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KR101981478B1 - 자동차 램프 광학계 - Google Patents

자동차 램프 광학계 Download PDF

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KR101981478B1
KR101981478B1 KR1020170038665A KR20170038665A KR101981478B1 KR 101981478 B1 KR101981478 B1 KR 101981478B1 KR 1020170038665 A KR1020170038665 A KR 1020170038665A KR 20170038665 A KR20170038665 A KR 20170038665A KR 101981478 B1 KR101981478 B1 KR 101981478B1
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유재명
김현민
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현대모비스 주식회사
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Abstract

자동차 램프 광학계가 개시된다.
개시된 자동차 램프 광학계는, 2개 이상의 광원부, 상기 2개 이상의 광원부 중 일부 광원부로부터의 광을 편광 방향에 따라 투과시키거나 반사시키는 적어도 하나의 편광 빔스플리터, 및 상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터를 통해 입사된 광과, 상기 2개 이상의 광원부 중 하나로부터 입사된 광을 편광에 관계 없이 투과 및 반사시키는 반투과 소자(transflective device);를 포함하여 조명 패턴을 다양하게 연출할 수 있다.

Description

자동차 램프 광학계{Lamp optical system for vehicle}
다양한 실시예는 자동차 램프 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광효율을 높이고, 광의 출력 패턴을 다양하게 연출할 수 있는 자동차 램프 광학계에 관한 것이다.
자동차에는 야간 주행시 조명을 위한 수단 및 주행 중 각종 신호의 수단으로서 여러 가지 램프들이 구비된다.
자동차의 램프 들 중에서 차체 후미 양쪽 가장 자리에 설치되는 후방 램프는 브레이크 등과 미등 그리고 방향 지시등이 서로 조합되어 이루어지며, 후방에서 뒤따르는 타 차량의 운전자에게 자기 차량의 주행 의사 및 상태를 알리기 위한 수단으로 사용된다. 일반적인 후방 램프는 전체적인 후부 골격을 이루는 램프 하우징, 이 램프 하우징 앞쪽에 부착되어 빛을 반사시키는 리플렉터, 이 리플렉터 전면에 장착되는 광원, 그리고 이 광원 및 리플렉터의 전방으로 설치되는 렌즈 등으로 구성된다. 자동차의 후방 램프는 점 형태의 광원, 선 형태의 광원, 면 형태의 광원 등을 사용한다.
하지만, 자동차용 디자인 발전 동향에 따라 램프가 면 광원 형태로 까지 발전 하였지만 면 광원은 광학 효율이 낮아 상대적으로 부품 제작을 위한 원가가 높고 디자인 또한 입체감이 부족한 기술적인 문제점이 있다.
다양한 실시예는 광효율을 높이고, 광의 출력 패턴을 다양하게 연출할 수 있는 자동차 램프 광학계를 제공한다.
일 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는, 2개 이상의 광원부; 상기 2개 이상의 광원부 중 일부 광원부로부터의 광을 편광 방향에 따라 투과시키거나 반사시키는 적어도 하나의 편광 빔스플리터; 및 상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터를 통해 입사된 광과, 상기 2개 이상의 광원부 중 하나로부터 입사된 광을 편광에 관계 없이 투과 및 반사시키는 반투과 소자(transflective device);를 포함할 수 있다.
상기 2개 이상의 광원부가 사이즈, 형상, 광의 세기 중 적어도 하나가 다르게 구성되어 광의 출력 패턴을 조절할 수 있다.
상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터와 대응되는 광원부 사이에 편광기가 더 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터가 P 편광 및 S 편광 분리 비율이 동일하게 구성될 수 있다.
상기 반투과 소자가 투과율과 반사율이 다르게 구성될 수 있다.
상기 2개 이상의 광원부가 각각 같은 형상의 광분포를 가지고, 서로 다른 사이즈를 가지는 광원을 포함할 수 있다.
상기 2개 이상의 광원부가 적어도 하나의 광원과, 각 광원에 대응되게 광 분포 형상과 사이즈 중 적어도 하나를 조절할 수 있도록 구성된 마스크를 더 포함할 수 있다.,
상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터가 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터를 포함하고, 상기 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터 사이에 입사광의 편광 방향을 변환하는 광학 소자가 더 구비될 수 있다.
상기 광학 소자는 1/4 파장판 또는 한 쌍의 1/2 파장판을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는, 제1 광원부; 상기 제1 광원부로부터의 제1 광을 편광 방향에 따라 반사 및 투과시키는 제1 편광 빔스플리터; 제2 광원부; 상기 제2 광원부로부터의 제2 광을 편광 방향에 따라 반사 및 투과시키는 제2 편광 빔스플리터; 상기 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터 사이에 구비되고 입사광의 편광 방향을 변환하는 광학 소자; 제3 광원부; 및 상기 제3 광원부로부터의 제3 광을 반사시키고, 상기 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터를 통해 입사된 제1 광과 제2 광을 투과시키는 반투과 소자;를 포함할 수 있다.
상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부가 형상, 사이즈, 광 세기 중 적어도 하나가 다르게 구성된 광원을 포함하여, 상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부로부터 나온 각 광의 출력 패턴이 조절되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 광원부와, 제2 광원부로부터 나온 각 광을 편광시키는 제1 편광판 및 제2 편광판이 더 구비될 수 있다.
상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부가 각각 광원과, 각 광원에 대응되게 광 분포 형상과 사이즈 중 적어도 하나를 조절할 수 있도록 구성된 마스크를 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는 1/4 파장판 또는 한 쌍의 1/2 파장판을 포함할 수 있다.
상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부가 각각 같은 형상의 광분포를 가지고, 서로 다른 사이즈를 가지는 광원을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는 반 투과 소자와 편광 빔스플리터의 조합을 이용하여 광효율을 높일 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는 다양한 광의 출력 패턴을 연출하고, 조명의 입체감을 향상할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는 자동차의 고급화에 부응할 수 있는 조명의 고급화를 구현할 수 있다.
도 1은 예시적인 일 실시예에 따른 자동차 램프 광학계의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 자동차 램프 광학계에 채용된 광원부들의 예를 도시한 것이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 자동차 램프 광학계의 광원 배열의 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 자동차 램프 광학계의 광원부의 다른 예를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 자동차 램프 광학계에 편광판이 더 구비된 예를 도시한 것이다.
도 6은 예시적인 다른 실시예에 따른 자동차 램프 광학계의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 자동차 램프 광학계에 채용된 광원부들의 일 예를 도시한 것이다.
도 8은 도 6에 도시된 자동차 램프 광학계에 채용된 광원부들의 다른 예를 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 자동차 램프 광학계에 의해 연출된 조명의 일 예를 도시한 것이다.
이하, 예시적인 실시예에 따른 자동차 램프 광학계에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
도 1은 예시적인 일 실시예에 따른 자동차 램프 광학계를 개략적으로 도시한 것이다.
일 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는 2개 이상의 광원부, 2개 이상의 광원부 중 일부 광원부로부터의 광을 편광 방향에 따라 투과시키거나 반사시키는 적어도 하나의 편광 빔스플리터, 및 적어도 하나의 편광 빔스플리터를 통해 입사된 광과, 상기 2개 이상의 광원부 중 하나로부터 입사된 광을 투과 및 반사시키는 반투과 소자(transflective device)(20)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 2개 이상의 광원부는 예를 들어, 제1광(L1)을 조사하는 제1 광원부(S11), 제2광(L2)을 조사하는 제2광원부(S21), 및 제3광(L3)을 조사하는 제3 광원부(S31)를 포함할 수 있다. 제1광원부(S11), 제2광원부(S21), 제3광원부(S31)는 예를 들어 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다.
도 1에서는 하나의 편광 빔스플리터(10)가 구비된 예를 도시하였다. 편광 빔스플리터(10)는 제1 편광의 광, 예를 들어 S편광의 광을 투과시키고, 제2 편광의 광, 예를 들어 P편광의 광을 반사시킬 수 있다. 편광 빔스플리터(10)는 큐브(cube)형 또는 플레이트형으로 제작될 수 있다. 편광 빔스플리터(10)가 큐브형인 경우, 제1광원부(S11)로부터 나온 제1광(L1)과 제2광원부(S21)로부터 나온 제2광(L2)의 각 광축에 대해 45도 각도를 가지고 기울어지게 배치된 계면(10a)을 포함할 수 있다. 편광 빔스플리터(10)가 플레이트형인 경우에도 제1광과 제2광의 광축에 대해 45도 각도를 가지고 기울어지게 배치될 수 있다.
제1광원부(S11)가 편광 빔스플리터(10)의 일 측에 구비되고, 제2광원부(S21)가 편광 빔스플리터(10)의 타 측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1광원부(S11)와 제2광원부(S21)가 서로 직각인 방향에 배치될 수 있다. 한편, 반투과 소자(20)가 편광 빔스플리터(10)에 이웃하여 나란하게 배치될 수 있다. 반투과 소자(20)의 일 측에 제3 광원부(S31)가 구비될 수 있다. 반투과 소자(20)는 큐브형 또는 플레이트형으로 제작될 수 있다. 반투과 소자(20)는 입사광의 일부 광은 투과하고, 나머지 광은 반사할 수 있다. 반투과 소자(20)는 제1광(L1), 제2광(L2), 및 제3광(L3)에 대해 각각 45도로 기울어지게 배치된 계면(20a)을 포함할 수 있다. 편광 빔스플리터의 계면(10a)과 반투과 소자(20)의 계면(20a)이 평행하게 배열될 수 있다. 그리고, 제2광원부(S21)와 제3광원부(S31)가 이웃하여 배치될 수 있다. 반투과 소자(20)는 입사광의 편광 방향에 관계 없이 입사광을 소정 비율로 반사 및 투과시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 2개 이상의 광원부가 사이즈, 형상, 광의 세기 중 적어도 하나가 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 및 제3 광원부(S31)는 서로 다른 형상과 면적을 가질 수 있다. 도 2는 제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 및 제3 광원부(S31)의 일 예를 도시한 것이다. 제1 광원부(S11)는 원 형상을 가지고, 제2 광원부(S21)는 제1 광원부(S11)보다 큰 원 형상을 가질 수 있다. 그리고, 제3 광원부(S31)는 사각 형상을 가질 수 있고, 제1 광원부와, 제2 광원부보다 큰 면적을 가질 수 있다.
제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 및 제3 광원부(S31) 각각이 서로 다른 사이즈와 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 및 제3 광원부(S31)는 예를 들어 단일의 LED로 구성되고, 각각의 LED의 사이즈와 형상이 다르게 구성될 수 있다. 또는, 제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 및 제3 광원부(S31)의 광 세기를 서로 다르게 출력하는 것도 가능하다. 이와 같이, 2개 이상의 광원부가 사이즈, 형상, 광의 세기 중 적어도 하나가 다르게 구성되어 광의 출력 패턴이 조절될 수 있다.
또는, 제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 및 제3 광원부(S31)가 각각 복수 개의 LED를 포함할 수 있다. 제1 광원부(S11)가 복수 개의 LED가 원 형상으로 배열되어 구성될 수 있다. 제2 광원부(S21)가 복수 개의 LED가 원 형상으로 배열되어 구성될 수 있다. LED가 원형상으로 배열된 경우, 광이 원 형상의 광분포를 가지고 조명될 수 있다. 제3 광원부(S31)가 복수 개의 LED가 사각 형상으로 배열되어 구성될 수 있다. LED가 사각 형상으로 배열된 경우 광이 사각 형상의 광분포를 가지고 조명될 수 있다.
도 3은 제1 광원부(S11)가 예를 들어, 복수 개의 LED를 포함하고, 복수 개의 LED가 원 형상으로 배열된 예를 도시한 것이다. 이와 같은 방식으로 제2 광원부(S21), 제3 광원부(S31)가 구성되고, 각 광원부의 면적을 다르게 구성할 수 있다.
도 4는 광원부의 형상이나 사이즈를 조절하는 다른 예를 도시한 것이다. 예를 들어, 제1 광원부(S11)가 광원(S1)과 마스크(M1)를 포함하고, 마스크(M1)가 광원(S1)으로부터 나온 광의 사이즈와 형상을 변화시킬 수 있도록 된 홀(E)을 포함할 수 있다. 이 경우, 광원(S1)과 마스크(M1)가 한 세트를 이루어 광원의 조명 형상과 사이즈를 조절할 수 있다. 광원(S1)으로부터 조사되는 광의 세기를 조절하는 것도 가능하다. 도 4에서 제1 광원부(S11)를 예로 설명하였고, 제2 광원부(S21)와 제3 광원부(S31)도 동일하게 구성되고, 마스크에 의해 광원의 조명 형상과 사이즈를 다양하게 연출할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 따라 제1 광원부(S11), 제2 광원부(S21), 제3 광원부(S31)로부터 나온 광은 최종적으로 서로 중첩되어 출력되며, 각 광원부로부터의 광의 출력 광량과 출력 광의 형상이 달라지므로 출력 광이 입체감을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 자동차 램프 광학계의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제1 광원부(S11)로부터 출광된 제1 광(L1)이 편광 빔스플리터(10)에 입사되고, 편광 빔스플리터(10)에 의해 제1편광, 예를 들어, S편광의 광은 투과되고, 제2편광, 예를 들어, P편광의 광은 반사될 수 있다. 투과된 제1편광의 광이 반투과 소자(20)에 의해 일부 광이 투과되어 출력될 수 있다.
제2 광원부(S21)로부터 출광된 제2 광(L2)이 편광 빔스플리터(10)에 입사되고, 편광 빔스플리터(10)에 의해 제2편광, 예를 들어, P편광의 광이 반사되어 반투과 소자(20)로 입사될 수 있다. 반투과 소자(20)에 입사된 제2광의 일부 광이 투과되어 출력될 수 있다.
제3 광원부(S31)로부터 출광된 제3 광(L3)이 반투과 소자(20)에 입사되고, 제3 광(L3)의 일부 광이 반사되어 출력될 수 있다.
제1광, 제2광, 제3광이 편광 빔스플리터(10)와 반투과 소자(20)를 경유하여 최종적으로 같은 방향으로 출력될 수 있다. 반투과 소자(20)는 입사광의 반사율(또는 투과율)을 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 1:1로 동일 비율로 구성할 수 있다. 또는, 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 서로 다른 비로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 반투과 소자(20)의 반사율을 40%, 투과율을 60%로 구성할 수 있다.
반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 각각 50%로 구성하는 경우, 제1광(L1), 제2광(L2), 제3광(L3)의 광효율을 살펴보면 다음과 같다. 이 경우, 다른 광 손실은 없는 것으로 가정한다. 제1광(L1)은 편광 빔스플리터(10)에서 50%의 S편광이 투과되고, 반투과 소자(20)에서 50% 투과되므로 최종적으로 25%의 광이 출력될 수 있다. 제2광(L2)은 편광 빔스플리터(10)에서 50%의 P편광이 반사되고, 반투과 소자(20)에서 50% 투과되므로 최종적으로 25%의 광이 출력될 수 있다. 제3광(L3)은 반투과 소자(20)에서 50% 반사되므로 최종적으로 50%의 광이 출력될 수 있다.
다른 예로, 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 각각 40%, 60%로 구성하는 경우에는 다음과 같다. 제1광(L1)은 편광 빔스플리터(10)에서 50%의 S편광이 투과되고, 반투과 소자(20)에서 60% 투과되므로 최종적으로 30%의 광이 출력될 수 있다. 제2광(L2)은 편광 빔스플리터(10)에서 50%의 P편광이 반사되고, 반투과 소자(20)에서 60% 투과되므로 최종적으로 30%의 광이 출력될 수 있다. 제3광(L3)은 반투과 소자(20)에서 40% 반사되므로 최종적으로 40%의 광이 출력될 수 있다. 이와 같이, 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 조절하여 각 광의 출력 광 세기를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은 방식으로 최종적으로 같은 방향으로 출력된 제1광, 제2광, 제3광은 중첩되어 조명될 수 있다. 제1광, 제2광, 제3광의 출력 광의 형상과, 세기, 사이즈 중 적어도 하나가 다르므로 중첩되어 출력되는 광의 패턴이 다양하게 연출될 수 있다. 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 각각 50%로 구성하는 경우에 비해, 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 각각 40%, 60%로 구성하는 경우 제1광, 제2광, 제3광의 출력 광의 세기의 차를 작게 할 수 있고, 이 경우 좀더 자연스런 입체감을 연출할 수 있다. 또한, 편광 빔스플리터와 반투과 소자의 적절한 조합을 통해 광효율을 증대시킬 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 자동차 램프 광학계에 편광판을 더 구비한 예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 자동차 램프 광학계와 동일한 부재 번호를 사용하는 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 광원부(S11)와 제1 편광 빔스플리터(10) 사이에 광을 편광시키는 제1 편광판(5)이 더 구비될 수 있다. 제2 광원부(S21)와 제1 편광 빔스플리터(10) 사이에 광을 편광시키는 제2 편광판(15)이 더 구비될 수 있다. 제1 편광판(5)과 제2 편광판(15)은 입사광 중 소정 편광의 광을 투과시키고, 다른 편광의 광을 흡수하는 투과형으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1 편광판(5)은 제1편광의 광을 투과시키고, 제2 편광판(15)은 제2편광의 광을 투과시킬 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 자동차 램프 광학계를 도시한 것이다.
자동차 램프 광학계에서는, 제1 편광 빔스플리터(110), 제2 편광 빔스플리터(120), 및 반투과 소자(130)가 이웃하여 나란하게 배열될 수 있다. 제1 편광 빔스플리터(110)의 일 측에 제1 광원부(S12)가 구비되고, 제2 편광 빔스플리터(120)의 일 측에 제2 광원부(S22)가 구비되고, 반투과 소자(130)의 일 측에 제3 광원부(S32)가 구비될 수 있다. 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 제3 광원부(S32)는 나란하게 배열될 수 있다.
제1 광원부(S12)는 제1광(L1)을 조사하는 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다. 제2 광원부(S22)는 제2광(L2)을 조사하는 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다. 제3 광원부(S32)는 제3광(L3)을 조사하는 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 편광 빔스플리터(110)는 제1 편광의 광, 예를 들어 S편광의 광을 투과시키고, 제2 편광의 광, 예를 들어 P편광의 광을 반사시킬 수 있다. 제1 및 제2 편광 빔스플리터(110)(120)는 큐브(cube)형 또는 플레이트형으로 제작될 수 있다. 제1 및 제2 편광 빔스플리터(110)(120)가 큐브형인 경우, 제1광원부(S12)로부터 나온 제1광(L1)과 제2광원부(S22)로부터 나온 제2광(L2)의 각 광축에 대해 45도 각도를 가지고 기울어지게 배치된 계면(110a)(120a)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 편광 빔스플리터(110)(120)가 플레이트형인 경우에도 제1광(L1)과 제2광(L2)의 광축에 대해 45도 각도를 가지고 기울어지게 배치될 수 있다.
반투과 소자(130)는 큐브형 또는 플레이트형으로 제작될 수 있다. 반투과 소자(130)는 입사광의 일부 광은 투과하고, 나머지 광은 반사할 수 있다. 반투과 소자(130)는 제1광(L1), 제2광(L2), 및 제3광(L3)의 광축에 대해 각각 45도로 기울어지게 배치된 계면(130a)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 편광 빔스플리터의 계면(110a)(120a)과 반투과 소자(130)의 계면(130a)이 평행하게 배열될 수 있다. 반투과 소자(130)는 입사광의 편광 방향에 관계 없이 입사광을 소정 비율로 반사 및 투과시킬 수 있다.
제1 편광 빔스플리터(110)와 제2 편광 빔스플리터(120) 사이에 입사광의 편광 방향을 변환하는 광학 소자(OD)를 구비할 수 있다. 광학 소자(OD)는 예를 들어, 1/4 파장판 또는 한 쌍의 1/2 파장판을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 제3 광원부(S32)가 형상, 사이즈, 광 세기 중 적어도 하나가 다르게 구성된 광원을 포함하여, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 제3 광원부(S32)로부터 나온 각 광의 출력 패턴이 조절되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)는 같은 형상을 가지면서, 다른 면적을 가지도록 구성될 수 있다. 도 7은 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)의 일 예를 도시한 것이다. 제1 광원부(S12)는 삼각형 형상을 가지고, 제2 광원부(S22)는 제1 광원부(S12)보다 큰 삼각형 형상을 가지고, 제3 광원부(S32)는 제2 광원부(S32)보다 큰 삼각형 형상을 가질 수 있다.
제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)는 예를 들어 단일의 LED로 구성되고, 각각의 LED의 사이즈와 형상이 다르게 구성될 수 있다. 또는, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)의 광 세기를 서로 다르게 출력하는 것도 가능하다. 이와 같이, 2개 이상의 광원부가 사이즈, 형상, 광의 세기 중 적어도 하나가 다르게 구성되어 광의 출력 패턴이 조절될 수 있다.
또는, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)가 각각 복수 개의 LED를 포함할 수 있다. 제1 광원부(S12)가 복수 개의 LED가 삼각형 형상으로 배열되어 구성될 수 있다(도 3 참조). 제2 광원부(S22)가 복수 개의 LED가 삼각형 형상으로 배열되어 구성될 수 있다. LED가 삼각형 형상으로 배열된 경우, 광이 삼각형 형상의 광분포를 가지고 조명될 수 있다. 제3 광원부(S32)가 복수 개의 LED가 삼각형 형상으로 배열되어 구성될 수 있다.
또는, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)가 도 4에 도시된 바와 같이 광원(S1)과 마스크(M1)를 포함하고, 마스크(M1)가 광원(S1)으로부터 나온 광의 사이즈와 형상을 변화시킬 수 있도록 된 홀(E)을 포함할 수 있다. 이 경우, 광원(S1)과 마스크(M1)가 한 세트를 이루어 광원의 조명 형상과 사이즈를 조절할 수 있다. 광원(S1)으로부터 조사되는 광의 세기를 조절하는 것도 가능하다. 마스크에 의해 광원의 조명 형상과 사이즈를 다양하게 연출할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에 따라 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 제3 광원부(S32)로부터 나온 광은 최종적으로 서로 중첩되어 출력되며, 각 광원부로부터의 광의 출력 광량과 출력 광의 형상이 달라지므로 출력 광이 입체감을 가질 수 있다.
도 8은, 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)의 다른 예를 도시한 것이다. 제1 광원부(S12)는 사각형 형상을 가지고, 제2 광원부(S22)는 제1 광원부(S12)보다 큰 사각형 형상을 가지고, 제3 광원부(S32)는 제2 광원부(S32)보다 큰 사각형 형상을 가질 수 있다. 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 및 제3 광원부(S32)를 구성하는 방식은 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 단일의 LED, 복수 개의 LED, 광원과 마스크를 이용하는 방식 등 다양하게 적용될 수 있다.
도 8에서 제1 광원부(S12), 제2 광원부(S22), 제3 광원부(S32)가 차례대로 사이즈가 커지도록 구성한 예를 도시하였지만, 여기에 한정되지 않고, 광원의 형상과 사이즈를 다양하게 구성할 수 있다.
도 6에 도시된 자동차 램프 광학계의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제1 광원부(S12)로부터 출광된 제1 광(L1)이 제1 편광 빔스플리터(110)에 입사되고, 제1 편광 빔스플리터(110)에 의해 제1편광, 예를 들어, S편광의 광은 투과되고, 제2편광, 예를 들어, P편광의 광은 반사될 수 있다. 반사된 제2편광의 광은 광학 소자(OD)에 의해 제1편광의 광으로 변환될 수 있다. 제1편광의 제1광은 제2 편광 빔스플리터(120)에 입사되고, 제1 편광의 제1광은 제2 편광 빔스플리터(120)를 투과한 다음, 반투과 소자(130)에 의해 일부 광이 투과되어 출력될 수 있다.
제2 광원부(S22)로부터 출광된 제2 광(L2)이 제2 편광 빔스플리터(120)에 입사되고, 제2 편광 빔스플리터(120)에 의해 제2편광, 예를 들어, P편광의 광이 반사되어 반투과 소자(130)로 입사될 수 있다. 반투과 소자(130)에 입사된 제2광의 일부 광이 투과되어 출력될 수 있다.
제3 광원부(S32)로부터 출광된 제3 광(L3)이 반투과 소자(130)에 입사되고, 제3 광(L3)의 일부 광이 반사되어 출력될 수 있다.
제1광(L1), 제2광(L2), 제3광(L3)이 제1 편광 빔스플리터(110), 제2 편광 빔스플리터(120), 및 반투과 소자(130)를 경유하여 최종적으로 같은 방향으로 출력될 수 있다. 반투과 소자(130)는 입사광의 반사율(또는 투과율)을 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 반투과 소자(130)의 반사율과 투과율을 1:1로 동일 비율로 구성할 수 있다. 또는, 반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 서로 다른 비로 구성하는 것도 가능하다.
반투과 소자(20)의 반사율과 투과율을 각각 50%로 구성하는 경우, 제1광(L1), 제2광(L2), 제3광(L3)의 광효율을 살펴보면 다음과 같다. 이 경우, 다른 광 손실은 없는 것으로 가정한다. 제1광(L1)은 제1 편광 빔스플리터(110)에서 50%의 P편광이 반사되고, 광학 소자(OD)에 의해 S편광으로 변환된 다음, 제2 편광 빔스플리터(120)를 통과하고, 반투과 소자(130)에서 50% 투과되므로 최종적으로 최초 입력 광의 25%의 광이 출력될 수 있다. 제2광(L2)은 제2 편광 빔스플리터(120)에서 50%의 P편광이 반사되고, 반투과 소자(130)에서 50% 투과되므로 최종적으로 25%의 광이 출력될 수 있다. 제3광(L3)은 반투과 소자(130)에서 50%의 광이 반사되므로 최종적으로 50%의 광이 출력될 수 있다.
다른 예로, 반투과 소자(130)의 반사율과 투과율을 각각 30%, 70%로 구성하는 경우에는 다음과 같다. 제1광(L1)은 제1 편광 빔스플리터(110)에서 50%의 P편광이 반사되고, 제2 편광 빔스플리터(120)를 투과하여 반투과 소자(130)에서 70% 투과되므로 최종적으로 35%의 광이 출력될 수 있다. 제2광(L2)은 제2 편광 빔스플리터(120)에서 50%의 P편광이 반사되고, 반투과 소자(130)에서 70% 투과되므로 최종적으로 35%의 광이 출력될 수 있다. 제3광(L3)은 반투과 소자(130)에서 30% 반사되므로 최종적으로 30%의 광이 출력될 수 있다. 이와 같이, 반투과 소자(130)의 반사율과 투과율을 조절하여 각 광의 출력 광 세기를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은 방식으로 최종적으로 광 분포 형상, 광 세기, 사이즈 중 적어도 하나가 다른 제1광, 제2광, 제3광이 하나의 방향으로 중첩되어 조명될 수 있다. 제1광, 제2광, 제3광의 출력 광의 형상과, 세기, 사이즈 중 적어도 하나가 다르므로 중첩되어 출력되는 광의 패턴이 다양하게 연출될 수 있다.
도 6에서 도시하지는 않았지만, 제1 광원부(S12)와 제1 편광 빔스플리터(110) 사이 그리고, 제2 광원부(S22)와 제2 편광 빔스플리터(120) 사이에 각각 편광판을 더 구비할 수 있다.
도 9는 도 7에 예시된 광원부들을 포함하는 자동차 램프 광학계를 이용하여 조명할 때, 램프의 조명 패턴을 보인 것이다. 제1광원부(S12)에 대응되는 영역(S12A)이 제1광원부(S12), 제2광원부(S22), 및 제3광원부(S32)에 의해 중첩 조명되는 영역이므로 가장 밝게 조명될 수 있다. 그리고, 제2광원부(S22) 영역에서 제1광원부(S12) 영역을 제외한 영역(S22A)이 제2광원부(S22)와 제3광원부(S32)에 의해 중첩 조명되는 영역이므로 그 다음으로 밝게 조명될 수 있다. 그리고, 제3광원부(S32) 영역에서 제2광원부(S22) 영역을 제외한 영역(S32A)은 제3광원부(S32)에 의해서만 조명되므로 세 영역 중 가장 약하게 조명될 수 있다. 이러한 광 강도 패턴에 따라 조명이 다양하게 연출될 수 있다. 광 강도와, 광 분포 형상과, 광 분포 사이즈 들을 조절하여 다양하게 램프의 조명 패턴을 조절할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 자동차 램프 광학계에서, 빛이 통과하는 광학 부품 중 편광 빔스플리터의 반사, 투과, 흡수율을 조절하여 각 광원에서 발광된 광의 투과율을 조절할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 자동차 램프 광학계에서, 반투과 소자의 반사율(투과율)을 조절하여 각 광원에서 발광된 광의 출력 광량을 조절할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 자동차 램프 광학계는 반투과 소자의 반사율, 각 광원의 사이즈, 각 광원의 형상 중 적어도 하나를 조절하여 광의 출력 패턴에 입체감을 제공함으로써 심미감이나 시인성 등을 향상할 수 있다. 또한, 편광 빔스플리터와 반투과 소자를 적절히 조합하여 광효율을 증대시킬 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 문서에서 기재된 기술의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 문서의 범위는, 본 문서의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
S11,S21,S31,S12,S22,S32:광원부
10,110,120:편광 빔스플리터
20,130:반투과 소자
5,15:광판
M1:스크
S1:광원
E:홀

Claims (15)

  1. 2개 이상의 광원부;
    상기 2개 이상의 광원부 중 일부 광원부로부터의 광을 편광 방향에 따라 투과시키거나 반사시키는 적어도 하나의 편광 빔스플리터; 및
    상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터를 통해 입사된 광과, 상기 2개 이상의 광원부 중 하나로부터 입사된 광을 편광에 관계 없이 투과 및 반사시키는 반투과 소자(transflective device);를 포함하고,
    상기 2개 이상의 광원부가 각각 광원과, 상기 광원에 대응되게 광 분포 형상과 사이즈 중 적어도 하나를 조절할 수 있도록 구성된 마스크를 포함하고, 상기 마스크에 의해 광의 사이즈, 형상 중 적어도 하나가 다르게 구성되어 광의 출력 패턴을 조절할 수 있는 자동차 램프 광학계.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터와 대응되는 광원부 사이에 편광기가 더 구비되는 자동차 램프 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터가 P 편광 및 S 편광 분리 비율이 동일하게 구성된 자동차 램프 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반투과 소자가 투과율과 반사율이 다르게 구성된 자동차 램프 광학계.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편광 빔스플리터가 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터를 포함하고,
    상기 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터 사이에 입사광의 편광 방향을 변환하는 광학 소자가 더 구비된 자동차 램프 광학계.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광학 소자는 1/4 파장판 또는 한 쌍의 1/2 파장판을 포함하는 자동차 램프 광학계.
  10. 제1 광원부;
    상기 제1 광원부로부터의 제1 광을 편광 방향에 따라 반사 및 투과시키는 제1 편광 빔스플리터;
    제2 광원부;
    상기 제2 광원부로부터의 제2 광을 편광 방향에 따라 반사 및 투과시키는 제2 편광 빔스플리터;
    상기 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터 사이에 구비되고 입사광의 편광 방향을 변환하는 광학 소자;
    제3 광원부; 및
    상기 제3 광원부로부터의 제3 광을 반사시키고, 상기 제1 편광 빔스플리터와 제2 편광 빔스플리터를 통해 입사된 제1 광과 제2 광을 투과시키는 반투과 소자;를 포함하고,
    상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부가 각각 광원과, 각 광원에 대응되게 광 분포 형상과 광 사이즈 중 적어도 하나를 조절할 수 있도록 구성된 마스크를 포함하고,
    상기 마스크에 의해 상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부가 광의 형상, 사이즈 중 적어도 하나를 다르게 구성하여, 상기 제1 광원부, 제2 광원부, 제3 광원부로부터 나온 각 광의 출력 패턴이 조절되도록 구성된 자동차 램프 광학계.
  11. 삭제
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 광원부와, 제2 광원부로부터 나온 각 광을 편광시키는 제1 편광판 및 제2 편광판이 더 구비된 자동차 램프 광학계.
  13. 삭제
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 광학 소자는 1/4 파장판 또는 한 쌍의 1/2 파장판을 포함하는 자동차 램프 광학계.
  15. 삭제
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