KR20200108335A - 매트릭스 형태로 배치되는 광도파관 요소들을 포함한 자동차 헤드램프 - Google Patents

매트릭스 형태로 배치되는 광도파관 요소들을 포함한 자동차 헤드램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 헤드램프(1)에 관한 것이며, 상기 자동차 헤드램프는, 적어도 하나의 광원(3), 및 광 출사면(5)을 구비한 보조 광학 요소(4)를 포함하는 램프 유닛(2)과; 램프 유닛의 하류에 배치되는 투영 광학계(7)를; 포함하며, 보조 광학 요소는 적어도 하나의 광원의 광을 입력하기 위한 각각 하나의 광 입력 결합면(8) 및 보조 광학 요소의 광 출사면 내에 위치하는 광 출력 결합면(9)들을 구비한 복수의 광도파관 요소(6)를 포함하여 전방을 향해 교통 공간 내로 광 패턴을 투영하며, 광도파관 요소들은 광 입력 결합면과 광 출력 결합면 사이에서 연장되며, 광 출력 결합면은 광 입력 결합면보다 더 큰 면적을 보유하며, 각자의 광도파관 요소는 측면에서 2개의 측면 표면(10)에 의해, 상부에서 하나의 루프 표면(11)에 의해, 그리고 하부에서는 하나의 바닥 표면(12)에 의해 한정되고 광 출력 결합면과 광 입력 결합면 사이에서는 테이퍼져 연장되는 방식으로 형성되며, 바닥 표면의 폭은 광 출사면에서부터 출발하여 감소하며, 적어도 하나의 광도파관 요소(6)의 바닥 표면(12) 및/또는 루프 표면(11)은 자체의 폭과 관련하여 광 출력 결합면(9)과 광 입력 결합면(8) 사이에 바닥 표면 및/또는 루프 표면의 가장 작은 폭(bm)을 보유하는 정확히 하나의 수축부(14)를 포함한다.

Description

매트릭스 형태로 배치되는 광도파관 요소들을 포함한 자동차 헤드램프
본 발명은 자동차 헤드램프에 관한 것이며, 상기 자동차 헤드램프는, 적어도 하나의 광원, 및 광 출사면을 구비한 보조 광학 요소를 포함하는 램프 유닛과; 램프 유닛의 하류에 배치되는 투영 광학계를; 포함하며, 보조 광학 요소는 적어도 하나의 광원의 광을 입력하기 위한 각각 하나의 광 입력 결합면 및 보조 광학 요소의 광 출사면 내에 위치하는 광 출력 결합면들을 구비한 복수의 광도파관 요소(waveguide element)를 포함하여 전방을 향해 교통 공간 내로 광 패턴을 투영하며, 광도파관 요소들은 광 입력 결합면과 광 출력 결합면 사이에서 연장되며, 광 출력 결합면은 광 입력 결합면보다 더 큰 면적을 보유하며, 각자의 광도파관 요소는 측면에서 2개의 측면 표면에 의해, 상부에서 하나의 루프 표면(roof surface)에 의해, 그리고 하부에서는 하나의 바닥 표면에 의해 한정되고 광 출력 결합면과 광 입력 결합면 사이에서는 테이퍼져(tapered) 연장되는 방식으로 형성되며, 바닥 표면 및/또는 루프 표면의 폭은 광 출사면에서부터 출발하여 감소한다.
상기 유형의 헤드램프는 예컨대 본원 출원인의 WO 2013/166535 A2호에 개시되어 있다. 상기 헤드램프의 경우, 현실적인 광 패턴을 위한 주요 사항은, 광이 그 내부에서 전반사를 통해 경계 벽부들 상에서 안내되는 광도파관 요소들을 형성하는 것에 있다.
본 발명의 과제는, 대상이 되는 유형의 헤드램프에서, 특히 생성되는 광 패턴의 훨씬 더 우수한 균질성 및 최대 휘도와 관련하여, 광도파관 요소들의 형상을 최적화하는 것에 있다.
상기 과제는, 도입부에 언급한 유형의 헤드램프에 있어서, 적어도 하나의 광도파관 요소의 바닥 표면 및/또는 루프 표면이 자체 폭과 관련하여 광 출사면과 광 입력 결합면 사이에 바닥 표면 및/또는 루프 표면의 가장 작은 폭을 보유하는 정확히 하나의 수축부(constriction)를 포함하는, 상기 헤드램프에 의해 해결된다.
본 발명에 의해, 이용되고 본 발명에 따라 형성되는 각자의 광도파관 요소의 경우, 보다 적은 간섭 영역들을 가지면서 광 출사면 상에서, 또는 생성된 광 패턴 내에서 상대적으로 더 높은 최대 광도를 갖는 광 분포가 달성되며, 그럼으로써 복수의 광도파관 요소에 의해 생성되는 전체 광 패턴 역시도 향상시키는 점을 확보하게 된다.
조명 공학에서 목적에 적합한 개선예의 경우, 루프 표면은 협폭의 챔퍼부(chamfer)에 걸쳐 양측에서 측면 표면들로 전이될 수 있다.
또한, 권장할 수 있는 점에 따라, 광도파관 요소들은 매트릭스형 어레이로 통합될 수 있다.
바람직하게는, 광도파관 요소들의 적어도 2행인 매트릭스의 최하부 열의 광도파관 요소들은 하나의 수축부를 포함할 수 있다.
또 다른 사례들에서, 권장할 수 있는 점에 따라, 광도파관 요소들의 적어도 2행인 매트릭스의 최상부 열의 광도파관 요소들은 하나의 수축부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 광도파관 요소들은 자신들의 전방 영역에서 상호 간에 일체형으로 연결되는데, 그 이유는 이런 점이 제조를 수월하게 하고 조밀하면서도 안정된 보조 광학 요소를 달성하기 때문이다.
이 경우, 유용하게는, 광도파관 요소들의 광 출력 결합면들은 보조 광학 요소의 광 출사면과 일치한다.
실무 지향적인 형성예의 경우, 수축부의 폭은 광 입력 결합면의 폭의 10 내지 80%이다.
실제로, 수축부가 광 입력 결합면에 가장 가까운 광도파관 요소의 반부(half) 내에 형성되는 경우, 의도되는 광 패턴과 관련하여 매우 바람직한 결과들을 얻게 된다.
본 발명과 또 다른 장점들, 그리고 종래 기술에 대한 발명의 차이점들은 하기에서 실시예들에 따라서도 보다 더 상세하게 설명되며, 그리고 도면에 도시되어 있다.
도 1은 헤드램프의 컴포넌트들, 요컨대 앞쪽에 놓이는 화경 시트(burning lens sheet) 및 투영 렌즈를 포함한 램프 유닛을 도시한 개략도이다.
도 2는 후방에서부터 광도파관 요소들의 광 입력 결합면들의 방향으로 비스듬하게 바라보면서 보조 광학 요소를 도시한 개략도이다.
도 3은 후방에서부터 본 발명에 따른 단일의 광도파관 요소의 광 입력 결합면의 방향으로 비스듬하게 바라보면서 상기 단일의 광도파관 요소를 도시한 도면이다.
도 4는 하부에서부터 도 3의 광도파관 요소의 바닥 표면의 방향으로 바라보면서 상기 광도파관 요소를 도시한 도면이다.
도 5는 후방에서부터 종래 기술에 따른 단일의 광도파관 요소의 광 입력 결합면의 방향으로 비스듬하게 바라보면서 상기 단일의 광도파관 요소를 도시한 도면이다.
도 6은 하부에서부터 도 5의 광도파관 요소의 바닥 표면의 방향으로 바라보면서 상기 광도파관 요소를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤드램프의 예시의 광 분포를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 중심선을 따라서 광도의 특성곡선을 나타낸 그래프이다.
도 9는 종래 기술에 따른 헤드램프의 예시의 광 분포를 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 중심선을 따라서 광도의 특성곡선을 나타낸 그래프이다.
도 1에 따른 도면에서는, 본 발명의 설명을 위해 중요한 구성부품들을 포함하는 본 발명에 따른 헤드램프(1)를 개략도로 확인할 수 있되, 헤드램프가 설정 장치들, 조정 장치들, 전기 공급 수단들, 조리개들 및 기타 다수처럼 여기서는 도시되지 않은 다수의 추가 구성부품을 보유한다는 점은 통상의 기술자에게 분명할 것이다. 본 발명과 관련하여, "헤드램프"란 용어가 이용된다면, 상기 용어는, 조합되어 상위의 헤드램프 내에 포함될 수 있는 개별 투영 모듈들 역시도 포함하는 것이어야 한다.
본 도면 및 하기 도면들에서, 동일하거나 유사한 요소들을 위해 보다 더 간단한 설명 및 도해를 목적으로 동일한 도면부호들이 이용된다.
청구범위에서 이용되는 도면부호들은 청구범위의 가독성 및 본 발명의 이해만을 수월하게 하는 것이어야 할 뿐이며, 어떠한 경우에도 본 발명의 보호 범위를 침해하는 특성을 갖지 않는다.
자동차 헤드램프(1)는, 복수의 광원, 여기서는 발광다이오드들, 약어로 LED(3)들의 어레이; 및 광 출사면(5)을 구비한 보조 광학 요소(4);를 포함하는 램프 유닛(2)을 포함하며, 보조 광학 요소(4)는 다수의 광도파관 요소(6)를 포함한다. LED(3)들은 자신들의 광을 광 전도성 보조 광학 요소(4) 내로 방사하고, 이 보조 광학 요소는 전방을 향해 의도되는 광 패턴을 방출한다. 이런 광 패턴은 이런 경우에 일체형 렌즈인 투영 광학계(7)에 의해 교통 공간 내에 투영된다.
도 2의 보다 더 큰 도면에서는, 각각 하나의 광 입력 결합면(8)을 보유한 복수의 광도파관 요소(6)를 포함하는 보조 광학 요소(4)의 예시의 형성을 확인할 수 있다. 바람직하게는, 각자의 광도파관 요소(6)에 정확히 하나의 광원이 할당되며, 특히 하나의 LED(3) 또는 복수의 LED가 할당된다. 분명한 점은, LED와 다른 광원들 역시도 적용될 수도 있다는 점이다. 램프 유닛(2)의 도시된 예시의 실시형태의 경우, 광도파관 요소(6)들은 길게 형성되며, 요컨대 광의 전파 방향에 대한 횡방향보다 상기 전파 방향으로 더 큰 치수를 보유하여 형성된다. 광도파관 요소들은 바람직하게는 복잡한 기하구조들의 제조를 위한 우수한 적합성을 갖는 고투명성이고 광 전도성인 가소성 플라스틱들로 구성된다. 이 경우, 실리콘 재료들이 특히 선호된다. 그러나 유리류의 이용 역시도 가능하다.
단일의 광도파관 요소(6)가 확대도로 도시되어 있는 도 3 및 도 4에서는, 광도파관 요소(6)들의 보다 더 정확한 형태를 확인할 수 있다. 상기 광도파관 요소들은, 광 출력 결합면(9)들에서부터 출발하여 자신들의 광 입력 결합면(8) 쪽으로 갈수록 테이퍼 형태로 가늘어지는 횡단면을 보유한다. 예컨대, 광도파관 요소(6)들은 원뿔대 형태로, 또는 도면들에 도시된 것처럼 거의 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
광 입력 결합면(8)들 내로는 적어도 하나의 광원, 여기서는 LED(3)들의 광이 입력된다. 광 출력 결합면(9)들은 보조 광학 요소(4)의 광 출사면(5) 내에 위치한다. 언급한 테이퍼 형태에 따라서, 광 출력 결합면(9)은 광 입력 결합면(8)보다 더 큰 면적을 보유한다. 측면에서 광도파관 요소(6)는 2개의 측면 표면(10)에 의해, 상부에서는 하나의 루프 표면(11)에 의해, 그리고 하부에서는 바닥 표면(12)에 의해 한정된다. 루프 표면(11)은 도시된 실시형태의 경우 협폭의 챔퍼부(13)들에 걸쳐 양측에서 측면 표면(10)들로 전이된다.
도 3 및 도 4에서 알 수 있는 것처럼, 바닥 표면(12)의 폭은 광 출력 결합면(9)에서부터 출발하여 광 입력 결합면(8) 쪽으로 갈수록 감소하지만, 그러나 연속적으로 감소하지는 않는데, 그 이유는 바닥 표면(12)이 자신의 폭과 관련하여 광 출력 결합면(9)과 광 입력 결합면(8) 사이에 수축부(14)를 포함하기 때문이며, 다시 말해 바닥 표면(12)의 폭은 광 출력 결합면(9)의 폭(ba)에서부터 출발하여 폭(bm)이 가장 작은 곳인 수축부(14)의 중심 영역에 이를 때까지 감소하며, 그리고 그런 다음 다시 폭(be)을 갖는 광 입력 결합면(8)의 방향으로 증가한다. 달리 표현하면, 바닥 표면(12)의 폭은 광 출력 결합면(9)과 광 입력 결합면(8) 사이에 최솟값(bm)을 보유한다. 본 발명의 문맥에서 이런 형성은, 향상된 광 가이드로, 그리고 보다 적은 간섭 영역들과 상대적으로 더 높은 최대 광도를 달성하는 광 분포로 이어지며, 이는 계속하여 하기에서 여전히 제시된다.
가능한 치수들을 제안하기 위해, 실제 실시예의 경우 하기와 같은 치수가 제시될 수 있다.
광 출력 결합면: 7.7㎟, 광 입력 결합면: 1.5㎟, 광도파관 요소의 길이: 15㎜, 폭 ba: 1.8㎜, 폭 bm: 0.3㎜, 폭 be: 0.6㎜.
도시되고 앞에서 기술한 실시예의 경우, 수축부(14)는 바닥 표면(12) 상에 형성된다. 그러나 그 의미에 부합하게 루프 표면(11) 상에 수축부를 형성할 수도 있으며, 이는 특히 매트릭스 유형으로 형성된 보조 광학 요소의 상부 열에 의해 생성되는 광 패턴을 위해 바람직하다. 이처럼 마지막에 언급한 경우에, 바닥 표면(12)의 폭은 광 입력 결합면(8)에서부터 출발하여 광 출력 결합면(9)에 이를 때까지 지속적으로 감소할 수 있다. 그러나 수축부(14)는 루프 표면(11) 내에뿐만 아니라 바닥 표면(12) 내에도 형성될 수도 있다.
일반적으로, 수축부(14)의 폭(bm)이 광 입력 결합면(8)의 폭(be)의 10 내지 80%일 때 매우 우수한 결과들이 확인된다. 또한, 수축부가 광 입력 결합면에 가장 가까운 광도파관 요소의 반부 내에 형성되는 경우, 의도되는 광 패턴과 관련하여 매우 유리한 결과들을 얻을 수 있다.
도 1 및 2에서 추가로 추론할 수 있는 것처럼, 광도파관 요소(6)들은 매트릭스 유형으로 일체형으로 통합되며, 광도파관 요소들의 광 출력 결합면(9)들은 보조 광학 요소(4)의 광 출사면(5)과 일치한다. 광도파관 요소(6)들은 복수의 세그먼트로도 통합될 수 있으며, 그런 다음 이들 세그먼트는, 도 1 및 2에서 3개의 세그먼트로 도시된 것처럼 보조 광학 요소(4)를 형성한다. 이 경우, 개별 세그먼트들의 광 출사면들은 평면일 수 있거나 만곡될 수 있다. 또한, 필요한 광 패턴에 따라서, 오직 개별 광도파관 요소(6)들만이, 또는 광도파관 요소(6)들의 그룹들만이 본 발명에 따라 형성되고 나머지 광도파관 요소들은 수축부(14)가 없는 종래 기술에 따라 형성될 수도 있다.
광도파관 요소(6)들의 광 출력 결합면(9)들은 보조 광학 요소(4)의 하나의 공통 광 출사면(5)과 일치할 수 있다. 공통 광 출사면은 전형적으로 통상 매핑 광학 요소(예: 매핑 렌즈)의 펫츠발 표면(Petzval surface)에 따르는 만곡 표면이다. 그러나 특정한 적용 분야들의 경우, 테두리 영역에서 광 균질화를 위해 매핑 오류를 활용하기 위해, 곡률에서의 의도적인 편차들 역시도 사용될 수 있다.
개별 LED(3)들, 내지 매우 일반적으로는 광원들은, 동적으로 가변될 수도 있는 각각 의도되는 광 패턴을 생성하기 위해, 공지된 방식으로 개별적으로 제어될 수 있다.
매트릭스란 용어는, 대상이 되는 출원의 범위에서, 매트릭스가 단일 행(single line)이고 그에 따라 광도파관 요소들의 하나의 열만이 제공되어 있는 극단적인 경우에 대해서도 적용되며, 이는 자동차 조명 공학에서 일리가 있는 사항이다. 매트릭스가 다중 행이라면, 바람직하게는, 광도파관 요소들의 최하부 열(행)의 광도파관 요소(6)들, 또는 최상부 열의 광도파관 요소(6)들이 수축부(14)를 포함할 수 있다. 자연히, 최하부 열 및 최상부 열 역시도 상응하는 광도파관 요소들을 포함할 수 있되, 반드시 하나의 열(행)의 모든 광도파관 요소가 동일하게 형성되지 않아도 되고 수축부를 보유하지 않아도 된다는 점이 주지되어야 한다.
본 발명에 따라서, 매트릭스형 어레이를 포함한 헤드램프 내지 헤드램프 모듈의 구성은, 광도파관 요소들이 서로 겹쳐 배치되는 정확히 3개의 열로 배치되어 함께 하나의 하이빔 광 분포를 형성할 때 매우 효율적이다. 상기 어레이의 경우, 상부 열은 근거리 열(fore-field row)로서, 중앙 열은 비대칭 열로서, 그리고 하부 열은 하이빔 열로서 형성될 수 있으며, 하이빔 광도파관 요소들로 이루어진 하이빔 열은 대상이 되는 유형의 수축부들을 구비한다.
소위 픽셀 하이빔 모듈들의 경우, 모든 하이빔 광도파관 요소는 정확히 하나의 열로 배치되고 수축부들을 포함하여 형성될 수 있다. 목적에 적합한 방식으로, 최하부 열은 하이빔 열(또는 "행")이다.
도 5 및 도 6에서는, 종래 기술에는 존재하지 않는 본 발명에 따른 수축부(14)를 보다 더 충분히 확인할 수 있도록 하기 위해, 도면에 종래 기술에 따른 광도파관 요소의 상응하는 도해들이 도시되어 있다.
이제 도 7과 8 및 도 9와 10 각각의 대조를 위한 하기의 설명은 본 발명의 장점들을 보다 더 분명하게 해준다.
도 7에는, 본 발명에 따라 형성되는 단일의 광도파관 요소의 예시의 광 분포가 도시되어 있되, 표시된 선들은 동일한 광도를 가지며, 그리고 도 8에는, 도 7의 표시된 중심선(z)을 따르는 광도(Iv)의 특성곡선이 도시되어 있되, 그래프의 왼쪽 측은 도 7의 하부 영역에 상응한다.
도 9에는, 도 7의 도면에 상응하지만, 그러나 도 5 및 6에 도시된 것과 같은 종래 기술에 따른 광도파관 요소에 대한 도면이 도시되어 있다. 여기서는, 의도되는 광 패턴의 양측에, 대조되는 도 7에 도시된 것과 같은 본 발명에 따른 광도파관 요소에서는 확인되지 않는 의도되지 않는 산란광 영역들이 확인된다.
도 8의 그래프에 상응하지만, 그러나 종래 기술에 따른 광도파관 요소에 대한 도면인 도 10에서는, 광도 특성곡선이 대조되는 도 8에 도시된 것과 같은 본 발명에 따른 광도파관 요소의 최대 광도보다 더 낮은 최대 광도를 갖는 점이 확인된다.
도시된 유형의 헤드램프에 의해, 예컨대 로우빔 또는 하이빔이 생성될 수 있으며, 이를 위해 예컨대 각각 광 분포의 좌측 부분 및 우측 부분을 생성하는 좌측 헤드램프와 우측 헤드램프는 각각 본 발명에 따른 헤드램프로서 형성된다. 다른 한편으로, 좌측 헤드램프와 우측 헤드램프는 도로 상에서 겹쳐지는 동일한 광 패턴들 역시도 생성할 수 있다.
1: 자동차 헤드램프
2: 램프 유닛
3: LED
4: 보조 광학 요소
6: 광도파관 요소
7: 투영 광학계
8: 광 입력 결합면
9: 광 출력 결합면
10: 측면 표면
11: 루프 표면
12: 바닥 표면
13: 챔퍼부
14: 수축부
ba: 폭
be: 폭
bm: 폭

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 광원(3), 및 광 출사면(5)을 구비한 보조 광학 요소(4)를 포함하는 램프 유닛(2)과; 램프 유닛의 하류에 배치되는 투영 광학계(7)를; 포함하는 자동차 헤드램프(1)로서,
    보조 광학 요소는 적어도 하나의 광원의 광을 입력하기 위한 각각 하나의 광 입력 결합면(8) 및 보조 광학 요소의 광 출사면 내에 위치하는 광 출력 결합면(9)들을 구비한 복수의 광도파관 요소(6)를 포함하여 전방을 향해 교통 공간 내로 광 패턴을 투영하며, 광도파관 요소들은 광 입력 결합면과 광 출력 결합면 사이에서 연장되며, 광 출력 결합면은 광 입력 결합면보다 더 큰 면적을 보유하며, 각자의 광도파관 요소는 측면에서 2개의 측면 표면(10)에 의해, 상부에서 하나의 루프 표면(11)에 의해, 그리고 하부에서는 하나의 바닥 표면(12)에 의해 한정되고 광 출력 결합면과 광 입력 결합면 사이에서는 테이퍼져 연장되는 방식으로 형성되며, 바닥 표면 및/또는 루프 표면의 폭은 광 출사면에서부터 출발하여 감소하는, 상기 자동차 헤드램프에 있어서,
    적어도 하나의 광도파관 요소(6)의 상기 바닥 표면(12) 및/또는 상기 루프 표면(11)은 자체의 폭과 관련하여 상기 광 출력 결합면(9)과 상기 광 입력 결합면(8) 사이에 상기 바닥 표면 및/또는 상기 루프 표면의 가장 작은 폭(bm)을 보유하는 정확히 하나의 수축부(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 루프 표면(11) 및/또는 상기 바닥 표면(12)은 협폭의 챔퍼부(13)에 걸쳐 양측에서 상기 측면 표면(10)들로 전이되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광도파관 요소(6)들은 매트릭스형 어레이로 통합되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  4. 제3항에 있어서, 광도파관 요소들의 적어도 2행인 매트릭스의 최하부 열의 광도파관 요소(6)들은 하나의 수축부(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  5. 제3항에 있어서, 광도파관 요소들의 적어도 2행인 매트릭스의 최상부 열의 광도파관 요소(6)들은 하나의 수축부(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 광도파관 요소(6)들은 자신들의 전방 영역에서 상호 간에 일체형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광도파관 요소(6)들의 광 출력 결합면(9)들은 상기 보조 광학 요소(4)의 광 출사면(5)과 일치하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수축부(14)의 폭(bm)은 상기 광 입력 결합면(8)의 폭의 10 내지 80%인 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수축부(14)는 상기 광 입력 결합면(8)에 가장 가까운 상기 광도파관 요소(6)의 반부 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프(1).
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