KR20220051394A - 자동차 헤드램프용 조명 장치 - Google Patents

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KR20220051394A
KR20220051394A KR1020227010563A KR20227010563A KR20220051394A KR 20220051394 A KR20220051394 A KR 20220051394A KR 1020227010563 A KR1020227010563 A KR 1020227010563A KR 20227010563 A KR20227010563 A KR 20227010563A KR 20220051394 A KR20220051394 A KR 20220051394A
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마르쿠스 다너
요세프 플란크
크리스티안 크노블로흐
야코브 퓌어링거
요세프 퓌르스팅거
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제트카베 그룹 게엠베하
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Abstract

본 발명은 자동차 헤드램프를 위한 조명 장치(10)에 관한 것이며, 상기 조명 장치는 - 제1 방사 방향(X1)으로 광 다발을 방사하기 위한 광원(50); - 제2 방사 방향(X2)으로 광 다발을 편향시키도록 구성되어 있는 제1 편향 유닛(100); 및 - 제1 편향 유닛(100)에 의해 편향된 광 다발을 제3 방사 방향(X3)으로 편향시켜 조명 장치(10)의 전방에 광 분포를 생성하기 위한 제2 편향 유닛(200);을 포함하며, 조명 장치는 초점(F1)을 갖는 적어도 하나의 확장 광학계(300)를 포함하며, 상기 확장 광학계(300)는 적어도 하나의 광원(50)에 할당되고 광원(50)에 의해 방사된 광 다발을 제1 방사 방향(X)의 방향으로 확장시키도록 구성되며, 적어도 하나의 광원(50)은 제1 방사 방향(X)의 방향에서 적어도 하나의 확장 광학계(300)와 이 확장 광학계(300)의 초점(F1) 사이에 배치된다.

Description

자동차 헤드램프용 조명 장치
본 발명은 자동차 헤드램프를 위한 조명 장치에 관한 것이며, 상기 조명 장치는
- 제1 방사 방향으로 광 다발(light bundle)을 방사하기 위한 적어도 하나의 광원;
- 편향 표면을 구비하여, 제2 방사 방향으로 적어도 하나의 광원의 광 다발의 적어도 일부분을 편향시키도록 구성되어 있는 제1 편향 유닛; 및
- 서로 독립적으로 제어 및 이동될 수 있는 복수의 편향 부재를 구비하여, 제1 편향 유닛에 의해 편향된 광 다발의 적어도 일부분을 제3 방사 방향으로 편향시켜 조명 장치의 전방에 광 분포를 생성하기 위한 제2 편향 유닛;을 포함한다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 본 발명에 따른 조명 장치를 포함하는 자동차 헤드램프에 관한 것이다.
현재의 헤드램프 시스템의 개발 시, 신속하게 변화되고 각각의 교통, 도로 및 광 조건들에 매칭될 수 있으면서 최대한 높은 고해상도의 광 패턴을 차도 상에 투영할 수 있는 요구가 갈수록 중요해지고 있으며, 최대한 조밀한 구조 형상 또는 구조 크기 역시도 요구되고 있다.
본원에서, "차도"란 용어는 간소화된 설명을 위해 이용되는데, 그 이유는 자명한 사실로서 광 패턴이 실제로 차도 상에 위치하는지, 또는 그를 넘어 연장되는지, 예컨대 차도 가장자리에 위치하는지 그 여부가 장소 조건에 따라 달라지기 때문이다.
원칙상, 광 패턴은, 자동차 조명 공학에 관계되는 해당 표준들에 상응하게 수직 표면 상으로의 투영을 근거로 기술되며, 가변 제어될 수 있는 반사경 표면은 복수의 마이크로 미러로 형성되어 제1 조명 수단에 의해 방사되는 광빔들을 헤드램프의 방사 방향으로 반사한다.
이 경우, 예컨대 로우빔 광 분포, 코너링광 광 분포, 도시광 광 분포, 고속도로광 광 분포, 벤딩광 광 분포, 하이빔 광 분포 또는 눈부심 방지 하이빔의 매핑과 같은 상이한 광 분포들을 갖는 임의의 광 기능들이 실현될 수 있다. 또한, 예컨대 위험 심벌들, 내비게이션 화살표들, 제조업체 로고들 등과 같은 심벌 투영들 역시도 수행될 수 있다.
마이크로 미러 어셈블리의 경우, 바람직하게는 -약어로 DLP라고도 하는- 이른바 "디지털 광 처리(Digital Light Processing)" 투영 기술이 사용되는데, 이런 투영 기술의 경우 이미지들은 디지털 이미지가 광빔으로 변조되는 것을 통해 생성된다. 이 경우, 픽셀로서도 지칭되는 이동 가능한 마이크로 미러들의 직사각형 배치를 통해, 광빔은 부분 영역들로 분할되고 그에 뒤이어 픽셀 단위로 투영 경로 내로, 또는 투영 경로에서 그 외로 반사되거나 편향된다.
이런 기술에 대한 기초는 바람직하게는 마이크로 미러들의 매트릭스 형태인 직사각형 배치 및 그 제어 기술을 포함하는 광전자 부품, 예컨대 -약어로 DMD라고도 하는- "디지털 마이크로 미러 장치(Digital Micromirror Device)"를 형성한다.
DMD 마이크로 시스템은, 예컨대 약 7㎛의 가장자리 길이를 가지면서 매트릭스 형태로 배치된 마이크로 미러 액추에이터들, 즉 경동 또는 회동 가능한 반사 표면들로 구성되는 공간광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)이다. 미러 표면들은, 정전기장의 작용을 통해 이동될 수 있는 방식으로 구성된다.
각각의 마이크로 미러는 각도와 관련하여 개별적으로 조정될 수 있으며, 그리고 일반적으로 2개의 안정된 최종 상태를 보유하며, 이들 최종 상태는 예컨대 1초 이내에 최대 5000회 상호 간에 전환될 수 있다.
마이크로 미러들의 개수는 투영되는 이미지의 해상도에 상응하며, 하나의 마이크로 미러는 하나 또는 복수의 픽셀을 나타낼 수 있다. 그 사이에, 메가픽셀 범위의 높은 해상도를 갖는 DMD 칩을 구입할 수 있게 되었다.
현재 사용되는 자동차 헤드램프의 경우, 예컨대 눈부심 방지 하이빔을 위해 생성되는 광 분포는, 반대 차선 접근 차량들이 검출되고 예컨대 LED 광원들로 구성된 매트릭스를 통해 생성되는 광 분포가 반대 차선 접근 차량의 방향으로 디밍(dimming)되는 방식으로, 동적으로 제어될 수 있다.
DMD 조명 장치들의 경우 항상 평면 표면들이 조명되어야 하되, 전체 DMD 표면의 균일하거나 균질한 조명이 지향되는 곳인 영화관용 또는 업무 회의용 프로젝터들과 달리, 자동차 분야에서의 적용 시, 전형적인 광 분포들, 예컨대 하이빔의 조명을 매칭시키고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 이는, 일반적으로, 가장자리들 쪽으로 갈수록 조도가 감소하는 DMD 또는 조명되는 DMD 표면의 중심에서 휘도의 최댓값을 의미한다.
일반적으로, 고해상도 광 시스템의 분야에서, 특히 DMD 기술의 분야에서, DMD의 조명을 위해 이용될 수 있는 광원을 통한 제한으로 인해, 완전 기능성 광 기능이 예상되지 않는다는 문제가 존재한다. 특히 (100lx보다 더 큰) 높은 최댓값 및 (ECE 측정 스크린에 따라 측정되는) +/- 20°의 폭을 갖는 완전 기능성 하이빔은 달성될 수 없다. DMD 또는 DLP 모듈을 통해 생성될 수 있는 하이빔 광 분포는 상대적으로 협폭이면서 최대로 예상되는 +/- 10°의 폭을 갖는다.
이런 이유에서, 전체 폭의 하이빔 또는 하이빔 광 분포를 생성하는 또 다른 추가 모듈들이 부가되어야 하며, 이런 추가 모듈들은 전형적으로 헤드램프 내 어딘가에 배치되어야 하고 자동차 헤드램프 내에서 사용되는 장착 공간 및 디자인과 관련하여 바람직하지 못하다.
본 발명의 과제는 개선된 조명 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 조명 장치가 초점을 갖는 적어도 하나의 확장 광학계(expanding optical system)를 포함하며, 상기 확장 광학계는 적어도 하나의 광원에 할당되고 광원에 의해 방사된 광 다발을 제1 방사 방향의 방향으로 확장시키도록 구성되며, 적어도 하나의 광원은 제1 방사 방향의 방향에서 적어도 하나의 확장 광학계와 이 확장 광학계의 초점 사이에 배치되는 것을 통해 해결된다.
"확장" 또는 "확장시키다"란 용어는, 특정한 크기로 광학 빔 지름의 확대를 의미한다. 확장은 상이한 광학 렌즈 시스템들을 통해 달성될 수 있다. 그러나 이는 통상의 기술자에게 공지되어 있고 본원에서는 완벽함을 위해서만 다시 설명된다.
적어도 하나의 광원이 확장 광학계와 이 확장 광학계의 초점 사이에 배치되는 것을 통해, 광원 또는 이 광원의 조명 표면은 광원의 제1 방사 방향 또는 주 방사 방향의 반대 방향으로 광원의 뒤쪽에서 가상으로 매핑된다. 광원의 가상 매핑(virtual mapping)을 통해, 방사된 광 다발은 제1 편향 유닛 상에서 확대된다. 이는, 광원과 제1 편향 유닛 간의 광학 거리(optical distance)가 최소화되는 것과 동시에, 제1 편향 유닛의 상대적으로 더 큰 표면이 조사될 수 있는 효과가 있으며, 다시 말하면, 전체적으로 조명 장치의 장착 공간은 감소될 수 있다.
"주 방사 방향"은, 적어도 하나의 광원이 자체의 방향성의 결과로서 가장 강한, 또는 가장 많은 광을 방사하는 방향을 의미한다.
또한, 제2 편향 유닛은, 어레이 유형으로 서로 나란히 배치되어 개별적으로, 또는 그룹별로 제어될 수 있는 복수의 마이크로 미러를 포함한 디지털 마이크로 미러 어레이로서 형성될 수 있다.
바람직한 방식으로, 제2 편향 유닛은 DMD로서 형성될 수 있다.
DMD를 이용할 경우, 매우 적은 광 입사 각도 범위로 작동하는 점에 주의해야 하며, 다시 말하면, 광빔들이 너무 가파르게 또는 너무 평평하게 DMD의 마이크로 미러들 상으로 입사되되, 이는 마이크로 미러들의 역광 조명을 야기할 수 있으며, 이는 다시 투영 광 패턴 내에서 산란광을 야기하며, 그리고 그에 따라 자동차 헤드램프를 위한 이용 시 매우 중요한 명암 대비를 불충분하게 한다.
각각의 마이크로 미러는 자체 각도와 관련하여 개별적으로 조정되며, 그리고 일반적으로 2개의 안정된 최종 상태를 보유하고, 이들 최종 상태 사이에서 마이크로 미러가 경동(tilting)될 수 있다.
선택된 편향 부재들을 개별적으로, 또는 그룹으로 목표하는 방식으로 이동시키는 것을 통해, 본원 조명 장치의 방사 광 분포의 형태와 방사 광 분포 안쪽의 광도 분포(light intensity distribution) 역시도 가변될 수 있다. 따라서, 방사 광 분포는 자체 형태(치수 및/또는 연장 길이)와 관련하여서뿐만 아니라 자체 휘도 분포와 관련하여서도 동적으로 변화될 수 있다. 편향 부재들의 제어 및 그에 따른 방사 광 분포의 변동(variation)은 자동차의 작동 매개변수들(예: 차량 속도, 적재 하중, 조향 각도, 횡가속도 등)에 따라서 수행될 수 있다. 편향 부재들의 제어 시, 차량의 환경 매개변수들(예: 외부 온도, 강우, 차량의 주변 환경에서 검출되는 다른 도로 사용자 등) 역시도 고려될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 광원은 적어도 하나의 발광다이오드로서, 또는 적어도 하나의 레이저 다이오드로서 형성될 수 있다.
또한, 본원 조명 장치는 적어도 2개의 광원, 바람직하게는 정확히 2개의 광원을 포함할 수 있다.
각각 하나의 확장 광학계를 포함하는 2개의 광원을 이용할 경우, 각각 확장된 광 다발들은 부분적으로 중첩되어 배열될 수 있다. 대개, 광 다발들의 확대로 의도되는 중첩을 설정할 수 있으며, 그리고 그에 따라 상대적으로 더 강한 휘도로 제2 편향 유닛의 중심을 조사할 수 있다.
또한, 본원 조명 장치는 적어도 2개의 확장 광학계, 바람직하게는 정확히 2개의 확장 광학계를 포함할 수 있되, 각각의 광원에는 정확히 하나의 확장 광학계가 할당된다.
또한, 제1 방사 방향은 제3 방사 방향에 대해 평행할 수 있다.
또한, 제1 편향 유닛의 편향 표면은 쌍곡선 반사경, 포물선 반사경, 또는 타원형 반사경으로서 형성될 수 있다.
또한, 제1 편향 유닛은, 제2 방사 방향의 방향에서 제2 편향 유닛의 뒤쪽에 위치되는 하나의 점 상으로 적어도 하나의 광원의 광 다발을 집광할 수 있다.
본원 과제는 적어도 하나의 본 발명에 따른 조명 장치를 포함하는 자동차 헤드램프를 통해 동일한 방식으로 해결된다.
하기에서, 본 발명은 예시의 도면들을 근거로 보다 더 상세하게 설명된다.
도 1은 예시의 조명 장치의 개략도이다.
도 1에는, 자동차 헤드램프를 위한 예시의 조명 장치(10)가 도시되어 있으며, 상기 조명 장치(10)는, 제1 방사 방향(X1)으로 광 다발을 방사하기 위한 광원(50)이며, 발광다이오드 또는 LED로서 형성되어 있는 상기 광원(50); 및 편향 표면(110)을 구비하여, 제2 방사 방향(X2)으로 광원(50)의 광 다발의 적어도 일부분을 편향시키도록 구성되어 있는 제1 편향 유닛(100);을 포함한다.
또한, 조명 장치(10)는, 서로 독립적으로 제어 및 이동될 수 있는 복수의 편향 부재를 구비하여, 제1 편향 유닛(100)에 의해 편향된 광 다발의 적어도 일부분을 제3 방사 방향(X3)으로 편향시켜 조명 장치(10)의 전방에 광 분포를 생성하기 위한 제2 편향 유닛(200)을 더 포함한다.
제2 편향 유닛(200)은 도시된 예시에서 어레이 유형으로 서로 나란히 배치되어 개별적으로, 또는 그룹별로 제어될 수 있는 복수의 마이크로 미러를 포함한 (DMD라고도 하는) 디지털 마이크로 미러 어레이로서 형성된다.
또한, 조명 장치(10)는 초점(F1)을 갖는 확장 광학계(300)를 더 포함하며, 상기 확장 광학계(300)는 광원(50)에 할당되고, 제1 방사 방향(X1)의 방향으로 광원(50)에 의해 방사된 광 다발을 확장시키도록 구성되며, 광원(50)은 제1 방사 방향(X1)의 방향에서 확장 광학계(300)와 이 확장 광학계(300)의 초점(F1) 사이에 배치된다.
"확장" 또는 "확장시키다"란 용어는, 특정한 크기로 광학 빔 지름의 확대를 의미한다. 확장은 예컨대 상이한 광학 렌즈 시스템들을 통해 달성될 수 있다. 그러나 도시된 예시는 단일의 확장 광학계(300) 또는 렌즈에 관계되고, 복수의 렌즈로 구성되는 하나의 광학 시스템에는 관계되지 않는다.
즉, 광원(50)에 의해 방사되어 확장 광학계(300) 상으로 입사되는 빔 다발은 확장 광학계(300)의 광 입사 측에서 특정한 빔 지름을 보유하며, 광 다발의 빔 지름은 확장 광학계(300)를 기반으로 확장 광학계(300)의 광 출사 측에서 출사된 이후 상대적으로 더 큰 빔 지름을 보유한다.
광원(50)이 확장 광학계(300)와 이 확장 광학계(300)의 초점(F1) 사이에 배치되는 것을 통해, 광원(50) 또는 이 광원(50)의 조명 표면은 광원(50)의 제1 방사 방향(X1) 또는 주 방사 방향의 반대 방향으로 광원(50)의 뒤쪽에서 가상으로 매핑된다. 광원(50)의 가상 매핑을 통해, 방사된 광 다발은 제1 편향 유닛(100) 상에서 확대된다. 이는, 광원(50)과 제1 편향 유닛(100) 간의 광학 거리가 최소화되는 것과 동시에, 제1 편향 유닛(100)의 상대적으로 더 큰 표면이 조사될 수 있는 효과가 있으며, 다시 말하면, 전체적으로 조명 장치(100)의 장착 공간은 감소될 수 있다.
"주 방사 방향"은, 하나의 광원(50)이 자체의 방향성의 결과로서 가장 강한, 또는 가장 많은 광을 방사하는 방향을 의미한다.
또한, 제1 편향 유닛(100)의 편향 표면(110)은 쌍곡선 반사경, 포물선 반사경, 또는 타원형 반사경으로서 형성될 수 있다. 또한, 제1 편향 유닛(100)은, 제2 방사 방향(X2)의 방향에서 제2 편향 유닛(200)의 뒤쪽에 위치되는 하나의 점 상으로 광원(50)의 광 다발을 집광할 수 있다.
도 1에서의 예시의 조명 장치의 개선예로서, 정확히 2개의 광원 역시도 제공될 수 있되, 각각의 광원에는 정확히 하나의 확장 광학계가 할당된다.
10: 조명 장치
50: 광원
100: 제1 편향 유닛
110: 편향 표면
200: 제2 편향 유닛
300: 확장 광학계
F1: 초점
X1: 제1 방사 방향
X2: 제2 방사 방향
X3: 제3 방사 방향

Claims (9)

  1. 자동차 헤드램프를 위한 조명 장치(10)로서, 상기 조명 장치는
    - 제1 방사 방향(X1)으로 광 다발을 방사하기 위한 적어도 하나의 광원(50);
    - 편향 표면(110)을 구비하여, 제2 방사 방향(X2)으로 적어도 하나의 광원(50)의 광 다발의 적어도 일부분을 편향시키도록 구성되어 있는 제1 편향 유닛(100); 및
    - 서로 독립적으로 제어 및 이동될 수 있는 복수의 편향 부재를 구비하여, 제1 편향 유닛(100)에 의해 편향된 광 다발의 적어도 일부분을 제3 방사 방향(X3)으로 편향시켜 조명 장치(10)의 전방에 광 분포를 생성하기 위한 제2 편향 유닛(200)을 포함하는 것인, 상기 자동차 헤드램프용 조명 장치에 있어서,
    상기 조명 장치는 초점(F1)을 갖는 적어도 하나의 확장 광학계(300)를 포함하며, 상기 확장 광학계(300)는 상기 적어도 하나의 광원(50)에 할당되고 상기 광원(50)에 의해 방사된 광 다발을 제1 방사 방향(X1)의 방향으로 확장시키도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 광원(50)은 제1 방사 방향(X1)의 방향에서 상기 적어도 하나의 확장 광학계(300)와 상기 확장 광학계(300)의 초점(F1) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 편향 유닛(200)은, 어레이 유형으로 서로 나란히 배치되어 개별적으로, 또는 그룹별로 제어될 수 있는 복수의 마이크로 미러를 포함한 디지털 마이크로 미러 어레이로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원(50)은 적어도 하나의 발광다이오드로서, 또는 적어도 하나의 레이저 다이오드로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 장치(10)는 적어도 2개의 광원(50), 바람직하게는 정확히 2개의 광원(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조명 장치는 적어도 2개의 확장 광학계(300), 바람직하게는 정확히 2개의 확장 광학계(300)를 포함하되, 각각의 광원에는 정확히 하나의 확장 광학계(300)가 할당되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방사 방향(X1)은 제3 방사 방향에 대해 평행한 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 편향 유닛(100)의 편향 표면(110)은 쌍곡선 반사경, 포물선 반사경, 또는 타원형 반사경으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 편향 유닛(100)은, 상기 제2 방사 방향(X2)의 방향에서 상기 제2 편향 유닛(200)의 뒤쪽에 위치되는 하나의 점 상으로 상기 적어도 하나의 광원(50)의 광 다발을 집광하는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프용 조명 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조명 장치를 포함하는 자동차 헤드램프.
KR1020227010563A 2019-11-08 2020-10-22 자동차 헤드램프용 조명 장치 KR20220051394A (ko)

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