KR100606401B1 - 폴리카보네이트 비구면렌즈를 구비하는 차량용 프로젝션 램프 - Google Patents

폴리카보네이트 비구면렌즈를 구비하는 차량용 프로젝션 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 프로젝션 램프의 비구면렌즈에 관한 것으로, 반사경의 제 1 초점에 배치된 광원, 반사경의 제 2 초점에 배치된 로우빔 조명을 위한 실드와, 실드에 대해 광원과는 먼 쪽에 배치된 비구면렌즈를 포함하는 차량용 프로젝션 램프로서, 비구면렌즈는 플라스틱 소재를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 비구면렌즈는, 광원으로부터 출사된 광이 입사하는 평판면부재와; 평판면부재로부터 출사된 광이 입사하여 집광된 후 차량 전방을 조명하도록 출사되는 볼록면부재; 및 평판면부재와 볼록면부재 사이에 존재하는 공기층 갭을 포함한다. 이에 따라 법규에서 요구하는 빔패턴을 형성하면서도, 동시에 내열성이 크고, 자외선에 의한 경화가 방지되며, 중량이 크게 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 구조 복잡성이 크게 감소된 프로젝션 램프를 제공할 수 있다.
프로젝션 램프, 비구면렌즈, PC, 폴리카보네이트, 다층 구조

Description

폴리카보네이트 비구면렌즈를 구비하는 차량용 프로젝션 램프{PROJECTION LAMP FOR VEHICLE HAVING POLYCARBONATE NON-SPHERE LENS}
도 1은 종래의 프로젝션 램프(10)의 구조를 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 비구면렌즈의 조립도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 비구면렌즈의 분리도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 비구면렌즈의 측단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PC 비구면렌즈의 조립 구조를 보여주는 개략도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PC 비구면렌즈의 분리상태를 보여주는 개략도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PC 비구면렌즈의 측단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 PC 비구면렌즈의 초점 보정 원리를 설명 하기 위한 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 PC 비구면렌즈의 초점을 보정하기전, 빛의 진행을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 PC 비구면렌즈의 초점을 보정하기전, cutoff의 상태를 보여주는 simulation screen CG 도면.
도 11은 본 발명에 따른 PC 비구면렌즈 초점을 보정하기전의 simulation screen Iso-candela 도면.
도 12는 본 발명에 따른 PC 비구면렌즈의 초점을 보정한 후, 빛의 진행을 보여주는 도면.
도 13은 본 발명에 따른 PC 비구면렌즈의 초점을 보정한 후, cutoff의 상태를 보여주는 도면.
도 14는 본 발명에 따른 PC 비구면렌즈 초점을 보정한 후의 simulation screen, Iso-candela 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10 : 프로젝션 램프 12 : 광원
14 : 반사경 16 : 실드
18 : 비구면렌즈 182 : 고정 에지
184 : 평판면부 186 : 볼록면부
20,30 : PC 비구면렌즈 24,34,36 : 볼록면부재
22,32 : 평판면부재 26,38 : 갭
본 발명은 일반적으로 차량용 프로젝션 램프의 구조에 관한 것으로, 더 상세하게는 비중이 유리(Glass)의 1/2에 불과한 폴리카보네이트(PC, polycarbonate)를 이용하여 비구면렌즈를 구성함으로써, 차량 중량 절감 및 내진성을 향상시킨 개선된 차량용 프로젝션 램프 구조에 관한 것이다.
종래의 차량 로우빔(즉, 하향등)용 전조등으로 사용되고 있는 프로젝션 램프(projection lamp)가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 프로젝션 램프(10)의 구조는, 대체로 타원인 반사경(14)의 제 1 초점(F1)에 위치한 예컨대 H7 전구인 광원(12)으로부터 나온 빛이 반사경(14)의 제 2 초점(F2)을 지나 비구면렌즈(18)에 의해 집광되어 차량 전면으로 나가는 구조이다. 이때, 법규에서 요구하는 빔패턴(beam pattern)을 만들기 위하여, 제 2 초점(F2)에 차광판(실드)(16)를 설치한다. 이러한 실드(16)에 의해 차량의 전방 중 상향의 빔이 차단될 수 있어 법규에서 원하는 컷오프 경계를 가지는 하향빔 패턴이 나타날 수 있다.
이러한 종래의 프로젝션 램프(10)에 있어서, 특히 비구면렌즈(18)는 일반적으로 유리 소재로 제작된다. 구체적으로, 비구면렌즈(18)는 램프하우징(19)에 의해 고정되는 고정 에지(182) 부분부터 램프 내측으로의 평판면부(184)와 램프 바깥측을 향하여 볼록한 볼록면부(186)가 모두 일체로 유리 재질로 성형되어 상당한 무게를 가지게 된다. 그 결과 차량 진동에 기인하는 충격으로부터 유리 비구면렌즈를 보호하기 위한 내진 설계가 추가로 필요하였다. 이에 따라 종래의 유리 비구면렌즈를 장착하는 프로젝션 램프에 있어서, 차량 중량 과다 및 내진 설계에 따른 구조 복잡성을 해소할 수 있는 새로운 구조에 대한 기술적 요구가 있었다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래의 유리 비구면렌즈를 채용하는 차량용 프로젝션 램프에 있어서 중량 절감 및 구조 단순화 요구를 충족시킬 수 있도록 하며 추가적인 장점들을 가지는 폴리카보네이트 소재를 적용한 비구면렌즈를 채용하는 차량용 프로젝션 램프 구조를 제안하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 광원을 향하는 부분에 유리 소재의 평판부재 및 공기층 갭을 추가함으로써, 램프 내부 열 상승에 대한 내열성을 도모하고 및 광원으로부터의 자외선에 의한 경화 방지가 가능하도록 한, 폴리카보네이트 소재를 적용한 비구면렌즈를 채용하는 차량용 프로젝션 램프 구조를 제안하고자 하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 내열 및 경화방지를 위한 다층 구조의 비구면렌즈에 있어서 법규에서 요구하는 빔패턴 형성을 위하여 적절하게 초점을 보정하기 위한 방법을 적용함으로써 소기의 빔패턴을 형성할 수 있는, 폴리카보네이트 소재를 적용한 비구면렌즈를 채용하는 차량용 프로젝션 램프 구조를 제안하고자 하는 것이다.
이러한 목적들을 성취하여 위하여 본 발명에 따라, 플라스틱 소재를 포함하여 이루어지는 비구면렌즈를 채용한 차량용 프로젝션 램프가 제공된다. 이러한 프로젝션 램프는, 반사경의 제 1 초점에 배치된 광원, 반사경의 제 2 초점에 배치된 로우빔 조명을 위한 실드와, 실드에 대해 광원과는 먼 쪽에 배치된 투명한 플라스틱 소재의 비구면렌즈를 포함한다. 이에 따라 종래의 유리 소재 비구면렌즈를 채용한 프로젝션 램프에 비해 중량이 크게 감소되며, 따라서 내진성이 증가된 구조의 프로젝션 램프를 제공할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 비구면렌즈는, 광원(12)으로부터 출사된 광이 입사하는 평판면부재와; 평판면부재로부터 출사된 광이 입사하여 집광된 후 차량 전방을 조명하도록 출사되는 볼록면부재; 및 평판면부재와 볼록면부재 사이에 존재하는 공기층 갭을 포함한다. 이와 같은 다층구조의 비구면렌즈에 따르면, 광원으로부터 발생하는 열과 자외선으로부터 렌즈를 보호할 수 있는 장점을 제공한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 평판면부재는 유리(Glass) 소재이며, 볼록면부재는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 소재일 수 있다.
본 발명에 따라, 볼록면부재는 2개 이상의 다층 구조인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따라, 상술한 구조를 가지는 차량용 프로젝션 램프의 비구면렌즈 초점 보정 방법이 제공된다. 이 방법에 따라, 상기 구조를 가지는 차량용 프 로젝션 램프에 있어서, 상기 비구면렌즈의 초점이: 평판면부재를 통과하여 굴절되는 광선들의 가상 초점를 찾는 단계와; 가상 초점을 이용하여 상기 볼록면부재(24,34,36)의 초점을 보정하는 단계를 통해 보정됨으로써, 미리 결정된 차량 전방 조명 패턴을 충족하도록 보정될 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 구성 및 장점들과 다른 추가적인 사항들을 도면을 참조하여 구체적인 실시예를 통해 상세하게 설명한다.
본 발명에 따라 제공되는 프로젝션 램프(10)는, 반사경(14)의 제 1 초점(F1)에 배치된 광원(12), 상기 반사경(14)의 제 2 초점에 배치된 로우빔 조명을 위한 실드(16)와, 상기 실드(16)로부터 상기 광원(12)과 먼 쪽에 배치된 비구면렌즈(20;30)를 포함한다. 이와 같은 프로젝션 램프(10)는, 비구면렌즈(20,30)를 제외하면, 도 1을 참조하여 위에서 이미 설명된 바와 같은 종래의 프로젝션 램프(10)의 구조와 유사하다. 본 발명에 따라, 이하에서 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하는 바와 같이 비구면렌즈(20;30)는, 투명한 플라스틱 소재를 포함하여 이루어지는 특징을 가진다.
본 발명에 따라 상기 투명한 플라스틱 소재는 아크릴 등과 같이 투명 플라스틱 물질이라면 임의의 것을 사용할 수 있으나, 그중에서도 모노머 비스페놀 A가 중합되어 형성되는 폴리카보네이트를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
일반적으로, 폴리카보네이트(PC, polycabonate)는 내충격성, 내열성, 내후성, 자기 소화성, 투명성 등의 특징이 있으며 강화유리의 약 150배 이상의 내충격 성을 지니며 유연성 및 가공성이 우수하다는 장점을 가진다. 또한 비중이 유리의 1/2 정도의 경량으로 구조물 설치비가 절약될 뿐더러 취급이 용이한 특성을 보인다. 램프의 렌즈에 적합한 성질로서는, 가시광선 투과율이 높다는 장점을 가진다. 더 나아가 내후성이 뛰어나 장기간 높은 물성을 유지하고 내열, 내한성이 뛰어나 심한 온도변화에도 성능을 유지한다는 장점을 가진다.
한편 폴리카보네이트는 우수한 단열성 및 자외선 차단 성능을 가질수 있으나, 이러한 단열성 및 자외선 차단 성능이 오히려 램프 구조에 있어서는 단점이 될 수 있다. 폴리카보네이트는 판유리와 견주어 열관류율이 낮기 때문에 광원으로부터 발생되는 예컨대 기존 유리 소재의 램프에 있어서는 약 141℃ 정도인 온도가 폴리카보네이트의 경우 더욱 높아질 수 있다. 또한 광원에 의해 발생되는 강한 자외선에 의해 표면이 경화되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 이러한 폴리카보네이트 소재를 이용하여 비구면렌즈를 구성하는 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 경량의 비구면렌즈를 구성하는데 있어 내열 및 자외선 차단을 위해, 유리 소재의 평판면부재와 공기갭을 더 구성하였다. 이러한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구면렌즈(20;30)의 구조가 도 2 내지 도 7 에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비구면렌즈(20,30)는, 바람직하게는 서로 다른 소재의 다층구조를 형성한다는 특징이 있다.
본 발명에 따른 비구면렌즈(20)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 평판면부재(22)와 볼록면부재(24) 및 상기 평판면부재(22)와 상기 볼록면부재(24) 사이에 존재하는 공기층 갭(26)을 포함한다. 평판면부재(22)는 광원(12)으로부터 출 사된 광이 입사하는 쪽에 설치되는 대체로 일정한 두께의 투명한 판부재이다. 이러한 평판면부재(22)는 유리(Glass) 소재인 것이 바람직하다.
볼록면부재(24)는 상기 평판면부재(22)로부터 출사된 광이 입사하여 집광된 후 차량 전방을 조명하도록 출사되는 부분으로서, 평판면부재(22)와 대면하는 일면은 평탄한 면으로 이루어지고 그 반대편은 볼록면을 이루고, 내부는 모두 동일 물질로 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 볼록면부재(24)는 투명한 플라스틱 수지 소재로 만들어지며, 더 바람직하게는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 소재로 만들어진다.
더 나아가 상기 평판면부재(22)와 상기 볼록면부재(24) 사이에는 공기층 갭(26)이 형성된다. 이러한 갭(26)은 평판면부재(22)의 일 표면과 볼록면부재(24)의 일표면에 의해 한정되며, 그 폭은 약 1-2 mm 정도인 것이 바람직하다. 갭(26)의 형태는 램프 하우징(19)에 의해 평판면부재(22)와 볼록면부재(24)의 고정 에지(242)가 고정되는 경우에 최종적으로 형성될 수 있다. 이를 위하여 램프 하우징(19)에는 갭(26) 형성을 위한 구조(돌기 등,미도시됨) 등이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 볼록면부재(34,36)는 2개 이상의 다층 구조일 수 있다. 이때, 제 1 볼록면부재(34)와 제 2 볼록면부재(36)는 폴리카보네이트 소재로서 제조되며, 접착제를 사용하여 서로 부착될 수도 있고, 램프하우징(19)에 의해 고정될 때 서로 밀착될 수도 있다. 본 실시예의 경우 공기층 갭(38)과 평판면부재(32)의 구조는 도 2에 도시된 예와 유사하다.
이상에서 설명된 바와 같은 프로젝션 램프(10)의 비구면렌즈(20,30)에 있어서, 빛의 집광 역할을 하는 렌즈부분은 볼록면부재(24;34,36)에 의해서만 구성된다. 평판면부재(22,32)는 상기 렌즈부분인 볼록면부재(24;34,36)를 보호하기 위한 보호부재의 성격을 가진다.
이러한 본 발명에 따른 비구면렌즈(20,30)의 초점을 종래의 프로젝션 램프 구조에서와 동일하게 반사경의 제2초점(F2)에 맞추는 경우, 광이 평판면부재(22,32)에 의해 한번 굴절된 상태로 볼록면부재(24;34,36)로 입사되기 때문에, 법규에서 원하는 빔패턴 즉 컷오프 패턴 형성이 잘 이루어지지 않는다는 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 볼록면부재(24;34,36)의 초점 즉 PC 비구면렌즈의 초점을 보정하는 것이 필요하다.
본 발명에 따라, 도 8, 9, 12에, PC 비구면렌즈(20)의 초점 보정 방법을 위한 원리가 예시로서 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라, 먼저 평판면부재(22)를 통과하여 굴절되는 광선들의 가상 초점(F3)를 찾는다. 이러한 가상 초점(F3)은 볼록면부재(24)를 출사하는 빛의 진행 경로를 거꾸로 그려 수렴하는 점을 찾으면 되는데, 도 8에서는 점선으로 도시되어 있다. 그후 이렇게 찾아진 가상 초점(F3)이 반사경(14)의 제 2 초점(F2)에 오도록 볼록면부재(24)의 초점을 보정한다. 이러한 비구면렌즈(20)의 초점을 보정하는 단계는 도 5 에 도시된 다층구조의 볼록면구조(34,36)를 가지는 실시예의 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따라 비구면렌즈(20)의 초점이 보정됨으로서 미리 결 정된 차량 전방 조명 패턴을 충족시킬 수 있는데, 보정전과 보정후 상태에 관한 개념도(a)와 시뮬레이션 스크린 CG, 그리고 시뮬레이션 스크린 iso-candela가 각각 도 9 내지 도 14에 도시되어 있다. 상기 도시된 예로부터 본 발명의 보정 방법을 통해 법규에서 요구하는 선명한 로우빔 컷오프 패턴을 얻을 수 있음을 알게 된다.
이상에서는 비록 본 발명을 도시된 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 본 발명의 사상이 도시되고 설명된 구체적인 로우빔용 프로젝션 램프의 예에만 제한되는 것은 아니다. 당업자라면 본 명세서에 개시된 사항을 참고하는 경우, 아래의 특허청구범위에서 기재하고 있는 본 발명의 기술적 범위 내에서 다양한 변형과 수정을 쉽게 생각해낼 수 있다. 에컨대 하이빔용 프로젝션 램프에 적용할 수 있고, 이밖에도 비구면렌즈를 사용하는 다른 프로젝션 램프의 경우에도 적용가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 상세한 설명에 기재된 바에 따라서가 아니라 특허청구범위에 의해서만 해석되어야 한다는 점을 지적해둔다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 중량 절감 및 구조 단순화 요구를 충족시킬 수 있도록 하며 추가적인 장점들을 가지는 폴리카보네이트 소재를 적용한 비구면렌즈를 채용하는 차량용 프로젝션 램프 구조를 제공할 수 있다. 또한, 광원을 향하는 부분에 유리 소재의 평판부재 및 공기층 갭을 추가함으로써, 램프 내부 열 상승에 대한 내열성을 도모하고 및 광원으로부터의 자외선에 의한 경화 방지가 가능하도록 한, 폴리카보네이트 소재를 적용한 비구면렌즈를 채용하는 차량용 프로젝션 램프 구조를 제공할 수 있다. 더 나아가, 본 발명은, 내열 및 경화방지를 위한 다층 구조의 비구면렌즈에 있어서 법규에서 요구하는 빔패턴 형성을 위하여 적절하게 초점을 보정하기 위한 방법을 적용함으로써, 요구되는 컷오프 패턴을 충족하는 등의 현저한 효과를 제공한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 반사경(14)의 제 1 초점(F1)에 배치된 광원(12), 상기 반사경(14)의 제 2 초점에 배치된 로우빔 조명을 위한 실드(16)와, 상기 실드(16)로부터 상기 광원(12)과 먼 쪽에 배치된 비구면렌즈(20;30)를 포함하는 차량용 프로젝션 램프(10)로서, 상기 비구면렌즈(20;30)는,
    상기 광원(12)으로부터 출사된 광이 입사하는 평판면부재(22;32)와;
    상기 평판면부재(22)로부터 출사된 광이 입사하여 집광된 후 차량 전방을 조명하도록 출사되는 볼록면부재(24;34,36); 및
    상기 평판면부재(22,32)와 상기 볼록면부재(24;34,36) 사이에 존재하는 공기층 갭(26;38)을
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 차량용 프로젝션 램프.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 평판면부재(22;32)는 유리(Glass) 소재인 것을 특징으로 하는, 차량용 프로젝션 램프.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 볼록면부재(24;34,36)는 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 소재인 것을 특징으로 하는, 차량용 프로젝션 램프.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 볼록면부재(34,36)는 2개 이상의 다층 구조인 것을 특징으로 하는, 차량용 프로젝션 램프.
  6. 삭제
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