KR20170098714A - 광원의 서브매트릭스를 구비하는 광빔 투사 장치 및 이러한 장치를 구비한 헤드라이트 모듈 - Google Patents

광원의 서브매트릭스를 구비하는 광빔 투사 장치 및 이러한 장치를 구비한 헤드라이트 모듈 Download PDF

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KR20170098714A
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발레오 비젼
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Abstract

본 발명은 특히 자동차용 광학적 광빔 투사 장치에 관한 것으로서, 상기 광학적 광빔 투사 장치는 광선의 전파 방향으로 상류에 각각 광선을 방출할 수 있는 일차 광원(8)을 구비하는 일련의 2개 이상의 관련된 서브매트릭스(20)를, 그리고 하류에 복수의 수렴성 광학계를 구비하는 일차 광학 시스템(4)을 포함하고, 하나 이상의 수렴성 광학계는 각각의 서브매트릭스(20)와 결합되고, 상기 서브매트릭스의 하류에 배치되고, 2 개의 인접하는 수렴성 광학계의 광축들 사이의 분리는 대응하는 인접하는 서브매트릭스의 중심들 사이의 분리에 각각 대응하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 주제는 상기 장치와 자동차 헤드라이트를 포함하는 광학 모듈이다.

Description

광원의 서브매트릭스를 구비하는 광빔 투사 장치 및 이러한 장치를 구비한 헤드라이트 모듈{LIGHT BEAM PROJECTION DEVICE PROVIDED WITH SUBMATRICES OF LIGHT SOURCES, LIGHTING AND HEADLIGHT MODULE PROVIDED WITH SUCH A DEVICE}
본 발명은 특히 자동차용 광빔 투사 장치 및 이러한 투사 장치를 구비한 로우 빔 또는 하이 빔 유형의 광빔 헤드라이트에 관한 것이다.
자동차 헤드라이트는 이 헤드라이트의 출력에서 하나 이상의 광빔을 얻기 위해 전방 렌즈에 의해 실링되는 하우징 내에 배치된 하나 이상의 광학 모듈을 구비하고 있다. 간단히 말하면, 하우징의 광학 모듈은 광선을 방출하는, 특히, 광원, 예를 들면, 하나(또는 다수의) 발광 다이오드(들), 및 하나 이상의 렌즈 및 적절한 경우에 광학 모듈의 출력 광빔을 형성하도록 광원으로부터의 광선을 배향시키기 위한 반사체를 포함하는 광학 시스템을 포함한다.
일부의 자동차 헤드라이트에서 차량 운전자의 필요에 따라 광빔의 배향을 변화시킬 수 있는 것이 공지되어 있다. 따라서, 차량이 선회를 수행하는 경우, 차량에 탑재된 전자 시스템은 광빔을 조작 중인 운전자의 시야에 적합시키기 위해 광빔의 배향의 변경을 명령한다. 그러면 헤드라이트는 빔을 직진으로 투사하기보다는 도로를 조사하도록 차량의 회전 방향으로 광빔의 축선을 변위시킨다.
다른 공지된 헤드라이트는 동일한 광원으로 로우 빔 및 하이 빔 기능을 수행할 수 있다. 이 목적을 위해, 헤드라이트는 빔의 일부를 컷오프(cut off)하기 위해 빔 벤더(bender)로 지칭되는 요소를 배치하는 기계적 수단을 사용한다. 더욱이, 자동차도로를 위해 설계된 로우 빔 유형의 조명구가 있고, 이것의 빔은 차량이 자동차도로 상에서 주행 중인 경우에 도로의 가시성을 향상시키도록 통상의 로우 빔의 컷오프의 약간의 상측을 통과한다.
따라서, 헤드라이트로부터 투사되는 광빔의 치수를 변경하여 전술한 모든 기능을 수행할 수 있도록 광원으로부터 발생되는 광선을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
이것을 달성하기 위해, 문헌 DE 102008 061 556은 발광 다이오드의 매트릭스를 구비하는 조명 장치를 기재하고 있고, 각각의 다이오드는 개별적으로 어드레싱가능하다. 다이오드들은 서로 나란히 배치되고, 각각의 다이오드는 헤드라이트로부터 투사되는 광빔의 일부를 방출한다. 따라서 이러한 장치는 원하는 빔 크기에 대응하는 발광 다이오드의 일부를 작동시킴으로써 광빔의 치수를 제어할 수 있게 한다.
그러나, 현재의 다이오드 매트릭스는 균일한 광빔을 얻는 것이 불가능하다. 실제로, 다이오드가 최소의 거리만큼 이격되어 있으므로, 빔을 구성하는 상이한 광빔들 사이에 간극이 나타나고, 이 간극은 다이오드의 간격에 대응한다.
더욱이, 현재의 조명 시스템에서, 향상된 빔의 해상도가 요구되므로 화소의 수에 관한 요구가 크다. 따라서, 이러한 요구에 부합하기 위해 100 내지 600의 범위로 심지어 더 많은 수로 광원이 증가되어야 한다.
그러므로, 이러한 다수의 광원을 포함하는 다이오드 매트릭스는 다수의 추가의 단점을 갖는다. 첫째의 단점은 한편으로 이것이 적절히 많은 수로 제조되지 않으므로 이러한 어셈블리의 제조 비용에 있고, 다른 한편으로 그 제조가 더 복잡하므로 더 고가인 점이다. 둘째의 단점은 손상을 방지하기 위해 취급하는 데 특별한 주의가 요구되는 이러한 매트릭스의 취약성에 기인된다.
그러므로 본 발명은 치수 및 배향이 변경될 수 있고, 전술한 단점을 방지할 수 있는 광빔을 투사하도록 구성된 광학 모듈을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히 자동차용 광학적 광빔 투사 장치에 관한 것으로서, 상기 광학적 광빔 투사 장치는 광선의 전파 방향으로 상류에 각각 광선을 방출할 수 있는 일차 광원을 구비하는 일련의 2개 이상의 관련된 서브매트릭스를, 그리고 하류에 복수의 수렴성 광학계를 구비하는 일차 광학 시스템을 포함하고, 하나 이상의 수렴성 광학계는 각각의 서브매트릭스와 결합되고, 상기 서브매트릭스의 하류에 배치되고, 2 개의 인접하는 수렴성 광학계의 광축들 사이의 분리는 대응하는 인접하는 서브매트릭스의 중심들 사이의 분리에 각각 대응한다.
더욱이, 본 출원에서, 일차 광원의 매트릭스는 2 이상의 행 x 2 이상의 열, 바람직하게는 10 이상의 행 x 3 이상의 열에 따라 배치되는 일련의 일차 광원을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 열 또는 행으로 배치되는 2 개 이상의 일차 광원으로 구성되는 어셈블리는 서브매트릭스로 지칭된다. 예를 들면, 서브매트릭스는 1 열 x 2 행의 다이오드를 포함할 수 있다. 바람직하게, 이것은 2 이상의 열 x 2 이상의 행의 다이오드를 포함할 수 있다. 유리하게, 구현된 광원의 매트릭스는 다수의 상이한 크기의 서브매트릭스로 구성될 수 있다.
분리를 측정하기 위해, 특히 위치는 일차 광원의 방출 표면에 평행한 평면 상에 직교 투사에서 선택된다. 서브매트릭스가 제 1 평면 내에 위치되고, 수렴성 광학계가 바람직하게는 제 1 평면에 평행한 상기 광학계를 통과하는 제 2 평면에 대해 직각인 자신의 광축을 가지는 경우, 각각의 분리는 고려되는 각각의 평면 상의 투사에서 또는 2 개의 평면이 평행한 경우에는 이들 중 단지 하나의 평면 상의 투사에서 측정된다.
유리하게, 수렴성 광학계는 서브매트릭스의 허상을 형성하도록 구성되고, 허상은 이 허상의 치수가 서브매트릭스의 치수보다 크도록 일차 광원의 서브매트릭스의 상류에 형성된다.
또한, 허상의 형성으로 인해 일차 광원의 하류의 일차 광원의 실상을 생성하는 장치에 비해 본 장치의 광축을 따라 더 우수한 콤팩트니스(compactness)가 달성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 크기가 큰 광원의 매트릭스를 형성하도록 서브매트릭스를 사용하고 결합하는 것을 가능하게 한다. 따라서 이러한 단일 부재(일체형 매트릭스)의 매트릭스의 제조의 필요성이 방지되고, 이것으로 인해 제조 비용을 저감시킬 수 있고, 손상에 의한 손실을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 매번 적절한 크기의 대형 매트릭스를 조립할 필요 없이 서브매트릭스의 어셈블리의 크기는 필요에 따라 서브매트릭스를 병치시킴으로서 용이하게 선택될 수 있다.
더욱이, 허상이 광원의 서브매트릭스의 상류에 형성되므로 이 허상은 확대되고, 따라서 상이한 서브매트릭스의 광원에 의해 생성되는 빔들 사이의 간극이 최소화된다. 바람직한 실시형태에서, 일차 광학 시스템은 허상이 병치되거나 실질적으로 병치됨으로써 상기 서브매트릭스를 구성하는 광원들 사이의 서브매트릭스들 사이, 또한 이들 내부에 우수한 균일성의 광의 분포가 생성되도록 구성된다.
결합하여 실시되거나 개별적으로 실시될 수 있는 본 발명의 다양한 실시형태에 따르면,
- 일차 광학 시스템은 상기 서브매트릭스의 허상이 균일한 광 분포를 형성하도록 실질적으로 인접하도록 배치되고,
- 일차 광학 시스템은 일 평면 내에 허상을 형성하도록 구성되고,
- 수렴성 광학계는 각각의 일차 광원의 하류에 배치되고;
- 각각의 수렴성 광학계는 수렴성 입력 마이크로-디옵터를 포함하고;
- 각각의 수렴성 광학계는 하나 이상의 볼록 부분을 구비하는 입력 마이크로-디옵터를 포함하고;
- 수렴성 입력 마이크로-디옵터는 평면의 표면을 갖고,
- 일차 광학 시스템은 모든 수렴성 광학계 또는 모든 입력 마이크로-디옵터를 위한 단일 출력 디옵터를 포함하고,
- 출력 디옵터는 광학 수차(optical aberration)를 수정하도록 구성되고,
- 출력 디옵터는 실질적으로 구의 형태를 갖고,
- 출력 디옵터는 이초점 선명도를 구비하는 세장 형태를 갖고;
- 일차 광학 시스템은 광학계로서 양볼록 렌즈를 얻기 위해 각각의 입력 마이크로-디옵터를 위한 출력 마이크로-디옵터를 포함하고,
- 일차 광학 시스템은 각각의 서브매트릭스를 위한 출력 디옵터를 포함하고,
- 일차 광학 시스템은 단일 재료로 제조되고, 즉 이것의 다양한 구성 요소가 모드 동일한 재료이고;
- 일차 광학 시스템은 각각 동일한 재료로 제조된 2 개의 별개의 광학 요소를 포함하고, 제 1 광학 요소는 입력 디옵터를 포함하고, 제 2 광학 요소는 출력 디옵터를 포함하고,
- 일차 광원은 발광 다이오드이다.
본 발명의 맥락에서, 마이크로-디옵터는 일차 광원의 치수 또는 그 외부 치수가 일차 광원의 관련된 서브매트릭스의 치수의 5 배 이하인 디옵터를 표시하기 위해 사용된다. 일반적으로 이것은 밀리미터 정도의 크기이다. 따라서, 예를 들면, 방출면이 1 ㎜의 측면 측정치를 갖는 개별의 발광 다이오드(LED)의 경우, 관련된 디옵터의 치수는 5 ㎜의 최대 측 직경을 갖는 정사각형의 범위이다. 일차 광원이 LED의 서브매트릭스로 구성된 경우, 이 서브매트릭스의 치수가 고려될 것이다.
더욱이, 일차 광원이 모두 동일한 치수를 갖는 경우, 모든 마이크로-디옵터가 동일한 치수를 갖도록 할 수 있다. 그러나, 다른 것에 비해 더 큰 크기의 투사된 광 패턴을 제공하는 횡방향 및 수직방향으로 긴 허상을 형성하기 위해, 특히 보도의 조명을 발생시키기 위해, 유리하게도 매트릭스의 연부, 특히 횡측 단부의 광원과 관련된 디옵터가 다른 광원의 것에 비해 더 큰 치수를 갖도록 하는 것이 또한 가능하다.
본 발명은 또한 광빔의 투사 방향으로 일차 광학 시스템의 하류에 배치되는 투사 렌즈 또는 반사체와 같은 투사 장치 및 투사 수단을 포함하는 광학 모듈에 관한 것이고, 이 투사 수단은 허상에 집속되는 투사 수단을 위한 광원의 역할을 하는 허상으로부터 광빔을 투사할 수 있다.
이러한 본 발명의 마지만 특징은 매우 흥미롭고 유익하다. 실제로, 허상 상에, 특히 상기 허상을 포함하는 평면 상에 투사 수단이 집속되면 광학 투사 모듈은 일차 광학 시스템의 제조 결함에 대해 둔감해진다. 만일 투사 수단이 디옵터의 표면 상에 집속된다면, 이 표면 상에 결상이 이루어지므로 이것의 모든 제조 결함이 가시화되고, 이것으로 인해 광빔의 균일성 또는 색수차의 결함이 발생될 수 있다. 더욱이, 이것으로 인해 일차 광학계와 관련된 광원의 서브매트릭스를 사용할 수 있고, 각각의 광원 및/또는 광원의 서브매트릭스는 개별적으로 결상된다.
본 발명은 또한 이러한 광학 모듈을 구비한 자동차 헤드라이트에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께하는 이하의 설명을 통해 더 깊이 이해될 것이고, 이하의 설명은 단지 표시로서 제공된 것이므로 본 발명을 제한하려는 목적을 가지지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 1 실시형태의 사시도를 개략적으로 도시하고,
도 2는 도 1의 투사 모듈의 일부의 확대 사시도를 개략적으로 도시하고,
도 3은 도 2의 투사 모듈의 일부 상의 허상의 형성의 사시도를 개략적으로 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 1 실시형태의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 5는 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 2 실시형태의 제 1 변형예의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 6은 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 2 실시형태의 제 2 변형예의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 7은 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 2 실시형태의 제 3 변형예의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 8은 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 2 실시형태의 제 4 변형예의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 9는 본 발명에 따른 투사 모듈의 제 2 실시형태의 제 5 변형예의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 10은 제 1 실시형태의 제조 변형예의 측면도를 개략적으로 도시하고,
도 11은 광원의 제 1 유형의 매트릭스의 정면도를 개략적으로 도시하고,
도 12는 광원의 제 2 유형의 매트릭스의 정면도를 개략적으로 도시하고,
도 13은 광원의 제 3 유형의 매트릭스의 정면도를 개략적으로 도시하고,
도 14는 광원의 제 4 유형의 매트릭스의 정면도를 개략적으로 도시한다.
도 1 내지 도 4는 특히 자동차용 광학적 광빔 투사 모듈(1)의 제 1 실시형태를 도시한다. 이 모듈(1)은, 광축(15)을 따라 광선의 전파 방향으로 상류로부터 하류로, 광선을 방출할 수 있는 일차 광원(8)의 매트릭스(2), 이 광선을 전송하는 일차 광학 시스템(4), 및 일차 광학 시스템(4)에 의해 전송된 입사 광선으로부터 광빔을 투사하도록 구성된 투사 수단을 포함한다.
도면에서, 투사 수단은 단일의 투사 렌즈(3)의 형태를 취한다. 그럼에도 불구하고 이 투사 수단은 복수의 렌즈, 복수의 반사체, 또는 심지어 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 반사체의 조합의 결합에 의해 형성될 수 있다.
예를 들면, 일차 광원(8)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 매트릭스(2) 상에서 어레이(array)를 형성하는 발광 다이오드이다. 이러한 발광 다이오드의 매트릭스(2)는 공지된 것으로서, 시중에서 구입할 수 있다.
일차 광학 시스템(4)의 기능은, 투사 수단(여기서 투사 렌즈(3)의 형태임)과 조합된 경우에, 모듈로부터, 예를 들면, 도로 상에 투사된 빔이 균일하도록 다이오드로부터 광선을 전송하는 것이다. 이 목적을 위해, 일차 광학 시스템(4)은 복수의 수렴성 광학계를 구비하고, 이들은 수렴성 입력 마이크로-디옵터(5)인 것이 바람직하다. 여기서, 입력 마이크로-디옵터(5)는 블록 표면을 갖는다. 즉 이것은 광원(8)을 향해 볼록한 반구형을 갖는다. 그러나 이 표면은 평면, 평면-볼록면 또는 오목면-볼록면일 수 있다. 입력 마이크로-디옵터(5)는 도 2에 도시된 바와 같은 각각의 발광 다이오드 또는 매트릭스(2)의 다이오드의 서브매트릭스인 각각의 광원(8)의 하류에 배치되는 것이 유리하다. 입력 마이크로-디옵터(5)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 일차 광원(8)의 허상(6)을 형성한다.
이 허상(6)은 일차 광원(8)의 매트릭스(2)의 상류에 형성되므로 투사 렌즈를 위한 새로운 광원의 역할을 한다. 얻어진 허상(6)은 확대되고, 바람직하게 실질적으로 인접한다. 다시 말하면, 이들은 상당한 공간으로 분리되지 않는다. 더욱이, 이 인접한 허상은 서로 약간 중첩될 수 있고, 이것은 본 장치로부터 25 m에 위치되어 있는 스크린 상에서 측정된 투사 수단에 의한 각각의 투사의 중첩으로 변환되고, 이것은 1° 미만인 것이 바람직하다. 사실 상, 일차 광학 시스템의 설계에서, 허상이 광원의 위치결정 정확도에 관한, 그리고 마이크로-디옵터의 표면의 제조 결함에 관한 구조안정성을 보장하기 위한 허용차를 갖도록 근축(paraxial)의 관점에서 확실히 병치되는 것이 모색될 것이고, 발생되는 광빔의 양호한 균일성을 보장하는 이러한 경도의 중첩을 얻기 위해 각각의 허상의 연부는 희미하다. 그러므로 일차 광학 시스템(4)은 균일한 분포의 빔을 얻기 위해 일차 광원(8)의 허상(6)을 형성될 수 있도록 한다. 즉 광빔의 성분이 서로에 대해 정확하게 조절되고, 광빔의 성분들 사이에 운전의 쾌적성에 유해할 수 있는 다크 스트립(dark strip) 및/또는 브라이트 스트립(bright strip)(과도한 인텐스)을 개재하지 않는다.
더욱이, 허상(6)은 광원의 실제 매트릭스에 비해 투사 렌즈(3)로부터 더 멀리 이격되고, 이로 인해 콤팩트한 광학 모듈을 유지할 수 있다.
일차 광학 시스템(4)은 평면(61) 내에 허상(6)을 형성하도록 구성되는 것이 유리하고, 허상(6)의 치수는 일차 광원(8)의 치수보다 크다. 도 4에 도시된 바와 같이, 허상(6)의 크기를 확대하면 평면(61) 내에서 서로 인접되도록 허상(6)의 병치가 가능해진다. 이 목적을 위해, 볼록한 곡률반경 및 마이크로-디옵터를 형성하는 재료는 매트릭스(2)에 대한 일차 광학 시스템(4)의 위치결정과 같이 일차 광원(8)의 매트릭스(2)의 치수에 일치되므로 허상(6)은 정확하게 병치될 수 있다. 서브매트릭스의 크기 및 요구되는 확대에 따라, 서브매트릭스와 일차 광학 시스템(4) 사이의 거리는 서브매트릭스의 25 내지 200%, 바람직하게는 50 내지 100%이고, 예를 들면 1 내지 7 ㎜의 거리를 갖는다.
더 명확한 도시를 위해, 도 4 내지 도 10에는 허상(6)이 도시되어 있지 않다. 단 이들 허상(6)이 위치되는 평면(61)은 도시되어 있다.
도 4의 광학 모듈(1)은 일차 광원(8)의 매트릭스(2), 입력 마이크로-디옵터(5)를 구비하는 일차 광학 시스템(4), 및 투사 렌즈(3)에 의해 형성되는 투사 수단을 포함한다. 일차 광학 시스템(4)은 또한 오든 입력 마이크로-디옵터(5)를 위한 단일 출력 디옵터(9)를 포함한다.
이 출력 디옵터(9)는 투사 렌즈(3)에 전송되는 빔을 광학적으로 수정한다. 이 수정은 특히 본 장치의 광학 효율을 향상시키고, 시스템(4)의 광학 수착을 수정하는 역할을 한다. 이 목적을 위해, 출력 디옵터(9)는 실질적으로 구형 돔의 형태를 갖는다. 이러한 형태는 광축(15) 상에 배치되는 광원으로부터 발생되는 빔의 광선의 방향을 약간 편향시키고, 이것은 출력 디옵터(9)를 통해 진행된다.
도시된 제조의 실시예에서, 이 출력 디옵터(9)는 실질적으로 구형 돔의 형태를 갖는다.
도시되지 않은 변형예에 따르면, 이것은 이초점 선명도(bifocal definition)를 구비하는 원주형의 세장 형태를 갖는다. 전방으로부터 보면 이 출력 디옵터(9)는 높이에 비해 폭이 크다. 이러한 제조의 변형예의 바람직한 실시예에 따르면, 출력 디옵터(9)는 횡단면으로, 이에 따라 폭방향으로 5 ㎜ 미만의 편차를 갖는 큰 반경의 곡률반경을 갖는다. 횡단면의 표면은 볼록하거나 오목할 수 있다. 즉 출력 디옵터(9)는 각각 수렴성이나 발산성을 갖고, 후자의 대안은 본 광학 장치의 벌크를 감소시키기 위해 주의를 끈다. 여전히 이러한 바람직한 제조 실시예에 따르면, 수직 단면으로, 이에 따라 높이방향으로 출력 디옵터(9)의 표면은 비구면이고, 5 내지 10 ㎜ 사이의 일차 구면 근사(spherical approximation)가 포함된다.
이러한 제 1 실시형태에서, 일차 광학 시스템(4)은 단일 재료, 즉 동일한 재료로 제조된다. 다시 말하면, 입력 마이크로-디옵터(5) 및 출력 디옵터(9)는 복합 렌즈인 동일한 요소인 일차 광학 시스템(4)의 입력면 및 출력면을 형성한다.
도 10에 도시된 제 1 실시형태의 변형예에서, 일차 광학 시스템(4)은 각각의 입력 마이크로-디옵터(5)를 위한 출력 마이크로-디옵터(9)를 포함한다. 그러면 이 일차 광학 시스템(4)은 일련의 양볼록 마이크로렌즈를 형성하고, 각각의 마이크로렌즈는 일차 광원의 전방에 배치된다. 그러나 이 마이크로렌즈는 단일 출력 디옵터(9)를 구비하는 일차 광학 시스템(4)과 유사하게 전송된 모든 빔을 수정할 수 없다. 이러한 마이크로렌즈는 이하에서 설명되는 도 6에 도시된 제 2 실시형태의 제 2 변형예의 것과 유사하다. 이것은 더 우수한 균일성의 허상을 제공하고, 상의 변형을 감소시키는 장점을 갖는다.
도 5 내지 도 8에 도시된 제 2 실시형태에서, 본 장치는 전술한 실시형태의 매트릭스(2)의 대신에 일차 광원(8)의 복수의 서브매트릭스(20)를 포함한다. 발광 다이오드의 이 서브매트릭스(20)는 취급이 더 용이하고, 큰 크기의 매트릭스에 비해 저비용이다. 따라서, 복수의 서브매트릭스(20)를 결합함으로써 큰 크기의 매트릭스를 얻는 것이 더 비용효율적이다. 이러한 합성체는 100 내지 600개의 발광 다이오드를 수용할 수 있다.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 장치의 서브매트릭스의 역할을 할 수 있는 다양한 유형의 매트릭스를 도시한다. 이러한 매트릭스는 2 개 이상의 상이한 광 방출 영역을 포함하고, 이것은 개별적으로 어드레싱가능하다.
도 11은 발광 다이오드 유형의 광원(8)의 다중-칩 매트릭스(multi-chip matrix; 20)를 도시한 것으로서, 각각의 광원(8)은 개별적으로 어드레싱가능하다. 각각의 광원(8)은 독립적 칩 상에 별개로 조립되고, 이것은 홀딩 요소(18) 상에 장착되고, 자체는 지지체(17) 상의 다른 광원과 조립된다. 도 12는 제 2 유형의 다중-칩 매트릭스(20)를 도시한 것으로서, 여기서 발광 다이오드는 지지체(17) 상에 배치된 공동의 홀딩 요소(18) 상에서 서로 사전조립되어 있다.
도 13 및 도 14는 단일-칩 매트릭스(20)를 도시한 것으로서, 여기서 광원(8)은 공동의 전극을 갖는다. 다이오드는 점 전극인 제 1 전극(19) 및 표면 전극인 제 2 전극(16)인 접촉된 2 개의 전극(16, 19)을 구비한다. 도 13에서, 광원(8)은 제 1 전극(19)을 동작시킴으로써 개별적으로 어드레싱가능하고, 제 2 전극은 칩의 모든 광원(8)에 대해 동일하다. 다른 한편, 도 14의 광원(8)은 각각의 광원(8)을 위한 독립적 제 2 전극(19)을 갖도록 다수의 부분으로 분할된 제 2 전극(19)을 갖고, 제 1 전극(16)은 동시에 동작가능하다.
특정의 변형된 실시형태에 따르면, 광 서브매트릭스(20)는 밀리미터 미만의 치수의 복수의 발광 유닛을 포함하는 반도체 광원에 기초할 수 있고, 이 유닛은 상이한 선택적으로 동작가능한 광 영역 내에 분포된다. 특히, 밀리미터 미만의 치수의 각각의 발광 광 유닛은 로드(rod)의 형태를 취한다. 더욱이, 이 로드는 동일한 기판 상에 위치되고, 이 기판은 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.
이 일차 광학 시스템(4)은 단일 매트릭스를 구비하는 실시형태에서와 동일한 특성을 갖는 단일 빔을 형성하기 위해 서브매트릭스(20)로부터의 광선을 결합한다. 그러므로 본 발명은 시판되는 표준 성분을 이용하는 것이 가능할 뿐만 아니라 큰 크기의 성분에서 발생되는 열팽창의 문제를 방지할 수 있다.
상이한 서브매트릭스(20)에 의해 형성되는 빔은 유리하게는 각각의 빔의 1°의 개구 각(aperture angle)을 초과하지 않는 빔의 약간의 중첩을 포함하여 상호 보완된다. 성분의 이산화(discretization)를 유지하고, 윤곽이 뚜렷한 투사된 빔을 유지하기 위해 더 큰 각도를 갖는 상이한 빔의 중첩은 방지된다.
도 5는 상류의 복수의 서브매트릭스(20) 및 하류의 투사 렌즈와 같은 투사 수단(3)을 포함하는 광학 투사 모듈(1)의 제 1 변형된 실시형태를 도시한다. 본 광학 장치는 서브매트릭스(20)와 투사 렌즈(3) 사이에 복수의 수렴성 입력 마이크로-디옵터(5)를 갖는 수렴성 광학계(여기서, 볼록 표면을 가짐)를 구비하는, 그리고 동일한 평면(61) 내에 허상(6)을 형성하도록 구성되는 일차 광학 시스템(4)을 또한 포함한다. 입력 마이크로-디옵터(5)는 서브매트릭스(20)의 하류에 배치되고, 입력 마이크로-디옵터(5)는 일차 광원(8)의 서브매트릭스(20)에 대응된다.
광원의 허상(6)은 서브매트릭스(20)의 상류에서 동일한 평면(61) 내에 형성되므로 허상(6)의 치수는 서브매트릭스(20)의 치수보다 크고, 따라서 허상(6)은 투사 렌즈(3)를 위한 광원의 역할을 한다.
도 4의 실시형태에서와 같이, 도 5의 일차 광학 시스템(4)은 투사 렌즈(3)에 전송된 빔의 광학적 수정을 제공하도록 형성되는 단일 출력 디옵터(9)를 갖고, 이 출력 디옵터(9)는 또한 볼록한 돔 형태를 갖는다. 더욱이, 일차 광학 시스템(4)은 또한 단일 재료로 제조된 광학 요소이다.
도 6에 도시된 제 2 실시형태의 제 2 변형예에서, 일차 광학 시스템(4)은 각각의 입력 마이크로-디옵터(5)를 위한 출력 마이크로-디옵터(9)를 포함한다. 여기서, 출력 디옵터(9)의 기능은 전송된 빔을 수정하는 것이 아니다. 그러면 일차 광학 시스템(4)은 일련의 양볼록 마이크로렌즈를 형성한다. 본 실시형태에서, 모듈은 일차 광원(8)의 서브매트릭스(20)를 포함하고, 각각의 양볼록 마이크로렌즈는 서브매트릭스(20)의 하류에 배치된다.
도 7은 본 발명에 따른 광학 모듈(1)의 제 2 실시형태의 제 3 변형예를 도시한 것으로서, 이것은 일차 광원(8)의 서브매트릭스(20)의 하류에 배치되는 볼록한 입력 마이크로-디옵터(5)를 구비하는 수렴성 광학계를 구비하는 일차 광학 시스템(4)을 포함한다. 입력 마이크로-디옵터(5)는 각각의 서브매트릭스(20)의 일차 광원(8)에 대응한다. 이 변형된 실시형태에서, 일차 광학 시스템(4)은 각각의 서브매트릭스(20)를 위한 출력 디옵터(9)를 포함한다. 각각의 렌즈의 출력 디옵터(9) 및 입력 마이크로-디옵터(5)는 복합 렌즈를 형성할 수 있도록 연속된 재료이다. 일차 광학 시스템(4)의 복합 렌즈는 또한 서로에 대해 결합될 수 있다. 따라서, 출력 디옵터(9)는 각각의 서브매트릭스(20)의 빔이 서로에 대해 조절되도록 서브매트릭스의 확대된 허상을 생성한다. 더욱이, 각각의 서브매트릭스(20)를 위한 출력 디옵터(9)는 상이한 서브매트릭스로부터의 빔들 사이의 기생 광선(parasitic rays)을 방지한다.
더욱이, 이 경우에, 출력 디옵터(9) 및 입력 마이크로-디옵터(5)는 단일 부재로 제조된 일차 광학 시스템(4)의 일부를 형성한다. 다시 말하면, 일차 광학 시스템(4)은 단일 요소만을 포함한다.
도 8은 제 2 실시형태의 제 4 변형예를 도시한 것으로서, 이것은 도 7의 제 3 변형예와 유사하고, 차이는 일차 광학 시스템(4)이 2 개의 요소(12, 13)로 분할된 것이다. 제 1 요소(12)는 입력 마이크로-디옵터(5) 및 모든 입력 마이크로-디옵터(5)를 위한 실질적으로 평면의 단일 출력면을 포함한다. 제 2 요소(13)는 각각의 서브매트릭스(20)를 위한 볼록 디옵터(14) 및 각각의 서브매트릭스(20)를 위한 출력 디옵터(9)를 갖는 입력을 구비하고 있다.
도 9의 제 5 변형예는 제 4 변형예와 실질적으로 동일하다. 제 1 요소(12)의 형태는 도 6의 제 2 변형예와 유사한 방식으로 일련의 양볼록 마이크로렌즈를 포함하는 점에서 다르다. 제 2 부분(13)은 제 4 변형예와 실질적으로 동일하다.
제 3, 제 4 및 제 5 변형예의 광학 시스템(4)은 일차 광원(8)이 서로로부터 이격되어 있는 서브매트릭스(20)에 특히 적합하다. 일차 광원(8)의 폭의 5%를 초과하는 간격은 상당한 거리로 간주될 수 있다. 따라서, 각각의 일차 광원(8)의 하류에 설치된 입력 마이크로-디옵터(5)는 전술한 공정에 따라 서브매트릭스 내에서 일차 광원(8)에 의해 공급되는 광이 균일해지도록 할 수 있다. 각각의 서브매트릭스(20)의 하류에 설치된 출력 디옵터(9)의 기능은 이들 서브매트릭스 들 사이에서 균일한 제 2 허상을 평면(11) 내에 형성하는 것이다.
각각의 서브매트릭스(도 8 및 도 9의 경우)의 전용의 입력 디옵터(14)가 존재하는 경우, 출력 디옵터(9)와 입력 디옵터(14)의 결합으로 인해 서브매트릭스들 사이에 허상이 형성된다. 유리하게, 따라서 기하학적 상의 변형이 더 감소된다. 무엇보다도 서브매트릭스(20)들 사이의 표준화는 서브매트릭스들 사이의 거리가 광원(8)을 분리하는 거리보다 큰 것과 같은 정도로 유용하다.
제 1 실시형태에 기재된 본 발명에 의해 얻어지는 장점은 제 2 실시형태의 변형예에서도 또한 얻어진다.
1: 광학적 광빔 투사 모듈
3: 투사 렌즈
4: 일차 광학 시스템
5: 입력 마이크로-디옵터
6: 허상
8: 일차 광원
9: 출력 디옵터 또는 출력 마이크로-디옵터
12: 제 1 광학 요소
13: 제 2 광학 요소
20: 서브매트릭스

Claims (16)

  1. 특히 자동차용 광학적 광빔 투사 장치로서,
    상기 광학적 광빔 투사 장치는 광선의 전파 방향으로 상류에 각각 광선을 방출할 수 있는 일차 광원(8)을 구비하는 일련의 2개 이상의 관련된 서브매트릭스(20)를, 그리고 하류에 복수의 수렴성 광학계를 구비하는 일차 광학 시스템(4)을 포함하고, 하나 이상의 수렴성 광학계는 각각의 서브매트릭스(20)와 결합되고, 상기 서브매트릭스의 하류에 배치되고, 2 개의 인접하는 수렴성 광학계의 광축들 사이의 분리는 대응하는 인접하는 서브매트릭스의 중심들 사이의 분리에 각각 대응하는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 서브매트릭스(20)의 허상(6)을 형성하도록 구성되고, 상기 허상(6)은 상기 허상(6)의 치수가 상기 서브매트릭스(20)의 치수보다 크도록 상기 일차 광원(8)의 서브매트릭스(20)의 상류에 형성되는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템(4)은 상기 서브매트릭스(20)의 허상(6)이 균일한 광 분포를 형성하도록 실질적으로 인접하도록 배치되는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템(4)은 일 평면 내에서 상기 허상(6)을 형성하도록 구성되는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 일차 광원(8)의 하류에 수렴성 광학계가 배치되는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 수렴성 광학계는 하나 이상의 볼록 부분을 구비하는 입력 마이크로-디옵터(input micro-dioptre; 5)를 포함하는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템(4)은 상기 수렴성 광학계의 전체 또는 상기 일차 광학 시스템의 입력 마이크로-디옵터(5)의 전체를 위한 단일 출력 디옵터(9)를 포함하는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 출력 디옵터(9)는 광학 수차(aberration)를 수정하도록 구성되는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 출력 디옵터(9)는 실질적으로 구의 형태를 갖는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템(4)은 광학계로서 양볼록 렌즈를 얻기 위해 각각의 입력 마이크로-디옵터(5)를 위한 출력 마이크로-디옵터(9)를 포함하는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템(4)은 각각의 서브매트릭스(20)를 위한 출력 디옵터(9)를 포함하는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템(4)은 일체의 단일 부재의 재료로 제조되는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  13. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 광학 시스템은 각각 일체의 단일 부재의 재료로 제조되는 2 개의 별개의 광학 요소를 포함하고, 제 1 광학 요소(12)는 상기 입력 디옵터(5)를 포함하고, 제 2 광학 요소(13)는 상기 출력 디옵터(9)를 포함하는,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일차 광원(8)은 발광 다이오드인,
    자동차용 광학적 광빔 투사 장치.
  15. 특히 자동차 조명용 광학적 광빔 투사 모듈로서,
    상기 광학적 광빔 투사 모듈은 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치, 및 상기 광빔의 투사 방향으로 상기 일차 광학 시스템(4)의 하류에 배치되는 투사 렌즈(3) 또는 반사체와 같은 투사 수단을 포함하고, 상기 투사 수단은 광원의 역할을 하는 상기 허상(6)으로부터 상기 허상의 평면 상에 집속되는 상기 투사 수단에 광빔을 투사할 수 있는,
    자동차 조명용 광학적 광빔 투사 모듈.
  16. 제 15 항에 따른 광학적 광빔 투사 모듈(1)을 포함하는 자동차 헤드라이트.
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