するように点灯される、
ことを特徴とするヘッドランプシステム。
【請求項２７】
前記第１または第２の転送デバイスはそれぞれ前記半導体光源の第１または第２のアレイ内の半導体光源毎に光パイプを含み、前記各光パイプは、それぞれの半導体光源から放出された光を捕捉するように前記それぞれの半導体光源に近接する第１の端と、前記捕捉された光を前記第１または第２のレンズシステム上へ放出する第２の端とを有することを特徴とする請求項２６に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの光パイプは、光学等級のガラスで形成されている内側部材で製造され、前記内側部材は前記光学ガラスの屈折率よりも小さい屈折率を有する透明な第２の材料でクラッドされていることを特徴とする請求項２７に記載のヘッドランプシステム。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの光パイプの開口値は、実質的に１であることを特徴とする請求項２８に記載のヘッドランプシステム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの光パイプの第２の端は、前記少なくとも１つの他の光パイプの第２の端に関して、ずらして配置されていることを特徴とする請求項２７に記載のヘッドランプシステム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの光パイプの第２の端は、前記少なくとも１つの他の光パイプの第２の端に関して、前記レンズシステムに対してずらして配置されていることを特徴とする請求項２７に記載のヘッドランプシステム。
【請求項３２】
前記所望のビームパターンは、ロービームパターン、ハイビームパターン、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２６に記載のヘッドランプシステム。
【請求項３３】
前記所望のビームパターンに加えて発生される前記舵取りホットスポットの数は、自動車の動作速度、自動車の舵取り輪の位置、及びそれらの組合せからなるグループから選択されたパラメータに依存することを特徴とする請求項２６に記載のヘッドランプシステム。
【請求項３４】
前記第２のレンズシステムは、前記第２の転送デバイスからの光を水平方向に約６°のイメージ内へ投射するように且つ前記投射される光の垂直特性を実質的に変更することがないように動作可能な第１のレンズと、照明パターンを垂直方向に約３°に圧縮するようにより長い焦点距離を有する第２のレンズとを含むことを特徴とする請求項２６に記載のヘッドランプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、自動車（ビークル）用ヘッドランプに関し、特定的には、半導体光源から放出された光から所望のビームパターンを形成する自動車用ヘッドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ヘッドランプシステムの設計は、主として最高及び最低照明レベル、及び発生するビームのパターンに関心を向けてきた。ヘッドランプの設計には、これらの関心事の他に、美的及び物理的設計要因も重要である。普通の白熱灯及びガス放電ヘッドランプシステムはそれらの構成要素の故に比較的大きい容積を必要とし、それが設計の能力及びよりコンパクトなヘッドランプシステムの実現を制限してきた。従って、光源としてヘッドランプシステム内に半導体光源を使用することが示唆されてきた。
【０００３】
近年の半導体光源の製造及び／または設計の進歩によって比較的高い光出力レベルを達成する白発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源が開発されたが、それでも、ヘッドランプとしての所要光出力レベルを得るためには、複数の半導体光源をヘッドランプシステム内に使用しなければならない。更に、半導体光源は、ヘッドランプシステムに新しい設計問題を導入した。例えば、半導体光源は白熱灯及び／またはガス放電バルブよりも遙かに理想的な点光源として動作するので、従来のヘッドランプの光学設計を半導体光源と両立させることはできない。更に、半導体光源に必要な冷却に対する要望のような問題が、半導体光源を使用するヘッドランプシステムの設計を更に複雑にしている。
【０００４】
自動車用ヘッドランプの分野において長期に亘って要望されてきた別のものは、自動車の前方の道路の領域ではなく（もしくは、それに加えて）、自動車が走行しようとしている道路の領域を照明する能力である。この問題に対処するための従来の試みは舵取り可能なヘッドランプを採用することであった。例えば、従来技術のシステムの殆どは、ヘッドランプからの照明を所望の方向へ導くために、ヘッドランプ、またはヘッドランプ内の光学系の一部（例えば、レフレクタ及び／またはレンズ）を自動車の前輪と共に物理的に回転させる機械的手段を含んでいた。舵取り可能なヘッドランプを制御するために、自動車の舵取りメカニズムとの機械的リンケージからマイクロプロセッサ制御のサーボモータ駆動システムまで、さまざまな技術が試みられてきた。
【０００５】
しかしながら、これらのシステムは、ヘッドランプを回転させる制御メカニズムが極めて複雑、高価、及び／または虚弱になり易いという欠陥があった。他の従来技術システムは、各ヘッドランプ内に付加的な光源を含んでいる。即ち、左側のヘッドランプは自動車の左側の領域を照明するための付加的な光源を有し、右側のヘッドランプは自動車の右側の領域を照明するための付加的な光源を有しており、自動車の前輪が回転するにつれてこれらの付加的な光源を適切に点灯／消灯させる。これらのシステムも、付加的な光源によって照明される領域が固定されており、自動車の速度または旋回角と共に変化することはなく、従って得られるビームパターンは所望の照明を提供し得ないという欠陥を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、半導体光源から放出される光から所望のビームパターンが形成されるような、新規な且つ改良された自動車用ヘッドランプシステムに対する要望が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの欠陥を除去乃至は軽減する新規な半導体ヘッドランプシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の第１の面によれば、自動車用ヘッドランプシステムが提供される。このヘッドランプシステムは、半導体光源の第１のアレイと、半導体光源の第２のアレイと、第１のレンズシステムと、第２のレンズシステムと、前記第１のアレイ内の半導体光源から放出された光を前記第１のレンズシステムへ転送するように動作可能な第１の転送デバイスとを含み、前記第１のレンズシステムは所望のビームパターンの第１の成分を発生するように動作可能であり、前記第２のアレイ内の半導体光源から放出された光を前記第２のレンズシステムへ転送するように動作可能な第２の転送デバイスを更に含み、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンの第２の成分を発生するように動作可能である。
【０００９】
好ましくは、第１の転送デバイスは半導体光源の第１のアレイ内の半導体光源毎に光パイプを含み、各光パイプは半導体光源から放出された光を捕捉するように半導体光源に近接する第１の端と、捕捉された光を第１のレンズシステム上に放出する第２の端とを有し、第２の転送デバイスは半導体光源の第２のアレイ内の半導体光源毎に光パイプを含み、各光パイプは半導体光源から放出された光を捕捉するように半導体光源に近接する第１の端と、捕捉された光を第２のレンズシステム上に放出する第２の端とを有している。
【００１０】
更に好ましくは、ヘッドランプシステムの半導体光源の第１及び第２のアレイの少なくとも一方の半導体光源の少なくとも幾つかは、ヘッドランプシステムから所望のビームパターンが形成されるように選択的に点灯または消灯される。
【００１１】
更に好ましくは、半導体光源の第１及び第２のアレイの一方内の付加的な半導体光源は、所望のビームパターンに加えて少なくとも１つの舵取りホットスポットを発生するように点灯される。
【００１２】
本発明の第２の面によれば、自動車用ヘッドランプシステムが提供される。このヘッドランプシステムは、半導体光源の第１のアレイと、半導体光源の第２のアレイと、第１のレンズシステムと、第２のレンズシステムと、前記第１のアレイ内の半導体光源から放出された光を前記第１のレンズシステムへ転送するように動作可能な第１の転送デバイスとを含み、前記第１のレンズシステムは所望のビームパターンの第１の成分を発生するように動作可能であり、前記第２のアレイ内の半導体光源から放出された光を前記第２のレンズシステムへ転送するように動作可能な第２の転送デバイスを更に含み、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンの第２の成分を発生するように動作可能であり、前記半導体光源の第１及び第２のアレイの少なくとも一方の半導体光源の少なくとも１つは、ヘッドランプシステムから所望のビームパターンが形成されるように選択的に点灯または消灯される。
【００１３】
本発明の第３の面によれば、自動車用ヘッドランプシステムが提供される。このヘッドランプシステムは、半導体光源の第１のアレイと、半導体光源の第２のアレイと、第１のレンズシステムと、第２のレンズシステムと、前記第１のアレイ内の半導体光源から放出された光を前記第１のレンズシステムへ転送するように動作可能な第１の転送デバイスとを含み、前記第１のレンズシステムは所望のビームパターンの広がり光成分を発生するように動作可能であり、前記第２のアレイ内の半導体光源から放出された光を前記第２のレンズシステムへ転送するように動作可能な第２の転送デバイスを更に含み、前記第２のレンズシステムは所望のビームパターンの少なくとも１つのホットスポット成分を発生するように動作可能であり、前記半導体光源の第１及び第２のアレイの少なくとも一方内の半導体光源の少なくとも幾つかは、ヘッドランプシステムから所望のビームパターンが形成されるように選択的に点灯または消灯され、前記半導体光源の第１及び第２のアレイの少なくとも一方内の付加的な半導体光源は、所望のビームパターンに加えて少なくとも１つの舵取りホットスポットを発生するように点灯される。
【００１４】
本発明のさらなる応用可能な分野は、以下の詳細な説明から明白になるであろう。以下の詳細な説明及び特定の例は、単に本発明の好ましい実施の形態を示し且つ説明する目的だけのものであり、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【００１５】
以下に、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
添付図面、特に図１を参照する。本発明によるヘッドランプシステム全体を２０で示してある。システム２０は２つの光エンジン２４、２８を含み、各光エンジンは源アレイ（光源アレイ）、即ち、半導体光源の第１のアレイ３２及び半導体光源の第２のアレイ３６を含む。各アレイ３２、３６は半導体光源３５を有している。
【００１７】
図２を参照する。源アレイ３２は基体３４を含み、基体３４上に複数の半導体光源３５が取付けられている。源アレイ３２、３６が別々の基体３４上にあるように図示されているが、もし望むならば、両源アレイが共通の基体３４を共用することも、または各源アレイが２つまたはそれ以上の基体３４の複合体であることもできる。
【００１８】
半導体光源３５は、白光を放出するＬＥＤデバイス及び／または類似物のような、何等かの適切な半導体光源であることができる。基体３４は、半導体光源３５、これらの半導体光源３５へ電力を供給するために必要な電気導体、及び半導体光源３５の動作によって発生する廃熱をこれらの半導体光源３５から遠去けるための移動を援助する除熱配列を支持することができる何等かの適切な基体であることができる。
【００１９】
システム２０のこの実施の形態においては、基体３４は、半導体光源３５を表面に取付けている多層印刷回路基板（ＰＣＢ）であることができる。ＰＣＢは少なくとも１つの熱伝達層を含む。この層は、銅その他の良好な熱伝達特性の層であり、半導体光源３５が発生した廃熱を除去するためにヒートシンクを取付けることができる除熱配列として動作する。ＰＣＢは、半導体光源３５に電力を供給するために必要な導体トレースを含む。当業者には明白なように、半導体光源３５の動作によって生ずる廃熱を除去するためにＰＣＢ熱伝達層の代わりに、またはそれに加えて、ヒートパイプ、ウィック、その他の適切な手段を使用することができる。
【００２０】
各半導体光源３５は個々にアドレス可能であり、従って他の半導体光源３５には無関係に動作、または非動作にすることができ、またさまざまな出力レベルで動作させることができる。しかしながら、もし望むならば、光源３５を２つまたはそれ以上の光源３５からなるグループとして動作、または非動作にし、それらの出力レベルを選択することができるように、半導体光源３５及び電力トレースを配列することができる。
【００２１】
図１に戻って、光エンジン２４、２８は転送デバイス、即ち、源アレイ３２、３６上の半導体光源３５から放出された光を、ヘッドランプシステム２０内の所望の光出力位置へ転送する第１の転送デバイス４０、及び第２の転送デバイス４４を更に含む。システム２０のこの実施の形態においては、転送デバイス４０、４４は光パイプの束からなり、ある束の各光パイプは受信端（例えば、源アレイ３２または３６内のそれぞれの半導体光源３５に近接して配置されている）及び放出端（例えば、光が放出されることが望まれる位置に配置）を有している。転送デバイス４０、４４の光パイプはいろいろな手法で製造することができ、光ファイバケーブル、ポリカーボネートまたは透明シリコンゴム、またはニュージャージー州ロッカウェイのCYROインダストリーズから市販されているアクリミド（商品名）815のようなモールド可能なアクリル樹脂で作られた光ガイドであることができ、光を光源から所望の位置まで転送する何等かの他の適切な方法を使用することができる。
【００２２】
光パイプは、内側光学ガラス部材クラッドと、その外側にあって、光パイプを通る半導体源３５からの光の内部反射を強化するために前記内側光学ガラスよりも屈折率が低い第２のガラスとで作ることもできる。特定の実施の形態における内側光学ガラスの屈折率は1.81であり、一方クラッディングガラスの屈折率は1.48であるので、光パイプの開口数は1.0になる。当業者には明白なように、光パイプを製造するために他の２つのガラスの組合せを使用することも、または光パイプを製造するために比較的高い屈折率のガラスと、他の比較的低い屈折率のクラッディング材料を使用することもできる。
【００２３】
転送デバイス４０、４４の光パイプは、源アレイ３２、３６の半導体光源３５が発生した光の比較的大部分を、好ましくは実質的に全てを捕捉するように公知の手法で配列することができる。限定するものではないが、放出された光の捕捉を高めるように各半導体光源３５に近接する光パイプの端を光学的に平坦な表面にし、また半導体光源３５から放出された光を転送デバイス４０、４４の光パイプ内に導くように基体３４上の各半導体光源３５の周囲に適切なレフレクタ（図示せず）を取付けることができる。
【００２４】
限定するものではないが、転送デバイス４０の放出端はレンズシステム、即ち第１のレンズシステム４８に接近させて位置決めすることができ、転送デバイス４４の放出端はレンズシステム、即ち第２のレンズシステム５２に接近させて位置決めすることができる。レンズシステム４８、５２はそれぞれ、単レンズシステムであることも、または複レンズシステムであることもできる。後述するように、この実施の形態においては、各レンズシステム４８、５２はそれぞれ２レンズシステムであることができる。
【００２５】
転送デバイス４０、４４の一方、または両方の光パイプの放出端は、道路脇の信号などを照らす照明のような所望の特徴のあるビームパターンとして発生させるために、それらのレンズシステム４８、５２に対して垂直に、及び／または水平に離間させる、即ちずらして配置することもできる。
【００２６】
更に、当業者には明白なように、転送デバイス４０及び４４を使用することによって、源アレイ３２及び３６上の半導体光源３５の位置、間隔、及び配列には無関係に、転送デバイス４０及び４４の放出端から放出される光の位置及び配列を確立することができる。転送デバイス４０、４４は、源アレイ３２、３６をレンズシステムから遠方に配置することをも可能にし、従って、比較的大きい熱交換部材、冷却ファン、及び／または類似物のような何等かの必要冷却メカニズムを、レンズシステム４８、５２の近傍にではなく、美的に受入れることができる位置に配置することを可能にする。
【００２７】
以上のように、自動車設計者はレンズシステム４８、５２及び転送デバイス４０、４４の放出端を普通のヘッドランプシステム位置の１つに配置することを要求されるだけで、ヘッドランプシステム２０の残余は他の何処かに配置することができるので、自動車の美的及び機能的設計により多くの柔軟性が与えられることになる。
【００２８】
ヘッドランプのビームパターンは、典型的にはビームパターンの比較的大きい部分を比較的均一な照明レベルで照明する広がり光と、典型的には広がり光の領域に重畳される増加した照明レベルの比較的小さい領域であるホットスポットとからなる。ヘッドランプシステムは、特にビームパターンに関して、広がり照明の領域及び照明レベル、及びホットスポットの領域及び照明レベルが受入れ可能な法的限度以内にあることを保証するように注意深く設計し、構成すべきである。
【００２９】
ヘッドランプシステム２０においては、以下に説明するように、広がり光を得るために光エンジン２４及びレンズシステム４８を使用することが好ましく、一方ホットスポット光及びダイナミック光を得るために光エンジン２８及びレンズシステム５２を使用することが好ましい。レンズシステム４８は、ヘッドランプシステム２０からのビームパターンに所望の広がり光を発生させるために、転送デバイス４０の放出端からの光を導くように設計することができる。
【００３０】
源アレイ３２、３６が示されている図３を参照する。点灯している半導体光源３５は中抜き記号で示されており、消灯している半導体光源３５は黒塗り記号で示されている。図示のように、光源アレイ３２上の半導体光源３５の約半分が点灯しており、これらの半導体光源３５が発生する光を転送デバイス４０によってレンズシステム４８へ転送し、図４に基準水平軸及び垂直軸で示されているロービームパターンの広がり成分６０を作ることができる。
【００３１】
レンズシステム４８は、レンズシステム４８が発生したビームパターンを垂直方向に制限する第１のレンズと、レンズシステム４８が発生したビームパターンを水平方向に広げる第２のレンズとを含む。
【００３２】
これも図示してあるように、光源アレイ３６上の半導体光源３５の約１／４が点灯しており、これらの半導体光源３５が発生する光を転送デバイス４０によってレンズシステム５２へ転送し、図４に示されている典型的には約３°の高さ、６°の幅であることができるロービームパターンのホットスポット成分６４を作ることができる。レンズシステム５２は、所望のホットスポットを得るために単レンズを使用することはできるが、このような単レンズは後述する舵取り光を容易に発生することはできず、従ってレンズシステム５２も２レンズを使用する。レンズシステム５２の第１のレンズは、転送システム４４の放出端に比較的近接して位置決めし、転送デバイス４４からの光を水平方向に約６°のイメージ内に投射することができ、この場合投射される光の垂直特性には実質的な影響を与えない。レンズシステム５２の第２のレンズは、第１のレンズからの照明パターン出力を垂直方向に約３°に包み込むようなより長い焦点距離を有している。従って、後述するようにレンズシステム５２は、ホットスポット６４の形状に妥協することなく、舵取り光を適切に曲げて15°に達するようにすることができる。
【００３３】
図５を参照する。源アレイ３２、３６上で点灯している半導体光源３５は、図６に示すハイビームパターンを発生する。図示のように、源アレイ３２の半導体光源３５の全てが点灯し、付加的に点灯している（図４のロービームパターンのために点灯している）半導体光源３５と共に図６に示すハイビームパターンの広がりゾーン６８を発生する。同様に、源アレイ３６の半導体光源３５の別の約１／４が点灯して図６のハイビームホットスポット７２を発生する。
【００３４】
当業者には明白なように、本発明は源アレイ３２、３６上に設けられる半導体光源３５の如何なる特定の数にも限定されるものではなく、または本発明が発生するビームパターン内に所望の出力を得るために点灯される特定の半導体光源の数にも限定されるものではない。そうではなく、本発明は、使用される特定の半導体光源が放出する光の量、転送デバイス４０、４４及びレンズシステム４８、５２の動作効率、及び所望ビームパターン及びその中の照明レベルだけによって決定される如何なる数の半導体光源をも使用することができる。限定するものではないが、以下の舵取りホットスポットの説明においては、各ホットスポットを作るために４個の半導体光源が使用されているが、もしより高い出力半導体光源を使用するのであれば、３個またはそれより少ない半導体光源を使用してこれらのホットスポットを作ることができる。
【００３５】
図７は、図４のロービームパターンを上方から（下方を）見た時の概要図であって、図の縦軸はパターンの水平の広がりの程度を表し、横軸はヘッドランプシステム２０からのパターンの距離を示し、そしてパターン指示線の色はパターンの照明レベル（図示スケールに対応する）を表している。
【００３６】
上述したように、要求されるロービームパターン及びハイビームパターンの形成の他に、ヘッドランプシステム２０からの舵取り可能な光（この舵取り可能な光は、自動車が直線路から旋回して走行する時に自動車の周りの領域を照明する）のようなダイナミック光パターン成分を発生させることも望ましい。限定するものではないが、自動車が左へ旋回する時には、自動車の前方の道路の一部、左側を照明することが望ましい。
【００３７】
コントローラ（図示せず）は、以下に説明するようにダイナミック照明を提供するように源アレイ３６の付加的な半導体光源３５の点灯または消灯を操作可能であることができる。コントローラは、限定するものではないが、舵取り輪の位置、自動車の速度、及び自動車のボディロールのような入力を受入れることができ、必要に応じて付加的な半導体光源を点灯または消灯させる。このようなコントローラの構造及び動作は当業者には明白であるので、さらなる説明は省略する。
【００３８】
図８に源アレイ３２、３６が示されており、コントローラが受けた入力に応答して、図４のロービームパターンに舵取り光の第１の増分がコントローラによって追加される。詳述すれば、源アレイ３６の４個の付加的な半導体光源７２が点灯される。これら４個の付加的な光源７２によって放出される照明をレンズシステム５２へ導き、ロービームパターン上に図９に示すような舵取りホットスポット７６を追加することができる。当業者には明白なように、もしヘッドランプシステム２０がハイビームを発生するように動作していれば、光源７２の下の４個の半導体光源も点灯させて合計８個の付加的な光源を点灯させ、ハイビーム舵取り光パターンを発生させることができる（これに関しては、図１７及び１８を参照して後述する）。
【００３９】
図１０は、図９のビームパターンの上面図である。図示のように図８の舵取りホットスポット７６が、図１０のビームパターンを左側へ（図示の向きにおいては、プロットの上方へ）僅かに広げている。
【００４０】
図１１に源アレイ３２、３６が示されており、図９に示すロービームパターンに舵取り光の第２の増分がコントローラによって追加されている。詳述すれば、源アレイ３６の４個の付加的な半導体光源８０が点灯されている。これら４個の付加的な光源８０によって放出された照明をレンズシステム５２へ導き、ロービームパターン上に図１２に示すような第２の舵取りホットスポット８４を追加することができる。
【００４１】
図１３は、図１２のビームパターンの上面図である。図示のように図１２の舵取りホットスポット７６、８０が、ビームパターンを左側へ（図示の向きにおいては、プロットの上方へ）より大きく広げている。もし望むならば、舵取り光の付加的な増分をコントローラによって追加することができる。
【００４２】
図１４に源アレイ３２、３６が示されており、図１２に示すロービームパターンに舵取り光８８の合計８つの増分がコントローラによって追加され、図１５に示すような舵取りホットスポット７６、８４、９２、９６、１００、１０４、１０８、１１２が追加されている。
【００４３】
図１６は、図１５のビームパターンの上面図である。図示のように舵取りホットスポット７６、８４、９２、９６、１００、１０４、１０８、１１２が、ビームパターンを左側へ（図示の向きにおいては、プロットの上方へ）比較的大きく広げている。
【００４４】
図１４においては８つの増分８８が全て同時に追加されているが、これは説明を簡潔にするためであって、当業者には明白なように、自動車の動作状態に依存するコントローラへの入力から、コントローラが舵取り光の各増分を１つずつ、または２つまたはそれ以上の増分をグループで追加することを決定することができる。
【００４５】
当業者には明白なように、ヘッドランプシステム２０がハイビームパターンを発生している場合には、必要に応じて（図１７及び１８に示すように）、源エンジン３６上の付加的な半導体光源３５を点灯させることによって、ハイビーム舵取りホットスポット７６ａ、８４ａ、９２ａ、９６ａ、１００ａ、１０４ａ、１０８ａ、１１２ａをも得ることができる。
【００４６】
図８乃至１８は、自動車の左側のためのヘッドランプを示しているが、当業者には明白なように本発明はそのように限定されるものではなく、右側及び左側の何れのヘッドランプにも適用することができる。ヘッドランプシステム２０が右側ヘッドランプ内に使用されている場合には、舵取り可能なホットスポットはロービームパターン及びハイビームパターンの右側へ投射されよう。
【００４７】
源アレイ３６上の付加的な半導体光源３５を点灯または消灯させ、左向きの（もしくは右向きの、または右側ヘッドランプのための）増加した照明のための付加的な舵取りホットスポットを作るように、発生した付加的な光をレンズシステム５２によって導くことによって、ヘッドランプシステム２０は光源または光学システム要素を機械的に運動させる必要なく舵取り可能な光を発生する。
【００４８】
更に、舵取り可能な光の所望の照明パターンを達成するために、コントローラは付加的な半導体光源３５を異なる出力レベルで動作させることができる。例えば、コントローラは、舵取りホットスポット１０８、１１２を発生する半導体光源３５を、舵取りホットスポット１００、１０４を発生する半導体光源３５よりも高出力レベルで点灯させることができる。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、源アレイ３２、３６上の各特定半導体光源３５の位置と、発生するビームパターン内にその半導体光源３５が放出する光が現れる場所との間に直接的な対応があり得るが、本発明はそのように限定されるものではない。詳述すれば、図１４の増分８８内の４個の半導体光源３５の最も右側の増分がホットスポット１１２を発生し、一方増分８８内の４個の半導体光源３５の最も左側の増分がホットスポット７６を発生する（図８に示すように）ことが暗示されている。しかしながら、このような直接的な対応は、転送デバイス４０、４４内の光パイプの受信端及び放出端がこのような直接的対応を持つように配列されている場合に限って発生する。当業者には明白なようにこのような直接的対応は必須ではなく、実際に、ある環境においてはそのようなことは望ましくないかも知れない。限定するものではないが、通常は源アレイ３２または３６上の他の半導体光源３５と同時に点灯される源アレイ３２、３６上の半導体光源３５を、基体３２上で互いに接して配置しないことによって廃熱の除去を改善することが望ましいかも知れない。このような場合、それでも、転送デバイス４０、４４の光パイプの受信端及び放出端が正しく配列されているならば、所望の出力ビームパターンを得ることができる。
【００５０】
更に、図８乃至１８においては、上述したように、転送デバイス４０、４４の放出端が互いに密に近接して配置されているものとしたが、これは必須ではなく、多くの環境においては所望のビームパターンを達成するために、転送デバイス４０または４４の放出端の少なくとも幾つかをそれらのレンズシステム４８または５２に関して互いに離間させることができる。
【００５１】
以上から明白なように、本発明は半導体光源によって供給される光から所望のビームパターンを形成するヘッドランプシステムを提供する。本システムは、所望のビームパターンの広がりの成分を発生させる半導体光源の源アレイ及びレンズシステムと、所望のビームパターンのホットスポット成分を発生させる半導体光源の源アレイ及びレンズシステムとを含む。各源アレイの半導体光源からの光は、半導体光源が放出した光を捕捉し、捕捉した光をそれぞれのレンズシステムの近傍に放出する一連の光パイプからなる転送デバイスによってそれぞれのレンズシステムへ転送することができる。自動車の近傍の自動車が旋回しようとする領域を照明するようにビームパターン内に舵取りホットスポットのようなダイナミックビームパターン成分を発生させるために、源アレイの一方または両方を選択的に点灯または消灯させることができる。
【００５２】
源アレイとレンズシステムとの間に転送デバイスを使用することによって源アレイとレンズシステムとを互いに離間させることができ、設置されるヘッドランプシステム２０を小サイズの容積、または形状にすることができるが、このことはレンズシステムが源アレイによって放出される光を直接受けるようになっていては不可能である。
【００５３】
以上の説明から、当業者ならば、本発明の広範な教示は種々の形状で実現できることが明白であろう。本発明をその特定の例に関して説明したが、当業者には他の変更も明白であろうから、本発明の真の範囲はこれらの例によって限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明によるヘッドランプシステムの概要図である。
【図２】本発明による半導体光源のアレイの概要図である。
【図３】半導体光源の２つのアレイの一方のアレイ上の幾つかの光源が点灯してロービームパターンの広がり光を発生させ、他方のアレイ上の幾つかの光源が点灯してロービームパターンのホットスポットを発生させていることを示す図である。
【図４】図３のロービームパターンの概要図である。
【図５】図３の２つのアレイの一方のアレイ上の全ての光源が点灯してハイビームパターンの広がり光を発生させ、他方のアレイ上の幾つかの光源が点灯してハイビームパターンのホットスポットを発生させていることを示す図である。
【図６】図５のハイビームパターンの概要図である。
【図７】図３のロービームパターンの上面図であって、パターンの光の強度を示す図である。
【図８】図３の２つのアレイの一方のアレイ上の付加的な半導体光要素が点灯してロービーム舵取りホットスポットを発生させることを示す図である。
【図９】図８のアレイから発生したロービーム舵取りホットスポットを有するロービームパターンの概要図である。
【図１０】図９のロービームパターンの上面図であって、付加されたロービーム舵取りホットスポットを有するパターンの光の強度を示す図である。
【図１１】図８の２つのアレイの一方のアレイ上の付加的なセットの半導体光要素が点灯して第２のロービーム舵取りホットスポットを発生させていることを示す図である。
【図１２】図１１のアレイから発生した２つのロービーム舵取りホットスポットを有するロービームパターンの概要図である。
【図１３】図１２のロービームパターンの上面図であって、付加された２つの舵取りホットスポットを有するパターンの光の強度を示す図である。
【図１４】図１１の２つのアレイの一方のアレイ上の８セットの付加的な半導体光要素が点灯して８つのロービーム舵取りホットスポットを発生させていることを示す図である。
【図１５】図１４のアレイから発生した８つのロービーム舵取りホットスポットを有するロービームパターンの概要図である。
【図１６】図１５のロービームパターンの上面図であって、８つの舵取りホットスポットを有するパターンの光の強度を示す図である。
【図１７】図１４の２つのアレイの一方のアレイ上の８つの付加的なセットの半導体光要素が点灯して１つのハイビームパターンと、８つのハイビーム舵取りホットスポットとを発生させていることを示す図である。
【図１８】図１７のアレイから発生した８つのハイビーム舵取りホットスポット及び８つのロービーム舵取りホットスポットを有するハイビームパターンの概要図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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