KR102583981B1 - 픽셀화된 광선을 투사하기 위한 장치, 및 이러한 장치를 구비한 전조등 - Google Patents

픽셀화된 광선을 투사하기 위한 장치, 및 이러한 장치를 구비한 전조등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 자동차용의, 픽셀화된 광선을 투사하기 위한 광학 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 광선을 방출할 수 있는 일차 광원을 각각 구비하는 두 개 이상의 매트릭스-어레이로서, 두 개 이상의 매트릭스-어레이 각각이 그것에 특정된 평면에 각각 배치되는, 상기 두 개 이상의 매트릭스-어레이; 각각의 매트릭스-어레이와 연관되고 매트릭스-어레이의 하류에 배치되고, 매트릭스-어레이의 상류에 매트릭스-어레이의 가상 이미지를 각각 형성하는 하나 이상의 일차 광학계; 및 상기 가상 이미지로부터 이미지를 형성하는 광학 투사계로서, 상기 이미지에서 가상 이미지는 부분적으로 중첩하는, 상기 광학 투사계를 포함한다.

Description

픽셀화된 광선을 투사하기 위한 장치, 및 이러한 장치를 구비한 전조등{DEVICE FOR PROJECTING A PIXELIZED LIGHT BEAM, HEADLAMP EQUIPPED WITH SUCH A DEVICE}
본 발명은 특히 자동차용 광선 투사 장치, 및 로우-빔(low-beam) 또는 하이-빔(high-beam) 형태의 광선을 투사할 수 있고 이러한 투사 장치를 구비하는 전조등에 관한 것이다.
자동차 전조등에는, 전조등으로부터의 출력으로서 하나 이상의 광선을 얻기 위해 외부 렌즈에 의해 폐쇄된 하우징 내에 배열되는 하나 이상의 광학 모듈이 구비된다. 간단히 말해서, 하우징의 광학 모듈은 특히 광선을 방출하는 광원, 예를 들어 단수(또는 복수)의 발광 다이오드(LED), 및 광원에 의해 발생된 광선을 배향시키고 광학 모듈로부터 출력되는 광선을 형성하기 위해 하나 이상의 렌즈와 필요에 따라서 반사기를 구비하는 광학계를 포함한다.
특정한 차량 전조등은 차량의 운전자의 필요에 따라서 광선의 배향을 변화시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 차량이 코너링 중일 때, 차량에 탑재된 전자 시스템은 조종 중에 운전자의 시야에 매칭되도록 광선의 배향 수정을 명령한다. 전조등은 이후 광선을 똑바로 앞으로 투사하기보다는 도로를 비추기 위해 광선의 축을 차량의 회전 방향으로 이동시킨다.
다른 공지된 전조등은 동일한 광원으로 로우-빔 및 하이-빔 기능을 제공할 수 있다. 이를 위해, 이들 전조등은 빔의 일부를 차단하기 위해 편향기로 지칭되는 요소를 이동시키는 기계적 수단을 사용한다. 또한, 고속도로 주행 용으로 설계된 로우-빔 형태의 라이트도 존재하는 바, 그 광선의 차단은 차량이 고속도로에서 주행 중일 때 도로의 가시성을 향상시키기 위해 종래의 로우-빔 라이트의 차단보다 약간 높다.
따라서, 전조등으로부터 출력되는 광선의 치수를 변경하여 전술한 모든 기능을 제공하기 위해 광원에서 방출된 광선을 제어할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
그러나, 오늘날의 조명 시스템에서는, 증가된 빔 해상도가 요구되며, 따라서 픽셀 개수의 관점에서 요구가 크다. 따라서, 이 요구를 충족시키기 위해서는 광원의 개수가 커야 하며, 1000 내지 500000 또는 그 이상의 개수일 수 있다.
이제, 이러한 다수의 광원을 구비하는 다이오드 매트릭스-어레이는 여러가지 단점을 갖는다. 첫 번째 단점은 이러한 조립체의 제조비인데, 그 이유는 큰 면적의 칩은 결함있는 웨이퍼 요소 상에 제조될 가능성이 훨씬 크기 때문이다. 이것은 낮은 제조 수율로 이어지고 따라서 높은 비용으로 이어진다. 두 번째 단점은 이러한 매트릭스-어레이의 취약성이며, 이는 일체의 손상을 방지하기 위해 그 취급 중에 특별한 주의가 요구됨을 의미한다.
이 문제를 피하기 위해, 전술한 요구를 충족시키는 다이오드 매트릭스-어레이는 복수의 다이오드 매트릭스-어레이를 조합 및 조립함으로써 시뮬레이트될 수 있으며: 다이오드 매트릭스-어레이는 단부를 맞대어(end-to-end) 배열된다.
그러나, 단부를 맞대어 배열된 다이오드 매트릭스-어레이는 빔을 구성하는 매트릭스-어레이의 다양한 광선 사이에도 매트릭스-어레이 사이의 간격에 대응하는 간격이 나타나기 때문에 균일한 광선을 얻을 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 단부를 맞대어 배열된 광원의 픽셀화된 매트릭스-어레이로부터 균일한 광선이 투사될 수 있는, 특히 자동차용 광학 장치를 얻는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 광선을 방출할 수 있는 일차 광원을 각각 구비하는 두 개 이상의 매트릭스-어레이를 포함하는, 특히 자동차용 픽셀화된-광선-투사-광학 장치에 관한 것이며, 상기 두 개의 매트릭스-어레이는 각각 그것에 특정된 평면에 배치된다. 상기 장치는 각각의 매트릭스-어레이와 연관되고 매트릭스-어레이의 하류에 배치되는 하나 이상의 일차 광학계를 포함한다. 각각의 일차 광학계는 매트릭스-어레이의 상류에 매트릭스-어레이의 가상 이미지를 형성한다. 상기 장치는 상류에 형성된 가상 이미지로부터 이미지를 형성할 수 있는 광학 투사계를 추가로 포함하며, 상기 이미지에서 광학 투사계에 의해 결상된(imaged) 가상 이미지는 광학 투사계에 의해 형성된 이미지에서 부분적으로 중첩된다. 따라서 광학 투사계는 각각의 가상 이미지의 이미지를 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 가상 이미지의 이미지는 부분적으로 중첩된다.
따라서, 본 발명은 광원의 큰 매트릭스-어레이가 생성하게 될 광선과 유사한 광선을 생성하기 위해 매트릭스-어레이가 사용되고 연관될 수 있게 한다. 따라서, 이러한 매트릭스-어레이를 모놀리식 방식으로 제조할 필요가 없으며, 따라서 생산비가 감소될 수 있고 손상의 경우에 손실이 저하될 수 있다. 또한, 매트릭스-어레이의 세트의 크기는 이들 어레이를 병치시킬 필요가 없고 매번 적절한 크기의 큰 매트릭스-어레이를 제조할 필요가 없기 때문에 쉽게 선택될 수 있다.
추가로, 가상 이미지가 광원의 매트릭스-어레이의 상류에 형성되기 때문에, 이들 가상 이미지가 확대될 수 있고, 따라서 다양한 매트릭스-어레이의 광원에 의해 생성되는 발광 픽셀 사이의 공간이 최소화되게 할 수 있다.
또한, 광학 투사계는 매트릭스-어레이의 상류에 형성되는 가상 이미지에 기초하여 이미지를 출력하며, 상기 이미지에서 가상 이미지의 이미지는 부분적으로 중첩되고, 따라서 매트릭스-어레이 사이의 광 분포에 대해 양호한 균일성을 달성한다.
더욱이, 일차 광원을 구비하는 매트릭스-어레이는 상이한 평면에 배치되며, 따라서 광학계의 효율은 광학 장치의 에지에 위치하는 일차 광원에 대해서도 최적화될 수 있다. 매트릭스-어레이의 각 광학계는 블랭킷 광학계가 매트릭스-어레이 전체와 연관되는 경우보다 작은 필드를 취급한다. 따라서, 본 발명에 따른 광학 장치는 더 적은 수차를 생성하며, 매트릭스-어레이에 의해 생성되는 광의 투과율이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 단일 광학계와 대조적으로, 각각의 매트릭스-어레이/광학계가 개별적으로 수정, 관리 및 설계될 수 있기 때문에 실현 및 구성하기가 매우 쉽다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 단일 광학계가 요구하는 것보다 얇은 광학소자(예를 들어, 렌즈)가 사용될 수 있게 한다는 것도 언급할 만하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 광학소자의 전체 중량은 단일 광학계의 그것보다 낮다. 본 발명에 따른 장치가 육상-차량 전조등에 사용되면 연료가 절약될 수 있다.
가상 이미지에 대한 투사 수단의 포커스는 광학 투사 모듈을 일차 광학계의 제조 결함에 대해 둔감하게 만든다: 투사 수단이 광굴절(dioptric) 인터페이스의 표면 상에 포커싱되면, 결상될 것은 이 표면이 될 것이고 따라서 그 안의 임의의 제조 결함이 보여질 것이며, 이것은 투사된 광선에서 불균일성 또는 색수차를 발생시킬 수 있다. 또한, 이것은 광원의 매트릭스-어레이가 일차 광학계, 각각의 광원 및/또는 개별적으로 결상될 수 있는 광원의 매트릭스-어레이와 연관되어 사용될 수 있게 한다.
아마도 함께 조합되거나 별개로 채용될 본 발명의 다양한 예에 따르면, 상기 장치는 추가로 이하를 포함한다:
- 매트릭스-어레이는 적어도 한 쌍의 매트릭스-어레이로 연관되고, 한 쌍의 매트릭스-어레이의 가상 이미지의, 투사계에 의해 형성된 이미지는 부분적으로 중첩되며;
- 매트릭스-어레이는 두 개의 연속적인 인접한 매트릭스-어레이 사이에 잔여 공간이 보존되도록 연관되며, 이 공간은 주어진 매트릭스-어레이에서의 임의의 두 개의 인접한 일차 광원 사이의 공간보다 크다. 특히, 두 개의 연속적인 인접한 매트릭스-어레이 사이의 공간은 이들 매트릭스-어레이의 일차 광원 각각을 형성하는 전자 부품의 길이보다 엄밀히 크다;
- 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 일차 광원은 부분 중첩 내의 한 지점에서의 방사율(emittance)의 합계가 중첩에 기여하지 않는 매트릭스-어레이 중 하나 내의 지점에서의 방사율과 실질적으로 동일하도록 구성된다;
- 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 각각의 매트릭스-어레이의 일차 광원의 구성은 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이 중 제 1 매트릭스-어레이의 이들 일차 광원이 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이 중 제 2 매트릭스-어레이로부터 얼마나 떨어져 있는지에 비례하는 부분 중첩에 기여하는 일차 광원의 방사율의 증가를 포함한다;
- 연관된 매트릭스-어레이는 픽셀화된 광원이며 각각의 가상 이미지의 p 결상 픽셀이 부분 중첩에 기여한다;
- 부분 중첩에 기여하는 제 1 가상 이미지의 결상 픽셀(p 1i )은 부분 중첩에 기여하는 제 2 가상 이미지의 결상 픽셀(p 2i )과 연관되며, 픽셀 p 1i 및 p 2i 는 한 쌍의 결상 픽셀을 형성하고, 부분 중첩의 각 쌍의 픽셀에 대해 생성되는 광도는 중첩에 기여하지 않는 결상 픽셀의 광도와 실질적으로 동일하다;
- 한 쌍의 픽셀(i)의 결상 픽셀(p 1i , p 2i )은 실질적으로 그 전체가 중첩된다;
- 한 쌍의 픽셀의 결상 픽셀(p 1i , p 2i ) 사이의 오프셋은 매트릭스-어레이의 픽셀의 길이보다 작다;
- 일차 광학계는, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 가상 이미지가, 형성된 가상 이미지 전체에 공통인 표면 상에서 부분적으로 중첩되도록 배치된다;
- 형성된 가상 이미지 전체에 공통인 표면은 편평면, 곡면 중 하나이다;
- 매트릭스-어레이는 적어도 한 쌍의 매트릭스-어레이로 연관되고 광학 투사계는 가상 이미지 각각에 대해 제 2 가상 이미지를 형성하는 수단을 포함하며, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 제 2 가상 이미지는 광학 투사계에 의해 형성된 이미지 내에서 부분적으로 중첩된다;
- 가상 이미지 각각에 대해 제 2 가상 이미지를 형성하는 광학 투사계의 수단은 각각의 일차 광학계와 연관된 프리즘을 포함한다;
- 일차 광원은 발광 다이오드이다;
본 발명은 또한 이러한 광학 장치를 구비하는 자동차 전조등에 관한 것이다.
본 발명은 단지 예시적으로 제공되고 본 발명을 제한하도록 의도되지 않으며 첨부 도면을 참조하는 하기 설명을 통해서 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 예의 개략 사시도,
도 2는 도 1의 장치의 일부의 개략 확대 사시도,
도 3은 광원의 매트릭스-어레이의 제 1 형태의 개략 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예의 개략 측면도,
도 5는 광원의 매트릭스-어레이의 제 2 형태의 개략 정면도,
도 6은 광원의 매트릭스-어레이의 제 3 형태의 개략 정면도,
도 7은 광원의 매트릭스-어레이의 제 4 형태의 개략 정면도,
도 8은 본 발명에 따른 장치의 제 1 예의 개략 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 장치의 제 2 예의 개략 평면도,
도 10은 본 발명에 따른 장치의 제 3 예의 개략 평면도,
도 11 내지 도 13은 중첩에 기여하는 실질적으로 중첩된 픽셀의 광도의 변조를 개략적으로 도시하는 도면,
도 14 내지 도 16은 중첩에 기여하는 실질적으로 오프셋된 픽셀의 광도의 변조를 개략적으로 도시하는 도면,
도 17은 광원의 매트릭스-어레이의 제 1 예시적 배열의 개략 정면도,
도 18은 광원의 매트릭스-어레이의 제 2 예시적 배열의 개략 정면도,
도 19는 광원의 매트릭스-어레이의 제 3 예시적 배열의 개략 정면도,
도 20 내지 도 22는 중첩의 예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 1, 도 8 내지 도 10은 광선을 투사하기 위한, 특히 자동차용 광학 모듈(1)의 예를 도시한다. 모듈(1)은 광축(15)을 따라서 광선의 전파 방향으로 상류에서 하류로, 광선을 방출할 수 있는 일차 광원(8)을 포함하는 세 개의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3), 그 연관된 매트릭스-어레이의 일차 광원에 의해 방출된 광선을 전달하는 각각의 매트릭스-어레이와 연관된 하나 이상의 일차 광학계(4), 및 상기 일차 광학계(4)에 의해 전달되는 입사 광선으로부터의 광선을 투사하도록 구성된 광학 투사 수단(3)을 포함한다. 이들 예에서, 광학 모듈은 일차 광원의 세 개의 매트릭스-어레이를 포함하며, 매트릭스-어레이의 최소 개수는 두 개 이상의 매트릭스-어레이인 것으로 이해된다.
다시 도 1, 도 8 내지 도 10에서, 일차 광원의 매트릭스-어레이에 의해 방출된 광선의 전파 방향은 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)로부터 출발하여 투사 수단(3) 쪽으로 향하는 화살표로 표시된다. 일차 광학계(4)가 매트릭스-어레이의 하류에 배치된다는 표현은 일차 광학계가 일차 광원에 의해 방출된 광이 갖는 경로 상에 위치한다는 것을 의미한다.
투사 수단(3)은 광학 투사계를 형성하며 단일 투사 렌즈의 형태를 취할 수 있다. 그럼에도 불구하고 투사 수단은 복수의 렌즈, 복수의 반사기, 또는 심지어 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 반사기의 조합의 연관으로 형성될 수 있다.
각각의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)는 그것에 특정된 평면에 배치되는 바: 매트릭스-어레이(S1)는 평면(21a)에 배치되고, S2는 평면(21b)에 배치되며, S3은 평면(21c)에 배치된다. 평면들이 서로에 대해 배치되는 방식은 변경될 수 있다. 첫 번째 예에서 매트릭스-어레이의 평면들은 합치된다. 다른 예에서, 매트릭스-어레이의 평면들은 서로 실질적으로 평행하다. 다른 예에서, 매트릭스-어레이의 평면들은 각 매트릭스-어레이의 중심이 곡선 상에 배치될 수 있도록 배치되며; 바람직하게, 곡선은 투사 수단의 광축을 포함하는 평면 상에 놓이고, 도 8에 도시된 원호(21d)와 같이 규칙적일 수 있다. 따라서, 후자의 예에서, 매트릭스-어레이는 그 각각의 중심이 무한대(즉, 편평면)와 f/5 사이에 포함될 수 있는 반경을 갖는 원호 상에 놓이도록 공간 내에 배치되며, 여기에서 f는 일차 광학계 중 하나와 광학 투사계의 조합에 의해 형성되는 전체 시스템의 초점 길이의 값이다. 따라서 각각의 매트릭스-어레이는 그것에 특정된 평면에 속한다. 공간 내에서의 평면들의 배열은 이전 예들에 제한되지 않음을 알 것이며: 유일한 제한은 각각의 매트릭스-어레이와 연관된 일차 광학계가 매트릭스-어레이의 상류에 매트릭스-어레이의 가상 이미지를 형성할 수 있다는 것이다. 가상 이미지의 생성은 이하에서 논의된다.
각각의 매트릭스-어레이와 연관된 일차 광학계(4)의 기능은 투사 수단과 조합하여 모듈로부터 예를 들어 도로 상으로 투사되는 광선이 균일하도록 매트릭스-어레이의 일차 광원의 광선을 전달하는 것이다.
이를 위해, 일차 광학계(4)는 하나 이상의 수렴(convergent) 광학소자를 구비할 수 있다. 도 8에서, 일차 광학계(4)는 단일 수렴 렌즈이다.
도 2에 도시된 예에서, 상기 하나 이상의 수렴 광학소자는 수렴형 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)일 수 있다. 여기에서, 상기 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)는 볼록면을 갖는 바, 즉 광원의 방향으로 외부를 향해서 만곡되어 있다. 그러나 이 표면은 평면적이거나, 평면-볼록하거나 오목-볼록할 수 있다. 도 2에 도시하듯이 각 광원(8)의 하류에, 즉 매트릭스-어레이(2)의 각각의 발광 다이오드 또는 다이오드 매트릭스-어레이의 하류에 하나의 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)가 배치되는 것이 유리하다. 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)는 도 2에 도시하듯이 일차 광원(8)의 가상 이미지(6)를 형성한다.
마이크로 광굴절 인터페이스라는 용어는 그 외부 치수가 일차 광원 또는 일차 광원의 관련 매트릭스-어레이의 치수의 5배 이하인 광굴절 인터페이스를 지칭한다. 이것들은 일반적으로 밀리미터 정도이다. 따라서, 예를 들어, 그 발광 면적이 변 길이 1 mm의 면적인 개별 발광 다이오드(LED)의 경우에, 관련 광굴절 인터페이스의 치수는 최대 5 mm 변 길이의 정사각형으로 기술될 것이다. 일차 광원이 LED 매트릭스-어레이로 구성된다면, 매트릭스-어레이의 치수가 고려될 것이다. 또한, 일차 광원이 모두 동일한 크기라면, 모든 마이크로 광굴절 인터페이스가 동일한 크기를 갖게 하기 위한 준비가 아마 이루어질 것이다. 그러나 유리하게, 매트릭스-어레이의 경계 상의, 특히 측단부에서의, 광원과 연관된 광굴절 인터페이스가, 특히 도로의 사이드를 비추기 위해 다른 것보다 큰 크기의 투사된 발광 패턴을 생성하게 될 측방향으로 및 수직으로 긴 가상 이미지를 형성하기 위해 다른 것보다 큰 치수를 갖게 하기 위한 준비도 아마 이루어질 것이다.
일차 광학계(4)는 모든 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)에 대해 단일의 출사 광굴절 인터페이스(9)를 추가로 포함할 수 있다. 출사 광굴절 인터페이스(9)는 투사 렌즈(3)에 전달되는 빔의 광학 보정을 제공한다. 이 보정은 특히 장치의 광학 효능을 향상시키고 광학계(4)의 광학 수차를 보정하는 역할을 한다. 이를 위해, 출사 광굴절 인터페이스(9)는 실질적으로 구형의 돔 형상을 갖는다. 이 형상은 광축(15) 상에 배치된 광원으로부터 기원하고 출사 광굴절 인터페이스(9)를 통과하는 빔의 광선의 방향을 거의 편향시키지 않는다. 출사 광굴절 인터페이스(9)는 실질적으로 구형의 돔 형상을 갖거나, 실제로 이중초점 해상도를 갖는 긴 원통형 형상을 가질 수 있다.
일차 광학계(4)는 단일 재료로 제조될 수 있는 바, 즉 일체로 형성되고 동일한 재료로 제조될 수 있다. 다시 말해서, 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)와 출사 광굴절 인터페이스(9)는 복합 렌즈에 비유될 수 있는 동일한 요소, 일차 광학계(4)의 입사면 및 출사면을 형성한다.
일차 광학계(4)는 각각의 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)에 대해 하나의 출사 마이크로 광굴절 인터페이스(9)를 포함할 수 있다. 이후 일차 광학계(4)는 한 세트의 양면-볼록 마이크로렌즈를 형성하며, 각각의 마이크로 렌즈는 일차 광원의 전방에 배치된다. 그러나, 이러한 마이크로 렌즈는, 단일 출사 광굴절 인터페이스(9)를 구비하는 일차 광학계(4)와 달리, 전체 전달되는 빔을 보정할 수 없다. 이러한 마이크로 렌즈는 가상 이미지의 균일성을 증가시키고 이미지를 덜 변형시킨다는 장점을 갖는다.
출사 광굴절 인터페이스(9) 및 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)는 일체로 형성되고 동일한 재료로 제조되는 일차 광학계(4)의 일부를 형성한다. 다시 말해서, 일차 광학계(4)는 단일 요소만 포함한다.
따라서, 수렴 광학소자로서 마이크로 광굴절 인터페이스를 구비하는 일차 광학계(4)는 픽셀화된 광원이 결상될 수 있게 하며 여기에서 각각의 생성된 가상 이미지는 결상 픽셀이다. 이하에서, 일차 광학계의 구성과 무관하게, 각각의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)는 단일 가상 이미지를 형성하는 것으로 간주될 것이다. 따라서 매트릭스-어레이는 가상 이미지가 얻어지는 픽셀화된 광원일 수 있으며 이 가상 이미지는 결상 픽셀로 구성되는 것을 알 것이다. 따라서, 매트릭스-어레이의 결상 픽셀 전체가 가상 이미지를 형성한다. 두 개의 인접한 매트릭스-어레이의 에지 상의 결상 픽셀은 매트릭스-어레이의 가상 이미지에 공간(빛 없는 지역)이 전혀 없도록 부분적으로 중첩된다. 따라서, 각각의 매트릭스-어레이의 일차 광학계(4)는 균일하게 분포된 빔을 얻도록 일차 광원(8)의 가상 이미지(6)가 형성될 수 있게 하는 바, 즉 광선의 성분들은 그 사이에 운전자 안락함을 감소시키게 될 어두운 스트립 및/또는 밝은(더 높은 세기의) 스트립이 전혀 없도록 서로에 대해 정확히 조절된다.
가상 이미지(6)는 일차 광학계(4)에 의해 일차 광원(8)의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)의 상류에 형성된다. "매트릭스-어레이의 가상 이미지가 매트릭스-어레이의 상류에 형성된다"는 표현은 각각의 일차 광학계의 상류에 형성되는 광선이 각각의 일차 광원 뒤에 위치한 이미지로부터 유래하는 것처럼 보인다는 것을 의미한다. 따라서 가상 이미지는 투사 수단을 위한 신규 광원으로서 작용한다.
얻어진 가상 이미지(6)는 바람직하게 확대되고, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이(20)의 가상 이미지는 부분적으로 중첩된다. 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이는 두 개의 인접한 매트릭스-어레이를 의미하며, 그 인접성은 두 개의 매트릭스-어레이 사이의 간격 영역에 대해 수립된다. 다시 말해서, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이는 단부를 맞댄 것으로 보는 것이 바람직하거나 단부를 맞댄 것으로 간주될 수 있는 두 개의 매트릭스-어레이를 의미한다. 따라서 두 개의 매트릭스-어레이를 단부를 맞대어 배열하는 것은 이들 매트릭스-어레이를 예를 들어 모놀리식 매트릭스-어레이를 모방하여 나란히, 바람직하게 가능한 한 가깝게 배치하는 것에 해당된다. 그러나, 두 개의 연속적인 인접한 매트릭스-어레이 사이에는 잔여 공간이 보존되며, 이 공간은 주어진 매트릭스-어레이에서 임의의 두 개의 인접한 일차 광원(8) 사이의 공간보다 크다. 특히, 두 개의 연속적인 인접한 매트릭스-어레이 사이의 공간은 이들 매트릭스-어레이의 일차 광원(8) 각각을 형성하는 전자 부품의 길이보다 엄밀히 크다.
따라서, 두 개의 인접한 매트릭스-어레이의 인접 가상 이미지는 부분적으로 중첩되며: 부분적 중첩은 투사 수단에 의한 그 각각의 투사의 오버레이를 초래한다. 보다 정확하게는, 단부를 맞댄 두 개의 매트릭스-어레이의 일차 광원의 하나 이상의 이미지가 중첩된다. 결상 픽셀의 중첩을 말할 수 있다. 사실, 일차 광학계의 설계에서, 일차 광학계의 서로에 대한 배열에서, 및 그 각각의 매트릭스-어레이를 갖는 일차 광학계의 배열에서는, 가상 이미지가 광원이 위치될 수 있는 정밀도에 관하여 및 일차 광학계의 제조 결함(예를 들어 마이크로 광굴절 인터페이스의 표면에서의)에 관하여 견고성을 보장하기 위해 허용 오차의 마진을 갖고 근축 관점에서 부분적으로 중첩되게 만드는 것이 추구될 것이다. 따라서, 본 발명은 시판되는 표준 부품의 사용을 가능하게 할 뿐 아니라, 광원을 갖는 단부를 맞댄 부품 사이의 열팽창에 의한 문제를 방지한다. 중첩은 일차 광원의 위치 상의 허용 오차 및 일차 광학계의 위치 및 제조 상의 허용 오차에 따라서 가상-이미지 위치의 허용 오차, 가상-이미지 위치 자체의 허용 오차에 대한 시스템의 견고성을 보장한다.
가상 이미지(6)는 투사 렌즈(3)로부터 일차 광원의 매트릭스-어레이보다 멀리 이격될 수 있으며, 따라서 콤팩트한 광학 모듈이 유지될 수 있게 한다.
일차 광학계(4)는 다양한 일차 광학계에 의해 형성되는 모든 가상 이미지에 공통인 단일 표면 상에 가상 이미지(6)를 형성하도록 구성되는 것이 유리하다. 따라서, 상기 단일 표면은 모든 가상 이미지로부터 형성되는 가상 이미지를 생성하는 역할을 하며, 이 가상 이미지는 특히 연관된 매트릭스-어레이 쌍들의 가상 이미지가 부분적으로 중첩되기 때문에 연속적이다. 즉, 인접한 가상 이미지는 부분적으로 중첩되어 비조명 영역이 전혀 없는 단일 가상 이미지를 생성한다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 모듈에 의해 방출되는 광선에는 어두운 영역이 전혀 없다.
바람직하게, 가상 이미지(6)의 치수는 일차 광원(8)의 치수보다 크다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가상 이미지(S'1, S'2, S'3)의 크기의 확대는 한 쌍의 관련 매트릭스-어레이의 가상 이미지의 부분 중첩을 가능하게 한다. 예를 들어, 매트릭스-어레이(S1, S2)는 연속적이기 때문에 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이를 형성한다. 그 각각의 일차 광학계(본 예에서 단일 수렴 렌즈)는 가상 이미지(S'1, S'2)를 각각 생성한다. 두 개의 가상 이미지(S'1, S'2)는 동일한 표면(24a, 24b) 상에 형성된다. 중첩은 중괄호(curly bracket)(S'4a)와 동일한 레벨에 위치한다. 마찬가지로, 매트릭스-어레이(S2, S3)는 연속적이기 때문에 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이를 형성하며, 그 가상 이미지(S'2, S'3) 역시 중첩이 중괄호(S'4a)와 동일한 레벨에 위치하는 상태로 평면(24a) 상에 형성된다. 단일 표면은 평면(24a)일 수 있다. 이것은 곡률을 갖는 표면일 수도 있다; 예를 들어 표면(24b)은 이 표면 상의 임의의 지점이 접선 평면을 갖도록 곡률을 갖는다. 곡면은 광학 투사 렌즈(3)에 의해 형성될 수 있는 투사 수단에 의해 생성된 수차가 보정될 수 있게 한다. 어느 경우에나, 모든 가상 이미지로 형성된 가상 이미지는 연속적인 바, 즉 어두운 영역이 전혀 없다.
인접한 가상 이미지 사이의, 즉 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 가상 이미지 사이의 중첩을 얻기 위해, 각각의 일차 광학계가 만들어지는 재료와 볼록한 곡률은 일차 광원(8)의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)의 치수에 맞춰지고, 마찬가지로 매트릭스-어레이에 대한 일차 광학계(4)의 위치에 맞춰지며, 따라서 인접한 가상 이미지들은 부분적으로 중첩된다. 수차를 최소화하기 위해, 일차 광학계를 그것과 연관되는 매트릭스-어레이와 거의 접촉하도록 배치할 수 있다. 통상적으로, 일차 광학계와 관련 매트릭스-어레이 사이의 거리는 1 mm보다 작으며, 예를 들어 0.5 mm이다.
도 3 및 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 장치가 포함할 수 있는 매트릭스-어레이의 예를 도시한다. 매트릭스-어레이는 개별적으로 어드레스 가능한 두 개 이상의 상이한 발광 영역을 포함하며; 따라서 매트릭스-어레이는 광선을 방출할 수 있는 두 개 이상의 일차 광원(8)을 포함한다. 일차 광원은 바람직하게 일차 광원의 그리드를 형성하는 바, 즉 광원은 매트릭스-어레이 위에 규칙적인 패턴으로, 예를 들어 바둑판 패턴으로 분포된다.
도 3은 발광-다이오드 형태의 광원(8)의 멀티-칩 매트릭스-어레이(20)를 도시하며, 각각의 일차 광원(8)은 개별적으로 어드레스 가능하다. 각각의 일차 광원(8)은 캐리어(17) 상의 다른 광원과 자체 조립되는, 유지 요소(18) 상에 장착되는, 독립 칩 상에 개별적으로 제조된다.
도 5는 발광 다이오드가 캐리어(17) 상에 배치된 공통 유지 요소(18) 상에 상호 사전조립되는 제 2 형태의 멀티 칩 매트릭스-어레이(20)를 도시한다.
도 6 및 도 7은 광원(8)이 전극을 공통으로 갖는 단일-칩 매트릭스-어레이(20)를 도시한다. 다이오드는 두 개의 접촉 전극(16, 19), 이산(discrete) 제 1 전극(19) 및 면의(areal) 제 2 전극(16)을 갖는다. 도 6에서, 일차 광원(8)은 제 1 전극(19)을 활성화시킴으로써 개별적으로 어드레스 가능하고, 제 2 전극은 칩의 모든 광원(8)에 대해 동일하다. 대조적으로, 도 7의 광원(8)은 각각의 광원(8)에 대해 독립적인 제 2 전극(19)을 얻기 위해 여러 섹션으로 분할되는 제 2 전극(19)을 가지며, 제 1 전극(16)은 동시에 활성화될 수 있다.
매트릭스-어레이는 서브-밀리미터(submillimetre) 치수의 복수의 전계발광 유닛을 포함하는 반도체 광원에 기초할 수 있으며, 상기 유닛들은 다양한 선택적으로 활성화될 수 있는 발광 영역 사이에 분포된다. 특히, 서브-밀리미터 치수의 전계발광성 발광 유닛의 각각은 막대기(rod) 형태를 취한다.
일차 광원(8)은 예를 들어 도 5에 도시하듯이 매트릭스 상에 어레이를 형성하는 예를 들어 발광 다이오드이다. 이러한 발광 다이오드의 매트릭스-어레이는 공지되어 있으며 시중에서 입수 가능하다.
일차 광학계(4)는 장치의 매트릭스-어레이가 완전히 단부를 맞댄 상태에 있는 경우에 갖게 될 특성과 동일한 특성을 갖는 단일 빔을 형성하기 위해 매트릭스-어레이(20)의 광선을 연관시킨다.
도 17은 주어진 평면(21)에서 단부를 맞댄 상태에 있는 네 개의 매트릭스-어레이(S1 내지 S4)의 개략 정면도이며, 여기에서 두 개의 인접한 매트릭스-어레이(S1-S2, S2-S3, S3-S4) 사이의 거리는 매트릭스-어레이와 관련된 구조적 제약으로 인해 제로가 아니며, 20 미크론보다 크고, 통상적으로 1 mm 내지 20 mm 또는 심지어 그 이상이다. 명료함을 위해, 도면에서 단부를 맞댄 매트릭스-어레이 사이의 거리는 과장되게 크다. 각각의 매트릭스-어레이는 일차 광학계(4)(원으로 표시됨)와 연관된다. 인접한 매트릭스-어레이 사이의 공간은 도면의 가독성을 위해 도면에서 과장되게 크다는 것을 알 것이다.
도 18은 본 발명에 따른 장치의 다른 개략적인 예를 도시하며, 이 예에서 각각의 평면(21a 내지 21d)은 두 개의 매트릭스-어레이를 포함한다. 이 예에서, 두 개의 연관된 매트릭스-어레이(S1-S5, S2-S6, S3-S7, S4-S8)는 동일한 평면에 위치하며 단부를 맞댄 상태에 있지 않다. 각각의 매트릭스-어레이는 그 일차 광학계(4)(원으로 표시됨)와 연관된다.
도 19는 본 발명에 따른 장치의 다른 개략적인 예를 도시하며, 이 예에서 각각의 평면(21a 내지 21d)은 두 개의 매트릭스-어레이를 포함하고, 주어진 평면에 위치하는 두 개의 매트릭스-어레이는 단부를 맞댄 상태에 있다. 주어진 평면에 배치된 매트릭스-어레이는 이들이 공유하는 동일한 일차 광학계와 연관되어 있으며, 따라서 장치의 무게를 감소시킬 수 있다.
광학 투사 렌즈(3)로부터 출사되는 빔이 (특히 콘트라스트와 관련하여) 가능한 한 균일하게 되도록 하기 위해, 인접한 가상 이미지 사이의 중첩이 관리되거나 제어될 수 있다. 중첩을 관리한다는 것은 중첩의 하나 이상의 파라미터, 예를 들어 그 치수, 그 방사율 등을 제어하는 것을 의미한다.
중첩 영역의 치수와 관련하여, 이것은 특히 광원 및 그와 연관되는 일차 광학계에 종속될 것이다. 일차 광원을 구비한 매트릭스-어레이는 임의의 형상일 수 있다. 그러나, 실제로 매트릭스-어레이는 사변형, 바람직하게 직사각형 또는 정사각형과 같은 규칙적 사변형의 형상이며; 따라서 생성되는 가상 이미지 역시 사변형이 될 것이다. 단일 표면 상에 형성되는 가상 이미지는 근축 관점에서 부분적으로 중첩된다. 보다 정확하게, 중첩은 하나 이상의 방향으로 두 개의 매트릭스-어레이의 각각의 연관을 위해서 생성되며, 중첩의 폭은 동일한 방향으로 측정된 중첩의 거리이다. 도 20은 예를 들어 도 1, 도 8, 도 17 내지 도 19의 광원(S1, S2)에 의해 생성된 두 개의 가상 이미지(S'1, S'2)의 중첩의 예를 도시한다. 두 개의 이미지는 광원(S1, S2)의 매트릭스-어레이가 직사각형이기 때문에 직사각형 모양이며; 예를 들어 그 일차 광원은 그리드를 형성한다. 두 개의 가상 이미지(S'1, S'2)는 제 1 방향(y)으로 정렬되고, 중첩(도 20에서의 회색 영역)은 x 방향으로 폭 a를 위해 생성된다. 도 21은 예를 들어 도 18의 광원(S1, S2, S5, S6)에 의해 생성된 네 개의 가상 이미지(S'1, S'2)의 중첩의 다른 예를 도시한다. 네 개의 이미지는 직사각형 형상의 것인데 그 이유는 광원의 네 개의 매트릭스-어레이 역시 그렇기 때문이다. 두 개의 가상 이미지[S'1, S'2(S'5, S'6)]는 한 쌍의 매트릭스-어레이[S1, S2(S5, S6)]에 의해 생성되고 제 1 방향(y)으로 정렬되며, 중첩은 x 방향으로 주어진 폭 a(b)를 위해 생성된다. 폭(a, b)은 중첩의 관리를 용이하게 하기 위해 동일한 것이 바람직함을 알 것이다. S1과 S5(S2와 S6) 또한 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이를 형성하며, 그 가상 이미지[S'1, S'5(S'2, S'6)]는 이번에 x 방향으로 정렬되고 y 방향으로 중첩의 폭 c(d)를 위해서 중첩된다. 마찬가지로, 폭(c, d)은 중첩의 관리를 용이하게 하기 위해 동일한 것이 바람직하다. 매트릭스-어레이는 하나 초과의 연관을 포함할 수 있으며; 이 예에서 S1은 두 개의 매트릭스-어레이(S2, S5)와 연관된다.
연관된 매트릭스-어레이는 픽셀화된 광원이며, 이것은 예를 들어 발광 다이오드의 매트릭스-어레이의 경우이거나 또는 입사 마이크로 광굴절 인터페이스(5)를 포함하는 일차 광학계와 연관된 발광 매트릭스-어레이의 경우이다. 따라서, 광원이 픽셀화된 광원일 때는, 이들 광원의 픽셀이 결상되고 결상 픽셀 전체가 매트릭스-어레이의 가상 이미지를 형성한다. 이와 관련하여, 각각의 가상 이미지의 p 결상 픽셀은 부분 중첩에 기여하며; p는 자연수이다. p 픽셀 중의 각각의 픽셀은 그 전체가 또는 실제로는 부분적으로 중첩에 기여할 수 있다. 도 22는 이들 두 가지의 특별한 경우를 도시한다. 도 22는 결상 픽셀이 도시되는 것을 제외하고 도 20과 유사하다. 가상 이미지(S'2)의 픽셀(26)은 그 전체가 중첩에 기여하는 반면에, 가상 이미지(S'1)의 픽셀(27)은 부분적으로 중첩에 기여한다.
도 22의 예에서, 두 개의 가상 이미지(S'1, S'2)는 중첩에 기여하는 동일한 개수의 결상 픽셀을 갖는 바, S'1에 대해 p 1i 픽셀을 S'2에 대해 p 2i 픽셀을 각각 가지며, 숫자 p 1i 와 p 2i 는 자연수이다. 예를 들어 두 개의 가상 이미지의 픽셀의 밀도가 동일하지 않으면 숫자 p 1i 와 p 2i 가 동일하지 않은 예를 상정할 수 있다.
인접한 가상 이미지가 각각의 가상 이미지의 픽셀을 적어도 부분적으로 수반하는 오버레이 영역을 포함하면 중첩이 제공된다. 실제로, 중첩은 두 개의 매트릭스-어레이의 각각의 연관을 위해서 하나 이상의 방향으로 생성되며; 예를 들어 각각의 가상 이미지의 결상 픽셀의 하나 이상의 열(column)이 중첩에 참여한다. 바람직하게, 중첩의 폭은 장치의 부품들 사이에 발생할 수 있는 열팽창 및/또는 매트릭스-어레이 및/또는 그 일차 광학계의 위치의 조절의 손실과 같은 인자에 대해 중첩이 탄력적이도록 보장하기 위해 각각의 가상 이미지의 결상 픽셀의 두 개 이상의 행(row)을 수반한다. 도 22에서는, 각각의 이미지(S'1, S'2)에 대한 픽셀의 두 개의 열이 중첩에 참여한다.
각각의 가상 이미지의 결상 픽셀의 개수는 매트릭스-어레이의 구성에 종속된다. 예를 들어, 0.05°와 0.2°사이에 포함되는 결상 픽셀의 해상도를 위해서, 다른 매트릭스-어레이의 p 개의 픽셀과 중첩하는 매트릭스-어레이의 픽셀 개수(p)는 바람직하게 10 픽셀보다 크고, 즉 각각의 매트릭스-어레이의 10 열 이상의 픽셀이 중첩된다. 일반적으로, 각각의 매트릭스-어레이의 20 내지 50 열의 픽셀 사이에 포함되는 중첩이 장치에 대해 매우 양호한 견고성을 보장한다는 것을 고려할 수 있다.
중첩의 방사율은 중첩에 참여하지 않는 수직 이미지의 영역의 방사율과 실질적으로 동일해야 한다. 다시 말해서, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 일차 광원은, 부분 중첩의 한 지점에서의 방사율 합계가 중첩에 기여하지 않는 매트릭스-어레이 중 하나의 지점에서의 방사율과 실질적으로 동일하도록 구성된다. 여기에서, 실질적으로 동일하다는 것은 방사율의 값이 중첩 영역과 다른 영역 사이에서 ±10 % 변동할 수 있음을 의미한다. 바람직하게, 변동은 ±5 % 이하이다.
실제로, 각각의 매트릭스-어레이는 도 3, 도 5 내지 도 7을 참조하여 논의했듯이 일차 광원의 그리드를 포함하며, 각각의 일차 광원은 개별적으로 어드레스 가능하다. 따라서, 매트릭스-어레이의 하나 이상의 일차 광원의 방사율을 수정함으로써 결상 픽셀의 개별 광도를 수정할 수 있다. 제조 공정에 관한 이유로, 매트릭스-어레이는 사변형, 바람직하게 직사각형 또는 정사각형과 같은 규칙적 사변형의 형상을 갖는다. 이후 결상 픽셀의 행의 조명(또는 그 근원)에 기여하는 일차 광원의 광도를 제어할 수 있으며, 상기 픽셀의 행은 부분 중첩에 기여한다. 중첩에 기여하는 결상 픽셀의 광도 제어의 관리를 용이하게 하고 중첩의 광도가 균일한 분포이도록 보장하기 위해, 부분 중첩에 기여하는 제 1 가상 이미지의 각각의 결상 픽셀(p 1i )은 부분 중첩에 기여하는 제 2 가상 이미지의 하나 이상의 결상 픽셀(p 2i )과 연관되며, 따라서 상기 중첩은 하나 이상의 픽셀 쌍(p 1i , p 2i )을 포함하고, 상기 픽셀 쌍(p 1i , p 2i )의 광도는 실질적으로 동일하다. 이들 쌍은 우선적으로 이들을 포함하는 결상 픽셀이 전체적으로 중첩되도록 선택된다. 한 쌍의 픽셀(p 1i , p 2i )의 광도는 상기 쌍의 각 픽셀의 광도의 합계인 것을 알 것이다.
사실, 이것은 각각의 일차 광원을 통과하고 각 픽셀의 평균 휘도를 설정하는 평균 전류를 적절히 제어하는 것에 해당된다. 예를 들어, 일차 광원이 LED인 경우에는, 원하는 평균 전류를 얻기 위해 전류의 듀티 사이클(Ton/Toff)이 제어된다. 이 제어는 관련 기술분야에 공지된 바와 같이 달성된다.
픽셀 쌍(p 1i , p 2i )의 광도는 실질적으로 동일하다. 광도의 균일성을 향상시키고 모든 가상 이미지에 대해 일정한 광도 분포를 생성하기 위해, 중첩에 기여하는 일차 광원, 즉 중첩의 결상 픽셀을 조명하는 일차 광원은 그 광도가 이것들이 속하지 않는 매트릭스-어레이로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 비례하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 22에서, S'1의 결상 픽셀(27)의 광도는 S'1의 결상 픽셀(28)의 광도보다 높다.
도 11 내지 도 13은 한 쌍의 결상 픽셀, 즉 부분 중첩에 기여하는 제 1 가상 이미지의 결상 픽셀(p 1i ) 및 부분 중첩에 기여하는 제 2 가상 이미지의 결상 픽셀(p 2i )을 얻을 수 있도록 매트릭스-어레이가 동일하고 따라서 두 개의 픽셀의 전체 중첩이 가능한 예를 도시한다. 도 11은 예를 들어 도 22에서의 S'1과 같은 제 1 가상 이미지의 여섯 개의 결상 픽셀의 강도를 도시한다. 이들 픽셀은 p 1i 로 번호 매김된 픽셀 열에 속하며, i는 n-6 내지 n 사이에 포함되고, n은 가상 이미지(S'1)를 생성하는 매트릭스-어레이(S1)의 픽셀의 열의 개수이다. 이들 픽셀(p 1i )은 가상 이미지(S'1)의 픽셀의 동일한 행에 배치된다. 도 12는 예를 들어 도 22에서의 S'2와 같은 제 2 가상 이미지의 여섯 개의 결상 픽셀의 강도를 도시한다. 이들 픽셀은 p 2i 로 번호 매김된 픽셀 열에 속하며, i는 1 내지 7 사이에 포함된다. 이들 번호 매김된 픽셀(p 2i )은 가상 이미지(S'2)의 픽셀의 동일한 행에 위치된다. 제 1 광원(S1)의 픽셀들인 매트릭스-어레이(S1)는 광원(S2)의 좌측에 위치하고 하나의 픽셀 열에서 다음 픽셀 열로 방사율 감소를 얻도록 제어되는 가상 이미지(S'1)를 생성하는 반면에, 제 2 광원(S2)의 픽셀들인 매트릭스-어레이(S2)는 광원(S1)의 우측에 위치하고 하나의 픽셀 열에서 다음 픽셀 열로 증가하는 방사율을 갖는 가상 이미지(S'2)를 생성한다. 두 개의 연속적인 열 사이의 방사율 차이는 비율 i/p로 나타낼 수 있으며, p는 가상 이미지에 대한 중첩에 참여하는 열의 개수를 나타내고, i는 중첩에 기여하지 않는 결상 픽셀의 광도를 나타낸다. 중첩에 기여하는 픽셀의 강도는 도 11에서 하이에서 로우로 감소하고 도 12에서는 로우에서 하이로 증가한다. 중첩에 기여하는 각 쌍의 결상 픽셀의 중첩을 완벽하게 조절함으로써, 두 개의 가상 이미지에서 일정한 강도 분포가 얻어진다: 중첩의 방사율은 가상 이미지의 다른 영역의 방사율과 동일하다. 도 13은 두 개의 가상 이미지에서의 이 일정한 강도 분포를 도시한다. 한 쌍의 픽셀의 결상 픽셀(p 1i , p 2i )은 도 11 내지 도 13의 예에서 실질적으로 그 전체가 중첩되는 것을 알 것이다. 따라서, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 일차 광원은 부분 중첩 내의 한 지점에서의 방사율의 합계가 중첩에 기여하지 않는 매트릭스-어레이 중 하나에서의 지점에서의 방사율과 실질적으로 동일하도록 구성되는 것을 알 것이다. 각 쌍의 중첩되는 결상 픽셀(도 11 및 도 12에서의 p 1i 및 p 2i )의 광도의 합계는 중첩에 참여하지 않는 결상 픽셀 중 어느 하나의 광도와 실질적으로 동일하며, 이는 단부를 맞댄 매트릭스-어레이가 중첩에 참여하지 않는 그 픽셀과 관련하여 유사한 방사율, 즉 매우 비슷하거나 동일한 방사율을 갖는 것으로 해석된다.
도 14 내지 도 16은 매트릭스-어레이의 연관의 결상 픽셀(p 1i , p 2i )이 부분적으로만 중첩되기 때문에 도 11 내지 도 13에 도시된 것과 약간 다른 특별한 경우를 도시한다. 부분 중첩은 장치가 그 제조 중에(예를 들어 취약한 보정 이후에) 또는 심지어 그 제조 이후(예를 들어 충격 이후)에 부정확하게 조립되는 것에 기인할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(S1)의 이미지(S'1)의 픽셀(p 1i =n- 6 )은 그것과 연관되는 제 2 광원(S2)(도 15)의 이미지(S'2)의 픽셀(p2 i = 1 )과 부분적으로만 중첩되며, 픽셀(p 1i=n-5 )과 픽셀(p2 i =2 ) 등에 대해서도 마찬가지이다. 따라서, 한 쌍의 픽셀의 각각의 커플(p 1i p 2i )의 결상 픽셀의 이미지 사이에 오프셋(30)이 존재하기 때문에 중첩 영역에서의 강도는 일정하지 않다.
따라서, 도 14 내지 도 16의 예에서는, 중첩의 전체에 걸쳐서 규칙적으로 반복되는 오프셋(30)에 의해 초래되는 강도 차이인 결함이 존재한다. 결함의 크기는 중첩되는 픽셀의 개수에 반비례한다. 예를 들어, 각각의 매트릭스-어레이의 일곱 개의 픽셀이 중첩에 포함되며, 결함의 크기는 i/7이다.
고도로 픽셀화된 광원(수백 개의 결상 픽셀)에 의하면, 따라서 0.05°내지 0.2°사이에 포함되는 각각의 결상 픽셀의 해상도로 내려갈 수 있다. 예를 들어, 매트릭스-어레이가 투사되는 필드가 수직 방향으로 7°이고 수평 방향으로 7°인 경우에, 픽셀 개수는 픽셀당 0.05°의 해상도를 위해서 20000개의 픽셀이 될 것이고 픽셀당 0.2°의 해상도를 위해서 1000개의 픽셀이 될 것이다. 각각의 결상 픽셀에 대한 이 해상도 범위는 5 내지 20 cpd(cycles per degree)의 공간 주파수에 대응하며, 이 범위의 공간 주파수 값에서는 그 이하에서 결함이 더 이상 보이지 않는 결함 콘트라스트가 존재한다. 5 cpd의 공간 주파수에 있어서, 변조는 바람직하게 한계를 포함하여 1/50 내지 1/20에 포함되어야 한다. 따라서, 중첩에 참여하는 각 매트릭스-어레이의 픽셀 개수는 바람직하게 한계를 포함하여 20 내지 50 개의 픽셀로 구성되어야 한다.
연관된 픽셀이 중첩되는 방식을 조절함으로써 결함이 사람 눈에 보이지 않게 할 수 있다. 오프셋이 1 픽셀보다 작은 경우, 즉 (도 14 내지 도 16에 도시하듯이) 두 개의 연관된 픽셀 사이에 적어도 부분적인 중첩이 있는 경우에, 결함은 각각의 연관된 결상 픽셀의 해상도가 0.05°내지 0.2°사이에 포함되면 사람 눈에 보이지 않는다. 전술한 바와 같이, 중첩에 참여하는 각 매트릭스-어레이의 픽셀의 열의 개수는 바람직하게 한계를 포함하여 20 내지 50 개의 열로 구성되어야 한다.
오프셋이 1 픽셀보다 큰 경우에는(예를 들어, 픽셀 p 2i =2 와 연관되는 픽셀 p 1i=n-5 가 픽셀 p 2i =1 과 부분적으로만 중첩), 결함이 사람 눈에 보일 수 있다. 이 경우, 하나의 및/또는 다른 매트릭스-어레이의 결상 픽셀의 광도를 수정함으로써, 또는 심지어 문제의 매트릭스-어레이의 크기가 턴온될 수 있는 픽셀의 개수보다 크면 특정 픽셀의 광도의 증가 또는 감소를 시프트시킴으로써 수정이 이루어질 수 있으며; 사용될 수 있는 매트릭스-어레이에는 예비 픽셀이 존재한다. 다시 말해서, 픽셀 관리 수단을 사용하여, 즉 턴온되는 픽셀을 간단히 변화시킴으로써 1 픽셀보다 큰 오프셋을 수정할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 p 1i =n-5 가 픽셀 p 2i =1 하고만 부분적으로 중첩되면, 중첩의 폭을 감소시킴으로써, 예를 들어 픽셀 p 1i (i=n-6 내지 i=n)의 강도를 i/7 만큼 증가시키고 제 2 매트릭스-어레이의 픽셀(7)의 강도를 i/7 만큼 증가시킴으로써 결함을 수정할 수 있다. 수정의 다른 예는 매트릭스-어레이(S2)가 결상 픽셀의 광도를 좌측으로 시프트하기 위해 픽셀(1)을 포함하는 열의 좌측에 위치하는 추가 픽셀 열을 생성하도록 작용할 수 있는 일차 광원을 포함하면 픽셀 p 2i =1 의 왼쪽에 있는 픽셀은 픽셀 p 2i =1 의 광도를 가지며, 픽셀 p 2i =1 은 픽셀 p 2i =2 의 광도를 갖는 등이 될 수 있다.
따라서, 오프셋은 사람 눈으로 인지할 수 있는 영향을 갖지 않기 때문에 무시될 수 있거나, 또는 가상 이미지의 중첩에 참여하는 픽셀의 광도가 재구성되는 수정 작업을 통해서 수정될 수 있다. 이 수정 작업은 실행하기 쉬운데 그 이유는 이것이 본질적으로 매트릭스-어레이의 일차 광원의 제어에 기초하고, 수정될 본 발명에 따른 장치의 구성 요소의 위치가 수정될 것을 요구하지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 픽셀을 재프로그래밍함으로써, 즉 장치에 포함된 요소에 대해 물리적으로 개입할 필요없이, 장치의 부정확한 조립이 수정되게 할 수 있다.
도 8을 참조하여 제시된 본 발명에 따른 예시적인 장치에 보완적으로, 일차 광학계(4) 및 투사계(3)의 두 개의 다른 예시적 구성이 이제 설명될 것이다.
도 9는 도 8을 참조하여 논의된 것과 유사한 예시적 장치를 도시한다. 이것은 세 개의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)를 포함하며, 각각의 매트릭스-어레이는 광선을 방출할 수 있는 일차 광원(8)을 구비한다. 각각의 매트릭스-어레이는 그것에 특정된 평면(21a, 21b, 21c)에 배치된다. 평면(21a, 21b, 21c)은 합치될 수 있거나 합치되지 않을 수 있으며; 이 예에서는 합치되지 않는다. 도 8에서와 같이, 각각의 매트릭스-어레이는 매트릭스-어레이의 하류에 배치되는 일차 광학계(4)와 연관된다. 각각의 일차 광학계는 그 연관된 광원의 제 1 가상 이미지(S'1, S'2, S'3)를 형성하고, 가상 이미지의 각각은 가상 이미지에 대응하는 매트릭스-어레이의 상류에 형성된다. 도 8의 예와 달리, 가상 이미지(S'1, S'2, S'3)는 부분적으로 중첩되지 않는다. 도 8의 예에서, 광학 투사계는 투사된 빔 또한 중첩을 갖도록 결상되는 가상 이미지가 이미 중첩을 포함하기 때문에 종래의 렌즈, 예를 들어 축대칭 렌즈일 수 있다. 대조적으로, 도 9에서의 일차 광학계의 배열은 중첩을 보장하지 않기 때문에, 무한대에서 이들 광원의 이미지의 중첩을 보장하는 것은 광학 투사계(3)에 달려있다. 광학 투사계는 일차 광학계(4)에 의해 형성된 가상 이미지 각각에 대해 제 2 가상 이미지를 형성하는 수단을 포함한다. 따라서, 도 9에 도시하듯이, 매트릭스-어레이(S1)의 제 1 가상 이미지(S'1)의 제 2 가상 이미지(S"1)가 생성되고, 매트릭스-어레이(S2, S3) 각각에 대해서도 마찬가지이다. 제 2 가상 이미지(S"1, S"2, S"3)는 광학 투사계에 의해 형성된 이미지에서 부분적으로 중첩되도록 형성된다. 도 9의 광학 투사계는 일차 광학계 중 하나와 각각 연관되고 제 2 가상 이미지(S"1, S"2, S"3)를 생성하는 수단(3a, 3b, 3c)을 포함한다. 광학 투사계(3)의 입구에 위치하는 이들 수단(3a, 3b, 3c)은 각각의 매트릭스-어레이와 연관되는 프리즘을 포함할 수 있다. 각각의 프리즘은 일차 광학계에 의해 생성된 상기 제 1 가상 이미지를 위상으로 되돌리는데 기여한다. 도 9의 광학 투사계는 상기 제 2 가상 이미지의 이미지를 형성하는 렌즈(3d)를 추가로 포함한다. 렌즈(3d)는 도 8의 예의 렌즈와 유사한 렌즈일 수 있다. 수단(3a, 3b, 3c) 및 렌즈(3d)는 도 9에 도시하듯이 하나의 단 하나의 렌즈를 형성할 수 있다. 대안적으로, 수단(3a, 3b, 3c) 및 렌즈(3d)는 분리되어 있고, 이후 투사계의 출사 렌즈(3d)가 무한대에서 상기 제 2 가상 이미지를 결상할 수 있도록 배열된다. 다른 예에서, 수단(3a, 3b, 3c)은 렌즈이고 3d는 렌즈이다. 아니면 실제로, 수단(3a, 3b, 3c)은 광굴절 인터페이스이고 3d 또한 광굴절 인터페이스이다. 이 예에서, 중첩은 광학 투사 장치의 입구에 생성된다.
도 10은 가상 이미지(S'1, S'2, S'3)가 부분적으로 중첩되지 않는 도 9를 참조하여 논의된 것과 유사한 예시적 장치를 도시한다. 도 10의 예에서, 광학 투사계는 동일한 재료로 제조되고 일체로 형성될 수 있는 두 개의 렌즈(3e, 3f)를 포함한다. 투사계의 두 개의 렌즈(3e, 3f)는 가상 이미지(S'1, S'2, S'3)에 대응하고 부분적으로 중첩하는 이미지(S"1, S"2, S"3)를 생성하도록 배열된다. 따라서 중첩은 광학 투사계의 출구에서 생성된다.
1 : 광학 모듈 3 : 투사 수단
3d, 3e, 3f : 렌즈 4 : 일차 광학계
5 : 입사 마이크로 광굴절 인터페이스
6 : 가상 이미지 7 : 픽셀
8 : 일차 광원 9 : 출사 광굴절 인터페이스
16 : 제 1 접촉 전극 17 : 캐리어
18 : 유지 요소 19 : 제 2 전극
20 : 매트릭스-어레이 21a, 21b, 21c : 평면
26, 27, 28 : 픽셀 30 : 오프셋
S1 내지 S8 : 매트릭스-어레이
S'1, S'2, S'3, S'5, S'5 : 가상 이미지
S"1, S"2, S"3 : 제 2 가상 이미지

Claims (14)

  1. 자동차용의 픽셀화된 광선-투사 광학 장치에 있어서,
    광선을 방출할 수 있는 일차 광원(8)을 각각 구비하는 두 개 이상의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3)로서, 상기 두 개 이상의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3) 각각이 그것에 특정된 평면(21a, 21b, 21c)에 배치되는, 상기 두 개 이상의 매트릭스-어레이(S1, S2, S3);
    각각의 매트릭스-어레이와 연관되고 매트릭스-어레이의 하류에 배치되고, 상기 매트릭스-어레이의 상류에 매트릭스-어레이의 가상 이미지(6)를 각각 형성하는 하나 이상의 일차 광학계(4); 및
    각각의 가상 이미지의 이미지를 형성할 수 있는 광학 투사계(3)로서, 이렇게 형성된 가상 이미지의 이미지는 부분적으로 중첩되는, 상기 광학 투사계(3)를 포함하며,
    상기 매트릭스-어레이는 적어도 한 쌍의 매트릭스-어레이로 연관되고, 상기 투사계에 의해 형성되는 한 쌍의 매트릭스-어레이(20)의 가상 이미지(6)의 이미지는 부분적으로 중첩되고,
    한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 일차 광원은 부분 중첩 내의 지점에서의 방사율의 합계가 중첩에 기여하지 않는 매트릭스-어레이 중 하나 내의 지점에서의 방사율과 실질적으로 동일하도록 구성되는
    광선-투사 광학 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이의 각각의 매트릭스-어레이의 일차 광원의 구성은 상기 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이 중 제 1 매트릭스-어레이의 일차 광원이 상기 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이 중 제 2 매트릭스-어레이로부터 얼마나 떨어져 있는지에 비례하는, 부분 중첩에 기여하는 일차 광원의 방사율의 증가를 포함하는
    광선-투사 광학 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 연관된 매트릭스-어레이는 픽셀화된 광원이며 각각의 가상 이미지의 p 결상 픽셀은 부분 중첩에 기여하는
    광선-투사 광학 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 부분 중첩에 기여하는 제 1 가상 이미지의 결상 픽셀(p1i )은 상기 부분 중첩에 기여하는 제 2 가상 이미지의 결상 픽셀(p2i )과 연관되며, 픽셀 p1i 및 p2i 는 한 쌍의 결상 픽셀을 형성하고, 상기 부분 중첩의 각 쌍의 결상 픽셀에 대해 생성되는 광도는 중첩에 기여하지 않는 결상 픽셀의 광도와 실질적으로 동일한
    광선-투사 광학 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    한 쌍의 픽셀(i)의 결상 픽셀(p 1i , p 2i )은 실질적으로 그 전체가 중첩되는
    광선-투사 광학 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    한 쌍의 픽셀의 결상 픽셀(p 1i , p 2i ) 사이의 오프셋은 매트릭스-어레이의 픽셀의 길이보다 작은
    광선-투사 광학 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 일차 광학계(4)는, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이(20)의 가상 이미지(6)가, 형성된 가상 이미지 전체에 공통인 표면(24a, 24b) 상에서 부분적으로 중첩되도록 배치되는
    광선-투사 광학 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 형성된 가상 이미지 전체에 공통인 표면은,
    편평면(24a),
    곡면(24b) 중 하나인
    광선-투사 광학 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 매트릭스-어레이는 적어도 한 쌍의 매트릭스-어레이로 연관되고, 상기 광학 투사계(3)는 가상 이미지 각각에 대해 제 2 가상 이미지를 형성하는 수단을 포함하며, 한 쌍의 연관된 매트릭스-어레이(20)의 제 2 가상 이미지(6)는 광학 투사계에 의해 형성된 이미지에서 부분적으로 중첩되는
    광선-투사 광학 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가상 이미지 각각에 대해 제 2 가상 이미지를 형성하는 광학 투사계(3)의 수단은 각각의 일차 광학계와 연관된 프리즘(3a, 3b, 3c)을 포함하는
    광선-투사 광학 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 일차 광원(8)은 발광 다이오드인
    광선-투사 광학 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 광선-투사 광학 장치를 포함하는 자동차 전조등.
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