KR100385604B1 - 프로젝터형 헤드램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝터형 헤드램프에 관한 것으로써, 상기 프로젝터형 헤드램프에서 조사되는 광량을 자유롭게 배분하는 것을 가능하게 하며, 헤드램프의 원거리 시인성(視認性)을 저하시키지 않으면서도 우수한 외관을 유지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 광원과, 상기 광원의 배면에 설치되는 반사경과, 상기 광원의 전면에 설치되는 투영렌즈를 포함하는 프로젝터형 헤드램프에 있어서, 상기 투영렌즈는 수직방향으로만 광학작용을 하도록 구성되며, 상기 반사경은 수직방향 및 수평방향으로 광학작용을 하도록 구성되어, 수직방향의 배광특성은 상기 투영렌즈 및 상기 반사경에 의하여 결정되고, 수평방향의 배광특성은 상기 반사경에 의해서만 결정되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프가 제공된다.

Description

프로젝터형 헤드램프{projection type headlamp}

본 발명은 차량용 헤드램프에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 타원형 반사면의 제2초점과 투영렌즈의 초점이 대략 일치하도록 상기 투영렌즈를 배치하고, 상기 제2초점에 수렴하는 광속(光束)의 단면형상을 투영하여 배광특성(配光特性)을 형성하는 헤드램프에 관한 것이다.

종래의 프로젝터형 헤드램프의 일 예를 도시한 것이 도 8 이며, 이를 참조하여 종래의 헤드램프를 설명하면 다음과 같다.

예를들어, 회전타원면을 갖는 반사경(91)의 제1초점(f1)의 근방에 광원(92)을 배치하고, 상기 광원(92)에서 나온 빛이 수렴하는 제2초점(f2)의 근방에 초점(f3)을 갖도록 투영렌즈(93)를 배치한다.

상기와 같이 구성됨으로써, 상기 제2초점(f2)에 수렴하는 광속의 단면형상이 투영렌즈(93)에 의해 확대투영되기 때문에, 상기 제2초점(f2)에 수렴하는 광속중에서 원하는 배광특성의 형상(light distribution pattern)만을 통과시키고 불필요한 부분을 차폐하는 차단막(94)을 구비하면, 적절한 배광특성을 갖는 프로젝터형 헤드램프를(90) 얻을 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 프로젝터형 헤드램프는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래와 같은 구성의 프로젝터형 헤드램프(90)에 있어서는, 빛을 제2초점(f2)에 일단 수렴한 후, 방사형으로 확산하는 빛을 투영렌즈(93)에 의해 조사방향으로 투영하는 것이기 때문에, 투영렌즈(93)를 통과한 후에도 그 방사형으로 확산하는 특성을 유지하게 되어, 배광특성의 형상을 형성시키는 점에 있어서는 우수한 특성을 갖는다.

그러나, 원하는 위치에 빛을 집중시키는 등의 조작은 불가능하며, 배광특성의 형상 내에서의 조도 배분의 관점에서는 자유도가 낮다.

왜냐하면, 빛은 투영렌즈(93)를 통과한 후에도 확산하는 특징을 유지하기 때문에 원하는 위치에 빛을 배분하거나 집중시키는 것이 실질적으로 불가능하기 때문이다.

따라서, 차량의 정면방향에 광량(光量)을 다량으로 배부하여 원거리의 시인성(視認性)이 우수한 배광특성을 갖는 헤드램프가 불가능하여 주행배광용 헤드램프로써는 적용하기 어려운 문제점을 야기한다.

또한, 상기에서 설명한 바와 같이 투영렌즈(93)는 정면에서 본 형상이 원형이고, 이는 자동차 디자인 흐름에 맞지 않는다.

이런 문제점 해결하기 위해 상하를 절단한 형상의 투영렌즈도 제안되고 있지만, 이 경우에는 빛의 손실이 있어 시인성이 저하되는 별도의 문제점이 생긴다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 본 발명의 목적은 광량의 자유로운 배분을 가능하게 하며, 원거리 시인성을 저하시키지 않고도 외관이 우수한 프로젝터형 헤드램프를 제공하는데 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 프로젝터형 헤드램프의 제1실시형태의 요부 분해 사시도

도 2 는 도 1 의 A-A 단면도

도 3 은 도 1 의 B-B 단면도

도 4 는 본 발명에 따른 프로젝터형 헤드램프의 제2실시형태의 요부 단면도

도 5 는 본 발명에 따른 프로젝터형 헤드램프의 제3실시형태의 요부 단면도

도 6 은 본 발명에 따른 프로젝터형 헤드램프의 제4실시형태의 요부 단면도

도 7 은 본 발명에 따른 프로젝터형 헤드램프의 다른 실시형태의 요부 단면도

도 8 은 종래의 프로젝터형 헤드램프를 나타내는 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 프로젝터형 헤드램프(projection type headlamp)

2 장원형투영렌즈

2a 실린더형렌즈부(cylindrical lens) 2b 비구면렌즈부

3 반사경(reflector) 4 광원(light source)

5 사이드반사경(side reflector) 6 차단막(shadow)

7 인너엑스텐션(inner extension)

8 아우터엑스텐션(outer extension)

fL 실린더형렌즈부의 라인형초점 Z 광축

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 광원과, 상기 광원의 배면에 설치되는 반사경과, 상기 광원의 전면에 설치되는 투영렌즈를 포함하는 프로젝터형 헤드램프에 있어서, 상기 투영렌즈는 수직방향으로만 광학작용을 하도록 구성되며, 상기 반사경은 수직방향 및 수평방향으로 광학작용을 하도록 구성되어, 수직방향의 배광특성은 상기 투영렌즈 및 상기 반사경에 의하여 결정되고, 수평방향의 배광특성은 상기 반사경에 의해서만 결정되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프가 제공된다.

즉, 본 발명은 투영렌즈와 반사경의 광학작용을 수직방향과 수평방향으로 적절히 조합하여 광량의 분배가 자유롭고 원거리 시인성을 높일 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 7 을 참조하여 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도시한 도 1 내지 도 3 은 본 발명에 따른 제1실시예의 프로젝터형 헤드램프이며, 상기 프로젝터형 헤드램프(이하 "헤드램프"라 약칭한다)는 기본적으로 광원과, 반사경과, 투영렌즈로 구성된다.

다만, 본 발명에서는 투영렌즈는 수직방향으로만 광학작용을 하도록 구성되며, 반사경은 수직방향 및 수평방향으로 광학작용을 하도록 구성되어, 수직방향의배광특성은 상기 투영렌즈 및 상기 반사경에 의하여 결정되도록 한다.

즉, 투영렌즈는 수평방향으로 라인형 초점을 갖는 실린더형렌즈부를 구비하며, 반사경은 그 수평방향단면에서는 넓은 방사각이 얻어지는 반사면 형상과, 수직방향단면에서는 스팟(spot)형 방사각이 얻어지는 반사면 형상으로 구성된다.

본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명하면, 투영렌즈는 장원형(長圓形)투영렌즈(2)이며, 상기 장원형투영렌즈는 종래와 동형(同形)의 비구면렌즈를 직경으로 2분할하여 각각의 분할면을 대치시킨 형태로 적절한 간극(L)을 갖도록 하고 양자간의 간극에 상기 분할면과 일치하는 형상의 실린더형렌즈(2a)를 구비한 형상이다.

따라서, 상기 장원형투형렌즈(2)는 일정한 폭(L)을 갖는 실린더형렌즈부(2a)의 양단에 비구면렌즈부(2b)가 조합되어 있는 것이다.

그리고, 장원형투형렌즈(2)가 차량에 부착될 때에는 기본적으로 상기 실린더형렌즈부(2a)의 폭(L)이 수평이 되도록 하여, 장원형투형렌즈(2)는 상기 실린더형렌즈부(2a)의 폭(L)과 대략 비슷한 길이의 선형(線形)이 되는 라인형 초점(fL)을 갖게 된다.

또한, 본 발명에서의 반사경(3)은 차량에 부착된 상태에서 수직방향단면으로 나타나는 곡면형상과 수평방향단면으로 나타나는 곡면형상이 상이하기 때문에, 상기 수직방향단면에는 광원(4)의 근방을 제1초점(f1)으로 하고 상기 장원형투형렌즈(2)의 라인형 초점(fL)의 근방을 제2초점(f2)으로 하는 타원(O)이 나타나게 되며, 수평방향단면에는 광원(4)의 근방을 초점(f)으로 하는 포물선(P)이 나타나게 되고, 상기 반사경(3)의 폭(W)은 상기 실린더형렌즈부(2a)의 폭(L)과 대략 동일하게 된다.

도 2 에 도시한 바와 같이 광원(4)에서 나오는 빛은 수직방향으로는 상기 라인형 초점(fL)의 근방에서 수렴하게 되며, 수평방향으로는 도 3 에 도시한 바와 같이 광축Z에 수평한 수평광선을 발생시키게 된다.

이 때, 장원형투영렌즈(2)의 실린더형렌즈부(2a)는 수직방향단면으로 볼록렌즈형의 곡면을 형성하기 때문에, 이 곡면에서 자동차용 조명에 적절한 조사각으로 조정하여 방사할 수 있다.

한편, 수평방향단면에서는 실린더형렌즈부(2a)가 어떤 곡율도 갖고 있지 않기 때문에 수평광선인 상태로 외부에 방사된다.

이상이 본 발명의 헤드램프(1)의 기본적인 동작원리로써, 수직방향으로는 반사경(3)과 실린더형렌즈부(2a)가 배광특성의 형성에 관여하며, 수평방향으로는 반사경(3)만이 배광특성의 형성에 관여하는 것이다.

따라서, 반사경(3)의 수평방향단면측에 나타나는 포물선(P)의 초점(f)을 광원(4)의 전방(조사방향)에 위치시키면, 상기 포물선(P) 형상의 반사경(3)에서 반사되어 나오는 반사광은 수평방향으로 퍼져 나가기 때문에 자동차용 조명에 적합하다.

또한, 상기 설명에서는 장원형투영렌즈(2)의 실린더형렌즈부(2a)만의 작용을 설명했지만, 본 발명은 비구면렌즈부(2b)도 이용하는 것이 가능하다.

이 때에는, 상기 반사경(3)의 좌우단부 즉, 비구면렌즈부(2b)의 각각의 배면에는, 제1초점(f51)을 상기 광원(4)의 근방으로 하고 제2초점(f52)을 각각의 비구면렌즈부(2b)의 정점 근방으로 하는 사이드반사경(side reflector)(5)을 형성한다.

상기와 같이 구성하면, 상기 사이드반사경(5)에서 반사된 광원(4)의 빛은 비구면렌즈부(2b)의 영역 근방에서 수렴하게 되고, 그 조사방향은 각각 광축(Z) 방향을 향하게 된다.

따라서, 광축(Z)상에서 일단 교차하고 나서는 수평방향으로 퍼져 나가기 때문에, 상기 반사경(3)에서의 반사광과 적절하게 조합하면 좋은 배광특성을 형성할 수 있다.

이 때, 사이드반사경(5)을 광원(4)을 통과하는 수평선으로부터 상부에만 형성하면, 헤드램프(1)의 사이드반사경(5)에서 조사되는 조사광은 수평선에서 하방으로만 존재하게 된다.

즉, 사이드반사경(5)을 형성한 위치 및 상하방향의 폭을 조정하는 것에 의해 수직방향으로의 조사각 및 조사방향의 설정이 자유로워진다.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 것으로써, 상기의 설명에서와 같이 본 발명의 헤드램프(1)에 있어서는 수평방향의 배광특성은 반사경(3)으로 설정되기 때문에, 상기 반사경(3)의 수평방향단면에 나타나는 곡선을 조정하면 배광특성 뿐만아니라 광량의 배분도 자유롭게 조정 가능하다.

따라서, 중심부에서는 수평방향으로 확산하고 좌우 양단부에서는 광축(Z)과 평행방향으로 반사하도록 자유곡면(FR)을 설정하면, 원거리의 전방이 밝은 헤드램프가 프로젝터형으로도 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 있어서 수평방향단면에 나타나는 곡선은 상기의 포물선(P)과 자유단면(FR)에 한정되는 것은 아니며, 도 5 에 도시한 제 3 실시예와 같이 각각이 자유로운 면적과 위치를 갖는 복수개의 부분으로 구획하여 포물선(P), 자유곡면(FR) 혹은 포물주면(抛物柱面)등을 배치한 멀티 반사경 형태도 가능하다.

그리고, 도 6 에 도시한 제 4 실시예와 같이 반사경(3)의 중앙부에는 광원(4)의 근방에 제1초점(f1)을 갖고 라인형 초점(fL)의 근방에 제2초점(f2)을 갖는 회전타원면(R0)을 배치하고, 좌우양단부에는 광축(Z)과 평행방향으로 반사하도록 자유곡면(FR) 혹은 포물선(P)을 배치하면, 상기 회전타원면(RO)에서의 반사광은 실린더형렌즈부(2a)에서 수직방향으로만 조사각이 좁아지며 수평방향으로는 퍼진 채로 투사된다.

이것에 비해 자유곡면(FR) 혹은 포물선(P)에서의 반사광은 차량의 정면방향에 방사되어 원거리를 조사하게 되어 상기 설명한 실시예와 같은 작용 및 효과가 얻어진다.

이상의 각 실시예를 종합해 보면, 본 발명에 의한 실린더형렌즈부(2a)를 포함한 장원형투영렌즈(2)는 수평방향으로 광학적인 작용을 행하지 않고, 그 배면에 구비된 반사면이 수평방향으로 배광특성의 형성이 가능하게 된다.

즉, 상기에서도 설명한 바와 같이 수평방향으로 넓은 방사각이 얻어지는 반사면 형상과, 수평방향에 스팟(spot)형의 방사각이 얻어지는 반사면 형상을 조합하여 배광특성의 형성 및 광량의 분배를 자유롭게 할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 장원형투영렌즈(2)의 실린더형렌즈부(2a)는 수평방향의 폭(L)을 30㎜이상으로 하는 것이 바람직하며, 장원형투영렌즈(2) 수직방향의 높이에 대해 수평방향의 폭을 2∼6배로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같이 구성한 본 발명의 헤드램프에 있어서도, 프로젝터형으로써의 기능은 갖고 있기 때문에, 주행모드에서 교차모드로 절환할 수 있다.

즉, 도 7 에 도시한 바와 같이 상기 라인형 초점(fL)의 근방에 차단막(6)을 설치하고, 상기 차단막의 위치를 조정함으로써 교차모드를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 장원형투영렌즈(2)에 수평방향으로의 렌즈작용을 발생하지 않는 실린더형렌즈부(2a)가 형성되어 있기 때문에, 외부에서 장원형투영렌즈(2)면을 볼 경우에 내부의 구조물 등의 형상이 비교적 명확하게 확인되어져 미관을 해치는 경우도 생긴다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 방지하기 위해, 도 7 에 도시한 바와 같이 상기 구조물 등의(2)와 반사경(3)(도시는 생략함)과의 사이 하방에는 차체색 혹은 검은색등으로 착색한 부재 혹은, 크롬도금, 알루미늄증착등의 광휘(光輝)처리를 행한 부재로 인너엑스텐션(inner extension)(7)을 구비하여 내부의 구조물 등을 가려서 미관의 향상을 도모한다.

차단막(6)이 구비되어 있는 경우에는, 상기 인너엑스텐션(7)은 도시한 바와 같이 장원형렌즈(2)와 차단막(6) 사이에 놓이도록 해도 되며, 차단막(6)과 인너엑스텐션(7)을 일체화해도 된다.

또한, 상기 장원형투영렌즈(2)의 조사방향측의 주위 가장자리에 상기 인너엑스텐션과 동일한 착색처리 혹은 광휘처리를 행한 부재로 아우터엑스텐션(outer extension)(8)을 구비하여(도7참조), 상기 아우터엑스텐션(8)이 장원형투영렌즈(2)에 투영됨으로써 내부가 투시되는 것을 방지할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 중앙부분이 라인형 초점을 대략 수평방향으로 하는 실린더형렌즈부와 상기 실린더형렌즈부의 좌우단에는 중심에서 세로로 2분할된 비구면렌즈부가 조합되어 이루어진 장원형투영렌즈부와, 광원과, 수직방향단면에는 상기 광원 근방에 제1초점을 갖고 라인형 초점 근방에 제2초점을 갖는 타원이 나타나고, 수평방향단면에는 광원 빛에 대해 원하는 수평방사각을 주는 자유곡선이 나타나며, 또한 수평방향의 폭을 상기 실린더형렌즈부와 대략 같도록 한 반사경으로 이루어지는 프로젝터형 헤드램프이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 장원형투영렌즈에 구비한 실린더형렌즈부는 수평방향으로 광학적 작용을 수행하지 않으며, 상기 실린더형렌즈부의 배면에 형성된 반사경이 배광특성의 형성에 기여할 수 있어, 배광형상중에 있는 빛의 분배량의 설정을 자유롭게 하고 원거리의 확인이 가능하게 하는 등 이와 같은 종류의 프로젝터형 헤드램프의 성능 향상에 우수한 효과가 있다.

또한, 장원형투영렌즈로 헤드램프를 이룬 형상은 수직방향으로 폭이 좁고, 수평방향으로는 폭이 넓은 자동차 디자인에 적합하고, 이와 같은 종류의 프로젝터형 헤드램프의 미관 향상에도 우수한 효과가 있다.

Claims (15)

1. 광원과, 상기 광원의 배면에 설치되는 반사경과, 상기 광원의 전면에 설치되는 투영렌즈를 포함하는 프로젝터형 헤드램프에 있어서,

   상기 투영렌즈는 수직방향으로만 광학작용을 하도록 구성되며, 상기 반사경은 반사면의 전체에서 수직방향 및 수평방향으로 광학작용을 하도록 구성되어,

   수직방향의 배광특성은 상기 투영렌즈 및 상기 반사경에 의하여 결정되고, 수평방향의 배광특성은 상기 반사경에 의해서만 결정되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투영렌즈는 수평방향으로 라인형 초점을 갖는 실린더형렌즈부를 구비하며, 상기 반사경은 수평방향 단면은 넓은 방사각이 얻어지는 반사면 형상으로 구성되며, 수직방향 단면은 스팟(spot)형 방사각이 얻어지는 반사면 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사경의 수직방향 단면은 상기 광원 근방에 제1초점을 갖고 상기 라인형 초점의 근방에 제2초점을 갖는 타원이며, 상기 반사경의 수평방향 단면은 상기 광원의 빛에 대하여 소정의 수평방사각을 주는 자유곡면인 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사경의 수직방향 단면은 상기 광원 근방에 제1초점을 갖고 상기 라인형 초점의 근방에 제2초점을 갖는 타원이며, 상기 반사경의 수평방향 단면은 상기 광원의 근방을 초점으로 하는 포물선인 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 반사경은 각각 면적, 위치 및 형상이 다른 복수의 단면으로 구획되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 반사경은 상기 광원 근방에 제1초점을 갖고 상기 라인형 초점의 근방에 제2초점을 갖는 회전타원면과, 상기 광원의 빛에 대하여 소정의 수평방사각을 주는 자유곡면의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 반사경은 상기 광원 근방에 제1초점을 갖고 상기 라인형 초점의 근방에 제2초점을 갖는 회전타원면과, 상기 광원의 근방을 초점으로 하는 포물선의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 실린더형렌즈부의 폭과 상기 반사경의 수평방향의 폭은 대략 같은 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 실린더형렌즈부의 좌우단에는 중심방향으로 세로로 2분할된 비구면렌즈부가 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 반사경의 좌우단에는 상기 광원 근방을 제1초점으로 하고, 상기 비구면 렌즈부의 정점 근방을 제2초점으로 하는 회전타원면을 갖는 사이드 반사경이 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 실린더형렌즈부의 라인형 초점의 근방에는 차단막이 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 투영렌즈와 상기 반사경의 사이에 하방에는 착색재 또는 광택재에 의한인너 익스텐션이 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 투영렌즈와 상기 차단막의 사이의 하방에는 착색재 또는 광택재에 의한 인너 익스텐션이 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 투영렌즈의 가장자리에는 착색재 또는 광택재에 의한 아우터 익스텐션이 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.
15. 제 9 항에 있어서,

    상기 실린더형렌즈부의 폭은 30mm 이상이고, 정면에서 봤을 경우의 상기 투영렌즈의 종횡비가 1:2 - 1:6 의 범위인 것을 특징으로 하는 프로젝터형 헤드램프.