(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前照灯用の照明装置（１）であって、
複数の光源（１００）と、複数の導光素子（１１，１２，１３）を備える導光装置（１０）と、後置接続された結像光学素子（２００）と、を含み、
各導光素子（１１，１２，１３）は、それぞれ１つの光入射面とそれぞれ１つの光出射面とを有し、
前記導光素子（１１，１２，１３）は少なくとも一列に配置されており、
少なくとも一列の導光素子はハイビーム導光素子（１１）として構成されており、かつ１つのハイビーム列を形成する、照明装置において、
各ハイビーム導光素子（１１）はそれぞれ１つの下側導光面（２４）を含み、
該下側導光面（２４）は、少なくとも光線（５２）が反射される領域において少なくとも領域的な複数の構造体（２５）を有し、
前記複数の構造体（２５）は、光出射面（２３）に隣接し、かつ光が反射される下側導光面（２４）の領域に形成されており、
前記複数の構造体（２５）は溝状に構成されており、溝（２５）は、照明装置の光軸（１６）に対して横方向に配向されており、０．２〜０．４ｍｍの幅と、０．０１５〜０．０３ｍｍの高さを有する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記下側導光面（２４）は、入力された光線を全反射する、ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記溝（２５）は、周期的な幾何形状を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
光出射面から始まって６〜１５の溝（２５）が下側導光面（２４）上に形成されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光素子（１１，１２，１３）は、重なり合って配置されたちょうど３つの列に配置されており、これらの列が共に１つのハイビーム分布を形成する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
最下列（１１）はハイビーム列である、請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
全ての導光素子は、ちょうど一列に配置されたハイビーム導光素子として構成されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
導光素子（１１，１２，１３）の光出射面（２３）は、共通の光出射面（２３’）の一部であり、個々の光出射面（２３）は互いに隣接している、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置（１）を含む自動車前照灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射器（Scheinwerfer，以下「前照灯」と称する）、とりわけ自動車前照灯用の照明装置に関する。この照明装置は、複数の光源、複数の導光素子を備える導光装置、および後置接続された結像光学素子を含み、各導光素子は各１つの光入射面と各１つの光出射面を有し、導光素子は少なくとも一列に配置されている。
【背景技術】
【０００２】
この種の発光ユニットはピクセル光モジュールとも称され、自動車工業では一般的なものであり、例えば幻惑のないハイビームの結像のために使用される。これは、通常は複数の人工光源から光を照射し、並んで配置された相応の数の光案内部（前置光学系／一次光学系）により放射方向に集束することによって行われる。光案内部は比較的小さな横断面を有しており、したがってそれらにそれぞれ配設された個々の光源の光を非常に集中的に放射方向に送出する。ピクセル光前照灯（Pixellichtscheinwerfer）は、光分布に関して非常にフレキシブルである。なぜなら、各ピクセルごとに、すなわち各光案内部ごとに照明強度を個別に制御することができ、任意の光分布を実現することができるからである。
【０００３】
一方では、例えば自動車前照灯の明暗境界ラインに関する法的規制を満たすために、または適応型のフレキシブルなフェードアウトシナリオを実現するために光案内部の集中的な放射が望まれる。他方では、これにより障害となる不均質性が光像の領域に発生するが、この領域では例えばハイビーム分布の場合のように均質で集中的かつ指向された照射が望まれる。
【０００４】
この問題は、ハイビーム分布の高さ（ピーク）を低減することにより改善することができるが、しかしながらこれは、顧客の要求に相反することである。かくてハイビーム分布を均質化するための改善された措置に対する必要性が存する。
【０００５】
従来技術から、一方ではデフォーカスに基づく、他方では例えば光散乱構造体による光散乱に基づく種々の措置ないし方法が公知である。
【０００６】
特許文献１はフォグランプに関するものであり、このフォグランプはコリメートする前置光学系を含み、この前置光学系には、ＬＥＤの主放射方向に対して傾斜した波状の偏向面が取り付けられている。これにより一方では光が偏向され、しかし散乱もされ、その結果、均質性が改善される。
【０００７】
特許文献２は、マトリクス／ピクセルモジュールの一次光学系に関するものである。光学系の端面側の出射面には波状のクッション構造体（Polsterstruktur）が設けられている。
【０００８】
特許文献３は、複数の構造素子を備える光学ユニット用の微細構造面を開示する。これらの構造素子によって水平方向において複数の光スポットが拡張される。光スポットが重なり合うとエッジがぼやけ、これにより均質な全体光分布が発生する。
【０００９】
特許文献４は、一次光学系の光出射面における屈折性の微細光学コンポーネント（複数）を記述する。
【００１０】
特許文献５は、ピクセル前照灯の一次光学系の光出射面上における微細構造体を開示する。
【００１１】
特許文献６は、複合放物面型集光器（ＣＰＣ）−前置光学系用のプリズム型境界面（prismatische Begrenzungsflaechen）を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】US 8,011,803 B2
【特許文献２】DE 2009 053 581 B3
【特許文献３】DE 10 2008 005 488 A1
【特許文献４】DE 10 2010 027 322 A1
【特許文献５】EP 2 587 125 A2
【特許文献６】US 5,727,108
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、一方では均質なハイビーム分布を可能にし、他方ではハイビーム領域の集中的かつ指向された照明を可能にする前照灯用の照明装置を創出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、冒頭に述べた形式の前照灯用の照明装置により解決され、この照明装置は、本発明により、少なくとも一列の導光素子はハイビーム導光素子として構成されており、かつ１つのハイビーム列を形成し、各ハイビーム導光素子はそれぞれ１つの下側導光面を含み、この下側導光面は、少なくとも光線が反射される領域において少なくとも領域的な複数の構造体を有する。
本発明では以下の形態が可能である。
（形態１）前照灯、とりわけ自動車前照灯用の照明装置であって、複数の光源と、複数の導光素子を備える導光装置と、後置接続された結像光学素子と、を含み、各導光素子は、それぞれ１つの光入射面とそれぞれ１つの光出射面とを有し、前記導光素子は少なくとも一列に配置されている、照明装置において、少なくとも一列の導光素子はハイビーム導光素子として構成されており、かつ１つのハイビーム列を形成し、各ハイビーム導光素子はそれぞれ１つの下側導光面を含み、該下側導光面は、少なくとも光線が反射される領域において少なくとも領域的な複数の構造体を有する照明装置が提供される。
（形態２）前記複数の構造体は、光出射面に隣接し、かつ光が反射される下側導光面の領域に形成されていることが好ましい。
（形態３）前記下側導光面は、入力された光線を全反射することが好ましい。
（形態４）前記複数の構造体は、周期的な幾何形状を有する構造素子を含むことが好ましい。
（形態５）前記複数の構造体は溝状に構成されており、溝は、照明装置の光軸に対して横方向に配向されていることが好ましい。
（形態６）前記溝は、０．２〜０．４ｍｍの幅と、０．０１５〜０．０３ｍｍの高さを有することが好ましい。
（形態７）光出射面から始まって６〜１５の溝が下側導光面上に形成されていることが好ましい。
（形態８）前記導光素子は、重なり合って配置されたちょうど３つの列に配置されており、これらの列が共に１つのハイビーム分布を形成することが好ましい。
（形態９）最下列はハイビーム列であることが好ましい。
（形態１０）全ての導光素子は、ちょうど一列に配置されたハイビーム導光素子として構成されていることが好ましい。
（形態１１）導光素子の光出射面は、共通の光出射面の一部であり、個々の光出射面は互いに隣接していることが好ましい。
（形態１２）形態１から１１のいずれか一つに記載の照明装置を含む自動車前照灯が提供される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、技術的に簡単でコスト的に有利な措置であり、それぞれのハイビーム導光素子において光分布に対して局所的に影響を与え、これにより均質なハイビーム分布を実現する。
【００１６】
前照灯用のピクセル光照明装置に対する導光素子および前置光学系の基本構造は、それ自体公知である。導光素子は、例えばプラスチック、ガラスまたは導光に適した他の任意の材料から作製される。好ましくは導光素子は、シリコン材料から作製される。導光素子は、典型的には中実体として構成されており、好ましくはただ１つの連続する光学的媒体から作製され、導光はこの媒体の内部で行われる。導光素子は典型的には、実質的に正方形または矩形の断面を有し、通常はそれ自体公知の形式で光放射方向に広がる。その代わりに一実施形態では、導光素子は開放したコリメータとして実現することができる。
【００１７】
有利にはこの構造体（複数）は、光出射面に隣接し、かつ光が反射される下側導光面の領域に形成されている。ハイビーム列のそれぞれのハイビーム導光素子の光出射面の近傍にだけこの構造体を配置することにより、一度反射された光線と直接放射される光との重なり合いを特別に改善することができる。
【００１８】
光源から放射され、この導光素子に入力された光は、この下側導光面によって有利には全反射される。
【００１９】
有利には下側導光面に形成された構造体は、周期的な幾何形状を有する構造素子を含む。
【００２０】
構造体（複数）が溝状に構成されており、溝が照明装置の光軸に対して横方向に配向されていると特に有利であることが判明した。
【００２１】
溝は、約０．２〜０．４ｍｍの幅と、０．０１５〜０．０３ｍｍの高さを有することができる。
【００２２】
一変形例では、光出射面から始まって６〜１５の溝が下側導光面上に形成されている。
【００２３】
経験的にピクセル光前照灯用の照明装置の構造は、導光素子が重なり合って配置されたちょうど３つの列に配置されており、これらの列が共に１つのハイビーム分布を形成する場合に特に効率的である。このようなアセンブリでは、上方列を前方フィールド列（Vorfeldreihe）として、中央列を非対称列として、そして下方列をハイビーム列として構成することができ、ハイビーム導光素子から成るハイビーム列には、ここに開示された構造体（複数）が設けられている。好ましくは最下列はハイビーム列である。
【００２４】
別の一実施形態では全ての導光素子は、ちょうど一列に配置されたハイビーム導光素子として構成することができる。この種の照明装置は、ピクセルハイビームモジュールとも称される。
【００２５】
列（複数）の導光素子は、好ましくは互いに可及的に近傍に配置されている。これにより光像における不均質性をさらに低減することができる。したがって本発明のさらなる一形態では、個々の導光素子の光出射面を共通の光出射面の一部とすることができ、個々の光出射面は互いに隣接する。共通の光出射面は、典型的には湾曲した面であり、この面は、通常は結像光学系（例えば結像レンズ）のペッツヴァル面（Petzval-Flaeche）に追従する。しかし特定の適用に対しては、縁部領域における結像エラーを光均質化のために利用するため、意図的に異なる湾曲を使用することもできる。
【００２６】
本発明のさらなる対象は、前照灯、とりわけ自動車前照灯であり、ここに開示したような本発明の照明装置を含む。この形式の前照灯は、ピクセル光前照灯とも称される。
【００２７】
本発明およびその利点を以下、非制限的であり添付図面に示された例に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による一照明装置の基本構造を示す斜視図である。
【図２】図１の照明装置によって得られる全体光分布を示す図である。
【図３】光伝播方向での図１の前置光学系の詳細図である。
【図４】従来技術によるハイビーム導光素子の側面図である。
【図５】図４のハイビーム導光素子の光強度分布（光強度シミュレーション）を示す図である。
【図６】図５の光強度分布の光強度経過曲線を示す図である。
【図７】本発明による一ハイビーム導光素子の側面図である。
【図８】図７のハイビーム導光素子の光強度分布を示す図である。
【図９】図８の光強度分布の光強度経過曲線を示す図である。
【図１０】本発明の一ハイビーム導光素子の垂直断面図である。
【図１１】図１０の詳細図である。
【実施例】
【００２９】
図１は、本発明による照明装置１の基本構造を斜視図に示す。照明装置は１、図１に詳細に図示されていない複数のＬＥＤ光源１００（これに関して図７も参照）、光放射方向に位置決めされた前置光学系１０（＝一次光学系）並びに後置接続された結像光学系２００（個別レンズ２００として図示されている）を含む。前置光学系１０は、３列に配置された導光素子１１，１２，１３を含み、これらの導光素子は放射側で１つの共通の端面プレート（Stirnplatte）２６に至っている。端面プレート２６は、放射側で光出射面２３’により画定されており、個々の導光素子（図７参照）の光出射面２３は共通の光出射面２３’のそれぞれ一部であり、個々の光出射面２３は互いに接して隣接している。共通の光出射面２３’は、典型的には湾曲した面である。この面は通常、結像レンズ２００のペッツヴァル面に追従する。特定の適用に対しては、縁部領域における結像エラーを光均質化に利用するために、共通の光出射面２３’の湾曲を意図的に異なるようにすることもできる。各導光素子１１，１２，１３には、それ自体公知の形式にしたがい、それぞれ１つのＬＥＤ光源１００（図７参照）が配設されている。各導光素子１１，１２，１３ごとに照明強度を個別に制御することができる。これにより任意の光分布を実現することができる。図１に示された前置光学系１０では、上方列が複数の前方フィールド導光素子（Vorfeld-Lichtleitelementen）１３から形成された前方フィールド列として構成されている。中央列は複数の非対称導光素子１２から形成された非対称列として、そして下方列は複数のハイビーム導光素子１１から形成されたハイビーム列として構成されている。３つの列は、作動状態で１つの共通のハイビーム分布を形成する。ハイビーム導光素子１１の下側導光面２４（これに関して図７参照）上には溝状構造体（複数）２５が設けられており、溝２５は照明装置１の光軸１６に対して横方向に配向されている。図３は、光伝播方向での図１の前置光学系１０の詳細図である。
【００３０】
導光素子１１，１２，１３は、例えばシリコン、プラスチック、ガラスまたは導光に適した他の任意の材料から作製することができる。導光素子１１，１２，１３は中実体として構成されており、ただ１つの連続する光学的媒体から作製され、導光はこの媒体の内部で行われる。導光素子１１，１２，１３は、実質的に正方形ないし矩形の断面を有し、光放射方向に広がり、ここで導光素子は最終的に上記のように、放射側で共通の端面プレート２６に至る。この端面プレートは放射側で光出射面２３’（図３参照）によって画定されている。
【００３１】
図２は、結像レンズを通して測定スクリーンを見た際に図１の照明装置１により得ることのできる全体光分布（＝ピクセル光分布）を示す。そこには水平軸Ｕと垂直軸Ｖを中心にマトリクス状に３列に配置されたフィールドが示されている。ここで複数のハイビームストライプを含む上方列はハイビーム領域の照射に、中央列は非対称領域（明暗境界の形成）での照射に、下方列はピクセル光前照灯の前方フィールドの照射に用いられる。全体としてこの光分布はハイビーム分布を形成する。並んで配置されたフィールドは互いに接触ないし重なり合い、これにより光像が観察者に対しては実質的に均質に現れる。
【００３２】
図４は、従来技術によるハイビーム導光素子１１’の側面図である。ハイビーム導光素子１１’は、光入射面２１を備える中実体であり、この光入射面を介してＬＥＤ光源から照射された光が導光素子１１’へ入力される。光はハイビーム導光素子１１’に沿って、前方へ光出射面２３へと導かれる。図４はさらに、光入射面２１から発する例としての光線路を示す。ここで光線５０は直接的に光出射し、下側導光面２４で反射される光線５１は間接的に光出射するように図示されている。同様に上側導光面２２も示されている。これに対して中実体を側方で画定する導光面は、分かり易く図示するために参照符号が付されていない。光線は導光面で全反射される。図４から良く分かるように、従来技術によるハイビーム導光素子１１’の下側導光面２４は、その全長に沿って平滑な反射面（全反射の使用に最適化されている）として構成されている。
【００３３】
図５は、図４のハイビーム導光素子１１’の光強度分布３０（光強度センサによる光技術的な光線トラッキングシミュレーション（Raytracing-Simulation）であり、光強度に対応するグレーストライプ画像が得られる）を例として示す。ハイビームセグメントの下方領域には強度最大部３１を確認することができ、これに対してハイビームセグメントの上方領域にはまず強度低下部３２があり、この強度低下部は強度の逆上昇部３３により、顕著に可視となる不均質性を引き起こす。図６は、図５の光強度分布の強度経過曲線を示し、この強度経過曲線には逆上昇部３３が良く示されている。この不均質性に対する原因は、直接的に放射される光５０と下側導光面２４で反射される光５１との移行部における重なり合いの不足である。
【００３４】
図７は、本発明によるハイビーム導光素子１１の側面図である。本発明のハイビーム導光素子１１は、従来技術の（ハイビーム導光素子１１’、図４参照）それとは、下側導光面２４上に光線５２が反射される領域には溝状構造体（複数）２５が形成されている点で異なる。ハイビーム導光素子１１のその他の構造は、図４のハイビーム導光素子に対応するので、それに関する説明は上記を参照されたい。図７はさらに、光入射面２１から発する例としての光線路を示す。ここで光線５０は直接的に光出射し、導光面２４の溝状構造体（複数）２５で反射される光線５２は間接的に光出射するように示されている。溝状構造体（複数）２５は、直接的に放射される光５０と下側導光面２４の溝状構造体（複数）２５で反射される光との移行部にちょうどある領域において光５２を散乱し、整形する。溝状構造体（複数）２５によって光分布に影響を与えることができ、その結果、光均質性が改善される。
【００３５】
図８は、図７の本発明のハイビーム導光素子１１の光強度分布３０’（光強度センサによる光技術的な光線トラッキングシミュレーションであり、光強度に対応するグレーストライプ画像が得られる）を例として示す。ハイビームセグメントの下方領域には最大強度部３１を確認することができ、ハイビームセグメントの上方領域には一般的な強度の連続的降下を識別することができるが、この光像は従来技術と比較して格段に均質である。図９は、図８の光強度分布の強度経過曲線を示す。この経過曲線から、直接的に放射される光５０と溝状構造体（複数）２５で反射される光５２の移行部における連続的な強度低下と改善された均質性（図８に参照符号３４によりマークされている）が良く理解される。溝状構造体（複数）によって上方への広がり（Auslauf nach oben）（図２参照）をより良く構成し、あるいは最適化することができる。
【００３６】
図１０は、本発明によるハイビーム導光素子１１の垂直断面図である。そこから分かるように、溝２５は光軸（ないし光伝播方向）に対して横方向に延在し、（仮想の）支持体曲線（Traegerkurve）ＴＫに沿って下側導光面２４上に形成されている。図示の例では光出射面２３から発して全部で９つの溝が形成されている。溝２５は、例えば０．３ｍｍの幅と０．０１５〜０．０３ｍｍの高さを有する。
【００３７】
図１１は、図１０の詳細を示す（図１０には破線の円により示されている）。最適化された一実施形態は以下のようにして得られる：ここで支持体曲線ＴＫは導光素子の境界である。この湾曲した（仮想の）曲線ＴＫ上には３つの点Ｐ（Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２）がプロットされており、これらは互いに一定の間隔Ｓを有する。この間隔（ないし波長）は、特別のハイビーム導光素子に対しては例えばＳ＝０．３０ｍｍである。隣接する点ＰｉとＰｉ＋１は、二等分点Ｈｉが垂線に達する区間を規定する。この点の上では、頂点Ｓｉがｈｉの間隔＝振幅に達している。３つの点Ｐｉ，Ｓｉ，Ｐｉ＋１は、スプライン曲線の支持個所（ないし制御点、Stuetzstellen）である。振幅の大きさは反復的に変更され、それぞれの幾何形状により光技術的なシミュレーションがそれ自体公知の形式およびやり方で実施される。得られた光像（ないしグラデーション経過）を比較することにより、最適の振幅が求められる。この過程は、各溝ごとに繰り返さなければならない。なぜなら光源（ＬＥＤ光源１００）からの間隔は、支持体曲線上での入射角を規定し、したがって均質性の状態を規定するからである。溝自体の境界面は、求められたスプライン曲線の引き出し面（Auszugsflaeche）であり、引き出し方向は導光素子の垂直の中央面に対して鉛直である。ここで各溝は、固有の振幅を有する。
【００３８】
図示の例は、多数あるうちの若干の例に過ぎず、制限的に解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００３９】
１  照明装置
１０  前置光学系
１１，１２，１３  導光素子
１１’  従来技術によるハイビーム導光素子
１６  光軸
２１  光入射面
２２  上側導光面
２３  光出射面
２３’  共通の光出射面
２４  下側導光面
２５  溝状構造体（複数）、溝
２６  端面プレート
３０  光強度分布
３０’  本発明の光強度分布
３１  最大強度部
３２  強度低下部
３３  逆上昇部
５０，５１，５２  光線
１００  ＬＥＤ光源
２００  結像光学系、個別レンズ
Ｕ  水平軸
Ｖ  垂直軸
【図１】
0006481054.tif 000002
【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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