차량용 적응성 정면 조명 시스템을 위한 램프 장치 document_id A220623108980

일반적으로, 차들은 하향등과 상향등을 가지며, 일부는 안개 속에서의 불리한 운전 조건들에 대처하기 위해 한 쌍의 안개등을 갖는다. 그러나, 낮 동안 그리고 공공 조명이 설치된 건물이 많은 지역들에서의 운전 동안 특수등에 대한 표현된 필요에 의해 상이한 환경적 요구들이 강조된다. 교차로가 많은 도심 지역들에서, 현재의 비대칭 주요 등은 특히 정지 후 가속 동안 추가 섬광이 발생할 때 역효과를 나타낸다. 분리된 차도 상에서 차량이 다가오는 상황에서 보다 높은 속도로 대로 상에서 운전하는 것은 다른 조명 기능들을 필요로 한다. 불리한 기상 조건들은 도로 반사로 인해 다른 영향을 미쳐, 광도를 낮추고 (반사) 섬광을 늘린다. 눈, 비가 오거나 안개가 낀 경우, 방사된 광은 눈송이들 또는 물방울들에 의해 흡수되고 산란되며, 반사 광에 의해 시야가 가려져 가시 범위가 줄어든다. 이 때문에, 입법은 적응성 정면 조명 시스템(AFS)의 도입을 준비하고 있다. AFS는 차량의 방향을 예측할 수 있도록 차량 헤드 램프가 투사 빔 패턴을 선택적으로 변경할 수 있는 시스템이다. AFS는 헤드 램프가 전방으로만 광을 투사할 수 있는 고정 헤드 램프 시스템과는 대조적이다. AFS는 차량이 회전하거나 경사로를 오르내리는지에 관계없이 차량 전방의 도로 상에 계속 광을 투사하도록 도로 조건들 및 차량 이동에 따라 빔 패턴을 변경하므로 운전자에게 유용하다. 결과적으로, 운전자는 전방 도로를 더 잘 인식하게 되며, 따라서 다가오는 도로에 있는 장애물들 또는 다른 문제들을 더 정확하게 예상할 수 있게 된다. AFS는 차량의 차대 피치가 현가 장치에 대해 변하는 동안에도 빔 패턴을 위 또는 아래로 기울임으로써 광을 차량 정면의 일정한 거리에 투사할 수 있다. AFS는 또한 차량이 회전하고 있는 동안에 계속적으로 다가오는 도로를 추적할 수 있다. 따라서, 헤드 램프는 운전자가 볼 필요가 있는 도로를 조명한다. 하나의 차량용의 적응성 정면 조명 시스템이 미국 특허 제6,623,147호에 개시되어 있다. 개시된 AFS는 광축 조정 수단, 예를 들어 제어 신호에 따라 수직 상하 방향으로 램프를 기울이기 위하여 전기 모터로 구성되는 레벨링 메커니즘을 포함한다. 그러나, 기계적인 이동은 고장나기 쉽고, 짧은 수명을 가지며, 제조 및 설치 비용이 크다. 또한, 기계적인 이동을 위해 상당한 양의 전기가 필요하여, AFS의 제어 비용이 증가한다. 따라서, 종래 기술의 단점들 중 적어도 일부를 실질적으로 극복하고, 더 구체적으로는 널리 알려진 적응성 정면 조명 시스템들의 기계적 고장으로 인한 짧은 수명의 문제를 극복하는 개량된 적응성 정면 조명 시스템이 필요하다. 003c#발명의 요약003e# 상기 목적은 청구항 1에 정의되는 바와 같은 차량용 적응성 정면 조명 시스템의 램프 장치에 의해 달성된다. 첨부된 하위 청구항들은 본 발명에 따른 이로운 실시예들을 정의한다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 차량용 적응성 정면 조명 시스템의 램프 장치가 제공되며, 이 램프 장치는, 광원에 의해 방출되는 광을 수광하도록 배열된 제1 액정 소자를 포함하고, 제1 액정 소자는 입사 광을 실질적으로 굴절시키지 않고 입사 광을 투과하도록 구성된 제1 상태, 및 입사 광이 액정 소자를 통과할 때 입사 광을 굴절시키도록 구성된 제2 상태를 가지며, 적응성 정면 조명 시스템으로부터 수신되는 신호에 따라 제어되고, 램프 장치는 제1 액정 소자에 의해 방출된 광을 수광하도록 배치된 적어도 하나의 제2 액정 소자를 더 포함하고, 제2 상태에서 제1 액정 소자와 제2 액정 소자 중 하나의 액정 소자는, 입사 광이 그 하나의 액정 소자를 통과할 때 입사 광의 방향을 변경하도록 구성되어 있고, 제2 상태에서 제1 액정 소자와 제2 액정 소자 중 나머지 하나의 액정 소자는, 입사 광이 그 나머지 하나의 액정 소자를 통과할 때 입사 광의 방향을 변경하도록 구성되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 액정 소자가 상기 제2 상태에 들어갈 때, 상기 광원에 의해 방출된 광이 굴절되며, 따라서 상기 램프 장치로부터 방출되는 빔의 형상이 주변 조명 조건들(주간, 새벽, 공공 조명, 야간), 교통 환경(분리된 차도들을 갖는 자동차 도로, 꼬불꼬불한 시골길, 시가지), 기상 조건들(건조, 습함, 비, 눈, 안개) 및 차량 방향들(적재에 의해 발생하는 경사 변화, 운전 중의 동적 경사 변화, 차량의 제어 속도의 정도, 지면 틈새)에 따라 적응될 수 있다. 다가오는 차량의 눈부심을 방지하도록 빔 형상을 적응시켜 교통 안전을 개선하는 것도 가능하다. 광원에 의해 방출되는 광을 굴절시키기 위해 액정 소자가 사용되어 기계적 이동에 대한 필요를 대체하므로, 본 발명에 따른 AFS의 램프 장치를 이용하여 실질적인 향상이 달성된다. 그러한 램프 장치는 기계적 이동을 이용하는 널리 알려진 AFS용 램프 장치보다 제조 비용이 적고, 설치 및 유지가 쉬우며, 긴 예상 수명을 갖고, 적은 전력을 필요로 할 것이다. 제2 상태에서의 액정 소자는 예를 들어 광을 기울이는 것과 같이 광원으로부터의 광의 방향을 변경하거나, 광 빔을 확대하는 것과 같이 광원으로부터의 광의 분포를 변경하도록 적응될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 액정 소자는 표면 양각 구조를 포함하며, 따라서 제2 상태의 액정 소자는 입사광이 액정 소자를 통과할 때 입사광의 방향 및/또는 분포를 변경한다. 이것은 액정과 고체 구조 사이의 계면에서의 광의 굴절에 기초한다. 이러한 타입의 컴포넌트의 주요 이점은 특정 기능을 수행하기 위한 임의의 굴절 구조를 설계하고, 이 굴절 구조가 다양한 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 LC 셀/소자 내에 이 굴절 구조를 배치할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 표면 양각 구조는 삼각형, 사각형, 원형 및 타원형 단면들 중 적어도 하나를 갖는 선형 격자 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 삼각형 격자 구조가 사용되는 경우, 그러한 소자 양단에 인가되는 전압의 변화는 경사 효과를 달성할 수 있는데, 예를 들어 수직 방향으로 광의 축을 조정할 수 있어, 광원에 의해 방출되는 광이 경사각에 의존하는 차량으로부터의 거리에서 차량 정면의 도로를 조명하게 된다. 제2 상태에서 빔이 도로를 향해 하향으로 기울어지는 경우, 빔이 더 상향을 향하는 제1 상태에 비해, 도로의 갓길이 더 많이 조명되는 효과가 달성된다. 이러한 효과는 예를 들어 건물이 많은 지역에서 운전할 때 바람직하다. 이에 비해, 대로에서 운전할 때는, 차량으로부터 보다 먼 거리에 투사되는 보다 좁은 빔으로 도로를 조명하는 것이 바람직하다. 광 빔의 경사 효과는 다가오는 차량의 눈부심을 방지할 때 더욱 이롭다. 이 분야의 전문가들은 수평 방향으로 광의 축을 조정하여, 차량이 도로의 굴곡에 들어설 때 광 빔이 차량과 함께 "회전"하게 하는 것도 가능하다는 것을 알 것이다. 다른 예에서, 원통형 또는 타원형 단면 구조(또는 이 둘의 조합)가 사용될 때, 입사 광이 액정 소자를 통과할 때 입사광의 분포가 변경될 수 있다. 한 방향으로 광의 분포를 변경할 수 있는, 예를 들어 광을 확대할 수 있는 구조들은 다른 방향에서의 강도 분포의 변화를 유발하지 않아서 교통 법규들에 의해 규정되는 섬광 요건이 만족될 때 유력하다. LC 소자 양단에 인가되는 전압의 변경은 방출된 광 빔의 확대 효과를 달성하는 것을 가능하게 하여, 예를 들어 도로의 갓길이 더 많이 조명되게 하는 동시에 빔이 차량 전방에 비교적 멀리 집중되게 한다. 이러한 확대 효과는 교외 환경에서 차량을 운전할 때 유리하다. 본 발명의 다른 실시예에서, 액정 소자는 입사 광의 분포를 변경하는 데 사용될 수 있는 이방성 산란 소자이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 액정 소자는 GRIN 광학 소자이다. GRIN 광학 소자는 바람직하게는 GRIN 광학 소자의 양단에 전기장을 인가하기 위해 그의 양 표면 상에 선형 전극들을 포함한다. 대안 실시예에서, GRIN 광학 소자는 액정 양단에 전기장을 인가하기 위해 소자 표면들 중 적어도 하나 상에 맞물린 빗살 전극들을 포함한다. 램프 장치는 전술한 임의 타입의 적어도 하나의 추가적인 액정 소자를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 유사한 액정 소자가 어레이 내에 나란히 배열될 수 있다. 또한, 삼각형 격자 구조를 포함하는 것 및 원통 렌즈 구조를 포함하는 것과 같은 상이한 구조들을 갖는 액정 소자들이 조합될 수 있다. 그러한 구성은 전술한 양 효과, 즉 경사 및 확대를 달성하는 것을 가능하게 한다. 높은 에너지 효율을 달성하기 위하여, 광원은 하나 이상의 발광 다이오드(LED), 무기 LED, 고강도 방전 램프 또는 플라즈마 램프를 포함할 수 있다. 예를 들어, LED는 일반적으로 자신이 소비하는 전력의 기껏해야 약 6%를 광의 형태로 전달하는 통상의 전구들보다 훨씬 높은 에너지 효율을 갖는다. 이 분야의 전문가들은 아르곤, 크립톤 및/또는 크세논 광원과 같은 표준 백열 광원을 사용하는 것이 분명히 가능하다는 것을 알 것이다. 본 발명은 LED와 함께 이용하는 것이 가장 적합한데, 이는 LED가 "차가운" 광, 즉 적외선이 없는 광을 방출하기 때문이다. 전술한 다른 램프 기술들이 사용되는 경우, GRIN 광학 소자 또는 액정 소자의 과열을 방지하기 위해 그들의 스펙트럼으로부터 적외선 광을 필터링하는 것에 주의해야 한다. 램프 장치는 이롭게도 투사 렌즈를 더 구비하는데, 이 렌즈는 바람직하게는 액정 소자와 직접 광 접촉한다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 설명에 따른 램프 장치, 및 액정 소자(들)에 스위칭 전압을 인가하도록 적응되는 제어 장치를 포함하는 차량용 적응성 정면 조명 시스템이 제공된다. 전하 축적을 방지하기 위해 AC 전압을 사용하는 것이 바람직하다. 주파수는 100 Hz 내지 1 kHz인 것이 바람직하다. 제어 장치는 바람직하게는 인가 전압을 제어하기 위한 가변 전압원을 포함하고, 전압은 액정 소자의 적어도 두 전극을 통해 액정 양단에 인가된다. 이들 전극은 더 분할될 수 있다. 또한, AFS는 차량의 상태를 지시하는 신호를 제공하기 위한 센서를 포함할 수 있고, 제어 장치는 상기 신호를 수신하고, 수신된 신호에 따라 스위칭 전압을 액정 소자(들)에 인가하도록 적응된다. 그러한 센서는 조종 휠 각도 센서, 차량 속도용 센서, 도로 굴곡 센서, 방사 방향 힘 센서, 경사 센서, GPS 센서, 광 센서 및 기상 센서를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 전술한 바와 같은 센서, 또는 GPS 센서에 의해 제공되는 지시들을 갖는 관련 맵핑 시스템과 함께 차량 내에 존재하는 네비게이션 시스템을 이용하여 소정 거리의 도로에 나타나는 굴곡들을 미리 식별하고, 따라서 도로의 조명을 예상하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어, 경사 센서에 의해 생성되는 데이터를 이용하여, 광 빔이 다가오는 차량을 눈부시게 하게 할 수 있는 차량의 가속/감속을 보상할 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 설명에 따른 적응성 정면 조명 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 그러한 차량은 예를 들어 자동차, 트럭, 모터사이클, 기차, 자전거 등일 수 있다. 본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 첨부된 청구범위 및 아래의 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 분야의 전문가들은 본 발명의 상이한 특징들을 결합하여 아래에 설명되는 것과 다른 실시예들을 이룰 수 있다는 것을 알 것이다.