JP6530514B2 - 車両用の前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、合焦光学系と共に少なくとも１つの光源と、マイクロミラーアレイと、結像光学系とを有する車両用の前照灯（ないし車両用の投光器）に関し、この際、光源及びマイクロミラーアレイには、光源制御部及びアレイ制御部を介して中央計算ユニットが付設されており、少なくとも１つの光源の成形された光線が、マイクロミラーアレイへ指向されており、該マイクロミラーアレイにより構造化されて反射された光束が、結像光学系を介して光像として道路上へ投射され、中央計算ユニットは、光源制御部及び／又はアレイ制御部を用い、マイクロミラーアレイの所定の領域に減光設定事象がある場合に、減光された光像の領域を発生させるためにマイクロミラーアレイのマイクロミラーを一時的に切り替えるように構成されている。

現在の前照灯システムの開発においては、迅速に変更可能であり且つその都度の交通条件、道路条件、光条件に適合可能なできるだけ高解像度の光像を車道上へ投射しようという要望が益々重要になっている。ここで「車道」との概念は、単純化された表現として使われ、それは、光像が実際に車道上にあるか又は車道を越えて延在するかは、当然、場所による実情に左右されるためである。原則的に光像は、ここで使われる意味において、自動車照明技術に関する関連規格に応じた垂直面上への投射に対応するものとする。

上記の要求に応じ、様々な前照灯システムが開発されており、それらのうち代表的なものを以下に述べる。

多数のＬＥＤ（発光ダイオード）の光を、複数の個別レンズを有する投射系を介し、光像として車道上へ投射するシステムがあり、この際、中央計算ユニットを出発点として制御される個々のＬＥＤの光度は、個別に設定ないし変更することができる。これに関しては、とりわけ下記特許文献１に記載された本出願人のピクセルライト（Pixellite 登録商標）前照灯システムを参照されたい。

他の前照灯システムは、走査式の変調されたレーザ光線を用いて動作し、この際、光技術的な出発点は、レーザ光線を放射する少なくとも１つの光源であり、また該光源には、レーザ制御部が付設されており、該レーザ制御部は、給電のため並びにレーザエミッションの監視のため、又は例えば温度管理のために用いられ、また放射されたレーザ光線の強度の変調のためにも設けられている。この際「変調（Modulieren）」とは、レーザ光源の強度が、連続的であろうとオン及びオフの意味でパルス化されるにせよ、変更可能であることとして理解される。本質的なことは、レーザ光線を偏向させるミラーがどの角度ポジションにあるかに応じ、光出力をアナログで動的に変更することができるということである。更に追加的に、限定された箇所を照明しない又は減光（ausblenden）するために、ある特定の時間の間、オン及びオフとする可能性もある。走査式のレーザ光線により所定の像を発生させるための動的な制御コンセプトの一例は、例えば本出願人の下記特許文献２に記載されている。

上記の前照灯システムは、部分的に極めて費用がかかり高価であり、それ故、経済的な前照灯であって、発生される光像に関して高い柔軟性（フレキシビリティ）を有する前照灯を創作するという要望がある。この意味において、光処理要素として、多数の制御可能なピクセルフィールドを有する画像生成器（Bildgeber）が知られるようになった。例えば下記特許文献３は、光源の光が、所謂「テーパ」即ち円錐形状の導光要素を介し、ＬＣＤ画像生成器、ＬＣｏＳチップ、又はマイクロミラー装置（「ＤＭＤ」）に向けられ、それから投射光学系を介して車道上へ投射されるという解決策を示している。

ＤＭＤは「デジタル・マイクロミラー・デバイス」に使われる頭字語であり、つまりマイクロミラーアレイ又はマイクロミラーマトリックスのためのものである。そのようなマイクロミラーアレイは、典型的に１０ｍｍの寸法範囲内の極めて小さいサイズを有する。ＤＭＤにおいては、マイクロミラーアクチュエータが行列状に配設されており、この際、個々の各ミラー要素は、例えば電磁アクチュエータ又は圧電アクチュエータにより、所定の角度だけ、たとえば２０°だけ傾動可能である。１つのマイクロミラーの各々の終端位置は、本明細書では、オン状態ないしオフ状態と称するものとし、この際、オン状態は、マイクロミラーからの光が結像光学系を介して道路上へ達する状態を意味し、それに対してマイクロミラーからの光は、オフ状態では、例えば所定のアブソーバ（吸収器）へ向けられる。マイクロミラーアレイを基礎とした前照灯は、例えば下記特許文献４に記載されている。

AT 513738 B1 AT 514633 A1 DE 10 2013 215 374 A1 DE 195 30 008 A1 DE 10 2010 048659 A1

本発明は、冒頭に記載した形式の前照灯から出発し、従ってＤＭＤを使用する。

ところで、ＤＭＤにおいて高いピーク出力のパルス化されたレーザとの関連で発生する問題は、個々のマイクロミラー又はミラープレートの加熱であり、その理由は、ＤＭＤは、通常、ほぼ８５℃までと仕様化されており、個々のピクセルを表すミラープレートの表面は、一般的に１５０℃という危険な温度よりも低い温度に保たれるべきであるためである。また比較的高い温度は、特に比較的高い温度のときに低い温度のときよりも早期に発生する弾性的なミラー懸架のメモリ効果（駆動電界を与えない状態でもミラーの位置が元の水平位置に戻らない状態を示すこと）に基づき、全般的に寿命の短縮をもたらすことになる。適用されるデューティサイクル、即ち個々のマイクロミラーのオン状態とオフ状態の間のオンオフレシオ（Tastverhaeltnis）も、勿論、同様に重要である。このことを具体的に説明するために、選択された所定のＤＭＤ型式に関する例として、８０％（１００％）のデューティサイクルで５５℃のＤＭＤの温度では、寿命が８０００ｈ（６２００ｈ）以上であり、７０℃では、たかだか２６００ｈ（１５００ｈ）に過ぎず、９０℃では、４５０ｈ（２７０ｈ）であることを示すことができ、この際、括弧内の値は、１００％のデューティサイクルに関する値である。（前記の例から、寿命は、デューティサイクルが１００％に設定された場合にも短縮されることが分かる。これは、デューティサイクルが１００％になると前記メモリ効果が強くなること、並びにミラーの加熱が増加することによる。）

選択されたＤＭＤにおいて、５０℃で１００％のデューティサイクルにおける寿命は、８０００時間を超え、つまりこの稼動状態において、ミラーは、寿命制限を甘受する必要なく、常に利用者により所望とされるポジションに止まっていることができるであろう。他方、９０℃で１００％のデューティサイクルにおける寿命は、たかだか２７０時間に過ぎず、このことは、実際の適用のためにもはや甘受することはできない。二番目に挙げた稼動状態（９０℃で１００％のデューティサイクル）において８０００時間の寿命を達成するためには（とりわけ、寿命を短縮させるミラーの加熱を減少させるために）デューティサイクルを５０％へ減少しなくてはならない。このことは、各マイクロミラーが、その寿命を達成するために、時間の５０％において＋１０°のポジションにあり、その他の５０％において−１０°のポジションに留まる必要があることを意味する（この際、両終端位置の間のミラーの旋回は、全体として２０°で想定されたものである）。

このことは、所定の対象の前照灯へ適用する場合、高い温度では、発生された光の５０％がアブソーバに向かうように偏向されなくてはならず、道路へは到達し得ないことを意味し、全システムの効率を当然のごとく明らかに減少させてしまう。

他の大きな問題は、所定の対象の前照灯において、減光設定事象（減光シナリオ Ausblendszenario）にあり、即ち例えば対向車両に対して減光すべき状況にあり、その理由は、暗くあるべき領域が未だに最大照度の５０％で照らされるためである。この５０％も、対向交通の明らかな眩惑をもたらすであろう。例えば、前照灯システムにより発生される１００ｌｘの最大照度を前提とすると、減光される交通は、５０ｌｘで照明されるだろうが、減光設定事象のための通常の法的な限界値は、１ｌｘである。従って対向交通は、減光されたとは認められず、当該システムは、法律に不適合であろう。

本発明の課題は、上記の欠点が回避されているか又は少なくとも多大に減少されている前照灯を創作することであり、この際、特に減光設定事象は、例えば５０％のデューティサイクルでも可能とされるべきである。

前記課題は、本発明により、中央計算ユニットが、アレイ制御部を用い、マイクロミラーの位置を、予め設定された制御周波数と、オフ状態とオン状態の間の予め設定されたデューティサイクルとを用いて周期的に切り替えるように構成されており、少なくとも１つの光源の成形された光線が、マイクロミラーアレイへ指向されており、マイクロミラーアレイにより構造化されて反射された光束が、結像光学系を介して光像として道路上へ投射され、この際、中央計算ユニットは、光源制御部及び／又はアレイ制御部を用い、合焦されてマイクロミラーアレイへ指向された光線を、マイクロミラーアレイの制御周波数と同期させて、予め設定可能な時間において抑制（即ち遮断）するように構成されているという、冒頭に記載した形式の前照灯により解決される。
即ち本発明の一視点により、合焦光学系と共に少なくとも１つの光源と、マイクロミラーアレイと、結像光学系とを有する車両用の前照灯であって、前記光源及び前記マイクロミラーアレイには、光源制御部及びアレイ制御部を介して中央計算ユニットが付設されており、前記中央計算ユニットは、前記アレイ制御部を用い、マイクロミラーの位置を、予め設定された制御周波数と、オフ状態とオン状態の間の予め設定されたデューティサイクルとを用いて周期的に切り替えるように構成されており、少なくとも１つの前記光源の成形された光線が、前記マイクロミラーアレイへ指向されており、前記マイクロミラーアレイにより構造化されて反射された光束が、前記結像光学系を介して光像として道路上へ投射されるという構成を有し、前記中央計算ユニットは、前記光源制御部及び前記アレイ制御部を用い、合焦されて前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーアレイの前記制御周波数と同期させて、予め設定可能な時間において抑制するように構成され、更に前記マイクロミラーアレイの所定の領域に減光設定事象がある場合に減光された光像の領域を発生させるために、前記マイクロミラーをそれらの周期的な切替位相においてオフ状態からオン状態へ１８０°だけスライドさせ、そして合焦されて前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーアレイの前記制御周波数と同期させて、前記マイクロミラーがオン状態へスライドされた時間において抑制するように構成されていることを特徴とする前照灯が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）合焦光学系と共に少なくとも１つの光源と、マイクロミラーアレイと、結像光学系とを有する車両用の前照灯であって、前記光源及び前記マイクロミラーアレイには、光源制御部及びアレイ制御部を介して中央計算ユニットが付設されており、前記中央計算ユニットは、前記アレイ制御部を用い、マイクロミラーの位置を、予め設定された制御周波数と、オフ状態とオン状態の間の予め設定されたデューティサイクルとを用いて周期的に切り替えるように構成されており、少なくとも１つの前記光源の成形された光線が、前記マイクロミラーアレイへ指向されており、前記マイクロミラーアレイにより構造化されて反射された光束が、前記結像光学系を介して光像として道路上へ投射されるという構成を有し、前記中央計算ユニットは、前記光源制御部及び／又は前記アレイ制御部を用い、合焦されて前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーアレイの前記制御周波数と同期させて、予め設定可能な時間において抑制するように構成されていること。
（形態２）前記中央計算ユニットは、前記光源制御部及び／又は前記アレイ制御部を用い、前記マイクロミラーアレイの所定の領域に減光設定事象がある場合に減光された光像の領域を発生させるために、前記マイクロミラーをそれらの周期的な切替位相においてオフ状態からオン状態へ１８０°だけスライドさせ、そして合焦されて前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーアレイの前記制御周波数と同期させて、前記マイクロミラーがオン状態へスライドされた時間において抑制するように構成されていることが好ましい。
（形態３）前記中央計算ユニットは、前記光源制御部及び／又は前記アレイ制御部を用い、前記マイクロミラーアレイへ指向された光線を、前記マイクロミラーの前記制御周波数と同期させて、オフ位相の間、抑制するように構成されていることが好ましい。
（形態４）車道／光像の所定の領域を適切に照明するために、前記中央計算ユニットは、前記光源制御部及び／又は前記アレイ制御部を用い、目的を定めて照明すべき領域以外の全ての領域に対して責任をもつ全ての前記マイクロミラーのオン状態の間、前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーの前記制御周波数と同期させて、オフ状態の間、抑制するように構成されていることが好ましい。
（形態５）様々な照度を有する構造化された光像を発生させるために、前記中央計算ユニットは、前記光源制御部及び／又は前記アレイ制御部を用い、前記マイクロミラーのオン状態を位相において所定の時間だけスライドさせ、前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーの前記制御周波数と同期させて、オフ状態で抑制するように構成されており、位相スライドに応じ、少なくとも、オン状態の時間的な部分領域が抑制期間内に入ることが好ましい。
（形態６）前記光源と前記マイクロミラーアレイの間の光線路内に、旋回可能なミラーが設けられており、該ミラーは、駆動部を有し、該駆動部は、前記中央計算ユニットにより提供され且つ前記マイクロミラーアレイの切替動作と同期された信号による活性化に応じ、該駆動部が、その活性化に応じ、前記光源の前記光線を前記マイクロミラーアレイに向かわせるか、又は前記マイクロミラーアレイから離し、好ましくはアブソーバに向かわせるように運動可能であることが好ましい。
（形態７）前記光源と前記マイクロミラーアレイの間の光線路内に、駆動部により運動可能な可動のシールドが介在されており、該シールドは、前記マイクロミラーアレイの切替動作と同期された前記中央計算ユニットの信号による活性化に応じ、前記マイクロミラーアレイに向かう前記光線路を開放又は閉鎖することが好ましい。
（形態８）可動の前記シールドは、回転シールドとして構成されており、該回転シールドは、モータにより駆動され、該モータは、前記中央計算ユニットから提供され且つ前記マイクロミラーアレイの切替動作と同期された信号により制御されることが好ましい。
（形態９）前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線の一時的な且つ同期された抑制のために、前記中央計算ユニットにより制御され且つ前記マイクロミラーアレイの切替動作に同期された前記光源のオンオフスイッチ手段が設けられていることが好ましい。

本発明による解決策は、マイクロミラーアレイのデューティサイクルを変更する必要なく、特殊な稼動状態を制御することができるという利点を提供する。それによりＤＭＤチップの熱負荷を限界内に保つことができ、このことは、その寿命に関して有利に働く。

特に減光設定事象のために目的に適った実施形態においては、中央計算ユニットが、光源制御部及び／又はアレイ制御部を用い、マイクロミラーアレイの所定の領域に減光設定事象がある場合に減光された光像の領域を発生させるために、マイクロミラー（当該減光に関与するマイクロミラー）をそれらの周期的な切替位相においてオフ状態からオン状態へ１８０°だけスライド（位相スライド）させ、合焦されてマイクロミラーアレイへ指向された光線を、マイクロミラーアレイの制御周波数と同期させて、マイクロミラーがオン状態へスライドされた時間において抑制するように構成されていることが提案される。（尚、位相は、デューティサイクルの値にかかわらず、１回のオンで１８０°、１回のオフで１８０°とする。）

制御部の手間と費用のかかりすぎない構成の意味において、中央計算ユニットが、光源制御部及び／又はアレイ制御部を用い、マイクロミラーアレイへ指向された光線を、マイクロミラーの制御周波数と同期させて、オフ位相の間、抑制するように構成されていると、目的に適うことができる。

本発明の他の極めて有利な更なる構成により、車道／光像の所定の領域を適切に照明するために、中央計算ユニットは、光源制御部及び／又はアレイ制御部を用い、目的を定めて照明すべき領域以外の全ての領域に対して責任をもつ全てのマイクロミラーのオン状態の間、マイクロミラーアレイへ指向された光線を、マイクロミラーの制御周波数と同期させて、オフ状態の間（オフ位相の間）、抑制するように構成されていることが提案される。

更なる一変形形態においては、様々な照度を有する構造化された光像を発生させるために、中央計算ユニットは、光源制御部及び／又はアレイ制御部を用い、マイクロミラーのオン状態を位相において所定の時間だけスライドさせ、マイクロミラーアレイへ指向された光線を、マイクロミラーの制御周波数と同期させて、オフ状態の間（オフ位相の間）、抑制するように構成されていることが提案され、この際、位相スライドに応じ、少なくとも、オン状態の時間的な部分領域が抑制期間内に入る。このようにして所定の予設定が対応するかたちで構造化されている光像が発生され、この際、ここでも、マイクロミラーアレイの寿命を短縮する高すぎる加熱の回避が中心となっている。

実施に適した実施形態は、光源とマイクロミラーアレイの間の光線路内に、旋回可能なミラーが設けられていることを提案し、該ミラーは、駆動部を有し、該駆動部は、中央計算ユニットにより提供され且つマイクロミラーアレイの切替動作と同期された信号による活性化（活動化）に応じ、該駆動部が、その活性化に応じ、光源の光線をマイクロミラーアレイに向かわせるか、又はマイクロミラーアレイから離し、好ましくはアブソーバ（吸収器）に向かわせるように運動可能である。

目的に適った他の一変形形態においては、光源とマイクロミラーアレイの間の光線路内に、駆動部により運動可能な可動のシールドないし遮光部材（Blende）が介在されており、該シールドは、マイクロミラーアレイの切替動作と同期された中央計算ユニットの信号による活性化に応じ、マイクロミラーアレイに向かう光線路を開放又は閉鎖することを提案できる。

また実際に実証された他の一変形形態においては、可動のシールドが回転シールドとして構成されており、該回転シールドは、モータにより駆動され、該モータは、中央計算ユニットから提供され且つマイクロミラーアレイの切替動作と同期された信号により制御されている。

原理的に機械的な抑制に代わり、場合によりまた追加的に、マイクロミラーアレイへ指向された光線の一時的（間欠的）な且つ同期された抑制のために、中央計算ユニットにより制御され且つマイクロミラーアレイの切替動作に同期された光源のオンオフスイッチ手段を設けることを提案することもできる。光源の周期的なスイッチオフにより、当然のごとく、熱損失ないし望まれない加熱を多大に減少することができる。

以下、図面に図示された例示の実施形態に基づき、本発明を更なる利点と共に詳細に説明する。

実質的に従来技術に対応するマイクロミラーアレイを備えた、本発明にとって本質的な前照灯のコンポーネントを示す図である。 本発明の第１実施形態を、本発明による機能にとって重要なコンポーネントを強調し、図１に対応する図として示す図である。 本発明の第２実施形態を、図２に対応する図として示す図である。 本発明の第３実施形態を、図２に対応する図として示す図である。 本発明の第４実施形態を、図２に対応する図として示す図である。 ８つの個々の時点について、強く簡素化されたマイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーの位置を示す図である。 タイムチャートとして、位相をスライドしたマイクロミラーの切替状況を示す図である。 可能なハイビーム配光の強く簡素化された光像を示す図である。 図８による光像について数値を有する表を示す図である。 ５つのグラフとして、図８ないし図９に記載された照度のためのアレイのマイクロミラーの切替状態を示す図である。 図６に類似する図として、図８及び図９に図示された光像を達成するためのマイクロミラーの位置を示す図である。 １つのグラフとして、アレイのマイクロミラーのパルス幅変調された制御を示す図である。

先ず図１に関連し、本発明の一実施例を詳細に説明する。特に本発明による前照灯にとって重要な部分が図示されており、この際、自動車の前照灯は、特に乗用車やオートバイも含め自動車においてその意味ある使用を可能とする更に多数の他の部分も含んでいることは明らかである。前照灯の光技術的な出発点は、光線２を放射する光源１であり、光源１には、制御部３が付設されており、この際、この制御部３は、光源１の給電のため、並びに光源１の監視のため、又は例えば温度管理に用いられ、また放射された光線の強度を変調するために設けることもできる。本発明との関連において「変調」とは、連続的であろうと、オンオフの意味でのパルス化であろうと、光源の強度が変更可能であることとして理解される。それに加え、ある特定の時間の間のオンオフの可能性もある。この際、できるだけ強い光の流れを達成するため、従ってＤＭＤチップ上にできるだけ高い輝度を達成するために、好ましくは、高電流で稼動可能なＬＥＤ光源（「ハイパワーＬＥＤ」と呼ぶ）が使用される。光源１の制御信号は、Ｕ_Ｓで示されている。

また制御部３は、中央計算ユニット４（以下、単に「計算ユニット」とも称する）から信号を取得し、中央計算ユニット４には、センサ信号ｓ_１...ｓ_ｉ...ｓ_ｎを提供することができる。これらの信号は、一方では、例えば、ハイビームからロービームに切り替えるための切替命令とすることができ、又は他方では、例えば、照明状況、環境条件、及び／又は車道上の物体を検知する、カメラのようなセンサにより記録される信号とすることもできる。またそれらの信号は、車両・車両・通信情報に由来することもできる。ここでは模式的にブロックとして記載された中央計算ユニット４は、完全に又は部分的に前照灯に含ませることができ、この際、中央計算ユニット４には、記憶ユニット５も付設されている。

光源１には、光学系６を（光の進む方向で）後置させることができ、その構成は、とりわけ、レーザダイオードやＬＥＤのような使用される発光手段の種類、数量、空間的な位置決め、並びに要求される光線品質に依存し、また光学系６は、なかでも、光源１から出射された光が均等に又は均等とは異なる所望の強度分布でマイクロミラーアレイ７（以下、単に「アレイ７」とも称する）のマイクロミラーに当たるように設けられている。

そして合焦されたないし成形された光線２は、このマイクロミラーアレイ７に達し、マイクロミラーアレイ７において、個々のマイクロミラーの対応の位置により照射像８が形成され、照射像８は、結像光学系９を介し、光像１０として道路１１上へ投射可能である。中央計算ユニット４は、信号ｓ_ａをアレイ制御部１２へ提供し、アレイ制御部１２は、アレイ７の個々のマイクロミラーを所望の光像に対応するように制御する。アレイ７の個々のマイクロミラーは、周波数、位相、偏向角度に関して個別に制御することができる。

図２は、本発明の第１実施形態を示しており、この際、同じ部分には同じ符号が使われるが、原則的に図１による制御部に対応する全ての制御部が図示されているわけではない。ここでは、光源１とアレイ７の間に、傾動可能ないし可動なシールド１３が介在されており、シールド１３は、適切な駆動部１４、例えば電磁的な駆動部により、シールド１３が、計算ユニットから提供された信号ｓ_ｂによる活性化（活動化）に応じ、マイクロミラーアレイ７に向かう光線路を開放又は閉鎖するように運動可能である。この切り替えは、マイクロミラーアレイ７の切替動作と同期しており、これについては、後続段落で更に説明する。

図３は、他の一実施形態を示しているが、その機能は、図２による機能と類似しており、同じ所望の結果をもたらしてくれる。図２の傾動可能なシールド１３に代わり、ここでは、モータ１６により駆動される回転シールド１５がマイクロミラーアレイ７に向かう光線路内に配設されている。モータ１６には、計算ユニットから提供される信号ｓ_ｍが提供され、信号ｓ_ｍは、マイクロミラーアレイ７の切替動作と同期したモータ１６の回転を保証する。回転シールド１５は、透光性ないし遮光性である複数のフィールドを含むことができる。

他の一変形例が図４に示されており、該変形例は、旋回可能なミラー１７を有し、ミラー１７は、図２のシールド１３と同様に駆動部１４を有し、駆動部１４は、駆動部１４が、計算ユニットから提供された信号ｓ_ｂによる活性化に応じ、光源１の光線２をマイクロミラーアレイ７に向かわせるか、又はマイクロミラーアレイ７から離された光を吸収し且つそれにより前照灯における望まれない反射も防止するアブソーバ（吸収器）１８に向かわせるように運動可能である。

最後に図５による変形例において、マイクロミラーアレイ７へ指向された光線２の一時的（間欠的）な且つ同期された抑制が、被制御式のスイッチ１９によっても行われ得ることが示されており、スイッチ１９は、所定の信号ｓ_ｌにより制御され、信号ｓ_ｌは、上記の信号ｓ_ｂとｓ_ｍと同様に中央計算ユニット４に由来し、アレイ制御部１２のための信号ｓ_ａと、後続段落で詳細に説明する方式で同期されている。

以下に本発明の機能を幾つかの例を用いて説明する前に、ここで述べておくが、オフ位相、オフ状態、又は光オフとの概念は、マイクロミラーアレイ上にあるマイクロミラーの位置との関連において、各々のマイクロミラーが、光像内で対応の領域／ピクセルが減光されるという位置、又はこの領域／ピクセルにおいて少なくとも１ｌｘ未満の照度がもたらされるという位置にあることを意味すべきである。またその反対の内容としてオン位相などの概念も理解されるべきである。

本発明に基づく前照灯における光線の抑制は、以下、図６との関連で、第１例として示されている。

ＤＭＤチップを介し、均等に照明されている光像の一部が道路上へ結像されるべき場合、所望のデューティサイクルを実現するためには、マイクロミラーアレイのマイクロミラーを同時に第１位置から第２位置に動かすことが望ましい。

デューティサイクル、即ちオンオフレシオは、５０：５０、即ち５０％である必要はなく、予想すべき最大温度に依存してより高くてもよい。ＤＭＤチップを６０℃未満の温度へ冷却する冷却装置が提供可能である場合には、例えばデューティサイクルをむしろ７０：３０、即ち７０％に増加することもできる。制御に起因する高い制御手間を回避するために、デューティサイクルは、好ましくは、多くの場合、工場渡しで、所定の固定値へ設定される。

ＤＭＤチップを介し、好ましくは、ハイビーム像の中央部における光像の一部が構成され、その理由は、この領域において高い解像度が望まれるためである。

更に詳細に図６に関連し、図６は、より良い分かりやすさのために５ｘ１５＝７５個の個別ミラーに減少されたアレイをその稼動状態の８つの時点ｔ１〜ｔ８において模式的に示している。時点ｔ１〜ｔ４における通常稼動においては、既に上述したように、全てのマイクロミラーは、温度ないし冷却機能に適合された所定のオンオフレシオで、同時に第１位置から第２位置に動かされる。時点ｔ１とｔ３において、全ての個別ミラーは、オフの位置にあり、時点ｔ２とｔ４においては、オンの位置にある。

線影（ハッチング）を施した面は、マイクロミラーアレイへ指向された光線の本発明による抑制（即ち遮断）が行われる時間部分ｔ５とｔ７を示している。

上記の通常稼動中は、マイクロミラーアレイへ指向された光線を抑制する必要はない。しかしオフ位相中も、マイクロミラーアレイへ指向された光線をマイクロミラーアレイのマイクロミラーの制御周波数と同期して抑制することは有利であると言え、その理由は、それにより、反射に基づく損失を原因とするＤＭＤチップでの温度上昇を回避することができるためである。尚「制御周波数」とは、マイクロミラーアレイのマイクロミラーが周期的にオフ状態からオン状態へ変わる周波数として理解される。

更に加えて図７が参照される：光像内の所定の領域に関する減光設定事象（減光シナリオ Ausblendszenario）、例えば対向車両に関する減光設定事象が実現されるべき場合で、この際、同時にデューティサイクルが実質的に維持されるべき場合には、光像内の対応の領域／ピクセルに対して責任をもつマイクロミラー（図６において時点ｔ６のところで７ａ〜７ｄにより示されているマイクロミラー）が、それらの周期的な切替位相に関してオフ状態からオン状態へ１８０°だけスライド（位相スライド）される（時点ｔ５を参照；時点ｔ５以降、オン状態とオフ状態が入れ替わっている。この際、位相は、デューティサイクルの値にかかわらず、１回のオンで１８０°、１回のオフで１８０°とする。）。この位相スライドは、図７で見ることができ、図７の下側の並びには、上記の位相スライドを有する減光設定事象中の稼動が図示されている。

そして、減光すべき領域を構成すべきマイクロミラーアレイのマイクロミラー、即ち図示の例ではマイクロミラー７ａ〜７ｄは、それらのオフ状態になり、マイクロミラーアレイの残りのマイクロミラーは、オン状態へ切り替わる（時点ｔ６を参照）。

また本発明に意味において、追加的に、マイクロミラーアレイのマイクロミラー７ａ〜７ｄの位置がそれらの周期的な切替位相に関して１８０°だけスライドしているこの時間位相において、マイクロミラーアレイへ指向された光線が抑制（即ち遮断）される。従って光像内の所定の領域が減光されるべきであるにもかかわらず、所定のデューティサイクルを維持することができる。

従って、マイクロミラーアレイへ指向された光線が抑制されるべき時間は、減光すべき領域を「担当」するマイクロミラーアレイのマイクロミラーが所定の位置に留まり続ける時間に対応し、例えばマイクロミラーがオン状態に留まる間の時間である。この時間の長さは、勿論、適用されているデューティサイクルと関連している。このことは、マイクロミラーアレイのマイクロミラーの制御周波数と同期する光線の抑制に匹敵する。

車両用の前照灯を使用する場合、減光すべき対象は、通常は動いており、従って減光設定事象の経過中には、マイクロミラーアレイの複数のマイクロミラーがそれらの切替位相に関し、上記のように、１８０°分のスライドを行わなければならない。

減光設定事象が過ぎ去ると直ちに、再び通常稼動へ切り替えられ、このことは、マイクロミラーアレイの全てのマイクロミラーが位相を合わせて同相で第１位置から第２位置へ切り替わることを意味する。

本発明による前照灯は、上述したように、ある対象だけを適切に照明するために使用することもでき、この際、照明すべき対象を「担当」するマイクロミラーアレイのマイクロミラーのオン状態において（この際、唯一のマイクロミラーだけが関与することも可能）抑制が適応されるのではなく、照明すべき対象以外の領域／ピクセルを「担当」するマイクロミラーアレイのマイクロミラーのオン状態において、抑制が適用される。しかしこの過程は、当業者にとって明らかであろう。

上記の例においては、均等に照らされた領域において如何に所定のデューティサイクルを実現し、それでも減光設定事象を実現するかについて示されている。しかし通常は、光像を用いて車道を均等に照明するのではなく、車両前照灯の特徴的な光像を規定の規則に従って発生させることが望まれる。

それに対応し、次の例では、本発明による光線の抑制（即ち遮断）の特に有利な適用が示されるべきである：

この意味において、以下の例では、図８に関連し、極めて簡素化された追加ハイビーム像から出発し、この際、この簡素化は、本発明の有利な使用をできるだけ目に見えるかたちで詳細に説明するために必要である。実際に使用されるマイクロミラーアレイは、数千個のマイクロミラーから構成されるものであり、従って図８に示されているような粗い段階構成は、本来、実際のものには対応していない。

図８の光像では、更に簡素化された描写のために、単に５つの異なる照度が、異なる点密度により図示されており、この際、これらの照度は、図８に関連する図９においてパーセント表示で記載されている。

この際、１００％は、提供可能な最大照度に対応する。５０／５０の予め設定されたデューティサイクルにより、設置された光出力の５０％だけが使用可能である場合には、この光出力（５０％）は、この例における１００％に対応する。また０％は、照明されない領域／ピクセルに対応する。

上記のようにデューティサイクルは、５０／５０の値をとる必要はなく、予想すべきＤＭＤチップ温度に依存してより高く設定することも可能であり、この際、デューティサイクルが大きいほど、より多くの光を利用することができる。例えば７０／３０のデューティサイクルは、設置された光出力の７０％の理論的な利用を意味するであろう。

図１０には、５つのグラフが示されており、この際、各々、マイクロミラーアレイのマイクロミラーの切替状態が示されており、これらの切替状態は、図８ないし図９に記載された、０％、２５％、５０％、７５％、１００％の照度に対応している。線影（ハッチング）を施した面は、マイクロミラーアレイへ指向された光線の本発明による抑制（即ち遮断）が行われるべき時間部分を示している。

更なる具体的な説明のために図１１が参照され、図１１では、時間部分ｔ１、ｔ２、...ｔ８が図１０のグラフに関連している（この際、これらの時間部分は、図７の時間部分とそれに対応する例とは関係ないことに注意すべきである）。つまり図１１では、異なる照度と５０／５０のデューティサイクルを有する、上記のように図８及び図９で示された光像を達成するために、如何にマイクロミラーアレイが通常稼動において動作するかが示されている。

図１１の右側において、時間ｔ５からｔ８には、マイクロミラーアレイへ指向された光線の本発明による抑制が行われる時間についてマイクロミラーの位置が示されている。

それにより有利には、不均等な（又は構造化された）光像も発生され、同時にマイクロミラーアレイの個々のマイクロミラーのための所定のデューティサイクルも実現可能であることを良好に見ることができる。

光像内の提供可能な照度の１００％で付勢されるべき領域は、ｔ１〜ｔ４の時間において、マイクロミラーアレイの中央部のマイクロミラーを介し、最も長い時間でオン状態にある。ここで「中央部のマイクロミラー」とは、期間ｔ１においてオン状態にあり、ないし光像の１００％領域の構成を「担当」するマイクロミラーアレイのマイクロミラーを意味している（例えば図９を参照）。

それに対し、光像内で７５％領域を「担当」するマイクロミラーは、グラフ並びにそれに対応する図面から見てとれるように、時間（ｔ１〜ｔ４の時間）の３／４（７５％）の間、即ち時間部分ｔ２〜ｔ４において、オン状態にある。この際、１／４（２５％）は、マイクロミラーアレイへ指向された光線が抑制される期間に含まれる。

光像内で照明すべきではない領域、即ち０％に対応する領域は、マイクロミラーアレイの「担当」のマイクロミラーを介し、マイクロミラーアレイのマイクロミラーが光線で付勢される時間内でこれらのマイクロミラーがオフ状態にあり、そしてこれらのマイクロミラーが、デューティサイクルに起因する必要な変換が行われると直ちに、オン状態へ切り替わるように構成される。この時間内において光線は抑制され、光像内で照明されることはなく、従って所望の配光がもたらされる。

上記の例で説明したように、減光設定事象の際には、減光すべき領域／ピクセルを「担当」するマイクロミラーアレイのマイクロミラーが、それらの切替位相に関してスライド（位相スライド）されなくてはならない。

この際、位相スライドは、通常稼動時の所望の照度に依存する。例えば７５％領域を「担当」するマイクロミラーアレイのマイクロミラーは、それらのオン状態を光抑制された位相へスライドするために、それらの位相に関して１３５°だけスライドされなくてはならない。５０％領域を担当するマイクロミラーは、９０°だけ、２５％領域を担当するマイクロミラーは、４５°だけ、そして１００％領域を担当するマイクロミラーは、上記の例で既述したように、１８０°だけスライドされなくてはならない。

マイクロミラーアレイのマイクロミラーは、１秒間に数千回、それらの状態をオンからオフへ或いはオフからオンへ変更する。光抑制された位相、並びに個々のマイクロミラーの位相スライドを運転者に対してできるだけ快適に、即ち知覚されないように構成するために、マイクロミラーは、好ましくは高周波数で制御される。２００Ｈｚでのマイクロミラーの制御は、例えば慣用であるが、より高い周波数は、より有利であるとされ、例えば好ましくは５００Ｈｚであり、特に好ましくは１ｋＨｚである。しかし特に抑制が光源のオンオフ切替を介して実現される場合には、切替時間が極めて短くなり、従って制御電子装置に対して比較的高い要求が課せられる。

また光源を照度調整（ディマ）することも可能であり、それにより全光像は、照度下降調整され（ディマダウン）或いは照度上昇調整（ディマアップ）され、このことは、とりわけ、一方の光機能から他方の光機能への切替段階において所望とされ得る。

個別に所定の領域を照度調整する更なる可能性は、マイクロミラーアレイの個々のマイクロミラーをそれらのオン位相においてパルス幅変調して制御することであり、このことは、図１２において、７５％、５０％、２５％への照度下降調整のために示されている。この際、減光設定事象の際には、マイクロミラーアレイの各マイクロミラーにおいて、マイクロミラーアレイへ指向された光線の抑制が行われる時間範囲内へ達するために、同じ位相スライドが有利である。このことは、例えば様々な位相スライドが実現されなくてはならない図１０による構成に比べ、減光設定事象における制御に起因する制御手間を軽減でき、それに対し、各マイクロミラーのための図１２による実施形態においては、減光設定事象の際には１８０°の同じ位相スライドで十分である。

１ 光源
２ 光線
３ 制御部
４ 中央計算ユニット
５ 記憶ユニット
６ 光学系
７ マイクロミラーアレイ
７ａ マイクロミラー
７ｂ マイクロミラー
７ｃ マイクロミラー
７ｄ マイクロミラー
８ 照射像
９ 結像光学系
１０ 光像
１１ 道路
１２ アレイ制御部
１３ シールド
１４ 駆動部
１５ 回転シールド
１６ モータ
１７ ミラー
１８ アブソーバ（吸収器）
１９ スイッチ

Ｕ_Ｓ 制御信号
ｓ_ａ 制御信号
ｓ_ｂ 制御信号
ｓ_ｍ 制御信号
ｓ_ｌ 制御信号
ｓ_１,ｓ_２, ...ｓ_ｎ センサ信号

Claims (8)

1. 合焦光学系（６）と共に少なくとも１つの光源（１）と、マイクロミラーアレイ（７）と、結像光学系（９）とを有する車両用の前照灯であって、
   前記光源及び前記マイクロミラーアレイには、光源制御部（３）及びアレイ制御部（１２）を介して中央計算ユニット（４）が付設されており、
   前記中央計算ユニットは、前記アレイ制御部を用い、マイクロミラーの位置を、予め設定された制御周波数と、オフ状態とオン状態の間の予め設定されたデューティサイクルとを用いて周期的に切り替えるように構成されており、
   少なくとも１つの前記光源の成形された光線（２）が、前記マイクロミラーアレイへ指向されており、前記マイクロミラーアレイにより構造化されて反射された光束が、前記結像光学系（９）を介して光像（１０）として道路（１１）上へ投射されるという構成を有し、
   前記中央計算ユニット（４）は、前記光源制御部（３）及び前記アレイ制御部（１２）を用い、
   合焦されて前記マイクロミラーアレイ（７）へ指向された前記光線（２）を、前記マイクロミラーアレイの前記制御周波数と同期させて、予め設定可能な時間において抑制するように構成され、更に
   前記マイクロミラーアレイの所定の領域に減光設定事象がある場合に減光された光像の領域を発生させるために、前記マイクロミラーをそれらの周期的な切替位相においてオフ状態からオン状態へ１８０°だけスライドさせ、そして
   合焦されて前記マイクロミラーアレイ（７）へ指向された前記光線（２）を、前記マイクロミラーアレイの前記制御周波数と同期させて、前記マイクロミラーがオン状態へスライドされた時間において抑制するように構成されていること
   を特徴とする前照灯。
2. 前記中央計算ユニット（４）は、前記光源制御部（３）及び前記アレイ制御部（１２）を用い、前記マイクロミラーアレイへ指向された光線を、前記マイクロミラーの前記制御周波数と同期させて、オフ位相の間、抑制するように構成されていること
   を特徴とする、請求項１に記載の前照灯。
3. 様々な照度を有する構造化された光像を発生させるために、前記中央計算ユニット（４）は、前記光源制御部（３）及び前記アレイ制御部（１２）を用い、前記マイクロミラーのオン状態を位相において所定の時間（ｔ１...ｔ４）だけスライドさせ、前記マイクロミラーアレイへ指向された前記光線を、前記マイクロミラーの前記制御周波数と同期させて、オフ状態の間、抑制するように構成されており、位相スライドに応じ、少なくとも、オン状態の時間的な部分領域が抑制期間内に入ること
   を特徴とする、請求項１に記載の前照灯。
4. 前記光源（１）と前記マイクロミラーアレイ（７）の間の光線路内に、旋回可能なミラー（１７）が設けられており、該ミラー（１７）は、駆動部（１４）を有し、該駆動部（１４）は、前記中央計算ユニット（４）により提供され且つ前記マイクロミラーアレイの切替動作と同期された信号（Ｓ_ｂ）による活性化に応じ、該駆動部（１４）が、その活性化に応じ、前記光源（１）の前記光線（２）を前記マイクロミラーアレイに向かわせるか、又は前記マイクロミラーアレイから離すように運動可能であること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の前照灯。
5. 前記光源（１）と前記マイクロミラーアレイ（７）の間の光線路内に、旋回可能なミラー（１７）が設けられており、該ミラー（１７）は、駆動部（１４）を有し、該駆動部（１４）は、前記中央計算ユニット（４）により提供され且つ前記マイクロミラーアレイの切替動作と同期された信号（Ｓ_ｂ）による活性化に応じ、該駆動部（１４）が、その活性化に応じ、前記光源（１）の前記光線（２）を前記マイクロミラーアレイに向かわせるか、又はアブソーバ（１８）に向かわせるように運動可能であること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の前照灯。
6. 前記光源（１）と前記マイクロミラーアレイ（７）の間の光線路内に、駆動部（１４）により運動可能な可動のシールド（１３）が介在されており、該シールド（１３）は、前記マイクロミラーアレイ（７）の切替動作と同期された前記中央計算ユニット（４）の信号（Ｓ_ｂ）による活性化に応じ、前記マイクロミラーアレイに向かう前記光線路を開放又は閉鎖すること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の前照灯。
7. 可動の前記シールドは、回転シールド（１５）として構成されており、該回転シールド（１５）は、モータ（１６）により駆動され、該モータ（１６）は、前記中央計算ユニット（４）から提供され且つ前記マイクロミラーアレイ（７）の切替動作と同期された信号（Ｓ_ｍ）により制御されること
   を特徴とする、請求項６に記載の前照灯。
8. 前記マイクロミラーアレイ（７）へ指向された前記光線（２）の一時的な且つ同期された抑制のために、前記中央計算ユニット（４）により制御され且つ前記マイクロミラーアレイの切替動作に同期された前記光源（１）のオンオフスイッチ手段が設けられていること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の前照灯。

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