KR20050016132A - 광원 및 광 도파체를 구비한 조명 유닛 - Google Patents

광원 및 광 도파체를 구비한 조명 유닛

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KR20050016132A
KR20050016132A KR1020040061340A KR20040061340A KR20050016132A KR 20050016132 A KR20050016132 A KR 20050016132A KR 1020040061340 A KR1020040061340 A KR 1020040061340A KR 20040061340 A KR20040061340 A KR 20040061340A KR 20050016132 A KR20050016132 A KR 20050016132A
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KR1020040061340A
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에르버안드레아스
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쉐페낙커 비젼 시스템즈 저머니 게엠베하 운트 코.카게
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 광원 및 광원에 후속되고 하나 이상의 광 투과 면이 마련된 하나 이상의 광 도파체를 구비하는 조명 유닛에 관한 것이다. 그러한 조명 유닛은 하나 이상의 반사판을 포함한다. 또한, 광 도파체의 하나 이상의 광 투과 면이 반사판 쪽을 향한다. 본 발명에 의해, 넓은 조명 범위를 가지면서도 단지 작은 구조 공간만을 필요로 하는 광 도파체를 구비한 조명 유닛이 개발된다.

Description

광원 및 광 도파체를 구비한 조명 유닛{LIGHTING UNIT WITH LIGHT SOURCE AND LIGHT WAVEGUIDE BODY}
본 발명은 하나 이상의 광원 및 광원에 후속되고 하나 이상의 광 투과 면이 마련된 하나 이상의 광 도파체를 구비하는 조명 유닛에 관한 것이다.
그러한 유형의 조명 유닛은 DE 199 30 461 A1로부터 공지되어 있다. 그 조명 유닛은 구석구석까지에 미치는 넓은 조명 범위를 얻기 위해 직렬 접속된 2개의 광 도파체가 후속되어 있는 광원을 포함한다. 그러한 구조 형태는 큰 구조 공간을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 넓은 조명 범위를 가지면서도 단지 작은 구조 공간만을 필요로 하는 광 도파체를 구비한 조명 유닛을 개발하는 것이다.
그러한 목적은 본 발명에 따라 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 그를 위해, 조명 유닛은 하나 이상의 반사판을 포함한다. 또한, 광 도파체의 하나 이상의 광 투과 면은 반사판 쪽을 향한다.
광원으로부터 방출되는 광선(light beam)은 광 도파체를 통해 인도된다. 광선은 적어도 방사 판 쪽을 향한 광 투과 면을 통해 광 도파체를 떠난다. 광선은 반사판에서 반사되어 주위로 방사된다. 예컨대, 조명 장치를 자동차 전조등으로서 사용할 경우에 조명 유닛에 의해 조명되는 범위가 넓어지게 된다. 그와 동시에, 광선이 전향됨으로 인해 조명 유닛에 필요한 구조 공간이 단지 작은데 불과하게 된다. 또한, 광원은 출입하기 편한 장소에서 조명 유닛에 조립될 수 있다.
광원은 발광 다이오드일 수 있다. 그러한 발광 다이오드는 광전 장치 및 광 분배 장치가 통합된 완제품으로서 예컨대 자동차에 사용될 수 있는 발광 다이오드이다. 발광 다이오드는 개별적인 광원으로서 구성될 수 있지만, 다수의 발광 다이오드가 하나의 유닛으로, 예컨대 후미등 유닛으로 통합될 수도 있다. 차량의 구성 요소인 그러한 유형의 발광 다이오드 유닛에서는 발광 다이오드가 예컨대 서로 인캡슐레이팅될 수 있다.
반사판은 예컨대 평면형이거나 일축으로 또는 다축으로 휘어지거나 포물선 형태로 또는 포물면 형태로 휘어질 수 있다. 반사판에 부딪치는 평행한 광선은 포물선 형태의 반사판의 경우에는 초곡선(caustic line)에서 교차되는 반면에, 포물면 형태의 반사판의 경우에는 초점에서 교차된다.
본 발명의 또 다른 명세는 종속 청구항들 및 개략적으로 도시된 실시 양태에 관한 이후의 설명으로부터 명확하게 파악될 것이다.
도 1 및 도 2는 조명 유닛, 예컨대 자동차의 전조등을 나타낸 것이다. 그러한 조명 유닛은 광원(10), 광 도파체(20), 반사판(40), 및 전조등 렌즈(50)가 배치되는 하우징(5)을 포함한다. 광원(10)으로부터 방출되는 광은 그에 후속되어 있는 광 도파체(10)에 의해 반사판(40) 쪽으로 방사되어 그 반사판(40)으로부터 전조등 렌즈(50)를 통해 주위(1)로 반사된다.
조명 유닛의 길이는 그 높이와 대략 일치한다. 도 1의 도면 평면에 수직한 그 폭은 길이의 약 80 %인데, 그에 관해서는 도 2를 참조하면 된다.
도 1에 상세히 도시되지는 않았지만, 광원(10)은 예컨대 하우징 베이스(6)의 외면에 고정된다. 광원은 예컨대 발광 다이오드(10)이다. 그러한 발광 다이오드(10)는 예컨대 발광 칩(13), 소켓(11), 및 칩(13)에 연결된 2개 이상의 접속 단자(12)와 같은 전자 부품들로 이뤄진다. 적어도 발광 칩(13)은 하우징 베이스(6) 쪽으로 드러나는 전자 부품 보호체(14)에 의해 둘러싸인다.
또한, 도 1에 상세히 도시되지는 않았지만, 광 도파체(20)도 역시 하우징 베이스(6)에 고정된다. 그러한 광 도파체(20)는 외부로부터 하우징(5) 내로 돌출되는 막대형 투명 유리체 또는 예컨대 PMMA 또는 PMMI로 이뤄진 막대형 투명 플라스틱체이다. 광 도파체(20)는 원통형 섹션(21) 및 반사판(40) 쪽으로 굽혀진 섹션(22)을 구비한다. 광 도파체(20)의 길이는 그 원통형 섹션(21)의 직경의 약 5배이다. 하우징(5)으로부터 돌출된 원통형 섹션(21)의 단부 면(23)은 볼록 면(24)을 포함한다. 광원(10)에 대한 광 도파체(20)의 간격은 원통형 섹션(21)의 직경의 약 3분의 1이다. 굽혀진 섹션(22)은 도 1의 단면도에서 쐐기형 프리즘(22)의 구성을 갖는다. 도면 평면에 놓이는 프리즘(22)의 밑면(25)은 직각 이등변 삼각형이다. 직각 이등변 삼각형의 직각을 끼고 있는 가상의 측면 중의 하나(25)는 원통형 섹션(21)과 프리즘(22) 사이의 이행 부분을 형성한다. 제2 측면(26)은 볼록 면(27)을 포함한다. 직각 이등변 삼각형의 사면(28)은 원통형 섹션(21)의 가상의 접선 방향 평면과 45도의 각을 이룬다. 광 도파체(20)는 볼록 면(27)이 수평 중심 면(3)에 대해 대칭으로 놓이도록 조명 유닛에 배치된다. 그러한 수평 중심 면(3)은 도 1의 도면에서 도면 평면에 수직하게 놓여진다.
반사판(40)은 예컨대 수평 중심 면(3)에 대해 대칭으로 하우징(5)의 단부 면(7)의 내면에 배치된다. 반사판(40)은 광 도파체(20) 쪽으로 열린 포물선 원통 외면의 구성을 갖는데, 그에 관해서는 도 2를 참조하면 된다. 반사판(40)에 대한 반사판(40)의 초곡선(41)의 간격은 반사판(40)으로부터 볼록 면(27)까지의 간격의 약 93 %이다.
광 도파체(20) 쪽을 향한 반사판(40)의 표면은 예컨대 높은 광 반사율을 갖는 반사면이다. 그를 위해, 반사판(40)은 예컨대 전면적으로 또는 부분 면에 걸쳐 코팅될 수 있다.
하우징(5)에는 반사판(40)의 맞은편에 전조등 렌즈(50)가 배치된다. 전조등 렌즈(50)는 예컨대 수평 중심 면(3)에 수직하게 배치된 유리판으로서, 조명 유닛을 예컨대 오염 또는 손상으로부터 보호한다.
원통형 섹션(21)은 볼록 면(24) 대신에 구결의 구성을 갖는 오목 골부를 구비할 수도 있다. 그 경우, 그러한 골부에는 예컨대 광원(10)이 배치될 수 있다.
조명 유닛의 제조 시에는 발광 다이오드(10)와 광 도파체(20)가 일체로 제작될 수 있다. 그 경우, 발광 다이오드(10)는 예컨대 광 도파체(20)의 형성을 위해 사출 성형 몰드로 사출된다. 그와 같이 하여, 일 측에서 예컨대 접속 단자(12)가 돌출되는 균질한 광 도파체가 생성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 조명 유닛의 작동 시에는 발광 다이오드(10)로부터 광 도파체(20)의 볼록 면(24) 쪽으로 광선(61, 62)이 방출된다. 볼록 면(24)은 발광 다이오드(10)로부터 방출되는 광선(61, 62)을 광 도파체(20)로 입사시키는 집속 렌즈로서 작용한다. 광선(61, 62)이 광학적으로 얇은 주위(1)의 매질로부터 광학적으로 두꺼운 광 도파체(20)의 매질로 입사되면, 광선(61, 62)은 충돌 점(63)에서의 수선 쪽으로 굴절된다. 이어서, 광선(61, 62)은 광 도파체(20)에서 예컨대 대략 평행하게 진행된다. 광선(61, 62)은 예컨대 45도의 각으로 사면(28)에 부딪친다. 그러한 각은 광 도파체(20)와 주위(1)의 경계 면에서의 전반사의 한계 각보다 더 크다. 그 한계 각은 예컨대 PMMI의 경우에는 38도이고, PMMA의 경우에는 42도이다. 사면(28)에 부딪친 광선(61, 62)은 사면(28)에서 완전히 반사되어 예컨대 평행하게 볼록 면(27) 쪽으로 인도된다. 그 볼록 면(27)은 광 투과 면(27)이다. 그러한 광 투과 면(27)은 집속 렌즈(27)로서 작용한다. 볼록 면(27)에 부딪친 광선(61, 62)은 광학적으로 두꺼운 광 도파체(20)의 매질로부터 예컨대 주위 공기에 접속된 조명 유닛의 내부 공간(2)으로의 경계 면을 통과할 때에 충돌 점(64)에서의 수선으로부터 굴절된다. 광선(61, 62)은 예컨대 초점(29) 쪽에 집속되고 나서 반사판(40) 쪽으로 발산된다. 집속 렌즈(27)의 초점(20)은 예컨대 반사판(40)의 초곡선(41) 상에 있다. 이어서, 반사판(40)에 부딪친 광선(61, 62)은 전조등 렌즈(50) 쪽으로 인도되도록 반사된다.
그러한 조명 유닛을 예컨대 자동차의 전조등으로서 사용할 경우, 자동차 전방에 놓인 도로가 넓은 면에 걸쳐 균일하게 조명되게 된다. 가장자리 쪽으로는 예컨대 반사판의 외부 구역에서 반사된 산광으로 인해 조명되지 않는 구역으로의 점진적인 이행이 있게 된다.
반사판(40)은 반사를 하지 않는 구역을 구비하기도 한다. 즉, 예컨대 조명 유닛의 비대칭적인 조명 구역이 생길 수 있다.
반사판(40) 쪽을 향한 광 투과 면(27)은 평탄한 면, 산광 렌즈 등일 수 있다.
도 3은 그 길이가 그 높이의 대략 3분의 1인 조명 유닛을 나타낸 것이다. 그러한 조명 유닛도 역시 광원(10) 및 그에 후속된 광 도파체(20)를 구비한다. 반사판(40)은 하부 반사판 부분(43) 및 그에 대해 면대칭으로 형성된 상부 반사판 부분(44)을 포함하는데, 상부 반사판 부분(44)의 대칭면은 조명 유닛의 수평 중심 면(3)이다. 양자의 반사판 부분(43, 44)은 예컨대 포물선 원통 쉘의 절편의 구성을 갖는다. 양자의 반사판 부분(43, 44)의 상호 간격은 예컨대 반사판(40)의 총 높이의 대략 4분의 1이다.
광원(10)은 예컨대 양자의 반사판 부분(43, 44)의 가상 결합 면에 소켓(11)이 접하고 전자 부품 보호체(14)가 반사판(40)의 개구부 쪽으로 돌출되도록 조명 유닛의 수평 중심 면(3) 상에 배치된다.
광 도파체(20)는 원통형 섹션(21) 및 조명 유닛의 수평 중심 면(3)에 대해 면대칭으로 형성된 2개의 굽혀진 섹션(22)을 포함한다. 양자의 섹션(22)은 도 3의 도면 평면에 투영될 때에 프리즘 형태의 횡단면을 갖는다. 양자의 섹션(22)은 수평으로 놓인 홈(31)에 의해 서로 분리된다. 굽혀진 섹션(22)의 길이는 예컨대 광 도파체(20)의 길이의 대략 절반이다. 굽혀진 섹션(22)은 서로 둔각을 이루는 2개의 외면(32, 33)을 구비한다. 광원(10) 쪽을 향한 광 투과 면(24)은 물론 반사판 쪽을 향한 광 투과 면(27)도 집속 렌즈로서 작용하는 볼록 면(24, 27)이다. 홈(31)에 접경된 광 도파체(20)의 면(32)은 서로 약 90도의 각을 이룬다. 광 도파체(20)는 예컨대 반사판(40)에 대한 광 투과 면(27)의 간격이 반사판(40)의 초곡선(41)에 대한 반사판(40)의 간격보다 더 작게 되도록 반사판(40)에 대해 배치된다.
조명 유닛의 작동 시에는 광원(10)으로부터 방출된 광선(61, 62)이 집속 렌즈(24)를 통해 광 도파체(20)로 입사된다. 굽혀진 섹션(22)에서는 광선(61, 62)이 외면(32, 33)에서 2번 전반사되어 집속 렌즈(27)를 통해 반사판(40) 쪽으로 나온다. 광선(61, 62)은 광 투과 면(27)을 통해 광 도파체(20)로부터 나올 때에 수선으로부터 굴절된다. 광선(61, 62)은 반사판(40)에서 반사된 후에 여기서는 도시를 생략한 전조등 렌즈 쪽으로 또는 주위(1)로 방사된다.
그러한 조명 유닛에 의해 조명되는 면은 2개의 밝은 구역을 구비하는데, 그 2개의 밝은 구역 사이에는 예컨대 차량 전방 에지와 평행하게 위치된 보다 더 어두운 중심 구역이 놓인다.
광 도파체(20)의 양자의 굽혀진 섹션(22) 및/또는 양자의 반사판 부분(43, 44)은 상이한 구성으로 될 수도 있다. 즉, 예컨대 상부 반사판 부분(44)은 하부 반사판 부분(43)보다 더 큰 곡률을 가질 수 있다. 이어서, 반사판(40)에 부딪친 광선(61, 62)은 예컨대 아래쪽으로 꺾여진다. 그 경우, 도로 상에 조명되는 구획은 예컨대 비대칭이다.
양자의 섹션(22)이 하부 반사판 부분(43) 또는 상부 반사판 부분(44) 쪽으로 보다 더 돌출되는 굽혀진 섹션(22)의 연장된 구성에서는 조명 유닛의 구조 길이가 단축될 수 있고/있거나 반사판(40)의 곡률 반경이 커질 수 있다. 즉, 예컨대 매우 짧은 전조등의 구조가 가능하게 된다.
도 4 및 도 5는 그 반사판(40)이 회전 포물면의 구성을 갖는 조명 유닛을 나타낸 것이다. 그러한 조명 유닛의 길이는 그 직경의 약 40 %이다. 반사판(40)은 그 직경이 반사판(40)의 직경의 약 4분의 1인 중심 구멍(45)을 구비한다. 그러한 구멍을 통해 광 도파체(20)가 반사판(40) 쪽으로 돌출된다. 광원(10)은 예컨대 광도가 강력한 것이고, 열 반출을 위해 냉각 장치에 의해 냉각된다. 광원(10)은 보수 및 교체를 위해 출입하기 편하게 되어 있다.
광 도파체(20)는 조명 유닛의 중심 선(4)에 대해 회전 대칭으로 된다. 광 도파체(20)는 원통형 섹션(21) 및 굽혀진 섹션(22)을 포함한다. 굽혀진 섹션(22)은 반사판(40)의 반대쪽을 향한 서로 동심상으로 배치된 2개의 단부 쪽 면(34, 35)을 구비하는데, 그 면(34, 35)은 서로 둔각을 이룬다. 그 직경이 원통형 섹션(21)의 직경과 일치하는 단부 쪽 내측 면(34)은 둔각의 원추의 원추 정점의 구성을 갖는다. 그러한 면(34)은 예컨대 경면으로 된다.
도 4 및 도 5에서 반사판(40) 쪽을 향한 굽혀진 섹션(22)의 측면은 광 투과 면(27)이다. 그러한 광 투과 면(27)은 반사판(40) 쪽으로 구부러진 환형 면이다.
광원(10)으로부터 방출된 광선(61, 62)은 집속 렌즈(24)를 통과할 때에 예컨대 그것이 광 도파체(20)의 내부에서 서로 평행하게 인도되도록 굴절된다. 광선(61, 62)은 단부 쪽 내측 면(34)에서 반사되어 광 투과 면(27)에서 충돌 점(64)에서의 수선으로부터 굴절된다. 광선(61, 62)은 반사판(40)에 부딪칠 때에 전향되어 주위(1)로 방사된다.
그러한 조명 유닛에 의해 조명되는 면은 넓고, 대략 균일한 광도를 갖는다. 물론, 조명되는 구역의 형태는 반사판(40)의 구성, 광 도파체의 구성과 길이 등에 의해 변경될 수 있다. 부가적으로, 예컨대 광 도파체(20) 쪽으로 솟아오른 구역이 반사판(40)에 마련될 수도 있다. 그럼으로써, 그 경우에 예컨대 조명되는 구역의 개별 부분 구역이 예컨대 측방 차량 경계를 표시하기 위해 더욱 강하게 조명되게 된다.
광 도파체(20)는 원통형 섹션(21) 대신에 원추형 섹션, 피라미드형 섹션, 굴곡진 섹션 등을 구비할 수 있다. 그 경우, 그러한 섹션에서는 광원(10)으로부터 방출된 광이 한 번 이상 전반사되거나 예컨대 국부적으로 경면으로 된 외면에서 반사될 수 있다.
광원(10)의 표면은 광 투과 면(24, 27)을 제외하고는 완전히 경면으로 될 수도 있다.
조명 유닛에는 다수의 광원(10), 다수의 광 도파체(20), 및/또는 하나 이상의 반사판(40)이 배치될 수 있다. 즉, 그 경우에는 예컨대 차량 전방의 넓은 면적의 구역이 조명될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 조명 유닛에서는 조명 유닛이 하나 이상의 반사판을 포함하고, 광 도파체의 하나 이상의 광 투과 면이 반사판 쪽을 향함으로써, 넓은 조명 범위가 얻어지면서도 단지 작은 구조 공간만이 요구되는 이점이 있다. 예컨대, 조명 장치를 자동차 전조등으로서 사용할 경우에 조명 유닛에 의해 조명되는 범위가 넓어지게 된다. 그와 동시에, 광선이 전향됨으로 인해 조명 유닛에 필요한 구조 공간이 단지 작은데 불과하게 된다. 또한, 광원은 출입하기 편한 장소에서 조명 유닛에 조립될 수 있다.
도 1은 광원이 외부에 놓인 조명 유닛을 나타낸 도면;
도 2는 도 1에 따른 조명 유닛을 하우징이 없이 나타낸 도면;
도 3은 2부품 반사판을 구비한 조명 유닛을 나타낸 도면;
도 4는 포물면 형태의 반사판을 구비한 조명 유닛을 나타낸 도면;
도 5는 도 4에 따른 조명 유닛의 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 주위
3 : 수평 중심 면
5 : 하우징
10 : 광원, 발광 다이오드
12 : 접속 단자
13 : 발광 칩
14 : 전자 부품 보호체
20 : 광 도파체
21 : 원통형 섹션
22 : 굽혀진 섹션, 프리즘
24 : 23의 볼록 면, 집속 렌즈
26 : 직각 이등변 삼각형의 직각을 낀 측면
27 : 22의 볼록 면, 집속 렌즈
28 : 사면
29 : 27의 초점
31 : 홈
32, 33 : 22의 외면
34, 35 : 22의 단부 쪽 면
40 : 반사판
41 : 초곡선
50 : 전조등 렌즈
61, 62 : 광선

Claims (10)

  1. 하나 이상의 광원 및 광원에 후속되고 하나 이상의 광 투과 면이 마련된 하나 이상의 광 도파체를 구비하는 조명 유닛에 있어서,
    - 조명 유닛은 하나 이상의 반사판(40)을 포함하고,
    - 광 도파체(20)의 하나 이상의 광 투과 면(27)이 반사판(40) 쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 광원 및 광 도파체를 구비한 조명 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 광 도파체(20)는 적어도 국부적으로 반사판(40)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 광원(10)은 반사판에 의해 둘러싸이지 않는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 광원(10)은 발광 다이오드(10)인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  5. 제4항에 있어서, 광 도파체(20)는 발광 다이오드(10)에 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 반사판(40)은 회전 포물면의 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 광 투과 면(27)은 하나 이상의 집속 렌즈의 부분 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 광 도파체(20)는 광 투과 면(24, 27)의 외부에서 적어도 국부적으로 경면으로 된 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  9. 제1항에 있어서, 반사판(40)은 하나 이상의 반사를 하지 않는 구역을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  10. 제1항에 있어서, 반사판(40)은 광 도파체(20) 쪽으로 솟아오른 하나 이상의 구역을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
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