KR101491283B1 - 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프에 관한 것으로, 개별적으로 점소등의 제어가 가능한 다수개의 개별 LED 칩(11)을 광원(10)으로 사용하면서 세로방향단면 굴절률과 가로방향단면의 굴절률이 상이한 다중 복합 렌즈를 사용해서 글래어프리하이빔을 구현할 수 있도록 된 것이다.

Description

글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프{HEAD LAMP FOR VEHICLE}
본 발명은 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합 렌즈 광학계를 이용해서 빔패턴의 선명도 개선 및 빔패턴의 상하높이 증대를 통한 상단부 시야확보를 개선할 수 있는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프에 관한 기술이다.
일반적으로, 차량에 구비된 헤드램프는 운전자의 전방시계를 확보하기 위한 것으로 로우빔(low beam)과 하이빔(high beam)을 선택해서 구현할 수 있는 되어 있다.
로우빔은 전방에 상대차량이 있는 경우 상대차량의 운전자의 시계를 방해하지 않기 위해 사용하고, 하이빔은 전방에 상대차량이 없는 경우 보다 선명한 전방시야를 확보를 위해 사용하게 된다.
그런데, 차량 주행 중 로우빔과 하이빔을 계속해서 번갈아서 사용하게 되면 안전운행에 방해가 되는 바, 이를 개선하기 위해 상대차량에 눈부심을 주지 않으면서 상시 하이빔의 구현이 가능한 글래어프리하이빔(GFHB; Glare Free High Beam)의 기술이 개발되었다.
종래 글래어프리하이빔 구현을 위한 헤드램프는 도 1에 도시된 바와 같이 광원(1)과 램프커버(2)사이에 회전쉴드(3)를 설치해서, 상기 회전쉴드(3)의 회전각 조절을 통해 L자 형상의 빔패턴을 구현한 것으로, 좌측헤드램프(4)의 빔패턴(5)과 우측헤드램프(6)의 빔패턴(7)을 중첩시켜서 상대차량(8)을 제외한 좌우측부에 광원(1)의 빛을 조사하도록 된 것이다.
즉, 회전쉴드(3)의 각도조절을 통해 좌측헤드램프(4)의 빔패턴(5)은 상대차량(8)의 좌측부로 빛이 조사되고 우측헤드램프(6)의 빔패턴(7)은 상대차량(8)의 좌측부로 빛이 조사되어서, 상대차량(8)으로는 광원(1)의 빛이 조사되지 않도록 한 것이다.
그런데, 상기와 같이 회전쉴드(3)를 사용해서 글래어프리하이빔을 구현하는 헤드램프는 모터 등 고가 부품이 사용됨에 따라 원가가 상승하고, 소음이 발생하며, 특히 빔패턴(5,7)의 선명도가 떨어짐은 물론 상하높이가 낮아서 운전자가 전방시야를 용이하게 확보하기가 어려운 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국공개실용신안공보 20-1995-0019763호
이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 복합 렌즈 광학계를 이용해서 글래어프리하이빔을 구현할 수 있도록 함으로써 원가절감과 소음감소를 도모하고, 특히 빔패턴의 선명도 향상 및 빔패턴의 상하높이 증대를 통한 상단부의 시야확보를 개선할 수 있는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프는, 개별적으로 점소등이 가능한 다수개의 칩이 일렬로 배치된 광원; 상기 광원의 전방에 설치된 것으로 상기 광원에 나온 빛을 집광해서 광효율을 향상시키는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 전방에 설치된 것으로 상기 광원의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 증대시켜 주는 빔패턴변환렌즈; 및 상기 빔패턴변환렌즈의 전방에 설치된 것으로 상기 빔패턴변환렌즈를 통과한 빛을 스크린에 결상시켜서 노면으로 뿌려주는 광학굴절렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은 수평방향으로 일렬로 배치된 다수개의 개별 LED 칩으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 집광렌즈는 출사면이 양의 곡률을 가지는 볼록렌즈인 것을 특징으로 한다.
상기 집광렌즈는 집광효율을 높여서 노면으로 조사되는 빔패턴의 선명도를 향상시킬 수 있도록 출사면의 굴절률이 상기 광학굴절렌즈의 출사면의 굴절률보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 집광렌즈의 출사면은 집광효율의 향상을 위해 세로방향단면의 굴절률이 가로방향단면의 굴절률보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 빔패턴변환렌즈는 입사면과 출사면이 서로 다른 곡률로 형성되고; 상기 광원의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 증대시키기 위해 상기 입사면의 가로방향단면 곡률반경(r1)이 세로방향단면 곡률반경(r2)보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 빔패턴변환렌즈의 입사면은 상기 집광렌즈에서 모아진 빛이 상기 입사면으로 입사될 때에 상기 입사면의 표면에서 반사되는 것을 방지하면서 수직입사를 유도해서 입사효율을 높일 수 있도록 하기 위해 음의 곡률로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 빔패턴변환렌즈의 출사면은 상기 입사면에서 굴절된 빛이 상기 출사면을 통해서 빠져나갈 때 내부 전반사에 의해 상기 빔패턴변환렌즈의 내부에 갇히는 현상을 최소화해서 광효율을 극대화시킬 수 있도록 하기 위해 양의 곡률로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 광학굴절렌즈는 출사면이 양의 곡률을 갖는 볼록렌즈로 상기 출사면은 세로방향단면의 곡률과 가로방향단면의 곡률이 서로 동일하게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 개별적으로 점소등의 제어가 가능한 다수개의 개별 LED 칩을 광원으로 사용하면서 세로방향단면 굴절률과 가로방향단면의 굴절률이 상이한 다중 복합 렌즈를 사용해서 글래어프리하이빔을 구현하게 됨으로써, 노면으로 조사되는 글래어프리하이빔 상태의 빔패턴의 선명도를 크게 향상시킬 수 있고, 특히 노면으로 조사되는 글래어프리하이빔 상태의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 크게 증대시킬 수 있게 되는 바, 이를 통해 운전자는 보다 선명하고 넓은 범위로 전방시야를 확보하면서 안전운행을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 헤드램프를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따라 복합 렌즈 광학계를 구비한 헤드램프를 이용해서 글래어프리하이빔을 구현하는 상태를 보여주기 위한 도면,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도로서 복합렌즈 광학계를 세로방향으로 절개한 단면도,
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도로서 복합렌즈 광학계를 가로방향으로 절개한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 헤드램프는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 개별적으로 점소등이 가능한 다수개의 칩(11)이 일렬로 배치된 광원(10); 상기 광원(10)의 전방에 설치된 것으로 상기 광원(10)에 나온 빛을 집광해서 광효율을 향상시키는 집광렌즈(20); 상기 집광렌즈(20)의 전방에 설치된 것으로 상기 광원(10)의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 증대시켜 주는 빔패턴변환렌즈(30); 및 상기 빔패턴변환렌즈(30)의 전방에 설치된 것으로 상기 빔패턴변환렌즈(30)를 통과한 빛을 스크린에 결상시켜서 노면으로 뿌려주는 광학굴절렌즈(40);를 포함한다.
즉, 좌측헤드램프(60)와 우측헤드램프(70)가 각각 광원(10), 집광렌즈(20), 빔패턴변환렌즈(30), 광학굴절렌즈(40)를 구비한 구성이고, 상기 광원(10)은 수평방향으로 일렬로 배치된 다수개의 개별 LED 칩(11)으로 구성된 것이다.
상기 개별 LED 칩(11)은 제어기의 제어에 의해 각각 개별적으로 점등과 소등이 이루어지는 구성이다.
운전자가 로우빔 상태로 조작하면 노면에는 로우빔의 빔패턴(80)이 조사되고, 하이빔 상태로 조작하면 상하방향으로 높이가 증대된 하이빔의 빔패턴(50)이 노면에 조사된다.
전방에 상대차량이 없는 경우 운전자는 글래어프리하이빔 상태로 빔패턴(50)을 노면에 조사해서 보다 주행을 하게 되고, 전방에 상대차량이 있는 경우에는 다수개의 개별 LED 칩(11)을 개별적으로 점소등 제어하여 상대차량 운전자의 눈부심을 방지할 수 있게 된다.
즉, 차량에 구비된 GPS, 센서 등을 통해 상대차량의 위치와 거리 등을 검출한 후 상대차량이 일정거리로 좁혀진 경우 제어기의 제어를 통해 상대차선을 비추고 있는 4번과 5번의 개별 LED 칩(11)만을 소등시켜서 상대차량 운전자의 눈부심을 방지하고, 4번과 5번의 개별 LED 칩(11)을 제외한 나머지의 개별 LED 칩(11)들은 그대로 점등상태를 유지시켜서 운전자의 전방시야를 계속해서 선명하게 확보할 수 있도록 하는 것이다.
빔패턴(50)의 영역은 LED 칩(11)의 개수조절을 통해 가능하게 된다.
본 발명에 따른 상기 집광렌즈(20)는 출사면(21)이 양의 곡률을 가지는 볼록렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 상기 집광렌즈(20)는 집광효율을 높여서 노면으로 조사되는 글래어프리하이빔 상태의 빔패턴(50)의 선명도를 향상시킬 수 있도록 출사면(21)의 굴절률이 상기 광학굴절렌즈(40)의 출사면(41)의 굴절률보다 크게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 집광렌즈(20)의 출사면(21)은 집광효율의 향상을 위해 세로방향단면의 굴절률이 가로방향단면의 굴절률보다 더 크게 형성된 것이 바람직하다.
즉, 상기 집광렌즈(20)의 출사면(21)은 세로방향단면이 가로방향단면보다 더 볼록하게 형성된 구조인 것이다.
본 발명에 따른 상기 빔패턴변환렌즈(30)는 입사면(31)과 출사면(32)이 서로 다른 곡률로 형성되고; 상기 광원(10)의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 증대시키기 위해 상기 입사면(31)의 가로방향단면 곡률반경(r1)이 세로방향단면 곡률반경(r2)보다 더 크게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 빔패턴변환렌즈(30)의 입사면(31)은 상기 집광렌즈(20)에서 모아진 빛이 상기 입사면(31)으로 입사될 때에 상기 입사면(31)의 표면에서 반사되는 것을 방지하면서 수직입사를 유도해서 입사효율을 높일 수 있도록 하기 위해 음의 곡률로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 빔패턴변환렌즈(30)의 출사면(32)은 상기 입사면(31)에서 굴절된 빛이 상기 출사면(32)을 통해서 빠져나갈 때 내부 전반사에 의해 상기 빔패턴변환렌즈(30)의 내부에 갇히는 현상을 최소화해서 광효율을 극대화시킬 수 있도록 하기 위해 양의 곡률로 형성된 것이 바람직하다.
상기 광원(10)을 구성하는 개별 LED 칩(11)은 정사각형 모양으로 상기 칩(11)에서 방사된 빛은 정사각형의 빔패턴으로 집광렌즈(20)를 통과한 후 빔패턴변환렌즈(30)로 입사되며, 상기 빔패턴변환렌즈(30)로 입사된 정사각형의 빔패턴은 상기 빔패턴변환렌즈(30)를 통과하면서 상하방향으로 높이가 증대된 글래어프리하이빔 상태의 새로운 빔패턴(50)이 광학굴절렌즈(40)로 출사되는 것이다.
본 발명에 따른 상기 광학굴절렌즈(40)는 출사면(41)이 양의 곡률을 갖는 볼록렌즈로 상기 출사면(41)은 세로방향단면의 곡률과 가로방향단면의 곡률이 서로 동일하게 형성된 렌즈이다.
이상 설명한 바와 같이 복합 렌즈를 사용해서 글래어프리하이빔을 구현함에 있어서, 출사면(21)의 굴절률이 크고 또한 출사면(21)의 세로방향단면 굴절률이 가로방향단면의 굴절률보다 더 크게 형성된 집광렌즈(20)를 사용함에 따라, 집광효율을 크게 높일 수 있게 되고 이를 통해 노면으로 조사되는 글래어프리하이빔 상태의 빔패턴(50)의 선명도를 크게 향상시킬 수 있게 되는 바, 이로 인해 운전자는 보다 선명한 전방시야를 확보할 수 있게 됨으로써 안전운행을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 입사면(31)과 출사면(32)이 서로 다른 곡률로 형성되면서 상기 입사면(31)의 가로방향단면 곡률반경(r1)이 세로방향단면 곡률반경(r2)보다 더 크게 형성된 빔패턴변환렌즈(30)를 사용함에 따라, 노면으로 조사되는 글래어프리하이빔 상태의 빔패턴(50) 사이즈를 상하방향으로 크게 증대시킬 수 있게 되고, 이를 통해 상단부의 시야확보를 크게 증대시킬 수 있게 되는 바, 이 결과 운전자는 보다 넓은 범위로 전방시야를 확보할 수 있게 됨으로써 안전운행을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 개별적으로 점소등의 제어가 가능한 다수개의 개별 LED 칩(11)을 광원(10)으로 사용하는 구성으로, 이를 통해 상대차량 운전자의 눈부심없이 항상 글래어프리하이빔의 구현이 가능해서 보다 안전운행을 할 수 있는 장점도 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 - 광원 11 - 개별 LED 칩
20 - 집광렌즈 30 - 빔패턴변환렌즈
40 - 광학굴절렌즈 50 - 빔패턴

Claims (9)

  1. 개별적으로 점소등이 가능한 다수개의 칩이 일렬로 배치된 광원;
    상기 광원의 전방에 설치된 것으로 상기 광원에 나온 빛을 집광해서 광효율을 향상시키는 집광렌즈;
    상기 집광렌즈의 전방에 설치된 것으로 상기 광원의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 증대시켜 주는 빔패턴변환렌즈; 및
    상기 빔패턴변환렌즈의 전방에 설치된 것으로 상기 빔패턴변환렌즈를 통과한 빛을 스크린에 결상시켜서 노면으로 뿌려주는 광학굴절렌즈를 포함하고;
    상기 집광렌즈는 집광효율을 높여서 노면으로 조사되는 빔패턴의 선명도를 향상시킬 수 있도록 출사면의 굴절률이 상기 광학굴절렌즈의 출사면의 굴절률보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은 수평방향으로 일렬로 배치된 다수개의 개별 LED 칩으로 구성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광렌즈는 출사면이 양의 곡률을 가지는 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광렌즈의 출사면은 집광효율의 향상을 위해 세로방향단면의 굴절률이 가로방향단면의 굴절률보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔패턴변환렌즈는 입사면과 출사면이 서로 다른 곡률로 형성되고;
    상기 광원의 빔패턴 사이즈를 상하방향으로 증대시키기 위해 상기 입사면의 가로방향단면 곡률반경(r1)이 세로방향단면 곡률반경(r2)보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 빔패턴변환렌즈의 입사면은 상기 집광렌즈에서 모아진 빛이 상기 입사면으로 입사될 때에 상기 입사면의 표면에서 반사되는 것을 방지하면서 수직입사를 유도해서 입사효율을 높일 수 있도록 하기 위해 음의 곡률로 형성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 빔패턴변환렌즈의 출사면은 상기 입사면에서 굴절된 빛이 상기 출사면을 통해서 빠져나갈 때 내부 전반사에 의해 상기 빔패턴변환렌즈의 내부에 갇히는 현상을 최소화해서 광효율을 극대화시킬 수 있도록 하기 위해 양의 곡률로 형성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 광학굴절렌즈는 출사면이 양의 곡률을 갖는 볼록렌즈로 상기 출사면은 세로방향단면의 곡률과 가로방향단면의 곡률이 서로 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 글래어프리하이빔 구현을 위한 차량용 헤드램프.
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