KR102352760B1 - 조명 장치 - Google Patents

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KR102352760B1
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루미리즈 홀딩 비.브이.
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Abstract

본 발명은 조명 장치, 특히 차량의 헤드램프에 사용될 수 있는 조명 장치에 관한 것이다. 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 광원(12)으로부터 방출된 광을 수신하는 광 입력부(20) 및 성형된 빔(24)을 방출하는 광 출력부(22)를 포함한다. 광 출력부(22)는 순방향(18)에서 광 입력부(20)와 이격된다. 특히 소형 광원으로부터의 차량 헤드램프에 적합한 원하는 조명 빔 패턴을 달성하기 위해서, 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 광 입력부(20)로부터의 광을 높이 방향(H)으로 분리된 적어도 제1 및 제2 빔 부분(34, 35, 36)으로 분할하도록 배치된다. 제1 및 제2 빔 부분들(34, 36)은 높이 방향(H)으로 광 출력부(22)를 향해 수렴하기에 이른다. 광 출력부(22)에서, 제2 빔 부분(36)은 제1 빔 부분(34)에 대해 측방으로 더 바깥으로 배열된 주변 부분(44a, 44b, 44, 45)으로 지향된다.

Description

조명 장치
본 발명은 조명 장치(lighting arrangement)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 차량의 헤드램프에 사용될 수 있는 조명 장치에 관한 것이다.
광원으로부터 방출된 광을 원하는 조명 빔 패턴으로 변환하기 위해 시준기들, 반사기들 및/또는 렌즈들과 같은 광학 소자들을 사용하는 상이한 유형들의 조명 장치들이 공지되어 있다.
EP 2 327 927 B1은 광원, 특히 LED를 위한 렌즈 소자를 설명하고 있다. 렌즈 소자는 도광 재료의 바디를 포함한다. 이 바디는 광원으로부터 나온 광의 일부들을 도광시킨다. 광의 일부들은 바디의 경계 표면들에서의 전반사의 결과로서 반사된다.
차량 헤드램프에 적합한, 특히 소형 광원으로부터 원하는 조명 빔 패턴을 달성하는 조명 장치를 제공하는 것이 목적으로 고려될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 청구항 1에 따른 조명 장치가 제안된다. 종속 청구항들을 양호한 실시예들을 참조한다.
본 발명에 따른 조명 장치는 광원 및 광 입력부와 광 출력부를 갖는 빔 성형 장치(beam shaping arrangement)를 포함한다. 광원으로부터의 광은 광 입력부에서 수신되고 광 출력부에서 성형된 빔으로서 방출된다. 광 입력부는 예를 들어, 광 입력 영역 또는 표면일 수 있고, 광 출력부는 마찬가지로 광 출력 영역 또는 표면일 수 있다. 순방향은 광 입력부로부터 광 출력부의 방향 내로, 예를 들어 광 입력 표면의 중심으로부터 광 출력 표면의 중심으로 가는 방향으로 정해질 수 있다.
다음의 설명에서 분명한 바와 같이, 그리고 특히 본 발명의 양호한 실시예들로부터, 빔 성형 장치는 몇 가지 상이한 실시예들을 가질 수 있고, 그것이 광 출력부에서 방출되기 전에 광 입력부로부터의 광을 안내, 성형(shape), 반사, 및/또는 그렇지 않으면 광학적으로 수정하는 하나 이상의 유형의 광학 소자들을 포함할 수 있다.
청구범위 및 다음의 설명에서, 높이 방향 및 측방 방향들과 같은 차원들 및/또는 방향들이 참조될 것이다. 이들 방향은 적어도 실질적으로 수평으로 배열된 상기 정해진 순방향에 대한 것으로 이해될 수 있다. 적어도 일반적으로 수평인 배열은 조명 장치의 동작에서, 예를 들어 차량 헤드램프에서 선호되는 배향일 것이지만, 통상의 기술자는 조명 장치가 상이하게 배향될 수 있는 상황들 또는 사용들이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 방향들을 참조하는 것은 단지 상대적 배열을 명확히 하고자 하는 것이고 조명 장치가 동작될 수 있는 배향을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 빔 성형 장치가 광 입력부로부터의 광을 적어도 2개의 분리된 빔 부분들로 분할하도록 배치된다. 이들은 높이 방향으로 분리된 적어도 제1 및 제2 빔 부분을 포함한다. 그러므로, 제1 및 제2 빔 부분은 그들이 빔 성형 장치 내에 상이한 높이로 배열된 상이한 대응하는 빔 경로들을 따른다는 점, 및/또는 그들이 순방향에 대한 경사의 상이한 각도들 하에서 지향되는 점에서 구별될 수 있다. 예를 들어, 경사의 분할 각도는 제1 빔 부분이 경사의 분할 각도보다 큰 경사의 각도들 하에서 방출된 광을 포함할 수 있고, 제2 빔 부분이 경사의 분할 각도보다 적은 경사의 각도들 하에서 방출된 광을 포함할 수 있도록, 예를 들어, 수평 방향에 대해 정해질 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 빔 성형 장치는 제1 및 제2 빔 부분들이 높이 방향으로 상기 광 출력부에서 또는 그를 향해 수렴하기에 이르도록 배치된다. 이 맥락에서, 용어 "수렴한다"는 제1 및 제2 빔 부분들 내의 빔 방향들의 확산을 지정하려는 것이 아니고, 제1 및 제2 빔 부분들이 광 출력부에서 높이 방향으로 모인다는 사실을 참조하는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 빔 성형 장치의 부분에서 적어도 높이 방향으로 분리된 제1 및 제2 빔 부분들은 다시 광 출력부에서 모인다. 양호한 실시예들과 관련하여 분명한 바와 같이, 제1 및 제2 빔 부분들은 적어도 실질적으로 동일한 높이에서 광 출력부에 배열될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 제1 및 제2 빔 부분들은 그러나 순방향에 대해, 측방 방향들로 상이하게 지향된다. 광 출력부에서, 제2 빔 부분은 제1 빔 부분에 대해 측방으로 더 바깥으로(laterally further outward) 배열 및/또는 지향된다. 용어 "측방으로 바깥으로(laterally outward)"는 광 출력부의 중심에 대한 것으로 이해될 수 있다.
광 출력부에서, 제1 및 제2 빔 부분들은 그러므로 서로 측방으로 엇갈리게 방출된다.
그러므로, 빔 성형 장치는 광 입력부에서 수신된 입력 빔보다 적어도 하나, 바람직하게는 양 측방 방향에서 더 넓을 수 있는 광 출력부에서 방출될 빔을 달성할 수 있다. 이러한 넓혀진 빔은 특히 자동차 전방 조명에서 특히 선호된다. 본 발명의 기초가 되는 개념에 따르면, 이러한 더 넓은 빔은 높이 방향으로 초기에 분리된 2개 이상의 빔 부분으로부터 형성된다. 그러므로, 광원으로부터 광 출력부까지의 빔 경로에서, 높이 방향으로 방출된 광의 확산이 측방 방향들로의 확산으로 변환된다. 세기 분포는 그러므로 투사 렌즈와 같은 추가의 광학 소자들의 어퍼처와 일치하도록 변환될 수 있다. 이 방식으로, 넓은 출력 빔을 매우 효율적인 방식으로 획득하는 것이 가능하다.
출력 빔을 넓히는 것에 따라, 광 출력부의 차원들은 그것의 측방 폭이 (가장 두꺼운 부분에서 측정된) 그것의 높이 또는 두께의 2배보다 큰 것, 바람직하게는 4배보다 큰 것에 대응하도록 될 수 있다. 광 출력부의 높이는 바람직하게는 광 입력부의 높이의 10배 미만, 더 바람직하게는 6배 미만일 수 있다. 광 출력부의 폭 또는 측방 연장은 바람직하게는 광 입력부의 폭의 10배보다 크고, 더 바람직하게는 12배보다 클 수 있다.
측방으로 확산하는 출력 빔 패턴을 획득하기 위해 높이 분리된 빔 부분들을 사용하는 본 발명의 위에 설명된 양태들의 일반적 개념이 상이한 실시예들 및 조합들에서 사용될 수 있고, 그 중 일부가 아래에 추가로 설명된다.
한 실시예에 따르면, 제1 빔 부분은 광 출력부의 중심 부분으로 지향된 중심 빔으로 지정될 수 있다. 제2 빔 부분은 광 출력부의 주변 부분으로 지향되어서, 제1 빔 부분에 대해 측방으로 더 바깥으로 향하는 주변 빔으로 지정될 수 있다.
특히 양호한 실시예에서, 주변 빔은 중심 부분의 제1 측방 측으로, 예를 들어, 우측으로 지향될 수 있고, 적어도 하나의 추가 빔 부분은 제2의 대향 측방 측으로, 예를 들어, 좌측으로 지향될 수 있다. 특히, 배열은 측방 방향들에 대해 적어도 실질적으로 대칭일 수 있다. 예를 들어, 제1 빔 부분은 광 출력부의 중심 부분으로 지향될 수 있는 반면, 하나 이상의 주변 빔은 한 측 상에서 주변 부분들로 지향될 수 있고, 동일한 수의 주변 빔들이 광 출력부의 중심 부분의 대향 측으로 지향될 수 있다.
추가의 양호한 실시예에 따르면, 제1 빔 부분은 광 출력부의 제1 주변 부분으로 지향되는 제1 주변 빔일 수 있고, 제2 빔 부분은 제1 주변 부분에 대해 측방으로 더 바깥으로 향해 배열된 제2 주변 부분으로 지향된 제2 주변 빔일 수 있다. 그러므로, 높이 방향으로 분리된 제1 및 제2 빔 부분들은 둘 다 주변 부분들을 향해 지향되지만, 하나는 다른 것에 대해 더 바깥으로 향한다. 그러므로, 다시, 넓혀진 빔이 달성될 수 있다.
특히 양호한 실시예에서, 제1 및 제2 주변 부분은 광 출력부의 제1 측방 측 상에 배열될 수 있고, 추가의 빔 부분들이 광 출력부의 제2의 대향하는 측방 측 상에 배열될 수 있다. 배열은 바람직하게는 적어도 실질적으로 대칭일 수 있다. 그러므로, 예를 들어 4개의 주변 부분이 각각의 측방 측에 2개씩 제공될 수 있다.
특히 양호한 실시예에서, 광은 높이 방향으로 분리된 적어도 제1, 제2 및 제3 빔 부분으로 분할될 수 있다. 제1 빔 부분은 광 출력부의 중심 부분으로 지향된 중심 빔일 수 있다. 제2 빔 부분은 광 출력부의 제1 주변 부분으로 지향되는 제1 주변 빔일 수 있고, 제3 빔 부분은 제1 주변 부분에 대해 측방으로 더 바깥으로 배열된 제2 주변 부분으로 지향된 제2 주변 빔일 수 있다. 양호한 실시예들에 대해 도시되는 바와 같이, 높이에서의 적어도 3개의 상이한 빔 부분들의 분리는 그러므로 특히 넓게 확산한 출력 빔을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 예를 들어 중심 부분의 하나의 측방 방향으로 배열된 제1 및 제2 주변 부분들, 및 제2의 대향하는 측방 측을 향해 배열된 추가의 빔 부분들을 갖는, 적어도 실질적으로 대칭인 배열이 바람직하다.
본 발명의 추가의 양호한 실시예들에 따르면, 빔 성형 장치는 빔 부분들 중 적어도 하나를 측방 방향으로 반사시키기 위해 적어도 하나의 측방 반사 표면을 포함할 수 있다. 이것은 원하는 넓혀진 빔을 측방 방향으로 달성하기 위해 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는, 빔 성형 장치는 적어도 제1 및 제2 측방 반사 표면을 포함할 수 있다. 제1 측방 반사 표면은 빔 부분들 중 하나 이상을 제2 측방 반사 표면을 향하는 측방 방향으로 반사시키도록 배치될 수 있고, 제2 측방 반사 표면은 빔 부분을 광 출력부를 향하는 순방향에 적어도 실질적으로 평행한 방향으로 지향시키도록 배치될 수 있다. 그러므로, 제1 및 제2 측방 반사 표면에서 빔 부분들 중 적어도 하나를 2번 반사시킴으로써, 빔들은 순방향에 적어도 실질적으로 평행하게 배향되면서 광 출력부의 주변 부분들로 지향될 수 있다.
양호한 실시예에 따르면, 빔 부분들 중 적어도 하나는 높이 방향으로 순방향으로부터 먼저 발산하고, 다음에 높이 방향으로 순방향을 향해 수렴하기 위해 빔 성형 장치 내에 이를 수 있다. 또한, 용어들 "수렴" 및 "발산"은 빔 부분 자체의 증가된 또는 감소된 확산을 참조하는 것이 아니고, 순방향에 대한 빔 부분의 방향을 지정하는 것으로 이해되어야 된다. 양호한 실시예에 따르면, 예를 들어 제1 빔 부분은 상부 빔 부분일 수 있고, 먼저 빔 성형 장치 내에서 높이 방향으로 순방향으로부터 멀리 안내되고, 다음에 광 출력부에서 순방향을 향해 다시 안내된다.
예를 들어, 이것은 빔 성형 장치 내에 포함된 브리지 부재, 예를 들어 광 가이드에 의해 달성될 수 있다. 브리지 부재는 광 입력부로부터 광 출력부로 연장할 수 있고, 적어도 순방향으로부터 높이 방향으로 멀리 지향된 제1 브리지 부재, 및 높이 방향으로 순방향을 향해 지향된 제2 브리지 부재를 포함할 수 있다. 특히, 브리지 부재는 아치형 광 가이드일 수 있다.
일반적으로, 광 출력부에서의 출력 빔에 대해 제1, 제2 및 임의의 추가 빔 부분들은 조명 빔을 형성하기 위해 순방향에 적어도 실질적으로 평행이도록 지향되는 것이 바람직하다.
광 출력부로부터 방출된 조명 빔은 바람직하게는 투사 렌즈에 의해 추가로 투사될 수 있다. 투사 렌즈는 광 출력부를 비추기 위해 사용될 수 있다. 광 출력부는 대응하여 모양이 형성된, 예를 들어 오목 형상을 이룰 수 있다. 광 출력부의 적어도 하나의 전방 에지는 투사된 조명 빔에서 명/암 경계를 달성하는 역할을 할 수 있다. 자동차 전방 조명에서 사용하기 위해, 광 출력부의 적어도 하나의 측방으로 연장하는 전방 에지는 둘 다 적어도 실질적으로 직선일 수 있는(또는 투사 렌즈들에 의해 투사된 그들의 영상들이 적어도 실질적으로 직선들이도록 형성될 수 있는), 서로 인접한 제1 및 제2 에지 부분을 포함할 수 있다. 자동차 전방 조명을 위해 요구되는 세기 분포들에 따르기 위해서, 제1 및 제2 에지 부분들은 경사지게, 예를 들어, 서로 5-50°, 바람직하게는 15°의 각도로 배열될 수 있다.
빔 성형 장치는 주로, 예를 들어, 하나 이상의 시준기, 하나 이상의 반사기 표면 등과 같은, 별개의 광학 소자들의 배열로서 제공될 수 있다. 특히 양호한 실시예에서, 빔 성형 장치는 바디의 내부에서 광 입력부로부터의 광을 안내하도록 배치된 투명한 바디를 포함할 수 있다. 바디는 광이 내부 전반사로 인해 반사될 수 있는 반사 표면들을 포함할 수 있다. 양호한 실시예들과 관련하여 분명해지는 것과 같이, 전체 빔 성형 장치는 단일의 투명한 바디로 구성될 수 있다. 바디는 예를 들어 상이한 빔 부분들을 분리시키기 위해 반사 표면들을 형성하는 중심 캐비티를 포함할 수 있다. 반사 표면들은 특히 빔 부분들을 측방 방향들로 측방으로 편향시키도록 배열될 수 있다. 광 가이드는 캐비티를 거쳐 통과하기 위해 순방향에 실질적으로 평행하게 제공될 수 있다.
일반적으로, 빔 성형 장치는 전체적으로 평탄한 형상으로 될 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 높이 방향에서의 연장의 2배보다 큰 측방 방향에서의 연장을 가질 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들이 이후에 설명되는 실시예들로부터 분명해지고 그들을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
도 1은 TIR 바디의 제1 실시예를 포함하는 조명 장치의 실시예의 부분적 개략 상면도를 도시하고;
도 2는 도 1의 조명 장치의 측면도를 도시하고;
도 3-7은 TIR 바디의 제2 실시예를 사시도, 정면도, 상면도, 후면도 및 측면도로 도시한다.
도 8, 9는 빔 경로들을 갖는 도 3-7로부터의 TIR 바디를 상면도 및 측면도로 도시하고;
도 10은 TIR 바디의 제3 실시예의 사시도를 도시하고;
도 10a, 10b, 10c는 도 10의 TIR 바디의 단면도들로서, 단면들의 위치를 도시한 도 10 내의 평면들 A, B 및 C를 도시하고
도 11은 도 10의 TIR 바디의 정면도를 도시한다.
도 1, 2는 조명 장치(10)를 상면도 및 측면도로 개략적으로 도시한다. 조명 장치는 LED 광원(12), 본 예에서 TIR(내부 전반사) 바디로서 기능하는 투명 재료로 이루어진 고체 바디(10)로 구성된 빔 성형 장치, 및 투사 렌즈(16)를 포함한다.
조명 장치는 예를 들어, 모터 차량의 헤드램프의 부분일 수 있다.
LED 광원(12)의 발광 표면으로부터 방출된 광은 광 입력 표면(20)에서 TIR 바디(14)의 내부로 들어가고 TIR 바디(14) 내에서 내부적으로 도광되고 안내되어 그 광 출력 표면(22)에서 방출된다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 램버시안 방출기(Lambertian emitter)로서 LED(12)의 발광 표면으로부터 방출된 광 세기 분포는 형성된 조명 빔(24)이 광 출력 표면(22)에서 방출되어 투사 렌즈(16)에 의해 투사되도록 TIR 바디(14) 내에서 변경된다.
TIR 바디(14)의 광 입력 표면(20)에서 수신된 광의 입력 빔이 LED(12)의 발광 표면의 정사각형 형상에 대응하지만, 성형된 빔(24)은 측방으로 넓혀지고, 즉, 도 1에 L 및 R로 표시된 것과 같이 측방 좌측 및 우측 방향들로 연장된다. 높이 방향 H는 참조를 위해 도 2에 표시된다.
도 1, 도 2의 개략적인 예에서, 빔 성형 장치의 순방향은 LED(12)의 중심, 광 입력 표면(20)의 중심, 광 출력 표면(22)의 중심 및 투사 렌즈(16)의 중심을 통하는 광학 축(18)에 의해 정해질 수 있다. 도 3-11에 도시한 것과 같은, 더욱 상세한 실시예들에서, 이들 소자는 광학 축이 전체 배열을 위해 쉽게 정해질 수 없을 정도로 정확하게 정렬되지 않을 수 있다. 그러나, 순방향은 예를 들어 도 10a에 도시한 것과 같이, 광 입력 표면(20) 및 광 출력 표면(22)의 중심을 통해 여전히 정해질 수 있다.
도 1, 도 2에 도시한 것과 같이, TIR 바디(14)는 일체로 형성된다. 하나가 다른 것 뒤에 순방향에 배열된 3개의 부분이 식별될 수 있는데, 즉 입력 시준기 부분(26), 중심 캐비티(30)를 갖는 빔 확산 부분(28), 렌즈 적응 부분(32)이다. 3개의 부분(26, 28, 32)의 간격은 도 1, 도 2에 수직선들로 개략적으로 지정된다.
TIR 바디(14)의 외부 표면들은 전반사의 각도 아래의 각도로 광에 의해 충돌되면 TIR 바디(14) 내에 안내된 광에 대한 반사 표면들로서 기능할 수 있다. 이 효과를 이용하여, TIR 바디(14)는 원하는 성형된 빔(24)을 달성하도록 모양이 형성된다.
시준기 부분(26)은 실질적으로 정사각형 베이스를 갖는 잘린 피라미드로서 형성된다. 광 입력 표면(20)은 정사각형이고 LED(12)의 발광 표면의 크기에 대응한다. 광 입력 표면(20)으로부터, 입력 시준기 부분(26)은 순방향에서 측방으로 그리고 수직으로 넓혀진다.
렌즈 적응 부분(32)은 광 출력 표면(22)을 포함한다. 렌즈(16)에 적응하기 위해서, 광 출력 표면(22)은 오목 형상을 갖는다.
빔 확산 부분(28)은 중심 캐비티(30) 및 캐비티(30)에 걸쳐 연장하는 아치형 브리지 부분(38)의 양 측방 측에의 좌측 및 우측 날개 부분들(50a, 50b)을 포함한다.
광 입력 표면(20)에서의 광의 입력 빔은 도 1, 도 2에 파선들로 도시한 중심 빔(34)과 점선들로 도시한 좌측 및 우측 주변 빔들(36)로 분할된다.
도 2는 중심 빔(34)과 주변 빔들(36)이 높이 방향 H로 TIR 바디(14) 내에서 어떻게 분리되는지를 도시한다. 광 부분들은 중심 빔(34)으로부터 상향으로 방출되는 반면, 광 부분들은 주변 빔들(36)로부터 실질적으로 수평으로 또는 하향으로 방출된다.
중심 빔(34)은 TIR 바디(14)의 빔 확산 부분(28)의 중심에서 광학 축(18)에 평행하게 배열된 브리지 부분(38) 내에서 도광된다. 브리지 부분(38)은 입력 시준기 부분(26)으로부터 렌즈 적응 부분(32)에서의 광 출력 표면(22)의 중심 부분(46)까지 중심 빔(34)을 안내하기 위한 아치형 광 가이드이다.
좌측 및 우측 주변 빔들(36)은 브리지 부분(38) 아래의 TIR 바디(14)의 빔 확산 부분(28) 내에서, 도 2에 도시한 것과 같이 안내된다. 캐비티(30)는 웨지와 같은 형상으로 형성되는데, 그것의 전방 에지는 광학 축(18) 상에 배열되고 2개의 전방 표면(40a, 40b)은 광학 축(18)에 비스듬한 각도하에서 전방 에지로부터 측방으로 연장한다. 전방 표면들(40a, 40b)은 내부 전반사로 인해 주변 빔(36)을 반사시킨다. 주변 빔(36)은 양 측방 측으로 반사된 좌측 및 우측 주변 빔들로 캐비티(30)의 전방 에지에서 분리된다.
양 주변 빔(36)은 다시 날개 부분들(50a, 50b)의 외부 표면들(42a, 42b)에서 반사된다. 표면들(42a, 42b)은 또한 도 1에 도시한 것과 같이, 광 출력 표면(22)에서의 주변 빔들(36)이 광학 축에 실질적으로 평행하게 지향되지만, 광 출력 표면(22)의 측방의 주변 부분들(44a, 44b)을 통과하도록, 광학 축(18)에 비스듬한 각도로 배열된다.
광 출력 표면(22)에서 방출된 결과적으로 성형된 빔(24)은 그러므로 광 출력 표면(22)의 중심 부분(46)에서 방출된 중심 빔(34) 및 그것의 측방의 주변 부분들(44a, 44b)에서 방출된 주변 빔들(36)로 구성된다.
결과적으로 성형된 빔(24)은 그러므로 광 출력 표면(22)의 폭에 걸쳐 외부로 측방으로 확산되고, 그래서 예에서 LED(12)의 정사각형 발광 표면에 비해 15배 이상 더 넓어진다. 높이 방향 H에서, 결과적으로 성형된 빔(24)은 LED(12)에 비해 거의 동일하거나 단지 약간 더 큰 연장을 갖는다.
도 3은 TIR 바디(100)의 제2 실시예를 사시도로 도시한다. TIR 바디(100)의 다른 도면들이 도 4-7에 도시된다. TIR 바디(100)는 일반적으로 제1 실시예에 따른 TIR 바디(10)에 대응한다. 그 유사하거나 비교할만한 부분들은 유사한 참조 번호들로 지정될 것이다.
TIR 바디(100)는 정사각형 광 입력 표면(20)을 갖는 입력 시준기 부분(26), 및 순방향(18)의 양 측방 측으로 연장하는 날개 부분들(50a, 50b)을 갖는 빔 확산 부분(28)을 포함한다. 빔 확산 부분(28)은 중심 캐비티(30)를 포함한다. 브리지 부분(38)은 중심 캐비티(30) 위에 배열된다. 도 3-7에 도시한 예에서, TIR 바디(100)는 오목 형상을 갖는 특별히 모양이 형성된 렌즈 적응 부분을 갖지 않는다. 빔 확산 부분(28)은 평면 광 출력 표면(22)에서 종단한다.
빔 확산 부분(28)은 날개 부분들(50a, 50b)의 상부 위에 배열된, 좌측 및 우측 상부 날개 부분들(52a, 52b)을 포함한다.
TIR 바디(100)는 광 입력 표면(20)에서 LED 광원(12)으로부터의 광을 수신하기 위해 제1 실시예에 따른 TIR 바디(10)와 동일한 방식으로 설계되고 높이 방향으로 빔 부분들을 확산시키고 그들을 광 출력 표면(22)의 상이한 부분들을 향해 안내함으로써 그것의 측방 확산 출력 빔(24)을 성형한다.
예시적인 빔 경로들이 점선들로 도시한 제1 좌측 주변 빔(35)(대칭하는 제1 우측 주변 빔은 명확성을 위해 도시하지 않음), 슬래시-이중-점선들로 도시한 제2 우측 주변 빔(36)(대칭하는 제2 좌측 주변 빔은 명확성을 위해 도시하지 않음), 및 파선으로 도시한 중심 빔(34)을 포함하는, 도 8, 도 9에 도시된다.
도 9에 도시한 것과 같이, 중심 빔(34) 및 제1 및 제2 주변 빔들(35, 36)은 높이 방향으로 분리된 TIR 바디(100) 내에서 상이한 빔 경로들을 따른다. 광 입력 표면(20)으로부터 상부 방향들로 방출된 광은 브리지 부재(38)를 따라 광 출력 표면(22)의 중심 부분(46)으로 중심으로 안내된 중심 빔(34)을 형성한다. 실질적으로 수평으로 방출된 광은 좌측 및 우측 제1 주변 빔들(35)을 형성하는 반면, 하부 방향들로 방출된 광은 좌측 및 우측 제2 주변 빔들(36)을 형성한다.
주변 빔들(35, 36)은 도 8에 도시한 것과 같이 TIR 바디(100)의 빔 확산 부분(28) 내에서 안내된다. 앞서 논의된 예에서와 같이, 빔 확산 부분(28)의 형상은 주변 빔들(35, 36)이 캐비티(30)의 전방 에지에서 좌측 및 우측 빔 부분들로 분할하도록 측방으로 대칭이다. 빔 경로들을 더 잘 도시하기 위해, 도 8은 제1 주변 빔(35)의 좌측 부분 및 제2 주변 빔(36)의 우측 부분만을 도시한다.
제1 주변 빔(35)은 반사 표면들(40a, 40b)에서 좌측 및 우측 측방 방향들로 반사되도록 캐비티(30)의 전방 에지에서 분할된다. 좌측 및 우측 제1 주변 빔들(35)의 이렇게 반사된 광은 다음에 다시 빔 확산 부분(28)의 상부 날개 부분들(52a, 52b)의 외부 표면들(54a, 54b)에서 반사된다. 제2 반사 후에, 제1 주변 빔들(35)은 다시 순방향(18)에 실질적으로 평행하고 광 출력 표면(22)의 내부 주변 부분들(44)을 통해 방출된다. 내부 주변 부분들(44)은 중심 부분(46)과 직접 접하므로, 성형된 빔(24)은 측방 방향들로 연속적으로 광 출력 표면(22)을 통해 방출된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제2 주변 빔들(36)은 TIR 바디(100)의 하부 부분 내에서 안내되므로, 높이 방향 H에서 제1 주변 빔들(35)은 중심 빔(34)과 제2 주변 빔들(36) 사이에 배열된다.
제2 주변 빔 부분들(36)은 또한 2번 반사되는데, 먼저 캐비티(30)의 전방 표면들(40a, 40b)에서 및 후속하여 날개 부분들(50a, 50b)의 측 표면들(42a, 42b)에서 반사된다. 이렇게 반사된 빔(36)은 순방향(18)에 실질적으로 평행하게 지향되고 광 출력 표면(22)의 외부 주변 부분들(45)을 통해 방출된다.
외부 주변 부분들(45)은 순방향(18)에 대해 측방으로 더 바깥으로 배열되므로, 내부 주변 부분들(44)은 중심 부분(46)과 외부 주변 부분들(45) 사이에 측방으로 배열된다.
LED(12)로부터 방출된 광은 양 측방 방향에서 넓게 밖으로 확산된다. 확산 빔(24)은 중심 부분(46)에서 방출된 중심 빔(34), 발광 표면(22)의 내부 주변 부분들(44)에서 방출된 좌측 및 우측 제1 주변 빔들(35), 및 외부 주변 부분들(45)에서 방출된 좌측 및 우측 제2 주변 빔들(36)로부터의 기여들로 구성된다. TIR 바디(100)는 광 출력 표면(22)의 모두가 조명되도록 모양이 형성되는데, 즉, 성형된 빔(24)은 측방 방향으로 연속이다.
설명된 바와 같이, LED(12)의 발광 표면과 비교한 빔(24)의 확산이 그들의 높이 방향에 의해, 즉, 순방향(18)에 대한 그들의 경사 각도만큼 입력 시준기(26)에서 상이한 빔 부분들을 확산하고 각각의 빔 부분들(34, 35, 36)을 설명된 빔 경로들을 따라 광 출력 표면(22)을 향해 안내함으로써 달성된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 상이한 빔 부분들(34, 35, 36)은 다시 높이 방향 H로 광 출력 표면(22)을 향해 다시 수렴한다. 그러므로, 출력 빔(24)은 LED(12)의 광 출력 표면과 동일한 높이 치수들을 가질 수 있거나, 높이 방향 H에서 단지 약간 더 클 수 있다.
도 10은 TIR 바디(110)의 제3 실시예를 도시한다. TIR 바디(110)는 나란히 배열된 위에 설명된 TIR 바디들(100)의 2개와 형상이 대응한다. 유사하거나 비교할만한 부분들은 유사한 참조 번호들로 지정될 것이다.
TIR 바디(110)의 반부들 각각은 입력 시준기(26) 및 날개 부분들(50a, 50b), 상부 날개 부분들(52a, 52b), 및 브리지 부분들(38)을 갖는 빔 확산 부분들(28)을 포함한다. 광 출력 표면들(22)은 오목 렌즈 적응 부분들(32)에 형성된다.
TIR 바디(110)는 광 입력 표면들(20)의 앞에 배열된 2개의 별개의 LED 광원을 갖는 차량 헤드램프에 사용될 수 있다. 2개의 별개의 렌즈, 또는 이중 렌즈는 광 출력 표면(22)의 앞에 배열될 수 있다.
도 10a는 도 10에서 평면 A에 대응하는 단면 평면의 세로 단면도를 도시한다. 입력 시준기(26), 하나의 전방 표면(40a)을 갖는 캐비티(30) 및 위의 브리지 부재(38)의 상대적 배열이 도시된다. 더 잘 보이는 것과 같이, 렌즈 적응 부분(32)은 출력 표면(22)을 향해 높이 방향 H로 넓혀진다.
도 10b, 10c는 날개 부분들(50a, 50b) 및 상부 날개 부분(52a, 52b)의 형상을 도시한, 도 10의 단면 평면들 B, C의 단면도를 도시한다.
TIR 바디(110)의 광 출력 표면(22)이 도 11의 정면도에 도시된다. 그것은 측방으로 연장하는 상부 및 하부 전방 에지들(56, 58)에 의해 경계지어진다. 하부 에지(58)는 명/암 경계를 갖는 조명 빔을 달성하기 위해 투사 렌즈에 의해 투사된다. 규정들에 따르기 위해서, 하부 에지(58)는 수평 부분과 경사진 부분을 갖는 명/암 경계를 달성하기 위해 특정한 비대칭 형상을 갖는다. 광 출력 표면(22)의 중심에서, 하부 에지(58)는 실질적으로 수평인 에지 부분(58a)에 인접한 경사진 에지 부분(58b)을 포함한다. 투사된 빔에서, 이것은 원하는 수평/경사진 명/암 경계를 발생한다.
위에 언급된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 예시하는 것이고, 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 종속 청구항들의 범위에서 벗어나지 않고서 많은 대안적 실시예들을 설계할 수 있다는 점에 주목하여야 한다.
예를 들어, 빔 부분들을 경사의 높이 또는 방향에 의해 먼저 분리하고, 다음에 대응하는 빔 부분들을 광 출력 표면의 상이한 측방 부분들에 지향시키는 위에 설명된 개념을 적용하여, 통상의 기술자는 TIR 바디의 많은 상이한 형상들을 제안할 수 있을 것이다. 특히, TIR 바디의 광 입력 및 광 출력 표면의 상대적 치수들은 상이할 수 있다. 예를 들어, TIR 바디의 광 출력 표면의 높이는 광 입력 표면의 높이보다 훨씬 더 적을 수 있다.
설명된 실시예들이 대칭 배열들을 도시하지만, 측방으로 대칭이 아닌 조명 장치들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 입력 빔은 높이 방향으로 2개, 3개, 또는 그 이상의 상이한 빔 부분들로 분할될 수 있다.
상기 실시예들이 TIR 바디에 의존하지만, 동일한 개념이 또한 대응하게 배열된 반사기 표면들에 의해 실현될 수 있으므로, 빔 부분들은 TIR 바디의 내부에서보다는 공기를 통해 이동한다.
청구범위에서, 괄호들 사이에 있는 임의의 참조 부호들은 청구범위를 제한하는 것으로 해석되지 않을 것이다. 단어 "포함하는"은 청구범위에 나열된 것들 이외의 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 단수 표현은 복수의 이러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항들에 열거된다는 사실만으로 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

Claims (15)

  1. 조명 장치(lighting arrangement)로서,
    광원(12), 및
    적어도 하나의 빔 성형 장치(beam shaping arrangement)(10, 100, 110)
    를 포함하고,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는
    상기 광원(12)으로부터 방출된 광을 수신하는 광 입력부(20),
    성형된 빔(shaped beam)(24)을 방출하는 광 출력부(22) - 상기 광 출력부(22)는 상기 광 입력부(20)와 이격되고 중심 출력 부분(46) 및 주변 출력 부분을 포함하고, 상기 주변 출력 부분은 상기 중심 출력 부분(46)에 대해 측방으로 바깥으로 향함 - , 및
    광이 내부 전반사(total internal reflection)로 인해 반사될 수 있는 반사 표면들(40a, 40b, 42a, 42b, 54a, 54b)을 포함하고, 적어도 하나의 중심 캐비티(30)를 포함하는 투명한 바디
    를 포함하고,
    상기 광 입력부로부터 상기 광 출력부의 방향으로 순방향(18)이 정해지고, 상기 순방향은 수평으로 배열되고,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는
    상기 광 입력부(20)로부터의 광이 상기 순방향에 대해 높이 방향(H)으로 분리된 적어도 제1 빔 부분 및 제2 빔 부분(34, 35, 36)으로 분할되고,
    상기 제1 빔 부분이 상기 광 출력부(22)의 중심 출력 부분(46)으로 지향되는, 중심 빔(34)이고,
    상기 제2 빔 부분이 상기 제1 빔 부분에 대해 상기 광 출력부(22)의 주변 출력 부분으로 더 바깥으로 지향되는 주변 빔(36)이고,
    상기 제1 빔 부분 및 제2 빔 부분(34, 36)이 상기 높이 방향(H)으로 상기 광 출력부(22)를 향해 수렴(converge)하기에 이르도록
    배치되고,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 또한, 상기 중심 캐비티(30) 위에 배열되고 상기 광 입력부(20)로부터 상기 광 출력부(22)로 연장하는 브리지 부재(bridge member)(38)를 포함하고,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 상기 제1 빔 부분이 상기 브리지 부재를 통해 상기 높이 방향(H)으로 상기 순방향(18)으로부터 발산(diverge)하기에 이르고 그 다음에 상기 높이 방향(H)으로 상기 순방향(18)을 향해 수렴하기에 이르고, 상기 제2 빔 부분이 상기 브리지 부재의 아래로 안내되도록 배치되는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주변 출력 부분은 상기 중심 출력 부분(46)의 제1 측방 측에 배열되고,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 하나 이상의 추가의 빔 부분이 상기 중심 출력 부분(46)의 제2 측방 측에 배열된 상기 광 출력부(22)의 추가의 주변 출력 부분들로 지향되도록 배치되고, 상기 제2 측방 측은 상기 제1 측방 측에 대향하여 배열되는 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 성형 장치(100, 110)는 상기 제1 빔 부분이 상기 광 출력부(22)의 제1 주변 출력 부분(44)으로 지향되는 제1 주변 빔(35)이고,
    상기 제2 빔 부분이 상기 광 출력부(22)의 제2 주변 출력 부분(45)으로 지향되는 제2 주변 빔(36)이도록 배치되고, 상기 제2 주변 출력 부분(45)은 상기 제1 주변 출력 부분(44)에 대해 측방으로 더 바깥으로 향하게 배열되는 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 주변 출력 부분 및 제2 주변 출력 부분(44, 45)은 상기 광 출력부(22)의 중심 출력 부분(46)의 제1 측방 측에 배열되고,
    상기 빔 성형 장치(100, 110)는 추가의 빔 부분들이 상기 중심 출력 부분(46)의 제2 측방 측에 배열된 주변 출력 부분들로 지향되도록 배치되고, 상기 제2 측방 측은 상기 제1 측방 측에 대향하여 배열되는 조명 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 성형 장치(100, 110)는 상기 광 입력부(20)로부터의 광을 적어도 상기 제1 빔 부분(34), 상기 제2 빔 부분(35), 및 제3 빔 부분(36)으로 분할하도록 배치되고, 상기 제1, 제2 및 제3 빔 부분(34, 35, 36)은 높이 방향(H)으로 분리되고,
    상기 빔 성형 장치(100, 110)는 상기 제1 빔 부분이 상기 광 출력부(22)의 중심 출력 부분(46)으로 지향되는 중심 빔(34)이고,
    상기 제2 빔 부분이 상기 광 출력부(22)의 제1 주변 출력 부분(44)으로 지향되는 제1 주변 빔(35)이고,
    상기 제3 빔 부분이 상기 광 출력부(22)의 제2 주변 출력 부분(45)으로 지향되는 제2 주변 빔(36)이도록 배치되고, 상기 제2 주변 출력 부분(45)은 상기 제1 주변 출력 부분(44)에 대해 측방으로 더 바깥으로 향하게 배열되는 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 주변 출력 부분 및 제2 주변 출력 부분(44, 45)은 상기 중심 출력 부분(46)의 제1 측방 측 상에 배열되고,
    상기 빔 성형 장치(100, 110)는 하나 이상의 추가의 빔 부분이 상기 중심 출력 부분(46)의 제2 측방 측에 배열된 주변 출력 부분들로 지향되도록 배치되고, 상기 제2 측방 측은 상기 제1 측방 측에 대향하여 배열되는 조명 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 성형 장치(100, 110)는 상기 빔 부분들(34, 35, 36) 중 적어도 하나를 측방 방향으로 반사시키는 적어도 하나의 측방 반사 표면(40a, 40b)을 포함하는 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 적어도 제1 및 제2 측방 반사 표면(40a, 40b, 42a, 42b, 54a, 54b)을 포함하고,
    상기 제1 측방 반사 표면(40a, 40b)은 상기 빔 부분들(34, 35, 36) 중 적어도 하나를 상기 제2 측방 반사 표면(42a, 42b, 54a, 54b)을 향해 측방 방향으로 반사시키도록 배치되고,
    상기 제2 측방 반사 표면(42a, 42b, 54a, 54b)은 상기 빔 부분(35, 36)을 상기 광 출력부(22)를 향해 상기 순방향(18)에 적어도 평행한 방향으로 지향시키도록 배치되는 조명 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 상기 제1 빔 부분 및 제2 빔 부분(34, 36) 둘 다가 상기 광 출력부(22)에서 상기 순방향(18)에 적어도 평행하게 지향되도록 배치되는 조명 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 성형 장치(10, 100, 110)는 높이 방향(H)에서의 연장의 2배보다 큰 측방 방향(L, R)에서의 연장을 갖는 조명 장치.
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