JP6999064B2 - 自動車投光装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車投光装置に関する。

現今の投光装置（前照灯等）システムの発展において、光像を道路に投射可能にすることについての要望が重要な位置を占めることが増々多くなっているが、この場合、光の生成の効率は自動車投光装置の品質及び経済性のために重要である。そのために、種々の投光装置、例えば、道路に複数の異なる光像を形成する主及び付加投光装置が使用される。概念「道路」はここでは説明の簡単化のために使用される。なぜなら、光像が現に道路上に（路面に）（のみ）存在しているか又は更には道路（路面）を超えてその上方にも延伸（存在）しているかについては場所的（現場の）状態に依存することは明らかであるからである。基本的に、（本書で）使用される意味における光像は、自動車照明技術に関係する関連法規に適合する垂直面への投影に相当する。

ここで検討するタイプの自動車投光装置の一例は本出願人のＡＴ５１１７６０Ｂ１に開示されている；図１には、その光学コンポーネントが模式的形状で示されている。従来のタイプの投光装置１０は例えば部分遠方ライト（部分ハイビーム）機能のための光分布を生成する。このために、投光装置は、（図１に円で象徴的に示されている）ライトモジュール１２に保持・位置決めされている光源１１と、コリメータ光学系４０と、絞り５０と、例えば単一レンズ６０として構成されている投射光学系を含む。光源１１から出射する光はコリメータ光入射面４２においてコリメータ光学系４０に入力される。例えば導光指状体（Lichtleitfinger）の形のコリメータとして構成されたコリメータ光学系は、光を集束し、コリメータ光出射面４１を介して（貫通して）出射させるために役立つ。コリメータ４０は、光源１２がコリメータ入射側焦点に位置するよう、位置決めされている；絞り５０は、当該絞り５０がコリメータ出射側焦点距離に位置するよう、コリメータ４０に対して配置されている。かくして、光像は絞り５０の面に形成され、絞りは光像の一部を遮光するよう構成されている。絞り５０の光路には、絞り５０の位置における光像に対し或る距離をなして位置する投射光学系６０が後置（下流に配置）されているが、この距離は投射光学系６０の焦点距離（より正確には：入口側焦点距離）に相当する。投射光学系６０は、光像を自動車投光装置１０の放射方向に投射して、所望のタイプの光分布（配光パターン）を投射面（例えば道路）に形成するよう構成されている。

ＡＴ ５１１７６０ Ｂ１

このタイプの自動車投光装置では、光源によって生成される光が可及的に効率的に成形され、集束され、光像として道路に投射されることが望まれる。この場合、レンズは、しばしば、過度に高価であるか又はその透光特性のために制限的である。更に、所定の構造では、不所望の色収差が生じ得る。更なる重要な問題は、光学コンポーネントにとっての光源のアクセス性であるが、これは光源及びそのサプライコンポーネント（電気供給ケーブル、冷却器）の構造のためにしばしば困難である。これに関連して、光源には、とりわけ光源がレーザ光源の場合、熱が発生し、これによって、投光装置の他のコンポーネント、とりわけ光学系の必須の幾何形状の故に光源の下流側に位置付けられなければならないコリメータ光学系のような光成形コンポーネントが、熱損傷を被り得る。

本発明の課題は上記の欠点を克服することである。

本発明の一視点により、自動車投光装置が提供される。該自動車投光装置は、
光を放出するよう構成された光源、
第１焦点及び第２焦点を有する楕円面リフレクタ、但し、楕円面リフレクタは、光源から第１焦点を介して入射された光を第２焦点へと集光し、リフレクタ光出射開口を介して出射させるよう構成されている、
コリメータ光入射面及びコリメータ光出射面を有するコリメータ、但し、リフレクタ光出射開口はコリメータ光入射面の前方のコリメータの入射側焦点距離の所に配置されており、コリメータには当該コリメータの出射側焦点距離の所に第１像面が割り当てられており、及び、コリメータは楕円面リフレクタから出射した光を第１像面の方向へ集光して光ビームを形成し、そこに光像を形成するよう構成されている、及び、
第２像面が入口側焦点距離の所に割り当てられている投射光学系、但し、第１像面と第２像面は交差するか又は重なり合っており、投射光学系は光像を自動車投光装置の放射方向へ投射するよう構成されている、
を含み、
コリメータと投射光学系の間の光ビームの光路に、少なくとも１つの光学的有効エッジを有する光学素子が位置付けられており、該光学素子は光ビームが部分的に投射光学系に到達するよう当該光ビームを該少なくとも１つの光学的有効エッジによって境界付けるよう構成されており、及び、光学素子は第１及び／又は第２像面が当該光学素子を貫通して延在するよう配置されていることを特徴とする（形態１）。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
（形態１）上記本発明の一視点参照。
（形態２）形態１の自動車投光装置において、前記少なくとも１つの光学的有効エッジは直線的に延伸し、実質的に水平に配向されていることが好ましい。
（形態３）形態１又は２の自動車投光装置において、自動車投光装置ないし光学素子は、夫々直線的に延伸し、かつ、自動車投光装置の減光ライト機能のための明暗境界が形成可能であるよう前記光ビームの光路に配置されている少なくとも２つのエッジを含むことが好ましい。
（形態４）形態１～３の何れかの自動車投光装置において、光源は、少なくとも１つの半導体光源又は少なくとも１つのレーザダイオードを有することが好ましい。
（形態５）形態１～４の何れかの自動車投光装置において、自動車投光装置は、更に、前記光ビームの光路に配置されており、かつ、第１波長領域を有する前記光ビームによる励起の際に、付加的に、該第１波長領域とは異なる第２波長領域を有する少なくとも１つの更なる光ビームを励起するよう構成されている光変換手段を有することが好ましい。
（形態６）形態１～５の何れかの自動車投光装置において、楕円面リフレクタは回転楕円面に従って湾曲されたリフレクタシェルとして構成されていることが好ましい。
（形態７）形態１～６の何れかの自動車投光装置において、コリメータはＴＩＲ（内面全反射）光学系であることが好ましい。
（形態８）形態１～７の何れかの自動車投光装置において、コリメータは、外周突出端部（Abstandskontur）を有するコンデンサレンズ（Sammellinse）によって構成されており、該外周突出端部はコリメータ光入射面の前方の（上流側の）コリメータ入射側焦点距離の所にある面を定義することが好ましい。
（形態９）形態８の自動車投光装置において、楕円面リフレクタの第２焦点は前記外周突出端部の面内にあることが好ましい。
（形態１０）形態１～９の何れかの自動車投光装置において、投射光学系は少なくとも１つのコンデンサレンズを有することが好ましい。
（形態１１）形態１～１０の何れかの自動車投光装置において、前記光学素子は、絞りであり、及び、前記光ビームの第１の部分を該光学素子において前記投射光学系から逸れるよう反射するか又は吸収するよう、かつ前記光ビームの第２の部分を前記少なくとも１つのエッジのそばにおいて前記投射光学系へと通過させるよう、構成されていることが好ましい。
（形態１２）形態１１の自動車投光装置において、前記光学素子は実質的に垂直に配向されて配置されていることが好ましい。
（形態１３）形態１～１０の何れかの自動車投光装置において、前記光学素子は、反射部材を有し、及び、前記光ビームの第１の部分を当該光学素子の表面における反射によって前記投射光学系へと偏向しかつ前記光ビームの第２の部分を前記少なくとも１つのエッジのそば及び前記投射光学系のそばを通過させるよう構成されていることが好ましい。
（形態１４）形態１３の自動車投光装置において、前記光学素子の表面は水平に対し、実質的に１０°～５０°又は２０°～４０°の範囲にあり又は３０°である傾斜角度をなすよう配向されて配置されていることが好ましい。
（形態１５）形態１３又は１４の自動車投光装置において、前記第１像面は、前記少なくとも１つのエッジも位置する直線上で前記第２像面と交差していることが好ましい。

上記の課題は本発明の自動車投光装置によって解決される。該自動車投光装置は、
光を放出するよう構成された光源、
第１焦点及び第２焦点を有する楕円面リフレクタ（Ellipsoid-Reflektor）と、但し、楕円面リフレクタは、光源から第１焦点を介して入射された光を第２焦点へと集束し、リフレクタ光出射開口を介して出射させるよう構成されている、
コリメータ光入射面及びコリメータ光出射面を有するコリメータ、但し、リフレクタ光出射開口はコリメータ光入射面の前方（上流側）のコリメータの入射側焦点距離の所に配置されており、コリメータには当該コリメータの出射側焦点距離の所に第１像面が割り当てられており（配置されており）、及び、コリメータは楕円面リフレクタから出射した光を第１像面の方向へ集束して光ビームを形成し、そこに（即ち該第１像面に）光像を形成するよう構成されている、及び、
第２像面が入口側焦点距離の所に割り当てられている（配置されている）投射光学系、但し、第１像面と第２像面は交差するか又は重なり合っており、投射光学系は（前記光ビームによって形成されかつ好ましくは第２像面の領域にある）光像を自動車投光装置の放射方向へ投射するよう構成されている、
を含み、
コリメータと投射光学系の間の（光ビームの）光路に、少なくとも１つの光学的有効エッジ（光学的に有効なないし光学的に作用するエッジ）を有する光学素子が位置付けられており、該光学素子は該光ビームが部分的に投射光学系に到達するよう該光ビームを該少なくとも１つの光学的有効エッジによって境界付ける（制限する）よう構成されており、及び、光学素子は第１及び／又は第２像面が当該光学素子上にあるか又は当該光学素子を貫通して延在するよう配置されていることを特徴とする。

換言すれば、光学素子は、光ビームを部分的に反射又は吸収するようかつ部分的に（そのそばを）通過させるよう構成されている。

楕円面リフレクタによって、自動車投光装置における高効率な光収集ないし集束（Lichtsammlung）を創出することができる。なぜなら、当該リフレクタは光源を包囲し（周囲を取り囲み）、そのため、焦点ないし光収集のために極めて大きな空間角度を利用できるからである。これは、とりわけ、レーザ光源のランベルト放射特性と有利に組み合わせることができる。更に、楕円面リフレクタは虚（仮想）光源を、詳しくは第２焦点に、形成する。該虚光源は、リフレクタに引き続く（後続する）光学システム、とりわけ投射光学系にとって、本来の光源よりも幾何学的に（空間的に）より良好にアクセス可能である。そのため、顕著により小さいサイズのコリメータを使用することができる。更に、リフレクタ及びコリメータのために反射性コンポーネントを使用することによって、色収差は回避される。更に、楕円面リフレクタは、光源とコリメータ光学系との間に空間的距離が形成され、かくして、（レーザ）光源における熱発生の問題が軽減（ないし回避）されることを可能にする。なぜなら、光学コンポーネントを害しないより良好な排熱が保証されるからである。更に、この付加的なリフレクタによって、（光学）システムのコントラストもまた大きくなる。

回転対称の楕円面リフレクタは共役関係にある２つの焦点を有する。一方の焦点から出た光は、反射後、他方の焦点を通過する。この楕円面形状によって、全放射光のうち、球面ミラーないし従来のレンズシステムと比べて、遥かにより大きな部分を集めることができ、それによって、とりわけ、光の利用効率（Lichtausbeute）の改善と光分布の最大の所における明るさ値の増大がもたらされる。更に、投光装置内の小さな構造空間に良好に適合的な空間節約的な幾何学的形状（構造）も得られる。

本発明の自動車投光装置は、例えば遠方ライト（ハイビーム）、部分遠方ライト、減光ライト（ロービーム）のようなライト機能（複数）のために構成可能であるが、付加的ライト機能（複数）等のためにも構成可能である。

本発明の構造は複数の光線を（１つの）光線束（光ビーム）へと効率的に束ねる（集束する）ことを可能とし、光ビームは予め与えられた法規（法的基準）に応じて簡単な方法で成形（formen）されることができ、自動車投光装置の放射方向へ投射される。集束は、例えば半導体レーザダイオードのような特定の光源の特殊な放射特性に格別に良好に適合可能である。そのため、例えば、使用される光源の夫々の構造タイプに応じて、夫々特別に適合化されかつそれに応じて成形されると共に、（複数の）異なる寸法ないし焦点を有する楕円面から構成されるリフレクタ装置を使用することができる。

本発明の構造によって、コリメータは、従来技術においては通常であるように光源に直接的には配置されない。それによって、コリメータは熱的により小さい程度に負荷され、そのため、例えば、コリメータの材料として、従来技術においては通常のタフロン（登録商標）（Tarflon）（ポリカーボネート、ＰＣ）の代わりに、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を使用することができる。ＰＭＭＡは、タフロン（ＰＣ）とは異なり高光沢に研磨可能であるため、より低コストでありかつより少ない光を吸収する。更に、本発明の構造によって、より小型のコリメータを使用することが可能になり、かくして、材料を節約することができる。

リフレクタシステムから提供される投射システムは、コリメータと、絞りとして効果的に作動する光学素子と、例えば投射レンズの形での投射光学系とを含み、コリメータと投射レンズの焦平面は該光学素子の絞りの位置に一致する。この構造は、コリメータによって焦平面に形成される光像を光学素子を用いて好適な方法で境界付けないし画成し（カットないしトリミングし）、即ち、特定の領域を暗くし（遮光し）、そして、そのように境界付けされた光像を投射光学系によって結像することを可能にする。

以下に、上述の発明の幾つかの選択的な有利な展開形態を示す。

少なくとも１つの（光学的有効）エッジは直線的に延伸しかつ投光装置が自動車に組み込まれた（取り付けられた）状態（位置）において実質的に水平（方向）に配向されていると、好都合である。これによって、関連法規に応じた投射された光分布の境界付け（ないし画成）を簡単な方法で達成することができる。

自動車投光装置、とりわけ光学素子は、夫々直線的に延伸し、かつ、自動車投光装置の減光ライト機能のための明暗境界が形成可能であるよう光ビームの光路に配置されている少なくとも２つの（光学的有効）エッジを含むと、格別に好都合である。これによって、減光ライト機能についての関連法規（例えばＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）、ＥＣＥ（Economic Commission for Europe））に応じた投射された光分布の境界付け（ないし画成）を簡単な方法で達成することができる。

光源は少なくとも１つの半導体光源、好ましくは少なくとも１つのレーザダイオードを有すると、有利である。レーザ光源と楕円面リフレクタの組み合わせによって、自動車投光装置の格別に高い効率を達成することができる。

自動車投光装置は、更に、光ビームの光路に配置されており、かつ、第１波長領域を有する光ビームによる励起の際に、付加的に、該第１波長領域とは異なる第２波長領域を有する少なくとも１つの更なる光ビームを励起（活性化）するよう構成されている光変換手段を有する場合も有利である。例えば光スペクトルの非可視ＵＶ領域で放射するレーザ光源と楕円面リフレクタの組み合わせによって、非可視光スペクトルから可視光スペクトルへの変換を行う相応の光変換手段と組み合わせると、自動車投光装置の格別に高い効率と発光強度（明るさ）を達成することができる。

楕円面リフレクタは回転楕円面（Rotationsellipsoid）（正確に言えばその部分シェル（Teilschale））に従って湾曲されたリフレクタシェルとして構成されていると、好都合である。これによって、光源から放射された光を格別に効果的に（効率的に）所望のタイプの光ビームに成形することができる。

コリメータはＴＩＲ（内面全反射）光学系である場合、格別にコスト的に好都合な実施形態が得られる。

更に、コリメータは外周突出端部（Abstandskontur）を有するコンデンサレンズ（Sammellinse）によって構成され、該外周突出端部はコリメータ光入射面の前方の（上流側の）コリメータ入射側焦点距離の所にある面を定義（規定）するよう構成されていると、好都合である。これによって、コリメータと例えば楕円面リフレクタが固定されている支持部材との間の正確な位置合わせ（方向合わせ）を簡単な方法で達成することができる。

本発明の好ましい一展開形態では、楕円面リフレクタの第２焦点は外周突出端部の（開口部の）面（端面）内にあり、これによって、楕円面リフレクタとの格別に簡単な固定が可能になる。

更に、投射光学系は少なくとも１つのコンデンサレンズを有することが好ましく、これによって、コスト的に好都合な構造を簡単な方法で創出することができる。

本発明の一展開形態では、光学素子は絞りであり、及び、該絞りは光ビームの第１の部分を該光学素子において投射光学系から逸れる（離れる）よう反射するか又は吸収するよう、かつ、該光ビームの第２の部分を少なくとも１つの（光学的有効）エッジのそばにおいて投射光学系へと通過させるよう、構成されている。これによって、光ビームは、投射される所望の光像に対する要求に応じて簡単な方法で成形されることができる。

この場合、付加的に、光学素子は、投光装置が自動車に組み込まれた状態（配向）において、実質的に垂直（方向）に配向されて配置されるよう構成されていると、有利であり得る。

本発明の1つの代替的展開形態では、光学素子は当該光学素子が反射部材を含むか又はそもそもリフレクタであるよう構成されており、及び、当該（反射）部材／当該リフレクタは光ビームの第１の部分を当該光学素子の表面における反射によって投射光学系へと偏向しかつ該光ビームの第２の部分を少なくとも１つの（光学的有効）エッジのそば及び投射光学系のそばを通過させるよう構成されている。これによって、光ビームは、投射される所望の光像に対する要求に応じて簡単な方法で成形されることができる。

この場合、付加的に、光学素子の表面は、投光装置が自動車に組み込まれた状態（配向）において、水平に対し或る傾斜角度をなすよう配向されて配置されており、該傾斜角度は実質的に１０°～５０°、好ましくは２０°～４０°の範囲にあり、格別に好ましくは３０°であると、有利であり得る。

この場合、第１像面は少なくとも１つの（光学的有効）エッジも位置する直線上で第２像面と交差している場合も、有利であり得る。

本発明の上記の各実施形態及び展開形態は相互に組み合わせ可能である。

投光装置は、例えばとりわけＰＫＷ（乗用車）又はオートバイのような自動車における有用な使用を可能にする上記において説明されていない他の多くの部分も含むことは当業者には明らかであるが、これらについては明快性の観点から詳説しない。

以下において、本発明及び更なる利点を添付の図面に示されている非限定的実施例を用いて詳細に説明する。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら本発明の理解を助けるためのものであり、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。

従来技術に相当する、コリメータと絞りを有する自動車投光装置の光学系の模式的斜視図。 本発明の第１実施形態の模式的斜視図。 本発明の第２実施形態の模式的斜視図。 図２の第１実施形態の模式的側面図。 図３の第２実施形態の模式的側面図。 図１の投光装置（従来技術）の投光装置光学系について生成されたレーザ・部分遠方ライト（部分ハイビーム）の一例のシミュレート光像。 図２の投光装置の投光装置光学系について生成されたレーザ・部分遠方ライトの一例のシミュレート光像。 図３の投光装置の投光装置光学系について生成されたレーザ・部分遠方ライトの一例のシミュレート光像。

図２～図８を参照して、本発明の幾つかの実施例を詳細に説明する。とりわけ、本発明にとって投光装置の重要な部分（部材）が示されているが、投光装置は、とりわけＰＫＷ又はオートバイのような自動車における有用な使用を可能にする不図示の更に多くの他の部分（部材）を含んでいることは明らかである。従って、例えば種々の部材のための冷却装置、制御用電子装置、更なる光学素子、機械的調節装置ないし支持部材は、明快性の観点から、図示されていない。

種々の部材の以下に示す配向は、投光装置が自動車に組み込まれた状態（配向）における方向に関する。他の組込状態（配向）による他の配置も勿論可能である。

図２と図４は、光を放出するよう構成されている光源１１０を含む自動車投光装置（前照灯等）１００の第１実施例を示す。光源１１０はライトモジュール１２０内において定義された、場合によっては調節可能な位置において支持されている。

生成可能な光分布（配光パターン）はとりわけ部分遠方ライト（部分ハイビーム）機能に適合化されている。

更に、放出された光が入力（入射）されるリフレクタ光入射点１３１を有する楕円面リフレクタ１３０と、その輪郭が好ましくは図示の実施例では、例えば、実質的に垂直に配向されている面内にあるリフレクタ光出射開口部１３２とが図示されている。楕円面リフレクタ１３０は、光源１１０から入力（入射）された光をリフレクタ光出射開口部１３２の方向へ偏向するよう構成されている。同時に、この光はリフレクタ１３０の第２焦点を通るよう集束されるが、これによって、該光を光ビームに成形することが達成される。光を（１つの）焦点に又は該焦点の周りの小領域に集束することによって、点光源用に設計されているコリメータを（以下に説明するように）、本来の光源１１０をコリメータの入力側焦点に配置することを要することなく、使用することが可能になる；その代わりに、該入力側焦点には、リフレクタ１３０の第２焦点１３３に位置する虚（仮想の）光源が存在する。図面には、光ビーム（光線束）全体の代わりに、放出された光のうちの単独の光線１１１の軌道（光路）のみが示されている。この光線は図示の投光装置における光路を代表している。

リフレクタ光入射点は、好都合には、当該リフレクタ光入射点が楕円面の第１焦点（Brennpunkt/Fokalpunkt）と実質的に一致するよう選択される。光源が点状としてみなすことができない場合、例えばレーザ光源の面発光（蛍光）体が使用される場合、通常は、面光源の最も明るい点を焦点に位置付けると好都合である。

楕円面リフレクタ１３０の第２焦点を通って集束された光はリフレクタ光出射開口部１３２を通って出射する。かくして、良好に定義された光ビーム（光線束）が生成する。第２焦点１３３から出発しリフレクタ１３０を離れる光ビームは大きな発散を有する（大きく拡開される）が、そのため、光を新たに集束するために、好都合には、例えばコリメータ１４０のような付加的光学素子が使用される。

コリメータ光入射面１４１とコリメータ光出射面１４２を有し、かつ、コリメータ入射側焦点距離１４５とコリメータ出射側焦点距離１４６を有するコリメータ１４０が設けられることが好ましい。コリメータ入射側焦点はコリメータ光入射面１４１中心点からコリメータ入射側焦点距離１４５隔てた所に位置し、コリメータ出射側焦点はコリメータ光出射面１４２（の中心点）に対しコリメータ出射側焦点距離１４６隔てた所に位置する。

コリメータ出射側焦点距離１４６（隔てた所）には第１像面１７０が位置する。コリメータ１４０は、更に、図示の実施例に示されているように、楕円面リフレクタ１３０から入射する光ビームを合焦（収束）し、第１像面１７０の方向へ向けるよう構成されることができる。そこで即ち第１像面１７０において、光像がコリメータによって成形される。このために、リフレクタ１３０の第２焦点がコリメータ入射側焦点に（コリメータ入射側焦点距離１４５隔てた所に）あると好都合である。

投射光学系１６０は、上記光像に対し、投射光学系１６０の焦点距離（より正確には：入口側焦点距離）１６１に相当する距離の所に配置されている。従って、入口側焦点距離１６１の関連焦点（それに属する焦点）はこの実施例では第１像面１７０と一致する第２像面１８０に位置する。投射光学系１６０は、光ビームによって生成されかつ第２像面１８０に生じる光像を自動車投光装置１００の放射方向へ投射（投影）するよう、構成されている。

一般的に、第１像面１７０と第２像面１８０は互いに交差するか又は重なり合う。

光ビームの光路には、コリメータ１４０と投射光学系１６０の間に、２つの光学的に有効な（光学的に作用する）エッジ（光学的有効エッジないし光学的作用エッジ）１５１、１５２を有する光学素子１５０が配置されている。第１実施例では、光学素子１５０は絞りである。絞り１５０については以下に詳細に説明する。

光学素子１５０は、光ビームを少なくとも１つの光学的有効エッジ１５１、１５２によって境界付け（画成）し、それによって該光ビームが部分的に投射光学系１６０に到達するよう、即ち該光ビームを部分的に反射又は吸収しかつ部分的に通過させるよう、構成されており、光学素子１５０は、第１像面１７０と第２像面１８０が当該光学素子１５０上に位置するよう、配置されている。

両方の（光学的有効）エッジ１５１及び１５２（図２）は直線的に延伸し、エッジ１５１は、認可規定（Zulassungsbestimmungen）及び法規（基準）に規定されているように、自動車投光装置が自動車に組み込まれた状態（配向）において、実質的に水平（方向）に配向されている。エッジ１５１、１５２は互いに対し関連法規（例えばＳＡＥ又はＥＣＥ）に応じて規定されている角度をなして延在している。投射される光像に所望の輪郭を形成するために、例えば３つの（光学的有効）エッジ又は更には４つ以上の（光学的有効）エッジも、法規に従って、必要になり得る。（これらの）エッジは自由に形状形成（成形）されている（freigeformt）、即ち、非直線的に延伸している場合も、目的に適い得る。

自動車投光装置は、夫々直線的に延伸し、かつ、自動車投光装置の減光ライト（ロービーム）機能のための明暗境界が形成可能であるよう光ビームの光路に配置されている２つのエッジを有することができる。

光源１１０は、好ましくはレーザダイオードである半導体光源を有する。

任意的に、自動車投光装置１００は、更に、光ビームの光路に配置され、かつ、第１波長領域を有する光ビームによる励起時に付加的に該第１波長領域とは異なる第２波長領域を有する少なくとも１つの更なる光ビームを励起するよう構成された光変換手段（不図示）を有する。この光変換手段は、非可視光領域を可視光領域へ変換するために使用可能であり、或いは、光線の純粋な色変化のために、例えば赤色スペクトル成分と緑色スペクトル成分を相応の付加的な光ビームによってレーザ光源の本来的に励起される青色光ビームに加えることにより混色して白色光ビームを生成するために使用可能である。この特徴（視点：Aspekt）は図面には示されていない。

光変換手段は、例えば、レーザ光源の放射面に直接的に配すること又は光学レンズの面に配することが可能である。

楕円面リフレクタ１３０は、３軸に関して湾曲された楕円面（Ellipsoid）の形のリフレクタである。尤も、楕円面リフレクタ１３０の形状は、例えば特殊な光源の放射パターンへの適合化を考慮するために、厳密には楕円面とは異なっており、それによって、光の利用効率（Lichtausbeute）の改善を図ることができる。

図示の実施形態では、コリメータ１４０はＴＩＲ光学系（ＴＩＲレンズ）によって構成されている。これによって、楕円面リフレクタ１３０から発する光利用効率を更に増大することができる。変形形態では、コリメータの他の構成は可能であり、使用例に応じて有用であり得る。

コリメータ１４０は例えば外周突出端部（Abstandskontur）１４３を有するコンデンサレンズとして構成されており、外周突出端部１４３は、コリメータ入射側焦点（コリメータ入射側焦点距離１４５）が存在する面を定義（規定）する。

外周突出端部１４３は、好ましくは、例えばその（開口部の）面（端面）がリフレクタ光出射開口部１３２と一致するよう、リフレクタ光出射開口部１３２に対して位置合わせされる。これは、例えば、投光装置の組立中に、コリメータの入射側焦点と投光装置１００の他の部分を簡単な方法で位置合わせするために役立つ。かくして、外周突出端部１４３は、例えば楕円面リフレクタ１３０を保持するホルダに配される（載置される）ことができ、これによって、両方の光学系１３０及び１４０の互いに対する（位置）調節が行われる。

外周突出端部１４３は（横断面において）リング状でありかつコリメータの光軸に対しコンセントリック（同心）に配置されることが好ましい。例えば組立状態においてリフレクタ光出射開口部１３２も延在する面を定義（規定）する仮想の外周突出端部が延在する３点支持部（Dreipunkt-Auflage）のような特殊な支持部材に適合化された外周突出端部１４３の他の形状（デザイン）も可能である。

投射光学系１６０はこの例ではコンデンサレンズによって構成されているが、例えば導光素子（Lichtleitelemente）を含むことも可能である。

光学素子１５０は、この第１実施例では絞り（Blende）であり、光ビームの第１の部分を当該光学素子１５０において投射光学系から逸れる（離れる）よう反射するか又は吸収しかつ光ビームの第２の部分をエッジ１５１、１５２のそばにおいて投射光学系１６０へと通過させるよう構成されている。

絞り１５０は反射性又は吸収（吸光）性に構成可能である。例えば、吸収性コーティングを絞りの表面に配することができる。投光装置１００内での単一又は多重反射による投射光学系１６０の方向への不所望の反射を回避するために、自動車投光装置１００の投光装置ハウジングの内部の更なる面（複数）を同様に吸収性に構成することができる。絞り１５０を、例えば絞り１５０のミラー化表面（鏡面）によって、反射性に構成することも有用であり得る。反射された光は、例えば、投光装置１００内における単一又は多重反射による投射光学系１６０の方向への不所望の反射を目標通りに抑制するために、投光装置１００内の吸収性部位へと目標を定めて向けられることができる；尤も、ある光成分（複数）が照明領域（複数）の光像に寄与するよう、当該光成分も偏向することができ、これによって、効率は増大する。

絞りの形での光学素子１５０は、投光装置が自動車に組み込まれた状態（位置）において、実質的に垂直に配向されて配置されている。

この開示において、「実質的に垂直に配向されて」とは、垂直から±１０°まで、好ましくは±５°までずれ得る（各面ないし絞り１５０の）角度位置を意味するものとする。正確な角度位置は、とりわけ、エッジ１５１、１５２がシャープに結像される必要があるライト機能を実行する場合、例えば明暗境界を有する減光ライト（ロービーム）ライト機能の場合、重要である。他のライト機能の場合、垂直から±２５°までずれ得る角度位置を選択することができる。

光学素子１５０は、絞りシャフト（ないし絞りディスク：Blendenwelle）の形で回転可能に配置された複数の絞りであって、その都度絞りシャフトの１つの絞りのみが光ビームの光路において光学的に活性ないし有効であるものを含むことが可能である。絞りシャフトは複数のライト機能、例えば投光装置１００の減光ライト（ロービーム）又は遠方ライト（ハイビーム）のライト機能を実現することができる。

回転可能な絞りシャフトは、第１像面１７０ないし第２像面１８０に位置する回転軸を有することが好ましい。

図４には、光源１１０から放出される光線１１１が例示的に示されている。勿論、光源１１０は、集束されない更なる複数の光線、例えば拡散光を、当該光源に特異的な放射パターンで放出する。光線１１１は、リフレクタ光入射点１３１において（第１焦点において）楕円面リフレクタ１３０へ入力（入射）され、反射性表面において反射され、楕円面リフレクタ１３０の第２焦点を通って進行し、リフレクタ光出射開口部１３２において再び出力（出射）される。リフレクタ光入射点１３１は、点状光源１１０（ないし上述したように光源の強度（明るさ）が最も大きい部位）が位置付けられている第１焦点に相当する。楕円面リフレクタ１３０によって、放出された光の個別光線（複数）の（１つの）光ビームへの第１の（最初の）集束が行われる。

コリメータ１４０は光ビームを更に集束し、該光ビームを絞り１５０も位置する仮想の第１像面１７０において合焦する。

光ビームは、投射（投影）光学系１６０によって、仮想の第２像面１８０を形成するその焦点面（焦平面）から投光装置１００の放射方向へ投射（投影）される。投射光学系１６０の焦点面における絞り１５０及び両エッジ１５１、１５２の配置によって、両エッジ１５１、１５２によって形成される輪郭（境界）はシャープに結像される。

図３と図５は本発明による自動車投光装置２００の第２実施例を示す。第１実施例との相違は、主として、光学素子２５０がリフレクタとして構成された部材を含む点にある。図２及び図４の実施例についての説明は、以下から相違が明らかとならない限りにおいて、その意味に応じて同じ態様で図３及び図５の第２実施例についても当て嵌まり、図面参照符号については、（第１実施例の図面参照符号の１の代わりに）夫々先頭の数字が２の対応する数字が使用される。

リフレクタ２５０は、２つのエッジ（辺）２５１及び２５２（図３）を有し、及び、光ビームの第１の部分を光学素子２５０の表面における反射によって投射光学系２６０へと偏向しかつ光ビームの第２の部分を両エッジ２５１、２５２のそば及び投射光学系２６０のそばを通過させるよう、構成されている。換言すれば、リフレクタ２５０は、光ビームが部分的に（のみ）投射光学系２６０へ導かれるよう、当該光ビームに影響を及ぼすことができる。

リフレクタ２５０は、例えばリフレクタ２５０のミラー化表面（鏡面）によって構成可能である。光ビーム（光線束）のうちのリフレクタ２５０のそばを通過する光線（複数）が到達する投光装置２００の部位（複数）は、投光装置２００内における単一又は多重反射により投射光学系２６０の方向へ反射される不所望の光を目的通りに抑制するために、有利には、例えば別個の吸収（吸光）部材２５５の形で、吸収（吸光）性に構成されることができる。同様に、例えば投射軸の方向への不所望の反射（Spiegelungen）を抑制するために、投光装置２００内の内部側に位置する投射光学系２６０の表面に付加的な絞りを配すること（不図示）も可能である。代替的に、例えば吸収部材２５５の代わりに、投光装置の内部の吸収（吸光）が行われる部位へと光線を偏向するために、更なるミラー部材を配することも可能であろう。

付加的に、リフレクタの形での光学素子２５０の表面は、水平に対して、実質的に１０°～５０°、好ましくは２０°～４０°の範囲の、特に好ましくは３０°の傾斜角度２５３をなすように配向されて配置されている。

第１像面２７０は、エッジ２５１も（そこに）位置する直線において（をもって）第２像面２８０と交差する。

第２実施例における光源２１０、ライトモジュール２２０、楕円面リフレクタ２３０（これに属するリフレクタ光入射点２３１、リフレクタ光出射開口部２３２及び第２焦点２３３を含む）及びコリメータ２４０の配置は第１実施例のものに相当するが、これらのコンポーネントは第１実施例と比べると、自動車投光装置２００にとって好都合な組込状態において投射光学系２６０を貫通通過するよう光ビームを反射することを可能にするために、投射光学系２６０に対して少々傾けられている。

一方では光源２１０からリフレクタ２３０を介してコリメータ２４０へ至る及び他方では投射光学系２６０から投光装置２００の外部への光線２１１の光路についての説明、更にはコリメータ及び投射光学系の焦点距離２４５、２４６、２６１についての説明は、その他の点では図４についてのものに相当する。

リフレクタ２５０が投射光学系２６０の焦点面に位置する部位が１つの直線のみ即ち第１像面２７０と第２像面２８０の交線のみであることに応じて、エッジ２５１が該直線にあると有利であり得るが、これによって、エッジ２５１によって形成される輪郭（境界）はシャープに結像される。

リフレクタ２５０の他の部位については、エッジ２５２も含め、この場合、シャープには結像されることはできない。そのため、本発明のこの第２実施形態は上記のライト機能の全てには使用可能ではない。

第２実施形態による本発明の一構造は他のライト機能の光利用効率の向上に役立つ。

リフレクタ２５０は、例えば自動車投光装置２００の照明距離の調節を実現するために、回転可能に（軸受）支持されて配置されることができる。その際、傾斜角度２５３は例えば手動で又は自動車システムにより電子的に制御又は調節されることができる。傾斜角度２５３は第１像面２７０と第２像面２８０の交線に位置する直線を中心軸として回転可能であることが好ましい。

本発明の格別な使用は、部分遠方ライト（部分ハイビーム）のための光分布（配光パターン）のシミュレーションによる例示的光像を夫々示す図６～図８を用いても説明することができる。このシミュレーションは、本出願人によって、各投光装置のシミュレート光像を結果として獲得するために、図６～図８に示された投光装置光学系の各々についてコンピュータ支援のもとで実行されたものである。各光像は、運転者から見た、各投光装置によって生成される空間角度に依存する光分布を記述するが、横軸と縦軸は夫々光像の中心からのずれ（距離）に応じて度（°）の単位が記載されている。各光像の右辺の目盛は、ｃｄ（カンデラ）の単位で与えられた強度（明るさ）分布に使用されるグレー値（グレースケール）を表す。明確性のために、夫々、明るさの等値線（等高線）が記載（プロット）されているが、幾つかの等値線には、付加的に、その明るさ値が単位ｃｄで与えられている。

図６は、従来技術に対応する即ち光源に直接後置されたコリメータを有する図１に示された投光装置構造について生成された光像の一例を示す。

図７は、本発明による楕円面リフレクタと垂直（配置）絞りを有するコリメータを備えた図２及び図４に示した本発明による投光装置について生成された光像の一例を示す。

図８は、本発明による楕円面リフレクタとリフレクタとして作動する絞り部材を備えた図３及び図５に示した本発明による投光装置について生成された光像の一例を示す。

図７ないし図８の光分布と図６の光分布とを対比することにより、楕円面リフレクタを備える本発明によるシステムは、従来技術による光分布（図６）よりもほぼ２倍大きい明るさ最大値を有し、更には、該最大値の周りに一層良好に（明るさが）集中している光分布（図７ないし図８）を有することが明らかになる。

以下に、本発明の可能な態様を示す。
［付記１］自動車投光装置。該自動車投光装置は、
光を放出するよう構成された光源、
第１焦点及び第２焦点を有する楕円面リフレクタ、但し、楕円面リフレクタは、光源から第１焦点を介して入射された光を第２焦点へと集光し、リフレクタ光出射開口を介して出射させるよう構成されている、
コリメータ光入射面及びコリメータ光出射面を有するコリメータ、但し、リフレクタ光出射開口はコリメータ光入射面の前方のコリメータの入射側焦点距離の所に配置されており、コリメータには当該コリメータの出射側焦点距離の所に第１像面が割り当てられており、及び、コリメータは楕円面リフレクタから出射した光を第１像面の方向へ集光して光ビームを形成し、そこに光像を形成するよう構成されている、及び、
第２像面が入口側焦点距離の所に割り当てられている投射光学系、但し、第１像面と第２像面は交差するか又は重なり合っており、投射光学系は光像を自動車投光装置の放射方向へ投射するよう構成されている、
を含む。
コリメータと投射光学系の間の光ビームの光路に、少なくとも１つの光学的有効エッジを有する光学素子が位置付けられており、該光学素子は光ビームが部分的に投射光学系に到達するよう当該光ビームを該少なくとも１つの光学的有効エッジによって境界付けるよう構成されており、及び、光学素子は第１及び／又は第２像面が当該光学素子を貫通して延在するよう配置されている。
［付記２］上記の自動車投光装置において、前記少なくとも１つの光学的有効エッジは直線的に延伸し、実質的に水平に配向されている。
［付記３］上記の自動車投光装置において、自動車投光装置ないし光学素子は、夫々直線的に延伸し、かつ、自動車投光装置の減光ライト機能のための明暗境界が形成可能であるよう前記光ビームの光路に配置されている少なくとも２つのエッジを含む。
［付記４］上記の自動車投光装置において、光源は、少なくとも１つの半導体光源、好ましくは少なくとも１つのレーザダイオードを有する。
［付記５］上記の自動車投光装置において、自動車投光装置は、更に、前記光ビームの光路に配置されており、かつ、第１波長領域を有する前記光ビームによる励起の際に、付加的に、該第１波長領域とは異なる第２波長領域を有する少なくとも１つの更なる光ビームを励起するよう構成されている光変換手段を有する。
［付記６］上記の自動車投光装置において、楕円面リフレクタは回転楕円面に従って湾曲されたリフレクタシェルとして構成されている。
［付記７］上記の自動車投光装置において、コリメータはＴＩＲ（内面全反射）光学系である。
［付記８］上記の自動車投光装置において、コリメータは、外周突出端部（Abstandskontur）を有するコンデンサレンズ（Sammellinse）によって構成されており、該外周突出端部はコリメータ光入射面の前方の（上流側の）コリメータ入射側焦点距離の所にある面を定義する。
［付記９］上記の自動車投光装置において、楕円面リフレクタの第２焦点は前記外周突出端部の面内にある。
［付記１０］上記の自動車投光装置において、投射光学系は少なくとも１つのコンデンサレンズを有する。
［付記１１］上記の自動車投光装置において、前記光学素子は、絞りであり、及び、前記光ビームの第１の部分を該光学素子において前記投射光学系から逸れるよう反射するか又は吸収するよう、かつ前記光ビームの第２の部分を前記少なくとも１つのエッジのそばにおいて前記投射光学系へと通過させるよう、構成されている。
［付記１２］上記の自動車投光装置において、前記光学素子は実質的に垂直に配向されて配置されている。
［付記１３］上記の自動車投光装置において、前記光学素子は、反射部材を有し、及び、前記光ビームの第１の部分を当該光学素子の表面における反射によって前記投射光学系へと偏向しかつ前記光ビームの第２の部分を前記少なくとも１つのエッジのそば及び前記投射光学系のそばを通過させるよう構成されている。
［付記１４］上記の自動車投光装置において、前記光学素子の表面は水平に対し、実質的に１０°～５０°、好ましくは２０°～４０°の範囲にあり、格別に好ましくは３０°である傾斜角度をなすよう配向されて配置されている。
［付記１５］上記の自動車投光装置において、前記第１像面は、前記少なくとも１つのエッジも位置する直線上で前記第２像面と交差している。

１０、１００、２００ 自動車投光装置
１１、１１０、２１０ 光源
１１１、２１１ 光線
１２、１２０、２２０ ライトモジュール、光源ホルダ
１３０、２３０ 楕円面リフレクタ
１３１、２３１ リフレクタ光入射点（第１焦点）
１３２、２３２ リフレクタ光出射開口部
１３３、２３３ 第２焦点
４０、１４０、２４０ コリメータ
４１、１４１、２４１ 光入射面
４２、１４２、２４２ 光出射面
１４３、２４３ 外周突出端部
５０、１５０ 光学素子、絞り
１５１、１５２、２５１、２５２ エッジ（ないし辺）
２５０ 光学素子、リフレクタ
２５３ 傾斜角度
２５５ 吸収（吸光）部材
６０、１６０、２６０ 投射（投影）光学系
１４５、２４５ コリメータの入射側焦点距離
１４６、２４６ コリメータの出射側焦点距離
１６１、２６１ 投射光学系の入口側焦点距離
１７０、１８０、２７０、２８０ 像面

Claims (15)

1. 光を放出するよう構成された光源（１１０、２１０）、
   第１焦点及び第２焦点を有する楕円面リフレクタ（１３０、２３０）、但し、楕円面リフレクタ（１３０、２３０）は、光源（１１０、２１０）から第１焦点（１３１、２３１）を介して入射された光を第２焦点へと集光し、リフレクタ光出射開口（１３２、２３２）を介して出射させるよう構成されている、
   コリメータ光入射面（１４１、２４１）及びコリメータ光出射面（１４２、２４２）を有するコリメータ（１４０、２４０）、但し、リフレクタ光出射開口（１３２、２３２）はコリメータ光入射面（１４１、２４１）の前方のコリメータの入射側焦点距離（１４５、２４５）の所に配置されており、コリメータには当該コリメータの出射側焦点距離（１４６、２４６）の所に第１像面（１７０、２７０）が割り当てられており、及び、コリメータ（１４０、２４０）は楕円面リフレクタ（１３０、２３０）から出射した光を第１像面（１７０、２７０）の方向へ集光して光ビームを形成し、そこに光像を形成するよう構成されている、及び、
   第２像面（１８０、２８０）が入口側焦点距離（１６１、２６１）の所に割り当てられている投射光学系（１６０、２６０）、但し、第１像面（１７０、２７０）と第２像面（１８０、２８０）は交差するか又は重なり合っており、投射光学系（１６０、２６０）は光像を自動車投光装置（１００、２００）の放射方向へ投射するよう構成されている、
   を含む、自動車投光装置であって、
   コリメータ（１４０、２４０）と投射光学系（１６０、２６０）の間の光ビームの光路に、少なくとも１つの光学的有効エッジ（１５１、１５２、２５１、２５２）を有する光学素子（１５０、２５０）が位置付けられており、該光学素子（１５０、２５０）は光ビームが部分的に投射光学系（１６０、２６０）に到達するよう当該光ビームを該少なくとも１つの光学的有効エッジによって境界付けるよう構成されており、及び、光学素子（１５０、２５０）は第１及び／又は第２像面（１７０、２７０、１８０、２８０）が当該光学素子（１５０、２５０）を貫通して延在するよう配置されていること
   を特徴とする自動車投光装置。
2. 請求項１に記載の自動車投光装置において、
   前記少なくとも１つの光学的有効エッジ（１５１、２５１）は直線的に延伸し、実質的に水平に配向されていること
   を特徴とする自動車投光装置。
3. 請求項１又は２に記載の自動車投光装置において、
   自動車投光装置（１００、２００）ないし光学素子（１５０、２５０）は、夫々直線的に延伸し、かつ、自動車投光装置（１００、２００）の減光ライト機能のための明暗境界が形成可能であるよう前記光ビームの光路に配置されている少なくとも２つのエッジを含むこと
   を特徴とする自動車投光装置。
4. 請求項１～３の何れかに記載の自動車投光装置において、
   光源（１１０、２１０）は、少なくとも１つの半導体光源又は少なくとも１つのレーザダイオードを有すること
   を特徴とする自動車投光装置。
5. 請求項１～４の何れかに記載の自動車投光装置において、
   自動車投光装置（１００、２００）は、更に、前記光ビームの光路に配置されており、かつ、第１波長領域を有する前記光ビームによる励起の際に、付加的に、該第１波長領域とは異なる第２波長領域を有する少なくとも１つの更なる光ビームを励起するよう構成されている光変換手段を有すること
   を特徴とする自動車投光装置。
6. 請求項１～５の何れかに記載の自動車投光装置において、
   楕円面リフレクタ（１３０、２３０）は回転楕円面に従って湾曲されたリフレクタシェルとして構成されていること
   を特徴とする自動車投光装置。
7. 請求項１～６の何れかに記載の自動車投光装置において、
   コリメータ（１４０、２４０）はＴＩＲ（内面全反射）光学系であること
   を特徴とする自動車投光装置。
8. 請求項１～７の何れかに記載の自動車投光装置において、
   コリメータ（１４０、２４０）は、外周突出端部（Abstandskontur）（１４３、２４３）を有するコンデンサレンズ（Sammellinse）によって構成されており、該外周突出端部（１４３、２４３）はコリメータ光入射面の前方の（上流側の）コリメータ入射側焦点距離（１４５、２４５）の所にある面を定義すること
   を特徴とする自動車投光装置。
9. 請求項８に記載の自動車投光装置において、
   楕円面リフレクタの第２焦点は前記外周突出端部（１４３、２４３）の面内にあること
   を特徴とする自動車投光装置。
10. 請求項１～９の何れかに記載の自動車投光装置において、
    投射光学系（１６０、２６０）は少なくとも１つのコンデンサレンズを有すること
    を特徴とする自動車投光装置。
11. 請求項１～１０の何れかに記載の自動車投光装置において、
    前記光学素子（１５０）は、絞りであり、及び、前記光ビームの第１の部分を該光学素子（１５０）において前記投射光学系（１６０）から逸れるよう反射するか又は吸収するよう、かつ前記光ビームの第２の部分を前記少なくとも１つのエッジ（１５１、１５２）のそばにおいて前記投射光学系（１６０）へと通過させるよう、構成されていること
    を特徴とする自動車投光装置。
12. 請求項１１に記載の自動車投光装置において、
    前記光学素子（１５０）は実質的に垂直に配向されて配置されていること
    を特徴とする自動車投光装置。
13. 請求項１～１０の何れかに記載の自動車投光装置において、
    前記光学素子（２５０）は、反射部材を有し、及び、前記光ビームの第１の部分を当該光学素子（２５０）の表面における反射によって前記投射光学系（２６０）へと偏向しかつ前記光ビームの第２の部分を前記少なくとも１つのエッジ（２５１、２５２）のそば及び前記投射光学系（２６０）のそばを通過させるよう構成されていること
    を特徴とする自動車投光装置。
14. 請求項１３に記載の自動車投光装置において、
    前記光学素子（２５０）の表面は水平に対し、実質的に１０°～５０°又は２０°～４０°の範囲にあり又は３０°である傾斜角度（２５３）をなすよう配向されて配置されていること
    を特徴とする自動車投光装置。
15. 請求項１３又は１４に記載の自動車投光装置において、
    前記第１像面（２７０）は、前記少なくとも１つのエッジ（２５１）も位置する直線上で前記第２像面（２８０）と交差していること
    を特徴とする自動車投光装置。

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