KR930002650B1 - 불투명 마스크를 이용하는 헤드램프용 상하부 빔 광학 스위치 - Google Patents

불투명 마스크를 이용하는 헤드램프용 상하부 빔 광학 스위치 Download PDF

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마틴 다벤포트 존
로웰 한슬러 리차드
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제네럴 일렉트릭 컴패니
아더 엠. 킹
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Abstract

내용 없음.

Description

불투명 마스크를 이용하는 헤드램프용 상하부 빔 광학 스위치
제1도는 본 발명과 관련된 "광선" 자동차용 포워드 라이팅 시스템의 개략도.
제2도는 본 발명에 따라 구성된 일루미네이션 디바이스의 배치를 설명하는 도면.
제3a 및 3b도는 "광선" 포워드 라이팅 시스템에 대한 통상의 고저 헤드램프 빔 패턴을 각각 도시한 도면.
제4a 및 4b도는 광 유도장치와 고 빔을 형성하기 위해 제1위치부의 마스크 배치를 도시한 개략 측면도및 부분 정면도.
제5a 및 5b도는 제4a 및 4b도와 동일하지만 저 빔을 형성하기 위해 제2위치부의 마스크를 갖는 것을 도시한 도면.
제6a, 6b 및 6c도는 빔 영상, 빔 영상을 형성하기 위한 개구부 및 영상을 형성하는 개구부와 협동하여 사용되는 마스크의 결합구조를 각각 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 라이팅 시스템 12 : 광 소오스
14A, 14B : 일루미네이션 디바이스 16A, 16B : 광 유도장치
22 : 코넥터 26 : 마스크
28 : 렌즈
본 발명은 공기역학형 자동차에서 포워드 일루미네이션(forward illumination)을 제공하기 위해 광 유도장치에 결합된 아크 램프와 같은 고휘도의 광 소오스를 이용하는 자동차용 라이팅 시스템(lighting system)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 이동 가능 마스크가 만일 광 소오스에 결합된 광 유도장치를 가지고 다중의 빔 패턴을 발생시키는데 사용되는 라이팅 시스템에 관한 것이다.
통상의 헤드램프 시스템은 아크 방전 또는 필라멘트의 둘 이상의 광 소오스를 갖는 상하부의 헤드램프 빔패턴을 발생시킨다. 단일 헤드램프 시스템(자동차의 각 사이드상에 하나의 헤드 램프)은 수행에 있어서 수정되어야 한다. 단일 광학 시스템으로 고저 빔 패턴을 제공하기 위해서는 수행 교환이 필요하다. 두 패턴의 상이한 기능과 광 분배는 단일 빔의 조정보다는 더욱 복잡한 상하부 빔 제공의 문제가 있다. 두 헤드램프시스템(자동차의 각 사이드에 두개 헤드램프)은 두개의 광학 시스템을 제공하며, 발생된 고저 빔 패턴의 개선된 성능을 제공한다.
미합중국 특허 제 4,811,172호에는 빔 패턴 발생의 방법을 제공하는 "광선(line-of-light)"의 라이팅 시스템에 대해 개시하고 았는데, 여기에 기술된 "광선" 헤드 램프의 일실시예에서 라이팅 시스템은 제1 및 제2광섬유 다발에 각각 결합되는 두개의 고강도 광 소오스를 포함한다. 두 광섬유 다발은 자동차 몸체부의 형태와 일치하는 패턴으로 자동차에 장착된 렌즈 부재에 대해 배치된다. 제1고강도의 광 소오스로 부터의 광은 자동차의 저빔의 포워드 일루미네이션을 제공하며 제2고강도의 광 소오스로부터의 광은 자동차의 고빔의 포워드 일루미네이션을 제공한다.
미합중국 특허 제 4,868,718호에는 미합중국 특허 제 4,811,172호에 기술된 시스템의 개선점에 대해 개시하는데, 여기서는 하나의 고강도 광 소오스만이 사용되어 자동차의 저빔 및 고빔 모두를 제공한다. 이동 가능한 광학 부재는 자동차에 장착된 렌즈 엘리먼트세트와 광 섬유 다발 사이에 배치된다. 이러한 이동가능한 광학부재는 직렬 또는 상하로 이동될 수 있는 통합 바아구조의 복수의 프리즘을 구비한다. 이러한 "프리즘-바아(prism-bar)"의 이동은 고저 빔 패턴을 포함하는 만일 광 소오스로부터 자동차의 포워드 일루미네이션을 제공하는 식으로 렌즈 엘리먼트에 대한 광 섬유 다발의 광학 위치부를 변경한다. "프리즘-바아"는 단일 광 소오스만을 필요로 한다는 장점이 있다. 그러나, 이는 그 장치의 비용 및 메빔성 모두를 증가시키는 정확한 제조와 배치를 요구한다. 그러므로, 본 발명의 목적은 단일 고강도의 광 소오스로부터 둘 이상의 겹쳐진 빔 패턴을 투시할 수 있는 "광선"의 자동차 라이팅 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 값싸게 제조할 수 있는 단일 고강도의 광 소오스 자동차 라이팅 시스템을 제공하는데 있다. 간략히, 본 발명은 이동가능 마스크내 개구가 단일 고강도의 광 소오스에 결합된 복수의 광 섬유 다발로써 형성된 빔 패턴을 제어하는 "광선" 자동차 라이팅 시스템을 제공하는데 있다. 특히, 본 발명의라이팅 시스템은 광 유도장치에 의해 포워드 일루미네이션 디바이스에 결합된 만일 고강도의 광 소오스를 구비한다. 포워드 일루미네이션 디바이스는 코넥터들의 배치, 마스크 부재 및 렌즈 엘리먼트를 포함한다. 코넥터들은 광 유도장치로부터 분기된 광 섬유 다발을 포함하며 각 개구부를 통해서 광 방출을 한다. 마스크는 렌즈 엘리먼트와 함께 빔 패턴을 형성하는 개구부를 선택적으로 노출하기 위한 복수의 개구를 갖는다. 마스크는 포워드 라이팅 시스템의 고저 빔 패턴을 형성하기 위해 개구부내의 제1 및 제2개구 위치부 사이를 선형적으로 이동가능하다. 이러한 배치로 경량의 라이팅 시스템을 간단하고 값싸게 제조할 수 있다.
전술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점들은 첨부 도면과 관련한 본 발명의 양호한 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 잘 알수 있을 것이다. 도면에서, 동일 참조 부호는 동일물 또는 동종물을 나타낸다. 제1도를 참조하면, 본 발명의 라이팅 시스템(10)은 자동차에 대해 포워드 일루미네이션과 리어워드 및 내부 일루미네이션(도시 않음)의 요구를 충족시키도록 모든 루멘스를 제공하는 단일의 고강도 광 소오스(12)를 갖는다. 광 소오스(12)는 전술한 미합중국 특허 제 266,129호에서 개시된 형태의 것일수 있다.
본 발명은 주로 자동차의 포워드 일루미네이션을 제공하는 것에 관한 것이므로 그러한 일루미네이션에 관련된 광 소오스(12)의 설비에 대해서만 기술된다. 낮고 높은 빔의 포워드 일루미네이션은 광 유도장치(16A,16B)로써 광 소오스(12)에 각각 연결된 일루미네이션 디바이스(14A,14B)에 의해 제공된다. 일루미네이션 디바이스(14A,14B)는 전기적으로 활성화된 디바이스(20)에 전력을 전송하는 코넥터(18)를 각각 갖는다. 광 유도장치(16A,16B)는 전술한 특허 출원서 제 266,129호에서 기술된 여러 실시예를 수행할 수 있다. 일루미네이션 디바이스(14A,14B)는 제2도에서 더욱 상세히 도시된 바와같은 설비를 갖는다. 제2도는 코넥터들의 배치(22), 마스크 부재(26) 및 렌즈 엘리먼트(28)로 구성된 일루미네이션 디바이스(14A)를 도시한다. 코넥터들의 배치(22)는 광 유도장치(16A)로부터 분기된 광 섬유 다발이 있는 복수의 코넥터(221, 222,…22n)로 구성된다. 코넥터의 광 섬유 다발의 종단부는 각 개구부(24)를 통해서 광을 방출한다. 제2도는 복수의 개구(27A, 27B)를 갖는 마스크(26)를 구비하는 일루미네이션 디바이스(14A)를 도시한다. 그리고, 마스크는 제1 및 제2수평 위치부 사이에 솔레노이드와 같은 선형 변위 소자(20)에 의해 이동될 수있다, 렌즈 엘리먼트들(281, 282,…28n)은 전술한 특허출원서 제 266,129호에서 기술된 형태의 것일 수 있다.
이른바 "광선" 시스템에 있어서, 코넥터(221, 222,…22n)및 그에 관련된 렌즈 엘러먼트(281, 282,…28n)의 결합으로 소정의 빔 패턴을 형성한다. 각 코넥터(22)의 개구부의 평면은 그에 관련된 렌즈(28)의 촛점면 안에 있거나 근접하여 있다. 개구부를 갖는 이동가능한 마스크(26)는 전체 빔 패턴을 변경하기 위해 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합에서 선택된 코넥터 및 렌즈 결합의 강도 및 빔 패턴을 변경하는데, 이에 대해서는다른 도면들과 관련하여 더욱 상세히 설명하겠다. 통상의 자동 헤드램프 시스템은 자동차의 각 사이드에 대해 10 내지 20개의 코넥터(22) 및 렌즈(28)를 사용한다. 제3A 및 3B도는 17개의 코넥터(22) 및 렌즈(28)결합이 있는 경우에 대해 고저 빔 패턴의 각각에 대한 통상의 빔 패턴을 도시한다. 각 블록은 하나의 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합에서 루멘스 기부를 나타낸다. 블록들은 빔의 축이 되는 X축으로 "적층"된다. 즉, 각 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합으로부터의 빔은 X축을 따라 겹쳐진다. y-z 평면에 있는 블록 영역은 특정 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합에 대한 루멘스의 상대적 빔 세기를 나타낸다.
본 분야의 기술자라면 알 수 있듯이, 빔의 "가시거리"는 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합과 함께 광 소오스의 세기 함수로 이루어지며, 빔의 세기는 그러한 결합을 일렬로하여 각 빔이 겹쳐짐으로써 증가된다. y축방향에 있는 블록의 길이는 빔의 수평적 분포를 나타내며, z축 방향의 블록 길이는 수직 분포를 나타낸다. 제3a 및 3b도에 도시된 바와같이, 고(high)에서 저(low)로의 스위칭은 수평면위의 광을 제한하여 중심 영역에서의 세기를 감소 시킴으로써 빔의 수직 분포 제한을 필요로 한다. 이는 제2도에 도시된 마스크(26)의 이동에 의해 이루어지는데 상세한 것은 다음에 기술된다. 그러나, 제3a 및 3b도에서 블록으로 도시된 빔패턴을 발생시키는 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합에는 4개 서브세트가 있음이 주지된다. 블록 30으로 나타낸 빔 패턴을 발생하는 6개의 제1서브세트, 블록 32 및 32'로 나타낸 빔 패턴을 발생하는 6개의 제1서브세트, 블록 32 및 32'로 나타낸 빔 패턴을 발생하는 4개의 제2서브세트, 블록 34 및 34'로 나타낸 빔 패턴을 발생하는 4개의 제3서브세트, 및 블록 36 및 36'로 나타낸 빔 패턴을 발생하는 3개의 최종 서브세트가 있다. 블록 30은 제3a 및 3b도에서 동일하며 이러한 서브세트의 빔 패턴은 고저 빔 패턴들 사이에서 변화되지 않는다. 블록 32와 32'사이, 블록 34와 34'사이, 및 블록 36과 36'사이의 변화는 마스크(26)에 의해 이루어진다. 블록의 서브세트간의 상대적 조도의 변화는 전술한 미합중국 특허 제 4,868,718호 상세히 기술된바와같이, 개구부(24)의 크기 변화에 의해 이루어진다. 이와 달리, 상기 개구부 크기의 변화보다는 마스크(26)내의 개구부 크기가 변화될 수 있다. 이러한 것은 마스크에 의한 광 차단으로 인해 광 섬유 다발로써 전송된 광 모두가 사용되지 않는다는 비효율성이 있으나, 코넥터(22)의 제조에 있어서는 두드러진 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 자동차용 헤드램프의 일실시예에 있어서, 소정의 크기와 장방형의 개구부(24)를 갖는 일련의 코넥터(22)가 각 렌즈(28)에 대해 배열되어 비마스크 상태에서 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합의 빔들이 제3a도에 도시된 바와같이 소정의 고 빔 패턴을 형성하도록 패턴들과 겹쳐진다. 제4a 및 4b도는 단일 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합과 그들사이에 높인 마스크(26) 세그먼트의 확대 측면도이다. 제4a 및 4b도를 참조하면, 코넥터(22)의 일루미네이션 개구부(24)는 소정의 방향으로 빔 패턴을 발생시키도록 서로에 대해장착된 개구부(24)의 수직선과 렌즈(28)의 수직선에 의해 장방형으로 되어 있다. 이러한 수직선들은 제4a도에서 도시부호 40으로 표시되어 있다. 코넥터(22)의 세로축(42)은 소정의 빔 패턴을 발생하도록 렌즈(28)의 중심으로 배치된다. 코넥터(22)의 개구부(24)는 렌즈(28)의 촛점면에 위치된다. 이동 가능한 마스크(26)는 렌즈(28)의 촛점면에 또는 그 부근에 위치된다. 렌즈(28)는 마스크(26)에 의해 노출된 개구부(24)의 영상 형성, 즉 투시한다. 렌즈 축에 대한 영상의 형태 및 그 위치는 렌즈에 대한 촛점면에 노출된 개구부의 형태 및 위치에 따라 정해진다. 렌즈(28)에 대한 노출 개구부(24)의 형태 및/또는 위치 변화는 특정 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합으로부터의 빔 패턴을 변화시킨다. 제4b도의 마스크 위치에서, 마스크 개구부(27A)는 개구부 24와 함께 배열된다. 렌즈(28)에 대한 개구부(24)의 방향으로 인해 방출된 빔의 위 또는 아래의 수평위치에 소자들이 있다. 제5a 및 5b도에 도시된 마스크(26)의 제2위치에서, 마스크(26)가 이동됨으로써 제2개구부(27B)는 개구부 24를 부분적으로 마스크 하도록 위치된다. 마스크의 개구부(27B)는 렌즈 축(42) 아래의 개구부(24)로 부터의 광을 차단하며, 렌즈(28)에 의한 개구부 영상의 반전때문에 빔은 수평 아래로 향하게 된다.
마스크(26)내의 여러 개구부들이 각 코넥터(22)의 노출 개구부(24)를 형성하는데 이용되어 각 코넥터(22)및 렌즈(28) 결합에 의해 형성된 빔 패턴의 세기 및 방향을 제어하여 전체 빔 패턴이 형성된다. 각 빔 패턴에 대한 영상은 나머지에 전체적으로 포함될 수 있으나, 어떤 개구부(24)에 대해서는 유리하게 고저 빔 패턴을 구성하는 영상은 나머지내에 전혀 포함되지 않도록 겹쳐진다. 제6a도를 참조하면, 장방형 박스(50)는 고 빔을 형성하는 소정 영상의 윤곽을 그린다. 이러한 영상은 렌즈의 수평 축(44) 및 수직축(40)에 대한 중심에 놓인다. 소형 박스(52)는 저 빔을 형성하는 소정 영상의 윤곽을 그린다. 이 영상은 수직 축(40)에 대해 중심에 놓이나 렌즈의 수평 축(44) 아래에 놓인다. 따라서 렌즈 시스템에 대해서, 두 영상은 도시된 바와같이 서로를 전체적으로 포함하지 않고 부분적으로 겹쳐지게 된다. 제6b도에 도시된 비 장방형 개구부(24')는 제6A도에서 윤곽이 그어진 두 패턴에 광을 공급하도록 충분한 영역을 거쳐 연장한다. 이러한 실시예에서, 개구부(24')는 제6a도에 도시된 복합 영상의 반전된 영상이 된다. 이러한 것은 모든 섬유 단부가 제6c도에 도시된 마스크(26)내 고저 빔 개구부 27A' 및 27B'에 의해 노출되므로 광 섬유 다발의 섬유를 효율적으로 이용할 수 있다. 특히, 제6c도는 제6b도에 도시된 바와같이 구성된 개구부(24')에 대해 위치될때 제6a도에 도시된 영상(50, 52)을 각각 발생하도록 형성되어 위치된 두개 개구부(27A', 27B')를 갖는 마스크(26)를 도시한다. 고저 빔에 대한 대상물과 영상은 수평 및 수직 축에 대해 렌즈에 의해서 각각 반전된다. 투시된 영상 위치는 렌즈의 대물면의 개구부(24') 위치에 따라 정해진다. 저 빔에 대한 최대 밝기 요구조건은 고 빔의 절반정도이다. 그러므로, 고 빔에서 저 빔으로 스위칭될때, 제1도에 도시된 광 유도장치(16A, 16B)에 결합된 광 소오스(12)의 루멘 출력은 마스크의 이동과 함께 동시에 감소될 수 있다.
마스크(26)는 박막의 불투명 금속 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 제2도에 도시된 바와같이 전기기솔레노이드 또는 선형 모터와 같은 경량의 원-피스(One-piece) 마스크와 단일의 소형인 선형 변위 소자(20)가 일루미네이션 디바이스(14A, 14B)로 사용될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예는 마스크(26)의 수평 이동이 가능한데, 이러한 마스크는 동일하게 수직이동도 할 수 있음을 알아야 한다. 이러한 배치에 있어서, 개구부 27A 및 27B는 직렬 배치 대신에 상하로 놓여질 수 있다. 불투명 마스크(26)는 단일 개구부(24)로부터 다수의 겹쳐진 영상중 하나를 투시한다. 각 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합에 대한 영상의 크기및 위치는 마스크 개구부와 상이한 크기 및/또는 배치의 개구부를 제공함으로써 상이한 형태의 분포를 형성하도록 독립적으로 조정될 수 있다. 두 세트 이상의 개구부가 마스크내에 형성되고 소정수의 분리 위치를 갖는 모션 시스템이 사용되면, 둘 이상의 상이한 빔 패턴이 가능해진다. 각 코넥터(22) 및 렌즈(28) 결합으로부터 광의 색과 독립적으로 조절하기 위해 마스크 개구부위에 박막의 필터가 사용될 수 있다. 이는 안개등, 긴급 신호 또는 다른 분야에서 유용하다. 불투명 마스크(26)는 겹쳐지는 적어도 두 영상 중 하나를 선택적으로 투시한다. 이러한 마스크는 헤드램프 시스템에서 추가 광학으로부터의 표면 반사 손실을 추가하지는 않는다. 그리고, 불투명 마스크는 성능의 저하없이 자동 헤드램프 시스템의 비상 동작상태를 전달수 잇도록 설계된다. 포워드 일루미네이션 시스템이 사용될때마다 광 섬유 다발 모두가 밝아지기 때문에 광 소오스 다발의 스위칭이 필요하지 않으며, 이는 시스템의 비용을 절감시킨다. 단일 세트의 광학 투시로부터 두빔을 제공하는 것으로 헤드램프의 성능 저하는 없다.
지금까지 본 발명의 양호한 실시예에 대해 기술되었는데, 본 발명은 여기에 국한되지 않으며 본 발명의 기술사상 및 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서 많은 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 복수의 빔 패턴을 선택적으로 투시하기 위한 자동차용 포워드 라이팅 시스템에 있어서, 고강도의 광소오스와 ; 한 단부는 상기 광 소오스에 광학적으로 결합되어 있으며 다른 단부는 광 방출 영역을 형성하는 개구부를 갖는 코넥터에서 경계를 이루는 복수의 광 유도장치와 ; 상기 개구부의 영상, 즉 빔 패턴을 형성하는 복수의 상기 영상을 투시하기 위해 대응 개구부의 전면에 위치하는 븍수의 렌즈 엘리먼트와 ; 적어도 제1 및 제2개구를 가지며, 상기 제1또는 제2개구를 대응 개구부로 이동하도록 적어도 제1및 제2위치부 사이를 이동가능한 불투명 마스크를 구비하는데, 상기 포워드 라이팅 시스템은 상기 마스크가 상기 제1위치부내에 있으면 제1빔 패턴을 투시하고 상기 마스크가 상기 제2위치부에 있으면 제2빔 패턴을 투시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 포워드 라이팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1개구는 고 빔 패턴을 형성하는 대응 개구부 및 대응 렌즈 엘리먼트와 함께 연장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2개구는 상기 제1개구보다 작으며, 상기 개구부내에서 저 빔 패턴을 형성하는 대응 렌즈 엘리먼트와 함께 상하부로 상기 개구부를 이등분하는 수평중심선위로 상기 개구부를 부분적으로 노출시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제 1개구는 상기 제2개구보다 크며, 상기 개구부내에서 고 빔 패턴을 형성하는 대응 렌즈 엘리먼트와 함께 상기 개구부의 하부 영역을 부분적으로 노출시키는 겻을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2개구는 상기 개구부내에서 저 빔 패턴을 형성하는 대응 렌즈 엘리먼트와 함께 상기 개구부의 상부 영역을 부분적으로 노출시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1및 제2위치부 사이에서 상기 마스크를 이동시키기 위해 상기 불투명 마스크에 접속된 선형 변위 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 코넥터들의 상기 광 방출 영역은 장방형인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광 방출 영역은 각 코넥터와 렌즈 엘리먼트 결합에 의해 광의 강도를 조절하도록 상이한 크기로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2개구는 각 코넥터와 렌즈 엘리먼트 결합에 의해 광의 강도를 조절하도록 각각 상이한 크기로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 코넥터들의 상기 광 방출 영역은 비 장방형인 것을 특징으로 하는 시스템.
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