JP2021106149A - 車両用ヘッドランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】マイクロレンズアレイを適用することで光の拡散角を大きく向上させ、より広い視野角を確保する車両用ヘッドランプを提供する。【解決手段】車両用ヘッドランプ100は、光を生成する光源部110、光源部の前方に備えられ、光源部の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現するオプティック部120、オプティック部の前方に備えられ、オプティック部を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイ130を含む。マイクロレンズアレイは、オプティック部と対面する入射面に、オプティック部を通過する光を前方に屈折させる多数の第1マイクロレンズが備えられた入射板131と、入射面と対応する出射面に第1マイクロレンズを通過した光を拡散させる多数の第2マイクロレンズが備えられた出射板132を含む。第1マイクロレンズと第2マイクロレンズは、互いに異なる形態を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、マイクロレンズアレイを適用した車両用ヘッドランプに関する。
一般的に、車両用ヘッドランプは、対象物をみるための目的とする照明機能と、他の車両やその他の道路利用者に自らの車両の走行状態を知らせることを目的とする指示、信号、警告機能及び装飾機能などに用いられる。
一方、照明機能を有した車両用ヘッドランプは、光を放射する光源、この光源から放射された光を屈折させて前方に照射するレンズ及び、光源から放射された光の一部を遮断してハイビームを形成するか、あるいはロービームを形成するシールド及びシールド位置を変更するアクチュエーターを含む。
しかし、前記車両用ヘッドランプは、光を拡散させるのに限界があり、これにより、より広い視野角を確保し難いという問題点があった。
韓国特許第10−2017−0054121号公報
本発明は、前記のような問題点を解決するために発明されたものであり、本発明は、マイクロレンズアレイを適用することで光の拡散角を大きく向上させることができ、これにより、より広い視野角を確保することができる車両用ヘッドランプを提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するための本発明の車両用ヘッドランプは、光を生成する光源部;前記光源部の前方に備えられ、前記光源部の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現するオプティック部;前記オプティック部の前方に備えられ、前記オプティック部を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイを含み、前記マイクロレンズアレイは、前記オプティック部と対面する入射面に前記オプティック部を通過する光を前方に屈折させる多数の第1マイクロレンズが備えられた入射板と、前記入射面と対応する出射面に前記第1マイクロレンズを通過した光を拡散させる多数の第2マイクロレンズが備えられた出射板を含み、前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズは、互いに異なる形態を有してよい。
前記第1マイクロレンズは、回転対称構造を有し、前記第2マイクロレンズは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有してよい。
前記第1マイクロレンズは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有し、前記第2マイクロレンズは、回転対称構造を有してよい。
前記第2マイクロレンズは、前記出射面と連結される連結面は円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は前記第1マイクロレンズを通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記第1マイクロレンズを通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有してよい。
前記第2マイクロレンズの先端部は、左右方向の水平断面からみたとき凹んで陥没されてよい。
前記第1マイクロレンズは、前記入射面と連結される連結面は円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は、前記オプティック部を通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記オプティック部を通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有してよい。
前記入射板に備えられる複数の第1マイクロレンズと前記出射板に備えられる複数の第2マイクロレンズは、同一の配列構造を有するか又は互いに異なる配列構造を有してよい。
複数の第1マイクロレンズ又は複数の第2マイクロレンズは、互いに接触されないように離隔されてよい。
前記マイクロレンズアレイは、前記入射板と前記出射板の間に備えられる一対の透明板と、前記一対の透明板の間に備えられる透明なシールドをさらに含んでよい。
一方、本発明の車両用ヘッドランプは、光を生成する光源部;前記光源部の前方に備えられ、前記光源部の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現するオプティック部;前記オプティック部の前方に備えられ、前記オプティック部を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイを含み、前記マイクロレンズアレイは、前記オプティック部と対面する入射面に前記オプティック部を通過する光を拡散させる多数の第1マイクロレンズが備えられた入射板と、前記入射面と対応する出射面に前記第1マイクロレンズを通過した光を拡散させる多数の第2マイクロレンズが備えられた出射板を含み、前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズは、互いに同一の形態を有してよい。
前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有してよい。
前記第1マイクロレンズは、前記入射面と連結される連結面は円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は、前記オプティック部を通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記オプティック部を通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有し、前記第2マイクロレンズは、前記出射面と連結される連結面が円形の形態を有し、上下方向の垂直断面が前記第1マイクロレンズを通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面が前記第1マイクロレンズを通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有してよい。
前記第1マイクロレンズ又は前記第2マイクロレンズは、同一の大きさを有してよい。
前記第2マイクロレンズの先端部は、左右方向の水平断面からみたとき凹んで陥没されてよい。
前記マイクロレンズアレイは、前記入射板と前記出射板の間に備えられる一対の透明板と、前記一対の透明板の間に備えられる透明シールドをさらに含んでよい。
本発明の車両用ヘッドランプは、マイクロレンズアレイを適用することで光の拡散角を大きく向上させることができ、それにより、より広い視野角を確保することができる。
本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプを示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプのマイクロレンズアレイを示す側面図である。 第1マイクロレンズを示す拡大斜視図である。 第2マイクロレンズを示す拡大斜視図である。 マイクロレンズアレイの垂直断面図である。 マイクロレンズアレイの水平断面図である。 本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプの使用状態を示す側面図である。 本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプの使用状態を示す平面図である。 従来の車両用ヘッドランプの光拡散状態をシミュレーションした結果を示す比較例を示した図である。 本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプの光拡散状態をシミュレーションした結果を示す実験例を示した図である。 本発明の第2実施形態に係る車両用ヘッドランプを示す斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る車両用ヘッドランプを示す斜視図である。
以下、図を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施するように、本発明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は、幾つか異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施例に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体に亘って類似する部分に対しては類似の図面符号を付けた。
[本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプ]
本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、図1から図8に示されているとおり、光を生成する光源部110、前記光源部110の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現するオプティック部120、前記オプティック部120を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイ(micro−lensarray)130を含む。
光源部
光源部110は、光を生成する器具であり、LEDランプが適用され、前記オプティック部120に向かって光を照射する。
オプティック部
オプティック部120は、ハイビーム又はロービームを具現するためのものであり、前記光源部110の前方に備えられ、前記光源部110の光を用いてハイビーム又はロービームを具現する。一例として、オプティック部120は、前記光源部110の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現する。
マイクロレンズアレイ
マイクロレンズアレイ130は、オプティック部120の前方に備えられ、前記オプティック部120を通過した光を四方に、特に、左右方向に拡散させる。
すなわち、マイクロレンズアレイ130は、前記オプティック部120と対面する入射面に前記オプティック部120を通過する光を前方(すなわち、出射板)に屈折させる多数の第1マイクロレンズ131aが備えられた入射板131と、前記入射面と対応する出射面に前記第1マイクロレンズ131aを通過した光を四方に拡散させる多数の第2マイクロレンズ132aが備えられた出射板132を含む。
ここで、前記第1マイクロレンズ131aと前記第2マイクロレンズ132aは、互いに異なる形態を有し、特に、前記第2マイクロレンズ132aは、光の拡散角を増大させる形態を有する。
一例として、前記第1マイクロレンズ131aは、回転対称構造であり、前記第2マイクロレンズ132aは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる非対称構造であってよい。
すなわち、第1マイクロレンズ131aは、半球状で形成されながらオプティック部120を通過した光を前方のある一地点に集中されるように屈折させる。
そして、前記第2マイクロレンズ132aは、前記出射面と連結される連結面が円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は、前記第1マイクロレンズ131aを通過した上下方向の光が前方(すなわち、第2マイクロレンズ)に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記第1マイクロレンズ131aを通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有する。
これにより、前記第2マイクロレンズ132aは、後方からみたとき円形の形態を有し、側面からみたとき半球状を有し、上面からみたとき矩形状を有する。言い換えると、前記第2マイクロレンズ132aは、第1マイクロレンズ131a対比の左右方向幅が大きく増大され、これにより、前記第2マイクロレンズ132aは、前記第1マイクロレンズ131aを通過した光を左右方向に大きく拡散させることができ、その結果、拡散角と視野角を大きく高めることができる。
前記のような構造を有したマイクロレンズアレイ130は、光の拡散角を増大させることができ、より広い視野角を確保することができる。
一方、入射板131と出射板131は、透明な合成樹脂素材で形成され、これにより、外部及び内部衝撃により破損されることを防止でき、効率性を高めることができる。
一方、前記第2マイクロレンズ132aの先端部は、左右方向の水平断面からみたとき凹んで陥没された曲面132a−1に形成され、これにより、入射板131を通過した光を左右方向に大きく拡散させるように屈折させることができ、その結果、拡散角を大きく確保することができる。
一方、前記入射板131に備えられる複数の第1マイクロレンズ131aと、前記出射板132に備えられる複数の第2マイクロレンズ132aは、同一の配列構造を有する。すなわち、複数の第1マイクロレンズ131aと複数の第2マイクロレンズ132aは、相互対応される構造を有する。これにより、複数の第1マイクロレンズ131aを通過した光がそのまま複数の第2マイクロレンズ132aに流入されることにより光を均一に拡散させることができ、その結果、ヘッドランプから照射される光の明るさを均一に合わせることができる。
一方、前記入射板131に備えられる複数の第1マイクロレンズ131aと、前記出射板132に備えられる複数の第2マイクロレンズ132aは、互いに異なる配列構造を有してよい。すなわち、複数の第1マイクロレンズ131aと複数の第2マイクロレンズ132aは、相互対応されない構造を有する。これにより、複数の第1マイクロレンズ131aを通過した光が複数の第2マイクロレンズ132aに不規則に流入されながら不規則に拡散され、これにより、ヘッドランプの光が照射されない部分まで光を照射することができる。
一方、入射板131に備えられる複数の第1マイクロレンズ131aは、互いに接触されないように離隔される。特に、複数の第1マイクロレンズ131aは、互いに0.2〜2mm離隔されてよい。また、出射板132に備えられる複数の第2マイクロレンズ132aは、互いに接触されないように離隔され、特に、複数の第2マイクロレンズは、互いに0.2〜2mm離隔されてよい。これにより、製作の容易性を得ることができ、光が不規則に拡散されることを防止することができる。
一方、マイクロレンズアレイ130は、前記入射板131と前記出射板132の間に備えられる一対の透明板133、134と、前記一対の透明板133、134の間に備えられる透明シールド135をさらに含む。すなわち、一対の透明板133、134を介して強度を補強することができ、透明シールド135を介して一対の透明板133、134を堅固に付着することができる。
ここで、一対の透明板と前記シールドは、入射板及び出射板と同一の大きさを有する。
また、一対の透明板133、134は、透明度を高めるために強化ガラスで形成されてよく、前記透明シールド135はクロムを含んでよい。
したがって、本発明の第1実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、図7及び図8に示されているとおり、マイクロレンズアレイ130を含むことで上下方向の光は前方に向かうように屈折させることができるので、不要に光が拡散されることを防止し、左右方向の光は左右方向に大きく拡散させることができるので、より広い視野角を確保することができる。
[実験例]
比較例
光源部、オプティック部及び両方面に回転対称構造を有した第1マイクロレンズが備えられたマイクロレンズアレイを含む従来のヘッドランプを用いて光の広がり現象をシミュレーションする。その結果、図9のようなシミュレーション結果を得ることができる。
製造例
光源部、オプティック部及び第1マイクロレンズと第2マイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイを含んだ本出願のヘッドランプを用いて光の広がり現象をシミュレーションする。その結果、図10のようなシミュレーション結果を得ることができる。
実験結果
比較例は、図9を参照すれば、上下及び左右が正方形状に光が拡散されることを確認できる。すなわち、比較例は光の拡散がほとんど発生しないことを確認することができる。
製造例は、図10を参照すれば、上下方向は比較例と似ているが 、左右方向は比較例より大きく光が拡散されたことを確認することができる。
したがって、本出願のヘッドランプは、従来のヘッドランプより左右方向に光を大きく拡散させることを確認することができる。
以下、本発明の他の実施形態を説明するにおいて、前述の実施形態と同一の機能を有した構成符号に対しては同一の構成符号を使用し、重複される説明を省略する。
[本発明の第2実施形態に係る車両用ヘッドランプ]
本発明の第2実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、図11に示されているとおり、光を生成する光源部110、前記光源部110の光にハイビーム又はロービームを具現するオプティック部120、前記オプティック部120を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイ(micro−lensarray)130を含む。
前記マイクロレンズアレイ130は、多数の第1マイクロレンズ131bが備えられた入射板131と、多数の第2マイクロレンズ132bが備えられた出射板132を含み、前記第1マイクロレンズ131bと前記第2マイクロレンズ132bは、互いに異なる形態を有してよい。特に、前記第1マイクロレンズ132bは、光の拡散角を増大させる形態を有する。
一例として、前記第1マイクロレンズ131bは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有し、前記第2マイクロレンズ132bは、回転対称構造を有する。
一方、前記第1マイクロレンズ131bは、第1実施例の第2マイクロレンズ132aと同一の構成を有し、これにより重複される説明は省略する。
したがって、本発明の第2実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、第1マイクロレンズ131bを介して光を左右方向に大きく拡散させ、第2マイクロレンズ132bを介して拡散された光を前方に屈折させることで光の拡散角を高めることができる。すなわち、本発明の第2実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、第1実施例のヘッドランプよりは拡散角が小さいが、比較例よりは光の拡散角を増大させることができる。
[本発明の第3実施形態に係る車両用ヘッドランプ]
本発明の第3実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、図12に示されているとおり、光を生成する光源部110、前記光源部110の光にハイビーム又はロービームを具現するオプティック部120、前記オプティック部120を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイ(micro−lensarray)130を含む。
前記マイクロレンズアレイ130は、前記オプティック部120と対面する入射面に前記オプティック部120を通過する光を前方に屈折させる多数の第1マイクロレンズ131cが備えられた入射板131と、前記入射面と対応する出射面に前記第1マイクロレンズ131cを通過した光を四方に拡散させる多数の第2マイクロレンズ132cが備えられた出射板132を含む。
ここで、前記第1マイクロレンズ131cと前記第2マイクロレンズ132cは、互いに同一の形態を有する。すなわち、前記第1マイクロレンズ131cと前記第2マイクロレンズ132cは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有する。
一例として、前記第1マイクロレンズ131cは、前記入射面と連結される連結面が円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は、前記オプティック部120を通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記オプティック部120を通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有する。そして、前記第2マイクロレンズ132cは、前記出射面と連結される連結面が円形の形態を有し、上下方向の垂直断面が前記第1マイクロレンズ131cを通過した上下方向の光が拡散されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面が前記第1マイクロレンズ131cを通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有する。
したがって、本発明の第3実施形態に係る車両用ヘッドランプ100は、光の拡散角を大きく増大させることができ、その結果、視野角を大きく高めることができる。
一方、前記第1マイクロレンズ131c又は前記第2マイクロレンズ132cは、同一の大きさを有する。これにより、前記第1マイクロレンズ131cを通過した光が前記第2マイクロレンズ132cをそのまま通過することで光の拡散角を高めることができる。
前記第2マイクロレンズ132cの先端部は、左右方向の水平断面からみたとき凹んで陥没され、これにより、光をより効果的に拡散させることができる。
一方、前記マイクロレンズアレイは、前記入射板と前記出射板の間に備えられる一対の透明板と、前記一対の透明板の間に備えられる透明シールドをさらに含み、これにより、強度を補強することができる。
本発明の範囲は、前記詳細な説明より後述する特許請求範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出される多様な実施形態が可能である。
100:車両用ヘッドランプ
110:光源部
120:オプティック部
130:マイクロレンズアレイ
131:入射板
132:出射板
133、134:透明板
135:透明シールド

Claims (15)

  1. 光を生成する光源部;
    前記光源部の前方に備えられ、前記光源部の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現するオプティック部;
    前記オプティック部の前方に備えられ、前記オプティック部を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイを含み、
    前記マイクロレンズアレイは、前記オプティック部と対面する入射面に前記オプティック部を通過する光を前方に屈折させる多数の第1マイクロレンズが備えられた入射板と、前記入射面と対応する出射面に前記第1マイクロレンズを通過した光を拡散させる多数の第2マイクロレンズが備えられた出射板を含み、
    前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズは、互いに異なる形態を有する車両用ヘッドランプ。
  2. 前記第1マイクロレンズは、回転対称構造を有し、
    前記第2マイクロレンズは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有する請求項1に記載の車両用ヘッドランプ。
  3. 前記第1マイクロレンズは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有し、
    前記第2マイクロレンズは、回転対称構造を有する請求項1に記載の車両用ヘッドランプ。
  4. 前記第2マイクロレンズは、前記出射面と連結される連結面は円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は前記第1マイクロレンズを通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記第1マイクロレンズを通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有する請求項2に記載の車両用ヘッドランプ。
  5. 前記第2マイクロレンズの先端部は、左右方向の水平断面からみたとき凹んで陥没される請求項4に記載の車両用ヘッドランプ。
  6. 前記第1マイクロレンズは、前記入射面と連結される連結面は円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は、前記オプティック部を通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記オプティック部を通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有する請求項3に記載の車両用ヘッドランプ。
  7. 前記入射板に備えられる複数の第1マイクロレンズと前記出射板に備えられる複数の第2マイクロレンズは、同一の配列構造を有するか又は互いに異なる配列構造を有する請求項1に記載の車両用ヘッドランプ。
  8. 複数の第1マイクロレンズ又は複数の第2マイクロレンズは、互いに接触されないように離隔される請求項7に記載の車両用ヘッドランプ。
  9. 前記マイクロレンズアレイは、前記入射板と前記出射板の間に備えられる一対の透明板と、前記一対の透明板の間に備えられる透明シールドをさらに含む請求項1に記載の車両用ヘッドランプ。
  10. 光を生成する光源部;
    前記光源部の前方に備えられ、前記光源部の光のうち一部を遮断するか又は遮断せずにハイビーム又はロービームを具現するオプティック部;
    前記オプティック部の前方に備えられ、前記オプティック部を通過した光を拡散させるマイクロレンズアレイを含み、
    前記マイクロレンズアレイは、前記オプティック部と対面する入射面に前記オプティック部を通過する光を拡散させる多数の第1マイクロレンズが備えられた入射板と、前記入射面と対応する出射面に前記第1マイクロレンズを通過した光を拡散させる多数の第2マイクロレンズが備えられた出射板を含み、
    前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズは、互いに同一の形態を有する車両用ヘッドランプ。
  11. 前記第1マイクロレンズと前記第2マイクロレンズは、上下方向の垂直断面と左右方向の水平断面が互いに異なる曲率を有した非対称構造を有する請求項10に記載の車両用ヘッドランプ。
  12. 前記第1マイクロレンズは、前記入射面と連結される連結面は円形の形態を有し、上下方向の垂直断面は、前記オプティック部を通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面は、前記オプティック部を通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有し、
    前記第2マイクロレンズは、前記出射面と連結される連結面が円形の形態を有し、上下方向の垂直断面が前記第1マイクロレンズを通過した上下方向の光が前方に向かって屈折されるように半円状の曲率を有し、左右方向の水平断面が前記第1マイクロレンズを通過した左右方向の光が左右方向に拡散されるように矩形状を有する請求項11に記載の車両用ヘッドランプ。
  13. 前記第1マイクロレンズ又は前記第2マイクロレンズは、同一の大きさを有する請求項10に記載の車両用ヘッドランプ。
  14. 前記第2マイクロレンズの先端部は、左右方向の水平断面からみたとき凹んで陥没される請求項10に記載の車両用ヘッドランプ。
  15. 前記マイクロレンズアレイは、前記入射板と前記出射板の間に備えられる一対の透明板と、前記一対の透明板の間に備えられる透明シールドをさらに含む請求項10に記載の車両用ヘッドランプ。

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