(57)【要約】【課題】均一化された光分布が最低限の光束損失で生成され、他方ではライトモジュールを機械的に簡素で頑丈かつそれに伴なって低コストに具体化できるように照明装置のためのライトモジュールを構成および／または改良する。【解決手段】本発明は、マトリクス状に配置された複数の半導体光源（１１）を備える自動車の照明装置のためのライトモジュールに関するものである。半導体光源（１１）から射出される光の光路には、所望の光分布を実現するために光を自動車前方の車道に投影する投影レンズ構造（１７）が配置されている。このライトモジュールは、半導体光源（１１）と投影レンズ構造（１７）の間に、マトリクス状に配置された複数の光学素子（１２）を備える光アレイ（１３）を有する。光アレイ（１３）は、光射出方向（１６）に見て投影レンズ構造（１７）の後で均一化された光分布が生じるように、半導体光源（１１）から射出される光に影響を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の半導体光源（１１）を備える自動車の照明装置のためのライトモジュールであって、前記半導体光源（１１）から射出される光の光路には所望の光分布を実現するために光を自動車前方の車道に投影する投影レンズ構造（１７）が配置されている、そのようなライトモジュールにおいて、
前記ライトモジュールは、前記半導体光源（１１）と前記投影レンズ構造（１７）の間の光路に、光射出方向（１６）に見て前記投影レンズ構造（１７）の後で均一化された光分布が生じるように前記半導体光源（１１）から射出される光に影響を与える、マトリクス状に配置された複数の光学素子（１２）を備える光アレイ（１３）を有することを特徴とする、ライトモジュール。
【請求項２】
各々の前記半導体光源（１１）に前記光アレイ（１３）の１つの光学素子（１２）が付属していることを特徴とする、請求項１に記載のライトモジュール。
【請求項３】
複数の前記半導体光源（１１）に前記光アレイの１つの共通の光学素子（１２）が付属していることを特徴とする、請求項１または２に記載のライトモジュール。
【請求項４】
前記ライトモジュールの複数の前記半導体光源（１１）が、共通の支持部材を備えるデバイスにまとめられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項５】
前記光アレイ（１３）の前記光学素子（１２）は、リフレクタ（２０）をそれぞれ有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項６】
前記光アレイ（１３）の前記光学素子（１２）は、レンズ（２５）をそれぞれ有することを特徴とする、請求項５に記載のライトモジュール。
【請求項７】
前記光アレイ（１３）の前記光学素子（１２）は、前記半導体光源（１１）から射出される光を側面での全反射により少なくとも部分的にフォーミングする補助光学系（２２）をそれぞれ有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項８】
前記ライトモジュールの複数の前記半導体光源（１１）が、それぞれ別個に電気制御可能であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項９】
前記光アレイ（１３）の前記光学素子（１２）は光入射面（１４）に比べて広い光射出面（１５）を有しており、それにより前記光学素子（１２）は前記光射出面（１５）のところで互いに接していることを特徴とする、請求項５または７に記載のライトモジュール。
【請求項１０】
マトリクス状に配置された前記半導体光源（１１）の網目寸法が可変であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項１１】
前記光学素子（１２）と前記投影レンズ構造（１７）は、各々の前記光学素子（１２）が前記投影レンズ構造（１７）と協働して前記ライトモジュールの全体的光分布の個別領域（５０）を生成するように構成されており、前記全体的光分布は個々の前記個別領域（５０）が組み合わされてなっており、各々の前記個別領域（５０）は、個々の前記光学素子（１２）によってほぼ均等に照明される中央の中核領域（６０）と縁部領域（６１）とを有しており、隣接する前記光学素子（１２）の前記個別領域（５０）は前記ライトモジュールの均一化された全体的光分布が生じるようにそれぞれの縁部領域（６１）で互いに接しており、もしくは少なくとも部分的に的確に重なり合っていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項１２】
すべての前記半導体光源（１１）が作動しているとき、前記全体的光分布は古典的なハイビーム分布に相当していることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項１３】
前記光学素子（１２）により生成される前記個別領域の前記縁部領域の長さは的確な焦点外しによって規定されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のライトモジュール。
【請求項１４】
前記光学素子（１２）の前記光射出面（１５）は少なくとも部分的に前記投影レンズ構造（１７）の焦点面の範囲外に配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のライトモジュール。
【請求項１５】
前記光学素子（１２）により生成される前記個別領域の前記縁部領域の長さは前記投影レンズ構造（１７）の的確な構造化によって規定されていることを特徴とする、請求項１１から１４までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項１６】
前記光学素子（１２）により生成される前記個別領域の前記縁部領域の長さは、光射出方向に見て前記光学素子（１２）の後で的確に光路に挿入される追加光学系（２５）によって規定されていることを特徴とする、請求項１１から１５までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項１７】
前記追加光学系（２５）は光導波路プレートとして構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載のライトモジュール。
【請求項１８】
前記半導体光源（１１）の少なくとも一部の光学軸は前記投影レンズ構造（１７）の光学軸に対して相対的に的確に傾いていることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項１９】
前記光学素子（１２）の少なくとも一部の光学軸は、前記投影レンズ構造（１７）の光学軸に対して相対的に的確に傾いていることを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【請求項２０】
前記半導体光源（１１）の少なくとも一部の光学軸は、前記光学素子（１２）の光学軸に対して相対的に的確に傾いていることを特徴とする、請求項１から１９までのいずれか一項に記載のライトモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス状に配置された複数の半導体光源を備える自動車の照明装置のためのライトモジュールに関する。半導体光源から射出される光の光路には所望の光分布を実現するために光を自動車前方の車道に投影する投影レンズ構造が配置されている。
【背景技術】
【０００２】
自動車における従来の照明装置は、特定のライト機能（たとえばロービーム、ハイビーム、フォグライト、市街地用ライト、アウトバーン用ライト、幹線道路用ライドなど）を実現するために、ただ１つの光射出部材（たとえばハロゲンランプやガス放電ランプ）を有する。白色光を射出することもできる高出力半導体光源（ＬＥＤ）の開発により、これらと同じライト機能のために照明装置で半導体光源を利用することもできるようになっている。しかし、必要な光度を得るためには複数の半導体光源を使用しなくてはならない。このような半導体光源は、照明装置においては一般にマトリクスの形式で相並んで配置される。
【０００３】
照明装置によって生成される光分布は、垂直方向および／または水平方向に相並んで配置された複数のＬＥＤの結像が組み合わされてなっている。ＬＥＤの間隔は、公知のＬＥＤ照明装置では、必然的に個々のＬＥＤの結像の間に暗い線ができることにつながる。全体として得られる光分布は、ＬＥＤの間隔が広いと不均一性を有する可能性があり、特に、支障となる格子構造を有する可能性がある。これを防ぐために、ＬＥＤを可能な限り稠密に相並んで配置することが試みられている。しかし、このことはＬＥＤを接触させるときの問題につながり、特に、マトリクスの内部に配置されたＬＥＤ、すなわちマトリクスの縁部に配置されているのでないＬＥＤを接触させるときの問題につながる。供給回線は必然的に縁部側のＬＥＤの間から、マトリクスの内部に配置されたＬＥＤへと案内されなくてはならないからである。ＬＥＤの裏面を介しての接触は、可能であるにしても、出力の低いＬＥＤアレイの場合にしか可能でない。一方、高出力ＬＥＤではＬＥＤの裏面を介しての接触は不可能である。高出力ＬＥＤは、ＬＥＤの裏面で熱放出をするために、比較的大きい冷却体の構造を必要とするからである。このような冷却体に供給回線のためのブッシングを設け、そのようにしてＬＥＤを接触させることは、あまりにも高いコストがかかり高価である。
【０００４】
特許文献１より、マトリクス状に配置された複数のＬＥＤを有し、これらのＬＥＤによって自動車の前方領域がハイビーム分布で照明される、自動車のための照明装置が公知である。このときハイビーム分布は、相並んで配置されて互いに補完しあう複数のＬＥＤの結像が組み合わされてなっている。ＬＥＤは個別に制御可能であり、それにより、個々の結像もしくはこれに対応する照明容積部を的確に光分布から除外することができる。特に、対向する交通関与者が存在している、特に結像もしくは照明容積部が除外される。対向する交通関与者の位置は適当なセンサによって判定される。このようにして、眩惑をさせないハイビームを具体化することができる。このような種類の光分布は部分ハイビームとも呼ばれる。同文献から公知となっている照明装置の場合にも、マトリクスの内部に配置されたＬＥＤの接触もしくは制御および／またはエネルギー供給は問題である。
【０００５】
特許文献２からも、マトリクス状に配置された複数のＬＥＤを備える車両用ヘッドライトが公知である。ＬＥＤは、集光レンズの焦点を通って延びる平面上に位置決めされている。集光レンズは、ＬＥＤから射出される発散光線束を視準（平行化）する。そして平行化された光は、所望の均一化された光分布を、すなわちＬＥＤの間隔に基づく格子構造が可能な限り弱められた光分布を、照明装置の光射出方向に生成するディフューザを通るように案内される。つまり個々の半導体光源の射出光はそのまま集光レンズで結像され、所望の均一化された光分布は、追加のディフューザの使用によって実現される。しかしディフューザによって光分布の光度は低下する。その上同文献から公知となっている照明装置の場合にも、マトリクスの内部に配置されたＬＥＤの接触もしくは制御および／またはエネルギー供給は問題である。ＬＥＤの大きな放出円錐によって、レンズの側を通過していく光も失われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５０１４９５３Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０１２９７４３Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、一方では均一化された光分布が最低限の光束損失で生成され、また他方では、ライトモジュールを機械的に簡素で頑健かつそれに伴って低コストに具体化することができるように、照明装置のためのライトモジュールを構成および／または改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、冒頭に述べた種類のライトモジュールを前提とした上で、ライトモジュールは半導体光源と投影レンズ構造の間の光路に、光射出方向に見て投影レンズ構造の後で均一化された光分布が生じるように半導体光源から射出される光に影響を与える、マトリクス状に配置された複数の光学素子を備える光アレイを有することが提案される。ここで均一な光分布とは、それによって照明される角度範囲の内部にできる限り少ない光度変化を有する、または急激な光度変化を有していない、たとえば道路上で目に見える縞模様や稜線を有していない、ような光分布を意味している。
【０００９】
すなわち本発明によると、半導体光源から射出される光の光路に光アレイが追加の光学素子として挿入されていることが提案される。光アレイの個々の光学素子は、それぞれ個々の半導体光源の射出光の形状に影響を及ぼして、これが光学素子の光射出側で視準された状態で出ていくようにする役目を果たす。ここで「視準する」とは、それぞれ着目する光源の光線が平行化されることを意味しており、または（より良く表現すれば）光源の放出円錐が該当する光学素子の後で、光路内で後続するレンズ構造をより良く照明するように狭隘化・変更されることを意味している。ほぼ点状のＬＥＤから射出される光は、光アレイの各々の光学素子によって、理想的にはその光射出面全体にまで広げられる。つまり光アレイの各素子は均一化された個別光分布を射出し、光アレイによって拡張されたＬＥＤの個別光分布は非常に稠密に相並んで位置しており、それにより、全体として特別に均一な全体的光分布の印象が生じることになる。光学素子の光射出面は、投影レンズによって車両前方の車道へ投影され、そこで個別投影によって、ライトモジュールの全体的光分布のそれぞれ個別領域が生成される。
【００１０】
本発明によると、ＬＥＤから射出される光がそれぞれの結像の間の領域（従来であれば格子線を認識可能であったところ）へ誘導されるように、適切な措置をライトモジュールで講じることが提案される。つまり個々のＬＥＤの結像は、光分布において隣接する結像が格別に稠密に互いに接しており、それによって光分布において格子構造を認識できなくなるか、もしくは大幅に弱められた格子構造しか認識できなくなる程度まで拡張される。このことは、たとえば光学素子もしくは光学素子の光射出面が意識的に投影レンズ構造の焦点もしくは焦点面の範囲外に配置されることによって実現することができる（焦点外し）。別案として上記は、投影レンズの表面が的確に構造化されており、それにより、構造化された表面の領域でレンズを通過する光の的確な散乱が生じるようになっていることによっても実現することができる。最後に、光学素子から射出される部分光束の光路に追加光学系を配置し、特に、すべての光学素子について共通の追加光学系を配置することも考えられる。
【００１１】
本発明により、ＬＥＤを互いに比較的広い相対間隔でマトリクスに配置することが可能である。光アレイの光学素子により、ＬＥＤの間の領域が比較的広くても格別によく照明され、それによって光分布に格子線がほとんど見えず、もしくはまったく見えないからである。マトリクスの個々のＬＥＤの間の比較的広い間隔により、ＬＥＤの、特にマトリクスの内部に配置されたＬＥＤの、接触もしくは制御および／またはエネルギー供給が明らかに容易になる。すなわちその結果、一方では格別に均一な光分布を実現することができ、他方では、個々のＬＥＤを格別にうまく接触させることができる。本発明によるライトモジュールは、部分ハイビームを具体化するために格別によく適している。
【００１２】
本発明の１つの好ましい発展例では、各々の半導体光源に光アレイの１つの光学素子が付属していることが提案される。光源と光アレイがいずれもマトリクス状の構造を有することで、ライトモジュールの構造を格別にうまく標準化もしくはモジュール化することができる。このとき、ＬＥＤマトリクスの半導体光源と光アレイの光学素子はいずれも別々に取扱可能なユニットを形成しているのが好ましい。それによりライトモジュールの組立後に、光源と光アレイの間で少ない調節コストしか生じない。光学素子を備える１つの光アレイを、半導体光源を備える１つのＬＥＤマトリクスに対して調節するだけでよく、多数の個別光学系を多数の個々の半導体光源に対して調節しなくてよい。このことはライトモジュールを、製造と組立に関して格別に低コストなものにする。さらに、この方策によって改善された熱状況が得られる。
【００１３】
各々の半導体光源に光アレイの独自の光学素子が付属していることが考えられる。しかしながら１つの好ましい実施形態では、少なくともいくつかの半導体光源に、光アレイの共通の光学素子が属していることが提案される。このことは、複数の半導体光源の射出される光がただ１つの光学素子で受容、偏向、視準されることを意味している。このことも製造コストと組立コストを削減し、それによってライトモジュールの費用をも引き下げる。通常１つのＬＥＤの光しか受容しない光アレイの他の光学素子と同じように寸法に関して設計された光学素子へ光が入力結合される複数のＬＥＤによって、光度が特別に高い（もしくは光束が特別に多い）光分布の領域を生成することが考えられる。すなわち、複数のＬＥＤと１つの光学素子によって生成される全体光分布における結像は、１つのＬＥＤと１つの光学素子によって生成される他の結像よりも高い光度（立体角あたりの多量の光）を有する。放出をするＬＥＤ面の広さも、光学素子で生成される全体光分布における光度に対して、放出面の個数に匹敵する効果を有する。
【００１４】
当然ながら、複数のＬＥＤの光を受容する光学素子の光射出面を、１つのＬＥＤの光だけを受容する従来式の光学素子の光射出面よりも相応に広く構成することも考えられる。それにより、光射出面の広い光学素子によって、ただ１つのＬＥＤの光を受容する複数の光学素子とほぼ等しい光度が実現される。このことは、ライトモジュールの製造、組立における費用とコストを削減することができる。ただし光射出面が広くなることに基づき、光分布における角解像度は悪くなる。
【００１５】
さらに、ライトモジュールの複数の半導体光源が共通の支持部材を備える１つのデバイスにまとめられていることが提案される。このこともライトモジュールの製造・組立を格別に容易にし、それにより低コストにし、ライトモジュールのモジュール形式の構造を促進する。デバイスのＬＥＤの前に光アレイの１つ以上の光学素子が配置され、このデバイスに取り付けられていることが考えられる。したがってこのデバイスは別個に取扱可能なユニットであり、複数の光源と、これに付属する光アレイの光学素子とを含んでいる。そして本発明によるライトモジュールを、複数のデバイスの組み合わせによって構成することができる。
【００１６】
本発明の別の好ましい発展例では、光アレイの光学素子はリフレクタをそれぞれ有しており、および／または光アレイの光学素子はレンズをそれぞれ有しており、および／または光アレイの光学素子は、半導体光源から射出される光を側面での全反射によってフォーミングする補助光学系をそれぞれ有することが提案される。光アレイの内部におけるリフレクタ、レンズ、および／または補助光学系の組み合わせも考えられる。このことは、照明装置で意図される利用法に応じて、さまざまに異なるライトモジュールの必要性に合わせて適合化された、輪郭と光度に関わる光分布のフォーミングを可能にするという利点がある。たとえば、車両が走行している車道の側縁を最善に照明するために（右側通行の場合には右側の車道縁部）、適当な方法で構成された光学素子を選択することで、ライトモジュールの光を側縁の方向へ誘導することが可能である。このことは、光アレイの素子が上に挙げた視準特性に加えて、光線フォーミングを行う性質も有することができることを意味している。
【００１７】
本発明の別の好ましい実施形態では、光アレイの光学素子は光入射面に比べて広い光射出面を有しており、それにより、光学素子は光射出面で少なくとも区域的に互いに接するようになっていることが提案される。それにより、光アレイの個々の素子の光射出面の間隔を最低限に抑えることができ、それによって格別に均一な全体的光分布を実現することができる。隣接する光学部材の光射出面は、少なくとも区域的に互いに直接接しているのが好ましい。光アレイの光学素子での特別な光散乱により、光アレイの素子の間の境界線が消えるようにすることができる。
【００１８】
さらに、光学素子から射出される部分光速による投影レンズの照明を最適化し、それに伴ってライトモジュールの光速全体の均一化を最適化するために、半導体光源の光学軸と光学素子の光学軸は的確に相互に傾いており、および／またはシステム全体の光学軸（投影レンズの光学軸）に対して傾いていることが提案される。このとき、半導体光源の光学軸および／または光学素子の光学軸の傾きの程度と方向は等しく構成されていてよく、または別様に構成されていてよい。
【００１９】
部分ハイビームを具体化するために、個々のＬＥＤまたは複数のＬＥＤを的確に非作動とし、もしくは光度の低い光を射出するように制御することができる。非作動にされたＬＥＤは、特に他の交通関与者が検知された、特に対向車両の交通関与者が検知された、全体的光分布の部分領域をフェードアウトさせる。他の交通関与者を検知するために、本発明によるライトモジュールを備える照明装置を有する車両の構成要素である、または他の車両、特に対向車両の構成要素である、適当なセンサを利用することができる。さらに、センサ信号を受信して処理するための、およびＬＥＤを制御するための制御ユニットが必要である。照明装置のＬＥＤのこのような制御は、アダプティブな光分布を生成するために利用され、特に、いわゆる部分ハイビームを生成するために利用される。このとき照明装置は常にハイビーム分布を射出し、他の交通関与者が検知された光分布の領域が的確に暗くされ、もしくは全面的に非作動とされて、他の交通関与者の眩惑を防止する。
【００２０】
個々の光学素子の光射出面は正方形に施工されているのが好ましい。当然ながらこれ以外に成形された光射出面、たとえば長方形、六角形、菱形、台形などの光射出面、あるいは円形もしくは面取りされた光射出面、ならびに考えられるあらゆる形状の混合および／または混合形態も選択することができる。しかしながら四角形の形状が格別に好ましい。それぞれの光射出面はできる限り１つの共通の平面で、ライトモジュールの光学軸に対して垂直に位置している。それによりほぼ隙間のない、幾何学的に構造化された光アレイの光射出面が実現される。
【００２１】
さらに、光アレイの光学素子の光射出面が光入射面に比べて広くなっていることは、ＬＥＤを広い相互間隔をおいて配置し、支持部材の上の半導体光源の間の中間スペースを接触回線の敷設のために利用するという可能性を提供する。したがって、ライトモジュールの複数の半導体光源がそれぞれ別個に電気制御可能であることが追加的に提案される。半導体光源の間にある中間スペースは、半導体光源の間に電気的な条導体を通過させて、それぞれ個々の半導体光源へ、特にマトリクスの中心部にある半導体光源へ、個別に電力供給をするという可能性を提供し、このことは、たとえばアダプティブな光分布や部分ハイビームの具体化にあたって、ＬＥＤの個別的な設定を具体化するために必要である。特にこのようなライト機能の具体化には、一方では車両前方の車道を照明するのに必要な光度を得るために、また他方では、光分布における個々のＬＥＤの結像のできるだけ細かく区分された分割（できるだけ小さい網目寸法もしくはできるだけ多いピクセル数）を車両前方で実現するために、マトリクス状に配置された多数の半導体光源を備える複数行の半導体光源構造が必要である。光分布の特定領域を的確に暗くしたり非作動にできるようにするために、小さい網目寸法もしくは低い角解像度が必要である。
【００２２】
当然ながら、個々の半導体光源への個別の電力供給に加えて、必要な場合は、好ましくは互いに接する複数の半導体光源にただ１つの電力供給を送って制御することもできる。このときＬＥＤの各グループが共同で制御され、すなわち減光または非作動とされる。
【００２３】
考えられる別の利用事例では、本発明は、手動式または自動式の作動化（たとえばロービームやフォグライトの場合）もしくは非作動化（たとえばハイビームの場合）、あるいは右側通行から左側通行へ、およびこの逆への明暗境界線の切換という可能性を提供する。
【００２４】
さらに、マトリクス状に配置された半導体光源および／または光アレイの光学素子の網目寸法が可変であることが考えられる。すなわち、半導体光源および／または光学素子の配置の密度を変えることができ、それにより、光分布の少なくとも特定の領域で、異なる光度および／または角解像度を実現することができる。たとえば、ＬＥＤマトリクスの中央領域では定義された面積に、ＬＥＤマトリクスの外側領域の同じ面積よりも多くの半導体光源が配置されていることが可能である。さらにこのときの構造は、構造のマトリクス状のモジュール形式の構成が維持されるように構成されている。
【００２５】
本発明により、簡単かつ低コストな方法で最適化された部分ハイビームを具体化することが可能である。本発明によるライトモジュールの利点は、特に、半導体光源もしくはＬＥＤアレイの間の広くなった接触自由空間、全体的光分布の均一性、およびライトモジュールの高い効率という点にある。しかも、このシステムは可動の機械部品を使わずにすませることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】１つの好ましい実施形態に基づく本発明のライトモジュールの主要部分を示す模式図である。
【図２】第１の好ましい実施形態に基づく本発明のライトモジュールの光アレイの考えられる構成を示す模式図である。
【図３】第２の好ましい実施形態に基づく本発明のライトモジュールの光アレイの考えられる別の構成を示す模式図である。
【図４】第３の好ましい実施形態に基づく本発明のライトモジュールの光アレイの考えられる別の構成を示す模式図である。
【図５】第１の好ましい実施形態に基づく本発明のライトモジュールにおける半導体光源の考えられる配置を示す模式図である。
【図６】第１の好ましい実施形態に基づく本発明のライトモジュールにおける半導体光源の考えられる別の配置を示す模式図である。
【図７】従来技術から知られているライトモジュールの光分布の一部分を示す模式図である。
【図８】ライトモジュールの全体的光分布におけるライトモジュールの光学素子の結像を示す模式図である。
【図９】本発明によるライトモジュールの光分布の一部分を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳しく説明する。
【００２８】
図１は、半導体光源を装備する自動車用の照明装置のための本発明によるライトモジュールの主要部分を示している。照明装置はヘッドライトとして構成されている。図示したライトモジュールは単独で、または反射原理もしくは投影原理に基づく他のライトモジュールとともに、ヘッドライトのハウジングに配置されている。ライトモジュールは、通常たとえば配線板（図示せず）のような支持部材の上に配置されて電気接触された、半導体光源（ＬＥＤ）１１のマトリクス状の構造を含んでいる。これらのＬＥＤは複数行と複数列に配置されており、好ましくは２つを超える行と２つを超える列に配置されており、それによりマトリクス内部には、外部から簡単には接触させることができないＬＥＤが存在することになる。むしろマトリクス内部にあるＬＥＤのための電気引込線は、外側に配置されたＬＥＤの間の中間スペースを通過するように案内されなくてはならない。
【００２９】
光射出方向１６に見て半導体光源１１の後には、同じくマトリクス状に配置された複数の光学素子１２を含む光アレイ１３が配置されている。射出される半導体光源１１の光をフォーミングする光学素子１２が、ＬＥＤ１１にそれぞれ付属しているのが好ましい。当然ながら、複数の半導体光源１１がただ１つの光学素子１２に付属していることも可能である（グルーピング）。光アレイ１３全体がモジュール形式で構成されているのが好ましい。このことは、複数の光学素子１２を、光アレイ１３の部分モジュールにまとめることができることを意味している。光アレイ１３のすべての光学素子１２が、ただ１つのモジュールにまとめられているのが好ましい。
【００３０】
各々の光学素子１２は、ＬＥＤ１１から射出される光の全体もしくは大部分を受容するように、光入射面１４が光射出方向１６に見て半導体光源１１の後に配置されるように構成されている。光学素子１２の光射出面１５は、光入射面１４よりも広い面積で構成されている。光学素子１２は、半導体光源１１から射出される光束を拡張し、光射出面１５を通って光学素子１２から光射出方向１６に出ていく視準された光束を生成する。
【００３１】
光射出面１５は長方形の形状、特に正方形の形状を有するのが好ましい。当然ながら、光射出面１５は三角形、菱形、またはそれ以外に成形されていてもよい。光アレイ１３の光学素子１２の光射出面１５は、光学軸（もしくは光射出方向１６）に対して垂直に延びているのが好ましい。光アレイ１３では、個々の光学素子１２の光射出面１５は側方で直接互いに接しており、それにより、光アレイ１３全体の光射出面１５は、個々の光学素子１２の間のできる限り小さい間隔を備える、幾何学的に構造化された統一的な表面を形成している。
【００３２】
狭い光入射面１４と広い光射出面１５を備える光学素子１２の上に説明した構成により、光射出面１５を互いに接するようにしながら、ＬＥＤ１１を比較的広い相互間隔をおいて配置することができる。このことが好ましい理由は、マトリクスの内部にあるＬＥＤのための引込線を、広い間隔を通して問題なく案内することができるからである。それにより、各々の半導体光源１１を、特にマトリクスの内部にあるＬＥＤ１１を、別々に電力供給して制御できるようにすることが可能である。共通の供給回線を介しての共同で電力供給し、複数のＬＥＤ１１を含むＬＥＤグループを制御することも、当然ながら可能である。ＬＥＤの広い間隔は、ＬＥＤマトリクスの改善された温度特性をも結果として伴なうので、ＬＥＤ冷却部を簡略化することができ、もしくは小型に設計することができる。
【００３３】
光射出方向１６に見て光アレイ１３の後には、法律の要求事項を満たす所望の光分布を生成するために、光アレイ１３によりフォーミングされて視準された光束を自動車前方の車道へ投影する投影レンズ１７が配置されている。レンズ１７は（図１に示すように）１つの部分からなっていてよく、あるいは、複数のレンズ素子もしくはレンズセグメントが組み合わされてなっていてよい。ライトモジュールの全体的光分布は、すべての半導体光源１１が作動しているときには、古典的なハイビーム分布であるのが好ましい。
【００３４】
比較的広い相互間隔をおいたＬＥＤ１１の配置にもかかわらず、本発明のライトモジュールによって得られる光分布は格別に均一であり、すなわち一様であり、特に、光分布に格子構造を与えるあまり照明されない、もしくはまったく照明されない、暗い線状の領域を有していない。個々のＬＥＤの光で照明される光分布の領域は、光アレイ１３がなければ空間的に比較的狭く限定されるので、ＬＥＤの広い相互間隔が、光分布におけるＬＥＤの結像の間隔につながることにもなり、もしくは、それぞれの結像の間で明らかに目に見える暗い格子線もしくは照明状態の悪い格子線につながることになる。従来技術から知られている、光アレイ１３のないライトモジュールで生じるこのような現象が図７に示されている。図７は、たとえば独国特許出願公開第１０１２９７４３Ａ１号明細書に記載されているような公知のライトモジュールで生成される、相並んで配置された複数のＬＥＤ１１の結像５０を備える光分布の部分図を示しており、個々の結像５０が補いあってライトモジュールの光分布をなしている。結像５１を生成するはずのＬＥＤ１１が非作動であるので、結像５１の代わりに暗い面を見ることができる。ＬＥＤ１１の間隔に基づき、支障となる暗い格子線５２が、ＬＥＤ１１の個々の結像５０の間で目に見えることが明らかに分かる。この光分布は明らかな不均一性を有する。この問題は、本発明によるライトモジュールにより光アレイ１３により解決される。
【００３５】
図２、図３、および図４は、光アレイ１３もしくは個々の光学素子１２の構成の選択肢の３通りの例を示している。説明する３通りのいずれの実施形態の光学素子１２も、視準特性と光線をフォーミングする特性を両方とも有するので、各々の光学素子１２の光射出面１５には均一化された光分布が生じる。図２はリフレクタアレイとしての光アレイ１３を示している。このことは、各々の光学素子１２がリフレクタ２０として構成されており、半導体光源１１から射出される光を反射によって視準し、視準された光束を長方形の光射出面１５から射出することを意味している。リフレクタ２０は複数の列と行でマトリクス状に配置されている。当然ながら、個々のリフレクタ２０もしくはその光射出面１５は、たとえば三角形や菱形のように長方形以外に構成されていてもよく、および／または互いにオフセットされた状態で配置されてよい。
【００３６】
図３は、相並んで、かつ相上下してマトリクス状に配置された複数の補助光学系２２からなるアレイとしての光アレイ１３を示している。補助光学系２２は光透過性の中実材料でできており、特にプラスチックでできている。視準は補助光学系２２においては、光学系の材料と周囲の空気との間の移行面での全反射によって行われる。当然ながら、個々の補助光学系２２もしくはその光射出面１５は、たとえば楕円形や三角形や菱形のように長方形以外に構成されていてもよく、および／または互いにオフセットされた状態で配置されてよい。
【００３７】
図４に示す実施例では、光アレイ１３の光学素子１２は、リフレクタ２４と、光射出方向１６に見てリフレクタ２４の後に配置されたレンズ２５との組み合わせとして構成されている。このような複数のリフレクタ・レンズ複合型素子２４、２５がアレイとしてマトリクス状に相並んで、かつ相上下して配置されている。各々の半導体光源１１の射出光は、ここではリフレクタ２４で予備フォーミングされ、引き続いてレンズ２５により最終的に視準される。当然ながら、個々のリフレクタ・レンズ複合型素子２４、２５もしくはその光射出面１５は、たとえば三角形や菱形のように長方形以外に構成されていてもよく、および／または互いにオフセットされた状態で配置されてよい。
【００３８】
図５は、本発明のライトモジュールにおける半導体光源１１の考えられる配置の模式図を示している。図５に図示している点は、半導体光源１１の位置決め点を表している。ＬＥＤ１１が上に配置された、たとえば配線板の形態の支持部材は、平坦または湾曲した状態で構成されていてよい。それにより、光学的な結像を最適化することができる。
【００３９】
図５に示す構造の中央領域３０では、半導体光源１１が両方の側方領域３１よりも稠密にパッケージングされている。ライトモジュールにより生成される光分布においては、個々のＬＥＤ１１の結像が相並んで配置され、補いあって光分布をなしているので、中央領域３０におけるＬＥＤ１１の細かい網目寸法は光分布における角解像度の改善につながり、すなわち光分布におけるＬＥＤ１１の個々の結像が小さくなり、それにより、光分布の輪郭をいっそう厳密に細かく変えることができる。このことは、たとえば対向してくる交通関与者の眩惑を防ぐために光分布の個々の領域が暗くされ、もしくは全面的にスイッチオフされる部分ハイビームの場合に意義がある。角解像度が高いために、このような領域をいっそう厳密に、もしくは高い解像度で調整することができる。ロービームの場合にも、改善された角解像度は有意義であり得る。上側の明暗境界線、特に斜めに上昇していく明暗境界線区域をいっそう厳密に、もしくは高い解像度で調整することができるからである。中央領域３０は、現実のシーンでは車両前方で、特にハイビームからフェードアウトされるべき車両や物体が運転者の目から見て小さい角度範囲を有する遠い領域をカバーするので、細かい網目寸法が有意義である。
【００４０】
これに加えてＬＥＤ１１の細かい網目寸法は、光度の高い区域を光分布に生成するためにも利用することができる。領域３０では、領域３１と同じＬＥＤ１１が狭い区域を照明するので、その区域では、領域３１のＬＥＤ１１で照明される区域よりも光度が強くなる。つまりＬＥＤ１１の網目寸法を変えることで、法律の要求事項および／または顧客の設定事項に合わせて、光分布を光度分布に関して適合化することができる。
【００４１】
図６は、本発明のライトモジュールにおける半導体光源１１の考えられる配置の第２の模式図を示している。ここでは半導体光源１１は等しい網目寸法で領域全体にわたって格子状に配分されているが、複数の半導体光源１１がライトモジュールのデバイス（支持部材）の上にまとめられている。図６は、それぞれ５つの半導体光源１１を含む４つの列をなす構造４１と、４つのＬＥＤ１１の行をなす構造４２とを示している。中央領域４３では半導体光源１１はまとめられるのではなく、個別に配置されている。複数のＬＥＤ１１をまとめることは、一方では、個々のデバイスのための電気的なエネルギー供給回線および制御回線を共同で供給することを可能にし、また他方では、さまざまに異なるモジュールの具体化を可能にし、その場合、１つのモジュールは半導体光源１１を装備するデバイスと、好ましくは同種類の複数の光学素子１２とを含んでいる。このとき１つの観点は、光分布の側方領域と前方領域でハイビーム分布の広い領域をフェードアウトすることに意義があり、そのためには、領域４１および４２が格別によく適しているということである。
【００４２】
製造技術上、従来技術から知られているライトモジュールの光分布では、互いに相対間隔をおいたＬＥＤ１１の配置に基づき、図７に示すような暗い格子線がＬＥＤ１１の個々の結像５０の間で生じることになる。このようなＬＥＤ１１の結像５１の間の格子線５２を防止するために、本発明では光アレイ１３の光学素子１２は、互いに接する半導体光源１１から射出される光のぼやけもしくは混合が生じるように構成されている。ただし、このとき比較的わずかな「クロストーク」だけが許容される。さもないと状況によっては、暗くした領域５１へ隣接する結像５０から多すぎる光が入ってきて、対向してくる交通関与者の眩惑を確実に排除することができなくなるからである。クロストークの最大の角度は、個々の光学素子１２の角直径を明らかに下回っているべきである。さもないと、的確に非作動とされた半導体光源もしくは光度に関して制限された半導体光源の溶暗が起こってしまうからである。このような現象は、たとえば部分ハイビームの具体化にあたって望ましくないのは当然である。クロストークの最大の角度はたとえば約０．２３°の程度である。
【００４３】
半導体光源１１から射出される光の均一化を実現するには、光アレイ１３の光学素子１２が、ＬＥＤ１１から射出される光を結像５０の側方領域へ、および特に結像５０の角部分へ誘導することが必要である。この目的のために、本発明によると光学素子１２と投影レンズ構造１７は、各々の光学素子１２が投影レンズ構造１７と協働してライトモジュールの全体的光分布の個別領域５０を生成するように構成されることが提案される。全体的光分布は、個々の個別領域５０が組み合わされてなっている。各々の個別領域５０は、中央の中核領域６０と縁部領域６１とを有する。中核領域６０は個々の光学素子１２によってほぼ均等に照明されており、ここでの「均等に」とは、「ほぼ一定に」または「一方向への連続するわずかな増減をもって」を意味することができる。隣接する光学素子１２の個別領域５０は、ライトモジュールの均一化された全体的光分布が生じるように、それぞれの縁部領域６１で互いに接しており、もしくは少なくとも部分的に的確に重なり合っている。互いに接する個々の領域５０、５０’、５０’’が、図８に一例として図示されている。
【００４４】
光学素子１２は、縁部領域６１、６１’、６１’’が半径方向に生成され、隣接する個別領域５０、５０’、５０’’の縁部領域６１、６１’、６１’’に入り込んで延びるように、投影レンズ１７の焦点もしくは焦点面に対して焦点合わせされた状態で配置されているのが好ましい。その代替または追加として、投影レンズ構造１７の的確な構造化によって、縁部領域６１、６１’、６１’’の少なくとも部分的な重なり合いを形成することができる。最後に、光学素子１２により生成される別個の縁部領域５０、５０’、５０’’の領域６１、６１’、６１’’の長さが、光射出方向１６に見て光学素子１２の後で的確に光路に挿入された追加光学系２５によって規定されることが提案される。この追加光学系は、光導波路プレートとして構成されているのが好ましい。
【００４５】
さらに、光学素子１２から射出される部分光束による投影レンズ１７の照明、およびこれに伴うライトモジュールの全体光束の均一化を最適化するために、半導体光源１１の光学軸６２と光学素子１２の光学軸６３は的確に相互に傾いており、および／またはシステム全体の光学軸１６（もしくは投影レンズ１７の光学軸）に対して傾いていることが提案される。このとき、個々の半導体光源１１の光学軸６２および／または光学素子１２の光学軸６３の傾きの程度と方向は等しく構成されていてよく、または別様に構成されていてよい。
【００４６】
図９には、本発明によるライトモジュールの光分布の一部分の模式図が示されている。この光分布は、公知のライトモジュールの光分布（図７参照）よりも明らかに明瞭さの低い格子線構造を有する様子が格別にはっきりと分かる。特に、ＬＥＤ１１の個々の結像５０の間の格子線５２は非常に細く薄くなっており、全体的光分布において事実上認めることがほぼできない。薄い格子線５２は、図９では、従来技術（図７参照）との相違を明示するために図示しているにすぎない。実際には、本発明によるライトモジュールの全体的光分布における格子線構造は認めることができない。
【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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