KR20180132149A - 명-암 경계가 있는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛 - Google Patents

명-암 경계가 있는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛 Download PDF

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KR20180132149A
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Abstract

본 발명은 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛에 관한 것이며, 이 조명 유닛(100)은 광원(1), 시준기(2), 광원(1) 및 외측면(3a)을 가진 출사 렌즈(3), 및 적어도 하나의 시준기(2)와 출사 렌즈(3) k이에 배치된 초점 라인 영역(4)을 포함하고, 시준기(2)는 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광 빔(S2)이 초점 라인(FL) 상으로 또는 초점 라인 영역(4)으로 바로 가도록 수직 방향으로 집중된다.

Description

명-암 경계가 있는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛
본 발명은 명-암 경계가 있는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛에 관한 것이며, 여기서 조명 유닛은:
- 적어도 하나의 광원
- 적어도 하나의 시준기
- 각각의 시준기마다 하나씩의 광원,
- 외측면을 갖는 출사 렌즈,
- 적어도 하나의 시준기와 출사 렌즈 사이에 배치된 초점 라인 영역을 포함하고,
상기 적어도 하나의 시준기는 자신에게 할당된 광원으로부터 시준기로 공급되는 광 빔을 정렬시켜 광 빔의 광 다발을 형성하며,
여기서, 적어도 하나의 시준기로부터 나온 광 다발의 광 빔은 초점 라인 영역으로 또는 초점 라인 영역 내에 놓인 초점 라인으로 들어가고, 적어도 하나의 시준기로부터 나온 광 빔들은 출사 렌즈로부터 나온 광 빔들이 명-암 경계를 갖는 광 분포를 형성하도록 출사 렌즈에 의해 적어도 수직 방향으로 편향되고, 명-암 경계는 출사 렌즈를 통해 초점 라인 또는 초점 라인 영역의 이미지로서 획득되고, 적어도 하나의 시준기, 출사 렌즈 및 초점 라인 영역은 광 투과성 몸체로부터 일체로 형성되고, 광 투과성 몸체 내에서 진행하는 광 빔은 적어도 하나의 시준기의 적어도 하나의 경계면에서 전반사된다.
또한, 본 발명은 적어도 2개의 이러한 조명 유닛을 갖는 조명 장치에 관한 것이며, 조명 유닛의 광 투과성 몸체는 수평 방향으로 서로 인접하게 및/또는 서로의 위에 놓이는 것이 바람직하고, 특히 적어도 2개의 조명 유닛의 광 투과성 몸체는 상호 연결되고, 바람직하게는 일체로 형성된다.
마지막으로, 본 발명은 적어도 하나의 그러한 조명 유닛 또는 그러한 조명 장치를 갖는 자동차 헤드라이트에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 조명 유닛은 , 예컨대, 디프드 빔(dipped beam) 분포(특히 디프드 빔 분포의 전방 광 분포)의 일부를 구현하기 위해 또는 안개등을 구현하기 위해, 자동차 헤드라이트에서 사용될 수 있다.
현재의 설계 경향은 주로 수직 방향으로 좁고 수평 방향으로 넓은 슬릿 형태의 광 출사 개구를 갖는 헤드라이트를 요구한다. 처음에 언급한 조명 유닛은 특정 실시예에서 수평 방향으로 뻗은 슬릿 형상의 광 출사면을 얻기 위해 최대 10mm 또는 최대 15mm 높이일 수 있는 낮은 전체 높이를 갖는 광 출사면의 영역으로 구현될 수 있다.
DE 60 2006 000 180 T2에 서술된 것과 같은, 종래 기술에 개시된 전형적인 조명 유닛에서, 광 가이딩 몸체로 공급되는 광은 광 가이딩 몸체 내에 형성된 전반사 반사기에 의해 출사 렌즈 상으로 편향된다.
광 입사 및 광 출사 영역을 갖는 실질적으로 원통형인 광학 몸체를 포함하는 광 방출 장치가 FR 3 010 772 A1로부터 공지되어 있다. 광 빔은 광 입사 영역으로부터 광학적 몸체를 통해 광 출사 영역으로 전파되며, 광 빔은 광학적 몸체의 오목부에 의해 형성된 중앙 영역에서 부분적으로 흡수된다.
본 발명의 목적은 훨씬 더 작은 설치 높이를 갖는 조명 유닛을 구현하기 위한 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라 적어도 하나의 시준기가 적어도 하나의 시준기로부터 나온 광 빔이 수직 방향으로 초점 라인 상에 집중되도록 하는 방식으로 구성 및 배열되어 있는 앞서 언급한 조명 유닛을 통해 달성된다.
시준기의 상응 구성을 인해, 반사기 및 그에 따른 시준기를 빠져 나오는 광 빔의 편향은 필요하지 않으며, 그 결과로서 광 가이딩 광학 몸체의 설치 높이 및 그로 인한 조명 유닛의 높이가 상당히 감소될 수 있음을 알게 되었다.
앞서 언급한 DE 60 2006 000 180 T2에서, 광 출사면, 즉, 출사 렌즈의 외측면은 매끄럽게 구성되는 것으로 규정되어 있다. 이 경우, 그것을 통해 달성 가능한 광 패턴 또는 달성 가능한 광 분포는 때때로 수평 방향으로 충분히 넓지 않고 도로의 조명이 간섭하는 불균일성을 가짐을 알게 되었다.
광학 몸체는 바람직하게는 솔리드(solid) 몸체이다.
본 발명의 조명 장치에서는, 바람직하게는 출사 렌즈의 외측면이 매끄러운 기저면 내의 홈 형상의 구조에 의해 형성되는 것으로 규정되는데, 이 홈 형상의 구조를 형성하는 홈은 실질적으로 수직 방향으로 뻗어 있고, 바람직하게는 각각의 경우에, 수평 방향으로 각각 2개의 인접하게 위치하는 홈은 특히 실질적으로 수직으로 뻗은 상승부(elevation)에 의해 분리되어 있고, 이 상승부는 바람직하게는 홈의 전체 수직 범위에 걸쳐 뻗어 있다. 매끄러운 기저면은 바람직하게는 CO-연속적이고, 특히 수평으로 뻗은 에지를 가지지 않는다.
처음에 설명한 바와 같이, 흔히 희망의 광 패턴을 위해 필요한 폭은 출사 렌즈의 매끄러운 외측면을 통해 달성될 수 없다, 특히 디프드 헤드라이트 분포의 전방 광 분포에 대하여 달성될 수 없다. 특히, 본 발명에 제공된 편향 반사기를 분배할 때, 이것은 문제가 될 수 있다. 출사하는 광 빔의 수평 블러링(blurring)은 출사 렌즈의 외측면 상에 제공된 구조에 의해 달성되며, 그 결과 희망의 폭의 광 분포가 달성될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 시준기의 적어도 하나의 경계면이 그 적어도 하나의 경계면에서 전반사된 그 시준기에 할당된 광원의 광이 수직 방향으로 수렴하는 방식으로 방출되어 그것이 초점 라인 상에 또는 초점 라인 영역으로 포커싱되도록 하는 방식으로 구성된다.
특히, 적어도 하나의 시준기의 중앙 커플링-인 영역은 렌즈의 형태, 구체적으로, 중앙 커플링-인 영역을 통해 시준기와 결합된 광이 수직 방향으로 수렴하는 방식으로 방출되어 그것이 초점 라인 상에 또는 초점 라인 영역으로 포커싱되도록 하는 방식의 프리-폼(free-form) 형태로 구성될 수 있다.
또한, 시준기로부터 나오는 모든 광 빔은 초점 라인 상에 또는 초점 라인 영역으로 수직 방향으로 포커싱되는 것이 유리할 수 있다.
적어도 하나의 시준기, 특히 적어도 하나의 시준기의 적어도 하나의 경계면 및/또는 중앙 커플링-인 영역은 적어도 하나의 시준기를 빠져 나오는 광 빔들이 수평 방향으로 서로 평행하게 뻗도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
이러한 방식으로, 출사 렌즈의 영역에서 광 빔의 향상된 균질성이 달성될 수 있다.
적어도 하나의 시준기, 특히 적어도 하나의 시준기의 적어도 하나의 경계면 및/또는 중앙 커플링-인 영역은 적어도 하나의 시준기를 빠져 나오는 광 빔들이 수평 방향으로 수렴하는 방식으로, 바람직하게는 광 빔이 출사 렌즈의 영역 부근에서, 구체적으로 출사 렌즈의 외측면 영역 부근에서 교차하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
이러한 방식으로, 광 분포의 폭은 광-가이딩(광학) 몸체의 주어진 폭에 대하여 증가될 수 있다.
렌즈 영역은 일반적으로 회전 대칭은 아닌 대부분 양의 굴절률을 갖는 프리-폼 렌즈이다. 시준기의 외측면의 소위 동/서/남/북 곡선은 또한 바람직하게는 프리-폼 곡선이다. 이러한 곡선들은, 집중하는(수렴 빔 다발) 경우, 간단히 표현하면 대략 '타원형' 곡선 단면의 배열이고, 평행 배열의 경우, 간단히 표현하면 대략 '포물선형' 곡선이 얻어진다. 이러한 곡선, 예컨대, 앞서 언급한 동/서/남/북 곡선(또는 다른 곡선 또는 다른 수의 곡선)이 결정되면, 이들은 연결되어 바람직하게는, 구체적으로 예를 들면, 각각의 일정한 Z(광 축에 수직인 평행면)에 대하여, 2개의 할당된 곡선 지점이 타원 상에 놓이는 방식으로 적어도 G1-연속 면을 형성한다. 이들 연결 지점에서의 접선(탄젠트) 방향의 적절한 선택에 의해, G1 연속성의 요구사항을 충족시키는 닫힌 윤곽 곡선이 형성된다.
바람직하게는, 조명 유닛은 할당된 광원을 갖는 정확히 하나의 시준기를 포함한다. 자동차 헤드라이트는 본 발명에 따라, 예컨대, 8 내지 15개의 조명 유닛으로 이루어진다.
바람직하게는, 적어도 하나의 시준기 및 출사 렌즈는 적어도 하나의 시준기로부터 나오는 광이, 특히 이전에 편향 및/또는 반사 없이 출사 렌즈에 직접 도달하는 방식으로 서로에 대하여 배열된다.
바람직하게는, 그것의 할당된 시준기를 갖는 광원은 광-투과성 광학 몸체의 일단에 놓이고, 출사 렌즈는 반대의 타단에 놓이고, 그 사이에 초점 라인을 갖는 초점 라인 영역만 존재하고, 편향 반사기가 생략되어 광학 몸체가 상당히 낮아질 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 시준기의 광 출사면은 출사 렌즈의 광축에 실질적으로 수직이 되도록 제공된다.
각각의 시준기는 평평하게 구성된 광 출사면을 가지고, 시준기는 바람직하게는 이상적인 재료로 원피스로 되어 있어, 그 광출사면은 광학적 효과를 갖지 않는다.
특히, 적어도 하나의 광원은 아래와 같이 제공될 수 있다.
- 초점 라인 영역 또는 초점 라인 보다 낮거나,
- 초점 라인 영역 또는 초점 라인 보다 높거나, 또는
- 초점 라인 영역 또는 초점 라인과 동일한 높이이다.
광학 몸체의 밑면 상에, 서로를 향해 진행하는 2개의 광학 몸체 외측면은 초점 라인 영역, 또는 초점 라인 영역에 놓이거나, 초점 라인 영역을 형성하는 몸체 에지를 형성한다. 광축 또는 초점 라인으로부터 몸체 에지의 수직 법선 거리를 선택함으로써, 딤드-아웃(dimmed-out) 광 분포의 감소 크기가 특정될 수 있다.
이 경우, 적어도 하나의 시준기와 마주하는 광학 몸체 외측면은 광학 몸체 내에서 진행하고 그 광학 몸체 외측면 상으로 입사되는 광에 대하여 적어도 일부 영역, 바람직하게는 그것의 전체 영역에서 그 외측상의 광을 흡수하도록 구성된다.
예를 들어, 대응하는 광학 몸체 외측면은 아마도 흑색 커버 엘리먼트, 예컨대, 스크린 또는 상응하는 코팅 등으로 덮일 수 있다. 이러한 방식으로, 광이 광학 몸체로부터 제어 불가능하게 빠져 나오거나 또는 광학 몸체로 다시 반사되어 제어 불가능한 방식으로 진행할 가능성이 방지될 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 본 조명 유닛에서, 출사 렌즈의 외측면은 매끄러운 기저면 내의 홈 형상의 구조에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 바람직하게는, 매끄러운 기저면과 제1 비-수직 교차 평면이 교차하는 경우에 얻어지는 제1 베이스 교차 곡선은 직선으로 뻗어 있고, 외측면과 제1 교차 평면이 교차하는 경우에 얻어지는 제1 외측면 교차 곡선은 정현파 프로파일을 갖는다.
특히, 각각의 제1 교차 평면의 베이스 교차 곡선과 관련하여 제1 교차 평면 내의 제1 외측면 교차 곡선은 sinN(k*x)에 비례하여 뻗을 수 있고, 여기서, N = 1, 2, 3이고, x는 각각의 베이스 교차 곡선을 따른 좌표이고, k는 상수를 나타낸다.
이러한 경우, 정형파 제1 외측면 교차 곡선의 0 교차는 제1 베이스 교차 곡선 상에 놓일 수 있다.
그러므로, 프로파일이 sinN(k*x)에 비례한다는 것을 유지하며, 여기서, c = 0이다.
특히, 상수 k에 대한 값은 모든 제1 외측면 교차 곡선에 대하여 동일하게 제공될 수 있다.
또한, 매끄러운 기저면과 출사 렌즈의 광축과 평행하게 뻗은 제2 수직 교차 평면이 교차하는 경우에 얻어지는 제2 베이스 교차 곡선이 만곡되도록, 특히 바깥쪽으로 만곡되도록 구성되는 것이 더 바람직할 수 있으며, 바람직하게는 제2 베이스 교차 곡선은 연속적이다.
이 경우, 외측면과 형성된 제2 교차 평면이 교차하는 경우에 얻어지는 제2 외측면 교차 곡선은 기저면에 대하여 최대 거리를 가지는 외측면의 점들을 상호 연결하는 것이 바람직할 수 있다.
특히, 형성된 교차 평면에서 제2 베이스 교차 곡선을 따라 진행하는 경우에, 제2 외측면 교차 곡선에서부터의 법선 거리는 제2 베이스 교차 곡선 상의 위치를 규정하는 파라미터, s의 함수(s)인 것이 유리하다.
제2 교차 평면은 광 투과성 몸체, 즉, 광 몸체의 출사 렌즈의 광축과 평행한 수직 평면이다. 광축은 광학 몸체의 광축, 특히, 출사 렌즈의 정점에 대하여 정의된 광학 몸체의 중심선으로 이해될 수 있다.
기저면 상의 관측점에서, 제1 교차 평면은 다음과 같이 얻어진다. 관측점에서의 제1 교차 평면은 기저면에 대한 접선 평면 상에서 수직인 평면이고, 여기서 이 평면, 즉, 제1 교차 평면은 점들이 놓여 있는 제2 교차 평면에도 수직이다. 이미 설명한 바와 같이 교차의 제2 평면은 광축과 평행하게(또는 광축을 통해) 뻗어 있고 관측점이 놓여 있는 매끄러운 기저면을 통한 수직 교차 평면이다.
수직 방향으로 주로 만곡되어 있으나, 수평 방향으로는 광축에 수직으로 뻗은 기저면의 경우에, 인접한 제1 교차 평면들 간의 각도는 광축에 대하여 변하고, 여기서, 광축에 수직인 수평 방향으로, 모든 교차 평면들은 직선으로 그리고 서로 평행하게 뻗는다.
이 경우, 제2 베이스 교차 곡선을 따라 진행할 때, 법선 거리 A(s)는 증가하는 것이 유리하며, 여기서, 기저면의 하부 에지에서의 법선 거리는 기저면의 상부 에지에서의 법선 거리보다 짧은 것이 바람직하고, 이 때 법선 거리 A(s)는, 예컨대, 관계 A(s) = A0*(K - s)를 이용하여 얻어지는데, 여기서 s[0, 1]이고, s = 0은 상부 에지를 나타내고 s = 1은 하부 에지를 나타내고, K = 1 또는 K > 1이다.
K = 1인 경우, A0는 상부 또는 하부, 바람직하게는, 기저면(BF)의 상부 에지(S = 0), 하부 에지(S = 1)에서의 법선 거리이고, 그것에 따라 A(1) = 0임이 유지된다.
K > 1인 경우, 상부 에지(s = 0)에서의 법선 거리는 A(0) = K*A0이고, 하부 에지에서의 법선 거리 (A1) = A0*(K - 1) > 0이다.
K > 1인 경우에, 때때로 K = 1에서보다 우수한 광 효율이 나타난다.
그러므로, 이러한 구성에서, 서로의 위에 위치하는 "제로 크로싱"의 각각의 경우에, 즉, 외측면 및 기저면이 일치하는 이들 영역들은 본 케이스에서는 제2 기저 교차 곡선과 일치하는 상응하는 제2 외측면 교차 곡선에 의해 교차되는 경우에, 수직 제2 교차 평면이 존재한다.
엄격하게 동일한 방식으로, 제2 외측면 교차 곡선이 음의 법선 거리/진폭을 상호 연결하는 제2 교차 평면이 존재한다. 그러나, 명확한 설명을 위해서는, "양의" 법선 거리/진폭에 대한 제2 외측면 교차 곡선을 지정하는 것으로 충분하지만, 다른 관계들도 제1 교차 평면 내의 정현 프로파일에 의해 얻어진다.
예를 들어, 출사 렌즈의 외측면이 수직 방향으로는 바깥쪽으로 만곡되어 있고 바람직하게는 수평 방향으로는 직선으로 뻗을 수 있고, 예컨대, 외측으로 볼록한 곡선을 따라 곧은 단면을 가지는 원통형 표면에 의해 형성된다. 이러한 외측으로 볼록한 곡선에 대한 예는 비구면 렌즈의 윤곽이다.
예를 들어, 이것은 수직 방향으로는 바깥쪽으로 만곡되어 있고 수평 방향으로는 만곡되지 않은 프리폼 렌즈이다.
적어도 하나의 광원은 바람직하게는 하나 이상의 반도체 기반의 발광 다이오드, 예컨대, 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드 및/또는 예컨대, 적어도 하나의 변환 층을 가진 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 적어도 하나의 레이저 광원을 포함한다.
일반적으로, 평평한 발광면을 가지거나, 그것들의 발광면이 하나의 평면 내에 놓인 광원, 예컨대, 상술한 광원 중 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는, 이러한 평평한 발광면 또는 이러한 (발광면의) 평면에 대한 법선은 출사 렌즈의 광축과 평행하게 뻗어 있고 그 광원에 할당된 시준기의 광 출사면에 대한 법선이다. 법선 방향과 광축 사이의 기울기 각도, 특히, 최대 10°의 기울기 각도가 실현 가능하다. 이것은, 예컨대, 서로 인접한 수 개의 조명 유닛의 조합에 유리할 수 있으며, 여기서 출사 렌즈는 진행 방향(자동차 트랙)에 대하여 기울어져 있어 LED는 공통의 보드상에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 정현파형 홈 광학 부재가 앞선 설명에 제공되어 있고, 여기서 사인 함수는 렌즈 표면, 즉, 출사 렌즈의 매끄러운 기저면에 수직이다. 주기는 바람직하게는 변하지 않고 유지되고, 반면 홈 깊이(진폭)은, 예컨대, 상술한 바와 같이, 광 출사면의 상부 에지에서 특정 초기 값 A0 또는 A0*K(이 값에 의해, 광 분포의 폭이 조절될 수 있다)으로부터 렌즈의 하부 에지에서의 0 또는 A0*(K - 1)의 값으로, 특히 선형으로 변한다.
그러므로, 광 분포가 원하는대로 확산되는 것이 달성될 수 있으며, 놀랍게도 명-암 경계가 광 투과성 몸체의 직선으로 뻗은 초점 라인의 경우처럼 외측으로 구부러지지 않음을 알게 되었다.
이제, 본 발명은 아래의 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1은 자동차 헤드라이트용의 본 발명에 따른 조명 유닛의 필수 구성요소들을 제1 투시도로 도시한다.
도 1a는 도 1의 조명 유닛을 다른 투시도로 도시한다.
도 2는 도 1의 조명 유닛의 평면도를 도시한다.
도 2a는 도 1의 조명 유닛의 수직 단면을 도시한다.
도 2b는 초점 라인 영역의 상세도(오프셋을 갖는 광축에 대한 몸체 에지의 위치)를 도시한다.
도 3은 광축을 포함하는 평면에서 수직 방향으로의 조명 유닛의 광학 몸체의 빔 프로파일을 도시한다.
도 3a는 광축을 포함하는 평면에서 수직 방향으로의 조명 유닛의 광학 몸체의 제1 프로파일을 도시한다.
도 3b는 광축을 포함하는 평면에서 수직 방향으로의 조명 유닛의 광학 몸체의 제2 프로파일을 도시한다.
도 3c는 광축을 포함하는 평면에서 수직 방향으로의 조명 유닛의 광학 몸체의 제3 프로파일을 도시한다.
도 4는 출사 렌즈가 홈 구조를 갖지 않는 광 투과성 몸체를 갖는 조명 유닛의 전방 부분의 투시도를 도시한다.
도 4a는 도 4의 조명 유닛을 통해 만들어진 광 분포를 도시한다.
도 5는 출사 렌즈가 홈 구조를 갖는 광 투과성 몸체를 갖는 조명 유닛의 전방 부분의 투시도를 도시한다.
도 5a는 이를 통해 만들어진 광 분포를 도시한다.
도 6은 그것의 초점 라인과 광출사면 사이의, 도 5의 광 투과성 몸체의 확대된 단면을 수직 단면으로 도시한다.
도 7은 도 6의 예시적인 제1 교차 평면(SE1)을 따른 단면에서 광 투과성 몸체의 출사 렌즈의 광 출사면의 프로파일을 도시한다.
도 8은 예시적인 단면 A-A, B-B, C-C 및 D-D과 함께 도 6의 수직 단면을 다시 도시한다.
도 9a-도 9d는 K = 1인 경우의 도 8에 따른 다양한 단면 A-A, B-B, C-C 및 D-Dㅇp에서의 광 투과성 몸체의 출사 렌즈의 광출사면의 프로파일을 도시한다.
도 10a-도 10d는 K > 1인 경우의 도 8에 따른 다양한 단면 A-A, B-B, C-C 및 D-Dㅇp에서의 광 투과성 몸체의 출사 렌즈의 광출사면의 프로파일을 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 4개의 조명 유닛을 포함하는 조명 장치를 도시한다.
도 12는 6개의 조명 유닛을 가진 조명 장치의 정면도를 도시한다.
본 설명의 프레임워크에서, 용어 "위", "아래", "수평", "수직"은 유닛이 자동차에 장착된 조명 장치 내에 설치된 후 유닛이 정상 사용 위치에 배치된 때 정렬의 상세로서 이해되어야 한다.
도 1, 1a, 2 및 2a는 명-암 경계를 가진 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용의 본 발명에 따른 조명 유닛(100)을 도시한다. 조명 유닛은 광원(1), 시준기(2), 외측면(3a)을 갖는 출사 렌즈(3), 및 시준기(2)와 출사 렌즈(3) 사이에 배치된 초점 라인 영역(4)을 포함한다.
시준기(2), 출사 렌즈(3) 및 초점 라인 영역(4)은 일체형 광 투과성 몸체(101)("광학 몸체")로 형성되며, 광학 몸체(101)는 솔리드 몸체, 즉, 관통 개구 또는 개구를 포함하지 않는 몸체인 것이 바람직하다(즉, 본 실시예에서 제한되지 않는다).
몸체(101)를 형성하는 광 투과성 재료는 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 이 재료는, 예컨대, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 또는 PC(폴리카보네이트)를 함유하고, 특히 이들로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 몸체(101)는 무기 유리 재료로 만들어질 수도 있다.
도시된 예에서, 광학 몸체(1)는 몸체 에지(4')로 수렴하는, 그것의 밑면에 2개의 광학 몸체 외측면(1a, 1b)을 가진다. 이 몸체 에지(4')는 출사 렌즈의 초점 라인(FL) 영역에, 또는 초점 라인 영역(4)에 놓인다. 이러한 경우, 시준기(2)와 마주하는 광학 몸체 외측면(1a)은 광학 몸체 외측면(1a)상으로 입사되고 광학 몸체(1) 내에서 진행하는 광에 대하여 적어도 일부 영역에서, 바람직하게는 그 전체 영역에서 그것의 외측에서 광을 흡수하도록 구성된다.
예를 들어, 상응하는 광학 몸체 외측면(1a)은 가능하다면 흑색 커버 엘리먼트, 예컨대, 스크린 또는 대응하는 코딩 등으로 덮일 수 있다. 이러한 방식으로 광이 광학 몸체로부터 제어 불가능하게 빠져 나오거나 광학 몸체로 다시 반사되어 제어 불가능한 방식으로 진행하는 것이 방지될 수 있다.
광원(1)은 하나 이상의 반도체 기반 발광 소자, 예컨대, 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드 및/또는, 예컨대, 적어도 하나의 변환 층을 갖는 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 적어도 하나의 레이저 광원을 포함한다. 도시된 예에서 광원(1)은 초점 라인 영역(4) 또는 초점 라인(FL)보다 낮다.
시준기(2)는 광원(1)으로부터 시준기(2)로 공급되는 광 빔(S1)의 모두 또는 적어도 일부가 그들이 도 3에 도시된 바와 같이 초점 라인(FL) 상으로 또는 초점 라인 영역(4)내로 수직 방향으로 집중되도록 하는 방식으로(광 빔(S2)) 시준기(2)로부터 빠져 나오도록 구성 및 배열된다.
이를 위해, 시준기(2)의 경계면(2a)은 그 경계면(2a)상에서 전반사된 광이 수평 방향으로 수렴하는 방식으로 방출되어 그것이 초점 영역(FL) 상으로 또는 초점 라인 영역(4)내로 집중되도록 하는 방식으로 구성되어 제공되는 것이 바람직하다.
시준기(2)는 측방 커플링-인 면(2c)을 가지는 커플링-인 오목부(2')를 가지며, 이를 통해 광원(1)으로부터 커플링 인 된 광(S1)은 경계면(2a) 상으로 방출된다.
또한, 커플링-인 오목부(2')는 시준기(2)에 커플링된 광(S1)이 중앙 커플링-인 영역(2b)을 통해 그것이 초점 라인(FL) 상에 또는 초점 라인 영역(4)으로 포커싱되도록 수직 방향으로 수렴하는 방식으로(광 빔(S2)) 방출되도록 하는 방식으로, 렌즈의 형태로, 특히, 프리-폼 렌즈(2b')의 형태로 구성되는 것이 바람직한 중앙 커플링-인 영역(2b)을 가진다.
시준기(2)로부터 나온 광 빔(S2)은 출사 렌즈(3)로부터 나온 광 빔(S3)이 명-암 경계를 갖는 광 분포를 형성하도록 하는 방식으로 출사 렌즈(3)에 의해 적어도 수직 방향(V)으로 마지막으로 편향되며, 이 명-암 경계는 출사 렌즈(3)를 통해 초점 라인(FL) 또는 초점 라인 영역(4)의 이미지로서 얻어진다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 출사 렌즈의 광축(Z)에 놓인 초점 라인(FL)은 수직 방향으로 대략 몸체 에지(4')의 높이에 또는 약간 아래에 있다. 도 2b는 이와 관련하여 몸체 에지(4')가 출사 렌즈(3)의 초점 라인(FL) 위쪽에 놓인 다른 가능한 실시예를 도시한다. 광 패턴에서 명-암 경계의 감소 정도는 이러한 높이 차에 의해 수직 방향으로 조절될 수 있다.
도 3a는 시준기(2)로부터 "나온" 광 빔(S2)이 수평 방향으로 어떻게 진행하는지의 예를 도시한다. 도 3a에 따르면, 시준기(2), 구체적으로 프리-폼 렌즈(2b') 형태의 그것의 경계면(2a) 및 중앙 커플링-인 영역(2b)은 수평 방향으로 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광 빔이 수렴하도록 하는 방식으로 뻗도록 구성되며, 바람직하게는 광 빔이 대략 출사 렌즈(3)의 영역에서, 구체적으로 대략 출사 렌즈(3)의 외측면(3a)의 영역 또는 출사 렌즈의 상류 에서 교차하도록 하는 방식으로 구성된다. 또한, 광 빔의 일부, 구체적으로 중앙 영역(2b)으로부터의 광 빔은 초점 라인(FL)의 영역에서 또는 초점 라인(FL)의 상류에서 이미 교차될 수도 있다. 이러한 방식으로, 광 가이딩(광학) 몸체의 폭은 증가될 수 있고 광 분포의 폭이 증가될 수 있다.
도 3b는 시준기(2)로부터 "나온" 광 빔(S2)이 수평 방향으로 어떻게 진행하는지의 예를 도시한다. 도 3b에 따르면, 시준기(2), 특히, 프리-폼 렌즈(2b') 형태의 그것의 경계면(2a) 및 중앙 커플링-인 영역(2b)은 수평 방향으로 시준기로부터 "나온" 광 빔(S2)이 서로 평행하게 바람직하게는 광축(Z)과도 평행하게 뻗도록 하는 방식으로 구성된다. 이러한 방식으로, 출사 렌즈 및 광 분포의 영역에서 광 빔의 향상된 균질성이 달성된다.
도 3c는 최종적으로 혼합된 실시예를 도시하는데, 여기서 시준기(2)의 커플링-인 영역(2b)을 통과한 광 빔은 그들이 수평 방향으로 출사 렌즈의 상류에서, 특히, 초점 라인의 상류에서 교차하도록 수렴하는 방식으로 진행하고, 반면에 영역(2c)을 통과하지만 중앙의 커플링-인 영역을 통과하지 않고 나온 광 빔은 수평 방향으로 서로 평행하게, 특히 광축(Z)과 평행하게 진행한다.
도 1, 1a 및 2, 2a 뿐만 아니라 도 3, 3a, 3b에서 알 수 있듯이, 시준기(2) 및 출사 렌즈(3)는 시준기(2)로부터 나온 광(S3)이 특히, 반사기에 의한 이전의 편향 및/또는 반사 굴절 없이 직접 출사 렌즈(3)에 도달하도록 하는 방식으로 서로에 대하여 배열된다.
구체적으로, 할당된 시준기(2)를 갖는 광원(1)은 광 투과성 광학 몸체(101)의 일단에 놓이고, 출사 렌즈(3)는 반대 타단에 놓이며, 그 사이에 초점 라인(FL)d을 갖는 초점 라인 영역(4)만 존재하고 편향 반사기가 생략되어 광학 몸체(101)가 상당히 낮아질 수 있다.
예를 들어, 시준기(2)의 광 출사면(2d)은 출사 렌즈(3)의 광축(Z)에 실질적으로 수직이다. 시준기(2)는 평평하도록 구성된 광 출사면(2d)을 가지고, 이를 통해 시준기(2)는 바람직하게는 동일한 재료로 만들어진 나머지 광학 몸체와 일체가 되어, 이러한 광 출사면(2d)은 광학적 효과를 갖지 않는다.
초점 라인(FL)은 몸체(101)의 초점 라인 영역(4) 내에 놓이고 바람직하게는 출사 렌즈(3)의 초점 라인과 실질적으로 일치한다.
초점 라인 영역(4)은 몸체(101) 내의 에지 둘레에 배치된다. HD 라인은 특히 약간의 곡률을 갖는 곡선, 또는 특히 바람직하게는 직선을 포함하는 에지(4)를 이미징함으로써 형성된다.
아마도 표면(1a)을 통해 에지(4) 아래에서 나오는 광은, 예컨대, 광의 오류/산란을 방지하기 위해 그 외측에 스크린 또는 어두운, 예컨대, 흑색 또는 갈색 코팅에 의해, 에지(4) 밑에 위치하는 표면(1a)을 차광시킴으로써 차광/차단 또는 흡수된다.
몸체(101)의 출사 렌즈(3)의 외측면(3a)은 바람직하게는 중앙 영역에서, 광 출사 방향에서 출사면이 그것의 상부 또는 하부 에지 존보다 더 전방에 있도록 하는 방식으로 수직 방향으로 외측으로 만곡된다. 수평 방향에서, 출사 렌즈는 바람직하게는 직선으로 뻗어 있고, 예컨대, 외측으로 볼록한 곡선을 따른 직선형 단면을 갖는 원통형 표면에 의해, 또는 수직 방향으로는 외측으로 만곡되고 수평 방향으로는 만곡되지 않는 프리-폼 렌즈에 의해 형성된다.
도 4는 이전 도면에서 원칙적으로 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 조명 유닛(101)으로부터 도출될 수 있는 조명 유닛(101')의 전반부를 도시한다. 조명 유닛(101')은 매끄러운 외측면(3a')을 갖는 출사 렌즈(3')를 가진다.
도 4a는 명-암 경계를 갖는 광 분포, 예컨대, 디프드 헤드라이트 분포, 또는 디프드 헤드라이트 분포의 일부분, 예컨대, 전방부를 도시한다. 이러한 광 분포는 도 4a에 나타난 특정 폭을 갖는다.
이러한 조명 유닛(101')에서 시작하여, 도 5는 이제 도 1, 1a, 2, 2a 및 3, 3a, 3b를 참조하여 이미 설명한 조명 유닛(101)의 전방부를 도시한다.
도 4에 따른 설계와의 차이는 도 5에 따른 조명 유닛(101)에서는, 출사 렌즈(3)의 외측면(3a)이 홈 형상 구조가 제공된 매끄러운 기저면(BF)(도 4의 출사면(3a')에 대응)으로 이루어진다는 점에 있고, 여기서 홈 형상 구조를 형성하는 홈(3b)은 수직 방향으로, 즉, 위에서 아래로 뻗어 있다. 구체적으로, 출사 렌즈(3)의 외측면(3a)은 매끄러운 기저면(BF) 내의 홈 형상 구조에 의해 형성되고, 이 홈 형상 구조를 형성하는 홈(3b)은 실질적으로 수직 방향으로 뻗어 있고, 바람직하게는 각 경우에 수평 방향으로 인접한 2개의 홈(3b)은 바람직하게는 홈(3b)의 전체 수직 길이에 걸쳐 뻗은 특히 실질적으로 수직으로 뻗은 상승부에 의해 분리된다.
초기에 이미 설명한 바와 같이, 종종 희망의 광 패턴을 위해 필요한 폭은 출사 렌즈의 매끄러운 외측면(BF)(3a')을 통해 달성될 수 없고, 특히 디프드 헤드라이트 분포의 전방 광 분포에 대해 달성될 수 없다. 출사 광빔의 수평 블러링은 출사 렌즈의 외측면 상의 구조에 의해 달성되며, 그 결과 광 분포의 원하는 폭이 도 5a에 개략적으로 도시된 바와 같이 달성된다. 또한, 광 분포의 품질은 균질성의 인상(impression)이 출사 렌즈의 외측면 상의 구조에 의해 향상되기 때문에 상당히 향상된다.
도 6-8, 9a-9d, 10a-10d는 본 발명에 따른 이러한 홈 구조의 아래의 다른 바람직한 구성을 도시한다.
도 6 및 도 8은 몸체(101)를 통한 수직 단면을 도시하고, 구체적으로 각각의 경우에 그것의 초점 라인(FL)과 광출사면(3a) 사이의 광 투과성 몸체의 확대된 단면을 도시한다.
도 6은 기저면(BF) 상의 관측점(P)을 포함하는 제2 수직 단면을 도시하고, 도 8은, 예컨대, 4개의 관측점(PA, PB, PC 및 PD)이 놓여 있는 제2 수직 단면(SE2)을 도시한다.
매끄러운 기저면(BF)이 제1 비수직 교차 평면(SE1)(이들 교차 평면(SE1)은 아래에 더 상세하게 설명될 것이다)과 교차한다면, 예컨대, 포인트(P)(도 6)에서, 또는 단면 A-A, B-B, C-C, D-D(도 8)을 따라, 직선으로 뻗은 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)이 얻어지며, 이 때 외측면(3a)과 이러한 제1 교차 평면(SE1)(이들 교차 평면(SE1) 내의 렌즈 외측면의 프로파일에 대응)이 교차하는 경우에 얻어지는 제1 외측면 교차 곡선(SK1)은 정현파 프로파일을 갖는다.
매끄러운 기저면은 실제로 구현된 외측면을 설명하기 위해 참조되는 개념적 구성이다. 제1 비수직 교차 평면(SE1)은 더 정확하게 아래에 정의된 복수의 그러한 비수직 교차 평면을 포함한다.
도시된 바람직한 실시예에서, 각각의 제1 교차 평면(SE1)의 베이스 교차 곡선(BSK1)과 관련하여 제1 교차 평면(SE1) 내의 제1 외측면 교차 곡선(SK1)은 sinN(k*x)에 비례하여 뻗으며, 여기서, N = 1, 2, 3, ...이고(도시된 예에서는 N = 1), x는 각각의 베이스 교차 곡선(BSK1)을 따른 좌표이고, k는 상수이다.
그 다음, 정현파형 제1 외측면 교차 곡선(SK1)의 제로 크로싱은 제1 베이스 교차 곡선(BSK1) 상에 놓이도록 제공될 수 있다. 그러므로, 프로파일이 sinN(k*x) + c에 비례하는 것이 유지되고, 여기서 c = 0이다.
도 7은 관계의 일반적 설명을 위해 포인트(P)(도 6)에서의 접선 평면(TE)에 수직인, 포인트(P)가 놓여 있는 예시적인 제1 교차 평면(SE1)을 도시한다. 이 단면에서, 렌즈 외측면은 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)과 관련하여 도시되어 있다. 베이스 교차 곡선(BSK1)은 직선이고, 이러한 직선(BSK1)을 따른 파라미터 x를 갖는다. 이 단면에서 렌즈 외측 윤곽은 본 예에서 sin(k*x)에 비례하는 제1 외측 교차 곡선(SK1)이다. 포인트(P)에 대응하는 위치(s)(즉, 도 6에 따른 단면에서 s = sP)에 따라(파라미터 s에 대해서는 아래의 설명 참조), 최대 진폭은 도 7에 나타난 바와 같이 A(SP)에 의해 결정된다. 또한, 진폭의 결정은 아래에 더 상세하게 설명될 것이다.
도 8은 일례로서 4개의 관측점(PA, PB, PC 및 PD)를 갖는 광축(Z)과 평행한 제2 수직 교차 평면(SE2)을 따른 단면을 도시한다.
제1 교차 평면(SE1)은 이러한 4개의 점에 도시되어 있고, (단면 A-A, B-B, C-C, D-D에 대응하는) 4개의 선택된 교차 평면(SE1)에 대한 결과적인 제2 외측면 교차 곡선(SK2)의 대응 프로파일은 도 9a-9d에 도시되어 있다. 각 경우에서 더 명확하게 하기 위해, 이중 진폭, 즉, 최대 및 최소 편향 간의 거리가 단면에 도시되어 있다.
제2 외측면 교차 곡선(SK2)의 정현파 프로파일은 도 6에 대응하여 다시 확인될 수 있는데, k에 대하여 k = 2*π/T이 유지되고, T는 주기 길이이다. 바람직하게는, 상수 k에 대한 값은 모든 제1 외측면 교차 곡선(SE1)에 대하여 동일하다.
일반적으로, 도시된 실시예와 무관하게, 주기 길이 T [mm]에 대한 전형적인 값은 최대 2.50 mm, 바람직하게는 최대 2.00 mm의 범위 내에 놓인다. 특히, 바람직한 값은 0.10 mm 내지 2.00 mm, 예컨대, 0.25 mm 내지 0.75 mm에 놓인다.
최대 진폭 A0 [mm]에 대한 바람직한 값은, 도시된 실시예와 무관하게, 25 μm 내지 350 μm의 범위 내에 놓이고, 전형적인 값은 50 μm이다.
A0 대 T의 크기 비율에 대한 유리한 값 범위는, 예컨대, 0.075 < (A0/T) < 0.250인 것으로 밝혀졌다.
상기 정보는 K = 1인 경우에 적용되고(파라미터 K에 대하여, 설명의 서두 부분의 상기 설명을 참조), K > 1인 경우에 유사한 고려사항이 적용되는데, 이 경우에 이전 두 단락에서의 A0는 A0*K로 대체되어야 한다.
도 8은 또한 출사 렌즈(3)의 광축(Z)과 평행하게 뻗은 제2 수직 교차 평면(SE2)과 매끄러운 기저면(BF)의 교차 경우에 얻어지는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)이 만곡되도록, 특히 외측으로 만곡되도록 구성되어 있음을 도시하고, 여기서 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)은 연속적인 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 여기서 외측면(3a)과 형성된 제2 교차 평면(SE2)의 교차 경우에 얻어지는 제2 외측면 교차 곡선(SK2)은 기저면(BF)에 대해 최대 거리를 갖는 외측면(3a)의 점들을 상호 연결한다. 따라서, 제2 평면(SE)은 바람직하게는 sinN(k*x) = 1의 크기를 유지하기 위한, 광축(Z)에 평행한 수직 교차 평면이다. 이러한 두 평면은 렌즈 외측면의 정의를 위해 충분하고, 이들 수직 평면 사이의 영역은 상술한 바와 같이 사인 함수에 의해 정의된다.
정의된 교차 평면(SE2) 내의 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)를 따라 진행하는 경우, 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)에 대한 제2 외측면 교차 곡선(SK2)의 법선 거리는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2) 상의 위치를 제공하는 파라미터 s의 함수 A(s)로 나타날 수 있다.
먼저, 제1 교차 평면으로 다시 돌아가면, 기저면(BF) 상의 관측점(P)(도 6)(PA, PB, PC, PD) (도 8)에서, 제1 교차 평면(SE1)은 아래와 같이 얻어지는데, 관측점(P, PA, ...)에서의 제1 교차 평면(SE1)은 기저면(BF)에 대한 접선 평면(TE)에 수직인 평면이고, 이 평면(=교차 평면(SE1)은 또한 점(P)이 놓여 있는 제2 교차 평면(SE2)에 수직이다. 제2 교차 평면은, 앞서 이미 설명한 바와 같이, 광축(Z)에 평행하게 뻗어 있고(또는 이 광축(Z)을 통과하고) 관측점(P)이 놓여 있는 기저면(BF)을 통과하는 수직 교차 평면이다. 제1 교차 평면(SE1)은 제2 베이스 교차곡선(BSK2)과 90°의 각을 이룬다.
수직 방향으로만 만곡되고 광축(Z)에 수직인 수평 방향으로는 직선으로 진행하는 기저 표면의 경우, 인접한 제1 교차 평면(SE1) 사이에서, 각도는 광축(Z)에 대해 변화하지만, 광축(Z)에 수직인 수평 방향으로, 모든 교차 평면은 직선으로 그리고 서로 "평행"하게 진행한다.
이제, 제2 수직 교차 평면(SE2) 및 외측면 교차 곡선(SK2)의 프로파일로 다시 돌아가면, 예를 들어, 함수 A(s)는 관계 A(s) = A0 * (1 - s)를 따르고, 여기서 A0는 기저면(BF)의 상부 에지에서 정상 거리이다.
여기서, s = 0은 A(0) = A0를 유지하는 기저면의 상부 에지에서의 위치이고, 하부 에지에서는 A(1) = 0을 유지한다. 그러므로, 이 파라미터는 교차 곡선(BSK2)을 따른 정규화된 아크 길이이다.
도 9에 따른 4 개의 점에서의 파라미터 s에 대하여, 아래의 관계가 유지된다.
- PA: s = sPA = 1,
- PB: s = sPB, sPB < 1,
- PC: s = sPC, sPC < sPB, 및
- PD: s = sPD = 0.
A(sPA) = A0 * 0 = 0, A(sPD) = A0 * 1 = A0, 및 0 < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0이다.
그러므로 이러한 구성에서, 각 경우에 서로의 위에 위치하는 "제로 크로싱", 즉, 외측면과 기저면이 일치하는 이들 영역들이 본 케이스에서 제2 베이스 교차 곡선과 일치하는 대응하는 제2 외측면 교차 곡선에 의해 상호 연결되는 수직 제2 교차 평면이 존재한다.
정확하게 동일한 방식으로, 제2 외측면 교차 곡선이 음의 정상 거리/진폭을 상호 연결하는 제2 교차 평면이 존재한다. 명확한 설명을 위해 "양의" 정상 거리/진폭에 대한 제2 외측면 교차 곡선을 제공하는 것만으로도 충분하지만, 다른 관계는 제1 교차 평면의 사인 프로파일에 의해 얻어진다.
상기 언급된 관계 A(s) = A0 * (K - s)는 더 일반적인 경우 A = A0 * (1 - s)의 특수 케이스이며, 여기서 K = 1이다. 몇몇 경우, K > 1에 대한 광학 효율이 K = 1에 대한 것보다 우수하다는 것이 밝혀졌다. 파라미터 K에 대한 전형적인 값은 1.2 - 1.45 범위 내에 놓이고, 바람직하게는 대략 1.33이다.
도 10a 내지 도 10d에 도시된 이 경우에, 다음이 유지된다.
A(sPA) = A0 * (K - 1) > 0, A(sPD) = A0 * K, 및 A0 * (K - 1) < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0 * K이다..
요약하면, 외측면(3a)의 윤곽은 아래와 같이 "가상의" 기저면(BF)에 의해 표현될 수 있다.
z(s, x) = A(s) * sinN(k*x)
본 발명의 일 실시예에서, 요약하자면, 정현파형 홈 광학부재가 제공되는데, 여기서 사인 함수는 렌즈 표면, 즉, 출사 렌즈의 매끄러운 기저면에 수직이다. 주기는 변하지 않는 것이 바람직하고, 홈 깊이(진폭)는 광 출사면의 상부 에지에서 특정 초기 값(A0)(이 값을 통해 광 분포의 폭이 조정될 수 있음)으로부터 렌즈의 하부 에지에서 0의 값까지 특히 직선형으로 변하는 것이 바람직하다. 따라서, 원하는대로의 광 분포 확산이 달성될 수 있고, 놀랍게도, 명-암 경계가 광-투과성 몸체의 직선으로 뻗은 초점 라인의 경우처럼 외측으로 구부러지지 않는다는 것이 밝혀졌다.
도 11은 전술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 4개의 조명 유닛(100)을 포함하는 조명 장치를 도시한다. 각각의 조명 유닛(100)의 광학 몸체는 또한 광원(1)과 동일한 방식으로 수평 방향으로 인접하게 배치된다. 바람직하게는, 광학 몸체는 공통의 일체형 광학 몸체 (1101)를 형성한다. 도시된 예에서, 출사 렌즈(3)의 출구면은 수평 단면으로 직선을 형성하는 연속면을 형성한다.
도 12는 원칙적으로 도 11의 구조와 유사한 구조를 갖는 다른 조명 장치(예를 들어, 일체형 광학 몸체를 갖거나 개별 광학 몸체는 또한 분리 될 수 있음)를 정면도로 도시하며, 여기서, 조명 장치는 6개의 조명 유닛 및 따라서 6개의 출사 렌즈(다시 한번, 일체형이거나 분리형일 수 있음)가 장착된다.
본 발명에 따른 방출 방향(= 진행 방향)으로의 광 공급의 결과로서, 본 발명에 따른 몇몇 조명 유닛은 서로에 인접하고 및/또는 오프셋된 높이로 모듈 방식으로 배열 될 수 있으며, 각각의 조명 유닛의 광축은 DK를 따른다. 이것은 출사 렌즈가 더 간단하게 트리밍(trimmed) 될 수 있고 상응하는 디자인 요구가 충족될 수 있기 때문에 가능하다. 또한, 출사 렌즈(또는 모든 개별 출사 렌즈(3)의 합인 전체 출사 렌즈)의 비스듬한 트리밍에 의해, 개별 조명 유닛의 폭은 감소될 수 있고 그리고/또는 원하는 자동차 헤드라이트 스윕(sweep)에 적응된다.

Claims (26)

  1. 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛으로서, 상기 조명 유닛(100)은:
    - 적어도 하나의 광원(1),
    - 적어도 하나의 시준기(2),
    - 각각의 시준기(2) 당 하나씩의 광원(1)
    - 외측면(3a)을 갖는 출사 렌즈(3),
    - 상기 적어도 하나의 시준기(2)와 상기 출사 렌즈(3) 사이에 배치된 초점 라인 영역(4)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 시준기(2)는 그것에 할당된 광원(1)으로부터 상기 시준기(2)로 공급되는 광 빔(S1)을 정렬시켜 광 다발의 광 빔(S2)을 형성하고,
    상기 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광 다발의 광 빔(S2)은 상기 초점 라인 영역(4)으로 또는 상기 초점 라인 영역 내에 놓인 초점 라인(FL(4))으로 들어가고,
    상기 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광 빔(S2)은 상기 출사 렌즈(3)로부터 나온 광 빔(S3)이 명-암 경계를 갖는 광 분포를 형성하도록 하는 방식으로 상기 출사 렌즈(3)에 의해 적어도 수직 방향(V)으로 편향되며, 상기 명-암 경계는 상기 출사 렌즈(3)를 통한 초점 라인(FL) 또는 상기 초점 라인 영역(4)의 이미지로서 획득되고,
    상기 적어도 하나의 시준기(2), 상기 출사 렌즈(3) 및 상기 초점 라인 영역(4)은 광 투과성 몸체(101)로부터 일체로 형성되고, 상기 광 투과성 몸체(101) 내에서 전파하는 광 빔(S1, S2)은 상기 적어도 하나의 시준기(2)의 적어도 하나의 경계면(2a)에서 전반사되고,
    상기 적어도 하나의 시준기(2)는 상기 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광 빔(S2)이 상기 초점 라인(FL) 상으로 수직 방향으로 집중되도록 하는 방식으로 구성 및 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 출사 렌즈(3)의 상기 외측면(3a)은 매끄러운 기저면(BF) 내의 홈 형상의 구조에 의해 형성되고, 상기 홈 형상의 구조를 형성하는 홈(3b)은 실질적으로 수직 방향으로 뻗어 있고, 바람직하게는 각각의 경우에 수평 방향으로 각각 2개의 인접하게 위치하는 홈(3b)들은 바람직하게는 상기 홈(3b)의 전체 수직 범위에 걸쳐 뻗은 특히 실질적으로 수직으로 뻗은 상승부에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2)의 상기 적어도 하나의 경계면(2a)은 상기 적어도 하나의 경계면(2a)에서 전반사된 상기 시준기(2)에 할당된 광원(1)의 광이 수직 방향으로 수렴하는 방식으로 방출되어 그것이 상기 초점 라인(FL) 상에 또는 상기 초점 라인 영역(4)내로 집중되도록 하는 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2)의 중앙 커플링-인 영역(2b)은 상기 중앙 커플링-인 영역(2b)을 통해 상기 시준기(2)에 연결된 광이 수직 방향으로 수렴하는 방식으로 방출되어 그것이 상기 초점 라인(FL) 상으로 또는 상기 초점 라인 영역(4)내로 집중되도록 하는 방식으로 렌즈의 형태로, 구체적으로, 프리-폼 렌즈(2b')의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준기(2)로부터 나온 모든 광 빔(S2)이 상기 초점 라인(FL)상으로 또는 상기 초점 라인 영역(4) 내로 수직 방향으로 집중되는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2), 구체적으로, 상기 적어도 하나의 시준기(2)의 적어도 하나의 경계면(2a) 및/또는 중앙 커플링-인 영역(2b)은 상기 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광 빔이 수평 방향으로 서로 평행하게 진행하도록 하는 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2), 구체적으로, 적어도 하나의 경계면(2a) 및/또는 중앙 커플링-인 영역(2b)은 상기 적어도 하나의 시준기로부터 나온 광 빔이 수평 방향으로 수렴하는 방식으로 진행하도록 구성되고, 바람직하게는 광 빔이 대략 상기 출사 렌즈(3)의 영역에서, 구체적으로 대략 상기 출사 렌즈(3)의 상기 외측면(3a)의 영역에서 교차하도록 하는 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 할당된 광원(1) 당 정확히 하나의 시준기(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2) 및 상기 출사 렌즈(3)는 상기 적어도 하나의 시준기(2)로부터 나온 광이 구체적으로 이전의 편향 및/또는 반사 없이 직접 출사 렌즈(3)에 도달하도록 하는 방식으로 서로에 대하여 배열된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2)의 광출사면(2d)은 상기 출사 렌즈(3)의 광축에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원은:
    - 상기 초점 라인 영역(4) 또는 상기 초점 라인(FL)보다 낮거나,
    - 상기 초점 라인 영역(4) 또는 상기 초점 라인(FL)보다 높거나, 또는
    - 상기 초점 라인 영역(4) 또는 상기 초점 라인(FL)과 동일한 높이에 있는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 몸체(1)의 밑면 상에, 서로를 향해 뻗은 2개의 광학 몸체 외측면(1a, 1b)은 상기 초점 라인(FL)의 영역 내에 또는 상기 초점 라인 영역(4) 내에 놓여 있거나, 상기 초점 라인 영역을 형성하는 바디 에지(4')를 형성하는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시준기(2)와 대향하는 상기 광학 몸체 외측면(1a)은 상기 광학 몸체(1)내로 진행하고 상기 광학 몸체 외측면(1a) 상에 입사하는 광에 대하여, 적어도 일부 영역에서, 바람직하게는 전체 영역에 걸쳐 그 바깥쪽에서 광을 흡수하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  14. 제 2 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기저면(BF)과 상기 제1 비수직 교차 평면(SE1)이 교차하는 경우에 얻어지는 제1 베이스 교차 곡선(BSK1)은 직선으로 뻗어 있고, 상기 외측면(3a)과 이들 제1 교차 평면(SE1)이 교차하는 경우에 얻어지는 제1 외측면 교차 곡선(SK1)은 정현파 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서, 각각의 제1 교차 평면(SE1)의 베이스 교차 곡선(BSK1)과 관련하여 제1 교차 평면(SE1) 내의 제1 외측면 교차 곡선(SE1)은 sinN(k * x)에 비례하여 뻗어 있고, 여기서 N = 1, 2, 3, ...이고, x는 각각의 베이스 교차 곡선(SE1)을 따른 좌표이며, k는 상수를 나타내는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서, 정현파형의 제1 외측면 교차 곡선(SE1)의 제로 크로싱은 제1 베이스 교차 곡선(BSK1) 상에 놓인 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상수 k의 값은 모든 제1 외측면 교차 곡선(SE1)에 대해 동일한 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  18. 제 2 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출사 렌즈(3)의 광축(Z)과 평행하게 뻗은 상기 제2 수직 교차 평면(SE2)과 상기 기저면이 교차하는 경우에 얻어지는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)은 만곡되도록, 특히, 외측으로 만곡되도록 구성되어 있고, 바람직하게는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)은 연속적인 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 외측면(3a)과 형성된 제2 교차 평면(SE2)이 교차하는 경우에 얻어지는 제2 외측면 교차 곡선(SK2)은 상기 기저면(BF)에 대하여 최대 거리를 갖는 상기 외측면(3a)의 점들을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  20. 제 19 항에 있어서, 형성된 교차 평면(SE2)에서 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)을 따라 진행하는 경우, 제2 외측면 교차 곡선(SK2)으로부터의 법선 거리는 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)상의 위치를 특정하는 파라미터 s의 함수 A(s)인 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  21. 제 20 항에 있어서, 제2 베이스 교차 곡선(BSK2)을 따라 진행하는 경우에, 법선 거리 A(s)는 연속적으로 증가하고, 상기 기저면(BF)의 하부 에지에서의 법선 거리는 상기 기저면의 상부 에지에서의 법선 거리보다 짧고, 상기 법선 거리 A(s)는 예컨대 A(s) = A0 * (K-s)의 관계를 이용하여 얻어지며, 여기서, s[0, 1]이고, s = 0은 상부 에지를 나타내고 s = 1은 하부 에지를 나타내고, K = 1 또는 K> 1이고, A0는 상기 기저면(BF)의, 상부 또는 하부에서의, 바람직하게는 상부 에지에서의 법선 거리인 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  22. 제 2 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출사 렌즈(3)의 상기 외측면(3a)은 수직 방향으로는 외측으로 만곡되어 있고 바람직하게 수평 방향으로는 직선으로 뻗으며, 예컨대, 바깥쪽으로 볼록한 곡선을 따라 직선 단면을 가지는 원통형 표면에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원(1)은 하나 이상의 반도체 기반 발광 소자, 예컨대, 발광 다이오드 또는 복수의 발광 다이오드, 및/또는 예컨대 적어도 하나의 변환 층을 갖는 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하는 적어도 하나의 레이저 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 유닛의 광 투과성 몸체(101)는 바람직하게는 수평 방향으로 서로 인접하게 그리고/또는 서로의 위에 놓인 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 조명 유닛의 광 투과성 몸체(101)는 상호 연결되고, 바람직하게는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 명-암 경계를 갖는 광 다발을 만들어내기 위한 자동차 헤드라이트용 조명 유닛.
  26. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조명 유닛 또는 제 24 항 또는 제 25 항에 따른 적어도 하나의 조명 유닛을 갖는 자동차 헤드라이트.


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