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【発明の名称】 プロジェクター型ヘッドランプ
【発明者】 【氏名】エドウィン ミッチェル セイヤーズ

【氏名】バルヴァントレイ ペイテル

【氏名】ディヴィッド ヴォゼニレク

【氏名】ジェヤチャンドラボース （ンルニ） チナイア

【氏名】ホセ エム．クルス

【氏名】ジェフリー アレン エリオン

【氏名】ヤロスラヴ プルマ

【氏名】ミラン セイネク
【要約】 【課題】ロー・ビーム状態とハイ・ビーム状態との間で選択的に光を照射するのに、車両の一方側につき必要とするヘッドランプを一つだけとするような、自動車のヘッドランプ用としてのＨＩＤベースの照明システムを提供する。

【解決手段】リフレクター軸12と、該リフレクター軸上に位置する第１及び第２の焦点Ｆ1，Ｆ2と、リフレクター前面開口14と、を持つ、略楕円型のリフレクター10、そこから光線が発するとともに、第１焦点上に略一致するように配置された光源16、第２焦点の直下に配置され、上端部22を有する遮光板20、リフレクター軸と実質的に同軸となる集光レンズ軸26を持つとともに、リフレクター開口部の前方に配置され、第２焦点から離間して配置され光線を略前方に向けて実質的に平行になす集光レンズ24及び、ロー・ビーム状態とハイ・ビーム状態との間で、遮光板及び光源を選択的に移動させる手段、を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハイ・ビーム状態とロー・ビーム状態との間で選択可能に水平軸にほぼ沿う前方向に光を照射するプロジェクター型ヘッドランプであって、リフレクター軸と、該リフレクター軸上に位置する第１及び第２の焦点と、前方に面するリフレクター開口と、を持つ、略楕円形のリフレクター、光波がそこから発するとともに、上記第１焦点上に略一致するように配置された光源、上記第２焦点のほぼ下方に配置され、上端部を有する遮光板、上記リフレクター軸と実質的に同軸上となる集光軸を持ち、上記リフレクター開口の前方に配置され、上記第２焦点から離間して配置され上記光波をほぼ上記前方向に視準するのに有効な集光レンズ、及び上記ロー・ビーム状態とハイ・ビーム状態との間で、上記遮光板及び上記光源を選択的に移動させる手段、を有し、上記ロー・ビーム状態において、上記光源が上記第１焦点と実質的に一致して配置され、そして、上記遮光板が、上記上端部が上記第２焦点の直下に位置する第１位置に置かれ、上記ハイ・ビーム状態において、上記光源が所定距離Ｆだけ上記第１焦点の上方に配置され、そして、上記遮光板が、上記上端部が上記第２焦点から下方に離れている第２位置に置かれる、プロジェクター型ヘッドランプ。
【請求項２】 上記所定距離Ｆは、０mm＜Ｆ≦５mmである、請求項１に記載のプロジェクター型ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概略的には自動車用ヘッドランプに関し、より具体的には高輝度放電（high intensity discharge略してＨＩＤ）自動車用ヘッドランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＨＩＤヘッドランプは、照明品質が良いことや、ランプ・バルブの寿命、エネルギー効率及び信頼性を大部分の理由として、昨今一般的に自動車用として使用されている。ＨＩＤプロジェクター型ヘッドランプの、従来の自動車への適用例が、本明細書に引用により組み込まれる米国特許5,180,218号や米国特許5,709,451号に開示されている。図１５（上記米国特許5,709,451号の図１の引用）は、楕円形リフレクター10の第２焦点Ｆ2の直下にその上端部22が配置された遮光板20を含む、ロー・ビーム用ＨＩＤヘッドランプを構成する、代表的な先行技術の取組みを示す。
【０００３】従来のＨＩＤ自動車用ヘッドランプの適用例においては、車両の右側前部と左側前部の各々に、そのようなヘッドランプを２個備えるのが一般的である。つまり、左右それぞれに設けられる２個のヘッドランプのうち、一つは図１５と同様のロー・ビーム用ヘッドランプであり、一方でもう一つは遮光板20を持たないが、基本的には同様なハイ・ビーム用ヘッドランプ、ということになろう。ロー・ビーム用ヘッドランプが遮光板を持ち、ハイ・ビーム用がそれを持たないという点以外に、ロー・ビーム用ヘッドランプとハイ・ビーム用ヘッドランプとの間にある差異は、眩しさや輝度の要件だけでなく、空間中で各々に照準が合っていなければならない前方照射点（「ホット・スポット」）である。そのような要求は、米国などの国の連邦自動車安全基準（Federal Motor Vehicle Safety Standard略してＦＭＶＳＳ）などの自動車基準に明記されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】自動車用途におけるＨＩＤ型照明システムの活用には大きな利点があるものの、欠点の一つは車両の片側に２個のヘッド・ランプが必要であることである。車両の片側に必要とされるヘッドランプが１個のみである自動車のヘッドランプ用としてのＨＩＤをベースとする照明システムの提供が望ましいと考えられる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ハイ・ビーム状態とロー・ビーム状態との間で選択可能に水平軸にほぼ沿う前方向に光を照射し、車両の片側に一つのみ必要とされるプロジェクター型ヘッドランプを提供することにより、上記従来技術の取組みにおける不都合を解決する。プロジェクター型ヘッドランプの実施形態の一つは、リフレクター軸と、該リフレクター軸上に位置する第１及び第２の焦点と、前方に面したリフレクター開口と、を持つ、略楕円型のリフレクター、光波がそこから発するとともに、上記第１焦点上に略一致するように配置された光源、上記第２焦点のほぼ下方に配置され、上端部を有する遮光板、上記リフレクター軸と実質的に同軸上となる集光軸を持ち、上記リフレクター開口の前方に配置され、上記第２焦点から離間して配置され上記光波をほぼ上記前方向に視準するのに有効な集光レンズ、及び、上記ロー・ビーム状態とハイ・ビーム状態との間で、上記遮光板と上記光源を選択的に移動させる手段、を有する。上記ロー・ビーム状態において、上記リフレクター及び上記集光レンズの軸が実質的に一致し上記水平軸に対して平行であり、そして、上記遮光板が、上記上端部が上記第２焦点の直下に位置する第１位置に置かれる。上記ハイ・ビーム状態において、上記リフレクター及び上記集光レンズ軸が実質的に同一直線上でかつ水平軸に対して角度Ａだけ上向きにされ、そして、遮光板がその上端部が第２焦点から下側に離れた第２の位置に配置される。本発明には他の実施形態も考えられる。
【０００６】
【発明の効果】本発明の効果は、ロー・ビーム状態とハイ・ビーム状態の両方を実現しながら、これら２つの状態の間でのホット・スポットの照準における差を作るのに必要とするプロジェクター型ヘッドランプが一つのみであるということである。
【０００７】本発明の他の利点は、本発明のＨＩＤプロジェクター型ヘッドランプが、従来のＨＩＤプロジェクター型ヘッドランプに必要とされるものよりもはるかに小さい車両空間しか必要としないことである。
【０００８】これらのものなどの目的、構成及び効果は、以下の図面、詳細な説明、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】ここで図面を参照すると、図１乃至１４は本発明によるプロジェクター型ヘッドランプの種々の実施形態を示している。各実施形態において、プロジェクター型ヘッドランプは、ロー・ビーム照射状態とハイ・ビーム照射状態とを操作により選択可能であると共に、前方向（例えば、ヘッドランプが装備される車両の前方の方向）に、水平軸Ｈ（例えば、車両の全長にわたって延びる）にほぼ沿って、光を照射する。（注：「（Ａ）」あるいは「（Ｂ）」が付された図面はそれぞれ、ロー・ビーム状態あるいはハイ・ビーム状態を示す。）各実施形態において、ロー・ビーム状態あるいはハイ・ビーム状態の各々に必要とされる正確なホット・スポットを作る様に、ロー・ビーム・モードとハイ・ビーム・モードとの間の遷移時に、プロジェクター型ヘッドランプ組立体の一つ又はそれより多い構成要素が他の要素に対して相対的に移動される。
【００１０】本発明をわかりやすく説明するために、本明細書中で用いられる全ての図示符号が、それらが示す要素とともに、以下の表にまとめられている。
10 = リフレクター12 = リフレクター軸14 = リフレクター開口16 = 光源18 = 光源からの光波20 = 遮光板22 = 遮光板の上端部24 = 集光レンズ26 = 集光レンズ軸28 = 集光レンズ前面30 = 集光レンズ保持リング32 = 集光レンズ保持リング回転ピン／軸34 = 集光レンズ保持リング・フレーム（固定）
36 = 集光レンズ保持リング用リンク40 = 遮光板の回転シャフト／軸42 = 集光レンズ保持リングのフレームを選択的に移動する手段44 = 遮光板を選択的に移動する手段46 = リフレクターを選択的に移動する手段48 = 光源を選択的に移動する手段Ａ = リフレクター／集光レンズ軸と水平軸とのなす角Ｂ = 集光レンズ軸と水平軸とのなす角Ｃ = リフレクター軸と水平軸とのなす角Ｄ = 集光レンズ軸と水平軸との間の変位Ｅ = リフレクター軸と水平軸との間の変位Ｆ = 光源と水平軸との間の変位Ｆ1 = 第１焦点Ｆ2 = 第２焦点Ｈ = 水平軸【００１１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、本発明の第１実施形態は、リフレクター軸12（「光学軸」と称される場合もある）と、リフレクター軸上に位置する第１及び第２の焦点Ｆ1及びＦ2と、リフレクター前方に面する開口14とを持つ略楕円型のリフレクター10、光波18がそこから発するとともに第１焦点Ｆ1上に略一致するように配置された光源16、第２焦点Ｆ2のほぼ下方に配置され上端部22を有する遮光板20、集光レンズ軸26を持ち、リフレクター開口14の前方に配置され、第２焦点Ｆ2から離間して配置され光波18をほぼ上記前方向に視準するのに有効な集光レンズ24、及び、ロー・ビーム状態とハイ・ビーム状態との間で、遮光板とリフレクターと集光レンズを選択的に移動させる手段、を有する。図１に示すロー・ビーム状態にあるとき、リフレクター軸12及び集光レンズ軸26は、実質的に同一直線上かつ水平軸Ｈと実質的に平行であり、また、遮光板20はその上端部22が第２焦点Ｆ2の直下に位置する第１の位置（例えばほぼ直立状態）に置かれる。ハイ・ビーム状態にあるとき（図１（Ｂ）を参照）、リフレクター軸12と集光レンズ軸26は実質的に同一直線上に維持されるが、水平軸Ｈに対して角度Ａだけ上向きにされ、遮光板20はその上端部22が第２焦点Ｆ2から下方に離れている第２位置（例えば傾けられ／回転された、あるいは下方向に移動された）に置かれる。角度Ａの範囲としては典型的には0°＜Ａ≦5°であり、好ましくは1°≦Ａ≦3°である。図示されていないが、ヘッドランプが、そこを通して集光レンズ24から平行光線18が通過し得る開口端を持つとともにヘッドランプ組立体の一つあるいはそれより多い構成要素を取り囲む筐体を、含んでも良い。
【００１２】ヘッドランプは更に、リフレクター10を移動させる手段46、集光レンズ24を移動させる手段42及び、遮光板20を移動させる手段44を有する。光源16がリフレクター10に取り付けられている場合、光源はリフレクターと共に回転し得るが、光源がリフレクターに対して独立して移動可能である場合は、光源を移動させるための別個の手段48が必要とされることになろう。種々の手段42／44／46／48はそれぞれ、ロー・ビーム照射状態とハイ・ビーム照射状態に必要とされる方向の間で、各構成要素24／20／10／16を移動させる。そのような手段42／44／46／48はそれぞれ、一つかあるいはそれより多いソレノイド、モーター、カム、カムフォロア、リンク、ギア、ベアリング、ポンプ、及び／又はその類似部品を含み得て、また電気的に、電子的に、機械的に、電気機械的に、誘導的に、磁気的に、光学的に、液圧的に、気圧的に、及び／又はその類似の手法にて、駆動され得る。
【００１３】本発明の各実施形態により種々に要求される様に、各移動手段は、移動する要素の回転運動及び／又は並進運動を起こすことができる。例えば、（以下でより充実した説明がなされる第４の実施形態に関連する）図５及び６に示されるように、集光レンズ24を移動させる手段42及び遮光板20を移動させる手段44が、（遮光板20に取り付けられるかそれと一体化された）回動軸40と（集光レンズの固定された保持リング・フレーム34に取り付けられた）リンクの並進可能な組36に接続された（ここでは単一のユニットに統合された）ギアボックス、を有する場合がある。図５には、遮光板20が、それの上端部22が第２焦点Ｆ2の直下にある状態でほぼ起立方向に配置され、集光レンズ24がそれの軸26が水平軸Ｈと実質的に平行になるように配置される、ロー・ビーム状態が示されている。ロー・ビーム状態からハイ・ビーム状態への切替が必要な場合には、手段42と手段44が、遮光板20をそれの上端部22が第２焦点Ｆ2から離れるように回動させるとともに、一方でレンズ24を保持する集光レンズ保持リング30の下部を前方に押出すようにリンク36を伸長させる。図６に示されるように、リンク36が前方に押出された際に、集光レンズ24と保持リング30は、リング・フレーム34に形成されたピボット孔内に保持されたピン32周りに回動し、それにより、レンズの軸26が水平軸Ｈに対して角度Ｂをなすように、レンズ24を上方に傾ける。
【００１４】第２実施形態が図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。ここで、プロジェクター型ヘッドランプは、本実施形態における移動手段が遮光板20及び集光レンズ24を選択的に移動させる手段のみを含む点を除き、第１実施形態のものと基本的に同じ構造である。ロー・ビーム状態に関しては、第１及び第２実施形態についてのヘッドランプ構成要素の配置は本質的に同じである（図１及び図２の（Ａ）を参照）が、ハイ・ビーム状態に関しては各配置が互いに異なる。具体的には、第２実施形態のハイ・ビーム状態については、リフレクター軸12と集光レンズ軸26が実質的に水平軸Ｈに平行であるとともに、集光レンズ軸26が位置が不変のリフレクター軸12に対して所定距離Ｄだけ上昇させられている。所定距離Ｄはプロジェクターの構成により異なることになるが、その距離Dは通常0 mm＜Ｄ≦5 mmの範囲内に収めるべきである。
【００１５】第３の実施形態が図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。ここで、プロジェクター型ヘッドランプは、本実施形態における移動手段が遮光板20とリフレクター10を選択的に移動させる手段のみを含む点を除き、第１実施形態のものと基本的に同じ構造である。ロー・ビーム状態に関しては、第１及び第３実施形態についてヘッドランプ構成要素の配置は本質的に同じである（図１（Ａ）及び図３（Ａ）参照）が、ハイ・ビーム状態に関しては、各配置が互いに異なる。具体的には、第３実施形態のハイ・ビーム状態について、リフレクター軸12と集光レンズ軸26が実質的に水平軸Ｈに平行であるとともに、リフレクター10及びリフレクター軸12が位置が不変の集光レンズ24及び集光レンズ軸26に対して所定距離Ｅだけ下方に位置するように、なされている。所定距離Ｅはプロジェクターの構成により異なることになるが、その距離Eは0mm＜Ｅ≦5mmの範囲内に通常収めるべきである。
【００１６】第４の実施形態が図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。ここでのプロジェクター型ヘッドランプは、本実施形態における移動手段が遮光板20及び集光レンズ24を選択的に移動させる手段のみを含む点を除き、第１実施形態のものと本質的に同じ構造である。ロー・ビーム状態に関しては、第１及び第４実施形態についてヘッドランプ構成要素の配置は本質的に同じである（図１（Ａ）及び図４（Ａ）参照）が、ハイ・ビーム状態に関しては各配置が互いに異なる。具体的には、第４実施形態のハイ・ビーム状態について、リフレクター軸12が実質的に水平軸Ｈに平行であるとともに、水平軸Hに対して所定角度Ｂだけ集光レンズ軸26を上方に向けるため集光レンズ24の前面28が上方に偏向されるように、なされている。所定角度Bの値は0°＜Ｂ≦5°の範囲内に通常収めるべきであり、約1°≦Ｂ≦3°の範囲が好ましい。
【００１７】第５の実施形態が図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。再度述べるが、本実施形態のプロジェクター型ヘッドランプは、移動手段が遮光板20及びリフレクター10を選択的に移動させる手段のみを含むことを除き、第１実施形態のものと基本的に同じ構造である。ロー・ビーム状態に関しては、第１及び第５実施形態についてヘッドランプ構成要素の配置は本質的に同じである（図１（Ａ）及び図７（Ａ）参照）が、ハイ・ビーム状態に関しては各配置が互いに異なる。具体的には、本実施形態のハイ・ビーム状態については、集光レンズ軸26が実質的に水平軸Ｈに平行であるとともに、水平軸Ｈに対して所定角度Cだけリフレクター軸12を下方に向けるためリフレクター開口14が下方に偏向されるように、なされている。所定角度Cは0°＜Ｃ≦5°の範囲が典型的であり、1°≦Ｃ≦3°の範囲が好ましい。
【００１８】第６の実施形態が図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。本実施形態において、プロジェクター型ヘッドランプは、移動手段が遮光板20及び光源16を選択的に移動させる手段のみを含むことを除き、第１実施形態のものとほぼ同じ構造である。ロー・ビーム状態のために、光源16が第１焦点Ｆ1と実質的に一致するよう配置され、遮光板20はその上端部22が第２焦点Ｆ2の直下に位置するような第１の位置に配置される（比較のため図１（Ａ）と図６（Ａ）を参照）。ハイ・ビーム・状態のために、遮光板20はその上端部22が第２焦点Ｆ2から下方に離間されるように、また光源16が所定の距離、典型的には0mm＜Ｆ≦5mmの範囲にある所定距離Ｆだけ第１焦点Ｆ1の上方に位置されるように、第２の位置に配置される。ロー・ビーム状態及びハイ・ビーム状態の両方において、集光レンズ24及びリフレクター10は、それらの軸26及び12が互いに同軸上になるように、そして水平軸Ｈと平行をなすように、配列される。
【００１９】上述した各実施形態において、ヘッドランプ組立体内の一つあるいはそれより多い要素、つまり、リフレクター10、集光レンズ24、光源16、及び／又は遮光板20が、それぞれロー・ビーム及びハイ・ビームのホット・スポットを（ＦＭＶＳＳ及び／又は他の規制又は要件により要求される様に）照射空間中の要求点に移動させるように、それぞれロー・ビーム位置とハイ・ビーム位置との間を一定角度（つまりＡ、Ｂ、あるいはＣ）又は一定距離（つまりＤ、Ｅ、あるいはＦ）だけ選択的に移動される。
【００２０】本発明の第７の実施形態が図９乃至１１に示されている。本実施形態において、光源16及び遮光板20を選択的に回転させる手段は、モーター44及び回転帯48である。バルブ（白熱灯）16は、回転帯に結合されるが、回転帯の回転軸上には位置しておらず、それで、モーターが回転帯48をその回転軸回りに回転させると、バルブ16が相対的に上方に回転する。つまり、モーターが回転帯48を回転させると、遮光板20の上端22が第２焦点Ｆ2から離れる方向に回転移動する。
【００２１】本発明の第８の実施形態が図１２乃至１４に示されている。本実施形態において、図１４のモーター出力軸は本来回転帯に対して、直接又は歯車、カム／フォロアーなどの相互作用を通じて、回転自在に接続されることになるが、図を明瞭にする目的で省略されている。図７、９及び１０におけるのと同様に、バルブ（白熱灯）16は回転帯の回転軸に沿って配列されてはおらず、それで、帯の回転中にバルブ16の上方への相対移動が得られる。
【００２２】本発明の他の種々の改良案は、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で想到し得るであろう。例えば、本発明はＨＩＤランプに使用するのが特に適しているが、他の形式の光源でも同様に良好に適用され得る。また、ある構成についてはリフレクター10内部に光源16を（当然その光源16が第１焦点Ｆ1に一致するように）載置することが望ましい場合があるが、別の構成については、本発明の第６実施形態の場合のように、リフレクターに直接載置されない光源を代わりに持つのが望ましい場合もある。ここでは明確に述べられていない他の改良案も、本発明の技術的範囲内で、可能である。本発明の技術的範囲を規定するのは、その全ての均等物を含む特許請求の範囲である。
【出願人】 【識別番号】５９０００２９８７
【氏名又は名称】フォード・モーター・カンパニー
【出願日】 平成１２年７月２１日（２０００．７．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外７名）
【公開番号】 特開２００１−６７９０９（Ｐ２００１−６７９０９Ａ）
【公開日】 平成１３年３月１６日（２００１．３．１６）
【出願番号】 特願２０００−２２１０２８（Ｐ２０００−２２１０２８）