KR20140024793A - 차량 라이트용 광학체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원추형 공간영역에 있는 광원(10)에 의해 전달된 빛을 결합, 통과, 방출하는 차량 라이트용 광학체(1)에 관한 것이다. 상기 광학체(1)는 발광면(6) 및 그 반대편의 종축(17)을 가진 오목부(12)를 포함하며, 상기 오목부(12) 내부에는 광원이 배치되는데 상기 원추형 공간영역의 중심축이 오목부의 종축과 일치하도록 배치될 수 있다. 상기 오목부는 종축을 둘러싸는 환형의 폐쇄 내주벽 및 종축에 대하여 가로로 연장되는 커버벽을 가지며, 상기 커버벽는 광학 구조체를 구비한다. 발광 특성을 향상시키기 위하여, 상기 광학 구조체는, 상기 오목부의 종축이 커버벽을 관통하는 지점 둘레에 배열되는 다수의 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)를 포함하고, 각각의 상기 광학적 활성 표면부는 종축에 놓이는 초점(25, 26, 27, 28)을 가지며, 두 개 이상의 상기 광학적 활성 표면부의 초점은 상기 종축 방향으로 상호 이격되어 있다.

Description

차량 라이트용 광학체{OPTICAL BODY FOR A VEHICLE LIGHT}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 기재된 광학체 및 청구항 제15항에 기재된 하나 이상의 상기 광학체를 구비한 차량 라이트에 관한 것이다.
상기한 유형의 광학체는 예컨대 DE 10 2004 026 530 B3에 개시되어 있다. 이에 기재된 광학체는 광 전도 재료를 포함하는 평판형의 몸체를 포함하는데, 이 평판형의 몸체는 XZ좌표로 한정되는 주 중심면에 거의 평행하게 연장되는 두 주면을 가지며, 상기 두 주면은 주 중심면으로부터 XZ좌표에 수직인 Y 방향으로 동일한 간격으로 이격되어 있으며, 두 주면의 XZ평면의 수직 돌출부(Y 방향)는 동일하다.
이러한 종래의 광학체는 원통형 오목부를 가진 각각의 베이스부(base portion)를 가지며, 원통형 오목부에는 조명수단, 예컨대 LED가 삽입되는데, 원뿔형 입체각 영역(conical solid angle region)에 전달된 빛이 사실상 완전히 광학체 안으로 지나가도록 삽입되며, LED에 의해 전달된 광원뿔(light cone)과 오목부는 Z 방향에 평행한 공통의 중심축을 가진다. 입사광은 부분적으로 원통형 내주벽에 의해 및 부분적으로 LED의 반대편 오목부의 커버면에 의해 영향을 받으며, 커버면 내에 수렴 광학수단(convergent light means)이 제공된다. 광학체는 중심축을 따라 연장되고 XZ평면에 수직인 평면에 대해서 거울대칭형이며, 광 전파 방향으로 연장되고 중심축으로부터 멀어지는 두 개의 아암(arm)를 가지는 거의 V자형이고, 주면을 연결하는 그 측면은 X축 방향으로 오목부의 측벽을 통과하는 빛을 전반사로 발산시키고 Z 방향으로 통과되도록 한다. 빛을 공기 중으로 발산시키기 위해서 광학체의 V자형 돌출부들은 주면을 연결하는 발광면 위에 가능한 넓은 영역에서 추가 광학소자를 가진다. 다수의 광학체들은 서로 주 중심면이 일치하도록 연결될 수 있으며 두 개의 인접한 광학체는 V자형 돌출부의 끝 부분이 서로 접하도록 연결될 수 있다. 다수의 광학체들의 배열을 위해서 모든 광학체에 공통인 정면 배치된 광학수단이 제공되는데, 이는 공기 간극(air gap)에 의해 광학체의 발광면에서 멀어지고, 이에 의해 광학체 배열이 설치되는 차량 라이트의 실제 원하는 발광 기능이 얻어진다.
상기 종래의 광학체는 일련의 단점이 있다:
- 광-전도 매체에 상대적으로 긴 광 경로가 있고, 빛은 총 네 개의 인터페이스(두 개의 광학체 및 두 개의 정면 배치된 광학 수단)를 통과하여야 한다. 따라서 광 손실이 생긴다.
- 특히 정면 배치된 광학 수단이 광학체 또는 광학체들과 일체형으로 형성하고자 하는 경우 생산공학적인 면에서 어려움이 있다. 만약 정면 배치된 광학 수단을 독립 요소로 형성하는 경우, 조립 비용이 증가한다.
- 기하학적 형태에 있어, 개별 광학체 및 정면 배치된 광학 수단은 모두 각각의 필요한 조명 기능에 적합하여야 한다.
- LED에서 방출된 광원뿔의 정점은, 각각의 LED 유형에 따라, 광학체의 후측에 고정 연결될 수 있는 LED의 설치 베이스(mounting base), 일반적으로는 인쇄회로기판으로부터 중심축 방향으로 다른 거리로 배치되기 때문에, 광학체 안을 지나는 빛을 평행하게 하고 그 빛을 발광면에 전하기 위한 광학 소자의 광학적 활성 표면부는 각각의 LED 유형에 적합하여야 한다.
특히 상기 광학체가 획득된 조명 기능 및 사용되는 LED에 적합하여야 한다는 요건은 광학체의 제조 비용을 상당히 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 필요한 조명 기능 또는 각각의 사용되는 LED의 유형에 특정한 적합성이 요구되지 않는 광학 소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 청구항 제1항의 특징들을 제공한다.
종래기술에서는 LED를 수용하는 오목부의 커버벽에 제공된 광학 구조체가 종축에 대하여 회전 대칭인 단일 수렴 렌즈(converging lens)인 반면, 본 발명에 따른 광학 구조체는 다수, 바람직하게는 4개의 광학적 활성 표면부(optically active surface portions)로 나누어지고, 각각의 광학적 활성 표면부는 종축에 놓이는 고유의 초점을 가지며, 두 개 이상의 광학적 활성 표면부, 바람직하게는 모든 광학적 활성 표면부의 초점들이 종축 방향으로 상호 이격되어 있다.
또한 대응하는 특징은 네 개의 개별 광학적 활성 표면부 내부로 배치된 오목부의 측벽의 분할 및 광학체 내부로 방사되어 입사된 빛을 내부로부터 전반사에 의해 발광면으로 전달하는 광학체의 두 측면의 분할에 적용된다.
따라서 바람직하게는, 상기 배열은 고유의 초점을 가지는 12개의 광학적 활성 표면부를 가진다. 또한, 그 초점들은 오목부의 종축 위에 상호 이격되어 일련의 염주와 같은 방식으로 배열된다.
중앙 종축에 대하여 회전 대칭에 벗어나 있기 때문에, 오목부의 커버면의 광학 구조체 및 오목부 내벽의 광학적 활성 표면부 및 광학체 측면의 광학적 활성 표면부 모두를 위해서, 본 발명에 따른 상기 광학체를 생산하기 위한 몰딩의 형상은 다소 복잡하고 비싸지지만, 그럼에도 불구하고 각 LED에서 방출하는 광원뿔의 정점은 중앙 종축 방향으로 비교적 넓은 범위에서 변위될 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광학체와 관련해서 매우 다양한 LED들이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학적 배열은, 추가의 정면 배치된 광학수단 없이 매우 다른 조명 또는 신호 기능들이 하나 및 동일한 광학체 배열로 실행될 수 있도록, 큰 수직 및 수평 각도 범위로 빛을 발산시킨다는 장점이 있다.
예컨대, 아래의 신호 기능들이 하나 및 동일한 광학체 배열로 실행될 수 있다:
- 제동등 부가 브레이크등,
- 제동등,
- 후미등,
- 후미안개등,
- 후진등,
- 점멸 방향지시등,
- 전조등,
- 주간전조등,
- 안개등,
- 측면표시등,
- 위치등, 및
- 실내등.
또한, 본 발명에 따른 광학체는 스위치 온 및 스위치 오프 상태에서 동일한 외관을 가진다. 최소 수의 광원들로 넓은 면적을 균일하게 밝힐 수 있다.
상기 언급된 신호 기능들은 각 차량에서 상응하는 장비를 갖춘 차량 라이트에 대하여 크게 다른 설치 각도로 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 다수의 광학체는 상호 병렬적 또는 대칭적으로 배열될 수 있다. 상기 광학체들은 연속적인 선형 또는 곡선을 따라 배열될 수 있으며, 또는 더 작은 차량 라이트에 대해서는 개별적으로 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 도면을 참조한 예로서 실시예에 의하여 설명한다:
도 1은 본 발명에 따른 3개의 상호 병렬 연결된 광학체를 도시한 사시도,
도 2는 도 1과 같이 배열된 복수의 광학체를 포함하는 차량 라이트의 단면도로서, 광학체의 주 중심면에 따른 단면도,
도 3은 도 2의 III 부분의 부분 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 광학체의 주 중심면의 수직단면도,
도 5는 본 발명에 따른 광학체를 하부에서 비스듬히 본 사시도,
도 6은 도 3의 단면도에 초점 표시를 한 도면,
도 7은 도 4의 단면도에 초점 표시를 한 도면이다.
모든 도면에서, 상호 대응 또는 일치하는 부분은 동일한 참조번호로 표시하였다. 단순화를 위하여, 본 발명에 따른 광학체의 오목부에 각 조명 수단이 삽입되는 측을 "하측"이라 하고, 그 반대편 발광면(light emission surface)(6)을 "상측"이라 한다. 그러나, 이러한 "하", "상"의 용어는 본 발명에 따른 광학체의 가능한 설치 위치를 제한하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학체는 실질적으로 판 형상으로, 주 중심면에 대하여 서로 반대편에 놓이고 동일하게 도 2, 3 및 6의 수직 돌기를 가지는 두 개의 주면(3, 4)을 가진다. 도 1의 사시도에서는 상부 주면(3)만 나타나 있다.
상기 주면(3, 4)은 발광면(6)이 있는 측면에 의해 연결되고, 특히 도 4 및 7에서 보여지듯이, 발광면(6)은 양 측면(3, 4)과 90도가 아닌 각으로 교차한다.
이와 달리, 완만하게 만곡된 나머지 두 측면(7, 8)은 주면(3, 4)과 거의 수직으로 연결되고, 발광면(6)의 반대편, 즉 LED(10)가 삽입되는 오목부(12)에서 이어진다. 이때, 오목부(12)는 도 1에 도시된 바와 같이 주면(3, 4)의 가장자리까지 연장되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 좁은 에지 영역(14, 15)에 의해 주면(3, 4)의 가장자리에서 떨어져 있을 수 있다.
상기 주면(3, 4)은 평평하거나 약간의 만곡형일 수 있다. 이들은 서로 평행하게 연장되거나, 오목부(12) 영역에서 보다 발광면(6) 영역에서 다소 넓은 간격으로 배치될 수 있다. 만약 상기 주면(3, 4)이 서로 기울어지게 배열되는 경우, 전체적으로 평행면에서 약간의 변화만 생기도록 아주 약한 경사만 형성된다.
상기 오목부(12)는 거의 비원형 단면의 원뿔대 형태이고, 오목부(12)의 측벽들은 중앙 종축(17)에 대하여 정확히 대칭적으로 연결되지 않으며, 이에 대해서는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 각 광학체(1)의 오목부(12)에는 LED(10)가 아래에서부터 삽입되는데, LED로부터 발광되어 원뿔 형상으로 발산되는 광빔의 중심축이 오목부(12)의 중앙 종축(17)과 일치하도록 삽입된다. 상기 LED(10)은 전력공급 및 작동에 필요한 전도체 트랙(conductor tracks)이 알려진 방식으로 제공된 인쇄회로기판(printed circuit board)에 장착되며 상기 인쇄회로기판은 래치(latch) 결합에 의해 광학체(1)에 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 차량 라이트에서 모든 LED들은 일체로 연결된 병치된 광학체(1)의 공통 회로기판(11)에 장착되며, 상기 광학체는 차량에 라이트를 장착하기 위한 하우징(housing)(도시되지 않음)에 차례로 삽입될 수 있다.
오목부(12)의 커버 역역은, 오목부(12) 내부 아래로 볼록하게 돌출된 광학 표면을 가진 광학 구조체에 의해 형성되며, 이는 특히 도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 광학적 활성 표면부(optically active surface portions)(20, 21, 22, 23)로 세분되는데, 상기 4개의 광학적 활성 표면부는 중앙 종축(17)에 대하여 회전 대칭적이 아니며, 오목부(12)의 중앙 종축(17)이 커버 벽을 관통하는 지점(24)에서 각 코너로부터 오목부(12)의 내주벽까지 4분면과 같은 형태로 연장된다. 각 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)는 포물면(parabolic surface)의 일부이지만, 각각 고유 초첨(25, 26, 27, 28)을 가진다. 특히 도 6 및 도 7에서 볼 수 있듯이, 상기 초첨(25, 26, 27, 28)은 모두 종축(17)에 위치해 있으나, 축방향으로 서로 이격되어 있다. 상기 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)는 각각 입사광의 초점을 맞추는 기능, 특히 입사광을 거의 평행하게 하는 기능을 한다.
상기 오목부(12)의 내주벽 역시 중앙 종축(17)에 회전 대칭이 아닌 네 개의 광학적 활성 오목면(optically active concave surface portions)(30, 31, 32, 33)으로 세분되는데, 각각의 광학적 활성 오목면은 포물면의 일부이며 각각 초점(35, 36, 37, 38)을 가진다; 이들 초점 역시 중앙 종축(17)에 위치해 있고 축방향으로 상호 이격되어 있다.
특히 도 3에서 볼 수 있듯이, 측면(7, 8) 역시 광학적 활성을 가지고, 광학체(1)의 내부로 방사되어 입사하는 빛을 방출시키지 않고 전반사로 분산하여 발광면(6)을 향하도록 하는 형태를 가지며, 상기 발광면(6)은 추가 광학 구조체를 가지는데, 이는 수직 및 수평 각도 범위 이상으로 통과하는 빛을 균질하게 하고 가장 광범위하게 변화하는 차량에서 라이트용으로 상당히 상이한 설치각들이 가능하도록 이러한 빛을 분산시킨다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 측면(7, 8)은 두 표면부(40과 41, 42와 43)로 세분되고, 상기 두 표면부(40과 41, 42와 43)는 상기 측면(7, 8)의 길이방향으로 연장되고 상기 측면(7, 8)이 주 중심 평면과 교차하는 선(interception line)을 따라 서로 접한다. 상기 표면부(40, 41, 42, 43)는 중앙 종축(17)에 대해 회전 대칭이 아니고, 또한 포물면의 한 부분이다. 이 표면부(40, 41, 42, 43)는 모두 서로 상이한 초점(45, 46, 47, 48)을 가지며, 초점들은 오목부(12)의 중앙 종축(17)에 위치하고 축방향으로 상호 이격되어 있다.
여기 기술된 예에서는 중앙 종축(17)에 위치한 초첨들(25 내지 28, 35 내지 38, 45 내지 48)이 모두 상호 이격되어 있으나, 첫 번째 그룹의 초점들이 각각 두 번째 그룹의 초점들 중 하나 및 세 번째 그룹의 초점들 중 하나와 일치하는 실시예 또한 가능하다.
달리 또는 추가적으로, 한 그룹의 두 개 또는 세 개의 초점들이 상호 이격되지 않는 것도 가능하다.
그러나, 상기 첫 번째 언급된 케이스는, 각각의 LED(10)가 오목부(12)에 얼마나 떨어져서 장착되는지와 관계없이, 발광면에 대하여 빛의 매우 균일한 분포가 가능하여, 필요한 각 타입의 LED에 대하여 본 발명에 따른 광학체의 구조적 변경 없이 상당히 상이한 LED 구조 형상들이 사용될 수 있다는 점에서 바람직하다.

Claims (17)

  1. 원추형 공간영역 내 광원(10)에서 전달되는 빛을 수집, 통과, 방출하기 위한 차량 라이트용 광학체(1)로서, 상기 광학체(1)는 발광면(6)과 상기 발광면(6) 반대편의 오목부(12)를 가지며, 상기 오목부(12)는 종축(17)을 가지고, 상기 오목부(12) 내부에는 상기 광원(10)이 배치되는데 상기 원추형 공간영역의 중심축이 오목부(12)의 종축(17)과 일치하도록 배치될 수 있고, 상기 오목부(12)는 종축(17)을 둘러싸는 환형의 폐쇄 내주벽 및 종축(17)에 대하여 가로로 연장되는 커버벽을 가지며, 상기 커버벽은 관통하는 광빔의 확산각(spread angle)을 변경하는 광학 구조체를 구비하는 광학체(1)에 있어서,
    상기 오목부(12)의 커버벽 내 광학 구조체는, 상기 오목부(12)의 종축(17)이 커버벽을 관통하는 지점 둘레에 배열되는 다수의 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)를 포함하고, 각각의 상기 광학적 활성 표면부는 종축(17)에 놓이는 초점(25, 26, 27, 28)을 가지며, 두 개 이상의 상기 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)의 초점(25, 26, 27, 28)은 상기 종축(17) 방향으로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 구조체는 서로 접한 거의 동일한 크기의 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)를 포함하고, 상기 광학적 활성 표면부는 상기 커버벽을 사분하며, 상기 광학적 활성 표면부의 초점(25, 26, 27, 28)은 종축(17) 방향으로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버벽의 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)는, 상기 오목부(12) 내부로 볼록하게 만곡된 서로 균일하게 겹쳐진 렌즈면들인 것을 특징으로 하는 광학체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내주벽(peripheral wall)은 다수의 광학적 활성 표면부(30, 31, 32, 33)를 포함하고, 각각의 상기 광학적 활성 표면부는 상기 오목부(12)의 종축(17)에 놓이는 초점(35, 36, 37, 38)을 가지며, 적어도 두 개 이상의 상기 광학적 활성 표면부(30, 31, 32, 33)의 초점(35, 36, 37, 38)은 종축(17) 방향으로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내주벽은 서로 접한 거의 동일한 크기의 광학적 활성 표면부(30, 31, 32, 33)를 포함하고, 상기 광학적 활성 표면부의 초점(25, 26, 27, 28)은 종축(17) 방향으로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 내주벽의 광학적 활성 표면부(30, 31, 32, 33)는 서로 균일하게 겹쳐진 오목 렌즈면의 형태인 것을 특징으로 하는 광학체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목부(12)의 커버벽 내 광학 구조체의 하나 이상의 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23)의 초점(25, 26, 27, 28)은 상기 내주벽의 하나의 광학적 활성 표면부(30, 31, 32, 33)의 초점(35, 36, 37, 38)과 일치하는 것을 특징으로 하는 광학체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학체(1)는 판 형상으로, 주 중심면에 대하여 서로 반대편에 놓이고 측면들에 의해 연결되는 두 개의 주면(3, 4)을 가지며, 상기 측면들 중 하나는 발광면(6)을 형성하고, 반대편 측면은 오목부(12)를 둘러싸는 좁은 가장자리 영역(14, 15)을 가지며, 상기 좁은 가장자리 영역으로부터 발광면(6) 방향으로 두 개의 측면(7, 8)이 연장되는데, 상기 측면(7, 8)은 광학체(1) 내로 수집되어 입사된 빛을 전반사에 의하여 발광면(6)까지 전달하는 광 전도면(light conduction surface)으로 작용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학체.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 두 개의 측면(7, 8)은 길이방향으로 연장된 두 개의 표면부(40과 41, 42와 43)를 포함하며, 상기 표면부(40과 41, 42와 43)는 상기 측면(7, 8)과 주 중심 평면이 교차하는 선을 따라 상호 접하고, 각각 상기 오목부(12)의 종축(17) 위에 초점(45, 46, 47, 48)을 가진 외부로 볼록한 포물면의 일부의 형태이며, 두 개 이상의 상기 표면부(40과 41, 42와 43)의 초점(45, 46), 47, 48)은 종축(17) 방향으로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 표면부(40과 41, 42와 43)의 초점(45, 46, 47, 48)은 모두 종축(17) 방향으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 초점(25, 26, 27, 28; 35, 36, 37, 38; 45, 46, 47, 48)은 상기 오목부(12) 내부에 있는 종축(17) 부분에 놓이는 것을 특징으로 하는 광학체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 상기 초점(25, 26, 27, 28; 35, 36, 37, 38; 45, 46, 47, 48)은 상기 오목부(12) 외부에 있는 종축(17) 부분에 놓이는 것을 특징으로 하는 광학체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 표면부(20, 21, 22, 23; 30, 31, 32, 33; 40, 41, 42, 43)는 각각 포물면의 일부인 것을 특징으로 하는 광학체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광면(6)에는, 수직 및 수평 각도 범위 이상으로 통과하는 빛을 균질하게 하고 확산하는 광 방출 수단(optical emission means)이 제공되는 것을 특징으로 하는 광학체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 광학체(1)를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이트.
  16. 제15항에 있어서,
    주 중심면들이 공통면에 놓이고 발광면(16)들이 서로 겹쳐지도록 배열된 다수의 광학체(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이트.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 광학체(1)들은 서로 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 라이트.

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