(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車投光器用の照明装置であって、
第１の発光手段（５０）の主照射方向に配置された導光性の一次光学素子（１００）であって、前記第１の発光手段（５０）に向いた側にある、光線を前記一次光学素子（１００）に入射するための光入射面（１１０）と、前記第１の発光手段（５０）とは反対の側にある光出射面（１２０）と、前記光入射面（１１０）と前記光出射面（１２０）との間に延在する外套面とを有し、該外套面では入射された光を、全反射によって前記一次光学素子（１００）の光出射面（１２０）の方向にさらに導くことのできる、一次光学素子と、
光照射方向で前記一次光学素子（１００）の光出射面（１２０）の後方に配置された二次光学素子（２００，２５０，５００）であって、前記一次光学素子（１００）の光出射面（１２０）に向いた側にある光入射面（２１０，２６０，５１０）、および前記一次光学素子（１００）とは反対の側にあり、凸状に構成された光出射面（２２０，２７０）を有する二次光学素子と、
光照射方向で前記二次光学素子（２００，２５０，５００）の光出射面（２２０，２７０，５２０）の後方に配置されており、光機能の光分布または部分光分布を形成するために設けられた反射器（４００，４１０，４２０）と
を含み、
前記二次光学素子（２００，２５０，５００）は、二次曲面の一部として構成されており、
前記二次光学素子（２００，２５０，５００）は、前記第１の発光手段（５０）から放射され、二次光学素子（２００，２５０，５００）の光出射面（２２０，２７０，５２０）に達する光線を、出射の際に屈折によって前記反射器（４００，４１０，４２０）に偏向するように、または方向変化なしで通過させるように構成されており、
前記第１の発光手段（５０）の主照射方向で前記一次光学素子（１００）の光入射面（１１０）の前方には前置光学系（３００）が配置されており、該前置光学系は、前記第１の発光手段（５０）から放射された光を平行化するように、または一点に集束するように構成されている、自動車投光器用の照明装置。
【請求項２】
前記二次光学素子（２００）は、球中心（２０１）を備える球の一部として、または円錐として、または楕円体の一部として構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記一次光学素子（１００）の反射性の外套面は、焦点（１５１）を備える放物線状に成形された領域（１５０）を有し、前記放物線状に成形された領域（１５０）は、前記一次光学素子（１００）の光入射面（１１０）を通って入射する光線を、前記一次光学素子（１００）の光出射面（１２０）の方向に偏向することができる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記一次光学素子（１００）の前記放物線状に成形された領域（１５０）の焦点（１５１）と球中心（２０１）とは一点に存在する、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記一次光学素子（１００）の反射性の外套面は、焦点（１６１）および仮想焦点（１６２）を備える双曲線状に成形された領域（１６０）を有し、前記双曲線状に成形された領域（１６０）は、前記一次光学素子（１００）の光入射面（１１０）を通って入射する光線を、前記一次光学素子（１００）の光出射面（１２０）の方向に偏向することができる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記一次光学素子（１００）の前記双曲線状に成形された領域（１６０）の焦点（１６１）と球中心（２０１）とは一点に存在する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記前置光学系（３００）は、前記第１の発光手段（５０）の光線を、前記一次光学素子（１００）の双曲線状に成形された領域（１６０）の仮想焦点（１６２）に集束するように構成されている、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記一次光学素子（１００）と前記二次光学素子（２００，２５０，５００）とは、互いに材料的に結合されている、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装置。
【請求項９】
前記一次光学素子（１００）と前記二次光学素子（２００）とは、一体的に構成されており、同じ材料から作製されている、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記前置光学系（３００）は、前記一次光学素子（１００）と材料的に結合されている、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記前置光学系（３００）は、前記一次光学素子（１００）と一体的に構成されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記一次光学素子（１００）と前記二次光学素子（２００，２５０，５００）とは、ポリカーボネート樹脂から形成されている、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第1の発光手段（５０）は、少なくとも１つの光源を有し、好ましくは前記少なくとも１つの光源はＬＥＤ、または光変換素子を有するレーザ光源として構成されている、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第1の発光手段（５０）は、第１の光分布の光分布または部分光分布、又はロービーム光ないしハイビーム光を形成するために設けられている、ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記反射器は、フリーフォームリフレクタ（４２０）として構成されている、ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記反射器は、一焦点（４０１）を有する放物線反射器（４００）として構成されている、ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記二次光学素子（２００）は球の一部として構成され、該球の中心と前記放物線反射器（４００）の焦点（４０１）とは一点に存在する、ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記反射器は、一焦点（４１１）を有する双曲線反射器（４１０）として構成されている、ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記双曲線反射器（４１０）の焦点（４１１）と球中心（２０１）とは一点に存在する、ことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の照明装置を少なくとも１つ有する自動車投光器。
【請求項２１】
前記自動車投光器（１０）には、さらに、第２の光機能の光分布または部分光分布、を形成するための第２の発光手段（６０）が設けられており、前記第２の発光手段（６０）は、少なくとも１つの光源を有する、ことを特徴とする請求項２０に記載の自動車投光器。
【請求項２２】
前記第１と第２の発光手段（５０，６０）は、１つの共通の導体路基板（７０）上に配置されている、ことを特徴とする請求項２１に記載の自動車投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車投光器用の照明装置に関する。この照明装置は、
第１の発光手段の主照射方向に配置された導光性の一次光学素子であって、前記第１の発光手段に向いた側にある、光線を一次光学素子に入射するための光入射面と、前記第１の発光手段とは反対の側にある光出射面と、前記光入射面と前記光出射面との間に延在する外套面とを有し、該外套面では、入射された光を全反射によって、一次光学素子の光出射面の方向にさらに導くことができる、一次光学素子と、
光照射方向で前記一次光学素子の光出射面の後方に配置された二次光学素子であって、前記一次光学素子の光出射面に向いた側にある光入射面と、前記一次光学素子とは反対の側にある光出射面とを有する二次光学素子と、
光照射方向で前記二次光学素子の光出射面の後方に配置されており、光機能の光分布または部分光分布を形成するために設けられた反射器とを含む。
【０００２】
さらに本発明は、上記の照明装置を少なくとも１つの備える自動車投光器に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、自動車投光器は複数の光機能を形成することができる。これには、例えばロービーム光機能並びにハイビーム光機能が含まれ、これら光機能は法的規制を充たさなければならない。このような光機能は、一般的に、１つの光分布または複数の部分光分布から構成される。
【０００４】
光源としてとりわけＬＥＤが使用される。これらのＬＥＤは、ロービーム光機能とハイビーム光機能を形成するためのそれぞれの構造あるいは照明装置に基づき、互いに分離された導体路基板上に配置されている。
【０００５】
これら特定の光機能を形成するためには、１つまたは複数のＬＥＤの放射された光線を、偏向光学体を介して反射器に偏向しなければならないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１７／００５４０９Ａ
【特許文献２】ＷＯ２０１３／１３４８０５Ａ
【特許文献３】ＷＯ２０１２／０４０２８０Ａ
【特許文献４】ＣＮ１０５７１６０２３Ａ
【特許文献５】ＷＯ２００６／０６０３９２Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここでは、偏向プロセスの間に可及的に僅かな光出力あるいは光強度しか失われないように注意しなければならない。
【０００８】
本発明の課題は、簡単なやり方で光機能を形成するための効率が改善されるように照明装置をさらに構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、二次光学素子が二次曲面（Quadrik）の一部として構成されており、二次光学素子は、第１の発光手段から放射され、当該二次光学素子の光出射面に達する光線を、出射の際に屈折により反射器に偏向するように、または屈折せずに通過させるように構成されていることにより解決される。
本発明の一視点において、
自動車投光器用の照明装置が提供される。該照明装置は、
第１の発光手段の主照射方向に配置された導光性の一次光学素子であって、前記第１の発光手段に向いた側にある、光線を前記一次光学素子に入射するための光入射面と、前記第１の発光手段とは反対の側にある光出射面と、前記光入射面と前記光出射面との間に延在する外套面とを有し、該外套面では入射された光を、全反射によって前記一次光学素子の光出射面の方向にさらに導くことのできる、一次光学素子と、
光照射方向で前記一次光学素子の光出射面の後方に配置された二次光学素子であって、前記一次光学素子の光出射面に向いた側にある光入射面、および前記一次光学素子とは反対の側にあり、凸状に構成された光出射面を有する二次光学素子と、
光照射方向で前記二次光学素子の光出射面の後方に配置されており、光機能の光分布または部分光分布を形成するために設けられた反射器と
を含む。さらに該照明装置において、
前記二次光学素子は、二次曲面の一部として構成されており、
前記二次光学素子は、前記第１の発光手段から放射され、二次光学素子の光出射面に達する光線を、出射の際に屈折によって前記反射器に偏向するように、または方向変化なしで通過させるように構成されており、
前記第１の発光手段の主照射方向で前記一次光学素子の光入射面の前方には前置光学系が配置されており、該前置光学系は、前記第１の発光手段から放射された光を平行化するように、または一点に集束するように構成されている。
本発明の第２の視点において、上記一視点による照明装置を少なくとも１つ有する自動車投光器が提供される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるためのものであり、図示の特徴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】
【００１０】
ここでは、二次光学素子あるいは二次光学素子の光出射面は、凸状に構成することができる。すなわち外に向かって湾曲することができる。
【００１１】
３次元において二次曲面（Quadrik）は、一般的に、空間において二次の面（Flaeche zweiter Ordnung）または二次面（quadratische Flaeche）とも称される面を記述する。
【００１２】
三次元の二次曲面の例は、（二重）双曲面、楕円体、（双曲線）放物面、円柱、楕円放物面、および円錐である。
【００１３】
通常、二次曲面は、三次元の湾曲した面を有し、退化（ないし縮退）した二次曲面（
ausgeartete Quadriken）は、多数の方向に直線状の構造を有する。例えば円柱はその高さ方向に、または円錐は、基面の一点から発して外套面に沿って円錐の頂点の方向に直線状の構造を有する。
【００１４】
有利には二次光学素子は、球中心を備える球の一部として構成することができる。
【００１５】
二次光学素子が円錐として構成されていることも有利である。
【００１６】
二次光学素子は、楕円体の一部として構成することもできる。
【００１７】
球形および円錐形の他に、一般的に他の三次元の二次曲面あるいはそのような二次曲面の部分、例えば楕円体の一部分も、二次光学素子の光出射面として考えられる。
【００１８】
しかし球面、円錐面、並びに楕円体の部分面は、通常、望ましい利点を有する。
【００１９】
目的は、光源の光線を、可及的に指向して、あるいは収束して、光分布または光分布の一部分を形成するために設けられた反射器に、あるいは反射器の有効使用面に偏向し、その際に光流の減少が無いようにすることである。
【００２０】
光源（単数または複数）の光線は、光入射面を介して一次光学素子に入射し、一次光学素子の外套面から全反射によってその光出射面に、あるいは二次光学素子の光入射面にさらに導かれ、あるいは偏向される。
【００２１】
二次光学素子の光出射面には反射器が後置されており、反射器は、第1の発光手段から偏向された光を所望の出射方向に反射する。
【００２２】
ここで二次光学素子の光出射面は、可及的にすべての光線が、屈折法則を利用して反射器の使用面に偏向されるように構成されている。
【００２３】
したがって、例えば二次光学素子の球中心を横切る光線は、二次光学素子の光出射面を通って移行する際に屈折されない。なぜなら光線は、球の通過点のそれぞれ接線方向に垂直に当たる（入射する）からである。
【００２４】
その後、球中心を横切らない光線は、球の出射面を通って移行する際に屈折法則にしたがって屈折される。
【００２５】
二次光学素子のために使用される材料の屈折率が、二次光学素子の外側にある媒体、通常は空気の屈折率よりもどれだけ大きいかに応じて、光線は種々異なる強さで屈折される。
【００２６】
一般的に屈折法則に基づき、光線は、一方の媒体から光学的に薄い媒体への移行時に、それぞれの入射平面の垂線から離れるように屈折されると言うことができる。
【００２７】
光線路中に存在し、例えば球の一部として成形された二次光学素子によって、均質な光出射円錐が形成される。すなわち光線は、多数の光線が反射器に当たるように屈折される。
【００２８】
通常の平坦な光出射面とは異なり、二次光学素子の光出射面としての球の部分面は、反射器において光流（光線束）の増大を引き起こすことが示された。
【００２９】
さらに球形は、球面として構成された二次光学素子の光出射面の球半径が僅かに変化しても、一定の光流および一定の光強度に有利に作用する。これにより、例えば製造の際に発生する公差の影響を低減することができる。
【００３０】
通常の平坦な光出射面とは異なり、二次光学素子の光出射面としての円錐面も、反射器において光流の増大を引き起こすことが同様に示された。
【００３１】
さらに、通常の平坦な光出射面とは異なり、二次光学素子の光出射面としての楕円体の部分面は、反射器において光流の増大を引き起こすことが示された。
【００３２】
実際的な一実施形態では、一次光学素子の反射性の外套面は、焦点を備える放物線状に成形された領域を有することができる。ここで放物線状に成形された領域は、一次光学素子の光入射面を通って入射する光線を、一次光学素子の光出射面の方向に偏向することができる。
【００３３】
有利には、一次光学素子の放物線状に成形された領域の焦点と、球中心とは一点に存在する（同一の点に合致する）ことができる。
【００３４】
球の一部として成形された二次光学素子は、このような実施形態において付加的に補償（ないし調整）素子として機能する。これは、例えば不可避の公差のため、一次光学素子の放物線状に成形された領域における反射の際に、放物線状に成形された領域の焦点を通らない光線が、二次光学素子の球形の光出射面により屈折され、この光線が反射器の有効使用面に、ないしは全体的に反射器に偏向されるようにするためである。
【００３５】
本発明のさらなる好ましい一実施形態では、一次光学素子の反射性の外套面は、真の焦点と仮想の焦点（虚焦点）を備える双曲線状に成形された領域を有することができる。ここで双曲線状に成形された領域は、一次光学素子の光入射面を通って入射する光線を、一次光学素子の光出射面の方向に偏向することができる。
【００３６】
有利には、一次光学素子の双曲線状に成形された領域の真の焦点と、球中心とは一点に存在することができる。
【００３７】
さらに第１の発光手段の主照射方向で一次光学素子の光入射面の前方に、前置光学系を配置することができる。この前置光学系は、第１の発光手段から放射された光線を平行化し、または一点に集束する。
【００３８】
ここで前置光学系は、第１の発光手段の光線を、一次光学素子の放物線状に成形された領域の光軸に対して平行に配向することができ、その結果、この光線は、放物線状に成形された領域による反射の際に、放物線状に成形された領域の焦点に収束される。
【００３９】
「主照射方向」とは、第１の発光手段が、その指向作用の結果、最も強力に光を、あるいは最も多くの光を照射する方向であると理解される。
【００４０】
前置光学系は、ＴＩＲ光学体（内面全反射性光学体）として構成することができる。
【００４１】
ここで前置光学系は、第１の発光手段の光線を、一次光学素子の放物線状に成形された領域の仮想焦点に集束するように構成することができる。
【００４２】
同様に一次光学素子と二次光学素子とは、材料的に互いに結合することができ、好ましくは一次光学素子と二次光学素子とは、一体的に構成されており、同じ材料から作製される。
【００４３】
材料的な結合は、結合相手が原子または分子の力により互いに保持されるすべての結合である。この結合は、同時に解離不能な結合であり、結合手段、例えばハンダ付け、溶接、接着、加硫の破壊によってのみ分離することができる。
【００４４】
さらに前置光学系は、一次光学素子と材料的に結合することができる。好ましくは前置光学系は、一次光学素子と一体的に構成されている。
【００４５】
同様に一次光学素子と二次光学素子は、タフロン（Tarflon，商標名，ポリカーボネート樹脂）から形成することができる。
【００４６】
タフロンは、透明な非結晶材料であり、非常に良好な耐温度性および耐薬品性を有する。したがってタフロンは１３５℃までの熱に耐え、低温においても高い耐衝撃性を有する。自動車、特に自動車投光器は、冬季には非常に低温に曝され、夏季には非常に高温に曝されることがあるから、上記の特性は所望の材料に対して特に重要である。
【００４７】
さらに、第１の発光手段は、少なくとも１つの光源を有することができる。
【００４８】
ここで少なくとも１つの光源は、ＬＥＤとして構成することができる。
【００４９】
同様に少なくとも１つの光源は、光変換素子を備えるレーザ光源として構成することができる。
【００５０】
レーザ装置は、通常、コヒーレントな単色光、あるいは波長範囲の狭い光を出射するが、自動車投光器においては一般的に、照射光に対しては白色混合光が好まれ、あるいは法的に規定されているから、レーザ装置の照射方向にはいわゆる光変換素子が、実質的に単色の光を白色光または多色光に変換するために配置されている。ここで「白色光」とは、人間に色印象「白」を引き起こすスペクトル組成であると理解される。この光変換素子は、例えば１つまたは複数のフォトルミネセンス変換器あるいはフォトルミネセンス素子の形に構成されている。レーザ装置から入射するレーザ光は、通常、フォトルミネセンス色素を有する光変換素子に当たり、このフォトルミネセンス色素をフォトルミネセンスに励起し、入射するレーザ装置の光とは異なる波長あるいは波長範囲で光を出力する。光変換素子の光出力は、実質的にランベルトの放射器の特性を有する。
【００５１】
光変換素子では、反射性の変換素子と透過性の変換素子とが区別される。
【００５２】
ここで概念「反射性」と「透過性」は、変換された白色光の青色光成分を基準にする。透過性の構造では青色光成分の主伝搬方向が、変換器ボリュームあるいは変換素子を通過した後に、出力レーザ光線の伝搬方向に対して実質的に同じ方向に向けられる。反射性の構造ではレーザ光線が、変換素子に帰属する境界面で反射ないし偏向され、青色光成分は、通常は青色のレーザ光として実施されるレーザ光線とは異なった伝搬方向を有する。
【００５３】
一次光学素子の放物線状あるいは双曲線状に成形された外套領域の反射領域には、受動型安全センサ系として障害部を取り付けることができる。この障害部は、例えば表面構造化部、段部またはホールであり、故障の場合にレーザ装置のレーザ光線の出射を阻止または低減する。同じ領域を、能動型安全センサ系を配置するために利用することもできる。
【００５４】
レーザ安全コンセプトのさらなる可能性または拡張は、例えばいわゆる「光線トラップ（Strahlungsfallen）」である。これは、レーザ光吸収層として放物線状あるいは双曲線状に成形された領域の反射面の外側に当接して配設され、レーザ変換素子の誤機能または損傷の場合に、白色混合光を透過させ、レーザ光を吸収する。
【００５５】
レーザ安全コンセプトのさらなる例は、安全性に関連する位置に配置されたレーザセンサである。このレーザセンサは、レーザ装置から放射された光のそれぞれの光強度、およびレーザ変換素子から放射された光の光強度を、これらの位置において、エラーが無い場合の動作時に測定され記憶された、それぞれの光線形式の基準強度と比較する。前もって調整された許容偏差を上回る場合、レーザ装置が自動的に遮断される。
【００５６】
有利には第1の発光手段は、第１の光分布の光分布または部分光分布、例えばロービーム光ないしハイビーム光の形成のために設けられている。
【００５７】
有利な一変形例では、このような照明装置を、光機能「ロービーム光」を形成するために使用することができ、照明装置は、この光機能「ロービーム光」において、照明装置を車両に組み込んだ状態で車両の前方に、法的要求に対応するロービーム光分布を形成する。
【００５８】
このような照明装置は、光機能「ハイビーム光」を形成するために使用することができ、照明装置は、この光機能「ハイビーム光」において、照明装置を車両に組み込んだ状態で車両の前方に、法的要求に対応するハイビーム光分布を形成する。
【００５９】
上に挙げた光機能ないし光分布はこれに限られるものではない。照明装置は、これら光機能の組合せを形成することもでき、および／または１つだけの部分光分布を形成する。すなわち例えばハイビーム光分布、ロービーム光分布、フォグ光分布または昼間走行光分布の一部分だけを形成する。
【００６０】
好ましくは、２つ以上の発光ダイオードが設けられている場合、各発光ダイオードを、他の発光ダイオードに依存しないで制御することができる。
【００６１】
したがって各発光ダイオードは、光源の他の発光ダイオードに依存せずにスイッチオンオフすることができ、好ましくは調光可能な発光ダイオードの場合、光源の他の発光ダイオードに依存せずに調光することができる。
【００６２】
反射器がフリーフォームリフレクタ（Freiformreflektor）として構成されていると好ましい。
【００６３】
フリーフォームリフレクタは、反射器形状が数学的規則面（mathematischen Regelflaeche）に対応しない特別の特性である反射器である。フリーフォームリフレクタによって、例えば非対称の照明を、通常必要な散乱板なしで実現することができ、同時に、使用可能な光強度が上昇する。
【００６４】
同様に反射器は、一焦点を備える放物線反射器として構成することができる。その際、放物線反射器の焦点と球中心とは一点に存在することができる。
【００６５】
前置光学系の平行化された光線は、放物線状に成形された領域の光軸に対して平行に入射しなければならない。これは、放物線状に成形された領域の焦点に入射させ、あるいは偏向させるためである。
【００６６】
さらに、反射器は、一焦点を備える双曲線反射器として構成することができる。
【００６７】
ここで双曲線反射器の焦点と球中心とは、一点に存在することができる。
【００６８】
自動車投光器は、少なくとも１つの照明装置を含むことができる。
【００６９】
ここでは、自動車投光器にはさらに、第２の光機能の光分布または部分光分布、例えばロービーム光またはハイビーム光を形成するための第２の発光手段を設けることができる。
【００７０】
有利には第２の発光手段は、少なくとも１つの光源を有することができる。
【００７１】
少なくとも１つの光源は、ＬＥＤ、または光変換素子を備えるレーザ光源として構成されていると有利であり得る。
【００７２】
第１と第２の発光手段が、１つの共通の導体路基板（回路基板）上に配置されていると有利である。
【００７３】
好ましくは、それぞれ異なる光機能、例えばロービーム光機能とハイビーム光機能のために設けられており、互いに独立して制御可能な発光手段は、１つの共通の導体路基板上に配置されている。
【００７４】
この措置の仕方は、通常、自動車投光器においてスペースを節約するように作用し、その際に２つの光機能を別個におよび／または共通に、相互に影響せずに、自動車の前方に形成できるようにしなければならない。
【００７５】
以下、本発明を例示的な図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】一次および二次光学素子と放物線反射器とを備える例示的な一照明装置を示し、二次光学素子は球の一部として構成されており、一次光学素子は放物線状に成形された領域を有する。
【図２】一放物線反射器を有する一照明装置のさらなる例を示し、一次光学素子は双曲線状に成形された領域を有する。
【図３】一双曲線反射器を有する一照明装置のさらなる例を示し、一次光学素子は放物線状に成形された領域を有する。
【図４】一双曲線反射器を有する一照明装置のさらなる例を示し、一次光学素子は双曲線状に成形された領域を有する。
【図５】平坦な光出射面と例示的な光線路を有する、従来技術の一照明装置を示す。
【図６】例示的な一照明装置を通る例示的な光線を示す。
【図７】一フリーフォームリフレクタを有する一照明装置のさらなる例を示し、二次光学系は円錐として構成されており、一次光学素子は放物線状に成形された領域を有する。
【図８】一フリーフォームリフレクタを有する一照明装置のさらなる例を示し、二次光学素子は円錐として構成されており、一次光学素子は双曲線状に成形された領域を有する。
【図９】一照明装置と第２の発光手段を有する一自動車投光器を概略的に示す。
【図１０】一フリーフォームリフレクタを有する一照明装置のさらなる例を示し、二次光学系は楕円体の一部として構成されており、一次光学素子は放物線状に成形された領域を有する。
【図１１】一フリーフォームリフレクタを有する一照明装置のさらなる例を示し、二次光学系は楕円体の一部として構成されており、一次光学素子は双曲線状に成形された領域を有する。
【実施例】
【００７７】
図１には、第１の発光手段５０の主放射方向に配置された導光性の一次光学素子１００が示されている。この一次光学素子は、第１の発光手段５０に向いた側にある、光線を一次光学素子１００に入力するための光入射面１１０と、第１の発光手段５０とは反対の側にある光出射面１２０と、光入射面１１０と光出射１２０面との間に伸長する外套面とを有する。この外套面では、入射された光を全反射によって、一次光学素子の光出射面１２０の方向にさらに導くことができる。
【００７８】
「主放射面」とは、第１の発光手段が、その指向性の結果、最も強力にあるいは最も多くの光を放射する方向であると理解される。
【００７９】
一次光学素子１００の反射性外套面は、ここでは放物線状に成形された領域１５０を有し、この領域は焦点１５１を備える。ここで放物線状に成形された領域１５０は、一次光学素子１００の光入射面１１０を通って入射する光線を、一次光学素子１００の光出射面１２０の方向に偏向することができる。
【００８０】
図１ではＬＥＤの形態の２つの光源を含む第１の発光手段５０の主照射方向において、一次光学素子１００の光入射面１１０の前方には前置光学系３００が配置されており、この前置光学系は、第１の発光手段５０から放射された光線を平行化または集束するように構成されている。
【００８１】
図１の例では、第１の発光手段５０の光線が平行化ないし視準化され、一次光学素子１００の放物線状に成形された領域１５０に偏向され、これにより光線は、放物線状に成形された領域１５０での反射後に放物線状に成形された領域１５０の焦点１５１に収束され、あるいはこの焦点を横切る。
【００８２】
さらに二次光学素子２００が、光照射方向で一次光学素子１００の光出射面の後方に配置されている。この二次光学素子２００は、一次光学素子１００の光出射面１２０に向いた側にある光入射面２１０と、一次光学素子１００とは反対の側にある光出射面２２０とを有する。
【００８３】
二次光学素子は、図１では球中心２０１を備える球の一部として構成されており、一次光学素子１００の放物線状に成形された領域１５０の焦点１５１と球中心２０１とは一点に存在する（同一の点に合致する）。
【００８４】
一次光学素子１００も二次光学素子２００も、図示の例では１つの材料から作製されており、この材料は、一次光学素子１００ないし二次光学素子２００の周囲の媒体、例えば空気よりも高い屈折率を有する。
【００８５】
さらに一次光学素子１００と二次光学素子２００とは、材料的に結合（Stoffschluessig verbunden）している。一次光学素子１００と二次光学素子２００とは、好ましくは一体的に構成されている。すなわち、一部材から作製されており、同じ材料、好ましくはタフロン（Tarflon，商標名，ポリカーボネート樹脂）から作製されている。すなわち、一次光学素子１００の光出射面１２０と二次光学素子２００の光入射面２１０は、一つの仮想面にある。
【００８６】
さらに図に示した実施例が示すように、前置光学系３００は、一次光学素子１００と材料的に結合することができ、好ましくは前置光学系３００は、一次光学素子１００と一体的に構成されている。
【００８７】
さらに光照射方向で二次光学素子２００の光出射面２２０の後方には、焦点４０１を備える放物線状に成形された反射器４００が配置されている。この反射器４００の焦点４０１と球中心２０１とは一点に存在する。すなわち、球中心２０１と、一次光学素子１００の放物線状に成形された領域１５０の焦点１４１と、放物線反射器４００の焦点４０１とは一点に存在する、あるいは一致する。
【００８８】
ここで反射器は、光機能の光分布または部分光分布を形成し、これらは例えば、ロービーム光機能あるいはロービーム光分布またはハイビーム光機能あるいはハイビーム光分布である。好ましくは照明装置は自動車ヘッドライト（投光器）に、あるいは自動車ヘッドライトとして自動車に組み込まれ、照明装置は、上記の光機能あるいは光分布を、とりわけ自動車の走行方向で自動車の前方に形成ないし結像する。
【００８９】
このことは一般的に、対象となる照明装置並びに明細書における以下の実施例に対して当てはまる。
【００９０】
概念「走行方向」は、この文脈において駆動される自動車が、構造的に見て移動する方向を指す。技術的に可能な後進走行は、この関連で走行方向とは定義されない。
【００９１】
上に挙げた光機能ないし光分布は、限定的なものではなく、照明装置は、これら光機能ないし光分布の組合せも形成することができ、および／または、照明装置は、部分光分布のみ、例えばハイビームないしロービーム光機能ないし光分布の一部分のみを形成する。
【００９２】
このような光機能ないし光分布を形成するために、照明装置は光学レンズを含まないことに留意されたい。
【００９３】
図１には、さらに、例示的な光線路が示されており、これらの光線路は、部分的に球形の二次光学素子２００による偏向を受けない。なぜなら図示の光線路は、放物線状に成形された領域１５０の焦点１５１を通り、したがって球中心２０１も通るからである。
【００９４】
図２にはさらなる例示的実施形態が示されている。ここでは図１の例とは異なり、一次光学素子１００の反射性外套面が、双曲線状に成形された領域１６０を有し、この領域は焦点１６１と仮想焦点１６２を備える。双曲線状に成形された領域１６０は、一次光学素子１００の光入射面１１０を通って入射する光線を、一次光学素子１００の光出射面１２０の方向に偏向することができる。
【００９５】
図１と同様に、一次光学素子１００の双曲線状に成形された領域１６０の焦点１６１と、二次光学素子２００の球中心とは一点に存在する。さらに図２の放物線反射器４００の焦点と球中心２０１も一点に存在する。
【００９６】
図２に示した前置光学系３００は、図１の例とは異なり、第１の発光手段５０の光線を、一次光学素子１００の双曲線状に成形された領域１６０の仮想焦点１６２に集束ないし収束するように構成されている。ここで光線は、双曲線状に成形された領域１６０での反射後に、双曲線状に成形された領域１６０の焦点１６１に収束され、あるいはこの焦点を横切る。
【００９７】
図３は、図１の例を示すが、ここでは放物線反射器４００の代わりに、焦点４１１を備える双曲線反射器４１０が配置されている。
【００９８】
図４は、図２の例を示すが、ここでは放物線反射器４００の代わりに、焦点４１１を備える双曲線反射器４１０が配置されている。
【００９９】
図５には、光入射面１１０と平坦な光出射面１２０を備える一次光学素子１００、並びに光照射方向で一次光学素子１００の光出射面１２０の後方に配置された反射器が示されている。図１，２，３および４の例示的実施形態とは異なり、図５では二次光学素子２００が省略されている。さらに図５には、可能な光線路がプロットされている。これにより、光線は、一次光学素子１００から屈折率の小さい周囲の媒体に移行する際に屈折法則に従い、一次光学素子１００の平坦な光出射面１２０において、図５に同様に示した垂線から離れるように屈折され、これによって比較的僅かな光線しか、それぞれ使用される反射器に依存する、対応の反射器の有効使用面に入射できない、ことが示されている。
【０１００】
図６は、先行の図面からの例示的実施形態を実質的に示す。ここで図６にプロットされた例示的な光線路により、光線が二次光学素子２００から屈折率の小さい周囲の媒体に移行する際に二次光学素子２００の光出射面２２０において、先行の図５の光線とは異なるように屈折されることが理解される。ここでは、一次光学素子１００の外套面の反射領域が、放物線状に成形された領域であるか、双曲線状に成形された領域であるかは重要でない。
【０１０１】
図１，２，３および４に図示の例とは異なり、例示的な光線路は、一次光学素子の外套面における反射の後、対応の焦点１５１，１６１ないし球中心２０１を通って延在しないことが示されている。それぞれの焦点は、一次光学素子が放物線状に成形された領域１５０を有するか、または双曲線状に成形された領域１６０を有するかに依存して定まる。
【０１０２】
二次光学素子２００の球面の一部として構成された光出射面２２０により、図５の同じ例示的な光線が、光出射方向で後方の反射器の有効使用面に屈折される。
【０１０３】
図５に示した照明装置は、本発明の例ではないことを述べておく。
【０１０４】
図７には、さらなる例示的実施形態が示されている。ここでは先行の図面の例とは異なり、二次光学素子２５０が、円錐基面を備える円錐として構成されており、反射器がフリーフォームリフレクタ４２０として構成されている。同時に、円錐として構成された二次光学素子の光入射面２６０でもある円錐基面の中点は、有利にはこれが放物線状に成形された領域１５０の焦点１５１と一致するように配置することができる。円錐２５０の外套面は、二次光学素子２５０の光出射面２７０である。
【０１０５】
フリーフォームリフレクタは、反射器形状が数学的規則面（mathematischen Regelflaeche）に対応しない特別の特性である反射器である。
【０１０６】
一次光学素子１００は、図７に示した例では、焦点１５１を備える放物線状に成形された領域１５０を有する。  ここで前置光学系３００は、第１の発光手段５０の光線を平行化ないし視準化し、一次光学素子１００の放物線状に成形された領域１５０に向けて偏向し、これにより光線は、放物線状に成形された領域１５０での反射後に放物線状に成形された領域１５０の焦点１５１に収束され、あるいはこの焦点を横切る。
【０１０７】
図８は、さらなる例示的実施形態を示す。ここでは図７の先行の例とは異なり、一次光学素子１００の反射性外套面が、真の焦点１６１と仮想の焦点１６２を備える双曲線状に成形された領域１６０を有し、図示の前置光学系３００は、第１の発光手段５０の光線を、一次光学素子１００の双曲線状に成形された領域１６０の仮想焦点１６２に集束あるいは収束し、光線が、双曲線状に成形された領域１６０での反射後に双曲線状に成形された領域１６０の焦点１６１に収束され、あるいはこの焦点を横切るように構成されている。円錐基面の中点は、この実施例では双曲線状に成形された領域１６０の焦点１６１と一致していないが、ここでも円錐基面の中点が双曲線状に成形された領域の焦点１６１と一致してもよい。
【０１０８】
図７と８に示した光線ないし光線路は、光線が、平坦な出射面１２０と比較して、円錐として構成された二次光学素子２５０によってフリーフォームリフレクタ４２０の有効使用面に収束ないし集束されて入射することを示す。
【０１０９】
図９には、ケーシング１１および光学レンズとしては機能しないカバーディスク１２を備える自動車ヘッドライト１０が示されている。照明装置は自動車ヘッドライト１０内に配置されている。
【０１１０】
ここで照明装置は、先行の例と同じように第１の発光手段５０を含み、この発光手段は、第１の光機能、例えばロービーム光またはハイビーム光の光分布または部分光分布を形成するために設けられている。第１の発光手段５０から放射された光線は、コリメータ３００を通り、焦点１５１を備える一次光学素子１００の放物線状に成形された外套領域１５０に平行に当たる。
【０１１１】
放物線状に成形された領域１５０は、入射する光線を一次光学素子１００の光出射面１２０の方向に偏向することができる。光照射方向で一次光学素子１００の光出射面１２０の後方には、二次光学素子２５０の光入射面２６０が配置されており、この二次光学素子２５０は、図９の例では円錐基面を備える円錐として構成されている。円錐基面の中点は、先行の実施例で述べたように一次光学素子１００の焦点１５１と一致する。
【０１１２】
第１の発光手段５０に関する光線経過の議論は、既に先行の例で説明したので、図９の実施例との関連ではこれを参照されたい。
【０１１３】
図９の自動車ヘッドライト１０は、さらに第２の発光手段６０を含む。この第２の発光手段は、図９ではＬＥＤとして構成されており、第２の光機能、例えばロービーム光またはハイビーム光の光分布または部分光分布を形成するために設けられており、第１と第２の発光手段５０，６０は、１つの共通の導体路基板７０上に配置されている。完全性のために、第２の発光手段６０の主照射方向で後方には光を成形する光学系６５が配置されており、この光学系は、例えばレンズまたは反射器として構成することができる。分かり易くするために、第２の発光手段６０から発する可能な光線路は省略されている。
【０１１４】
したがって、それぞれ異なる光機能、例えばロービーム光とハイビーム光を形成するために設けられている発光手段５０，６０は、１つの共通の導体路基板７０上に配置あるいは作製することができる。
【０１１５】
この措置は、通常、自動車ヘッドライトにおいてスペースを節約する。そして２つの光機能が、別個に、および／または相互に影響なしに共通に自動車の前方に形成され得ることだけに注意すればよい。ここで一次光学素子１００、二次光学素子２００および場合により前置光学系３００は、ある程度、偏向光学系として用いられる。
【０１１６】
さらに発光手段５０，６０は、互いに依存せずに制御および調光することができる。
【０１１７】
図１０と１１は、それぞれさらなる照明装置を示す。ここで図１０と図１１の照明装置の構造は、図７と図８の例と実質的に同じであるが、図１０と１１の二次光学素子２００は楕円体の一部として構成されている。
【０１１８】
さらに図１０の実施形態は、第１の発光手段５０、並びに放物線状に成形された領域１５０を備える一次光学素子１００を示す。第１の発光手段５０の光線は、放物線状に成形された領域１５０に入射し、放物線状に成形された領域１５０の焦点１５１へと偏向、収束され、あるいはこの焦点１５１を横切る。焦点１５１は、好ましくは楕円体の一部として構成された二次光学素子５００の光入射面５１０にあり、光線は、二次光学素子５００の光出射面５２０を介してフリーフォームリフレクタ４２０に当たる。
【０１１９】
さらに図１１の実施形態は、第１の発光手段５０、並びに双曲線状に成形された領域１６０を備える一次光学素子１００を示す。第１の発光手段５０の光線は、双曲線状に成形された領域１６０に入射し、双曲線状に成形された領域１６０の真の焦点１６１へと偏向、収束され、あるいはこの真の焦点１６１を横切る。焦点１６１は、好ましくは楕円体の一部として構成された二次光学素子５００の光入射面５１０にあり、光線は、二次光学素子５００の光出射面５２０を介してフリーフォームリフレクタ４２０に当たる。
【０１２０】
それぞれの光線路を正確に分析するために、先行の例およびこれに関連する実施形態を参照されたい。
【０１２１】
さらに図面に示された例ないし実施形態は、最終的な数の例およびそれらの組合せを開示するものではないことを述べておく。したがって例えば、図１，２，３，４，５および６の例に対してフリーフォームリフレクタを配置することもできる。
【０１２２】
同様に、図９に図示の実施例の他に、他の開示例およびそれらの組合せも自動車ヘッドライト内に配置することができる。
【０１２３】
以下に、本発明において、可能な形態を列挙するが、これに限定されるものではない。
（形態１）
前記一視点に記載のとおり。
（形態２）
前記二次光学素子は、球中心を備える球の一部として、または円錐として、または楕円体の一部として構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１に記載の照明装置。
（形態３）
前記一次光学素子の反射性の外套面は、焦点を備える放物線状に成形された領域を有し、前記放物線状に成形された領域は、前記一次光学素子の光入射面を通って入射する光線を、前記一次光学素子の光出射面の方向に偏向することができる、ことを特徴とする好ましくは形態１または２に記載の装置。
（形態４）
前記一次光学素子の前記放物線状に成形された領域の焦点と球中心とは一点に存在する、ことを特徴とする好ましくは形態３に記載の装置。
（形態５）
前記一次光学素子の反射性の外套面は、焦点および仮想焦点を備える双曲線状に成形された領域を有し、前記双曲線状に成形された領域は、前記一次光学素子の光入射面を通って入射する光線を、前記一次光学素子の光出射面の方向に偏向することができる、ことを特徴とする好ましくは形態１または２に記載の装置。
（形態６）
前記一次光学素子の前記双曲線状に成形された領域の焦点と球中心とは一点に存在する、ことを特徴とする好ましくは形態５に記載の装置。
（形態７）
前記前置光学系は、前記第１の発光手段の光線を、前記一次光学素子の双曲線状に成形された領域の仮想焦点に集束するように構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から６のいずれかに記載の装置。
（形態８）
前記一次光学素子と前記二次光学素子とは、互いに材料的に結合されており、好ましくは前記一次光学素子と前記二次光学素子とは、一体的に構成されており、同じ材料から作製されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から７のいずれかに記載の装置。
（形態９）
前記前置光学系は、前記一次光学素子と材料的に結合されており、好ましくは前記前置光学系は、前記一次光学素子と一体的に構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態８に記載の装置。
（形態１０）
前記一次光学素子と前記二次光学素子とは、タフロンから形成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から９のいずれかに記載の装置。
（形態１１）
前記第1の発光手段は、少なくとも１つの光源を有し、好ましくは前記少なくとも１つの光源はＬＥＤ、または光変換素子を有するレーザ光源として構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から１０のいずれかに記載の装置。
（形態１２）
前記第1の発光手段は、第１の光分布の光分布または部分光分布、例えばロービーム光ないしハイビーム光を形成するために設けられている、ことを特徴とする好ましくは形態１から１１のいずれかに記載の装置。
（形態１３）
前記反射器は、フリーフォームリフレクタとして構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から１２のいずれかに記載の装置。
（形態１４）
前記反射器は、一焦点を有する放物線反射器として構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から１３のいずれかに記載の装置。
（形態１５）
前記放物線反射器の焦点と球中心とは一点に存在する、ことを特徴とする好ましくは形態１に記載の装置。
（形態１６）
前記反射器は、一焦点を有する双曲線反射器として構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１から１５のいずれかに記載の装置。
（形態１７）
前記双曲線反射器の焦点と球中心とは一点に存在する、ことを特徴とする好ましくは形態１６に記載の装置。
（形態１８）
形態１から１７のいずれかに記載の照明装置を少なくとも１つ有する自動車投光器。
（形態１９）
前記自動車投光器には、さらに、第２の光機能の光分布または部分光分布、例えばロービーム光ないしハイビーム光を形成するための第２の発光手段が設けられており、前記第２の発光手段は、少なくとも１つの光源を有し、とりわけ前記少なくとも１つの光源はＬＥＤ、または光変換素子を有するレーザ光源として構成されている、ことを特徴とする好ましくは形態１８に記載の自動車投光器。
（形態２０）
前記第１と第２の発光手段は、１つの共通の導体路基板上に配置されている、ことを特徴とする好ましくは形態１９に記載の自動車投光器。
【符号の説明】
【０１２４】
１０  自動車投光器（ヘッドライト）
１１  ヘッドライトケーシング
１２  カバーディスク
５０  第１の発光手段
６０  第２の発光手段
６５  光を成形する光学系
７０  導体路基板
１００  一次光学素子
１１０  光入射面（ＰＯ）  ＰＯ＝一次光学素子
１２０  光出射面（ＰＯ）
１５０  放物線状に成形された領域
１５１  放物線状に成形された領域の焦点
１６０  双曲線状に成形された領域
１６１  双曲線状に成形された領域の焦点
１６２  双曲線状に成形された領域の仮想焦点（虚焦点）
２００  二次光学素子（球）
２０１  球中心
２１０  光入射面（ＳＯ−球）  ＳＯ＝二次光学素子
２２０  光出射面（ＳＯ−球）
２５０  二次光学素子（円錐）
２６０  光入射面（ＳＯ−円錐）
２７０  光出射面（ＳＯ−円錐）
３００  前置光学系
４００  双曲線反射器
４０１  双曲線反射器の焦点
４１０  放物線反射器
４１１  放物線反射器の焦点
４２０  フリーフォームリフレクタ
５００  二次光学素子（楕円体）
５１０  光入射面（ＳＯ−楕円体）
５２０  光出射面（ＳＯ−楕円体）
【図１】
0006931423.tif 000002
【図２】
0006931423.tif 000003
【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】
0006931423.tif 000008
【図８】
0006931423.tif 000009
【図９】
0006931423.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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