KR101906526B1 - 차량용 조명 장치의 일체형 광학계 - Google Patents

차량용 조명 장치의 일체형 광학계 Download PDF

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Abstract

차량용 조명 장치의 일체형 광학계가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계는, 레이저 광원에서 발산각(divergence angle)을 가지고 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 방출된 레이저 빔을 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시키는 평행부, 상기 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 방출된 레이저 빔 중 상기 평행부로 입사되는 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔을 차단하는 세격부, 상기 평행한 레이저 빔을 반사하여 상기 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 진행 경로를 변경시키는 반사부 및 상기 반사부에서 반사된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 반사된 레이저 빔을 굴절시켜 상기 조명 출사 방향으로 출사시키는 굴절부를 포함한다.

Description

차량용 조명 장치의 일체형 광학계{INTEGRATED OPTICAL SYSTEM OF LIGHTING DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명의 실시예들은 차량용 조명 장치의 광학계와 관련된다.
광원의 발전함에 따라서 차량용 조명 장치도 변화하고 있다. 필라멘트가 있는 램프를 사용하던 자동차용 조명 장치는 LED를 거쳐 반도체 레이저 소자를 광원으로 이용한 차량용 조명 장치로 발전하고 있다.
크기가 작은 반도체 레이저 소자를 광원으로 사용하는 경우, 레이저 빔을 확대 및 지향하기 위해 복잡한 광학계를 구성하여야 하며, 이러한 광학계를 고정하는 지지대가 차지하는 부피가 커지므로 차량용 조명 장치로서의 효용이 떨어지게 된다.
또한, 레이저는 지향성이 우수하지만 휘도가 매우 높아 레이저를 광원으로 이용하는 경우, 주행중인 차량의 진동에 의해 광학계가 뒤틀려 레이저 빔이 후방 차량 운전자의 눈을 직접 향하게 되어 망막이 손상될 수 있으므로, 후방 차량 운전자의 시력을 보호하는 기능이 동반되어야 한다.
그러나, 기존의 레이저 안개등은 프리즘을 이용하여 레이저 빔을 회전 시키거나, 여러 개의 레이저 다이오드를 후방의 한 지점에 비추는 구조로 시인성만 강조하고 있어서 안전성을 확보하고 있지 못하다.
한국등록실용신안공보 제20-0425918호 (2006.09.12. 공고) 한국공개특허공보 제10-2003-0072416호 (2003.09.15. 공개)
본 발명의 실시예들은 레이저 광원을 이용한 차량용 조명 장치의 시인성 및 안전성을 향상시키기 위한 일체형 광학계를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계는, 레이저 광원에서 발산각(divergence angle)을 가지고 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 방출된 레이저 빔을 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시키는 평행부, 상기 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 방출된 레이저 빔 중 상기 평행부로 입사되는 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔을 차단하는 세격부, 상기 평행한 레이저 빔을 반사하여 상기 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 진행 경로를 변경시키는 반사부 및 상기 반사부에서 반사된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 반사된 레이저 빔을 굴절시켜 상기 조명 출사 방향으로 출사시키는 굴절부를 포함한다.
상기 평행부는, 상기 방출된 레이저 빔을 급축(fast axis) 또는 완축(slow axis) 방향으로 굴절시켜 상기 평행한 레이저 빔으로 변환시킬 수 있다.
상기 평행부는, 상기 방출된 레이저 빔의 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 반 원통형 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 세격부는, 검은색 가림막 또는 검은색 물질이 도포될 수 있다.
상기 반사부는, 전반사 프리즘(total reflection prism)으로 구성될 수 있다.
상기 반사부는, 반사면에 고 반사율 물질이 도포 또는 증착될 수 있다.
상기 굴절부는, 구면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계는, 레이저 광원에서 발산각(divergence angle)을 가지고 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 방출된 레이저 빔을 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시키는 평행부, 상기 평행한 레이저 빔을 산란시켜 결맞음 특성을 상실하도록 하는 확산부, 상기 확산부에 의해 결맞음 특성이 상실된 빛을 반사하여 상기 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 진행 경로를 변경시키는 반사부 및 상기 반사부에서 반사된 빛의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 반사된 빛을 굴절시켜 상기 조명 출사 방향으로 출사시키는 굴절부를 포함한다.
상기 평행부는, 상기 방출된 레이저 빔을 급축(fast axis) 또는 완축(slow axis) 방향으로 굴절시켜 상기 평행한 레이저 빔으로 변환시킬 수 있다.
상기 평행부는, 상기 방출된 레이저 빔의 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 반 원통형 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 확산부는, 반사면에 고 반사율을 가지는 확산 소재가 도포될 수 있다.
상기 반사부는, 평면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 반사부는, 반사면에 고 반사율 물질이 도포 또는 증착될 수 있다.
상기 굴절부는, 구면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 차량용 조명 장치에 사용되는 광학계가 별도로 나눠진 렌즈, 프리즘 등의 광학 소자들을 이용하여 일체형으로 제작될 수 있으므로 광학계가 차지하는 부피를 줄여 공간을 효율적으로 사용할 수 있게 되며, 제작 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 차량 주행 중 발생하는 진동에 의한 광학계의 광학 소자간 위치 변동에 따라 수반될 수 있는 후방 차량 운전자의 시력 안전 위협 요인을 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계의 구성도
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계의 구성도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 광학계(100)는 평행부(110), 세격(narrow slit)부(120), 반사부(130) 및 굴절부(140)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 일체형 광학계(100)는 예를 들어, 반도체 레이저 소자와 같은 레이저 광원을 사용하는 차량용 조명 장치에 탑재되어 차량의 후방으로 조명을 방출시키기 위한 것으로, 이때, 차량용 조명 장치는 예를 들어, 레이저 보조 안개등일 수 있다.
평행부(110)는 레이저 광원에서 발산각(divergence angle)을 가지고 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔을 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 평행부(110)는 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔을 급축(fast axis) 또는 완축(slow axis) 방향으로 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 평행부(110)는 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔의 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 반 원통형 렌즈로 구성될 수 있다. 이때, 반 원통형 렌즈는 예를 들어, 입사되는 레이저 빔을 굴절시켜 급축 발산각을 줄임으로써 평행한 레이저 빔으로 만들 수 있다.
한편, 평행부(110)를 구성하는 반 원통형 렌즈는 예를 들어, PMMA(Poly(methylmethacrylate))로 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 요구에 따라 다양한 물질을 이용하여 제조될 수 있다.
한편, 레이저 광원에서 방출되어 빠르게 퍼지는 레이저 빔은 평행부(110)에서 평행한 레이저 빔으로 변환됨으로써 원하지 않는 방향으로 나가는 레이저를 줄일 수 있으며, 이는 원하는 배광 분포를 구성하기 위한 토대가 될 수 있다.
세격부(120)는 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔 중 평행부(110)로 입사되는 레이저 빔을 제외한 나머지 레이저 빔을 차단한다.
구체적으로, 세격부(120)는 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔이 필요 이상으로 발산하는 경우에 방출된 레이저 빔 중 배광 분포를 구성하는 레이저 빔 외의 산란된 레이저 빔을 차단할 수 있다. 이때, 산란된 레이저 빔을 차단하기 위해 세격부(110)는 예를 들어, 검정색 가림막 또는 물질로 도포될 수 있다.
반사부(130)는 평행부(110)에 의해 변환된 평행한 레이저 빔을 반사하여 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 진행 경로를 변경시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사부(130)는 전반사 프리즘(total refection prism)으로 구성될 수 있다. 이때, 프리즘은 예를 들어, PMMA로 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 요구에 따라 다양한 물질을 이용하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사부(130)는 반사면에 고 반사율 물질이 도포 또는 증착될 수 있다. 이때, 도포 또는 증착되는 물질은 예를 들어, 90% 이상의 반사율을 가지는 물질이 이용될 수 있다.
굴절부(140)는 반사부(130)에 의해 반사된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 반사부(130)에 의해 반사된 레이저 빔을 굴절시켜 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 출사시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 굴절부(140)는 예를 들어, 구면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있으며, 반사부(130)에 의해 반사된 레이저 빔의 완축 방향 발산각을 줄여 노면에 일정 폭의 배광 분포를 형성시킬 수 있다.
한편, 굴절부(140)를 구성하는 렌즈는 예를 들어, PMMA로 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 요구에 따라 다양한 물질을 이용하여 제조될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 조명 장치의 일체형 광학계의 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 광학계(200)는 평행부(210), 확산부(220), 반사부(230) 및 굴절부(240)를 포함한다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 차량 조명용 일체형 광학계(200)는 예를 들어, 반도체 레이저 소자와 같은 레이저 광원을 사용하는 차량용 조명 장치에 탑재되어 차량의 전방 또는 후방으로 조명을 방출시키기 위한 것으로, 이때, 차량용 조명 장치는 예를 들어, 레이저 안개등일 수 있다.
평행부(210)는 레이저 광원에서 발산각을 가지고 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔을 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 평행부(210)는 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔을 급축 또는 완축 방향으로 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 평행부(210)는 레이저 광원에서 방출된 레이저 빔의 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 반 원통형 렌즈로 구성될 수 있다. 이때, 반 원통형 렌즈는 예를 들어, 입사되는 레이저 빔을 굴절시켜 급축 발산각을 줄임으로써 평행한 레이저 빔으로 만들 수 있다.
한편, 평행부(210)를 구성하는 반 원통형 렌즈는 예를 들어, PMMA로 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 요구에 따라 다양한 물질을 이용하여 제조될 수 있다.
확산부(220)는 평행부(210)에 의해 변환된 평행한 레이저 빔을 산란시켜 결맞음(coherence) 특성을 상실하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 확산부(220)는 반사면에 확산 소재가 도포될 수 있으며, 평행부(210)에 의해 변환된 평행한 레이저 빔은 확산 소재에 의해 연속 산란 후 결맞음 특성을 상실하게 된다. 이에 따라, 일체형 광학계(200)를 통해 방출되는 빛은 결맞음 특성이 사라지게 되므로, 후방 차량 운전자의 눈에 직접 입사되어도 안전하게 된다.
한편, 확산 소재는 예를 들어, 황산바륨(BaSO4)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 높은 반사율을 가지며, 레이저 빔의 결맞음 특성을 상실시킬 수 있는 다양한 물질이 이용될 수 있다.
반사부(230)는 확산부(220)에 의해 결맞음 특성이 상실된 빛을 반사하여 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 진행 경로를 변경시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사부(230)의 반사면은 평면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있으며, 이에 따라 법적인 요건을 충족하는 배광 분포를 형성시킬 수 있다. 이때, 렌즈는 예를 들어, PMMA로 제조될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 요구에 따라 다양한 물질을 이용하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사부(230)의 반사면에는 반사율이 높은 물질이 도포 또는 증착될 수 있다.
굴절부(240)는 반사부(230)에서 반사된 빛의 진행 경로 상에 배치되며, 반사부(230)에 의해 반사된 빛을 굴절시켜 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 출사시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 굴절부(240)는 예를 들어, 구면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있으며, 반사부(230)에 의해 반사된 빛을 굴절시켜 최종 배광 분포를 형성시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200: 차량용 조명 장치의 일체형 광학계
110, 210: 평행부
120: 세격부
130, 230: 반사부
140, 240: 굴절부
220: 확산부

Claims (14)

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  8. 차량용 조명 장치의 일체형 광학계에 있어서,
    레이저 광원에서 발산각(divergence angle)을 가지고 방출된 레이저 빔의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 방출된 레이저 빔을 굴절시켜 평행한 레이저 빔으로 변환시키는 평행부;
    상기 평행한 레이저 빔을 산란시켜 결맞음 특성을 상실하도록 하는 확산부;
    상기 확산부에 의해 결맞음 특성이 상실된 빛을 반사하여 상기 차량용 조명 장치의 조명 출사 방향으로 진행 경로를 변경시키는 반사부; 및
    상기 반사부에서 반사된 빛의 진행 경로 상에 배치되며, 상기 반사된 빛을 굴절시켜 상기 조명 출사 방향으로 출사시키는 굴절부를 포함하는 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 평행부는, 상기 방출된 레이저 빔을 급축(fast axis) 또는 완축(slow axis) 방향으로 굴절시켜 상기 평행한 레이저 빔으로 변환시키는 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 평행부는, 상기 방출된 레이저 빔의 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 반 원통형 렌즈로 구성되는 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 확산부는, 반사면에 고 반사율을 가지는 확산 소재가 도포된 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 반사부는, 평면 또는 비구면 렌즈로 구성되는 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 반사부는, 반사면에 고 반사율 물질이 도포 또는 증착된 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 굴절부는, 구면 또는 비구면 렌즈로 구성되는 차량용 조명 장치의 일체형 광학계.

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