KR101806691B1 - 헤드램프용 라이트 가이드 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원으로부터 입사되는 광의 S 편광을 반사시켜 S 편광이 분리되도록 하고, 분리되지 않은 S 편광과 P 편광을 투과시키는 제1라이트 가이드와 상기 제1라이트 가이드를 통해 반사된 S 편광의 반사 경로 상에 구비되며, S 편광만을 투과시키는 제1편광 렌즈와 상기 제1라이트 가이드를 투과한 P 편광을 반사시키는 제2라이트 가이드 및 상기 제2라이트 가이드를 통해 반사된 P 편광의 반사 경로 상에 구비되며, P 편광만을 투과시키는 제2편광 렌즈를 포함한다.

Description

헤드램프용 라이트 가이드 장치{Light guide apparatus for head lamp}

본 발명은 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일한 점등 이미지를 획득할 수 있는 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 전방 및 후방에 각종 조명장치가 장착되어 차량 안전 및 운전의 편의를 제공하고 있는데, 이러한 조명장치로는 전조등, 후미등, 방향 지시등과 같이 램프를 이용하여 직접 발광하는 방식으로 작동하는 장치가 있으며, 이외에도 차량의 전방 및 후방에는 자기 차량이 외부에서 용이하게 인식될 수 있도록 빛을 반사시키는 방식으로 기능을 수행하는 반사기 등이 장착되고 있다.

예를 들어, 차량의 헤드램프는 렌즈와 헤드램프 하우징을 포함하며, 렌즈와 헤드램프 하우징 사이에는 베젤(bezel)이 구비되는데, 고급차량에서는 상기와 같은 헤드램프의 구조에 추가하여 빛을 배광시키기 위해 베젤의 전방 테두리에 설치되는 배광부를 구비할 수 있다.

즉, 상기와 같이 배광부가 구비된 차량의 헤드램프용 라이트 가이드 장치는 베젤의 전방 테두리에 설치되어 광이 배광되도록 하기 위한 라이트 가이드 및 이러한 라이트 가이드로 유도되는 광을 생성하고 발광시키는 광원을 포함한다.

여기서, 상기와 같은 라이트 가이드의 경우 일반 렌즈가 사용됨으로 인하여 반사와 굴절을 다수 일으키게 되어 광 이미지를 균일하게 하지 못하게 되며, 이는 결국 광효율이 저하되는 원인으로 작용할 수 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2010-0027805호(2010.03.11.)

본 발명의 목적은, 브루스터 각(brewster's angle)을 이용하여 광원의 빛을 편광 방향의 종류에 따라 분리시켜 각각의 편광 렌즈를 통해 출력되도록 함으로써, 난해하게 반사 및 굴절되는 빛을 제거할 수 있고, 그에 따라 균일한 점등이미지를 획득할 수 있는 헤드램프용 라이트 가이드 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치는 광원으로부터 입사되는 광의 S 편광을 반사시켜 S 편광이 분리되도록 하고, 분리되지 않은 S 편광과 P 편광을 투과시키는 제1라이트 가이드와 상기 제1라이트 가이드를 통해 반사된 S 편광의 반사 경로 상에 구비되며, S 편광만을 투과시키는 제1편광 렌즈와 상기 제1라이트 가이드를 투과한 P 편광을 반사시키는 제2라이트 가이드 및 상기 제2라이트 가이드를 통해 반사된 P 편광의 반사 경로 상에 구비되며, P 편광만을 투과시키는 제2편광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 제1라이트 가이드는 분리되지 않은 S 편광이 반사되어 연속적으로 분리되도록 길이 방향을 따라 복수개로 설치된다.

그리고, 상기 제1라이트 가이드는 광의 입사 방향에 대하여 브루스터 각(brewster's angle)으로 비스듬하게 설치된다.

여기서, 상기 제1라이트 가이드는 S 편광의 투과에 따른 굴절에 대응하도록 상기 광원으로부터 하향 경사지는 형태로 복수개 설치된다.

또한, 상기 제1라이트 가이드는 S 편광의 투과 시 굴절되어 S 편광이 지나가지 않은 영역의 삭제가 가능하다.

한편, 상기 제2라이트 가이드는 상기 제1라이트 가이드를 투과한 P 편광이 기설정된 입사각으로 입사되어 전반사되도록 비스듬하게 설치된다.

본 발명은, 브루스터 각(brewster's angle)을 이용하여 광원의 빛을 편광 방향의 종류에 따라 분리시켜 각각의 편광 렌즈를 통해 출력되도록 함으로써, 난해하게 반사 및 굴절되는 빛을 제거할 수 있고, 그에 따라 균일한 점등이미지를 획득할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 반사 및 굴절되는 빛을 제거하여 광원으로부터 입사되는 모든 빛이 배광에 사용되도록 할 수 있기 때문에, 광효율을 증대시킬 수 있고, 이를 통해 LED 절감 및 원가 절감을 가능하게 하는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 편광 분리의 개념을 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제1라이트 가이드 및 제1편광 렌즈를 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제1라이트 가이드의 삭제 영역을 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제2라이트 가이드를 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제2라이트 가이드의 설치각을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 편광 분리의 개념을 보여주는 도면이다.

그리고, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제1라이트 가이드 및 제1편광 렌즈를 보여주는 도면이며, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제1라이트 가이드의 삭제 영역을 보여주는 도면이다.

또한, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제2라이트 가이드를 보여주는 도면이고, 도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치에 대한 제2라이트 가이드의 설치각을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 헤드램프용 라이트 가이드 장치는 제1라이트 가이드(100), 제1편광 렌즈(200), 제2라이트 가이드(300) 및 제2편광 렌즈(400)를 포함한다.

제1라이트 가이드(100)는 광원(10)으로부터 입사되는 광에 포함된 S 편광을 반사시켜 S 편광이 분리되도록 하고, 분리되지 않은 S 편광과 광에 포함된 P 편광을 투과시킨다.

여기서, 제1라이트 가이드(100)는 상기와 같이 분리되지 않은 S 편광이 반사되어 연속적으로 분리되도록 길이 방향을 따라 복수개로 설치된다.

그에 따라, 제1라이트 가이드(100)는 소정의 길이를 가지며 설치되는데, 이러한 제1라이트 가이드(100)의 총 길이는 제1라이트 가이드(100)를 통해 반사된 S 편광의 반사 경로 상에 구비되어 S 편광만을 투과시키는 제1편광 렌즈(200)의 길이와 대응되는 길이로 형성된다.

바람직하게는, 제1라이트 가이드(100)는 제1편광 렌즈(200)의 길이 내에서 소정의 간격을 가지며 20개로 설치되며, 더 바람직하게는 S 편광에 대한 분리를 위하여 20개 이상으로 설치될 수도 있다.

즉, 복수개의 제1라이트 가이드(100)를 통해 입사되는 광에 포함된 S 편광을 연속적으로 반사시키게 되면, 결국 남은 S 편광은 거의 없어지고 제2라이트 가이드(300)로 투과되는 광은 대부분 P 편광만 남게 되는데, 이때 하나의 제1라이트 가이드(100) 의해 반사되어 분리되는 S 편광의 양은 일반적으로 약 15%가 된다.

그에 따라, 예를 들어 광원(10)에서 입사되는 광의 최초 광량을 100이라고 가정하면, 하나의 제1라이트 가이드(100)에 의한 1차 편광 분리 과정을 통해 남은 S 편광 성향을 가진 광의 양은 85가 되고, 두번째 제1라이트 가이드(100')에 의한 2차 편광 분리 과정을 통해 남은 S 편광 성향을 가진 광의 양은 85*0.85 가 된다.

만일, 20개의 제1라이트 가이드(100)가 설치되어 편광 분리 과정이 20회 반복되게 되면, 나머지 S 편광은 3%로 불과해진다.

그에 따라, 본 실시예에서는 소정의 간격을 가진 제1라이트 가이드(100)가 20개 설치되어 20번에 이르는 편광 분리 과정을 통해 난해하게 반사 및 굴절되는 광을 제거할 수 있고, 결과적으로는 제1라이트 가이드(100)가 97%에 해당하는 S 편광 빛을 반사시켜 제1편광 렌즈(200)를 통해 전방으로 퍼지게 할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 제1라이트 가이드(100)는 광의 입사 방향에 대하여 브루스터 각(brewster's angle)으로 비스듬하게 설치된다.

일반적으로, 대다수의 광원(10)의 통로가 되는 라이트 파이프의 재질은 PMMA(Polymethyl-Methacrylate)이며, 상기와 같은 PMMA 재질의 굴절률은 1.49이고, 공기의 굴절률은 1이다.

여기서, 브루스터각 법칙이 적용되기 위해서는 도 2에서의 a의 각도와 b의 각도의 합이 90도가 되어야 하며, 상기와 같은 조건을 "sinθ1/sin θ2 = n2/n1" 이라는 스넬의 법칙에 적용하여 방적식을 만들어보면, "sin(90-a)/sin(90-b) = n2/n1 = 1.49/1"가 된다.

이때, 브루스터각 법칙에 따라 "a + b = 90, a =90 - b"를 적용하면, "sin(90-(90-b)/sin(90-b) = sinb/sin(90-b) = 1.49"이므로 이를 만족한 b의 값은 0.98rad, 즉 56.2도 이며, 따라서 a 값은 33.8도가 된다.

결국, 복수개의 제1라이트 가이드(100)는 1차 편광 분리 및 2차 편광 분리 과정이 연이어 진행되면서 그 각도는 상기와 동일하게 진행되며, 그에 따라 하나의 제1라이트 가이드(100)를 투과하며 굴절된 나머지 S 편광이 이어지는 제1라이트 가이드(100)에 연속적으로 투과되도록 도 3에 도시된 바와 같이 제1라이트 가이드(100)는 광원(10)으로부터 하향 경사지는 형태로 복수개 설치된다.

그에 따라, 복수의 제1라이트 가이드(100)에 의해 반사되는 각각의 S 편광은 제1편광 렌즈(200)를 통해 전방으로 퍼지게 되며, 이러한 제1편광 렌즈(200)는 S 편광만을 투과시키기 때문에, 헤드램프에서 균일한 점등이미지를 획득할 수 있다.

여기서, 제1라이트 가이드(100)는 S 편광의 투과 시 굴절되어 S 편광이 지나가지 않은 영역의 삭제가 가능할 수 있다.

즉, 전술된 바와 같이 비스듬하게 설치된 제1라이트 가이드(100)를 향하여 33.8도 각도로 들어온 광이 56.2도 각도로 꺾여 나갈 때, 광이 지나가지 않는 영역은 삭제가 가능할 수 있다,

다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이 광이 복수의 제1라이트 가이드(100)에 투과되면 될수록 아래 방향으로 내려가기 때문에, 그에 따라 광이 지나가지 않는 박스로 표시된 영역은 삭제될 수 있으며, 이를 통해 LED로 형성된 광원(10)을 절감할 수 있고, 또한 원가 절감을 가능하게 할 수 있다.
부연하면, 상기 제1라이트 가이드(100)가 비스듬하게 배열된 상태에서 제1라이트 가이드(100)의 영역 중, S 편광의 투과 시 굴절되어 S 편광이 지나가지 않은 영역인 후방 영역은 삭제가 가능한 영역으로 형성된다.

한편, 본 실시예에 따른 제2라이트 가이드(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1라이트 가이드를 투과한 P 편광을 반사시키며, 제2편광 렌즈(400)는 이러한 제2라이트 가이드(300)를 통해 반사된 P 편광의 반사 경로 상에 구비되어 P 편광만을 투과시킨다.

즉, 전술된 바와 같이 복수의 제1라이트 가이드(100)를 통해 20번에 이르는 편광 분리 과정 중에 P 편광은 100% 남아있게 되므로, 제2라이트 가이드(300)는 이러한 P 편광이 전반사될 수 있도록 소정의 설치각을 가지며 설치되어 P 편광을 제2편광 렌즈(400)를 통해 전방으로 퍼지게 할 수 있다.

여기서, 제2라이트 가이드(300)는 PMMA로 이루어지며, 이러한 PMMA 재질의 굴절률은 1.49이고, 공기의 굴절률은 1이기 때문에, 전술된 스넬의 법칙에 의해 "sin90/sin(임계각) = 1.49/1"을 적용하면, 임계각은 약41.8도 이다.

그에 따라, 제2라이트 가이드(300)는 약 41.8도 이상의 입사각을 가지면 전반사 원리를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 1.2도의 여유를 두어 입사각을 43도로 설정할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 제2라이트 가이드(300)는 상기와 같은 입사각을 가지도록 설치되어 복수개의 제1라이트 가이드(100)를 거치는 편광 분리 과정에서 남은 P 편광이 제2편광 렌즈(400)로 전반사되도록 할 수 있으며, 그에 따라 균일한 점등이미지를 획득할 수 있는 효과를 갖는다.

결과적으로, 본 실시예에 따른 헤드램프용 라이트 가이드 장치는 복수개의 제1라이트 가이드(100)를 통해 반사되는 S 편광을 전방으로 퍼지게 함과 동시에, 복수개의 제1라이트 가이드(100)를 투과한 P 편광을 제2라이트 가이드(300)를 통해 제2편광 렌즈(400)로 전반사되도록 하여 P 편광이 전방으로 퍼지게 함으로써, 광원(10)으로부터 입사되는 모든 광이 배광에 사용되도록 할 수 있어 효과적으로 광효율을 증대시킬 수 있다.

본 발명은, 브루스터 각(brewster's angle)을 이용하여 광원의 빛을 편광 방향의 종류에 따라 분리시켜 각각의 편광 렌즈를 통해 출력되도록 함으로써, 난해하게 반사 및 굴절되는 빛을 제거할 수 있고, 그에 따라 균일한 점등이미지를 획득할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 반사 및 굴절되는 빛을 제거하여 광원으로부터 입사되는 모든 빛이 배광에 사용되도록 할 수 있기 때문에, 광효율을 증대시킬 수 있고, 이를 통해 LED 절감 및 원가 절감을 가능하게 하는 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

10 : 광원 100 : 제1라이트 가이드
200 : 제1편광 렌즈 300 : 제2라이트 가이드
400 : 제2편광 렌즈

Claims (6)

1. 광원으로부터 입사되는 광의 S 편광을 반사시켜 S 편광이 분리되도록 하고, 분리되지 않은 S 편광과 P 편광을 투과시키는 제1라이트 가이드;
   상기 제1라이트 가이드를 통해 반사된 S 편광의 반사 경로 상에 구비되며, S 편광만을 투과시키는 제1편광 렌즈;
   상기 제1라이트 가이드를 투과한 P 편광을 반사시키는 제2라이트 가이드; 및
   상기 제2라이트 가이드를 통해 반사된 P 편광의 반사 경로 상에 구비되며, P 편광만을 투과시키는 제2편광 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 라이트 가이드 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1라이트 가이드는,
   분리되지 않은 S 편광이 반사되어 연속적으로 분리되도록 길이 방향을 따라 복수개로 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 라이트 가이드 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1라이트 가이드는,
   광의 입사 방향에 대하여 브루스터 각(brewster's angle)으로 비스듬하게 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 라이트 가이드 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1라이트 가이드는,
   S 편광의 투과에 따른 굴절에 대응하도록 상기 광원으로부터 하향 경사지는 형태로 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 라이트 가이드 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1라이트 가이드의 영역 중,
   S 편광의 투과 시 굴절되어 S 편광이 지나가지 않은 영역인 후방 영역은 삭제가 가능한 영역으로 형성된 것을 특징으로 하는 헤드램프용 라이트 가이드 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2라이트 가이드는,
   상기 제1라이트 가이드를 투과한 P 편광이 기설정된 입사각으로 입사되어 전반사되도록 비스듬하게 설치되는 것을 특징으로 하는 헤드램프용 라이트 가이드 장치.

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