KR102145335B1 - 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 생성하기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컷오프 라인을 갖는 광 다발(light bundle)을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛에 관한 것이며, 이 조명 유닛은:
- 적어도 하나의 광원(1, 1a, 1b),
- 반사기(2),
- 외측면(3a)을 갖는 아웃렛 렌즈(3),
- 반사기(2)와 아웃렛 렌즈(3) 사이에 배치된 포컬린 영역(4) 및
각각의 광원(1, 1a, 1b)에 대한 시준기(10, 10a, 10b)를 포함한다. 시준기(10, 10a, 10b)는 짝을 이룬 광원(1, 1a, 1b)에 의해 시준기(10, 10a, 10b)로 공급되는 광 빔(S1)을 광 빔(S2)의 광 다발로 정렬시키고, 반사기는 시준기를 빠져 나온 광의 광 빔을 초점 라인 영역 내에 놓인 초점 라인으로 편향시킨다. 반사기에 의해 반사된 광 빔은 아웃렛 렌즈를 빠져 나온 광 빔이 컷오프 라인을 갖는 광 분포를 형성하도록 적어도 수직 방향으로 아웃렛 렌즈에서부터 편향된다. 아웃렛 렌즈(3)의 외측면(3a)은 매끄러운 베이스 영역(BF) 내의 홈 형상의 구조로 이루어진다. 홈 형상의 구조를 형성하는 홈(3b)은 실질적으로 수직 방향으로 뻗어 있고, 수평 방향으로 서로 인접하게 놓인 두 홈(3b)은 바림직하게는, 실질적으로 수직 방향으로 뻗어 있고 구체적으로 바람직하게는 홈(3b)의 전체 수직 범위에 걸쳐 뻗어 있는 상승부에 의해 이격되어 있다.

Description

컷오프 라인을 갖는 광 다발을 생성하기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛
본 발명은 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 생성하기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛에 관한 것이며, 이 조명 유닛은:
- 적어도 하나의 광원,
- 반사기,
- 외측면을 갖는 아웃렛 렌즈,
- 반사기와 아웃렛 렌즈 사이에 배치된 포컬린 영역(focalline region)을 포함하고,
뿐만 아니라, 각각의 광원에 대한 시준기(collimator)를 포함하고, 이 시준기는 광선을 정렬시켜, 시준기와 짝을 이루는 광원으로부터 시준기로 공급되는 광선을 광 빔의 광 다발(bundle)로 정렬시킨다.
그리고, 여기서 반사기는 시준기를 빠져나오는 광 다발의 광 빔을 포컬린 영역 내의 초점 라인으로 편향시키고,
여기서, 반사기로부터 반사된 광선은 아웃렛 렌즈를 빠져나온 광 빔이 컷오프 라인을 갖는 광 분포를 형성하도록 아웃렛 렌즈로부터 적어도 수직 방향으로 편향되며, 이 컷오프 라인은 초점 라인 및 아웃렛 렌즈를 통한 포컬린 영역의 이미지(depiction)로 생기고,
여기서,
반사기, 아웃렛 렌즈 및 포컬린 영역, 뿐만 아니라 바람직하게는 적어도 하나의 시준기는 광 투과성 몸체로부터 형성되고, 광 투과성 몸체 내에서 전파하는 광 빔은 반사기의 외부 경계면 및/또는 포컬린 영역의 외부 경계면, 및 바람직하게는 적어도 하나의 시준기의 외부 경계면에서 전반사된다.
또한, 본 발명의 적어도 하나의 이러한 조명 유닛을 갖춘 자동차 헤드라이트에 관한 것이다.
유사한 조명 유닛은, 예컨대, DE 60 2006 000 180 T2로부터 공지되어 있다.
본 발명과 관련된 조명 유닛은, 예컨대, 로우 빔 조명 분포의 일부, 더 구체적으로는 로우 빔 조명 분포를 갖는 자동차의 전방의 조명 분포를 구현하기 위해 자동차 헤드라이트에서 사용될 수 있다.
현재의 설계 트렌드는 종종 수직 방향으로는 좁고 수평 방향으로는 퍼진 슬릿 형태의 광 출사 개구를 가지는 헤드라이트를 필요로 한다. 앞서 언급한 조명 유닛은 슬릿 형상의 광 출사면이 수평 방향으로 퍼지도록, 그 높이가 단지 광 출사면의 영역에서 최대 10mm 또는 최대 15mm일 수 있는 낮은 설계 높이로 구현될 수 있다.
전술한 DE 60 2006 000 180 T2에 서술된 전술한 조명 유닛의 경우에는, 아웃렛 렌즈의 외측면을 의미하는 광 출사면이 매끄럽다고 규정되어 있다. 이에 따라, 달성될 수 있는 수평 방향의 광 이미지 및 광 분포가 충분히 넓지 않은 것으로 나타났다.
본 발명의 목적은 향상된 조명 유닛을 제시하는 것이다.
이 목적은 다음을 수반하는 전술한 조명 유닛에 의해 달성된다. 본 발명에 따라, 아웃렛 렌즈의 외측면은 매끄러운 베이스 영역 내의 홈 형상의 구조에 의해 형성되고, 홈 형상의 구조를 형성하는 홈은 대체로 수직 방향으로 뻗어 있고, 바람직하게는 수평 방향으로 서로 인접하게 놓인 두 홈은 바람직하게는 수직 방향으로 뻗어 있는 홈의 전체적인 수직 범위에 걸쳐 뻗어 있는 상승부(elevation)에 의해 서로 분리되어 있다. 매끄러운 베이스 영역은 바람직하게는 연속적이고, 특히 수평 방향으로 뻗은 에지를 가지지 않는다.
앞서 언급한 바와 같이, 아웃렛 렌즈의 매끄러운 외측면에 의해, 희망의 광 이미지를 위해 필요한 폭은 종종 달성될 수 없고, 특히 로우 빔 조명 분포의 자동차의 전방에 대한 광 분포에 대하여 달성될 수 없다. 본 발명에 따른 아웃렛 렌즈의 외측면 상의 구조는 출사광 빔의 수평 블러링(blurring)을 달성함으로서 희망의 광 분포 폭이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 정확히 하나의 시준기를 갖는 정확히 하나의 광원이 제공된다.
바람직하게는, 매끄러운 베이스 영역과 제1 비수직 단면 평면이 교차한 때 만들어지는 제1 베이스 교차 곡선이 선형으로 뻗어 있으며, 외측면과 제1 단면 평면이 교차한 때 만들어지는 제1 외측면 교차 곡선은 정현(sinus) 형상의 진행을 갖는다는 것이 규정될 수 있다.
특히, 제1 외측면 교차 곡선은 각각의 제1 단면 평면의 베이스 교차 곡선을 기준으로 sinN(k*x)(N = 1, 2, 3, …)에 비례하여 제1 단면 평면으로 뻗은 것으로 규정될 수 있으며, 여기서 x는 각각의 베이스 교차 곡선을 따른 좌표를 표시하고, k는 상수를 표시한다.
이에 따라, 정현 형상의 제1 외측면 교차 곡선은 제1 베이스 교차 곡선 상에 있는 것으로 규정될 수 있다.
이에 따라, 진행이 sinN(k*x) + c (c = 0)에 비례한다는 것이 적용된다.
특히, 모든 제1 외측면 교차 곡선에 대한 상수 k의 값이 동일하다는 것이 규정될 수 있다.
또한, 매끄러운 베이스 영역과 아웃렛 렌즈의 광축과 평행하게 뻗은 제2 수직 단면 평면을 교차시킴으로써 얻어지는 제2 베이스 교차 곡선이 아치형, 더 구체적으로 바깥쪽으로 아치형인 것이 적절할 수 있으며, 이 때 이 제2 교차 곡선은 바람직하게는 일정하다.
이와 관련하여, 외측면과 형성된 제2 단면 평면을 교차시킴으로써 얻어지는 제2 외측면 교차 곡선이 외측면의 포인트들을 베이스 영역에 대하여 최대 거리에 서 서로 연결하는 것이 적절할 수 있다.
특히, 제2 외측면 교차 곡선에 대한 노멀 디스턴스(normal distance)는 제2 베이스 교차 곡선을 따라 형성된 단면 평면으로 진행할 때 제2 베이스 교차 곡선 상의 위치를 나타내는 파라미터, s의 함수, A(s)인 것이 유리하다.
제2 단면 평면은 광 투과성 몸체의 광축과 평행한 수직 평면이다(광학 몸체의 아웃렛 렌즈를 의미).
광축 아래에서, 광학 몸체의 광축은 아웃렛 렌즈의 정점(apex), 특히, 광학 몸체의 중심선을 기준으로 정해진다.
베이스 영역 상의 고려된 포인트에서, 제1 단면 평면은 다음을 야기한다. 고려 포인트에서의 제1 단면 평면은 통상적으로 베이스 영역 상의 접평면(tangent plane) 상에 있는 평면이고, 이로 인해 제1 단면 평면을 의미하는 이 평면은 여전히 통상적으로 상기 포인트들이 놓여 있는 제2 단면 평면 상에 있다. 상술한 바와 같은 제2 단면 평면의 경우에, 이것은 광축과 평행하게 (또는 이러한 광축을 통해) 뻗은, 그리고 고려 포인트이 놓여 있는 매끄러운 베이스 영역을 통해 수직 단면 평면과 관련이 있다.
그러나, 수평 방향으로만 아치형이고 통상적으로 수평 방향으로는 광 액세스 상에서 선형으로 뻗은 베이스 영역의 경우, 인접한 제1 단면 평면들 사이의 각은 광축을 기준으로 변하지만, 이와 대조적으로 모든 단면 평면은 통상적으로 광축에 대한 수평 방향으로 서로 "평행"하게 선형으로 뻗는다.
이에 의해, 명목 거리, A(s)가 제2 베이스 교차 곡선을 따라 진행하는 경우에 지속적으로 증가되고, 바람직하게는 베이스 영역의 하부 에지 상의 명목 거리는 베이스 영역의 상부 에지의 것보다 작고, 명목 거리, A(s)는, 예컨대, s[0, 1]일 때 관계 A(s) = A0 * (K - s)에 따라 얻어지며, 여기서, S = 0는 상부 에지 상의 위치를 나타내고, S = 1은 하부 에지 상의 위치를 나타내고, K = 1 또는 K > 1이다.
따라서, K = 1인 경우, A0는 베이스 영역(BF)의 상부 또는 하부 에지, 바람직하게는 상부 에지(s = 0) 상의 명목 거리이고, 하부 에지(s = 1) 상의 명목 거리에 대해서는 그에 맞게 A(1)=0이 적용된다.
값 K > 1인 경우, 상부 에지(s = 0)에 대하여, 명목 거리, A(0) = K*A0이 적용되고, 상부 에지 상에서, 명목 거리는 A(1) = A0 * (K - 1) > 0이다.
K > 1인 경우에는, 부분적으로 K = 1인 경우보다 우수한 광 효율을 나타났다.
따라서, 2개의 "제로 교점"이 각각 서로의 상부에 놓인 본 실시예의 경우에 2개의 수직 제2 단면 평면이 존재하며, 이는 외측면과 베이스 영역이 일치하는 이들 영역이, 본 경우, 제2 베이스 교차 곡선과 일치하는 대응 제2 외측면 교차 곡선에 의해 서로 연결되어 있음을 의미한다.
동일한 방식으로, 제2 외측면 교차 곡선이 서로 음의 노멀 디스턴스/진폭을 연결하는 2개의 단면 평면이 존재한다. 그러나, 명료한 설명을 위해, "양의" 노멀 디스턴스/진폭에 대한 2개의 외측면 교차 곡선을 표시하는 것으로 충분하며, 다른 상호 관계는 제1 단면 평면 내에서의 정현 진행으로 인한 것이다.
적어도 하나의 광원은 포컬린 영역보다 낮게 배치되어 있고, 적어도 하나의 광원으로부터 방출된 광은 상방으로 안내되어 포컬린 영역의 방향에서 하방으로 반사기에 의해 반사된다고 규정될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 광원은 포컬린 영역보다 높게 배치되어 있고, 적어도 하나의 광원으로부터 방출된 광은 하방으로 안내되어 포컬린 영역의 방향에서 상방으로 반사기에 의해 반사된다고 규정될 수도 있다.
바람직하게는, 반사기는 가이드로서 포물선(parable)을 가진 면, 예컨대, 원통형 면으로 규정되고, 반사기의 초점 라인은, 예컨대, 바람직하게는 원통의 생성 요소와 대체로 평행한 직선으로 형성된다. 바람직하게는, 포물선 축은 생성 요소와 직교하고 적어도 하나의 광원의 메인 빔 방향과 평행하거나 반평행(anti-parallel)이다.
또한, 반사기는, 예컨대, 원통 형상으로 절단된, 수직 방향으로 메인 액세스(main access)를 가지는 포물선 형상의 표면이다. 컷이 원통형이 아니어야 한다.
예를 들어, 아웃렛 렌즈의 외측면은 수직 방향으로 바깥쪽으로 아치형이고, 수평 방향으로 선형으로 뻗어 있고, 예컨대, 외측을 향해 볼록한 곡선을 따른 직선형 단면을 갖는 원통형 면에 의해 형성된다. 이러한 외측을 향해 볼록한 곡선에 대한 일례는 비구면 렌즈 윤곽이다.
예를 들어, 수직 방향으로 바깥쪽으로 아치형이고 수평 방향으로는 아치형이 아닌 프리폼(free-form) 렌즈와 관련된다.
또한 구체적으로, 외측면의 원통형 면이 반사기의 생성 요소와 대체로 평행한 생성 요소를 가진다는 것이 규정될 수 있다.
하나의 광원이 제공된다는 것이 규정될 수 있으나, 또한 복수의 광원들이, 예컨대, 반사기의 생성 요소의 방향으로 서로 나란히 놓인다는 것이 규정될 수 있다. 바람직하게는, 광원 방출 포인트와 광원 방출 영역 사이의 거리, 특히, 발광 초점 거리가 동일하다.
적어도 하나의 광원은 하나의 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 요약하면, 정현 형상의 홈이 있는 외형이 제공되고, 정현 함수는 렌즈 표면에 대하여 수직이고, 이는 아웃렛 렌즈의 매끄러운 베이스 영역을 의미한다. 주기는 변하지 않는 것이 바람직하지만, 바람직하게는 홈 깊이(진폭)는 광 아웃렛 표면의 상부 에지의 상부 에지 상의 특정 초기 값(A0)(이 값으로, 광 분포의 폭이 조정될 수 있다)으로부터 렌즈의 하부 에지 상의 0 값까지 변한다.
따라서, 광 분포를 원하는 만큼 넓히는 것이 달성될 수 있고, 놀랍게도 광 투과성 몸체의 초점 라인이 선형으로 뻗은 경우에도 컷오프 라인은 바깥쪽으로 구부러지지 않은 것으로 나타났다.
본 발명은 도면을 기초로 하여 아래에 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 헤드라이트용 조명 유닛의 주요 컴포넌트를 도시한다.
도 2는 도 1의 조명 유닛의 광축과 평행한 수직 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 조명 유닛의 광축과 평행한 수직 단면을 도시한다.
도 4는 그것의 아웃렛 렌즈가 홈 구조를 가지지 않는 광 투과성 몸체를 갖는 조명 유닛의 투시도이다.
도 4a는 도 4의 조명 유닛에 의해 생성된 광 분포를 도시한다.
도 5는 도 1의 조명 유닛을 다시 도시한다.
도 5a는 도 5의 조명 유닛에 의해 생성된 광 분포를 도시한다.
도 6은 수직 단면 내의 광 출사면과 광 투과성 몸체의 초점 라인 사이의 광 투과성 몸체의 확대된 단면을 도시한다.
도 7는 도 6의 예시적인 제1 단면 평면(SE1)을 따른 단면에서의 광 투과성 몸체의 아웃렛 렌즈의 광 출사면의 진행을 도시한다.
도 8은 다시 예시적인 단면(A-A, B-B, C-C 및 D-D)을 가지는 도 6의 수직 단면을 도시한다.
도 9a 내지 도 9d는 K = 1인 경우의 도 8에 따른 다양한 단면(A-A, B-B, C-C 및 D-D)에서의 광 투과성 몸체의 아웃렛 렌즈의 광 출사면의 진행을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 K>1인 경우의 다양한 단면(A-A, B-B, C-C 및 D-D)에서의 광 투과성 몸체의 아웃렛 렌즈의 광 출사면의 진행을 도시한다.
본 설명의 범위 내에서, 용어 "상방", "하방", "수평", "수직"은 조명 장치가 자동차에 설치된 후 그 유닛이 정상적인 사용 위치에 배치되었을 때의 배열을 나타내도록 의도되었다.
도 1은 본 발명에 따른 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 생성하기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛(100)을 도시한다. 조명 유닛은 통상적으로 하나 또는 복수의 광원, 본 예에서는 3개의 광원(1, 1a, 1b), 반사기(2), 및 외측면(3a)을 갖는 아웃렛 렌즈(3), 반사기(2)와 아웃렛 렌즈(3) 사이에 배치된 포컬린 영역(4), 뿐만 아니라 각각의 광원(1, 1a, 1b)에 하나씩의 시준기(10, 10a, 10b)를 포함한다.
광원(1, 1a, 1b)은 바람직하게는 각각 하나의 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드를 포함한다.
반사기(2)는 시준기(10, 10a, 10b)로부터 출사한 광 다발의 광 빔(S2)을 포컬린 영역(4) 내에 놓인 초점 라인(FL)으로 편향시키고, 아웃렛 렌즈(3)를 출사한 광 빔(S4)이 컷오프 라인을 갖는 광 분포를 가지도록 하는 방식으로, 반사기(2)로부터 전반사된 광 빔(S3)은 몸체(101)의 아웃렛 렌즈(3)로부터 적어도 수직 방향(V)으로 편향된다. 따라서, 컷오프 라인은 아웃렛 렌즈(3)를 통해 초점 라인(FL)이 놓여 있는 포컬린 영역(4)의 묘사로서 나타난다.
반사기(2), 아웃렛 렌즈(3) 및 포컬린 영역(4) 및 시준기(10, 10a, 10b)는 광 투과성 단일-피스 몸체(101)로부터 만들어지며, 광 투과성 몸체(101) 내로 전파하는 광 빔(S1, S2, S3)은 반사기(2)의 외부 경계면 및 포컬린 영역(4)의 외부 경계면 뿐만 아니라 시준기(10, 10a, 10b)의 외부 경계면 상에서 전반사된다.
광 빔의 대응하는 진행은 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
몸체(101)를 구성하는 광 투과성 재료는 공기보다 큰 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 이 재료는, 예컨대, PMMA(polymethylmethacrylate) 또는 PC(polycarbonate)를 함유하며, 특히 그러한 재료인 것이 바람직하다.
시준기(10, 10a, 10b)는 시준기(10, 10a, 10b)로 공급되는 광원(1, 1a, 1b)으로부터의 광 빔(S1)을 대체로 평행한 광 빔(S2)으로 정렬시키고, 광 다발(S2)은 시준기(10, 10a, 10b)의 아웃렛 플레이트(E)에 대하여 대체로 수직 방향으로 퍼진다.
일반적으로 그리고 특히, 특수한 실시예의 경우에서도, 이와 대조적으로, 시준기(10, 10a, 10b)가 단일 방향으로 평행하게(예컨대, 광 이미지 내의 수직 방향(V)으로 광을 방출한 후, 그 방향에 수직인 방향으로 (광 이미지 내의 수평(H)으로) 퍼지는 것이 유리할 수도 있다. 바람직하게는, 외측 시준기들, 구체적으로 두 시준기(10, 10b) 모두는 광 투과성 몸체(101)의 측면 상에서의 반사, 및 그로 인해 야기되는 불균일성을 회피하기 위해 비대칭 방출 특성을 가진다.
본 경우에서는, 3개의 시준기 내에 3개의 광원을 갖는 실시예가 도시되어 있다. 그러나, 오직 하나의 개별 광원, 구체적으로 정확히 하나의 발광 다이오드 및 그것과 짝을 이룬 단일 시준기를 사용하는 것도 희망의 광 분포를 달성하기 위해 충분할 수 있다.
광은 아웃렛 렌즈의 초점 면 앞에서 이미 수평방향으로 흩어진다. 이러한 광의 퍼짐 및 광 투과성 몸체(101)의 전방에서의 아래에 상세하게 설명된 본 발명에 따른 광 디퓨저 렌즈와의 상호작용으로 인해, 넓은 광 분포, 특히 자동차의 전방에서의 넓은 광 분포가 달성될 수 있다.
또한, 예를 들어, 대칭으로 설계되지 않은 중앙 시준기에 의해 수평 방출 특성을 조절함으로써 자동차의 전방에서의 애셋 메트리컬(asset metrical) 광 분포를 생성하는 것이 고려될 수 있다. 또한, 포컬린 영역 내의 수평 레벨로 인해, 컷오프 라인의 비대칭 진행이 구현될 수 있다.
반사기(2)는 가이드로서 포물선을 가진 형상, 예를 들어 원통형 면으로 설계되며, 반사기의 초점 라인(FL)은, 예컨대, 원통형의 모선(generatrix)과 대체로 평행한 직선으로 형성된다.
반사기의 초점 라인(FL)은 몸체(101)의 포컬린 영역(4) 내에 놓이고, 바람직하게는 대체로 아웃렛 렌즈(3)의 초점 라인과 일치한다.
포컬린 영역(4)은 몸체(101) 내의 에지이다. 아치형 라인, 구체적으로 작은 아치형, 또는 특히 바람직하게는 직선과 관련이 있는 에지(4)를 도시함으로써, HD 라인이 형성된다.
표면(4a)을 가로 질러 아마도 에지(4) 아래로 출사하는 광은 불필요한/산란된 광을 회피하기 위해, 개구부 또는 그것의 바깥쪽의 어두운 코팅(예컨대, 흑색 또는 갈색)을 이용하여 에지(4) 아래에 놓인 표면(4a)을 어둠게 함으로써 그늘지게 된다.
몸체(101)의 아웃렛 렌즈(3)의 외측면(3a)은 수직 방향으로 바깥쪽으로 아치형으로 사용되며, 중심 범위에서, 출사면이 그것의 상부 및 하부 에지 영역 보다 광 출사 방향으로 더 앞에 있도록 하는 것이 바람직하다.
아웃렛 렌즈는 바람직하게는 수평 방향으로 선형으로 뻗어 있고, 예를 들어, 바깥쪽으로 볼록한 곡선을 따라 직선 단면을 가지는 원통형 면에 의해 또는 수직 방향으로 외측으로 아치형이고 수평 방향으로는 아치형이 아닌 자유 형상(free form) 렌즈에 의해 형성된다.
특히, 외측면(3a)의 원통형 면은 반사기의 원통형 모선과 대체로 평행하고, 반사기(2)의 원통형 모선과 평행하게 선형으로 뻗어 있는 자유 형상 렌즈의 단면이다.
도 2는 도 1의 조명 유닛의 수직 단면에 대응한다. 여기서, 광원(1)은 포컬린 영역(4) 보다 아래에 놓이고, 하나의 광원으로부터 방출된 광은 상방으로 안내되어, 앞서 서술한 바와 같이 반사기(2)에 의해 포컬린 영역(4)의 방향으로 하방으로 반사된다.
도 3은 구조는 대체로 유사하지만, 적어도 하나의 광원(1)이 포컬린 영역(4) 보다 위에 놓여 있고, 적어도 하나의 광원(1)으로부터 방출된 광은 하방으로 안내되어 반사기(2)에 의해 포컬린 영역(4)의 방향으로 상방으로 반사되는 차이점을 가지는 조명 유닛을 도시한다.
도 4는 이미 도 1 내지 도 3에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 조명 유닛(101')이 "만들어지는" 기초가 되는 조명 유닛을 도시한다. 도 4의 조명 유닛(101')은 대체로 앞서 서술한 구조를 가지기 때문에, 여기서 추가적인 설명은 불필요하다. 도 4에 도시된 조명 유닛(101')은 매끄러운 아웃렛 표면(3a')을 갖는 아웃렛 렌즈(3')를 가진다.
도 4a는, 예컨대, 로우 빔 광 분포 또는 로우 빔 광 분포 의 자동차 조명의 일부분과 같은, 컷오프 라인을 갖는 광 분포를 도시한다. 이러한 광 분포는 도 4a에 표시된 바와 같이 일정한 폭을 갖는다.
조명 유닛(101')에 기초하여, 이미 도 1에 도시되었던 조명 유닛(101)이 도 5에 다시 도시되어 있다.
도 4에 따른 설계와의 차이점은 홈 형상의 구조가 제공되어 있는 도 5의 조명 유닛(101)의 경우 매끄러운 베이스 영역(BF)으로 구성된 아웃렛 렌즈(3)의 외측면(3a)(도 4의 아웃렛 표면(3a')에 대응)에 있으며, 홈 형상의 구조를 형성하는 홈(3b)은 수직 방향, 즉 위에서 아래로 이어진다. 구체적으로, 아웃렛 렌즈(3)의 외측면(3a)은 매끄러운 베이스 영역(BF) 내의 홈 형상의 구조에 의해 형성되고, 홈 형상의 구조를 형성하는 홈(3b)은 대체로 수직 방향으로 이어져 있고, 바람직하게는 수평 방향으로 서로 인접하게 놓인 2개의 홈(3)은 바람직하게는 수직 방향으로 우세하게 뻗어 있는 홈(3b)의 전체 수직 범위를 가로질러 뻗은 상승부에 의해 서로 이격되어 있다.
앞서 서술한 바와 같이, 매끄러운 외측면(BF, 3a')과 함께, 희망의 광 이미지를 위해 요구되는 폭은 종종 달성될 수 없으며, 특히 로우 빔 광 분포의 자동차의 전방에 대한 광 분포를 위한 폭은 달성될 수 없다. 본 발명에 따른 아웃렛 렌즈의 외측면 상의 구조가 도 5a에 개략적으로 도시된 바와 같이 출사 광 빔의 수평 블러링(blurring)을 달성함으로써, 광 분포의 희망 폭이 달성될 수 있다.
도 68, 9a-9d, 10a-10d는 본 발명에 따른 홈 구조의 다른 바람직한 실시예를 도시한다.
도 6 및 도 8은 몸체(101)를 통한 수직 단면, 그것의 초점 라인(FL)과 광 출사면(3a) 사이의 광 투과성 몸체의 확대된 단면도를 수직 단면으로 도시한다.
도 6은 베이스 영역(BF) 상의 고려 포인트(P)를 포함하는 제2 수직 단면 평면을 도시하고, 도 8은 예로서 4개의 고려 포인트(PA, PB, PC 및 PD)가 있는 제2 수직 단면 평면(SE2)을 도시한다.
상황에 따라, 예컨대, 포인트(P)(도 6) 또는 단면(A-A, B-B, C-C, D-D)(도 8)에서 매끄러운 베이스 영역(BF)이 제1 비-수직 단면 평면(SE1)(이하에서는, '제1 단면 평면(SE1)이라 함, 아래에 더 상세하게 설명된다)과 교차한다면, 선형으로 뻗어 있는 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)이 얻어지며, 외측면(3a)과 제1 단면 평면(SE1)이 교차한 경우에 얻어지는 제1 외측면 교차 곡선(SK1)(이들 제1 단면 평면(SE1)에서 렌즈 외측면의 진행에 대응)은 정현 형상의 진행을 가진다.
매끄러운 베이스 영역의 경우에, 이는 실제 구현된 외측면이 묘사될 때 참조되는 개념적 구조와 관련이 있다. 제1 단면 평면(SE1)의 경우에, 이는 여전히 다음의 정밀한 방식으로 정의되는 복수의 그러한 수직 단면 평면과 관련된다.
도시된 바람직한 예에서, 제1 외측면 교차 곡선(SK1)은 각각의 제1 단면 평면(SE1)의 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)을 기준으로 sinN(k*x)에 비례하여 제1 단면 평면(SE1)으로 이어지며(N = 1, 2, 3, …, 도시된 예에서, N = 1), 여기서 x는 각각의 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)를 따른 좌표를 나타내고, k는 상수를 나타낸다.
이에 의해, 정현 형상의 제1 외측면 교차 곡선(SK1)의 제로 교점(zero-crossing)이 제1 베이스 교차 곡선(BSK1) 상에 있다는 것이 제공될 수 있다. 따라서, 이는 진행이 sinN(k*x) + c (c = 0)에 비례한다는 것을 적용한다.
도 7은 관계의 일반적 설명을 위해 포인트(P)가 놓여 있고 포인트(P)에서 접선 레벨(TE) 상에 통상적으로 존재하는 예시적인 제1 단면 평면(SE1)을 도시한다. 이 단면에서, 렌즈 외측면은 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)을 참조하여 도시된다. 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)은 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)을 따라 파라미터(x)를 갖는 직선이다. 이 단면에서, 렌즈 외부 윤곽은 본 예에서 sin(k*x)에 비례하는 제1 외측면 교차 곡선(SK1)이다. 도 6에 따른 단면에서 s=sP를 의미하는 포인트(P)에 대응하는 위치(s)(파라미터(s) 대해, 아래의 설명 참조)에 따라, 최대 진폭은 도 7에 도시된 바와 같이 도출되며, A(sP)에 의해 결정된다. 진폭의 결정은 아래에서 더욱 상세하게 서술된다.
도 8은 예로서 4개의 고려 포인트(PA, PB, PC 및 PD)를 갖는 광축(Z)과 평행한 제2 수직 단면 평면(SE2)(이하에서, 제2 단면 평면(SE2)라 함)을 따른 단면을 도시한다.
이들 4 포인트에서, 제1 단면 평면(SE1)이 도시된다. (단면(A-A, B-B, C-C 및 D-D)에 대응하는) 4개의 선택된 제1 단면 평면(SE1)에 대한 결과적인 제2 외측면 교차 곡선(SK2)의 대응 진행은 도 9a-9d에 도시되어 있다. 명확함을 위해, 이 단면에서, 이중 진폭, 즉, 최대 및 최소 편향 사이의 거리가 도시되어 있다.
차례로, 도 6과 관련하여, K=2*π/T에 대한 제2 외측면 교차 곡선(SK2)의 정현 형상의 진행은 주기 길이(T)와 함께 적용되는 것을 인식할 수 있다. 바람직하게는, 상수 k에 대한 값은 모든 제2 외측면 교차 곡선(SK2)에 대하여 동일하다고 규정된다.
일반적으로, 도시된 실시예에 따라, 주기 길이(T)[mm]에 대한 전형적인 값은 최대 2.50mm, 바람직하게는 2.00mm까지의 범위 내에 놓인다. 특히, 바람직한 값은 0.25mm 내지 2.50mm, 예컨대, 1.25mm 내지 2.00mm에 놓인다.
도시된 실시예와 무관하게, 최대 진폭(A0)[μm]에 대한 바람직한 값은 50μm 내지 350μm의 범위에 있으며, 전형적인 값은 250μm이다.
예를 들어, 0.1 < (T/A0) < 0.250는 비율 A0 대 T에 대한 바람직한 값 범위로 나타난다.
상기 세부사항은 K = 1인 경우에 적용된 것이고(파라미터 K에 대하여, 설명 소개에서 더 위쪽의 버전을 참조), K > 1인 경우에는도 유사한 고려사항이 적용되며, 단, 이 경우 앞선 두 단락에서, A0는 A0*K로 대체되어야 한다.
또한, 도 8은 아웃렛 렌즈(3)의 광축(Z)과 평행하게 뻗은 매끄러운 베이스 영역(BF)과 제2 단면 평면(SE2)의 교차로 인해 얻어진 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)이 아치형, 특히 바깥쪽으로 아치형임을 보여주며(도 6에서와 동일), 여기서 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)은 일정한 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 외측면(3a)과 형성된 제2 단면 평면(SE2)을 교차함으로써 얻어지는 제2 외측면 교차 곡선(SK2)이 외측면(3a)의 포인트들을 베이스 영역(BF)까지의 최대 거리에서 서로 연결하는 것으로 규정된다. 따라서, 제2 단면 평면(SE2)은 광축(Z)과 평행한 수직 단면 평면이고, 그 값에는 sin N(k*x) = 1임이 적용된다. 제2 단면 평면은 렌즈 외측면의 형성에 충분하다. 이들 수직 평면 사이의 영역은 앞서 서술한 정현 함수에 의해 정의된다.
형성된 제2 단면 평면(SE2) 내의 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)을 따라 진행하는 경우, 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)에 대한 제2 외측면 교차 곡선(SK2)까지의 노멀 디스턴스는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2) 상의 위치를 나타내는 파라미터, s의 함수, A(s)로 나타낼 수 있다.
처음의 제1 단면 평면으로 되돌아가면, 베이스 영역 상의 고려 포인트(P(도 6), PA, PB, PC, PD(도 8))에서의 제1 단면 평면(SE1)은 다음과 같다: 고려 포인트(P, PA, ...) 에서의 제1 단면 평면(SE1)은 베이스 표면(BF) 상의 접평면(TE)에 수직인 평면이고, 이 평면(= 제1 단면 평면(SE1)은 또한 포인트(P)가 놓여 있는 제2 단면 평면(SE2)과 여전히 수직이다. 제2 단면 평면의 경우에, 앞서 서술한 바와 같이, 광축(Z)과 평행하게 뻗어 있고 고려 포인트(P)가 놓여 있는 매끄러운 베이스 영역을 통해 수직 단면 평면과 관련되어야 한다. 제1 단면 평면(SE1)은 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)과 90°의 각을 이룬다.
수직 방향으로만 아치형이고, 수평 방향으로는 통상적으로 광 액세스(Z) 상에서 선형으로 뻗은 베이스 표면의 경우, 인접한 제1 단면 평면(SE1)들 간의 각은 광축(Z)을 기준으로 변화하지만, 이와 대조적으로 모든 단면 평면은 통상적으로 광축(Z)에 대해 수평 방향으로 서로 "평행"하게 선형으로 뻗어 있다.
이제, 제2 단면 평면(SE2) 및 제2 외측면 교차 곡선(SK2)의 진행으로 돌아가려면, 함수 A(s)는 일례로서 A(s) = A0 * (1-s)의 관계를 따르며(s[0, 1]), 여기서 A0는 베이스 영역(BF)의 상부 에지 상의 노멀 디스턴스이다.
따라서, s = 0 는 베이스 영역의 상부 에지 상의 위치이고, 여기서 그에 따라 A(0) = A0가 적용되며; 하부 에지에서는 A(1) = 0가 적용된다. 그러므로, 파라미터는 교차 곡선(BSK2)에 따른 표준 아크 길이이다. 이러한 파라미터에 대하여, s는 도 8에 따른 4개의 포인트에 적용된다.
- PA: s = sPA = 1,
- PB: s = sPB, sPB < 1,
- PC: s = sPC, sPC < sPB이고,
- PD: s = sPD = 0 이다.
A(sPA) = A0 * 0 = 0, A(sPD) = A0 * 1 = A0, 및 0 < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0.
따라서, 각각 서로의 상부 위에 놓여 있는 2개의 "제로-교점"(외측면과 베이스 영역이 일치하는 영역을 의미)이, 본 경우에, 제2 베이스 교차 곡선과 일치하는 대응 제2 외측면 교차 곡선에 의해 서로 이어져 있는 이 실시예의 경우 2개의 수직 제2 단면 평면이 존재한다.
동일한 방식으로, 제2 외측면 교차 곡선이 서로 음의 노멀 디스턴스/진폭을 연결하는 2개의 단면 평면이 존재한다. 그러나, 명료한 설명을 위해, "양의" 노멀 디스턴스/진폭에 대한 2개의 외측면 교차 곡선을 표시하는 것으로 충분하며, 다른 상호 관계는 제1 단면 평면 내에서의 정현 진행으로 인한 것이다.
앞서 언급한 관계 A(s) = A0*(1-s)는 일반적인 경우 A(s) = A0*(K-s)의 K = 1인 특수한 경우이다. 부분적으로, K > 1인 경우의 광학 효율이 K = 1인 경우보다 우수하다는 것이 밝혀졌다. 파라미터 K에 대한 전형적인 값은 1.2 내지 1.45 범위이며, 바람직하게는 대략 1.33이다.
도 10a 내지 도 10d에 도시된 경우에, 아래의 식이 적용된다.
A(sPA) = A0 * (K-1) > 0, A(sPD) = A0 * K, 및 A0 * (K-1) < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0 * K.
요약하면, "의도된" 베이스 영역(FB)을 가로지르는 외측면(3a)의 윤곽은 아래와 같이 표현될 수 있다.
z(s, x) = A(s) * sinN(k*x).
본 발명의 일 실시예의 경우, 요약하면, 정현 형상의 홈이 있는 외형이 제공되고, 정현 함수는 렌즈 표면에 대하여 수직이고, 이는 아웃렛 렌즈의 매끄러운 베이스 영역을 의미한다. 주기는 바람직하게는 변하지 않지만, 바람직하게는 홈 깊이(진폭)는 광 아웃렛 표면의 상부 에지의 상부 에지 상의 특정 초기 값(A0)(이 값으로, 광 분포의 폭이 조정될 수 있다)으로부터 렌즈의 하부 에지 상의 0 값까지 변한다.
따라서, 광 분포를 원하는 만큼 넓히는 것이 달성될 수 있고, 놀랍게도 광 투과성 몸체의 초점 라인이 선형으로 뻗은 경우에도 컷오프 라인은 바깥쪽으로 구부러지지 않은 것으로 나타났다.

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 컷오프 라인을 갖는 광 다발(light bundle)을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛으로서,
    - 적어도 하나의 광원(1, 1a, 1b),
    - 반사기(2),
    - 외측면(3a)을 갖는 아웃렛 렌즈(3),
    - 상기 반사기(2)와 상기 아웃렛 렌즈(3) 사이에 배치된 포컬린 영역(4)을 포함하고,
    뿐만 아니라, 각각의 광원(1, 1a, 1b)을 위한 각각의 시준기(10, 10a, 10b)를 더 포함하고, 상기 시준기(10, 10a, 10b)는 자신과 짝을 이룬 상기 광원(1, 1a, 1b)에 의해 상기 시준기(10, 10a, 10b)로 공급되는 광 빔(S1)을 광 빔(S2)의 광 다발로 정렬시키고,
    상기 반사기(2)는 상기 시준기(10, 10a, 10b)를 빠져 나온 광 다발의 광 빔(S2)을 상기 포컬린 영역(4) 내의 초점 라인(FL)으로 편향시키고,
    그리고, 상기 반사기(2)로부터 반사된 광 빔(S3)은 상기 아웃렛 렌즈(3)를 빠져 나온 광 빔(S4)이 컷오프 라인을 갖는 광 분포를 형성하도록 하는 방식으로 적어도 수직 방향(V)으로 상기 아웃렛 렌즈(3)로부터 편향되며, 상기 컷오프 라인은 상기 아웃렛 렌즈(3)를 통한 상기 초점 라인(FL) 및 상기 포컬린 영역(4)의 묘사(depiction)로 생기고,
    그리고,
    상기 반사기(2), 상기 아웃렛 렌즈(3), 상기 포컬린 영역(4), 및 적어도 하나의 상기 시준기(10, 10a, 10b)는 광 투과성 몸체(101)로부터 형성되어, 상기 광 투과성 몸체(101) 내로 진행하는 상기 광 빔들(S1, S2, S3)은 상기 반사기(2)의 외부 경계면 및/또는 상기 포컬린 영역(4)의 외부 경계면 및 적어도 하나의 상기 시준기(10, 10a, 10b)의 외부 경계면 상에서 전반사되며,
    상기 아웃렛 렌즈(3)의 상기 외측면(3a)은 매끄러운 베이스 영역(BF) 내의 홈 형상의 구조로 형성되고, 상기 홈 형상의 구조를 형성하는 홈(3b)은 수직 방향으로 뻗어 있고, 수평 방향으로 서로 인접하게 놓인 두 홈(3b)들은 상기 홈(3b)들 사이의 상승부(elevation)에 의해 서로 이격되어 있고,
    상기 베이스 영역(BF)과 제1 단면 평면(SE1)이 교차한 때 만들어지는 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)은 선형으로 뻗어 있고, 상기 외측면(3a)과 상기 제1 단면 평면(SE1)이 교차한 때 만들어지는 제1 외측면 교차 곡선(SK1)은 정현 형상의 진행을 갖는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 외측면 교차 곡선(SK1)은 상기 각각의 제1 단면 평면(SE1)의 상기 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)을 기준으로 sinN(k*x)(N = 1, 2, 3, …)에 비례하여 상기 제1 단면 평면(SE1) 내로 뻗어 있고, 여기서 x는 상기 각각의 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)을 따른 좌표를 나타내고, k는 상수를 나타내는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 정현 형상의 제1 외측면 교차 곡선(SK1)의 제로 교점은 상기 제1 베이스 교차 곡선(BSK1) 상에 있는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 상수 k의 값은 모든 제1 외측면 교차 곡선(SK1)에 대하여 동일한 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아웃렛 렌즈(3)의 광축(Z)과 평행하게 뻗은, 제2 단면 평면(SE2)과 상기 베이스 영역의 교차에 의해 얻어지는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)은 아치 형상이고, 상기 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)은 일정한 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 외측면(3a)과 형성된 제2 단면 평면(SE2)의 교차에 의해 얻어지는 제2 외측면 교차 곡선(SK2)은 상기 외측면(3a)의 포인트들을 상기 베이스 영역(BF)까지의 최대 거리에서 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제2 외측면 교차 곡선(SK2)에 대한 노멀 디스턴스(normal distance)는 상기 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)을 따라, 형성된 제2 단면 평면(SE2)으로 진행할 때 상기 제2 베이스 교차 곡선(BSK2) 상의 위치를 나타내는 파라미터 s의 함수 A(s)인 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 노멀 디스턴스 A(s)는 상기 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)을 따라 진행하는 경우에 계속 증가되고, 상기 베이스 영역(BF)의 하부 에지 상의 상기 노멀 디스턴스는 상기 베이스 영역의 상부 에지 상의 것보다 작고, 상기 노멀 디스턴스 A(s)는 A(s) = A0 * (K - s)(s[0, 1])에 따라 얻어지고, 여기서 s = 0은 상기 상부 에지를 나타내고, s = 1은 상기 하부 에지를 나타내고, K = 1 또는 K > 1이고, A0는 상기 베이스 영역(BF)의 상기 상부 또는 하부 에지 상의 노멀 디스턴스인 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  10. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 포컬린 영역(4) 보다 낮게 배치되고, 상기 적어도 하나의 광원으로부터 방출된 광은 상기 반사기(2)에 의해 상기 포컬린 영역(4) 쪽으로 하방으로 반사되도록 상방으로 안내되는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  11. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 포컬린 영역(4)보다 높게 배치되고, 상기 적어도 하나의 광원으로부터 방출된 광은 상기 반사기(2)에 의해 상기 포컬린 영역(4) 쪽으로 상방으로 반사되도록 하방으로 안내되는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  12. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기(2)는 가이드로서 포물선(parabola)을 가진 면인 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  13. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기(2)는 가이드로서 원통형 면이고, 상기 반사기의 상기 초점 라인은 상기 원통형의 모선과 평행한 직선으로 형성된 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  14. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아웃렛 렌즈(3)의 상기 외측면(3a)은 수직 방향으로는 바깥쪽으로 아치형이고 수평 방향으로는 선형으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 외측면(3a)은 상기 반사기의 원통형의 모선과 평행한 모선을 가지는 원통형 표면인 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  16. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 광원(1, 1a, 1b)들은, 상기 반사기(2)의 원통형의 모선의 방향으로 서로 나란히 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  17. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원(1, 1a, 1b)은 하나의 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컷오프 라인을 갖는 광 다발을 발생시키는 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  18. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 조명 유닛을 적어도 하나 구비한 것을 특징으로 하는 자동차 헤드라이트.
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