KR20200052342A - 자동차 헤드램프용 투영 장치, 그리고 투영 장치의 제조 방법 - Google Patents
자동차 헤드램프용 투영 장치, 그리고 투영 장치의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 자동차 헤드램프를 위한 투영 장치(1)에 관한 것이며, 상기 투영 장치(1)는 적어도 하나의 광 분포의 형태로 자동차의 전방 영역에서 투영 장치(1)에 할당된 적어도 하나의 광원(2)의 광을 매핑하도록 구성되며, 광 비투과성 코팅층은 적어도 평면으로 상호 간에 겹쳐 배치되는 부분 층들, 요컨대 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')과, 실질적으로 검은색의 광 흡수 래커로 구성되는 제2 부분 층(6")으로 구성되며, 제1 부분 층(6')은 입사 광학 요소(3)와 제2 부분 층(6") 사이에 배치된다.
Description
본 발명은 자동차 헤드램프를 위한 투영 장치에 관한 것이며, 상기 투영 장치는 적어도 하나의 광 분포의 형태로 자동차의 전방 영역에서 투영 장치에 할당된 적어도 하나의 광원의 광을 매핑하도록 구성되며, 상기 투영 장치는, 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 입사 광학 요소와, 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 출사 광학 요소를 포함하며, 각자의 입사 마이크로 광학 요소에는 정확히 하나의 출사 마이크로 광학 요소가 할당되되, 실질적으로 하나의 입사 마이크로 광학 요소에서부터 출사되는 전체 광은 단지 할당된 출사 마이크로 광학 요소 내로만 입사되는 방식으로 입사 마이크로 광학 요소들이 형성되고, 그리고/또는 입사 마이크로 광학 요소들과 출사 마이크로 광학 요소들이 상호 간에 상대적으로 배치되며, 그리고 입사 마이크로 광학 요소들에 의해 사전 형성된 광은 출사 마이크로 광학 요소들에 의해 자동차의 전방 영역에 적어도 하나의 광 분포로서 매핑되며, 입사 광학 요소와 출사 광학 요소 사이에 적어도 하나의 광 투과성 캐리어가 배치되며, 적어도 하나의 캐리어는 적어도 하나의 제1 조리개 장치(diaphragm device)를 포함하며, 제1 조리개 장치는, 실질적으로 입사 광학 요소 내로 입사되는 전체 광이 제1 조리개 장치로 방향 조정되는 방식으로 배치되며, 제1 조리개 장치는 광학적으로 유효한 표면(optically effective surface)를 포함하며, 광학적으로 유효한 표면에는 기설정 가능한 광 분포의 형성을 위해 실질적으로 광 비투과성인 코팅층을 통해 범위 한정되어 있는 광 투과성 윈도우들(light-permeable window)이 형성된다.
또한, 본 발명은, 적어도 하나의 본 발명에 따른 투영 장치를 포함하는 자동차 헤드램프용 마이크로 투영 광 모듈; 적어도 하나의 본 발명에 따른 마이크로 투영 광 모듈을 포함하는 차량 헤드램프, 특히 자동차 헤드램프; 및 적어도 하나의 본 발명에 따른 차량 헤드램프를 포함하는 차량, 특히 자동차;에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 자동차 헤드램프를 위한 본 발명에 따른 투영 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
종래 기술로부터는, 예컨대 투영 장치를 개시하고 있는 문헌 AT 514967 B1호가 공지되었다. 입사 및 출사 광학 요소들의 증가하고 있는 소형화를 통해, 광학 요소들은 점점 더 공차(tolerance)에 민감해지고 있다. 종래, 향상된 제조 방법들을 이용하여 치수 부정확성을 감소시키고자 하는 시도가 이루어졌다.
놀라운 사실로서, 이제부터 투영 장치 내로의 입열(heat input)이 투영 장치의 광학 거동(optical behavior)에 실질적인 영향을 미치는 것으로 확인하였다. 광원의 입열을 통해, 그리고 각각의 광학 요소 또는 조리개 장치 안쪽에서의 광 흡수를 통해, 광원 및 광학 요소 또는 조리개 장치는 투영 장치가 매핑 오류를 야기하는 정도까지 가열될 수 있다. 이 경우, 광학 요소들 및 경우에 따라 제공되는 조리개 장치들은 재료 차이로 인해 서로 상이한 열 팽창 계수를 나타낼 수 있고 서로 상이하게 팽창될 수 있다. 이런 문제는, 입사 광학 요소 및 출사 광학 요소와 같은 투명한 요소들, 및 경우에 따라 제공되는 조리개 장치들과 같은 흡수하는 요소들이 입열의 조건에서 서로 다른 온도 레벨에 도달할 때 그만큼 더 많이 증가된다.
그러므로 본 발명의 과제는, 매핑 오류가 증가하는 소형화에도 불구하고 최대한 가능한 한 방지될 수 있는 투영 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 도입부에 언급한 유형의 투영 장치에 있어서, 본 발명에 따라서 광 비투과성 코팅층은 적어도 평면으로 상호 간에 겹쳐 배치되는 부분 층들, 요컨대 금속 소재의 반사성 제1 부분 층과 실질적으로 검은색의 광 흡수 래커로 구성되는 제2 부분 층으로 구성되고, 제1 부분 층은 입사 광학 요소와 제2 부분 층 사이에 배치되는 것인, 상기 투영 장치에 의해 해결된다.
본 발명에 따라 금속 소재의 제1 부분 층을 포함하고 검은색의 제2 광 흡수 부분 층에 의해 덮이는 광 비투과성 코팅층을 제공하는 것을 통해, 입사 광학 요소를 통해 조리개 장치로 방향 조정되는 광이 종래 통상적인 것처럼 대부분이 조리개 장치에서 흡수되는 것이 아니라, 금속 소재의 제1 부분 층을 통해 다시 재반사됨으로써, 조리개 장치 내로의 입열은 강하게 감소될 수 있다. 제1 부분 층은 입사 광학 요소를 통해 입력 결합되는 완전한 광속(light flux)에 노출되는 제1 층이기 때문에, 제1 부분 층의 반사 특성은 특히 바람직하고 그에 따라 적어도 하나의 캐리어 및 만일의 경우 그 상에 부착되는 광학 요소들(예: 입사 및/또는 출사 광학 요소) 내로의 입열을 감소시키며, 그럼으로써 열 팽창으로 인해 야기되는 매핑 오류는 상쇄되게 된다.
조리개 장치 내로의 실제적인 입열은 실제로 광속 및 형성될 광 분포 모두에 의해 따라 결정된다. 예컨대, 로우빔 광 분포의 경우, 입사 광학 요소를 통해 조사되는 광의 약 40%는 조리개 장치에 의해 차광된다. 그에 따라, 제1 부분 층 상에서의 반사를 통해 조리개 장치 내로의 입열은 유의적으로 감소된다. 그 외에도, 이런 반사된 광은 간섭 산란광을 야기하지 않는다.
그에 추가로, 하류에 배치되는 검은색의 제2 부분 층을 제공하는 것을 통해, 매핑 오류를 감소시키는 추가 효과가 달성된다. 후속 층이 없는 금속 소재의 제1 부분 층을 제공함에 따라, 조리개 장치 내로 재결합되는 산란 광은 반사 층을 통해 다시금 전방으로 반사될 수도 있다. 이는 하류에 배치되는 광학 요소에서 의도하지 않은 누화(cross-talk)를 야기할 수도 있다. 제2 광 흡수 부분 층에 의해 상기 재결합되는 산란 광은 흡수될 수 있고 그에 따라 누화는 방지될 수 있다. 산란 광은 단지 전체 광속 중에서 적은 비율만을 나타내기 때문에, 그렇게 하여 조리개 장치 내로 유입되는 입열은 무시될 수 있다. 그 외에도, 금속 코팅된 층을 통해, 조리개 장치의 불투명도(opaqueness)는 증가된다.
이런 관점에서 언급할 사항은, 전술한 적어도 하나의 조리개 장치의 하류에 배치될 수 있는 전혀 또 다른 조리개 장치들이 제공될 수 있다는 점이다. 예컨대 광학 오류의 제거를 위해 제공될 수 있는 제2 빔 조리개가 제공될 수 있다. "실질적으로 입사 광학 요소 내로 입사되는 전체 광이 제1 조리개 장치로 방향 조정된다"는 표현은, 산란 광을 방지하고 가능성에 따라서 입사 광학 요소 내로 입력 결합된 전체 광속을 제1 조리개 장치로 방향 조정하도록 하는 점을 의도하는 배치를 의미한다. "실질적으로 광 비투과성인 코팅층"이란 표현은, 상기 코팅층에 부딪히는 광이 적어도 소정의 정도로 감소시킴으로써 사람의 눈에 광의 통과가 인지될 수 없게 하는 코팅층을 의미한다.
이 경우, "실질적으로 ~에서부터 출사되는 전체 광"이란 기재문구는, 실제로 입사 마이크로 광학 요소에서부터 출사되는 전체 광속을 유일하게 할당된 출사 마이크로 광학 요소 내로 조사하도록 하는 점을 의도하는 것을 의미한다. 이런 사항이 조건들로 인해 불가능한 경우라면, 적어도, 결과적으로 눈부심 등을 야기할 수 있는 산란 광과 같은 불리한 광학 효과들이 발생하지 않도록 적은 광속을 인접한 출사 마이크로 광학 요소 내로 조사하도록 하는 점이 의도된다.
또한, "~하는 방식으로 입사 마이크로 광학 요소들이 형성되고, 그리고/또는 입사 마이크로 광학 요소들과 출사 마이크로 광학 요소들이 상호 간에 상대적으로 배치된다"는 기재문구는, 예컨대 독점적으로, 또는 바람직하게는 그의 실질적인 기능에 추가로, 전체 광속이 정확하게 할당된 출사 마이크로 광학 요소로 지향되게 하는 기능도 보유하는 조리개들(계속하여 하기 참조)과 같은 추가 조치들이 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
종래 투영 시스템에서처럼 단일의 광학 요소 대신, 복수 내지 다수의 할당된 마이크로 광학 요소의 이용을 통해, 마이크로 광학 요소들의 초점 거리들뿐만 아니라 그 치수들 역시도 "종래" 광학 요소의 경우보다 분명히 더 작다. 그와 동일하게, 중심 두께도 종래 광학 요소에 비해 감소될 수 있다. 그렇게 하여, 투영 장치의 구조 깊이는 종래 광학 요소에 비해 분명하게 감소될 수 있다.
마이크로 광학 시스템들의 개수의 증가를 통해, 한편으로 광속은 증가되거나 일정한 비율로 조정되며, 마이크로 광학 시스템들의 개수와 관련한 상한은 우선 각각 가용한 제조 방법을 통해 제한된다. 로우빔 기능의 생성을 위해 예컨대 200개 내지 400개의 마이크로 광학 시스템으로도 충분할 수 있거나, 또는 유리할 수 있으며, 이는 상한 또는 하한의 제한 값을 기술하는 것이 아니라, 오직 예시의 개수만을 기술하는 것이어야 한다. 광속의 증가를 위해, 동일한 유형의 마이크로 광학 요소들의 개수를 증가시키는 것이 유리하다. 그와 반대로, 상이한 광 분포들을 생성하거나 중첩시키도록 하나의 투영 시스템 내에 상이한 광학 거동을 갖는 마이크로 광학 요소들을 수용하기 위해 복수의 마이크로 광학 요소를 사용할 수도 있다. 그에 따라, 복수의 마이크로 광학 요소는, 종래 광학 요소의 경우 제공되지 않은 구성 가능성을 허용한다. 소수의 마이크로 광학 요소는 서로 상이한 초점 거리를 보유할 수 있으며, 그럼으로써 광 분포의 구성 시 추가적인 자유도들이 획득되게 된다. 다수의 마이크로 광학 요소는 난시 렌즈들(astigmatic lens)로서 형성될 수 있으며, 그럼으로써 입사하는 광속은 예컨대 수평 및 수직 방향으로 상이한 영향을 받게 된다. 그에 따라, 소수의 마이크로 광학 요소는 예컨대 광 분포 내에서 방사조도(irradiance)의 최댓값의 변경에 기여할 수 있으며, 다른 마이크로 광학 요소들은 다시금 광 분포의 수평 확장을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 상기 투영 장치 내지 광 모듈은 일정한 크기로 조정될 수 있으며, 다시 말하면 구조가 동일하거나 유사하게 구성되는 복수의 광 모듈이 보다 더 큰 전체 시스템으로, 예컨대 차량 헤드램프로 조립될 수 있다.
투영 렌즈를 포함하는 종래 투영 시스템의 경우, 렌즈는 60㎜와 90㎜ 사이의 표준 지름을 보유한다. 본 발명에 따른 모듈의 경우, 개별 마이크로 광학 시스템들은 약 2㎜ x 2㎜(V 및 H 축)의 표준 치수와 약 6㎜ ~ 10㎜의 깊이(Z 축 - 예컨대 도 1 참조)를 보유하며, 그럼으로써 종래 모듈들과 비교하여 본 발명에 따른 모듈의 분명하게 보다 더 얇은 깊이가 달성되게 된다.
본 발명에 따른 투영 장치는 작은 구조 깊이를 보유하며, 그리고 기본적으로 자유 형상(free form)으로 형성될 수 있으며, 다시 말하면 예컨대 제2 부분 광 분포를 위한 제2 광 모듈로부터 분리된 방식으로 제1 부분 광 분포의 생성을 위한 제1 광 모듈을 형성할 수 있으며, 그리고 상기 광 모듈들을 상대적으로 자유롭게, 다시 말하면 수직 및/또는 수평 방향으로, 그리고/또는 깊이에서 상호 간에 오프셋된 방식으로 배치할 수 있으며, 그럼으로써 설계 입력 역시도 보다 더 간단하게 실현되게 된다.
본 발명에 따른 투영 모듈의 또 다른 장점은, 투영 장치에 상대적인 광원(들)의 정확한 포지셔닝이 생략된다는 점에 있다. 정확한 포지셔닝은, 적어도 하나의 광원이 상황에 따라 모두 실질적으로 동일한 광 패턴을 생성하는 입사 마이크로 광학 요소들의 전체 어레이를 조명할 수 있는 점에 한해 단지 부수적인 중요성을 갖는다. 이는, 달리 표현하면, 단지 "실제의" 광원(actual light source)이 실재하는 광원(들)(real light source), 및 입사 마이크로 광학 요소들의 어레이에 의해 형성된다는 것을 의미할 뿐이다. 이런 경우, 상기 "실제의" 광원은 출사 마이크로 광학 요소들을, 그리고 경우에 따라 그에 할당된 조리개들을 조명한다. 그러나 이제는 입사 및 출사 마이크로 광학 요소들이 거의 하나의 시스템을 형성하므로 이미 최적으로 상호 간에 매칭되어 있기 때문에, 실제의 광원(들)의 정확하지 않은 포지셔닝은 중요하게 생각되지 않는다. 실재하는 광원들은, 예컨대 자체의 광이 복합 포물형 집열기(CPC: Compound Parabolic Concentrators) 또는 TIR 렌즈들(TIR: Total Internal Reflection; 내부 전반사)과 같은 시준기들에 의해 평행하게 지향되는 예컨대 발광다이오드들과 같은 거의 점 형태 광원들이다. 광원으로부터 방사되는 광의 평행 지향을 통해, 광원과 투영 장치 간의 상대 위치는 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 투영 장치는 매우 상이한 광 분포들을 생성하도록 구성될 수 있다. 이런 관점에서, 예시로서 하기 광 분포들이 언급된다.
*) 코너링광 광 분포;
*) 도시광 광 분포;
*) 국도광(country road light) 광 분포;
*) 고속도로광(highway light) 광 분포;
*) 고속도로광용 추가 광을 위한 광 분포;
*) 벤딩광 광 분포;
*) 로우빔 근거리 광 분포;
*) 원거리 내 비대칭 로우빔을 위한 광 분포;
*) 벤딩광 모드에서 원거리 내 비대칭 로우빔을 위한 광 분포;
*) 하이빔 광 분포;
*) 눈부심 없는 하이빔 광 분포.
상기 광 분포들의 형상과 관련한 실례들은 특히 문헌 AT 514967 B1호에서 추론할 수 있다.
특히, 제2 부분 층은 검은색의 포토레지스트(photoresist)로 구성될 수 있다. 그렇게 하여, 광투과성 영역들의 간격(clearance)은 치수에 정확하고 효율적으로 정해질 수 있다. 포토레지스트는, 포토리소그래픽 구조화를 위한 래커를 의미하며, 다시 말하면 노광(light exposure) 시, 포토 층(photo-layer)의 용해성이 예컨대 노광 마스크 또는 포토마스크 하에 자외선 조명을 통해 국소적으로 변경된다. 또한, 상기 래커는 포토레지스트 래커로서도 지칭될 수 있으며, 그리고 예컨대 "Daxin ABK408X" 제품의 형태로 시장에서 구입할 수 있다.
바람직한 방식으로, 금속 층은 알루미늄, 크롬, 및/또는 블랙 크롬으로 구성될 수 있거나, 그 대안으로는 마그네슘, 티타늄, 탄탈룸, 몰리브덴, 철, 구리, 니켈, 팔라듐, 은, 아연, 안티몬, 주석, 비소 또는 비스무트로 구성될 수 있다. 또한, 금속 층은 예컨대 규소, 갈륨 또는 인듐과 같은 반금속들(half-metal)/반도체들을 통해 형성될 수도 있다.
캐리어에 대한 열 팽창의 영향을 감소시키기 위해, 최대한 낮은 열 팽창 계수를 갖는 재료를 제공할 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 캐리어는 적어도 부분적으로, 또는 완전하게 유리로 구성될 수 있다.
특히 유리 경계층들 상에는, 층 구성의 반사 거동에 긍정적으로 작용하는 전형적인 무반사 코팅층들(AR-Coatings; Anti-reflection coatings)이 적층될 수 있다. 특히 유리 캐리어와 금속 부분 층 간의 굴절률 매칭을 통해, 반사도가 증가됨으로써, 입열은 추가로 감소될 수 있다.
또한, 입사 및 출사 광학 요소는 적어도 하나의 캐리어와 고정되게 연결될 수 있다. 그에 따라, 입사 광학 요소와 출사 광학 요소 상호 간의 위치 오류는 방지될 수 있다.
그 대안으로, 2개 이상의 캐리어는 입사 광학 요소와 출사 광학 요소 사이에 배치될 수 있으며, 입사 광학 요소와 출사 광학 요소는 각각 하나의 캐리어와 고정되게 연결된다. 또한, 캐리어들은 상호 간에 고정되게 연결될 수도 있다.
또한, 광 비투과성 코팅층은 0.001 미만의 투과율(T), 보다 더 바람직하게는 0.0002 미만의 투과율(T)을 보유할 수 있다.
그 외에도, 금속 소재의 반사성 제1 부분 층은 400㎚과 700㎚ 사이의 파장 범위의 광(다시 말해 가시광)에 대해 최소한 0.55의 반사 계수, 보다 더 바람직하게는 0.85를 초과하는 반사 계수(> 0.85)를 보유할 수 있다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 본 발명에 따른 투영 장치, 및 투영 장치 내로 광을 입력하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하는 자동차 헤드램프용 마이크로 투영 광 모듈에 관한 것이다.
바람직한 방식으로, 광원은 적어도 하나의 LED, 바람직하게는 복수의 LED를 포함하고, 각자의 광원은 광을 시준하면서 평행하게 정렬하는 광학 요소를 포함하며, 이 광학 요소는 입사 광학 요소 내로 평행하게 지향되는 방식으로 조사하도록 형성되어 배치된다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 마이크로 투영 광 모듈을 포함하는 차량 헤드램프, 특히 자동차 헤드램프에 관한 것이다.
그 밖에도, 본 발명은 본 발명에 따른 투영 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다.
I) 하기 부분 단계들에 따라서 광학적으로 유효한 표면을 포함하는 적어도 하나의 제1 조리개 장치를 형성하기 위해 광 투과성 캐리어를 견인하면서 가공하는 견인 및 가공 단계:
a) 금속 소재의 반사성 제1 부분 층으로 광 투과성 캐리어의 일측 면을 코팅하는 부분 단계;
b) 검은색의 광 흡수 포토레지스트로 구성되는 제2 부분 층으로 제1 부분 층을 전면적으로 덮는 부분 단계;
c) 제2 부분 층의 안쪽에서 제1 부분 층의 대응하는 영역들이 노출되게 하는 광 투과성 윈도우들을 형성하기 위해 제2 부분 층을 노광시키고 현상(development)하는 부분 단계;
d) 에칭 또는 용해 방법을 이용하여 금속 소재의 반사성 제1 부분 층의 대응하는 영역들을 제거함으로써, 제1 부분 층 내에 단계 c)에 대응하고 일치하는 광 투과성 윈도우들을 형성하는 부분 단계,
II) 입사 광학 요소와 출사 광학 요소 사이에 단계 I)에 따라 수득된 캐리어를 포지셔닝하는 포지셔닝 단계이며, 입사 광학 요소는 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 입사 마이크로 광학 요소를 포함하며, 그리고 출사 광학 요소는 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 출사 마이크로 광학 요소를 포함하며, 제1 조리개 장치는, 실질적으로 입사 광학 요소 내로 입사되는 전체 광이 조리개 장치로 방향 조정되는 방식으로 배치되며, 광학적으로 유효한 표면에는, 기설정 가능한 광 분포의 형성을 위해, 제1 및 제2 부분 층의 중첩을 통해 수득되는 실질적으로 광 비투과성인 코팅층을 통해 범위 한정되는 광 투과성 윈도우들이 부분 단계 I-d)에 따라서 형성되며, 제1 부분 층은 입사 광학 요소와 제2 부분 층 사이에 배치되는 것인, 상기 포지셔닝 단계.
또한, -이미 본 발명에 따른 투영 장치와 관련하여 언급한 것처럼-, 각자의 입사 마이크로 광학 요소에는 정확하게 하나의 출사 마이크로 광학 요소가 할당될 수 있으며, 실질적으로 입사 마이크로 광학 요소에서부터 출사되는 전체 광이 단지 할당된 출사 마이크로 광학 요소 내로만 입사되는 방식으로 입사 마이크로 광학 요소들이 형성되고, 그리고/또는 입사 마이크로 광학 요소들과 출사 마이크로 광학 요소들이 상호 간에 상대적으로 배치되며, 그리고 입사 마이크로 광학 요소들에 의해 사전 형성된 광은 출사 마이크로 광학 요소들에 의해 자동차의 전방 영역에 적어도 하나의 광 분포로서 매핑된다.
바람직한 방식으로, 부분 단계 I-b)에 따라서 검은색의 광 흡수 포토레지스트로 구성되는 제2 부분 층으로 제1 부분 층을 전면적으로 덮는 부분 단계는 스핀 코팅(spin coating) 또는 분무 래커링(spray lacquering)에 의해 적용될 수 있다.
특히 제2 부분 층의 층 두께는 0.5와 4마이크로미터 사이, 보다 더 바람직하게는 1.5마이크로미터일 수 있다. 제1 부분 층의 층 두께는 100과 400나노미터 사이, 보다 더 바람직하게는 200㎚이다.
달리 표현하면, 본 발명에서 광원으로서 LED들이 사용될 수 있으며, 시준기 광학계들에 의해서는 LED의 방사된 광원뿔(light cone)이 실질적으로 평행하게 지향될 수 있다. 이런 평행 광은 마이크로 렌즈 어레이를 위한 조명으로서 사용될 수 있다. 마이크로 렌즈 스택 내에는, 우선 일차 렌즈 어레이에 의해, 평행 광이 각각 일차 빔 조리개(요컨대 제1 조리개 장치) 상으로 집광될 수 있으며, 상기 조리개 내에서 집광된 광은 의도되는 분포(예: 로우빔)로 제한된다. 그런 후에, 시스템 내에서 광학 오류들(연결하는 마이크로 투영 시스템들 내로 광의 의도하지 않은 누화)을 교정할 수 있는 이차 빔 조리개가 후속할 수 있다. 단부에는, 도로 상에 의도하는 광 분포를 매핑하는 이차 렌즈 어레이(출사 광학 요소)가 위치된다.
하기 요건들은 제1 조리개 장치를 통해 충족될 수 있다.
- 분해능 정밀도 < 4㎛;
- 차량 유효 수명에 걸쳐 -40℃ 내지 180℃에 대한 내온성;
- 바람직하게는 0.0002 미만의 투과율;
- (주행 방향에서) 전방을 향해 최대한 광 흡수.
상기 조리개 장치는 하기 단계들을 통해 수득될 수 있다.
단계 1: 유리 기판은 일측 면에서 완전하게 금속 코팅된다. 예컨대 알루미늄이 스퍼터링될 수 있다(200㎚ 범위의 층 두께). 그 대안으로, 동일하게 예컨대 크롬, 블랙 크롬 등도 이용될 수도 있다.
단계 2: 스핀 코팅 또는 분무 래커링에 의해 검은색의 네거티브 포토레지스트가 금속 코팅된 층에 걸쳐서 전면적으로 적층될 수 있다(층 두께: 1.5와 2㎛ 사이). 그런 후에, 포토레지스트는 마스크를 통해 노광될 수 있다. 현상액에 의해, 구조화된 조리개 기하구조는 의도하는 분해능 정확도(< 4㎛)로 현상될 수 있다. 그러나 포지티브 포토레지스트의 이용 역시도 가능하다.
단계 3: 금속 코팅은 습식 화학 공정에 의해 자유롭게 에칭될 수 있다. 구조화된 검은색의 포토레지스트는 본 단계에서 에칭 마스크로서 이용된다. 그 결과로, 일측 면에 반사성이면서 검은색의 층을 포함하는 구조화된 빔 조리개가 수득된다.
본 발명은 하기에서 도면들에 분명하게 도시되어 있는 예시이면서 비제한적인 일 실시형태에 따라서 설명된다.
도 1은 본 발명의 사용을 위해 준비되는 마이크로 투영 광 모듈 내지 그 내에 포함된 투영 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 투영 장치의 개략적 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 캐리어의 상세도이다.
도 4a ~ 4m은 본 발명에 따른 투영 장치의 제조를 위한 예시의 단계들을 각각 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 투영 장치의 개략적 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 캐리어의 상세도이다.
도 4a ~ 4m은 본 발명에 따른 투영 장치의 제조를 위한 예시의 단계들을 각각 도시한 도면이다.
하기 도면들에서, -다른 방식으로 명시되지 않는 한- 동일한 도면부호들은 동일한 특징들을 표시한다.
도 1에는, 본 발명을 위해 사용될 수 있는 것과 같은 마이크로 투영 광 모듈(10) 내지 그 내에 포함된 투영 장치의 사시도가 도시되어 있으며, 광 모듈(10)은, 광원(2)과, 광을 시준하는 광학 요소(7)와, 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 입사 마이크로 광학 요소(3a)를 포함하는 입사 광학 요소(3)와, 캐리어(5)와, 출사 광학 요소(4)를 포함한다. 출사 광학 요소(4)는 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 출사 마이크로 광학 요소(4a)를 포함한다.
투영 장치(1)는 자동차 헤드램프 내에서의 장착을 위해 적합하며, 장착된 상태에서 축(x)은 차량 종축 내지 주행 방향을 표시하며, 축(y)은 축(x)에 대해 법선으로 배향된 수평축을 표시하며, 축(z)은 축(x 및 y)들을 통해 펼쳐 형성되는 수평 평면에 대해 법선으로 배향되는 수직 축을 표시한다.
도 2에는, 본 발명에 따른 투영 장치(1), 내지 적어도 하나의 투영 장치(1)와, 이 투영 장치(1) 내로 광을 입력하기 위한 적어도 하나의 광원(2)을 포함하는 자동차 헤드램프용 마이크로 투영 광 모듈(10)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 도 2에서는, 각자의 입사 마이크로 광학 요소(3a)에 정확히 하나의 출사 마이크로 광학 요소(4a)가 할당되어 있는 점을 확인할 수 있다. 이 경우, 실질적으로 입사 마이크로 광학 요소(3a)에서부터 출사되는 전체 광이 단지 할당되는 출사 마이크로 광학 요소(4a) 내로만 입사되는 방식으로, 입사 마이크로 광학 요소(3a)들이 형성되고, 그리고/또는 입사 마이크로 광학 요소(3a)들과 출사 마이크로 출사 광학 요소(4a)들은 상호 간에 상대적으로 배치된다. 입사 마이크로 광학 요소(3a)들에 의해 사전 형성된 광은 출사 마이크로 광학 요소(4a)들에 의해 자동차의 전방 영역에 적어도 하나의 광 분포로서 매핑된다.
입사 광학 요소(3)와 출사 광학 요소(4) 사이에는 적어도 하나의 광 투과성 캐리어(5)가 배치되며, 적어도 하나의 캐리어(5)는 적어도 하나의 제1 조리개 장치(6)를 포함하며, 제1 조리개 장치(6)는, 실질적으로 입사 광학 요소(3) 내로 입사되는 전체 광이 조리개 장치(6)로 방향 조정되는 방식으로 배치되며, 조리개 장치(6)는 광학적으로 유효한 표면(6a)을 포함하며, 광학적으로 유효한 표면(6a)에는 기설정 가능한 광 분포의 형성을 위해 실질적으로 광 비투과성인 코팅층을 통해 범위 한정되는 광 투과성 윈도우들(6b)(예컨대 도 3 및 도 4b와 4c 참조)이 형성된다.
도 2 및 도 3에 따라서는, 광 비투과성 코팅층이 적어도 평면으로 상호 간에 겹쳐 배치되는 부분 층(6' 및 6")들, 요컨대 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')과, 실질적으로 검은색의 광 흡수 래커로 구성되는 제2 부분 층(6")으로 구성되며, 제1 부분 층(6')은 입사 광학 요소(3)와 제2 부분 층(6") 사이에 배치된다. 이런 경우에, 상기 어셈블리는, 두 층이 제1 캐리어(5)의 광 출사면 상에 배치되고 제1 부분 층(6')이 적층되며 그에 후속하여서는 제2 부분 층(6")이 적층됨으로써 제조된다. 예시의 광빔(L1)에 따라서는, 광이 입사 광학 요소(3)를 통해 광학적으로 유효한 표면(6a)으로 방향 조정되어 광 투과성 윈도우(6b)들을 통과할 수 있는 점을 확인할 수 있다. 윈도우(6b)들을 통과하는 광빔(L2)은 출사 광학 요소(4)의 대응하는 출사 마이크로 광학 요소(4a)들에 부딪치며, 상기 광빔(LV)은 출사 마이크로 광학 요소(4a)들에서부터 대개 바깥쪽으로 배출된다. 그러나 적은(의도하지 않은) 비율은 출사 광학 요소(4)를 통해 다시 제2 부분 층(6")의 방향으로 반사되되, 이 제2 부분 층은, 상기 광빔을 흡수하도록, 그리고 그에 따라 상기 광빔이 제어되지 않으면서 출사 광학 요소(4)의 방향으로 반사되는 점을 방지하도록 구성되어 있다. 그에 따라, 출사 광학 요소(4) 상에서의 반사를 통해 야기되는 광빔(LS)의 누화는 효과적으로 상쇄될 수 있다.
도 4a ~ 4m에는, 본 발명에 따른 투영 장치(1)의 제조를 위한 예시의 단계들이 도시되어 있다. 도 4a)에는, 제1 조리개 장치(6)의 형성을 위해 견인되면서 하기와 같이 가공되는 광 투과성 캐리어(5)가 도시되어 있다. 요컨대 도 4a에 따라서, 캐리어(5)의 일측 면은 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')으로 코팅된다. 그에 뒤이어, 제1 부분 층(6')은 검은색의 광 흡수 포토레지스트로 구성되는 제2 부분 층(6")으로 전면적으로 덮인다(도 4b). 다음 단계로서는, 제2 부분 층의 안쪽에서 제1 부분 층(6")의 대응하는 영역들이 노출되게 하는 광 투과성 윈도우들을 형성하기 위해 제2 부분 층(6")의 노광 및 현상이 수행된다(도 4c). 그런 후에, 제1 부분 층 내에서 광 투과성 윈도우(6b)들은 에칭 방법에 의해 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')의 대응하는 영역들의 제거를 통해 형성된다(도 4d 참조). 광 투과성 윈도우(6b)들의 윤곽들은 임의로 형성될 수 있다. 요컨대 예시로 도시된 실시형태는 비대칭 상승부를 포함한 로우빔 광 분포에 상응한다. 그에 이어서, 입사 광학 요소(3)는 캐리어(5) 상에 장착되며(도 4e), 제1 부분 층(6')은 입사 광학 요소(3)와 제2 부분 층(6") 사이에 배치된다. 본 실시예에서는 제2 캐리어(8)가 제공되며, 이 제2 캐리어 상에는 광학적 매핑 오류들을 감소시키기 위해 보다 더 광폭인 조리개(9)가 제공된다. 상기 캐리어는 2개의 요소, 요컨대 조리개 캐리어(8)와 커버 요소(8')로 구성된다. 커버 요소(8') 상에는 출사 광학 요소(4)가 장착될 수 있다(도 4f ~ 4k 참조). 마지막으로, 캐리어(5 및 8)들은 상호 간에 연결되며, 그럼으로써 입사 광학 요소(3)와 출사 광학 요소(4)는 상호 간에 대향하여 위치하게 되고 조리개(6 및 9)들은 그들 사이에 위치하는 방식으로 배치되게 된다.
본원의 교시를 고려하여, 통상의 기술자는, 발명의 보조 없이, 본 발명의 미도시된 다른 실시형태들에 도달할 수 있다. 그러므로 본 발명은 도시된 실시형태들로 제한되지 않는다. 또한, 본 발명 내지 실시형태의 개별 양태들은 선정되어 상호 간에 조합될 수 있다. 여기서 핵심은, 본원의 명세서를 알고 있는 상태에서 통상의 기술자를 통해 다양한 방식으로 실행될 수 있고 그럼에도 그 자체로서 유지되는, 본 발명의 기초가 되는 사상에 있다. 청구범위에서 볼 수도 있는 도면부호들은 예시일 뿐이고 청구범위를 제한하지 않으면서 청구범위의 보다 더 간단한 판독을 위해서만 이용된다.
Claims (15)
- 자동차 헤드램프용 투영 장치(1)로서,
상기 투영 장치(1)는 적어도 하나의 광 분포의 형태로 자동차의 전방 영역에서 투영 장치(1)에 할당된 적어도 하나의 광원(2)의 광을 매핑하도록 구성되며,
상기 투영 장치(1)는,
- 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 입사 마이크로 광학 요소(3a)를 구비하는 입사 광학 요소(3)와,
- 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 출사 마이크로 광학 요소(4a)를 구비하는 출사 광학 요소를 포함하며,
각자의 입사 마이크로 광학 요소(3a)에는 정확히 하나의 출사 마이크로 광학 요소(4a)가 할당되되,
실질적으로 하나의 입사 마이크로 광학 요소(3a)에서부터 출사되는 전체 광은 단지 할당된 출사 마이크로 광학 요소(4a) 내로만 입사되는 방식으로 입사 마이크로 광학 요소(3a)들이 형성되고, 그리고/또는 입사 마이크로 광학 요소(3a)들과 출사 마이크로 광학 요소(4a)들이 상호 간에 상대적으로 배치되며, 그리고
입사 마이크로 광학 요소(3a)들에 의해 사전 형성된 광은 출사 마이크로 광학 요소(4a)들에 의해 자동차의 전방 영역에 적어도 하나의 광 분포로서 매핑되며,
입사 광학 요소(3)와 출사 광학 요소(4) 사이에 적어도 하나의 광 투과성 캐리어(5)가 배치되며, 적어도 하나의 캐리어(5)는 적어도 하나의 제1 조리개 장치(6)를 포함하며, 제1 조리개 장치(6)는, 실질적으로 입사 광학 요소(3) 내로 입사되는 전체 광이 제1 조리개 장치(6)로 방향 조정되는 방식으로 배치되며, 제1 조리개 장치(6)는 광학적으로 유효한 표면(6a)을 포함하며, 광학적으로 유효한 표면(6a)에는 기설정 가능한 광 분포의 형성을 위해 실질적으로 광 비투과성인 코팅층을 통해 범위 한정되어 있는 광 투과성 윈도우(6b)들이 형성되는 것인, 상기 자동차 헤드램프용 투영 장치에 있어서,
상기 광 비투과성 코팅층은 적어도 평면으로 상호 간에 겹쳐 배치되는 부분 층들, 요컨대 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')과 실질적으로 검은색의 광 흡수 래커로 구성되는 제2 부분 층(6")으로 구성되고, 상기 제1 부분 층(6')은 상기 입사 광학 요소(3)와 상기 제2 부분 층(6") 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1). - 제1항에 있어서, 상기 제2 부분 층(6")은 검은색의 포토레지스트로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 소재의 반사성 제1 부분 층은 알루미늄, 크롬 및/또는 블랙 크롬으로 구성되며, 그 대안으로는 마그네슘, 티타늄, 탄탈룸, 몰리브덴, 철, 구리, 니켈, 팔라듐, 은, 아연, 안티몬, 주석, 비소 또는 비스무트로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어(5)는 적어도 부분적으로 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사 광학 요소(3) 및 상기 출사 광학 요소(4)는 상기 적어도 하나의 캐리어(5)와 고정되게 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 캐리어(5, 8, 8')는 상기 입사 광학 요소와 상기 출사 광학 요소(4) 사이에 배치되며, 상기 입사 광학 요소(3)와 상기 출사 광학 요소(4)는 각각 하나의 캐리어(5, 8, 8')와 고정되게 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 광 비투과성 코팅층은 0.001 미만의 투과율(T), 보다 더 바람직하게는 0.0002 미만의 투과율(T)을 보유하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')은 400㎚과 700㎚ 사이의 파장 범위의 광에 대해 최소한 0.55, 보다 더 바람직하게는 0.85의 반사 계수를 보유하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 투영 장치(1).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 투영 장치(1)와, 상기 투영 장치 내로 광을 입력하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하는 자동차 헤드램프용 마이크로 투영 광 모듈(10).
- 제9항에 있어서, 상기 광원은 적어도 하나의 LED, 바람직하게는 복수의 LED를 포함하며, 각자의 광원은 LED의 광을 시준하면서 평행하게 정렬하는 광학 요소(7)를 포함하며, 상기 광학 요소는 입사 광학 요소(3) 내로 평행하게 지향되는 방식으로 조사하도록 형성되어 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 마이크로 투영 광 모듈(10).
- 제9항 또는 제10항에 따른 적어도 하나의 마이크로 투영 광 모듈(10)을 포함하는 차량 헤드램프, 특히 자동차 헤드램프.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 투영 장치(1)를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
I) 하기 부분 단계들에 따라서 광학적으로 유효한 표면을 포함하는 적어도 하나의 제1 조리개 장치(6)를 형성하기 위해 광 투과성 캐리어를 견인하면서 가공하는 견인 및 가공 단계:
a) 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')으로 상기 광 투과성 캐리어의 일측 면을 코팅하는 부분 단계;
b) 검은색의 광 흡수 포토레지스트로 구성되는 제2 부분 층(6")으로 상기 제1 부분 층(6')을 전면적으로 덮는 부분 단계;
c) 상기 제2 부분 층(6")의 안쪽에서 상기 제1 부분 층(6')의 대응하는 영역들이 노출되게 하는 광 투과성 윈도우들을 형성하기 위해 상기 제2 부분 층(6")을 노광시키고 현상하는 부분 단계;
d) 에칭 또는 용해 방법을 이용하여 상기 금속 소재의 반사성 제1 부분 층(6')의 대응하는 영역들을 제거함으로써, 상기 제1 부분 층(6') 내에 단계 c)에 대응하고 일치하는 광 투과성 윈도우(6b)들을 형성하는 부분 단계;와,
II) 입사 광학 요소(3)와 출사 광학 요소(4) 사이에 단계 I)에 따라 수득된 캐리어(5)를 포지셔닝하는 포지셔닝 단계이며, 상기 입사 광학 요소(3)는 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 입사 마이크로 광학 요소(3a)를 포함하며, 그리고 상기 출사 광학 요소(4)는 바람직하게는 어레이 내에 배치되어 있는 복수의 출사 마이크로 광학 요소(4a)를 포함하며, 제1 조리개 장치(6)는, 실질적으로 상기 입사 광학 요소(3) 내로 입사되는 전체 광이 상기 조리개 장치(6)로 방향 조정되는 방식으로 배치되며, 상기 광학적으로 유효한 표면(6a)에는, 기설정 가능한 광 분포의 형성을 위해, 상기 제1 및 상기 제2 부분 층(6', 6")의 중첩을 통해 수득되는 실질적으로 광 비투과성인 코팅층을 통해 범위 한정되는 광 투과성 윈도우(6b)들이 부분 단계 I-d)에 따라서 형성되며, 상기 제1 부분 층(6')은 상기 입사 광학 요소(3)와 상기 제2 부분 층(6") 사이에 배치되는 것인, 상기 포지셔닝 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 장치의 제조 방법. - 제12항에 있어서, 부분 단계 I-b)에 따라서 검은색의 광 흡수 포토레지스트로 구성되는 제2 부분 층(6")으로 상기 제1 부분 층(6')을 전면적으로 덮는 부분 단계는 스핀 코팅 또는 분무 래커링에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 투영 장치의 제조 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제2 부분 층(6")의 층 두께는 0.5와 4마이크로미터 사이, 보다 더 바람직하게는 1.5마이크로미터인 것을 특징으로 하는 투영 장치의 제조 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분 층(6')의 층 두께는 100과 400나노미터 사이, 보다 더 바람직하게는 200나노미터인 것을 특징으로 하는 투영 장치의 제조 방법.
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