KR100918274B1 - 차량용 헤드램프 비구면 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 헤드램프 비구면 렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 야간주행시 장애물을 확인할 수 있도록 차량의 전면 부위에 장착하여 조사되는 헤드램프 광원의 빔을 법규에서 정해진 배광포인트의 범위 내에서 배광할 수 있게 비구면 렌즈의 볼록부 표면 일부를 경사면을 갖도록 절단하여 컷팅면을 형성하는 특징으로 한다.

헤드램프, 비구면 렌즈, 배광포인트, 컷팅면

Description

차량용 헤드램프 비구면 렌즈{An aspheric lens of headlamp for a car}

본 발명은 야간주행시 장애물을 확인할 수 있도록 차량의 전면 부위에 장착하여 조사되는 헤드램프의 광원 빔을 법규에서 정해진 배광포인트의 범위 내에서 배광할 수 있게 비구면 렌즈의 볼록부 표면에 경사면을 갖도록 컷팅면을 형성한 차량용 헤드램프 비구면 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 헤드램프는 차량의 전면 좌ㆍ우 양측에 각각 설치되어 야간과 같이 주위가 어두운 곳을 주행할 때 전방을 조명함으로써 운전자가 안전하게 주행할 수 있는 전조등을 일컬는다.

한편, 헤드램프는 두 개의 필라멘트가 있으며, 하나는 먼 곳을 비추는 하이빔(High beam) 역할을 하는 상향등과, 다른 하나는 대향차의 운전자가 눈부시지않도록 광도를 약하게 하고 동시에 빔을 낮추는 로우빔(Low beam) 역할을 하는 하향등으로 구분된다.

따라서 운전자가 주변상황에 따라 상·하향등을 적절하게 조절하여 전방시야를 확보하여야 하나 차량 통행이 없는 한적한 장소가 아니고서는 대향차 운전자의 시야를 방해하기 때문에 하향등을 주로 사용한다.

한편, 종래에 사용되어온 헤드 램프용 렌즈는 단순히 램프에 설치되어 있는 광원의 빔을 반사판을 통해 전면으로 투과시키는 작용만을 함으로서 그 이상의 효과를 기대할 수가 없었으며, 이로 인하여 반사판에 의하여 비구면 렌즈를 투과한 빔은 차량의 전방에 넓은 면적으로 펼쳐진 상태로 조사됨으로써 빔이 멀리 가지 못하는 것은 물론 배광 조사량이 미비함으로써 운전자의 시야를 충분하게 확보하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 도 1, 2에서 도시한 것처럼 헤드램프(1)에 비구면 렌즈(100)를 많이 사용하고 있는데, 구조는 일면은 수평이고, 타면은 반구형으로 돌출되며, 가장자리 부분은 걸림턱(600)이 형성되어 돌출된 볼록부(200)는 비구면을 형성한다.

따라서, 헤드램프(1)의 하우징은 통상적으로 전면과 후면커버(7, 8)로 구분하고, 후면 커버(8)에는 빔을 발산하는 광원(5)과, 광원(5)에서 발생하는 빔(6)을 폭넓게 확산시키는 반사판(4)이 위치하며, 상기 후면 커버(8)에는 반사판(4)에서 반사되어 조사되는 빔(6)의 조사범위가 한정되도록 간섭하는 차광판(2)과, 상기 차광판(2)에서 조사되는 빔(6)의 일부는 차단하고, 반사판(4)을 통해 반사되는 빔(6)의 일부는 전방으로 조사시키는 비구면 렌즈(100)가 위치한다.

또한, 헤드램프(1)는 대체로 타원인 반사판(4)의 중앙에 위치하는 광원(5)에서 발생하는 빔(6)은 반사판(4)을 통해 반사된 빔(6)의 일부는 직접 상향으로 조사되지 않도록 일부는 차광판(2)에 의해 차단되고, 차단되지 않은 나머지 빔(6)은 비구면 렌즈(100)를 통해 집광되어 차량 전면으로 빔(6)이 조사된 조명부(10)와 빔이 차단된 차단부(11)가 컷-오프 라인(9)을 경계로 배광된다.

따라서 이와 같이 구성된 헤드램프(1)는 법령으로 정해진 배광 밝기를 구비하고, 대향차와 교차할 때 운전자가 눈부시는 것을 방지하는 성능이 있어야하는 것은 물론 비구면 렌즈(100)에 의해 적절하게 배광되어 전방을 정확하게 비추도록 되어 있다.

한편, 헤드램프(1)의 배광조절은 표 1에서 도시한 바와 같이 법규에 의한 배광포인트에 의해 배광한다.

상기 배광 포인트는 헤드램프(1) 광원의 빔(6)을 25m 거리에서 조준 스크린에 투사한 다음, 조준 스크린에 형성된 헤드램프(1)의 빔 패턴을 확인하고 배광을 조절하도록한다.

따라서 배광포인트는 중앙에 수평하게 인도와 차도를 경계로 하는 배광곡선의 최대 기울기 값을 "컷 - 오프라인"의 중심으로 잡게 되어 조준스크린에 빔 패턴을 형성한다.

따라서 상기 배광포인트의 좌표에서 확인할 수 있듯이 헤드램프(1)에서 빔(6)이 중앙에 위치한 H-V 점을 기준으로 좌측에서 우측으로 굵은 실선으로 차도와 인도를 표시하는 경계선인 컷-오프라인(9)을 형성하고, 상기 컷-오프라인(9)을 경계로 하부에는 조명부(10)와 상부에는 차단부(11)가 형성된다.

즉 관련법규의 범위 안의 배광포인트에 위치한 차단부의 ZONE Ⅲ(700) 영역은 H-V 점을 기준으로 좌ㆍ우에 2.75L, 2.75R 밝기로 빔(6)을 조사하도록 하여 조명부(10)와 차단부(11)의 조도차이를 최소화하도록 한다.

따라서 차량에 장착된 헤드램프(1)의 빔(6)이 조명부(10)와 차단부(11)의 조도차이를 최소화하기 위해 관련법규의 배광포인트를 위반하지않은 범위 내에서 차단부(상향)인 ZONE Ⅲ(700) 영역내에 빔을 조사할 수 있도록 다양한 제품이 시중에 유통되고 있다.

따라서 차량에 장착된 헤드램프(1)는 관련법규를 위반하지않는 범위 내에서 ZONE Ⅲ(700) 영역내에 빔(6)을 조사하여 배광할 수 있는 방식중에서 일반적으로 많이 사용하는 방식은 도 2에서 도시한 것처럼 헤드램프(1) 내부에 위치하는 반사판(4)과 비구면 렌즈(100) 사이의 차광판(2)의 상부에 반사판(4)에 반사되어 조사되는 빔(6)을 상향으로 보낼 수 있도록 쉴드(3)를 부착하면 쉴드(3)에 의해 차량의 전방으로 조사되는 상향 빔(6)은 법규 안에서 헤드램프(1)의 전방에 조사되는 조명부(10)와 빔을 차단하는 차단부(11)로 하향 빔(6)이 조사된다.

또한, 일부에서는 차광판(2)에 쉴드(3)를 설치하지않고 반사판(4)의 일부를 돌출되게 조작하여 홀로그램에 의해 광원(5)에서 발광하는 빔(6)을 반사판(4)을 통해 비구면 렌즈(100)로 조사하여 차단부(11)인 상향으로 조사될 수 있도록 한다.

그러나 상기 헤드램프(1)는 전방의 차단부(11)인 상향으로 빔(6)을 조사하기 위해 차광판(2)에 쉴드(3)를 부착하거나, 반사판(4)의 일부를 돌출되게 기구적으로 제작하기 때문에 차량의 종류나 상황에 따라 ZONE Ⅲ(700) 영역으로 빔을(6)을 보내기 위해 인위적으로 조절할 수 있는 것은 거의 불가능한 것은 물론 헤드램프(1) 를 조립하는 공정도 복잡해진다.

또한, 쉴드(3)에 의해 헤드램프(1)에서 빔(6)의 일부가 상향으로 조사되는 빔(6)은 컷-오프라인(9)을 경계로 조명부(10)와 차단부(11)의 경계에서 조도차이를 확연히 구분할 수 있도록 어두운 암흑 테두리를 형성하거나, 또는 조명부(10)와 차단부(11)에 조도차이를 최소화할 수 있도록 조명부(10)에 상향 빔(6)을 조사하나 조명부(10) 전체가 균일하게 조사되지않고 흑점이 형성되어 배광포인트의 ZONE Ⅲ (700)영역에 도달수치에는 미흡한 문제점이 있다.

따라서 일부에서는 차광판(2)에 쉴드(3)를 부착하지않고 비구면 렌즈(100)만으로 차단부(11)와 조명부(10)에 빔(6)을 배광할 수 있는 일본공개공보 평13-23419호가 선출원되었다.

상기 선출원된 일본공개공보 평13-23419호는 헤드램프 광원의 빔을 집광하는 평명부와 빔을 조사하는 볼록부와 헤드램프에 체결할 수 있도록 걸림턱이 형성된 공지의 비구면 렌즈는 볼록부의 표면에 렌즈소자가 개시되어 명암경계선인 컷-오프라인에 명암비를 완화시키는 구성이 있으나, 볼록부의 표면에 다수의 렌즈소자를 가공하는 과정이 고도의 정밀성을 요구하기 때문에 제작공정이 복잡한 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 헤드램프 내부에 쉴드와 같은 별도의 기구를 설치하거나 반사판을 변형하지않고 비구면 렌즈 자체만으로 헤드램프의 관련법규인 배광포인트를 위반하지않은 범위 내에서 차단부(상향)인 ZONE Ⅲ 영역 내로 빔을 조사할 수 있도록 비구면 렌즈의 볼록부 일부에 절단한 컷팅면을 형성하여 빔을 굴절하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 비구면 렌즈를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 헤드램프에 별도의 기구적 구조물을 설치 및 변형을 하지않고 비구면 렌즈 자체만으로 배광포인트의 ZONE Ⅲ 영역에 적합한 밝기의 조도를 제공하는 것은 물론 필요한 위치에 정확하게 빔을 조사할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명 비구면 렌즈는 볼록부의 표면 일부에 경사면을 갖도록 절단하여 컷팅면을 형성함으로 인해 용이하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 비구면 렌즈 자체만으로 조명부와 차단부의 경계면의 조도차이를 최소화하면서 컷-오프라인에서 점점 멀어지는 차단부의 거리에 비례하게 조도가 점점 약해지도록 하여 운전자가 조도 차이에 따라 순간적으로 암흑현상이 일어나는 것을 방지하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 비구면 렌즈를 도시해 보인 사시도 이다.

본 발명 비구면 렌즈는 일면은 원형의 평면으로 광원(5)으로부터 발광하여 반사판(4)을 통해 반사되는 빔이 입사하는 평면부(300)로 구성하고, 타면은 반구형의 돔형으로 돌출된 볼록부(200)를 구성한다.

상기 평면부(300)로 입사된 빔(6)이 집광된 후 볼록부(200)를 통해 차량의 전방으로 조사하는데, 상기 볼록부(200)의 표면 전체는 절단된 평면(800)이 서로 연접되어 비구면을 형성한 표면 일부에 경사면을 갖도록 절단된 컷팅면(400)을 형성하여 헤드램프(1)의 광원(5)에서 조사되는 빔(6)을 굴절하여 배광포인트의 ZONE Ⅲ(700) 영역에 접합한 밝기의 조도로 배광하도록 한다.

또한, 상기 컷팅면(400)은 평면부(300)와 절단된 경사면이 경사각을 30°∼ 45°범위 내에서 형성하여 굴절각도를 조절할 수 있는 것은 물론 상기 절단된 컷팅면(400)의 면적 크기에 따라 배광범위를 조절함으로 인해 조도 밝기를 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명 비구면 렌즈의 다른 실시 예를 도시해 보인 사시도면으로 비구면 렌즈(100)의 일면은 원형의 평면부(300)와 타면은 반구형의 돔형으로 돌출된 볼록부(200)로 구성하되, 볼록부(200)의 표면 전체는 절단된 평면(800)이 서로 연접되어 비구면을 형성한 표면으로 컷팅면(400)을 형성하고, 상기 컷팅면(400)을 제외한 평면(800)에는 내측으로 오목 형상의 엠보(500)를 배열한다.

상기 볼록부(200)에 형성된 오목형 엠보(500)는 평면부(300)를 통해 입사된 빔(6)을 차량의 전방으로 조사하여 확산함으로 인해 대향차 운전자의 눈부심을 방지한다.

따라서 상기 헤드램프(1)의 광원(5)에서 발광하는 빔(6)을 평면부(300)를 통해 입사되어 일부는 볼록부(200)를 통해 조사되고, 일부는 컷팅면(400)을 통해 굴절되어 배광포인트로 배광한다.

도 5는 본 발명 비구면 렌즈를 도시해 보인 정면도이다.

본 발명 비구면 렌즈(100)는 볼록부(200)의 표면이 완전한 구(球)가 아니라 표면을 일정크기로 절단한 평면(800)을 서로 연접한 비구면을 형성한다.

따라서 볼록부(200)의 표면은 절단된 평면(800)이 서로 연접되어 각진 형태로 이루어진 상태에서 각각의 평면(800)에는 내측으로 엠보(500)가 형성된다.

그러면 상기 비구면 렌즈(100)는 평면부(300)로 입사된 빔(6)을 볼록부(200)의 평면(300)과 오목형 엠보(500)를 통해 전방으로 확산하고, 빔(6) 일부는 컷팅면(400)을 통해 배광포인트의 ZONE Ⅲ(700)영역으로 굴절한다.

도 6은 본 발명 헤드램프에 비구면 렌즈의 설치상태를 도시해 단면도이고, 도 7은 본 발명 헤드램프에 설치된 비구면 렌즈에서 빔의 굴절각도를 도시해 보인 예시도이다.

본 발명 헤드램프(1)는 빔(6)을 발산하는 광원(5)과 광원(5)의 둘레에는 빔(6)을 비구면 렌즈(100)로 반사할 수 있도록 반사판(4)이 위치한다.

또한, 상기 반사판(4)의 전방에는 반사되어 조사되는 빔(6)의 조사범위가 한정되도록 간섭하는 차광판(2)과, 상기 차광판(2)은 조사되는 빔(6)을 일부 차단하고, 반사판(4)에서 반사되는 빔(6)을 비구면 렌즈(100)로 조사하면 비구면 렌즈(100)의 평면부(300)로 입사되어 볼록부(200)의 표면에 연접되게 형성된 평면(800)과 엠보(500)를 통해 확산되고, 나머지 빔(6)의 일부는 컷팅면(400)을 통해 전방에 필요한 영역(ZONE Ⅲ)으로 굴절되어 조사한다.

따라서 본 발명 비구면 렌즈(100) 자체만으로 헤드램프(1)에 별도의 장치나 변형을 가하지않고 빔(6)을 조사하는 과정에서 확산 및 굴절되어 ZONE Ⅲ(700)영역으로 보낼 수 있다.

그러면 야간에 주행중인 차량의 전방은 하향으로 빔(6)이 조사되는 조명부(10)와, 상향으로 조사되는 빔(6)이 차단된 차단부(11)로 법규를 위반하지않은 법위내에서 필요한 빔(6)을 조사함으로써 조명부(10)와 차단부(11)의 경계선인 컷-오프라인(9)을 중심으로 조도차이를 최소화하면서 컷-오프라인(9)에서 차단부(11)의 먼 쪽까지 점점 어두워지도록 하여 내리막에서 오르막으로 주행중 차량의 위치가 변경되면 운전자의 시야가 어두워지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 차량이 주행중 도로변에 있는 이정표에 빔(6)이 조사되어 용이하게 식별할 수 있다.

도 8는 본 발명 헤드램프에 설치된 비구면 렌즈에서 배광포인트의 배광결과를 도시해 보인 시험 성적표이다.

본 발명 헤드램프(1)는 비구면 렌즈(100)를 장착하여 광원에서 발광하는 빔(6)을 전방으로 조사한 배광포인트의 시험성적결과는 관련법규인 배광포인트를 위반하지않은 범위 내의 조도를 제공한다.

따라서 법규에서 정한 배광포인트는 ZONE Ⅲ(700) 영역의 최대 밝기는 438.00 룩스 인데 ,본 발명 비구면 렌즈를 장착하여 테스트한 결과의 수치는 379.316 룩스를 나타내는 것을 확인하여 우수한 배광 조도를 나타낸다.

도 9는 본 발명 비구면 렌즈에서 조사되는 빔의 조도를 나타낸 이미지로, 조명부(10)와 차단부(11)의 경계면인 컷-오프 라인(9)를 경계로 하여 조도차이를 최소화하면서 컷-오프라인(9)에서 멀어지는 차단부(11)는 점점 어두워지도록 빔(6)이 조사되어 차단부(11)의 색상 변화에 따라 조도차이를 설명한 것이다.

또한, 상기 이미지의 하부는 조명부(10)이고, 상부는 차단부(11)로 형성되어 비구면 렌즈(100)를 통해 필요한 위치인 ZONE Ⅲ(700)영역으로 빔(6)을 조사할 때 조명부(10)와 차단부(11)의 컷-오프라인(9)을 중심으로 조도 차이를 최소화하여 차단부(11)의 조도는 점점 은은하게 약해지도록 조사한다.

도 1은 종래의 헤드램프를 도시해 보인 단면도.

도 2는 종래의 헤드램프를 빔의 진행상태를 도시해보인 예시도.

도 3은 본 발명 비구면 렌즈를 도시해 보인 사시도.

도 4는 본 발명 비구면 렌즈의 다른 실시 예를 도시해 보인 사시도.

도 5는 본 발명 비구면 렌즈를 도시해 보인 정면도.

도 6은 본 발명 헤드램프에 비구면 렌즈의 설치상태를 도시해 단면도.

도 7은 본 발명 헤드램프에 설치된 비구면 렌즈에서 빔의 굴절각도를 도시해 보인 예시도.

도 8은 본 발명 헤드램프에 설치된 비구면 렌즈에서 배광포인트의 배광결과를 도시해 보인 시험 성적표.

도 9a, b는 본 발명 비구면 렌즈에서 조사되는 빔의 조도 범위를 나타낸 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 헤드램프 2: 차광판

3: 쉴드 4: 반사판

5: 광원 6: 빔

7: 전면 커버 8: 후면 커버

9: 컷-오프 라인 10: 조명부

11: 차단부 100: 비구면 렌즈

200: 볼록부 300: 평면부

400: 컷팅면 500: 엠보

600: 걸림턱 700: ZONE Ⅲ

800: 평면

Claims (4)

1. 표면이 일면은 평면부(300)이고 타면은 반구형의 돔형으로 볼록하게 돌출된 볼록부(200)와, 상기 볼록부(200)의 가장자리 부분은 걸림턱(800)이 형성된 비구면 렌즈(100)에 있어서,

   상기 볼록부(200)은 평면(800)이 서로 연접되어 비구면을 형성한 표면의 일부를 절단하여 경사면을 갖도록 컷팅면(400)을 형성함으로써 헤드램프(1)의 광원(5)에서 조사되는 빔(6)을 굴절하여 배광포인트의 ZONE Ⅲ(700) 영역에 배광하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 비구면 렌즈.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 컷팅면(400)은 절단된 면적의 크기에 의해 배광범위와 밝기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 비구면 렌즈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 볼록부(200)의 형성된 컷팅면(400)을 제외하고 평면 내측으로 오목 형상의 엠보(500)가 배열된 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 비구면 렌즈.

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