JP6239265B2 - ロー及びハイの両ビームを出力し且つ可動パーツを有さないヘッドランプ - Google Patents

Description

本発明はロー及びハイの両ビームを出力するプロジェクター型自動車用ヘッドランプに関する。

自動車にはロー及びハイの両ビームを出力するヘッドライトが装備される。ロービーム出力は通常、対向車線上の対向車へのグレアを低減させるよう、下向きとし且つ対向車両から若干逸れるよう角度付けされる。ハイビームはロービームより明るくしかもロービームにおける方向条件が無いため、対向車の無い時に向いている。ロー及びハイの各ビームの切り替えは、各ビーム相互の角度条件が異なるためヘッドランプ光量増減の如く簡単なものではない。

１９８０年代半ばまでの長期に渡り、自動車には代表的にはロー及びハイの両ビーム用のヘッドランプが個別に装備されて来た。ロー及びハイの両ビーム用の各ヘッドランプを自動車のフロント部に相互隣り合わせで装着し、各ビームの角度条件に略合致するよう適宜配光させていた。種々の理由から、１つのヘッドランプでロー及びハイの両ビームを出力させるのが望ましい。

ロー及びハイの両ビームを出力するヘッドランプ例にはプロジェクター型ランプとして知られるものがある。基本的に、プロジェクター型ヘッドランプはその代表的構成において、ソレノイドまたはその他アクチュエータにより可動のシールドまたは光バッフルを使用する。シールドはロービーム時には移動せずにランプ出力の一部を故意に遮蔽することで所望の出力角度を実現させる。ハイビーム時はシールドを遮蔽位置から移動させてビームの最大明度部分を放射させる。
既知の構成のプロジェクター型ランプは、相当する固定型パーツと比較して故障し易い可動パーツを含む点が欠点の一つとなり得る。
従って、ロー及びハイの両ビームを出力するが可動パーツを持たない構成のプロジェクター型ヘッドランプを提供することが有益であり得る。
その他の既知のヘッドランプは米国特許第７，５６３，００８号（Ｃｈｉｎｎｉａｈ他）、同第７，１３４，７７４号（Ｉｗａｓａｋｉ他）、同第７，１７８，９５７号（Ｓｃｈｕｇ他）に記載される。

米国特許第７，５６３，００８号明細書 米国特許第７，１３４，７７４号明細書 米国特許第７，１７８，９５７号明細書

ロー及びハイの両ビームを出力するが可動パーツを持たない構成のプロジェクター型ヘッドランプを提供することである。

本発明の１実施例において、ロー及びハイの両ビームを出力し且つ全体に水平な長手方向軸を有するヘッドライトが提供される。ヘッドライトは、光をヘッドライト外部に通過させる透過性レンズを含む。ヘッドライトは、ロービーム源からのロービームを受け、受けたロービームをレンズ方向に配光する凹型リフレクタをも含む。ヘッドライトは、レンズに隣り合って長手方向に配置したカットオフ縁部にして、反射されたロービームの一部を遮蔽してこのロービーム部分に明／暗エッジを形成するカットオフ縁部をも含む。ヘッドライトは、カットオフ縁部に近位配置した固定ミラーをも含む。固定ミラーはハイビーム源からハイビームを受け、受けたハイビームをレンズ方向に配光する。ハイビーム反射光には明／暗エッジは無い。

ロー及びハイの両ビームを出力するが可動パーツは持たない構成のプロジェクター型ヘッドランプが提供される。

ヘッドライトの構成の断面図である。 図１のヘッドライトの分解斜視図である。 幾つかの代表的なロービーム線を含む、図１及び２のヘッドライトの側面図である。 幾つかの代表的なハイビーム線を含む、図１及び２のヘッドライトの側面図である。 図１及び２のヘッドライトのロービーム出力のコンタのプロット図である。 図１及び２のヘッドライトのハイビーム出力のコンタのプロット図である。 やや上方側から見た状態で示す別態様のヘッドライト構成の分解斜視図である。 やや下方側から見た状態で示す図７のヘッドライト構成の分解斜視図である。

ここで、“上”、“下”、“上部”、“底部”、“側部”、“横”、“長手方向”等及びその他用語は特定要素における絶対的及び相対的方向についてのものとする。それら記載に関し、光はヘッドライトの“前部”に全体に直交し且つ地面と全体に平行の長手方向軸を中心とする周囲空間に分布される状況下に、この“前部”から放出されるものとする。前記記載には、対向車に対するグレアを低減させる上での、直交状態からの微量の角度偏向を含むものとする。前記各用語は、ヘッドライトを上方、下方、水平方向、あるいは任意のその他好適な方向に向けた場合にも尚、適用されるものとする。

自動車のヘッドライトはロー及びハイの両ビームを可動パーツなしで出力する。ロービーム用のロービームＬＥＤアレイが楕円形のリフレクタの第１焦点付近に配置される。ロービームＬＥＤアレイからの光は横方向に進み、リフレクタに当たるとリフレクタの第２焦点方向に反射され、その間、ハイビームＬＥＤは賦活されない。第２焦点付近にはカットオフエレメントが配置され、その縁部がロービーム線に明／暗エッジを形成させる。カットオフエレメントを垂直の光バッフルとした場合はその上縁部が明／暗エッジを形成させる。カットオフエレメントを水平の光妨害部材とした場合はその前縁部が明／暗エッジを形成させる。カットオフ素子は、ロービームがその明／暗エッジを角出力としてレンズを透過するよう、レンズの焦点位置又はその付近に位置付けられる。ハイビーム用の固定式の全反射ミラーがリフレクタの第２焦点付近に配置される。全反射ミラーはハイビームＬＥＤアレイからの光をレンズに配光する。全反射ミラーで反射されレンズを通過した光は明／暗エッジの無いハイビームを形成する。

上記説明は以下に詳細に説明する各要素及び特徴を一般化したものに過ぎず、それらに限定されるものではない。
図１には、ロー及びハイの両ビームを出力し得る、可動パーツを持たないヘッドライト１の断面が示される。ヘッドライト１はその内部の各コンポーネントを機械的に支持するハウジング１０を含む。

一次近似構成としてのヘッドライト１は、その第１焦点位置にＬＥＤアレイを配置し、その第２焦点位置に前記ＬＥＤアレイが結像される楕円状のリフレクタと、前記第２焦点に一致する焦点を有するレンズとを含むものであり得る。前記第２焦点に接近して光バッフルが位置付けられる。光バッフルがレンズの焦点またはその付近に配置されることで、この光バッフルが形成する明／暗エッジがロービームの角出力の明／暗エッジとなる。ハイビームに関しては、光バッフルと第２焦点とに接近配置した全反射ミラーが別のＬＥＤアレイからの光をレンズを通して配光する。ハイビームには前記の如き明／暗エッジは無いが、この場合のヘッドライトは一次近似構成としてのものであることを銘記されたい。例えば、角出力性能を改善させるためにリフレクタの真性楕円形状を変化させ、回転非対称性さえ持たせ得る。他の例では、リフレクタの表面プロファイルを調節して第１焦点から第２焦点へのＬＥＤアレイ結像におけるオフアクシス性能を改善させ得るが、実際のＬＥＤアレイは長い光源であって、第１焦点位置に正確に位置付けた点光源ではない点を銘記されたい。この一次近似構成を念頭に置きつつ、ヘッドライト１の各コンポーネントの詳細を以下に説明する。

ヘッドライト１は、ロー及びハイの両ビーム出力を透過させる正レンズ（以下、レンズ）２を含む。図１の構成では、ヘッドライト１の後方に面する側部２１は平坦である。平凸レンズを使用する場合、レンズ面には代表的には抗反射コーティングをコーティングしないため、平坦な入射面により表面位置の反射損失が低減または最小化され得る点が利点となり得る。湾曲入射面の場合、ビーム縁部位置に見受けられる高角度入射時のフレネル反射損失が増大され得る。反射損失による障害が無いのであればレンズ２の内面を凸あるいは凹状に湾曲させ、かくしてレンズ２を両凸、メニスカス、あるいは平凸の何れかとなし得る。

レンズ２は外側（即ち、自動車の前方方向）を向いた凸面２２を有する。凸面２２はその大半が非球面（即ち、非完全球状）構成とされる。レンズの凸面２２は代表的にはその表面処方上、１つまたは１つ超の非球面項（ａｓｐｈｅｒｉｃ ｔｅｒｍ）を含み、随意的にはゼロではない円錐定数（ｃｏｎｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）を含み得る。随意的にはレンズ２の片面または両面が、ロービーム及びまたはハイビームの出力特性を改善させる回転非対称性を有し得る。

レンズ２の片面または両面には、その表面に沿って１つまたは１つ超の、狭幅リブを含み得る“ひだ”（ｆｌｕｔｅ）を設け得る。“ひだ”はレンズを透過する光を部分的に拡散させ得、それによってレンズ２の所望の性能が改善される場合があり得る。レンズの“ひだ”は、表面プロファイルやハウジング１０内のその他ジオメトリと共に、所望の出力を生じさせるデザインプロセス中に変更可能な幾つかの要素の１つである。
レンズ２は、アライメントまたは取り付けを支援する特徴部を有し得る。例えば、レンズ２はその外側周囲部分に、ハウジング１０の好適サイズ化した溝２４あるいは切り欠き２５内に伸延するフランジ２３を有し得る。フランジ２３の片面または両面は、レンズがフランジ２３の平坦部と接触してハウジング１０上の参照面と整合し得るよう平坦であり得る。

レンズ２自体は任意の好適なガラスまたはプラスチック材料から形成され得る。一般に、長年の使用によっても破損または変色しない十分な強さを有すべきである。一般に、レンズ２は、ヘッドライトの電流発生用材料を含む既知の種々の材料の任意の１つを使用し得る。ヘッドライト１は比較的大量に製造されるため、レンズ２は代表的には成型により既知の様式で製造される。レンズ２は凹型のリフレクタ３の第２焦点Ｆ２に略合致する焦点を有する。

リフレクタ３が真性楕円であれば、その第１焦点Ｆ１位置に配置した物体が第２焦点Ｆ２位置に完全に画像化される。実際は、ほぼ楕円状の表面を持つ長い光源（即ち、有限サイズのＬＥＤアレイ）では回折や波面収差が生じるため完全画像は形成されない。ロービームの角出力性能を改善するべく、リフレクタ３は真性楕円から若干外れる形状とされる。外す度合いはリフレクタ３のヒール位置（即ち、反射光が長手方向軸Ｚと交差する部分）で最小とし、ヒール位置から離れるに従い大きくする。本明細書の目的上、リフレクタ３は“全体に楕円状”であるとし、“全体に”とは、真性楕円からの外れ度が小さい部分に関するものとする。２つの焦点に関する画像化上の特性は、全体に楕円状の場合においても尚、適用される。換言すれば、第１焦点Ｆ１位置に生じるロービームは第２焦点Ｆ２位置上に尚、画像化され、凹型のリフレクタ３によりレンズ２方向に差し向けられる。
凹型のリフレクタ３は長手方向軸Ｚの全体に沿って伸延される必要はなく、楕円の“上”半分にして、相当する“下”半分におけるより地面から遠い“上”半分のみを含めば良い。リフレクタ３がロービームＬＥＤアレイ７からの光を反射させること、及び、ロービームＬＥＤアレイ７からの光はこのロービームＬＥＤアレイ７に隣り合うハーフスペース（白熱灯によるフルスペース放射に対するものとしての）内においてのみ放射されることから、ＬＥＤアレイ７からの全ての光を収集するにはリフレクタ３を半楕円とするのみで良い。換言すれば、仮に“下”半分があってもこの“下”半分はロービームＬＥＤアレイ７からの光を受けない。

ロービームＬＥＤアレイ７は、全体に矩形または四角形に配列したＬＥＤであり得る。代表的なＬＥＤアレイは、各ＬＥＤ間に非放射性の細い“デッド”スペースを配した四角形状または矩形状を有する。ロービームＬＥＤアレイ７は、２×２、３×３、４×４〜等の四角形状を有し得る。あるいはロービームＬＥＤアレイ７は、１×２、１×３、１×４、２×３、２×４、３×４〜等の矩形状を有し得る。更にはロービームＬＥＤアレイは、“＋”形、“Ｔ”字形、全体に円形または細長の底面形状〜等の変形形状を有し得る。ロービームＬＥＤアレイ７における各ＬＥＤは全体に白色の光を放射し得、青または紫色のエミッタ上にリン光性コーティングを被着することで形成され得る。ロービームＬＥＤアレイ７の構造及び機能は一般に既知のものである。

ロービームＬＥＤアレイ７はその照射光が、地面から離れ且つ長手方向軸Ｚに直交し、全体に“上向き”となるようヘッドライト１内で配置される。ＬＥＤアレイからの光分布は垂直軸中心的なものであり得る。
凹型のリフレクタ３は第１焦点Ｆ１のロービームＬＥＤアレイ７を第２焦点Ｆ２上に結像する。第２焦点Ｆ２位置で、結像されたロービームＬＥＤアレイ７上に光バッフル４が重畳することでＬＥＤ光に明／暗エッジが形成される。この明／暗エッジはレンズ２の焦点位置から降下してロービーム出力の角度間隔内で明／暗エッジとなる。換言すればロービームは、特定の閾値角度以下では照射量が多く、閾値角度より上方では照射量が殆どあるいは全く無いシャープなカットオフを持つ角度で出力される。このようなシャープな明／暗エッジは対向するドライバーへのグレア低減上有益である。

光バッフル４は色々の態様で形成され得る。図１の構成では光バッフル４は、以下に詳しく説明する固定式の全反射ミラー５の一部と、もしあれば光吸収部材１００の一部とに一体化される。他の構成ではこれら各要素の一方または両方を光バッフル４とは別に作製して光バッフル４に装着する。光バッフル４、固定式の全反射ミラー５、光吸収部材１００、の相互装着態様（一体化、分離化）に関わらず、これら３要素の機能は不変である。以下に、これら各要素の機能を先ず光バッフル４から説明する。
光バッフル４は基本的には単なる縁部であり、この縁部に当たるロービーム部分に明確な明／暗（シャドー）エッジを形成させる。光バッフル４は、図１に例示する如く交差してある角度の縁部を形成する２つの全体に平坦な表面を含み得る。あるいは光バッフル４はシャドー部を創出させるために使用し得る専用エレメントであり得る。

図１に示すように、光バッフル４はその縁部より上方の光を通過させ、縁部より下方の光を遮蔽する。レンズ２を通過したヘッドライトにはある角度、即ち、前記明／暗エッジの角度を超えて下方（地面方向）に進む光を通過させる一方、明／暗エッジの角度を超えて上方に（対向車のドライバーの目に向かって）進む光を遮蔽する角度のエッジが現れる。
実際上、光バッフル４は凹型のリフレクタ３の第２焦点Ｆ２に非常に近いが、しかしこの第２焦点Ｆ２から若干ずらして配置される。ずらす方向は第１焦点Ｆ１方向で且つレンズ２から離れる方向であり得、あるいは第１焦点Ｆ１から離れ且つレンズ２方向であり得る。このようにずらした配置は、明／暗エッジの角度範囲における暗部以前の部分に、特に青色あるいは赤色等に見える有意のカラーアーチファクトが存在しないことが保証される上で有益である。それらアーチファクトはレンズの分散性、即ち、スペクトルの赤色及び青色部分間におけるレンズの屈折率の相違により生ずるものである。本明細書ではずらし量は１ｍｍ未満であり、代表的には１ｍｍよりずっと小さい。

光バッフル４は図１では全体に水平状態であり、且つ、長手方向軸Ｚに直交する状態で示される。その組み込み位置において、ヘッドライト１は自動車の走行地面と全体に平行な方向に配行される。この水平配行は対向車両への光の遮蔽上好都合である。対照的に、路肩方向への照射については、路肩部には対向ドライバーが存在しないことやアイレベルよりずっと上方の標識を読む必要があり得ることから、無理に同じ角度基準を適用しなくて良い。路肩方向へのそのような照射は光バッフル４の一部を屈曲させることで容易に実現させ得る。例えば、光バッフル４の一方の半分を、図１で見て手前側に延ばすように引き出し、他方の半分を、図１で見て裏側に延びるようにその方位角を傾斜させ得る。換言すれば、ヘッドライト１の端部を前方から見た場合、光バッフルの左半分は９時方向を指す時針に良く似た状態で水平方向に延び、右半分は３時よりはむしろ４時を指す時針と良く似た状態で水平方向から逸れる方向に延びる。実際は、路肩部分を十分に照射するために傾斜角度を１５°まで、あるいはそれ以上とし得る。照射に関する法律上の仕様条件は国毎に異なり、各設定条件にはそれら条件に適したバッフル縁部形状がある。ある実施例では光バッフル４は好適な位置に１つまたは１つ超の切り欠きまたは峰部を有するものであり得る。

光バッフル４を、全体的に平面的にでは無くその各縁部位置で屈曲あるいはカールさせる場合があり得る。詳しくは、図１で見て最も手前側（図１の紙面の外方）または最も遠い側（図１の紙面の内方）の各横方向縁部に関してバッフルをレンズ２の方向に屈曲させ得る。このように屈曲させることでロービーム出力性能が改善され得る。この屈曲は凹形のリフレクタ３の形状を真性楕円から外すことによっても生じさせ得る。

図１に示す如き固定式の全反射ミラー５は光バッフル４と一体的に作製される。上述した如く、全反射ミラー５もまた、別個に作製したものを光バッフル４に装着し得る。用語としての“全反射”は何らかの動きを含むものであり得るが、業界ではビーム路の単なる屈折の意味として十分認識されたものである。全反射ミラー５は、ハイビームＬＥＤアレイ８からの光を反射するハイビーム時と、その反射が無いロービーム時の何れの場合も図１に示す位置のまま動かない。

全反射ミラー５に関し、図１に示すジオメトリは最大限簡略化されており、ハイビームＬＥＤアレイ８は光を全体に上向きに照射（自動車の軸線を中心とする分布）し、全反射ミラー５は４５°に角度付けされ、全反射ミラー５で反射した光はレンズ２に向けて全体に水平方向に（長手方向軸を中心とする分布）進む。あるいは、ハイビームＬＥＤアレイ８及び全反射ミラー５の取り付け角度が変更され、しかしビーム配光は全体的に水平に維持されるその他のジオメトリを使用できる。換言すれば、ハイビームＬＥＤアレイ８の所定の取り付け角度に対して全反射ミラー５は常にビーム路を全体的に水平化するよう配向される。

ハイビームＬＥＤアレイ８はその構造及び機能的にロービームＬＥＤアレイ７のそれに類似され得、または、随意的にはＬＥＤ数をもっと多く又は少なくし得、また随意的には設置面積を相違させ得る。
ヘッドライト１は随意的に遮光部材１００を含み得る。遮光部材１００（あるいは以下に議論する部材１６）はロービームＬＥＤアレイ７からの光が全反射ミラー５の下方縁部より下側に進ませないように位置決めされる。
例えば、図１の構成では遮光部材１００は全体に水平であり、ロービームＬＥＤアレイ７を含む平面内に略延在し、凹形のリフレクタ３の２つの焦点Ｆ１及びＦ２と交差する。

図１の構成では、ロービームＬＥＤアレイ７及びハイビームＬＥＤアレイ８は、ヘッドライト１の組み付け及び使用時において、何れも水平化され且つ自動車の下側の地面と全体に平行化されるよう共に水平配向されたものとする。図１では遮光部材１００は凹形のリフレクタ３内で地面と全体に平行であり、代表的にはロービームＬＥＤアレイ７から光バッフル４方向に伸延する。
遮光部材１００は、全反射ミラー５の下方縁部より下方へのロービームＬＥＤアレイ７からの光の通過を阻止する限りにおいて、任意の好適な配向及び形状を有し得るものとする。例えば、遮光部材１００を、全反射ミラー５の下方縁部より下方へのロービームＬＥＤアレイ７からの光の通過を阻止する限りにおいて、水平以外に配向され得、及び又は、必要に応じて傾斜あるいは屈曲させ得る。
ある構成では遮光部材１００は反射性表面を有し得、かくしてロービームリフレクタ６であり得る。ロービームリフレクタ６に当たるロービームは反射されて上方の凹形のリフレクタ３方向に戻され得る。加えて、ロービームリフレクタ６は固定式の全反射ミラー５よりも下方へのロービーム通過を防止する。

他の実施例では遮光部材１００は、ロービームＬＥＤアレイ７と固定式の全反射ミラー５との間、及び又は全反射ミラー５の後方に配置した、ヒートシンク２００の角部又は縁部であり得る。ヒートシンク２００は、金属あるいはその他の伝熱性の塊状物から形成され且つロービームＬＥＤアレイ７及び又はハイビームＬＥＤアレイ８と熱的に連通する遮光部材１００を有する構成とされ得る。遮光部材１００は吸収性表面であり得、入射光を散乱させる粗化表面であり得、あるいは、研磨した反射表面であり得る。

一般に、任意の特定構成において、遮光部材１００上の照射光量は、遮光部材を通り越して光バッフル４に当たるか又は光バッフル４を通り越す光量よりも比較的少ないと考えられる。遮光部材１００が反射性のものであれば遮光部材１００を通り越すそれらの比較的少ない光量を有効ロービームとして再利用できる。
図２には図１のヘッドライト１の分解斜視図が示される。
図２にはビームは示されないが、便宜上、図２においてそれら光線が辿るであろう通路について説明する。図２ではロービームは図２の右上角部付近の、凹形のリフレクタ３の第１焦点位置に位置付けたロービームＬＥＤアレイ７から発生する。ロービームは全体に上向きで且つ若干左方向で凹形のリフレクタ３上に照射され、リフレクタ３により、全反射ミラー５付近に位置付けた第２焦点方向に差し向けられる。

光バッフル４から生じる、あるいは地面又はヒートシンク２００の一部と全体に平行な反射面を含み得るロービームリフレクタ６の縁部から生じるロービーム内に明／暗エッジが形成される。あるいは明／暗エッジは、全反射ミラー５の縁部から、あるいは全反射ミラー５を然るべく保持する構造エレメントから、あるいはロービームＬＥＤアレイ７を支持するヒートシンク２００の前縁部から形成され得る。あるいは明／暗エッジは、図７を参照して以下に議論する如く、遮光部材１６の縁部６３により形成され得る。ロービームは、非球面のレンズ２の下半分方向に全体に進行し、レンズからヘッドライト１を出て自動車前方に差し向けられる。

図２ではハイビームはハイビームＬＥＤアレイ８から発生し、全体に上向きで且つ若干左方向で全反射ミラー５上に照射される。反射されたハイビームは非球面のレンズ２の上下の各半分に入り、レンズ２からヘッドライト１を出て自動車前方に差し向けられる。この状況は図４に明示される。

図２には図１の光バッフル４の詳細が示される。光バッフル４は全反射ミラー５から水平方向に離間して伸延する。図２では光バッフル４の横方向の水平な各縁部４１及び４２はレンズ２の方向に屈曲している。他の構成では光バッフル４は全体に平坦且つ全体に垂直であり得る。
図３には図１及び図２のヘッドライト１の、ロービームＬＥＤアレイ７からヘッドライト１を出る何本かの代表的なロービーム線のトレースを含む側面図が示される。光の大半は全反射ミラー５の上方を通過してレンズ２の下半分に入り、地面に向けて下方に屈折される。光の小部分が遮光部材１００に当たるが、遮光部材１００がロービームリフレクタ６として光を反射する場合は光は上方に反射されてレンズ２の方向に戻り、レンズ２により地面方向に全体に下方に屈折される。

図３ではロービームはその全て又はほぼ全てがヘッドライト１を出て若干下方に傾斜しつつ右方向に進行し、若干上方に傾斜して進行する光線は無い又は僅かである。一般に、レンズ２の位置でヘッドライト１を出るロービームの照射パターンは、ロービームの幾分かが路肩上方に進行してアイレベルよりも高位置の標識を照射し得、他方、対向車線上の対向車ドライバーの目にロービームが入らないよう、意図的に左右非対称化される。この理由から、米国（及びその他右側通行地域）ではヘッドライト１を出てドライバーの若干右側方向に進行するロービームの上方移動量はドライバーの左側に進む光のそれよりずっと大きい。この状況は左側通行の場合は逆になる。

図５に示すように、放射光の左右非対称度は比較的小さく、代表的には１又は２°のオーダーのものである。この非対称性は、ＬＥＤアレイ７の取り付け構造の傾斜化、凹形のリフレクタ３の形状変更（代表的には設計／シミュレーション相中に行う）、及び又は、レンズ２を完全中心から移動させることで実現し得る。放射光を非対称化させるこれらの方法は全て当業者には良く知られたものである。本明細書の目的上、非対称性の程度を１°又は２°としたが、ヘッドライト１の長手方向軸は尚、全体に水平であるものとして参照され、ロービームＬＥＤアレイ７及びハイビームＬＥＤアレイ８の各出力は尚、全体に垂直な又は全体に垂直な軸を中心として分布するものとして参照される。

図４には、ハイビームＬＥＤアレイ８からの、図１及び図２のヘッドライト１を出る何本かの代表的なハイビーム線のトレースを含む側面図が示される。ヘッドライト１を出るハイビームは若干上向き及び下向きの各角度で進行する。

図３にはロービームＬＥＤアレイ７からの光線のみが示され、図４にはハイビームＬＥＤアレイ８からの光線のみが示される。図３及び図４では各ＬＥＤアレイからの光線は明瞭化のために分離状態で示される。実際は、ヘッドライト１を出る実質のハイビームにロービームＬＥＤアレイ７及びハイビームＬＥＤアレイ８からの各光線が共に含まれるよう、ハイビームを点灯してもロービームは通常はそのまま維持される。図６ではシミュレートされるハイビームの出力にはロービームＬＥＤアレイ７及びハイビームＬＥＤアレイ８の双方からの貢献分が含まれる。

図５にはヘッドライト１から出力されるロービームのコンタがプロットされている。水平及び垂直の各目盛りは、（０、０）位置を自動車前部に直接相当するポイント位置とした場合の度数である。路肩はプロットの右側、対向車線は左側である。この特定関心事項プロット図には３つの特徴部が含まれる。第１は、ほぼ全てのロービームが下方またはほぼ下方に照射され、かくして垂直軸のゼロ°ポイント位置より上方にはロービームが殆どまたは全く無い点である。第２は、“ホットスポット”またはピーク明度位置が路肩部方向に１°または２°シフトされ、また、真の水平から１°または２°下方にシフトされる点である（路肩方向へのシフトは１°または２°以上、１°または２°未満、またはゼロ、の場合があり得る）。第３は、ロービームの“テール部”が対向車両（図５で左側）方向よりも路肩方向（図５で右側）において一段と遠方に伸延され得ることである（テール部が路肩及び対向車両方向に等距離伸延される場合があり得る）。

ロービームの出力プロファイルはヘッドライト設計のシミュレーションステージでルーチン様式下に調節される。この出力プロファイルは、ロービームＬＥＤアレイ７、凹型のリフレクタ３、遮光部材１００、光バッフル４、レンズ２、の形状及び方向の全てを調節可能な種々の光線トレース用コンピュータソフトウェアによりシミュレートされ得る。一般に、レンズ２を除くこれら全コンポーネントはロービーム出力に対してのみ寄与し、ヘッドライト１のハイビームの出力変更を要することなく調節され得る。

ヘッドライト性能をシミュレートし、ヘッドライト設計を最適化させるために一般に使用される既知の光線トレースプログラムが幾つかある。例えば、Ｌｕｃｉｄｓｈａｐｅなるプログラムは照明の設計作業用のコンピューター支援設計用ソフトウェアであり、ドイツ国ＰａｄｅｒｂｏｒｎのＢｒａｎｄｅｎｂｕｒｇ ＧｍｂＨ社から市販入手可能である。その他の既知のコンピューターソフトウェアも使用できる。
一般に、代表的な設計開始点には凹型のリフレクタ３の如き回転対称性の楕円が使用され得る。次いでソフトウェアが、凹型のリフレクタ３及びその他コンポーネントの表面プロファイルを調節してその性能を向上させ、光出力を所望の仕様設定に類似化させる。凹型のリフレクタ３は最終的には楕円に類似化され得るが、特にレンズ２に最も近い部分では真の楕円から外され得る。凹型のリフレクタ３は最終的には回転非対称性ともされ、かくして、各コンポーネントが研削や研磨によってではなくむしろ代表的には成型される点で、製造プロセスを複雑化することなく性能が改善され得る。

同様に、図６にはヘッドライト１のハイビームの出力コンタがプロットされる。このプロット図ではハイビームＬＥＤアレイ８のスイッチオン時にロービームＬＥＤアレイ７は作動状態に維持され、かくして、図６のプロットではロー及びハイの各ビームの各明度が追加されている。ハイビームのスイッチオン時にロービームをスイッチオフすることも出来るが、通常、ハイビームスイッチオン時は代表的には通常ロービームもスイッチオンのままである。
ハイビームの出力は、代表的には左右方向に中心を置く有意の光量を水平位置よりも上方に追加する。ハイビームは、対向車のドライバーの視界悪化に関する考慮事項を減少させるよう、対向車両が存在しない場合のみスイッチオンされるものとした。ハイビームの出力性能は、設計プロセスのシミュレーション相で既知の光線トレースソフトウェアを用いることにより、ロービーム出力に関するそれと同一様式において改善または最適化され得る。

図１〜４に示す設計では、ロービームの明／暗エッジは明確な光バッフル４により形成される。別の設計では光バッフル４を取り外して遮光部材１００の前縁部を前方（レンズ２方向）に伸延させ、伸延させた遮光部材１００の前縁部を利用してロービームに明／暗エッジを形成できる。この設計は、１つ少ない構成部材で同一機能が含まれることで図１〜図４の設計より簡単で且つ製造費用が低減され得る。
図７及び図８には、遮光部材１６をやや上方及びやや下方からみて前方に伸延させた１例としてのヘッドライト１１の分解斜視図が示される。遮光部材１６の前縁部６３がロービームに明／暗エッジを形成させる。

図７にはロー及びハイの各ＬＥＤアレイは示されないが、それらは図２におけると同様に配置され、上方の凹型のリフレクタ３及び全反射ミラー５の各方向に配光する。
遮光部材１６の水平の横方向縁部６１、６２は、全反射ミラー５に近いその中心位置からレンズ２方向に伸延される。ある実施例ではこの延長部は図７及び図８に示す如く左右対称とされる。他の実施例では延長部は左右非対称とされる。例えば、水平の横方向縁部６１（あるいは６２）が他方の水平な横方向縁部６２（あるいは６１）よりもレンズ２方向に長く伸延され得る。あるいは、遮光部材１６の前縁部６３の形状を、上述した非対称性化を助成するように左右非対称性化させ得る。

ある実施例では遮光部材１６は平坦である。その場合、遮光部材１６の平面は水平または地面に平行とされ、あるいは地面に対して傾斜される。例えば、遮光部材の平面は、遮光部材１６の前縁部６３が、その後方部よりも地面に接近するように前方に傾斜され得る。ある実施例では遮光部材の平面は左右対称に配行され得る。他の実施例では遮光部材の平面はヘッドライト１１の左側あるいは右側方向に傾斜され得る。それら全ての場合において、遮光部材１６は、１°、２°、３°、４°、５°、１０°、あるいは１０°以上傾斜された場合においてさえ、その使用中は地面に対して“全体に平行”であるとする。

ある実施例では遮光部材１６は平面から外れたものとなる。例えば、遮光部材１６は全体に湾曲され得、あるいは遮光部材１６上の特定位置に、カール、リップル、あるいはウェーブ等の部分湾曲部を有し得る。
ある実施例では遮光部材１６は凹型のリフレクタ３方向へと横断方向に伸延する。ある実施例では遮光部材１６と凹型のリフレクタ３とが、レンズ２方向に開放する容積部を画定し、この容積部の前記開口部はレンズ２の上半分に全体に一致する。前記各実施例の幾つかにおいて、前記容積部の開口部はレンズ２の上半分より若干小さいまたは若干大きい。ある実施例では遮光部材１６はヘッドライト１１の長手方向軸位置あるいはその付近に位置付けられる。

ある実施例では遮光部材１６は凹型のリフレクタ３に達するまで横方向に完全に伸延され得る。前記伸延は遮光部材１６の周囲の関連部分全体に沿ったものであり得、あるいは随意的には、クリアランス、通気、あるいはその他理由に基づいた１つまたは１つ超の中断部を含むものであり得る。他の実施例では遮光部材１６は凹型のリフレクタ３に達するまで、しかしリフレクタとは接触しない状態で伸延され得る。
“実質的”、“実質的に”とは、特に断りのない限り、当業者には理解される如く、正確な関係、状況、配置、方向、及び又はその他特性を、また、ここで開示する方法及びシステムに実質的に悪影響を及ぼさない程度におけるそれらの変形例を含むものとする。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

１ ヘッドライト
２ レンズ
３ 凹型のリフレクタ
４ 光バッフル
５ 全反射ミラー
６ ロービームリフレクタ
７ ロービームＬＥＤアレイ
８ ハイビームＬＥＤアレイ
１０ ハウジング
１１ ヘッドライト
１６ 遮光部材
２１ 側部
２２ 凸面
２３ フランジ
２４ 溝
２５ 切り欠き
４１ 横方向縁部
４２ 横方向縁部
６１ 横方向縁部
６２ 横方向縁部
６３ 前縁部
１００ 遮光部材
２００ ヒートシンク

Claims (19)

1. ロービーム及びハイビームを発生し、全体に水平な長手方向軸（Ｚ）を有するヘッドライト（１、１１）であって、
   ヘッドライトを出るビームが通過する透過性のレンズ（２）、
   ロービーム源（７）からのロービームを受け、受けたロービームを反射させてレンズ（２）方向に差し向ける凹型のリフレクタ（３）、
   レンズ（２）に隣り合って長手方向に配置され、反射された前記ロービームの一部を遮蔽し、反射するロービームに明／暗エッジを形成するカットオフ縁部（４、５、６３）、
   前記カットオフ縁部（４、５、６３）の縁部に近位配置された固定式ミラー（５）、
   を含み、
   ハイビーム源（８）からのハイビームの大部分が前記固定式ミラー（５）に放射され、前記固定式ミラー（５）が前記ハイビーム源（８）からのハイビームを直接受け、受けたハイビームを反射させてレンズ（２）方向に差し向け、前記ハイビーム源(８）が、水平な長手方向軸(Ｚ）を全体に横断する方向で全体に上向きに光が照射されるように配置され、
   前記カットオフ縁部（４、５、６３）が固定式ミラー（５）の上縁部により形成され、
   前記反射されたハイビームが明／暗エッジを有さないヘッドライト（１、１１）。
2. ロービーム及びハイビームを発生し、全体に水平な長手方向軸（Ｚ）を有するヘッドライト（１、１１）であって、
   ヘッドライトを出るビームが通過する透過性のレンズ（２）、
   ロービーム源（７）からのロービームを受け、受けたロービームを反射させてレンズ（２）方向に差し向ける凹型のリフレクタ（３）、
   レンズ（２）に隣り合って長手方向に配置され、反射された前記ロービームの一部を遮蔽し、反射するロービームに明／暗エッジを形成するカットオフ縁部（４、５、６３）、
   カットオフ縁部（４、５、６３）の縁部に近位配置された固定式ミラー（５）、
   を含み、
   ハイビーム源（８）からのハイビームの大部分が前記固定式ミラー（５）に放射され、前記固定式ミラー（５）が前記ハイビーム源（８）からのハイビームを直接受け、受けたハイビームを反射させてレンズ（２）方向に差し向け、前記ハイビーム源(８）が、水平な長手方向軸(Ｚ）を全体に横断する方向で全体に上向きに光が照射されるように配置され、
   前記カットオフ縁部（４、５、６３）が光バッフル（４）の上縁部により形成され、光バッフル（４）が長手方向軸（Ｚ）と全体に直交配置され且つ固定式ミラー（５）から水平に横方向に伸延され、
   前記反射されたハイビームが明／暗エッジを有さないヘッドライト（１、１１）。
3. カットオフ縁部（４）が遮光部材（１６）の前縁部（６３）により形成され、遮光部材（１６）が、ロービーム源（７）からの光が固定式ミラー（５）の下縁部より下方に進まないように位置決めされる請求項１に記載のヘッドライト（１１）。
4. カットオフ縁部（４）が、ロービームＬＥＤアレイ（７）及びハイビームＬＥＤアレイ（８）の少なくとも一方と熱的に連通するヒートシンク（２００）の横方向縁部により形成される請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
5. カットオフ縁部（４）が、その水平の横方向縁部（４１、４２、６１、６２）位置で、凹型のリフレクタ（３）から離間し且つレンズ（２）側の方向に屈曲される請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
6. 全体に水平で且つ長手方向軸（Ｚ）に近位配置した遮光部材（１００）を更に含み、
   凹型のリフレクタ（３）が遮光部材（１００）の上方へと上向きに伸延され、
   ロービームが凹型のリフレクタ（３）と遮光部材（１００）との間でレンズ（２）方向に反射される請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
7. 遮光部材（１００）と、凹型のリフレクタ（３）とが、レンズ（２）に向けて開放する容積部を形成し、
   前記容積部の開口がレンズ（２）の上半分と全体に一致する請求項６に記載のヘッドライト（１、１１）。
8. 凹型のリフレクタ（３）が楕円の上半分の一部を含み、
   遮光部材（１００）が平坦であり且つ前記楕円を二等分して前記楕円の上半分の境界部を形成する請求項６に記載のヘッドライト（１、１１）。
9. 遮光部材（１００）が、反射性表面を含む第２リフレクタ（６）を形成する請求項６に記載のヘッドライト（１、１１）。
10. 遮光部材（１００）がヒートシンク（２００）の角部を含む請求項６に記載のヘッドライト（１、１１）。
11. 凹型のリフレクタ（３）が、長手方向軸（Ｚ）に沿って第１焦点（Ｆ１）及び第２焦点（Ｆ２）を有し、
    ロービームが第１焦点（Ｆ１）に近位して発生し、
    固定式ミラー（５）が第２焦点（Ｆ２）に近位配置される請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
12. ロービーム源（７）がロービームＬＥＤアレイであり、
    ハイビーム源（８）がハイビームＬＥＤアレイであり、
    ハイビーム源（８）がロービーム源（７）とレンズ（２）との間に配置される請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
13. レンズ（２）が、凹型のリフレクタ（３）に面する全体に平坦な側面（２１）と、凹型のリフレクタ（３）から遠い側に面する突状の面（２２）とを有する請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
14. レンズ（２）が、固定式ミラー（５）に近位配置した焦点を有する請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
15. 前記固定式ミラー(５)が平坦である請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
16. 単一の前記固定式ミラー(５)が前記ハイビーム源(８)からの光を反射する請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
17. 前記レンズ(２)が、単一の前記レンズを含む請求項１に記載のヘッドライト（１、１１）。
18. 前記レンズ(２)が単一の処方を有する請求項１に記載のヘッドライト(１)。
19. 前記レンズ(２)が唯一の焦点を有する請求項１に記載のヘッドライト(１)。

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