KR101225394B1 - 자동차 헤드램프 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 헤드램프 렌즈에 관한 것으로, 자동차 헤드램프 렌즈에 있어서, 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 제 1면과 제 2면을 설계하고, 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키되, 상기 제 1면과 제 2면 사이의 거리보다 작은 거리를 가지며 어느 한 면이 상기 제 1, 2면 중 적어도 어느 한 면과 만나는 제 3면과 제 4면을 설계한 후, 상기 제 1, 2, 3, 4면의 중심축을 기준으로 소정의 두 반경점까지에 해당하는 중심부는 각각 제 3면과 제 4면의 곡면을 사용하고, 상기 소정의 두 반경점에서 부터 끝단까지 해당하는 외곽부는 제 1면과 제 2면의 곡면을 사용하여 입사면(제 1, 3면)과 출사면(제 2, 4면)을 통해 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 광학적 효과는 기존의 렌즈와 동일하게 유지시키면서 렌즈의 두께를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차 헤드램프 렌즈{Car head lamp lenses}
본 발명은 자동차 헤드램프 렌즈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 렌즈의 무게와 부피를 절감시킬 수 있는 자동차 헤드램프 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로 종래에 적용되던 자동차 헤드램프 렌즈(100)는 그 단면(110)에 포함되는 선은 직선(111)과 곡선(112)으로 이루어져서 광원(p1)으로부터 나오는 광선(113)이 렌즈(100)에서 굴절되어 광축(z 축)과 평행하게 나간다.
그러나, 상기와 같은 종래의 자동차 헤드램프 렌즈(100)는 상기 렌즈(100)의 상기 직선(111)으로 정의되는 면이 평면이기 때문에 굴절능(refractive power)이 거의 없어 광선(113)이 평행으로 나가게 굴절시키기 위해서는 상기 곡선 112로 정의되는 면의 굴절능을 크게 할 수 밖에 없었다.
따라서, 이러한 방법은 종래 자동차 헤드램프 렌즈(100)의 부피를 크게 할 수밖에 없었고, 이로 인하여 단점은 광선이 출사하는 방향 쪽으로 매우 볼록할 수 밖에 없고, 이에 따라 결국 두께가 커서 부피가 크며 따라서 무게가 무겁다.
한편, 두께를 줄이기 위한 방법으로는 공지의 프레넬(Fresnel)렌즈와 같은 구조를 통해 만들 수 있다. 프레넬 렌즈는 도 2와 같이 두꺼운 렌즈의 일 부분(a, b, c, d)을 잘라 앞으로 당겨(a', b', c', d') 만든 것이다.
하지만, 프레넬 렌즈의 경우에도, 톱니(a', b', c', d') 모양이 많아 광선의 누수가 많이 발생되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 자동차 헤드램프 렌즈의 광학적 효과는 그대로 유지하면서 자동차 헤드램프 렌즈의 부피를 작게 디자인하여 렌즈의 무게를 가볍게 하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자동차 헤드램프 렌즈에 있어서, 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 제 1면과 제 2면을 설계하고, 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키되, 상기 제 1면과 제 2면 사이의 거리보다 작은 거리를 가지며 어느 한 면이 상기 제 1, 2면 중 적어도 어느 한 면과 만나는 제 3면과 제 4면을 설계한 후, 상기 제 1, 2, 3, 4면의 중심축을 기준으로 소정의 두 반경점까지에 해당하는 중심부는 각각 제 3면과 제 4면의 곡면을 사용하고, 상기 소정의 두 반경점에서부터 끝단까지 해당하는 외곽부는 제 1면과 제 2면의 곡면을 사용하여 입사면(제 1, 3면)과 출사면(제 2, 4면)을 통해 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1면 또는 제 3면은 굴절능이 0이 아닌 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 두 반경점은, 상기 자동차 헤드램프 렌즈의 광원에서 소정각도로 출사되는 광선이 상기 제 3, 4면을 통과하는 점인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동차 헤드램프 렌즈는, 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 종래의 렌즈 뒷면(도 1의 112)에만 있던 굴절능을 제 1, 2, 3, 4면으로 분산시킴으로서 렌즈의 두께를 거의 반 정도 줄일 수 있어서 부피를 줄일 수 있으며, 그에 따른 경량화를 달성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 헤드램프 렌즈의 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 프레넬 렌즈를 나타낸 개략적인 단면도,
도 3은 본 발명의 따른 제 1면과 제 2면을 도시한 단면도,
도 4는 도 3에 해당하는 제 1면과 제 2면 보다 작은 두께를 갖는 제 3면과 제 4면을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 곡면의 제 1, 2, 3, 4면이 서로 겹친 상태를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈를 도시한 단면도.
도 7은 상기 도 6의 중심부와 외각부를 도시한 단면도.
이하, 본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈는, 자동차 헤드램프 렌즈에 있어서, 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 제 1면과 제 2면을 설계하고, 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키되, 상기 제 1면과 제 2면 사이의 거리보다 작은 거리를 가지며 어느 한 면이 상기 제 1, 2면 중 적어도 어느 한 면과 만나는 제 3면과 제 4면을 설계한 후, 상기 제 1, 2, 3, 4면의 중심축을 기준으로 소정의 두 반경점까지에 해당하는 중심부는 각각 제 3면과 제 4면의 곡면을 사용하고, 상기 소정의 두 반경점에서부터 끝단까지 해당하는 외곽부는 제 1면과 제 2면의 곡면을 사용하여 입사면(제 1, 3면)과 출사면(제 2, 4면)을 통해 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈는, 서로 다른 두께와 곡면을 가지는 제1, 2, 3, 4면을 겹쳤을 때 외곽부의 곡면은 1, 2면을 이용하고, 중심부는 광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형상인 3, 4면의 곡면을 적용하여 헤드램프 렌즈 곡면을 결정함으로써 광학적 효과를 유지하면서 렌즈 두께를 크게 줄일 수 있는 헤드램프 렌즈를 제공하고자 하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
도 3은 본 발명의 따른 제 1면(300)과 제 2면(310)을 도시한 단면도이다. 한편, 일반적으로 같은 성능을 주는 렌즈라 할지라도 지름이 작으면 렌즈를 이루는 두 면 사이의 거리도 작아진다. 도 4는 도 3의 제 1면과 제 2면 사이의 거리보다 작은 거리를 갖는 제 3면(400)과 제 4면(410)을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈는 평행광을 출사하는 지름과 두께가 서로 다른 두개의 렌즈를 설계한 후 중심부 영역은 두께가 얇은 렌즈의 곡면을 사용하고, 외곽부 영역은 두께가 큰 렌즈의 곡면을 사용함으로써 하나의 지름이 큰 렌즈를 제작할 때에도 두께 최소화와 경량화를 달성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시예에서 본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈의 재질은 폴리카보네이트(polycarbonate)를 사용하였고, 평행으로 광선이 출사하는 것을 검증을 위해 기준파장(reference wavelength) 546.0740 nm 인 광선을 사용하였다. 따라서 렌즈의 굴절률은 1.5871 이다.
도 5는 본 발명에 따른 곡면의 제 1, 2, 3, 4면(300, 310, 400, 410)이 서로 겹친 상태를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈를 도시한 단면도이다. 도 7은 상기 도 6의 중심부와 외각부를 도시한 단면도이다. 도 5와 도 6, 7을 참조하여 설명하면, 제 1면(300), 2면(310)보다 두께가 작은 제 3면(400)과 제 4면(410)을 겹쳤을 때 제 3면과 제 4면의 중심점(420, 430)에서부터 소정의 반경점(제 3면 반경점(520)과 제 4면 반경점(540))까지에 해당하는 중심부(500)는 각각 제 3면(400)과 제 4면(410)을 사용한다. 특히, 상기 반경점 중 하나(여기서 520)는 제 1면과 제 3면이 만나는 점으로 택하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 중심부(500)를 제외한 렌즈의 외곽부(510)는 제 1면과 제 2면에 해당하는 곡면을 사용한다. 즉 제 3면 반경점(520)에서부터 외각부 제 1면 끝점(530)까지는 제 1면의 곡면을 사용하고, 외곽부 제 2면 시작점(550)에서부터 외곽부 제 2면 끝점(560)까지는 제 2면의 곡면을 사용한다. 이제까지 설명한 중심점(420, 430)에서부터의 소정의 반경점에 해당하는 제 3면 반경점(520)과 제 4면 반경점(540)까지와 외곽부의 곡면이 회전 대칭됨으로써 렌즈 단면을 형성한다.
또한, 제 3면 반경점(520)과 제 4면 반경점(540)은 광원(P1)에서 소정 각도로 나온 광선이 각각 제 3면과 제 4면과 만나는 점으로 택하고, 제 2면(310) 위에 점(550)은 광원(P1)에서 출사하여 상기 반경점 520 바로 위 외각부(510)을 통과하는 광선이 제 2면과 만나는 점으로 택하는 것이 바람직하다. 이때 제 4면에 해당하는 반경점(540)과 제 2면(310)위의 점(550)은 서로 직선상으로 만나도록 렌즈를 구성하는 것이 바람직하다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1면에서부터 제 4면에 해당하는 각 곡면이 겹쳐졌을 때 제 3, 4면에 해당하는 곡면(400, 410)은 렌즈의 중심부(500)에 적용하고, 제 1, 2면에 해당하는 곡면(300, 310)은 렌즈의 외곽부(510)에 적용하여 자동차 헤드램프 렌즈를 설계한다.
한편, 본 발명에 따른 자동차 헤드램프 렌즈 가장자리를 따라서는 리브(R)가 일체로 더 형성 될 수 있다. 상기 리브는 자동차 구조물에 렌즈를 설치하기 위한 구조물에 해당하는 것으로, 렌즈 제작 시 가장자리를 따라 소정의 두께를 가지도록 형성시킨다.
도 6과 도 7에서 광원으로부터 출사되는 광이 입사되는 중심부(500) 제 3면과 외곽부(510) 제 1면을 입사면으로 하고, 렌즈를 투과한 광이 출사되는 중심부(500) 제 4면과 외곽부(510) 제 2면을 출사면이라고 하기부터 정의한다. 따라서, 입사면은 제 3면에 해당하는 420~520 구간과 제 1면에 해당하는 520~530으로 이루어지는 구간에 해당하며, 출사면은 제 4면에 해당하는 430~540 구간과 제 2면에 해당하는 550~560 구간에 해당하는 것이다.
한편, 렌즈는 광축(+z 축)에 대하여 회전대칭으로 입사면을 정의하는 곡선의 데이터(제 3면의 420~520 구간, 제 1면의 520~530구간 데이터 모두 포함)는 아래 표 1과 같다. 출사면을 정의하는 곡선의 데이터(제 4면의 430~540 구간, 직선부분 540~550 구간 및 제 2면의 550~560 구간 데이터 모두 포함)는 아래 표 2와 같이 주어진다. 여기서 y는 광축(+z)으로부터의 높이를 나타내고 z는 sag 데이터(각각 420과 430에 대한 상대적인 z값)이다.
여기서, 제 1면의 반지름은 -65.165mm, 제 2면의 반지름은 -29.705 mm, 제 3면의 반지름은 -136.904 mm, 제 4면의 반지름은 -29.463 mm 로 하고, 제 1, 2면 사이 거리를 26.512 mm, 제 3, 4면 사이의 거리를 18.439 mm 로 택하였다. 이때 제 1면과 3면의 굴절능은 각각 0 이 아닌 -0.00901, -0.00429 가 된다.
단위: mm
곡면 반지름 거리
제 1면(300) -65.165 제 1, 2면 사이 거리: 26.512
제 2면(310) -29.705
제 3면(400) -136.904 제 3, 4면 사이 거리: 18.439
제 4면(410) -29.463
이렇게 함으로써 두께가 제 3, 4면을 가지는 두께가 되지만 지름은 제 1, 2면을 가지는 큰 지름의 평행 광선이 출사되는 자동차용 헤드램프 렌즈를 만들 수 있다.
<입사면> 단위 mm
y z y z y z y z
0.0000 0.0000 11.7710 -0.5162 23.5419 -2.1753 31.0894 -5.3677
0.8408 -0.0026 12.6117 -0.5942 24.3827 -2.3442 31.5782 -5.6397
1.6816 -0.0103 13.4525 -0.6781 25.2235 -2.5204 32.0670 -5.9173
2.5223 -0.0233 14.2933 -0.7680 25.7123 -2.7298 32.5559 -6.2008
3.3631 -0.0414 15.1341 -0.8638 26.2011 -2.9441 33.0447 -6.4902
4.2039 -0.0647 15.9749 -0.9658 26.6900 -3.1633 33.5335 -6.7856
5.0447 -0.0933 16.8157 -1.0739 27.1788 -3.3875 34.0223 -7.0871
5.8855 -0.1272 17.6564 -1.1884 27.6676 -3.6167 34.5112 -7.3947
6.7263 -0.1663 18.4972 -1.3093 28.1564 -3.8510 35.0000 -7.7088
7.5670 -0.2109 19.3380 -1.4367 28.6453 -4.0904
8.4078 -0.2609 20.1788 -1.5707 29.1341 -4.3351
9.2486 -0.3163 21.0196 -1.7115 29.6229 -4.5851
10.0894 -0.3773 21.8604 -1.8591 30.1117 -4.8405
10.9302 -0.4439 22.7011 -2.0137 30.6006 -5.1013
<출사면> 단위 mm
y z y z y z y z
0.0000 0.0000 17.4966 5.5053 28.9316 13.0408 32.6782 12.9977
0.9209 0.0144 18.4175 6.1425 29.0947 12.7498 32.9337 13.5464
1.8417 0.0576 19.3384 6.8228 29.2579 12.4588 33.1892 14.1118
2.7626 0.1297 20.2592 7.5483 29.4210 12.1678 33.4448 14.6950
3.6835 0.2308 21.1801 8.3214 29.5842 11.8768 33.7003 15.2976
4.6044 0.3611 22.1010 9.1450 29.7474 11.5857 33.9558 15.9208
5.5252 0.5208 23.0219 10.0222 29.9105 11.2947 34.2113 16.5666
6.4461 0.7103 23.9427 10.9568 30.0737 11.0037 34.4669 17.2370
7.3670 0.9299 24.8636 11.9530 30.2369 10.7127 34.7224 17.9343
8.2879 1.1799 25.7845 13.0162 30.4000 10.4217 34.9779 18.6614
9.2087 1.4609 26.7054 14.1523 30.5632 10.1307 35.2334 19.4217
10.1296 1.7735 27.6262 15.3689 30.7264 9.8397 35.4890 20.2193
11.0505 2.1182 27.7894 15.0779 30.8895 9.5486 35.7445 21.0592
11.9714 2.4958 27.9526 14.7869 31.1450 10.0045 36.0000 21.9479
12.8922 2.9071 28.1157 14.4959 31.4006 10.4716
13.8131 3.3530 28.2789 14.2049 31.6561 10.9505
14.7340 3.8345 28.4421 13.9139 31.9116 11.4419
15.6549 4.3529 28.6052 13.6228 32.1671 11.9463
16.5757 4.9093 28.7684 13.3318 32.4227 12.4647
이와 같이 구성되는 본 발명은 자동차 헤드램프 렌즈를 제작함에 있어, 획기적으로 두께를 줄여 경량화를 달성할 수 있고, 광학적 효과는 그대로 유지시킬 수 있어 산업 적용에 유용한 효과가 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
300 : 제 1면 310 : 제 2면
400 : 제 3면 410 : 제 4면
420 : 제 3면 중심점 430 : 제 4면 중심점
500 : 중심부 510 : 외곽부
520 : 제 3면 반경점 530 : 외각부 제 1면 끝점
540 : 제 4면 반경점 550 : 외곽부 제 2면 시작점
560 : 외곽부 제 2면 끝점 R : 리브

Claims (4)

  1. 자동차 헤드램프 렌즈에 있어서,
    광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 제 1면과 제 2면을 설계하고,
    광선이 출사되는 쪽으로 볼록 형성되며 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키되, 상기 제 1면과 제 2면 사이의 거리보다 작은 거리를 가지며 어느 한 면이 상기 제 1, 2면 중 적어도 어느 한 면과 만나는 제 3면과 제 4면을 설계한 후,
    상기 제 1, 2, 3, 4면의 중심축을 기준으로 소정의 두 반경점까지에 해당하는 중심부는 각각 제 3면과 제 4면의 곡면을 사용하고, 상기 소정의 두 반경점에서부터 끝단까지 해당하는 외곽부는 제 1면과 제 2면의 곡면을 사용하여 입사면(제 1, 3면)과 출사면(제 2, 4면)을 통해 광원으로부터 나온 광선을 평행하게 출사시키는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 렌즈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 자동차 헤드램프 렌즈는,
    플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 렌즈.
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