KR101009880B1 - 렌즈가 구비된 라이팅 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

라이팅 목적의 렌즈(28)는 소정 라이팅 패턴을 발생시키기 위하여 광원에 의해 방사되고 다중타원체 반사기에 의해 반사된 광을 이미지를 위한 다중타원체 반사기 헤드램프용 렌즈로서 특히 적합하다. 두 렌즈 표면(34, 36)의 적어도 하나(34)가 영역이 핫프레싱 프로세스에 의해 몰드에서 표면으로 변화되는 구역으로 구성되는 다른 광학 산란 효과를 갖는 영역(40, 42)을 포함한다.
렌즈, 광원, 반사기, 헤드램프, 핫프레싱, 몰드

Description

렌즈가 구비된 라이팅 장치 및 그 제조방법{Lighting device with lens, and manufacturing process for making the same}
도 1은 PES 헤드램프 형태의 본 발명에 따른 라이팅장치의 분해도.
도 2는 도 1에 따른 헤드램프의 광로를 나타내는 도면.
도 3은 개개의 테스트 사양에 의해 규정된 구역이 보여질 수 있는, 도 1에 따른 라이팅장치의 앞에 어느 정도 거리를 두고 위치된 측정 스크린을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 렌즈의 제1실시예의 측면도.
도 5는 도 4에 따른 렌즈의 제1변형을 나타내는 도면.
도 6은 도 4에 따른 렌즈의 제2변형을 나타내는 도면.
도 7은 도 4에 따른 렌즈의 제3변형을 나타내는 도면.
도 8은 추가적인 환상 구조를 볼 수 있는 도 4에 따른 렌즈의 개략 평면도.
도 9는 가스 베일(veil) 상의 고브(gob)를 지지하는 렌즈 제조방법에서의 공중부상 몰드의 평면도.
도 10은 가스 흐름 상의 몰드 위에 부양하는 고브와 함께 있는 도 9에 따른 부상 몰드의 측면도.
도 11은 핫프레싱(hot-pressing)에 의해 본 발명에 따른 렌즈의 제조를 위한 몰드를 통하는 개략 단면도.
본 발명은 라이팅 목적용 렌즈, 특히 소정 라이팅 패턴을 발생시키기 위하여 광원에 의해 방사되고 반사기에 의해 반사된 광을 이미지에 제공하는 헤드램프용 렌즈에 관한 것으로, 상기 렌즈는 서로 반대로 배치된 두 표면을 갖는다.
본 발명은 또한 그러한 렌즈와 라이팅 장치, 특히 렌즈를 포함하는 자동차용 헤드램프 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 핫프레싱(hot-pressing)에 의한 렌즈 제조의 한 형태에 관한 것이다.
1980년대 중반 자동차업계는 고급 자동차와 중간급 고급자동차를 제공하면서 평면-비구면 표면(plano-asperic surface)이 삼중 타원체 반사기 또는 최근에 자유형태의 표면 반사기에 맞춰진 소위 "폴리-타원체 헤드램프(poly-ellipsoid headlamp)"(PES)를 확산기 대신 렌즈로서 사용하였다.
이러한 폴리타원체 헤드램프(이하, "PES 헤드램프"라 한다)가 DE 198 44 235 A1에 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 PES 헤드램프는 타원체의 단편으로 이루어지고 반사기의 제1초점의 영역에 배열된 단일 광원을 포함하는 반사기를 포함한다. 반사기와 떨어져 이 헤드램프에 설치된 것은 반사기의 제2초점의 영역에 위치된 그 초점을 가지는 평면 볼록 렌즈이다. 반사기의 방향으로 광원에 의해 방사된 광선이 반사되고, 반사기의 제2 초점의 구역에 수렴하는 반사된 광선은 렌즈를 통과하고 평면-볼록렌즈의 축에 거의 평행하게 연장하는 선을 따라 헤드램프를 떠난다. 반사기와 평면-볼록 렌즈 사이에 삽입된 마스크는 반사기의 제2초점의 영역에 위치된다. 마스크는 헤드램프에서 나오는 광빔이 규정된 하향빔(HDG)에 따르는 것을 보증하기 위해 그에 상응하게 적합한 형상을 갖는다.
PES 헤드램프는 다가오는 차량의 눈부심을 방지하기 위해 엄격한 법적 사양을 적용한다. 규정된 거리와 방향에 맞아야 하는 방사 광빔에 대한 여러 가지 규정된 조명값이 존재한다. 또한, 자연적으로 일어나는 색분산은 주어진 수준으로 제한되어야 한다는 요건이 있다. 게다가, 헤드램프의 하향빔 차단의 정밀한 조정능이 요구되고, 이는 뚜렷하고 상대적 색 최대값(color maxima)에 의해 손상되지 않아야 한다.
관련된 국가 테스트 기준은 25미터 거리에 위치된 측정 스크린 상에 다른 구역 내로 헤드램프의 광분배를 분할하고 많은 테스트 포인트를 한정하는 규정을 포함한다. 중요한 파라미터는 광빔의 중앙에서 하향빔 차단 위 25cm에 위치된 HV 포인트로 알려진 포인트에서 조명값이다. 조명값은 이 포인트에서 규정된 값을 초과하지 않아야 한다. HV 포인트는 광분배 패턴의 다크(dark) 구역에 위치된다. 이미지가 너무 선명하지 않으면, 하향빔 차단이 더 넓어지고, HP 포인트에서 조명값이 허용될 수 있는 한계값을 초과할 수 있다.
한편, 하향빔 차단(HDG)에서 다크 영역에 광으로부터 다크 영역으로 변화가 상대적으로 원활한, 일정 허용 밴드 내에 놓여여 하는 소위 HDG-값에 의해 표현된 상태로 되는 것이 PES 헤드램프에 대한 요건이다.
다른 개개의 구성성분들, 특히 반사기와 렌즈는 전체로서 헤드램프 시스템에 서로 최적으로 일치되어야 하고, 일부 헤드램프 제조업자는 관련 테스트 기준보다 렌즈에 대한 보다 더 엄격한 사양을 규정한다. HV 값에 대하여, 법적 사양은 HV < 1 럭스를 규정하지만, 일부 헤드램프 제조업자들은 더 낮은 값을 규정한다.
동시에 하향빔 차단에서 원활한 변화가 요구되면, 이것은 또한 HV 값에 영향을 준다. 선명한 하향빔 차단은 다른 헤드램프 사양이 규정에 따를 경우 일정 환경하에서 원활한 HDG 변화의 요건이 더 이상 적합하게 될 수 없다는 결과를 갖는다.
앞에 언급한 DE 198 44 235 A1에 따르면, 베젤(bezel)과 렌즈 사이에 위치되고, 광원에 의해 방사된 직접 광선이 베젤의 전면에 반사되어 이들 광선이 렌즈를 향해 산란되는 형태로 노출되게 추가적인 거울이 설치된다. 이것은 헤드램프의 더 부드러운 하향빔 차단을 야기한다. 한편, 이것은 HV값이 그러한 디자인에 의해 더 이상 적합하지 않게 되도록 다크 분야에서 증가된 조명값에 이르게 한다.
DE 198 14 480 A1 공보에서는 다른 구조의 PES 헤드램프를 개시하고 있다. 상기 PES 헤드램프는 위치광을 제공하기 위한 추가적인 광원이 구비되며, 상기 광원은 반사기의 가장자리에 배치된다. 상기 PES 헤드램프는 렌즈의 주변부를 둘러싸는 광전달 요소가 구비되며, 상기 광전달 요소는 반사기에 의해 포집될 수 없는 광원에 의해 방사된 광이 통과되고, 추가적인 광원에 의해 방사된 광이 통과된다. 그리고 상기 광전달 요소는, 광원과 접하는 측면에 프레넬 렌즈(a Fresnel lens)를 형성하는 환상의 광학 프로파일이 설치된다. 상기 광전달 요소의 구조는 광원에 의해 방사된 광과 또 다른 광원에 의해 방사된 방의 사용에 의해 효과적인 조명을 달성하기 위한 것이다
위 DE 198 14 480 A1 공보에 기재된 헤드램프의 구조는 상대적으로 복잡하고 비싸다. 또한, 헤드램프 사양이 HV값과 HDG값에 대하여 맞게 되는 것을 보장하지 못한다.
볼록 렌즈와 같이 조합해서 헤드램프 사양(cf. WO 99/00623)을 맞추기 위해 다른 회절 광학 요소(DOE)를 사용하는 것은 비싸고 광빔의 세기 분배에 관한 요건과 색분배와 헤드램프 조정능에 관한 요건이 맞게 될 경우 정밀한 조정을 요구한다.
렌즈에 특정 디자인을 부여함으로써 HV 값과 HDG 값에 관한 사양에 맞게 하는 어프로치는 DE 100 43 065 A1 공보에 의하면 핫프레싱에 의해 렌즈를 생성하고, 다음에 렌즈의 한쪽 면을 표면 그라인딩하고 렌즈의 다른쪽 면을 폴리싱하고, 끝으로 연마 블라스팅 프로세스에 의해 볼록면의 전체 표면을 거칠게 하는 것이다. 위 프로세스가 알맞게 실행되면, HV 값과 HDG값에 관한 요건은 위 프로세스로 생성된 렌즈의 도움에 알맞게 될 수 있다.
한편, 그러한 렌즈에 대한 제조공정은 폴리싱 처리와 마모 블라스팅 프로세스로 인해 상대적으로 복합하고 비싸다.
본 발명의 목적은 간단하고 렌즈의 저비용 생산이 가능하게 되고, 동시에, PES 헤드램프에서 렌즈의 사용을 위한 소정 사양이 규정에 따르는 라이팅 목적의 개선된 렌즈 및 상기 렌즈의 생산을 위한 개선된 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종류의 렌즈를 포함하는 라이팅 장치, 특히 자동차에 적합한 PES 헤드램프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 핫프레싱에 의해 상기와 같은 렌즈를 제조하는 적합한 방법을 제공하기 위해 의도된 것이다.
상기 목적은 소정 라이팅 패턴을 발생시키기 위하여 광원에 의해 방사되고 반사기에 의해 반사된 광을 이미지로 제공하는 라이팅 목적의 개선된 렌즈, 특히 헤드램프용 렌즈에 의해 달성되고, 상기 렌즈는 서로 반대로 배열된 두 표면을 포함하고 다른 광학 산란 효과를 갖는 영역은 적어도 제1 표면에 설치된다.
본 발명의 목적은 이런 식으로 달성된다.
상기 렌즈의 개선된 산란특성은 렌즈의 전체 표면에 균일한 광학 산란 효과를 주기보다는 오히려 렌즈의 특정 표면 영역이 다른 영역 보다 더 높은 광학 산란 효과를 갖도록 만들어진 사실에 의해 유일하게 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 본 발명은, 낮은 HV 값에 응하는 동시에 하향빔 차단에서 원활한 변화를 제공하는 것이 가능하다. 렌즈, 또는 렌즈가 결합된 라이팅 장치의 이들 특성은 렌즈의 후처리가 요구되지 않고 본 발명에 따라 달성될 수 있다.
이것은 본 발명의 또 다른 개발의 장점에 따라 다른 광학 산란 효과 또는 표면거칠기 값을 가지는 영역이 핫프레싱에 의해 몰드에서 제1 표면에 이전되는 영역으로 구성되기 때문이다.
이것은 특히 간단하고 높은 재생성능을 가지는 저비용 제조방법을 제공한다. 그리고 프레싱 공정후 렌즈의 비용집약적 후처리가 더 이상 필요하지 않다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 제1표면은 제1 표면 거칠기를 갖 는 한계영역과 제1 표면거칠기보다 더 높은 표면거칠기를 나타내는 중앙을 향하여 제1영역 다음에 오는 다른 영역을 포함한다.
특히 산란작용 및/또는 색 작용에 관한 이로운 특성이 렌즈가 렌즈의 한계영역에서 플레인(plain)(즉, 광학적으로 휘광함(bright))이고, 상기 한계영역에 인접한 영역에서 증가된 표면거칠기가 제공될 때 달성될 수 있다는 것이 본 발명에 의해 알게 되었다.
상기한 구성의 또 다른 부가적인 잇점에 따르면, 한계영역은 D≤d≤0.65D, 바람직하게는 D≤d≤0.75D, 가장 바람직하게는 D≤d≤0.85D 인 영역 이상으로 연장되는 직경(d)을 갖는 것이며, 여기서 D는 렌즈의 광학적으로 유효한 외부 직경이다.
특히 렌즈의 바람직한 특성은 한계영역이 낮은 광학 산란효과를 갖는 것이고, 바람직하게는 광학적으로 휘광하는 한계영역이 D≤d≤0.65D, 바람직하게는 D≤d≤0.75D, 가장 바람직하게는 D≤d≤0.85D 인 영역 이상으로 연장될 때 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다,
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광학 산란효과는 제1 표면의 부분영역에서 에지에서 중앙을 향하는 방향으로 감소한다.
이것은 또한 렌즈의 바람직한 산란효과가 달성될 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 제1 표면은 중앙영역에 인접한 영역 보다 더 낮은 광학 산란 효과를 가지는 중앙영역을 포함한다.
이 실시예는 중앙영역이 실제적으로 다크 구역에서의 작용을 위한 그리고 렌즈가 바람직하게 적용되는 헤드램프의 하향빔 차단에서 작용을 위한 중요성이 없는 것의 발견을 이용한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 더 높은 광학 산란효과를 가지는 영역은 최대로 10 마이크로미터, 주로 3-5마이크로미터 범위의 평균 피크-밸리 높이(rm)을 가진다. 반대로 더 낮은 광학 산란효과를 가지는 영역은 최대로 1 마이크로미터의 평균 피크-밸리 높이를 가진다. 플레인 또는 광학적으로 휘광하는 표면에 관한 한 펑균 피크-밸리 높이가 더 낮고, 대략 400 nm의 오더이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 렌즈의 제1 표면은 볼록이고, 렌즈의 제2 표면은 평면 형상을 갖는다.
그러한 디자인은 PES 헤드램프에 사용하는데 특히 적합하다. 다른 광학 산란효과를 가지는 영역은 이 경우에 렌즈의 제1표면상에, 즉 그 볼록 표면 상에 설치된다.
렌즈의 평면 표면 상에 추가로 또는 별도로 다른 광학 산란효과를 가지는 영역을 제공하는 것이 일반적으로 배제되지 않지만, 이 경우에 렌즈의 광산란 효과는 산란각을 증가시키는 경향이 있고, 이는 정밀한 허용오차를 가지는 HV 값에 따라 더 어렵게 되는 것을 뜻한다.
본 발명에 따른 렌즈는 회전 대칭 형상을 가지며, 이는 적절한 헤드램프 시스템에 설치하고 유지할 목적에 이점이 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 렌즈는 렌즈가 소정 위치에서 헤드램프에 설치되게 하는 장착 림이 설치되고, 제1표면의 상부영역은 하부영역 아래의 낮은 영역과 다른 표면곡률 또는 광학 산란효과를 나타낸다.
이것은 렌즈의 이미지 및/또는 산란 작용이 주어진 사양에 따르게 하기 위하여 매우 선택적으로 적합하게 되도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 회절구조는 렌즈의 두 표면 중 적어도 하나에 추가로 설치된다.
이것은 렌즈의 광학 특성이 예를 들면 가장 높은 질의 렌즈를 제조할 목적으로 바람직한 방식으로 영향을 주게 한다. 회절구조는 이 경우에 예를 들면 생성 광 회절에 기인하여 렌즈의 개선된 색 작용을 얻기 위해 사용된다. 또한, 렌즈의 상부 절반에만 회절구조를 제공할 수도 있다.
이러한 실시예의 바람직한 개발에 따르면, 회절구조가 렌즈의 제2 표면에 설치되고 필름의 형태로 렌즈의 표면과 연결된 요소로서 디자인될 수 있다.
이것은 렌즈가 핫프레싱에 의해 생성될 수 있고 회절구조가 별도의 제조공정에 의해 생산될 수 있고 결합에 의해 렌즈와 연결될 수 있는 것과 같은 단순화된 제조방법이 되게 한다.
라이팅 장치에 관하여, 본 발명의 목적은 광원, 반사기, 및 위에서 언급한 종류의 렌즈, 및 광원과 반사기 사이에 추가로 위치되는 마스크를 포함하는 라이팅 장치, 특히 자동차용 헤드램프에 의해 달성될 수 있다.
방법에 관하여, 본 발명의 목적은 다음 단계를 포함하는 렌즈 제조방법에 의해 달성된다:
- 유리를 용융하고;
- 용융물로부터 고브(gob)를 위치 정하고;
- 고브의 핫프레싱에 적합한 점도로 온도를 조정하고;
- 제1 몰드표면과 적어도 하나의 제2 몰드 표면을 가지는 몰드를 설치하고, 여기서 다른 표면 거칠기의 영역이 적어도 제1 몰드 표면 상에 제공되고;
- 고브를 개방 몰드에 이송하고;
- 렌즈 생성을 위한 고브를 핫프레싱하고;
- 렌즈를 실온으로 냉각한다.
본 발명에 따른 제조방법은 PES 헤드램프에 적용을 위한 주어진 광학 사양에 따르는 렌즈가 폴리싱이나 그라인딩에 의해 요구되는 렌즈의 마감처리 없이 핫프레싱에 의해 생성되게 한다. 그러므로 본 발명에 따른 제조방법은 특히 간단하고, 저비용이고 재생될 수 있는 제조를 보장한다.
증가된 온도에 기인하여 고브 부분이 프레싱몰드에 이송되는 순간에 유리의 점도가 상대적으로 낮게 되도록 핫프레싱 공정이 용융물로부터 시작하는 사실이 주어지면, 그 방법은 몰드의 표면 구조가 그렇게 생성된 렌즈에 주로 전달되게 한다. 소정의 몰드에 의해 표면거칠기가 1:1.5 또는 그 이상의 팩터를 갖는 렌즈의 외부 표면으로 이전하는 것이 가능하다.
DE 100 43 065 A1에서 알려진 바와 같이 차가운 고브가 핫프레싱 공정에 적합한 점도까지 초기에 가열되는 종래기술에 따른 렌즈제조방법에서, 몰드의 표면구조는 만족스럽지 않게 즉 대략 1:3의 이전 팩터를 가지고 렌즈에 이전될 수 있다. 이것은 코어와 가열된 고브의 표면 사이에 상당한 온도차가 존재한다는 사실에 기인한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예는 제1표면이 휘광 프레싱(bright-pressing)에 적합한 제1표면 거칠기를 가지는 한계영역을 포함하고, 몰드의 중앙을 향해 더 높은 표면거칠기의 영역이 이어지는 몰드를 사용한다.
또한, 몰드는 제1몰드 표면이 적어도 부분 영역 위에 중심을 향해 에지에서부터 증가하는 표면거칠기를 가지는 데에 사용될 수 있다.
끝으로, 사용된 몰드는 렌즈의 핫프레싱 동안 최대로 10 마이크로미터의 평균 피크-밸리 높이(rm)을 가지는 더 높은 표면거칠기의 영역이 몰드의 제1표면에 의해 몰드되는 렌즈의 제1표면 상에 형성되는 방법으로 다른 표면거칠기 값을 나타내는 제1표면의 영역이 구성되는 것으로 될 수 있다.
반대로, 본 발명의 방법의 또다른 이로운 개발에 따르면, 더 낮은 표면 거칠기의 영역이 휘광 프레싱(bright-pressing)된 영역으로 구성될 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 바람직한 렌즈의 형상은 평면-볼록(plano-convex)이고, 그 형상은 제1몰드표면이 볼록 형상을 갖고 그 제2표면이 거의 평면 형상을 갖는 몰드에 의해 생성된다.
본 발명의 방법의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 렌즈가 핫프레싱 동안 몰드에서 적어도 그 외부표면의 하나에서 유리전이온도(Tg) 아래의 온도로 냉각된다.
이것은 핫프레싱공정 동안 안전하고 지속성있는 플라스틱 형상을 보장한다.
본 발명에 따른 렌즈의 핫프레싱에 적합한 몰드는 제1몰드표면과 적어도 하나의 제2몰드표면을 가지며, 적어도 제1몰드 표면 상에 형성된 다른 표면거칠기 값 의 영역이 구비된다.
이러한 몰드는 예를 들면 증가된 표면거칠기의 영역에 대한 스파크 머시닝(spark-machining) 또는 마모 블라스팅(abrasive blasting) 공정과 조합된 터닝공정에 의해 생성될 수 있다.
위에서 언급한 본 발명의 특징들 및 이하에 설명될 특징들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 나타낸 개개의 조합뿐만 아니라 서로 조합하거나 분리하여 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참고하여 설명하는 다음의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 PES 헤드램프는 도 1에 나타내고 있고, 일반적으로 도면부호 20으로 표시된다. PES 헤드램프(20)는 다중타원체 반사기(24), 예를 들면 할로겐램프 형태의 광원(22), 마스크(26) 및 렌즈(28)로 구성되어 있다. 마스크(26)는 대개 렌즈(28) 뒤에 나온 헤드램프의 광이 실질적으로 하방으로 진행되도록 광빔의 하부 절반을 가로막는데 사용된다. 마스크(26)의 상부 에지를 스테핑함으로써 접근하는 자동차가 가능한 적게 눈부시게 될 수 있게 하기 위해 광빔이 오른쪽과 아래로 향하게 되도록 한다.
PES 헤드램프의 광로는 도 2에 나타내 있다. 램프(22)는 반사기(24)의 제1초점(30)에 배치된다. 반사기(24)의 타원체 형상으로 인하여, 광은 마스크(26) 뒤 짧은 거리에 위치된 제2초점(32)에 초점이 맞춰진다. 그러므로, 개개의 광선은 랜즈를 통과하여, 예를 들면 약 10m 거리에서 마스크(26)의 상(26')을 형성한다.
그러한 PES 헤드램프의 광 분배는 많은 법적 요건을 만족해야 한다. 또한, 헤드램프의 제조업자는 자동차 제조업자에 의해 공식화된 요건이나 법적 요건에 따라 그들 자신의 사양을 갖는다. 수직 스크린이 그러한 헤드램프에 의해 조명될 때 얻어진 다른 구역 및 참조 라이팅 포인트가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서, 라인 V-V는 수직중심선을 나타내고, 라인 H-H는 수평중심선을 나타낸다. 다른 관련 포인트는 도면에 둘러싸여 있다.
특히 HV값은 PES 헤드램프를 액세스하기 위해 중요한 값이다. 도 3에서 보는 바와 같이, HV 포인트 ①은 렌즈 뒤 25m의 거리에서 조명 지역 위 25 cm에 위치된다. 수평방향에서, HV 포인트는 마스크(26)의 에지에서 스텝에 의해 생성된 하부 빔 차단의 스텝 위에 위치된다. HV 포인트에서 조명은 ≤1 럭스로 되어야 한다.
다른 중요한 기준은 하부 빔 차단에서 부드러운 변화이다. 도 3의 좌측에서, HV 포인트 옆에, 측정 범위가 사각형으로 표시된 "HDG"로 나타내고, 이는 휘광(bright) 지역에서 다크(dark) 지역으로 변화에서 소위 HDG 값의 결정을 위한 측정경로를 마크한다.
모든 설명된 사양에 따라 적합한 본 발명에 따른 렌즈는 도 4에 나타나 있고 일반적으로 도면부호 28로 나타낸다.
렌즈(28)는 평철 렌즈이고 그의 제1표면(34)은 볼록형상을 갖고 제2의 반대쪽 표면(36)은 거의 평면형상을 갖는다. 렌즈(28)는 광학적으로 유효한 표면의 일부가 아닌 주위 장착 림(38)을 포함한다. 바람직하게는, 렌즈(28)는 핫프레싱(hot-pressing)에 의해 생산된 유리, 바람직하게는 유리 타입 B270으로 만들어진다.
본 발명에 따르면, 렌즈(28)는 그 볼록면, 즉 그 제1표면(34) 상에 안쪽을 향해 외부 원주(outer circumference)(D)로부터 환상 형태로 연장되고 증가된 광학 산란 효과 및/또는 증가된 표면 거칠기를 갖는 제2영역(42)에 의해 이어지는 한계영역(40)을 포함한다. 한계영역(40)이 플레인(plain)하지만, 즉 광학적으로 휘광하지만, 제2영역(42)은 최대 10 마이크로미터, 바람직하게는 대략 3-5 마이크로미터 범위의 평균 피크-밸리(peak-to-valley) 높이(rm)를 갖는 증가된 표면 거칠기를 나타낸다. 그것과 비교해서, 플레인 한계영역(40)은 크기의 오더, 예를 들면 대략 400 nm의 오더에서 하나 이상 낮은 피크-밸리 높이를 갖는다.
한계영역(40)은 D≤d≤0.65 D, 바람직하게는 D≤d≤0.75 D, 가장 바람직하게는 D≤d≤0.85 D 인 영역 이상으로 연장되는 직경(d)을 갖고, 여기서 D는 광학적으로 유효한 영역의 직경이다. 그런 종류의 렌즈는 대략 30 -70 mm의 직경으로 보통의 PES 헤드램프용으로 제조된다. 70 mm의 렌즈 직경(D)을 위해 한계영역(40)이 직경 70 mm에서 56mm로 연장될 수 있다.
상술한 한계 영역(40)에서 렌즈(28)를 플레인, 즉 광학적으로 휘광하게 만들고 그 중앙영역(42)에서 증가된 표면 거칠기를 부여함으로써, 추가적인 측정의 필요 없이 HV 값과 HDG 값으로 컴플라이언스를 보증할 수 있다. 본 발명은 그라인딩, 폴리싱, 샌드블라스팅 등과 같은 후처리 작업이 필요없이 단일 핫프레싱 공정에 의해 그러한 렌즈(28)를 제조하는 것을 허용한다.
그런 종류의 제조방법은 도 9 - 11을 참조하여 이하에 설명한다.
먼저, 적합한 유리, 바람직하게는 유리 타입 B270가 용융오븐에서 용융되고, 상기 공정은 103 내지 104 포이즈(poise) 범위의 점도에서 일어난다. 상기한 유리 타입의 경우에, 그 공정은 1110℃의 온도에서 실행될 수 있다. 유리가 용융되면, 렌즈가 제조되는 핫프레싱 공정에 적합한 분리된 부분으로 분할된다. 그러한 유리 덩어리 부분은 "고브(gob)"로 알려져 있다. 상기 유리를 고브로 분할하는 것은 용융팬의 출구에서 유리절단 전단기를 사용하여 효과적으로 될 수 있다. 고브는 도 9와 10에 나타낸 바와 같이 가스 베드 또는 부상몰드(25) 상에 이전되고, 여기서 고브(58)는 가스 노즐(54)에 의해 방출된 가스에 부상 상태로 유지된다. 중력과 상대적으로 낮은 점도로 인하여, 고브는 도 10에 표시된 바와 같이, 렌즈의 개략적인 형상을 취한다. 가스 노즐(54)로부터의 가스 흐름은 아래부터 부상몰드(52) 내로 공급되는 공급 채널(56)을 통과한다. 특정 유리 타입에 의존하면, 그렇게 공급된 가스는 공기 또는 보호가스(예, 질소)가 될 수 있다.
그 후, 고브(58)는 부상몰드(52)에서 도 11에 도면부호 60으로 나타낸 프레싱몰드로 이전된다.
도 11에 나타낸 프레싱몰드는 단지 예로서 나타낸 것이고 이 경우에 관련되지 않는 이젝터, 벤팅 채널 등과 같은 어떤 상세는 나타내지 않는다. 프레싱몰드(60)는 프레스될 렌즈(28)의 볼록부가 제1몰딩 표면(64)에 의해 형성되는 제1 반쪽 몰드(62)를 포함한다. 제2 반쪽 몰드(66)는 렌즈(28)의 평면을 생성하기 위해 의도된 제1 몰딩 표면(68)을 포함한다. 제2 반쪽몰드(66)는 벤팅 목적을 위해 중심 채 널(70)이 설치된다.
제1 몰딩 표면(64)은 핫프레싱 프로세스에 의해 생성된 렌즈(28)가 그 볼록면에 증가된 광학 산란효과를 갖는 중앙 영역(42)과 플레인 한계영역(40)을 포함하는 것을 확실하게 하는데 적합한 디자인을 나타낸다. 몰딩 표면(64)은 적당한 거리로 표면처리되고 계속된 후처리가 요구되지 않고 마감 렌즈의 원하는 기하학적 위치에서 원하는 표면 거칠기 및/또는 광학 산란 효과를 생성하기 위해 소정 영역에서 거칠게 된다. 두 반쪽 몰드(62, 66)는 터닝, 밀링, 스파크 부식, 레이저 프로세싱 등과 같은 적당한 프로세스에 의해 작업된다. 렌즈의 표면이 플레인이 되는 영역은 필요에 따라 원하는 표면 거칠기를 얻기 위해 폴리싱되거나 그라인딩된다. 너무 거친 표면은 방지되어야 하는데, 그렇지 않으면 표면이 핫프레싱 프로세스 중에 몰드에 고정되기 때문이다. 증가된 표면 거칠기를 나타내는 영역은 스파크 부식, 레이저 프로세싱 또는 그 외 다른 방법에 의한 예를 들면 블라스팅 프로세스(예를 들면 유리 비드 블라스팅)에 의해 생성된다.
제조방법은 다음과 같다: 고브(58)가 용융 팬에서 물질과 분리되고, 그 덩어리는 부상몰드(52) 상에서 유리 타입 B270이 사용될 경우 대략 950 내지 1000℃의 온도에 상당하는 이어진 핫프레싱 프로세스를 위한 적당한 점도, 즉 대략 103.3 포이즈의 범위의 점도로 초기에 조정된다. 핫프레싱 프로세스는 대략 108 내지 1012 포이즈의 점도 범위내, 바람직하게는 B270 유리의 경우에 대략 109.6 포이즈 범위 내에서 실행된다.
본 발명에 따른 렌즈의 변형은 도 5에 도시되고 일반적으로 도면부호 28a로 표시된다.
도 4에 따른 실시예의 경우에 한계 영역(40)은 증가된 광학 산란효과 및/또는 표면거칠기(비록 변화가 회절현상의 발생을 피하기 위해 가능한 한 순조롭게 되어도)로 중앙영역(42)에 대해 명확히 규정되지만, 도 5에 도시된 렌즈(28a)는 완만하게 기울어진 표면(34)을 나타낸다. 광학 산란효과는 이 경우에 외부 에지에서 렌즈(28a)의 중심까지 연속으로 증가된다.
본 발명에 따른 렌즈의 또 다른 변형은 도 6에 도시되고 일반적으로 도면부호 28b로 표시된다. 휘광 한계영역(40)이 볼록 면에 제공되어, 여기서 다시 증가된 광학 산란 효과 및/또는 표면거칠기로 영역(42)에 의해 이어진다. 영역(42)에서 표면거칠기는 다시 더 큰 직경에서 중앙을 향해 증가한다. 그러나 도 5에 따른 렌즈와 반대로 렌즈(28b)의 볼록 면에 작은 중앙영역(44)이 휘광하게 만들어진다.
이 경우에 PES 헤드램프의 렌즈의 중앙영역이 실질적으로 HV값과 HDG값에 어떠한 효과도 갖지 못한다는 사실을 이용하여 만든다.
도 6에 따른 렌즈(28b)는 예를 들면 평면 쪽에 회절 요소(46)가 추가로 설치된다. 그 회전요소는 평면 쪽 위에 결합된 필름으로 이루어져 있다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 회절효과에 의해 렌즈(28b)의 일정 특성에 바람직하게 영향을 끼치는 것이 회절요소의 도움으로 가능하다. 회절요소의 도움으로 렌즈의 색 분산에 의해 야기된 색 프린지(color fringe)를 감소시키는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 렌즈의 다른 변형을 나타내며, 일반적으로 도면부호 28c로 나타낸다. 이 경우에, 렌즈(28c)의 볼록면이 플레인 한계영역이 다시 설치된다. 그러나, 증가된 광학 산란효과 및/또는 표면 거칠기의 중앙영역(42)은 렌즈의 상부 반쪽에만 제공된다. 렌즈(28c)의 평면쪽 적용된 회절요소(46)는 렌즈(28c)의 상부 절반에만 설치된다. 이것은 중심이 같게 배열된 회절구조로 이루어지는 것이다. 그러한 렌즈(28c)가 헤드램프 마운트에 올바른 위치에 설치되도록 하기 위해, 위치조정 노즈(48)가 장착 림(38)의 하단부에 형성된다.
도 8의 정면도는 본 발명에 따른 렌즈가 상기 볼록면 상에 링구조(50)가 추가로 설치되는 것을 나타낸다. 이것은 예를 들면 1-10마이크로미터의 오더에서 깊이로 1mm 간격으로 설치된 동심원 링으로 이루어진다. 배열이 시누소이드 오실레이션으로 구성되면 원활한 변화가 이 경우에 보증된다. 그런 종류의 링구조(50)는 광학 효과가 없고 디자인 관점하에서 단지 자동차 공업의 일부분에 의해 요구된다.
일반적으로, 본 발명에 따른 렌즈는 프레싱 또는 스템핑 방법(바람직하게는 UV 및 핫스템핑 방법)에 의해 적당한 플라스틱재로부터 제조될 수 있다. 플라스틱 물질에 관하여, 투명 플라스틱 물질과 장시간 안정성이 이런 목적에 바람직하다. 바람직한 플라스틱물질은 예를 들면 열에 매우 안정한 폴리메틸 메타크릴이미드(PMMI), 또는 물을 흡수하지 않는 시클로올레핀 코폴리머(COC) 또는 시클로올레핀 폴리머(COP)이다.
이상과 같이, 본 발명은 전술한 기술구성으로 인하여, 렌즈 제조시 프레싱 공정후 폴리싱이나 그라인딩에 의한 렌즈의 후처리가 필요없이 간단하고 저비용 생산이 가능하고, 렌즈의 전체 표면에 균일한 광학 산란 효과를 주기보다는 오히려 렌즈의 특정 표면 영역이 다른 영역 보다 더 높은 광학 산란 효과를 갖게 하고, 낮은 HV 값에 응하는 동시에 하향빔 차단에서 원활한 변화를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (24)

  1. 소정 라이팅 패턴(12)을 발생시키기 위하여 광원(22)에 의해 방사되고 반사기(24)에 의해 반사된 광을 이미지로 제공하고, 서로 반대로 배열된 두 표면(34, 36)을 갖는 라이팅용 렌즈, 특히 헤드램프(20)용 렌즈(28,28a,28b,28c)에 있어서,
    다른 광학 산란 효과를 갖는 영역(40, 42, 44)이 제1 표면(34)에 설치되고, 제1 표면(34)은 제1 표면 거칠기를 갖는 한계영역(40)과 제1 광학 산란효과보다 더 높은 광학 산란 효과를 나타내는 중앙을 향하여 제1 영역 다음에 오는 다른 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 다른 광학 산란효과를 갖는 영역(40, 42, 44)이 핫프레싱에 의해 몰드(60)에서 제1 표면(34)으로 이전되는 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 렌즈(28, 28b, 28c)는 한계영역(40)이 휘광되는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 한계영역(40)은 D≤d≤0.65 D, 바람직하게는 D≤d≤0.75 D, 가장 바람직하게는 D≤d≤0.85 D 인 영역 위로 연장되는 직경(d)을 갖고, 여기서 D는 렌즈(28, 28a, 28b, 28c)의 광학적으로 유효한 외부 직경인 것을 특징으로 하는 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 광학 산란효과는 제1 표면(34)의 부분영역에서 에지에서 중앙을 향하는 방향으로 감소하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 제1 표면은 중앙영역에 인접한 영역(42) 보다 더 낮은 광학 산란 효과를 가지는 중앙영역(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  8. 제1항에 있어서, 더 높은 광학 산란효과를 가지는 영역(42)은 최대로 10 마이크로미터의 평균 피크-밸리 높이(rm)을 가지며, 더 낮은 광학 산란효과를 가지는 영역(40)은 최대로 1 마이크로미터의 평균 피크-밸리 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  9. 제1항에 있어서, 렌즈(28, 28a, 28b, 28c)의 제1 표면(34)은 볼록이고, 렌즈(28, 28a, 28b, 28c)의 제2 표면(36)은 평면 형상인 것을 특징으로 하는 렌즈.
  10. 제1항에 있어서, 렌즈(28, 28a, 28b)는 회전 대칭 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  11. 제1항에 있어서, 렌즈는 렌즈가 소정 위치에서 헤드램프(20)에 설치되게 하는 장착 림(38, 48)이 설치되고, 제1표면(34)의 상부영역(42)은 하부영역 아래의 낮은 영역과 다른 곡률 또는 광학 산란효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  12. 제1항에 있어서, 회절구조(46)가 두 표면(34, 36)의 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  13. 제12항에 있어서, 회절구조(46)가 렌즈(28b, 28c)의 제2 표면(36)에 설치되는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  14. 제13항에 있어서, 회절구조가 필름의 형태로 렌즈(28b, 28c)의 표면 중 어느 하나와 연결된 요소로서 디자인되는 것을 특징으로 하는 렌즈.
  15. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 광원(22), 반사기(24), 렌즈(28, 28a, 28b, 28c), 및 광원(22)과 반사기(24) 사이에 설치된 마스크(26)를 포함하는 라이팅 장치(20), 특히 자동차용 헤드램프.
  16. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 렌즈를 갖는 적어도 한 방향으로 방사되는 LED가 구비된 광원 및 이 광원과 렌즈 사이에 배치된 마스크를 포함하는 라이팅 장치, 특히 헤드램프.
  17. - 유리를 용융하고;
    - 용융물로부터 고브(58)를 위치 정하고;
    - 고브(58)의 핫프레싱에 적합한 점도로 온도를 조정하고;
    - 적어도 제1 몰드 표면(64) 상에 제공되는 다른 표면 거칠기 값의 영역으로, 제1 몰드표면(64)과 적어도 하나의 제2 몰드 표면(68)이 구비된 몰드(60)를 프리젠트하고;
    - 고브(58)를 개방 몰드(60)에 이송하고;
    - 렌즈 생성을 위한 고브(58)를 핫프레싱하고;
    - 렌즈를 실온으로 냉각하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 몰드 표면(64)은 휘광 프레싱(bright-pressing)에 적합한 제1 몰드 표면 거칠기를 가지는 한계영역을 포함하고, 몰드의 중간을 향해 더 높은 표면거칠기의 영역(42)이 이어지는 몰드가 사용되는 것인 렌즈 제조방법.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서, 제1몰드 표면(64)이 적어도 부분 영역 위에 중심을 향해 증가하는 표면거칠기를 가지는 몰드가 사용되는 것인 렌즈 제조방법.
  20. 제17항에 있어서, 렌즈(28, 28a, 28b, 28c)의 핫프레싱 동안 최대로 10 마이크로미터의 평균 피크-밸리 높이(rm)을 가지는 더 높은 표면거칠기의 영역이 몰드(64)의 제1표면에 의해 몰드되는 렌즈의 제1표면 상에 형성되도록 다른 표면거칠기 값을 나타내는 제1표면(64)의 영역이 구성되는 몰드(60)가 사용되는 것인 렌즈제조방법.
  21. 제17항에 있어서, 더 낮은 표면 거칠기의 영역(40)이 렌즈의 휘광 프레싱(bright-pressing)에 사용되는 것인 렌즈 제조방법.
  22. 제17항, 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1몰드표면(64)이 볼록 형상을 갖고 그 제2표면(68)이 평면 형상을 갖는 몰드가 사용되는 것인 렌즈 제조방법.
  23. 제17항에 있어서, 렌즈(28, 28a, 28b, 28c)가 핫프레싱 동안 몰드에서 적어도 그 외부표면의 하나에서 유리전이온도(Tg) 아래의 온도로 냉각되는 것인 렌즈 제조방법.
  24. 제1몰드표면(64)과 적어도 하나의 제2몰드표면(68)을 가지며, 다른 표면거칠기 값의 영역이 적어도 제1몰드 표면(64) 상에 설치되는 것인 렌즈(28, 28a, 28b, 28c)의 핫프레싱용 몰드.
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