KR20240047183A - 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프 및 그 램프를 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 램프에 관한 발명으로서, 광을 생성하여 출사하는 광원 및 광원의 전방에 구비되고 광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이 모듈을 구비한 광원 모듈을 포함하고, 마이크로 렌즈 어레이 모듈은, 광이 입사되고, 복수의 입사 렌즈를 포함하는 입사 렌즈 어레이 및 입사 렌즈 어레이의 전방에 구비되고, 입사 렌즈 어레이에 입사된 광을 공급받아 외부에 출사하고, 복수의 출사 렌즈를 포함하는 출사 렌즈 어레이를 포함하고, 출사 렌즈 어레이는, 차량의 상하 방향에 있어서, 상기 출사 렌즈 사이의 높이가 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하면, 램프로서 요구되는 기본적인 광학 성능을 만족하면서도, 상하 방향의 광폭을 확장시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프 및 그 램프를 포함하는 자동차{LAMP FOR VEHICLE USING MICRO LENS ARRAY AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 차량용 램프 및 그 램프를 포함하는 자동차에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 자동차용 램프 및 그 램프를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
마이크로렌즈 어레이(microlens array, MLA)는 복수의 개별 렌즈가 배열을 이룬 형태의 렌즈이다. 마이크로 렌즈 어레이는, 빛을 확산 및 집중시키기 위한 용도로 빔프로젝터, 광통신, 라이다 등의 광학계에서 그 수요가 점차 증가하고 있다.
도 13은, 마이크로 렌즈 어레이가 적용된 램프(1)의 구조를 도시한 측단면도이다. 도 13을 참조하면, PCB(2) 상에는 광을 생성하여 출사하는 광원(3)이 장착되고, 광원(3)의 전방에는 광원(3)으로부터 입사된 광을 평행광으로 변환시키기 위한 콜리메이터 렌즈(4)가 배치된다. 그리고, 콜리메이터 렌즈(4)의 전방에는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 모듈(5)이 구비된다. 마이크로 렌즈 모듈(5)은, 콜리메이터(4)와 마주보도록 구비되고, 광원(3)으로부터의 광이 입사하는 입사 렌즈 어레이(5a)와, 입사 렌즈 어레이(5a)의 전방에 구비되고 입사 렌즈 어레이(5a)에 입사된 광을 공급받아 외부로 출사하는 출사 렌즈 어레이(5b)를 포함한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 입사 렌즈 어레이(5a)의 콜리메이터(3)를 향한 면에는 다수의 마이크로 렌즈가 볼록하게 돌출하여 형성되어 있고, 출사 렌즈 어레이(5b)의 출사측 면에는 다수의 마이크로 렌즈가 볼록하게 돌출하여 형성된다.
한편, 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 복수의 개별 마이크로 렌즈로 입사된 빛은 특정 방향으로만 진행하게 되는바, 대략 10mm 내외의 크기를 갖는 광학계를 통해 노면에 특정한 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이는 최근 자동차에서 웰컴 라이트(welcome light) 기능을 수행하는 구성으로서 사용되고 있다.
일반적으로 차량에 설치되는 헤드 램프와 같은 조명은 전방을 향해 빛이 조사되는 것을 중점으로 하는바, 과거에는 광의 집광도 및 확산도를 확보하는 기술 개발이 중점적으로 이루어졌으나, 최근에는 조명이 가지는 디자인적 측면을 강조하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이를 자동차용 헤드 램프에 적용하려고 하는 시도들이 최근 등장하고 있다.
한편, 모듈 1개당 200여개의 마이크로 옵틱 렌즈를 구비한 마이크로 렌즈 어레이를 램프에 적용하는 경우, 빛을 더욱 집적시켜 종래 헤드 램프로 사용되고 있는 프로젝션 램프와 대비하여 적은 개수와 작은 사이즈로도 동등 수준을 구현할 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따르면 마이크로 렌즈 어레이의 경우 빛의 확산각이 15도 내외로 작아, 자동차 내에서 웰컴 라이트 기능을 제외한 다른 라이트 기능(예를 들어, 로우빔 기능)을 수행할 수 없어, 자동차에서 마이크로 렌즈 어레이의 사용이 제한적이라는 문제가 있었다.
이러한 문제들을 해결하기 위하여, 예컨대, 특허문헌 1에서는 마이크로 렌즈 어레이(이하 'MLA'라고도 한다)의 입사 렌즈 어레이와 출사 렌즈 어레이를 각각 복수의 영역으로 분할하고, 입사 렌즈 어레이의 각 영역으로부터 출사된 광의 광축의 배치를 특정함으로써 빛의 발산각을 확대시켜 이 문제를 해결하고 있다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허 제10-2390805호(2022.04.21.)
한편, 차량의 헤드 램프의 경우, 도 14에 도시된 바와 같이, 차체 중심부 근방의 핫존 영역에서는 높은 광도가 필요하고 차체 외측 근방의 스프레드 영역에서는 발광 영역을 확장하는 것이 필요하다.
그런데, 도 14에 도시된 바와 같이, 자동차의 헤드 램프를 복수의 MLA 모듈(5)로 구성하는 경우, 복수의 MLA 모듈(5)을 모두 동일한 모듈 및 LED로 구성하는 경우, 전술한 확산각의 문제로 인해 스프레드 영역에서 광폭 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해서는, MLA 모듈의 개수를 증가시키거나, 특정 MLA 모듈의 각도를 틸팅하여야 한다. 그러나, 모듈의 개수를 증가시키면 재료비가 과도하게 상승하는 문제가 발생하고, 일부 MLA 모듈의 각도를 틸팅시키게 되면, 차량 외관에 영향을 미쳐 심미감을 떨어뜨리는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 핫 존 영역과 스프레드 영역에 대해서 각 영역에 필요한 성능에 따라 상이한 종류의 마이크로 어레이 렌즈가 개발될 필요가 있다. 그러나 이 경우에는, 이종의 렌즈 개발로 인한 투자비가 중복하여 소요되는 문제가 있으며, 부품의 종류가 증가하게 되어 제조 비용 저감을 위해 공용 부품을 활용하는 데 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 간이한 방법으로 광의 집중(핫 존 영역)과 광의 확산(스프레드 영역)을 동시 구현할 수 있는 것과 더불어 제조 비용과 개발 비용을 저감할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프 및 그 램프를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프에 관한 것으로서, 광을 생성하여 출사하는 광원 및 광원의 전방에 구비되고 광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이 모듈을 구비한 광원 모듈을 포함하고, 마이크로 렌즈 어레이 모듈은, 광이 입사되고, 복수의 입사 렌즈를 포함하는 입사 렌즈 어레이; 및 입사 렌즈 어레이의 전방에 구비되고, 입사 렌즈 어레이에 입사된 광을 공급받아 외부에 출사하고, 복수의 출사 렌즈를 포함하는 출사 렌즈 어레이; 를 포함하고, 출사 렌즈 어레이는, 차량의 상하 방향에 있어서, 출사 렌즈 사이의 높이가 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 출사 렌즈 어레이는, 차량의 상하 방향에 있어서, 상단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 균일한 제1 높이를 가지고, 하단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 제1 높이보다 높은 균일한 제2 높이를 가지도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 출사 렌즈 어레이는, 차량의 상하 방향에 있어서, 상단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 균일한 제1 높이를 가지고, 하단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 하단으로 갈수록 출사 렌즈의 높이가 제1 높이보다 높아지도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 광원 모듈을 차폭 방향으로 복수개 구비하고, 복수개의 광원 모듈은, 기준 모듈 및 기준 모듈에 대해, 광원 유닛 내에서의 광원의 위치가 편심되어 있는 편심 모듈로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 편심 모듈은, 기준 모듈을 기준으로 차폭 방향 내측에 배치되는 내측 모듈과 기준 모듈을 기준으로 차폭 방향 외측에 배치되는 외측 모듈을 포함하고, 내측 모듈은 기준 모듈에 대해 광원 유닛 내에서 광원이 차폭 방향 내측으로 편심되어 배치되고, 외측 모듈은 기준 모듈에 대해 광원 유닛 내에서 광원이 차폭 방향 외측으로 편심되어 배치되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 복수개의 광원 모듈은 차량을 전방에서 보았을 때에 좌우측으로 구비되는 복수개의 좌측 모듈 및 우측 모듈로 구성되고, 이 때, 좌측 모듈은, 편심 모듈이, 기준 모듈을 기준으로 차량의 좌측으로 갈수록 광원의 위치가 좌측으로 편심되도록 구성되고, 우측 모듈은, 편심 모듈이, 기준 모듈을 기준으로 차량의 우측으로 갈수록 광원의 위치가 우측으로 편심되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 광원 모듈은, 광원의 복수개의 부착 위치가 미리 설정된 PCB를 포함하고, 편심 모듈은, PCB 상의 상이한 부착 위치에 광원을 부착시킴으로써, 광원의 위치가 편심되도록 할 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 광원은 LED일 수 있다.
바람직하게는, 기준 모듈과 편심 모듈은, 동일한 광원 및 마이크로 렌즈 어레이모듈로 이루어지고, PCB 상의 광원의 위치만이 서로 상이하도록 구성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 자동차용 램프를 포함하는 자동차로서, 자동차용 램프는, 광을 생성하여 출사하는 광원 및 광원의 전방에 구비되고 광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이 모듈을 구비한 광원 모듈을 포함하고, 마이크로 렌즈 어레이 모듈은, 광이 입사되고, 복수의 입사 렌즈를 포함하는 입사 렌즈 어레이 및 입사 렌즈 어레이의 전방에 구비되고, 입사 렌즈 어레이에 입사된 광을 공급받아 외부에 출사하고, 복수의 출사 렌즈를 포함하는 출사 렌즈 어레이를 포함하고, 출사 렌즈 어레이는, 차량의 상하 방향에 있어서, 출사 렌즈 사이의 높이가 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 바람직하게는, 자동차용 램프는, 차폭 방향으로 광원 모듈을 복수개 구비하고, 복수개의 광원 모듈은, 기준 모듈 및 기준 모듈에 대해 광원 유닛 내에서의 광원의 위치가 편심되어 있는 편심 모듈로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, MLA의 렌즈의 높이를 상하 방향으로 상이하게 설정함으로써, 렌즈의 중심부를 기준으로 하단으로 갈수록 빛을 아래 방향까지 확산시킬 수 있게 된다. 따라서, 1종의 렌즈를 사용하면서도, 중심 광도와 함께 상하 방향의 광폭 또한 만족시킬 수 있는 램프를 구성할 수 있는바, 이를 통해 투자 비용이나 제조 비용의 절감을 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, PCB 상의 LED의 부착 위치만을 변경함으로써, 요구되는 중심 광도와 광폭을 모두 만족시키는 헤드 램프를 구성할 수 있다. 따라서, MLA 모듈과 콜리메이터 렌즈 등의 주요 부품들을 헤드 램프를 구성하는 복수의 모듈 간에 공통적으로 적용할 수 있게 되는바, 이종 부품 개발 시 소요되는 투자 비용이나 이종 부품 사용에 따른 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, PCB의 경우에도, PCB 제조 시에 PCB 상에 복수의 부착 위치를 구비해 놓고, 그 중 특정 부착 위치에 LED를 배치시키는 경우, 복수의 모듈 간 PCB의 공용도 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 헤드 램프의 스킨 각도, MLA 모듈간 거리 등에 따라 기준 모듈의 위치를 자유도 있게 설정함으로써, 서로 상이한 차종 간에도 헤드 램프 부품의 공용이 가능하게 된다. 이를 통해 전체 제조 비용의 절감을 달성할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프를 구성하는 1개의 모듈의 측단면도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프에 있어서, 각 광원 모듈에서의 광원 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프의 광원 위치별 광 조사 영역의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프의 각 광원 모듈별 광 조사 영역을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프의 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프의 광 조사 영역을 나타내는 도면이다.
도 7은 MLA 모듈의 렌즈 높이에 따른 광 굴절 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이에 구비되는 MLA 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이에 구비되는 MLA 모듈을 나타내는 측단면도이다.
도 10은, MLA 모듈의 렌즈 영역별 광 굴절 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 MLA 모듈의 렌즈 영역별 광 조사 영역을 설명하는 도면이다.
도 12는, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프의 분해도이다.
도 13은, 마이크로 렌즈 어레이가 적용된 램프(1)의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 14는, 종래의 복수의 MLA 모듈이 적용된 헤드 램프를 나타내는 전면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프를 구성하는 1개의 광학 모듈의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프를 구성하는 광원 모듈(100)은, 광을 생성하여 전방으로 출사하는 광원(10), 광원(10)의 전방에 구비되고, 광원(10)으로부터 광이 입사되며, 광원(10)으로부터 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(30) 및, 콜리메이터 렌즈(30)의 전방에 구비되고, 복수의 미세 렌즈(micro lens)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 모듈(20, 이하 'MLA 모듈'이라고도 한다)을 포함할 수 있다.
한편, 광원(100)은 LED일 수 있으나, 그에 제한되지는 않는다.
도 13을 참조하여 전술한 바와 같이, MLA 모듈(20)은 콜리메이터 렌즈(30)와 마주보도록 구비되고 광원(10)으로 부터 광이 입사되는 입사 렌즈 어레이와 입사 렌즈 어레이의 전방에 구비되고 입사 렌즈 어레이에 입사된 광을 공급받아 외부에 출사하는 출사 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 여기서 입사 렌즈 어레이는 도 1에 도시된 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(30)를 향해 볼록하게 돌출된 형태의 미세한 렌즈가 복수개 나열된 형태를 가질 수 있다. 또한, 출사 렌즈 어레이도, 광 출사부를 향해 볼록하게 돌출된 형태의 미세한 렌즈가 복수개 나열된 형태를 가질 수 있다. 그리고, 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 입사 렌즈 어레이와 출사 렌즈 어레이 사이에는, 입사 렌즈 어레이를 통과한 광 중 특정 방향의 광만을 투과시키도록, 슬릿이 구비된 광 쉴드 부재를 더 구비할 수도 있다.
또한, 광원 모듈(100)은 광원(10)의 하방에 배치되고, 광원(10)이 안착되는 PCB(40)를 더 구비할 수 있다. PCB(40)는 광원(10)의 장착 전에 미리 광원(10)이 장착될 수 있는 장착 위치를 표면에 복수개 구비하도록 제조될 수 있다. 이 경우, 1종의 PCB(40)를 이용한 광원 모듈(100)의 조립 공정에서, PCB(40) 상의 상이한 장착 위치에 광원(10)을 장착시킴으로써, 광원 모듈(100) 내에 광원(10)의 위치가 상이한 모듈들을 제조하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 광원(10)의 배치 위치가 서로 상이한 광원 모듈(100)을 제조할 때에 동일한 PCB(40)를 사용할 수 있어, 광원 모듈(100)의 제조 비용이나 개발 비용을 저감할 수 있게 된다. 한편, 도 1에서는 PCB(40)상에서, LED 좌편심, LED 정중앙 및 LED 우편심의 3가지 위치가 PCB(40) 상에 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 광원(10)을 좌측으로 여러 단계로 편심시킬 필요가 있는 경우, LED 정중앙 위치의 좌측에 복수의 좌편심된 부착 위치를 구비할 수 있다.
도 2는, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프에 있어서, 각 광원 모듈에서의 LED 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서는 차량을 전방에서 보았을 때에 좌측 램프에 구비되는 광원 모듈을 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 램프를 구성하는 복수의 광원 모듈(100)은, 광원(10)의 위치가 소정의 기준 위치에 있는 기준 모듈(110)과 기준 모듈(110)에서의 광원(10) 위치에 대해서 특정 방향으로 광원(10) 위치가 편심되어 있는 편심 모듈(120)로 구성된다. 그리고, 편심 모듈(120)은 차량을 전방에서 보았을 때에, 기준 모듈(110)을 중심으로 차폭 방향 외측에 위치하는 외측 모듈(120a)과, 차폭 방향 내측에 위치하는 내측 모듈(120b)로 구성된다.
예컨대, 도 2에 도시된 실시예에서, 기준 모듈(110)의 광원(10)은 광원 모듈(100)의 중심에 배치된다.
그리고, 편심 모듈(120) 중 외측 모듈(120a)의 광원(10)들은, 기준 모듈(100)의 광원(10) 위치를 중심으로, 기준 모듈(100)로부터 멀어질수록 차폭 방향 외측으로 편심되도록 위치한다. 즉, 기준 모듈(110)로부터 멀어질 수록 차폭 방향 외측으로의 편심량이 커지도록 구성된다.
반면, 편심 모듈(120) 중 내측 모듈(120b)의 광원(10)들은 기준 모듈(100)의 광원(10) 위치를 중심으로, 기준 모듈(100)로부터 멀어질 수록 차폭 방향 내측으로 편심되도록 위치한다. 즉, 기준 모듈(110)로부터 멀어질수록 차폭 방향 내측으로의 편심량이 커지도록 구성될 수 있다.
한편, 도 2에서는 기준 모듈(110)이 1개만 구비되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 중심부의 핫 존 영역에 대한 높은 광량이 필요한 경우 기준 모듈(110)을 2개 이상 구비하여도 된다. 또한, 도 2에서는 내측 모듈(120b)이 1개만 구비되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 차폭 크기나, 좌우의 헤드 램프 사이의 거리에 따라 차폭 방향 내측으로의 스프레드 영역의 확대가 필요한 경우, 내측 모듈(120b)을 2개 이상 구비하여도 된다.
도 3a 내지 도 3c는 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프의 광원 위치별 광 조사 영역의 차이를 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 내지 도 3c에서 좌측의 도면은 광원(10)에서 나온 광이 콜리메이터 렌즈(30)를 통과할 때의 빔 패턴을 나타내며, 우측의 도면은, MLA 모듈(20)를 통과한 광의 로우빔 빔패턴을 나타내고 있다.
여기서, 도 3a는 광원(10)인 LED가 정중앙에 배치된 기준 모듈(110)에서의 빔 패턴을 나타내고 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 광원(10)이 광원 모듈(100)을 전방에서 보았을 때에 H-V 기준 정중앙에 위치한 경우, 콜리메이터 렌즈(30)를 통과한 광 및 MLA 모듈(20)을 통과한 광 모두, H-V 기준 정중앙을 중심으로 빔 패턴이 펼쳐지게 된다. 다만, MLA의 경우 광의 확산각이 작기 때문에, 도 3a의 우측 도면으로부터 확인할 수 있는 바와 같이, MLA 모듈(20)을 통과하여 외부로 출사되는 로우빔의 조사 영역(b)은, 헤드 램프로서 요구되는 필요 조사 영역(a)과 대비하여 H-V 기준 좌우측 영역이 부족한 것을 알 수 있다.
도 3b는 기준 모듈(110)에 대하여 광원(10)이 H-V 기준 좌측으로 편심된 편심 모듈(120)의 빔 패턴을 나타내고 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(30)를 통과한 광 및 MLA 모듈(20)을 통과한 광 모두, 기준 모듈과 대비하여 광 조사 영역의 중심이 좌측으로 치우쳐 있는 것을 알 수 있다. 이 경우, 도 3b의 우측 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, MLA 모듈(20)을 통과하여 외부로 출사되는 로우빔의 조사 영역(c)은, 기준 모듈(110)의 MLA 모듈(20)을 통과하여 외부로 출사되는 로우빔의 조사 영역(b) 보다 좌측으로 치우치게 되어, 기준 모듈(110)의 로우빔의 조사 영역(b)이 만족시키지 못한, 필요 조사 영역(a)의 좌측 영역을 채울 수 있게 된다.
도 3c는 기준 모듈(110)에 대하여 광원(10)이 H-V 기준 우측으로 편심된 편심 모듈(120)의 빔 패턴을 나타내고 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(30)를 통과한 광 및 MLA 모듈(20)을 통과한 광 모두, 기준 모듈(110)과 대비하여 광 조사 영역의 중심이 우측으로 치우쳐 있는 것을 알 수 있다. 이 경우, 도 3c의 우측 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, MLA 모듈(20)을 통과하여 외부로 출사되는 로우빔의 조사 영역(d)은, 기준 모듈(110)의 로우빔의 조사 영역(b) 보다 우측으로 치우치게 되어, 기준 모듈(110)의 로우빔의 조사 영역(b)이 만족시키지 못한, 필요 조사 영역(a)의 우측 영역을 채울 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프의 각 권원 모듈별 광 조사 영역을 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 차량용 램프 중 차체 우측에 구비된 차량용 램프의 측단면도이다.
도 4에서 좌측 상단의 도면은 차량을 전방에서 보았을 때에 좌측 램프를 구성하는 복수의 광원 모듈(100)을 도시하고 있으며, 우측 상단의 도면은 차량을 전방에서 보았을 때에 우측 램프를 구성하는 복수의 광원 모듈(100)을 도시하고 있다. 그리고, 도 4에서 좌측 하단의 도면은 좌측 램프(1000)를 구성하는 복수의 광원 모듈(100)로부터의 로우빔의 패턴을 도시하고 있으며, 도 4에서 우측 하단의 도면은 우측 램프(2000)를 구성하는 복수의 광원 모듈(100)로부터의 로우빔의 패턴을 도시하고 있다.
도 4 및 도 5에서 도시된 예에서, 차량을 전방에서 보았을 때에, 1개의 기준 모듈(110)을 기준으로 하여 우측에 배치된 내측 모듈(120b)로부터의 로우빔은 기준 모듈(110)과 대비하여 차폭 방향 내측을 향해 광을 조사하고 있으며, 기준 모듈(110)을 기준으로 좌측에 배치된 외측 모듈(120a)로부터의 로우빔은 기준 모듈(110)과 대비하여 차폭 방향 외측을 향해 광을 조사하고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 4에서 도시된 예에서, 차량을 전방에서 보았을 때에, 1개의 기준 모듈(110)을 기준으로 하여 좌측에 배치된 내측 모듈(120b)로부터의 로우빔은 기준 모듈(110)과 대비하여 차폭 방향 내측을 향해 광을 조사하고 있으며, 기준 모듈(110)을 기준으로 우측에 배치된 외측 모듈(120a)로부터의 로우빔은 기준 모듈(110)과 대비하여 차폭 방향 외측을 향해 광을 조사하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 램프를 차량의 좌측 램프(1000) 및 우측 램프(2000)에 적용하게 되면, 각각의 램프(1000, 2000)를 동일한 광학 모듈로 구성한 경우와 대비하여 차폭 방향 좌우 및 차폭방향 내측을 향하는 광폭을 더 넓게 확보할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, MLA 모듈(20)이 가지는 조사각의 한계를 극복하여, 차량용 램프의 조사 영역을 차폭 방향 좌우 측으로 확장시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 광원 모듈(100) 간에 있어서, 광원 모듈(100)을 구성하는 PCB(40), 콜리메이터 렌즈(30) 및 MLA 모듈(20)을 동일하게 구성하면서도, PCB(40)에 부착되는 광원(10)의 부착 위치만을 변경함으로써, 복수의 광원 모듈(100) 간의 빔 패턴을 상이하게 구성하는 것이 가능하게 된다. 즉, 광원 모듈(100)을 구성하는 주요 구성 요소들을 공용하는 것이 가능하게 되는바, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 핫 존 영역과 스프레드 영역에 있어서 각각의 영역에 적용되는 MLA 모듈(20)을 별도로 개발할 필요가 없게 되는바, 개발 비용을 저감할 수 있게 된다.
도 7은 MLA 모듈의 렌즈 높이에 따른 광 굴절 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이에 구비되는 MLA 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이에 구비되는 MLA 모듈을 나타내는 측단면도이며, 도 10은, MLA 모듈의 렌즈 영역별 광 굴절 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이에 구비되는 MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)는, 마이크로 렌즈가 N×N 배열로 배열되어 있다.
종래의 MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)를 구성하는 각 렌즈들은 그 높이가 일정하게 구성되어 있었다. 이 경우, 상하 방향으로 배열된 각 렌즈를 통과하여 출사되는 출사광들은 모두 일정한 패턴으로 굴절되게 된다. 따라서, 종래의 경우, 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 통과한 광이 도달하는 거리를 일정 이상 확보하기 위해서는, 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21b)를 통과한 출사광을 하방향까지 확산시키는 것에는 한계가 있었다.
이와 달리, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 램프에 적용되는 MLA 모듈(20)에서는 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 구성하는 렌즈들의 높이(제1 높이)에 대해, 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21b)을 구성하는 렌즈들의 높이(제2 높이)가 더 높게 구성된다. 이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 콜리메이터 렌즈(30)를 투과하여 MLA 모듈(20)에 입사하는 평행광들 중 높이가 낮은 상부 영역(21a)에 속하는 렌즈들을 투과하는 출사광(f)보다, 높이가 상대적으로 높은 하부 영역(21b)의 렌즈들을 투과하는 출사광(e)이 더 크게 굴절되게 된다. 따라서, 차량 전방을 향해 출사되는 광의 최대 조사 거리 및 광량을 유지하면서도, 노면 상의 하방향으로의 조사 영역을 더 확대할 수 있게 된다.
도 7에 도시된 예에서는, 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 구성하는 렌즈들의 높이와, 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21b)을 구성하는 렌즈들의 높이가 각각 제1 높이와 제2 높이로 일정하게 나타나 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 8 및 도 9에 도시된 예에서는, MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 구성하는 1열에서 Z열까지의 렌즈의 높이는 일정하게 구성하는 한편, 하부 영역(21b)을 구성하는 Z+1열부터 N열까지의 렌즈의 높이는 하단으로 갈수록 상단과 대비하여 높이가 점점 증대하여 가장 하부의 N열에 위치하는 렌즈의 높이가 가장 높게 구성할 수도 있다. 이를 통해, 도 10에 도시된 바와 같이, 1열부터 Z열까지의 렌즈를 투과한 출사광(f)은 전방의 일정한 방향을 향하다가, Z+1열의 렌즈를 투과한 출사광(e)부터 빛의 레이가 노면 방향으로 일정 각도로 하방으로 꺽이게 되어 근거리에 있어서의 램프의 조사 능령을 증대시킬 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 예에 따르면, N열에 배열된 렌즈의 높이가 가장 높으므로, 이 때, 렌즈 높이에 의한 빛의 스프레드 각도가 가장 크게 되어, 노면으로 향하는 빛의 각도가 가장 크게 된다.
한편, 도 9에 도시된 예에서는, 램프로서의 광량 등 기본 성능을 만족시키기 위해 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 구성하는 1열에서 Z열까지의 렌즈의 높이가 일정하게 유지되도록 하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 헤드 램프로서의 광량을 만족하고 있는 한, 출사 렌즈 어레이(21)의 1열부터 N열까지 렌즈의 높이가 일정하게 계속 증가하게 하여도 된다.
도 11a 내지 도 11d는 MLA 모듈의 렌즈 영역별 광 조사 영역을 설명하는 도면이다.
여기서, 도 11a는 본 발명에 따른 차량용 램프를 구성하는 1개의 MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 전 영역을 투과한 광의 빔 패턴을 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, MLA 모듈(20)이 갖는 조사각의 한계로 인하여 1개의 MLA 모듈을 통과한 광만으로는 필요 조사 영역(a)의 좌우측 영역을 모두 충족시키지는 못하고 있다. 그러나, 도 9에 도시된 MLA 모듈(20)을 구비함으로써, H-V 기준 상하 방향의 영역에 있어서 만큼은 MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 전 영역을 투과한 광의 조사 영역(g)이 필요 조사 영역(a)을 만족하고 있음을 알 수 있다.
한편, 도 11b는. 본 발명에 따른 차량용 램프를 구성하는 1개의 MLA 모듈(20)의 N×N 배열의 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 투과한 광의 광 조사 영역(h)을 도시하고 있다. 도 11b에서 확인할 수 있는 바와 같이, MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 투과한 광의 조사 영역(h)은 필요 조사 영역(a)과 비교하여 하방 측의 조사 영역이 불충분한 것을 알 수 있다.
한편, 도 11c는 본 발명에 따른 차량용 램프를 구성하는 1개의 MLA 모듈(20)의 N×N 배열의 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21a) 중 1개열을 투과한 광의 광 조사 영역(i)을 도시하고 있다. 도 11c에서 확인할 수 있는 바와 같이, 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21a) 중 1개열을 투과한 광의 광 조사 영역(i)의 경우, MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 투과한 광의 조사 영역(h)과 대비하여, 노면을 향한 하방측으로 더 많은 영역을 커버하고 있으나, 여전히 필요 조사 영역(a)과 대비하여 광이 조사되지 않는 영역이 존재함을 알 수 있다
한편, 도 11d는 본 발명에 따른 차량용 램프를 구성하는 1개의 MLA 모듈(20)의 N×N 배열의 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21a) 중 N개열을 투과한 광의 광 조사 영역(j)을 도시하고 있다. 도 11c에서 확인할 수 있는 바와 같이, 출사 렌즈 어레이(21)의 하부 영역(21a) 중 N개열을 투과한 광의 광 조사 영역(j)의 경우, MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 상부 영역(21a)을 투과한 광의 조사 영역(h)과 대비하여, 노면을 향한 하방측으로 더 많은 영역을 커버하고 있으며, 필요 조사 영역(a)의 하부 영역 전체를 커버하고 있음을 알 수 있다.
도 7 또는 도 9에 도시된 MLA 모듈(20)은, 도 1 내지 6을 참조하여 설명한 차량용 램프를 구성하는 개개의 광원 모듈(100)에 채용될 수 있다. 이 경우, 차량용 램프로서 요구되는 광량 등의 기본적인 성능 조건을 만족하면서도, 복수의 광원 모듈(100)에서의 광원(10)의 위치를 각각 상이하게 구성함으로써, 좌우 방향 조사 영역(스프레드 영역)을 확장시킬 수 있음과 더불어, 개개의 광원 모듈(100)의 MLA 모듈(20)의 출사 렌즈 어레이(21)의 높이를 적절히 설정함으로써, 상하 방향 조사 영역 또한 확장시키는 것이 가능하게 된다.
도 12는, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프의 분해도이다. 도 12에 도시된 차량용 램프(1000)는 차량을 전방에서 보았을 때의 좌측 램프를 구성하고 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 램프(1000)는, 하우징(60)과 하우징(60)의 내부에 배치되는 광원 모듈(100, 200) 및 광원 모듈(100, 200)의 전방에 배치되고, 하우징(60)의 전방을 커버하는 아우터 렌즈(80)를 포함할 수 있다.
이 때, 도 12에서 도시된 바와 같이, 각 광원 모듈(100)은, 광원이 장착된 PCB(40), 콜리메이터 렌즈(30)와 같은 인너렌즈 및 MLA 모듈(20)이 광 출사방향을 향해 순서대로 배치되고, MLA 모듈(20)은 브라켓(50)을 통해 PCB(40) 상에 고정된다.
도 12에서 도시된 예에서 복수의 광원 모듈(100)은 일체로 구성된 림 베젤(70)의 내부에 장착된다. 바람직하게는 림 베젤(70)에는 하프 미러 코팅이 되어 있어, 광원 모듈(100)이 점등되는 경우, 차량 전방에서 램프(1000)를 보았을 때에 복수의 광원 모듈(100) 간에 연결감을 구현할 수 있다. 복수의 광원 모듈(100)은, 헤드 램프에 있어서 로우빔을 조사하는 기능을 수행하거나, 또는 해당 기능에 주간 주행등, 방향 지시등 등의 포지션 램프의 기능을 통합적으로 수행할 수 있다.
또한, 필요에 따라서는, 복수의 광원 모듈(100)의 상단이나 하단에 추가 광원 모듈(200)을 더 구비할 수 있다. 예컨대, 광원 모듈(100)이 로우빔의 역할을 수행하는 경우, 추가 광원 모듈(100)은 하이빔을 조사하는 기능 또는 해당 기능에 주간 주행등, 방향 지시등 등의 포지션 램프의 기능을 통합적으로 수행할 수 있다.
또한, 추가 광원 모듈(200)는 광원 모듈(100)과 동일한 광학계를 사용하여도 되고, MLA 모듈을 적용한 광원 모듈(100)과 상이한, 프로젝션 램프를 적용한 광원 모듈이어도 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 램프 2: PCB
3: 광원 4: 콜리메이터 렌즈
5: 마이크로 렌즈 어레이 모듈
5a: 입사 렌즈 어레이 5b: 출사 렌즈 어레이
10: 광원(LED) 20: 마이크로 렌즈 어레이 모듈
21: 출사 렌즈 어레이 21a: 상부 영역
21b:하부 영역 22: 입사 렌즈 어레이
30: 콜리메이터 렌즈 40: PCB
50: 브라켓 60: 하우징
70: 림 베젤 80: 아우터 렌즈
100: 광원 모듈 200; 추가 광원 모듈
110: 기준 모듈 120: 편심 모듈
120a: 내측 모듈 120b: 외측 모듈
1000: 램프(우측) 2000: 우측 램프(좌측)

Claims (11)

  1. 광을 생성하여 출사하는 광원 및 상기 광원의 전방에 구비되고 광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이 모듈을 구비한 광원 모듈을 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 모듈은,
    상기 광이 입사되고, 복수의 입사 렌즈를 포함하는 입사 렌즈 어레이; 및
    상기 입사 렌즈 어레이의 전방에 구비되고, 상기 입사 렌즈 어레이에 입사된 광을 공급받아 외부에 출사하고, 복수의 출사 렌즈를 포함하는 출사 렌즈 어레이; 를 포함하고,
    상기 출사 렌즈 어레이는, 자동차의 상하 방향에 있어서, 상기 출사 렌즈 사이의 높이가 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 출사 렌즈 어레이는,
    상기 차량의 상하 방향에 있어서, 상단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 균일한 제1 높이를 가지고, 하단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 상기 제1 높이보다 높은 균일한 제2 높이를 가지도록 구성되는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 출사 렌즈 어레이는,
    상기 차량의 상하 방향에 있어서, 상단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 균일한 제1 높이를 가지고, 하단의 복수개의 열에 배열된 출사 렌즈들은 하단으로 갈수록 상기 출사 렌즈의 높이가 제1 높이보다 높아지도록 구성되는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원 모듈을 차폭 방향으로 복수개 구비하고,
    상기 복수개의 광원 모듈은,
    기준 모듈 및 상기 기준 모듈에 대해 상기 광원 유닛 내에서의 상기 광원의 위치가 편심되어 있는 편심 모듈로 구성되는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 편심 모듈은,
    상기 기준 모듈을 기준으로 차폭 방향 내측에 배치되는 내측 모듈과 상기 기준 모듈을 기준으로 차폭 방향 외측에 배치되는 외측 모듈을 포함하고,
    상기 내측 모듈은 기준 모듈에 대해 상기 광원 유닛 내에서 상기 광원이 상기 차폭 방향 내측으로 편심되어 배치되고,
    상기 외측 모듈은 기준 모듈에 대해 상기 광원 유닛 내에서 상기 광원이 상기 차폭 방향 외측으로 편심되어 배치되는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수개의 광원 모듈은 차량을 전방에서 보았을 때에 좌우측으로 구비되는 복수개의 좌측 모듈 및 우측 모듈로 구성되고,
    상기 좌측 모듈은, 상기 편심 모듈이, 상기 기준 모듈을 기준으로 차량의 좌측으로 갈수록 상기 광원의 위치가 좌측으로 편심되도록 구성되고,
    상기 우측 모듈은, 상기 편심 모듈이, 상기 기준 모듈을 기준으로 차량의 우측으로 갈수록 상기 광원의 위치가 우측으로 편심되도록 구성되는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 광원 모듈은, 상기 광원의 복수개의 부착 위치가 미리 설정된 PCB를 포함하고,
    상기 편심 모듈은, 상기 PCB 상의 상이한 부착 위치에 상기 광원을 부착시킴으로써, 상기 광원의 위치가 편심되는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 광원은 LED인 것인, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 기준 모듈과 상기 편심 모듈은, 동일한 광원 및 마이크로 렌즈 어레이모듈로 이루어지고, PCB 상의 상기 광원의 위치만이 서로 상이하도록 구성되는, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 차량용 램프.
  10. 자동차용 램프를 포함하는 자동차로서,
    상기 자동차용 램프는,
    광을 생성하여 출사하는 광원 및 상기 광원의 전방에 구비되고 광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이 모듈을 구비한 광원 모듈을 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이 모듈은,
    상기 광이 입사되고, 복수의 입사 렌즈를 포함하는 입사 렌즈 어레이; 및
    상기 입사 렌즈 어레이의 전방에 구비되고, 상기 입사 렌즈 어레이에 입사된 광을 공급받아 외부에 출사하고, 복수의 출사 렌즈를 포함하는 출사 렌즈 어레이; 를 포함하고,
    상기 출사 렌즈 어레이는, 상기 자동차의 상하 방향에 있어서, 상기 출사 렌즈 사이의 높이가 상이하도록 구성되는, 자동차.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 자동차용 램프는,
    차폭 방향으로 상기 광원 모듈을 복수개 구비하고,
    상기 복수개의 광원 모듈은,
    기준 모듈 및 상기 기준 모듈에 대해 상기 광원 유닛 내에서의 상기 광원의 위치가 편심되어 있는 편심 모듈로 구성되는, 자동차.
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