KR101950749B1 - 차량 전조등용 렌즈 - Google Patents

Abstract

간단한 구조로 광원에서 나온 빛을 고효율로 한 점으로 모으는 차량 전조등용 렌즈 및 상향등 빛과 하향등 빛 사이에 암부를 발생시키지 않고 상향등과 하향등 기능을 동시에 구현하는 차량 전조등용 렌즈가 개시된다.
본 발명의 일 양상에 따른 차량 전조등용 렌즈는, 전조등 램프에서 나온 빛을 굴절시켜 출력하는 것으로서 입사부, 평행광 변환부, 집광부를 포함한다. 입사부에서는 광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사된다. 평행광 변환부는 상기 입사부에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 진행하도록 하는 제1반사면으로 이루어진다. 집광부는 상기 평행광 변환부에서 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면을 구비한다.

Description

차량 전조등용 렌즈{Lens for head lamp of vehicle}

본 발명은 차량 전조등용 렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 전방에 부착되어 앞을 비추는 전조등에 사용되는 렌즈에 관한 것이다.

차량 전조등은 자동차의 앞에 부착되어, 밤에 주행할 때 앞을 환하게 비추기 위해 설치된 전등을 말한다. 이러한 차량 전조등은 광선을 아래쪽으로 비추는 하향등(low beam) 기능과 위쪽으로 비추는 상향등 기능을 갖추고 있다. 그리고 전조등에 사용되는 램프의 종류로는 할로겐램프, HID램프, LED램프 등이 있다.

일반적으로 차량 전조등은 도 1에 도시된 것과 같이, 전방으로 빛을 평행하게 조사하는 기능을 하는 비구면 렌즈(1)를 구비한다. 램프에서 나온 빛이 이 비구면 렌즈(1)로부터 초점거리(L)만큼 이격된 지점을 통과 시 비구면 렌즈(1)의 중심선(CL) 하부를 지나가게 되면, 빛은 비구면 렌즈(1)에서 굴절되어 전방 상부를 비춤으로써 상향등 기능을 하게 된다. 반대로 빛이 비구면 렌즈(1)의 중심선(CL) 상부를 지나가게 되면, 빛은 전방 하부를 비춤으로써 하향등 기능을 하게 된다.

종래의 차량 전조등은 도 2에 도시된 것과 같이 상향등과 하향등 사이에 고정형 실드(2)를 삽입시켜 하향등 기능을 하는 빛과 상향등 기능을 하는 빛이 분별되도록 하였다. 그런데 이와 같이 고정형 실드(2)를 사용하는 경우, 아무리 얇은 실드를 사용한다고 하더라도 실드의 두께에 의해 상향등 빛과 하향등 빛 사이에 암부가 발생하게 된다.

또한, 도 3에 도시된 것과 같이 실드(2)가 회전하는 방식의 차량 전조등은 상향등 빛과 하향등 빛 사이에 암부가 발생하는 문제는 해결할 수 있지만, 실드를 회전시키야 하므로 구조가 복잡하고 비용이 증가한다는 문제가 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2016-0054984호(2016. 05. 17.)

본 발명은 간단한 구조로 광원에서 나온 빛을 고효율로 한 점으로 모으는 차량 전조등용 렌즈를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 간단한 구조로 상향등 빛과 하향등 빛 사이에 암부를 발생시키지 않고 상향등, 하향등 기능을 동시에 구현하는 차량 전조등용 렌즈를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차량 전조등용 렌즈는, 전조등 램프에서 나온 빛을 굴절시켜 출력하는 것으로서 입사부, 평행광 변환부, 집광부를 포함한다. 입사부에서는 광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사된다. 평행광 변환부는 상기 입사부에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 진행하도록 하는 제1반사면으로 이루어진다. 집광부는 상기 평행광 변환부에서 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면을 구비한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 제2반사면은 포물면으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 집광부에 연결되되 빛을 전반사하여 빛이 투과되지 않게 하는 제3반사면을 구비한 실드부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 실드부에 연결되되 상기 한 점과 초점거리만큼 이격되어 상기 한 점을 통과한 빛이 평행하게 출력되도록 하는 비구면 렌즈부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 집광부의 하부에 돌출되게 형성되어, 입사된 빛이 상기 비구면 렌즈부로 입사되어 출력되게 하되 빛이 상기 비구면 렌즈부에서 초점거리만큼 이격된 지점을 통과 시 상기 비구면 렌즈부의 중심선 하부를 통과하게 하는 보조렌즈부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사되는 입사부, 상기 입사부에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 나아가도록 하는 제1반사면으로 이루어진 평행광 변환부, 상기 평행광 변환부에서 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면을 구비하는 집광부 및 상기 집광부에 연결되되 빛을 전반사하여 빛이 투과되지 않게 하는 제3반사면을 구비한 실드부를 포함하여 이루어진 하향등 렌즈; 상기 하향등 렌즈에 대칭되게 형성되며 제3반사면이 상기 하향등 렌즈의 제3반사면과 접하게 이루어진 상향등 렌즈; 상기 하향등 렌즈 또는 상기 상향등 렌즈 중 어느 하나의 집광부에 연결되되 상기 한 점과 초점거리만큼 이격되어 상기 한 점을 통과한 빛이 평행하게 출력되도록 하는 비구면 렌즈부; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량 전조등용 렌즈는 구조가 간단하여 저렴하면서도 상향등 빛과 하향등의 기능을 동시에 구현하며 빛 사이에 암부가 발생하지 않도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량 전조등용 렌즈는 광원에서 나온 빛이 대부분 전방으로 조사되게 하므로 높은 광효율을 갖는다.

도 1은 차량의 전조등 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 차량 전조등용 렌즈의 구조도이다.
도 3은 또 다른 종래 기술에 따른 차량 전조등용 렌즈의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 단면 및 빛의 진행 경로를 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 차량 전조등용 렌즈의 후면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 차량 전조등용 렌즈의 단면 및 빛의 진행 경로를 도시한 그림이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 단면 및 빛의 진행 경로를 도시한 그림이다.
도 12는 도 11에 도시된 차량 전조등용 렌즈를 이용하여 전방을 비춘 모습을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 단면도이다.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 후술하는 실시 예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 대응되는 구성 요소들은 동일한 번호로 참조된다. 또한, 구성요소들의 형상이나 크기 등은 실제보다 과장될 수 있다. 그리고 관련된 공지 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 생각되는 경우 그 공지 기술에 대한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 단면 및 빛의 진행 경로를 도시한 그림이다.

도 4에 도시된 것과 같이, 차량 전조등용 렌즈(10)는 전조등 램프에서 나온 빛을 굴절시켜 출력하는 것으로서 입사부(11), 평행광 변환부(12), 집광부(13)를 포함한다.

입사부(11)에서는 광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사된다. 입사부는 광원에서 방사된 광선이 최대한 입사될 수 있도록 광원을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.

평행광 변환부(12)는 입사부에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 진행하도록 하는 제1반사면(12a)으로 이루어진다. 따라서 제1반사면(12a)에서 반사된 빛은 평행하게 진행된다(도 4에서 실선으로 표시된 광선 참조).

집광부(13)는 평행광 변환부(12)에서 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면(13a)을 구비한다. 제2반사면(13a)은 포물면으로 이루어져 이와 같은 기능을 할 수 있다. 전반사란 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 향해 빛이 입사할 때, 빛이 굴절하지 않고 전부 반사되는 현상을 말한다. 일반적으로 차량 전조등용 렌즈는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)나 폴리메타크릴산메틸(Polymethylmethacrylate, PMMA)과 같은 플라스틱으로 만드는데 해당 플라스틱의 굴절률은 1.49~1.59이며 공기의 굴절률은 1이다. 따라서 빛이 제2반사면(13a)에 특정 임계각(40~43˚)이상으로 입사되면 빛은 공기로 투과되지 못하고 제2반사면(13a)에서 모두 반사가 되게 된다. 이와 같이 제2반사면(13a)에서 모두 반사가 된 빛은 포물면 특성에 의해 한 점에 모이게 된다.

제2반사면(13a)을 측면에서 보았을 때는 포물선 모양이지만, 위에서 보았을 때는 광원의 배치에 따라 곡선이 될 수도 있고 직선이 될 수도 있다. 위와 같이 제2반사면을 직선으로 하거나 곡선으로 하여 모든 빛이 하나의 초점을 통과하게 할 수도 있으며 좌우 확산 광을 위해 서로 다른 초점 또는 평행광으로 빛을 조사할 수도 있다. 도 5에는 3개의 광원(S)을 가지며, 3개의 광원(S)에서 나온 빛이 하나의 초점을 통과하고 있는 것이, 도 6에는 3개의 광원(S)을 가지며 3개의 광원(S)에서 나온 빛이 서로 다른 초점을 갖는 것이, 도 7에는 3개의 광원(S)을 가지며 3개의 광원(S)에서 나온 빛이 평행하게 조사되도록 형성된 형성된 차량 전조등용 램프의 평면도가 개시되어 있다.

전술한 바와 같이 이루어진 차량 전조등용 렌즈(10)는 자동차의 광원에서 나온 빛을 전반사시켜 한 점에 모이게 하여, 대부분의 빛이 전방으로 조사되게 하므로 광효율이 높다는 장점이 있다.

한편, 차량 전조등용 렌즈(10)는 집광부(13)에 연결되되 빛을 전반사하여 빛이 투과되지 않게 하는 제3반사면(14a)을 구비한 실드부(14)를 더 포함할 수 있다. 광원이 이상적인 점광원인 경우에는 광원에서 나온 모든 광선이 평행광 변환부(12)에서 평행광으로 변한 후 제2반사면(13a)에서 전반사되어 한 점에 모이게 되나, 램프는 이상적인 점광원이 아니므로 램프에서 나온 모든 빛이 평행광 변환부(12)에서 평행광으로 변환되지는 않는다. 따라서 일부 광선들은 다른 광선들처럼 제2반사면(13a)에서 반사된 후 한 점에 모이는 것이 아니라, 제2반사면(13a)에서 반사된 후 한 점과 다른 곳으로 나아가게 된다(도 4에서 점선으로 도시된 광원). 차량 전조등용 렌즈가 제3반사면(14a)을 구비한 실드부(14)를 더 포함하는 경우에는 이와 같은 광원도 제3반사면(14a)에서 전반사되어 전방을 향해 나아가게 함으로써, 빛이 공기로 투과되어 소실되는 것을 막아준다. 그렇게 하여 광효율을 극대화함으로써, 적은 광량의 광원으로도 전방을 환히 비출 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 차량 전조등용 렌즈의 후면도이며, 도 10은 도 8에 도시된 차량 전조등용 렌즈의 단면 및 빛의 진행 경로를 도시한 그림이다.

도 8 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 차량 전조등용 렌즈(20)는 입사부(21), 평행광 변환부(22), 집광부(23), 실드부(24) 뿐만 아니라 실드부(24)에 연결되되 한 점과 초점거리만큼 이격되어 한 점을 통과한 빛이 평행하게 출력되도록 하는 비구면 렌즈부(25)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 광원에서 나온 빛이 입사부(21)를 통해 내부로 입사된 후 평행광 변환부(22)에서 평행광으로 변하고, 집광부(23)에서 전반사하여 한 점으로 모인 후 비구면 렌즈부(25)를 통해 전방으로 조사됨으로써 상향등 또는 하향등 기능을 하게 된다.

실드부(24)의 모서리(24a)는 직선이 아니라 도 9에 도시된 것과 같이 중심에서 꺽인 형상이 될 수 있다. 하향등과 상향등의 경계선이 이 실드부(24)의 모서리(24a) 형상에 따라 형성되게 된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 단면 및 빛의 진행 경로를 도시한 그림이고, 도 12는 도 11에 도시된 차량 전조등용 렌즈를 이용하여 전방을 비춘 모습을 도시한 것이다.

도 11 내지 도 12를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 차량 전조등용 렌즈(30)는 입사부(31), 평행광 변환부(32), 집광부(33), 실드부(34), 비구면 렌즈부(35) 뿐만 집광부(33)의 하부에 돌출되게 형성되어, 입사된 빛이 비구면 렌즈부(35)로 입사되어 출력되게 하되 빛이 비구면 렌즈부(35)에서 초점거리만큼 이격된 지점을 통과 시 비구면 렌즈부의 중심선(CL) 하부를 통과하게 하는 보조렌즈부(36)를 더 포함할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이 램프는 이상적인 점광원이 아니므로 램프에서 나온 모든 빛이 평행광 변환부(32)에서 평행광으로 변환되지는 않는다. 따라서 일부 광선들은 다른 광선들과 달리 제2반사면(33)에서 전반사가 이루어지지 않고 공기로 투과하게 된다. 그런데, 보조렌즈부(36)를 더 구비하는 경우 이러한 광선을 보조렌즈부(36)에서 반사시킨 후 비구면 렌즈부(35)의 중심선 하부를 통과하게 할 수 있다. 이러한 광선은 하향등 빛의 상부로 조사되게 되어 도로 표지판을 조사하게 된다(도 12 참조). 따라서 본 발명에 따르면, 별도의 광 조사장치 없이도 야간에 운전자가 도로 표지판을 선명하게 확인할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량 전조등용 렌즈의 단면도이다.

도 13을 참조하여 설명하면, 차량 전조등용 렌즈(100)는 광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사되는 입사부(41), 입사부(41)에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 나아가도록 하는 제1반사면으로 이루어진 평행광 변환부(42), 평행광 변환부(42)에서 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면을 구비하는 집광부(43) 및 집광부(43)에 연결되되 빛을 전반사하여 빛이 투과되지 않게 하는 제3반사면을 구비한 실드부(44)를 포함하여 이루어진 하향등 렌즈(40)와, 하향등 렌즈(40)에 대칭되게 형성되며 제3반사면이 하향등 렌즈의 제3반사면과 접하게 이루어진 상향등 렌즈(50), 하향등 렌즈 또는 상기 상향등 렌즈 중 어느 하나의 집광부에 연결되되 한 점과 초점거리만큼 이격되어 한 점을 통과한 빛이 평행하게 출력되도록 하는 비구면 렌즈부(60)를 포함할 수 있다.

이 경우, 상향등 렌즈(50)의 제3반사면과 하향등 렌즈(40)의 제3반사면 사이에 공극(Air Gap)이 존재하여 하향등 렌즈(40)의 빛이 상향등 렌즈(50) 영역으로 투과되지 않고 상향등 렌즈(50)의 빛이 하향등 렌즈(40) 영역으로 투과되지 않게 된다. 따라서, 별도의 실드가 없더라도 상향등의 빛과 하향등의 빛이 분별되므로, 상향등의 빛과 하향등의 빛 사이에 암부가 발생하지 않게 된다. 이와 같이 본 발명에 따르면 실드를 회전시키는 방식과 같은 복잡한 구조 없이도 암부가 발생하는 것을 막을 수 있으며, 상향등 렌즈의 광원과 하향등 렌즈의 광원으로부터 나온 빛이 공기 중으로 투과되어 소실되어는 것을 막음으로써 작은 광량으로도 전방을 환하게 비출 수 있게 된다. 즉, 광효율이 극대화된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10, 20, 30, 100: 차량 전조등용 렌즈
11, 21, 31, 41: 입사부
12, 22, 32, 42: 평행광 변환부
13, 23, 33, 43: 집광부
14, 24, 34, 44: 실드부
40: 상향등 렌즈
50: 하향등 렌즈
25, 35, 60: 비구면 렌즈부
36: 보조렌즈부
12a: 제1반사면
13a: 제2반사면
14a: 제3반사면
S: 광원
CL: 중심선

Claims (6)

1. 전조등 램프에서 나온 빛을 굴절시켜 출력하는 차량 전조등용 렌즈에 있어서,
   광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사되는 입사부;
   상기 입사부에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 진행하도록 하는 제1반사면으로 이루어진 평행광 변환부;
   상기 평행광 변환부의 제1반사면에서 반사되어 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면을 구비하는 집광부; 및
   상기 집광부에 연결되되 빛을 전반사하여 빛이 투과되지 않게 하는 제3반사면을 구비한 실드부;
   를 포함하고, 상기 제2반사면은 포물면으로 이루어진 차량 전조등용 렌즈.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 실드부에 연결되되 상기 한 점과 초점거리만큼 이격되어 상기 한 점을 통과한 빛이 평행하게 출력되도록 하는 비구면 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전조등용 렌즈.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 집광부의 하부에 돌출되게 형성되어, 입사된 빛이 상기 비구면 렌즈부로 입사되어 출력되게 하되 빛이 상기 비구면 렌즈부에서 초점거리만큼 이격된 지점을 통과 시 상기 비구면 렌즈부의 중심선 하부를 통과하게 하는 보조렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전조등용 렌즈.
   
6. 광원에서 방사형으로 방출된 광선이 입사되는 입사부, 상기 입사부에서 입사된 광선을 반사하여 광선이 평행하게 나아가도록 하는 제1반사면으로 이루어진 평행광 변환부, 상기 평행광 변환부의 제1반사면에서 반사되어 나온 빛을 전반사시켜 한 점을 지나도록 하는 제2반사면을 구비하는 집광부 및 상기 집광부에 연결되되 빛을 전반사하여 빛이 투과되지 않게 하는 제3반사면을 구비한 실드부를 포함하여 이루어진 하향등 렌즈;
   상기 하향등 렌즈에 대칭되게 형성되며 제3반사면이 상기 하향등 렌즈의 제3반사면과 접하게 이루어진 상향등 렌즈;
   상기 하향등 렌즈 또는 상기 상향등 렌즈 중 어느 하나의 집광부에 연결되되 상기 한 점과 초점거리만큼 이격되어 상기 한 점을 통과한 빛이 평행하게 출력되도록 하는 비구면 렌즈부;
   를 포함하는 차량 전조등용 렌즈.

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