KR102495169B1 - 차량용 광학계 및 이를 이용한 차량용 램프 - Google Patents

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    • F21W2102/10—Arrangement or contour of the emitted light

Abstract

본 발명은 광학계에 관한 것으로, 복수의 렌즈를 포함하고, 수평 방향과 수직 방향의 화각 비율이 서로 상이하고, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이하며, 수평 방향 또는 수직 방향에 있어서, 하나의 방향에서는 역 망원 타입으로 형성되고, 다른 방향에서는 망원 타입으로 형성되는 것을 특징으로 함으로써 정사각형의 광원에 따른 빔 패턴을 차량 광원에 적합한 좌우확장된 형태로 변화시킬 수 있다.

Description

차량용 광학계 및 이를 이용한 차량용 램프{Optical system for vehicles and vehicle lamp using the same}
본 발명은 차량용 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 패턴이 좌우확장되는 차량용 광학계 및 이를 이용한 차량용 램프에 관한 것이다.
일반적으로, 차량은 야간 주행 시에 차량 주변에 위치한 대상물을 용이하게 확인하기 위한 조명 기능 및 다른 차량이나 도로 이용자들에게 차량의 주행 상태를 알리기 위한 신호 기능을 가지는 다양한 종류의 램프를 구비하고 있다.
예를 들어, 주로 조명 기능을 목적으로 하는 헤드 램프(Head lamp) 및 포그 램프(Fog lamp)와, 신호 기능을 목적으로 하는 턴 시그널 램프(Turn signal lamp), 테일 램프(Tail lamp), 브레이크 램프(Brake lamp), 사이드 마커(Side Marker) 등을 구비하고 있으며, 이러한 차량용 램프는 각 기능을 충분히 발휘하도록 그 설치 기준과 규격에 대해서 법규로 규정되어 있다.
차량용 램프들 중, 헤드 램프는 야간과 같이 주변 환경이 어두운 상황에서 차량을 주행하는 경우, 운전자의 전방 시야가 확보되도록 로우 빔 패턴이나 하이 빔 패턴을 형성하는 것으로서, 안전 운행을 하는데 있어 매우 중요한 역할을 하고 있다.
이러한 헤드 램프는, 반대 방향으로 주행하는 대향 차량의 운전자 또는 선행 차량 운전자에게 눈부심 유발을 예방하도록 평상 시에는 주로 로우 빔 패턴을 유지하고, 고속 주행 시 또는 주변 밝기가 어두운 곳을 운행하는 경우에는 필요에 따라 하이 빔 패턴을 형성하여 안전운전을 도모하도록 하고 있다.
그런데, 대향 차량 또는 선행 차량을 인지하지 못한 상태에서 하이 빔 패턴을 형성하고 주행하는 경우가 있으며, 이의 경우 대향 차량 운전자 또는 선행 차량 운전자에게 눈부심을 유발시킴으로써, 안전사고의 우려가 큰 문제점이 있다.
이에, 최근에는 하이 빔 패턴을 형성한 상태로 주행 중에, 대향 차량 또는 선행 차량이 감지되면, 램프의 광 조명 각도, 밝기, 폭 및 길이 등을 자동으로 조정함으로써, 대향 차량 또는 선행 차량 운전자에게 눈부심을 유발시키지 않도록 하는 ADB(Adaptive Driving Beam) 헤드 램프, 즉 적응형 헤드 램프가 제공되고 있다.
적응형 헤드 램프는 복수의 광원들을 선택적으로 점등 또는 소등시킴으로써, 대향 차량 또는 선행 차량이 위치하는 공간에 암영대가 형성되도록 하는데, 이를 구현하기 위하여, 복수의 엘이디로 구성된다.
복수의 엘이디로 구성되는 빔은 엘이디의 정사각형 형태에 따라 빛이 맺히는 이미지 픽셀 또한 정사각형으로 형성되는데, 이를 차량에 적합한 형태로 변형시킬 필요가 있다.
한국공개특허 제10-2017-0099135호
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는, 광학 패턴이 좌우확장되는 차량용 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는, 광학 패턴이 좌우확장되는 차량용 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 복수의 렌즈를 포함하고, 수평 방향과 수직 방향의 화각 비율이 서로 상이하고, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이하며, 수평 방향 또는 수직 방향에 있어서, 하나의 방향에서는 역 망원 타입으로 형성되고, 다른 방향에서는 망원 타입으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 수평 방향 화각 대 수직 방향 화각 비율이 1:1 초과 4:1 이하일 수 있다.
또한, 상기 광학계의 하나 이상의 면은, 수직 방향으로 볼록하고 수평 방향으로 오목하거나, 수직 방향으로 오목하고 수평 방향으로 볼록한 saddle 형태일 수 있다.
또한, 하기 조건식을 만족하거나,
[조건식]
Figure 112017131220416-pat00001
(Fx: 광학계의 수평 방향 전체 유효초점거리, Fy: 광학계의 수직 방향 전체 유효초점거리)
하기 조건식을 만족하거나,
[조건식]
Figure 112017131220416-pat00002
(fx: 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 제외한 렌즈들의 수평 방향 유효초점거리, Fx: 광학계의 수평 방향 전체 유효초점거리)
하기 조건식을 만족하거나,
[조건식]
Figure 112017131220416-pat00003
(fy: 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 제외한 렌즈들의 수직 방향 유효초점거리, Fy: 광학계의 수직 방향 전체 유효초점거리)
하기 조건식을 만족할 수 있다.
[조건식]
Figure 112017131220416-pat00004
(ffir_x: 광원으로부터 가장 가까운 렌즈의 수평 방향 유효초점거리, ffir_y: 광원으로부터 가장 가까운 렌즈의 렌즈의 수직 방향 유효초점거리)
또한, NA가 0.7 이상이거나, 수평 방향 화각 및 수직 방향 화각이 4도 이상 20 도 이하일 수 있다.
상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 램프는, 광원; 및 복수의 렌즈로 구성되고, 상기 광원으로부터 출사된 빛을 투과하는 광학 렌즈를 포함하고, 상기 광학 렌즈는, 수평 방향과 수직 방향의 화각 비율이 서로 상이하고, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이하며, 수평 방향 또는 수직 방향에 있어서, 하나의 방향에서는 역 망원 타입으로 형성되고, 다른 방향에서는 망원 타입으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광학 렌즈는 NA가 0.7 이상일 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면 정사각형의 광원에 따른 빔 패턴을 차량 광원에 적합한 좌우확장된 형태로 변화시킬 수 있다. 또한, NA가 높은 광학계를 구현하여 광학계의 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 통해 좌우확장되는 빔 패턴을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 수직 방향 및 수평 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 광도 분포를 나타낸 것이다.
도 5, 도 8, 도 11, 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계를 도시한 것이다.
도 6, 도 9, 도 12, 및 도 15은 도 5, 도 8, 도 11, 및 도 14의 실시예에 따른 광학계의 수직 방향 및 수평 방향 단면도이다.
도 7, 도 10, 도 13, 및 도 16는 도 5, 도 8, 도 11, 및 도 14의 실시예에 따른 광학계의 광도 분포를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프를 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
차량에 이용되는 광학계의 경우, 차량 헤드 램프에 사용할 때 차량 전방을 보다 넓게 비추기 위해서는 화각을 높여야 한다. 하지만 이 경우에는 상하로 불필요한 빛이 나가기 때문에 효율이 좋지 않다. 따라서, 차량의 빔패턴을 좌우비율이 상하비율보다 크게 형성하여 화각을 높임과 동시에 효율을 높일 필요가 있다. 기존에는 상하비율보다 좌우비율이 넓은 직사각형 형태를 가지는 빔패턴을 형성하는데 복수의 광원을 겹쳐서 사용하고 있다. 하나의 직사각형 단위 패턴을 만들기 위해서 복수의 광원을 이용하는 것은 비효율적이고 비용이 올라간다. 하지만, 좌우비율을 상하비율보다 큰 좌우확장형 빔 패턴을 형성하도록 하면, 복수의 광원을 겹치지 않고 하나의 광원만으로 직사각형의 빔 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 광원을 효율적으로 사용할 수 있고, 적은 비용으로 필요한 빔 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 차량에서의 빔 패턴, 특히 하이빔에서 중앙의 광도가 중요하다. 중앙에서 일정 이상의 광도를 유지하도록, 굴절력이 큰 광학계를 구현할 필요가 있다.
상기와 같이 차량에 적합한 좌우확장형 형태로 빔 패턴을 형성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계는 복수의 렌즈를 통해 수평 방향(X 축 방향)과 수직 방향(Y 축 방향)의 화각 비율이 서로 상이하도록 구성된다. 도 1과 같이, 광학계(110)는 광원으로부터 가장 가까운 렌즈(113) 오른쪽의 위치에 광원을 위치시키고, 광원에서 빛을 출사하면, 광원에서 출사된 빛은 복수의 렌즈(113 -> 112 -> 111)를 차례로 통과하여, 출사된다. 출사된 빛이 형성하는 빔 패턴이 좌우확장되도록 광학계를 형성하고자 한다.
정방형 광학계를 통과하여 형성되는 빔 패턴이 도 2(A)와 같다면, 좌우확장시키는 광학계를 통과하면, 빔 패턴은 도 2(B)와 같이 형성될 수 있다. 즉, 차량 광학계에서 필요한 좌우비율이 상하비율보다 넓은 빔 패턴을 형성할 수 있다.
수평 방향과 수직 방향의 화각을 다르게 형성되는 아나몰픽(Anamolphic) 광학계를 구현하기 위하여, 수평 방향 또는 수직 방향에 있어서, 하나의 방향에서는 역 망원 타입으로 형성하고, 다른 방향에서는 망원 타입으로 형성한다. 좌우확장형을 구현하기 위해선 수평 방향을 역 망원 타입으로 형성하고, 수직 방향을 망원 타입으로 형성한다. 역 망원 타입(Retro focus Type)은 유효초점거리(EFL, Effective Focal Length)가 후방초점거리(BFL, Back Focal Length)보다 짧은 광학계이고, 망원 타입(Telephoto Type)은 유효초점거리가 후방초점거리보다 긴 광학계인바, 수평 방향은 역 망원 타입으로 형성하고, 수직 방향은 망원 타입으로 형성하여 좌우확장되도록 한다. 이때, 광원측에 위치하는 광원으로부터 가장 가까운 렌즈(113)를 제외한 나머지 렌즈를 1군 렌즈로 보고, 1군 렌즈의 수평 방향으로 유효초점거리가 후방초점거리보다 짧도록 형성하고, 1 군 렌즈의 수직 방향으로 유효초점거리가 후방초점거리보다 길도록 형성할 수 있다.
아나몰픽 광학계를 구현하기 위하여, 광학계의 하나 이상의 면을 수직 방향으로 볼록하고 수평 방향으로 오목하거나, 수직 방향으로 오목하고 수평 방향으로 볼록한 saddle 형태로 구현할 수 있다. 수직 방향으로는 화각을 좁게 하고, 수평 방향 화각을 넓게 하기 위해서, 도 1 광원으로부터 가장 멀리 떨어진 렌즈(111)의 오른쪽 면인 광원으로부터 가장 멀리 떨어진 면을 수직 방향으로는 빛 출사면 방향으로 볼록한 면으로 구성하여 양의 초점거리를 구현하고, Y 방향으로는 빛 출사면 방향으로 오목한 면으로 구성하여 음의 초점거리를 구현할 수 있다. 즉, 수직 방향은 볼록한 형상, 수평 방향은 오목한 형상을 갖는 saddle 면 형태가 되도록 형성할 수 있다.
광원으로부터 가장 멀리 떨어진 면 이외의 다른 광학계의 면들은 볼록으로 형성되거나, 오목으로 형성되거나, saddle 형태로 구현될 수 있다. 렌즈가 3 개 인 경우, 제 1 면은 saddle 형태, 제 3 면은 볼록, 제 5 면은 볼록 제 6 면은 평면으로 형성할 수 있다. 제 6 면은 볼록 또는 오목으로 형성되더라도 평면에 가깝게 형성될 수 있다. 제 2 면 및 제 4 면은 볼록 또는 오목으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여 설명하면, 3개의 렌즈는 제1 렌즈(113), 제2 렌즈(111) 및 제3 렌즈(112)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(113)는 광원에 가장 가까운 렌즈이고, 제2 렌즈(111)는 광원에서 가장 멀리 떨어진 렌즈를 나타낸다.
제3 렌즈(112)의 광 입사면은 제1 방향에서 바라볼 때와 제1 방향에 수직인 제2 방향에서 바라볼 때의 형상이 상이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3 렌즈(112)의 광 입사면은 제1 방향에서 바라볼 때 볼록하게 형성되고, 제2 방향에서 바라볼 때 오목하게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 제3 렌즈(112)의 상면을 바라본 방향을 나타내고, 제2 방향은 제3 렌즈(112)의 측면을 바라본 방향을 나타낸다.
다시 도 1 및 도 2를 설명하면, 좌우확장형에서, 수평 방향 화각 대 수직 방향 화각 비율을 1:1 초과 4:1 이하로 구성할 수 있다. 차량에 적합한 비율로 좌우확장형 빔 패턴을 형성하기 위하여, 1:1 ~ 4:1로 화각 비율을 설정할 수 있다. 차량에 요구되는 스펙이나 기능(function)에 따라 화각 비율은 상기 범위를 넘을 수도 있다. 하이(HIGH)만 구현하는 경우에는 2:1이 최적이며, ADB를 동시에 구현하는 경우에는 4:1 이상이 최적이 될 수도 있다.
이때, 수평 방향 화각 및 수직 방향 화각이 4도 이상 20 도 이하일 수 있다. 차량용 램프에 적용되는 광학계의 경우, 법규에 따라 수평 방향 화각 및 수직 방향 화각이 4도 이상 20 도 이하로 설정되어야 하는바, 법규 기준에 따라 화각을 정할 수 있다.
수평 방향과 수직 방향의 화각을 다르게 형성하기 위하여, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이할 수 있다. 광학계를 구성하는 렌즈 중 일부는 수평 방향 곡률과 수직 방향 곡률이 서로 다르게 형성되어, 서로 다른 초점거리를 가지게 되며, 그에 따라 수평 방향과 수직 방향의 화각을 다르게 형성된다. 따라서, 광학계를 하기의 조건식(수학식1)을 만족하도록 형성할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00005
여기서, Fx는 광학계의 수평 방향 전체 유효초점거리이고, Fy는 광학계의 수직 방향 전체 유효초점거리이다.
또한, 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 제외한 1군 렌즈의 수평 방향 유효초점거리가 후방초점거리보다 짧게 형성하여 역 망원 타입을 형성함과 동시에 1군 렌즈의 수평 방향 유효초점거리가 광학계 수평 방향 전체 유효초점거리와의 비율을 소정의 비율로 형성하기 위하여, 광학계를 하기의 조건식(수학식2)를 만족하도록 형성할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00006
여기서, fx1는 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 제외한 렌즈들의 수평 방향 유효초점거리이다.
수평 방향과 대응되도록 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 제외한 1군 렌즈의 수직 방향 유효초점거리가 후방초점거리보다 길게 형성하여 망원 타입을 형성함과 동시에 1군 렌즈의 수직 방향 유효초점거리가 광학계 수직 방향 전체 유효초점거리와의 비율을 소정의 비율로 형성하기 위하여, 광학계를 하기의 조건식(수학식3)를 만족하도록 형성할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00007
여기서, fy는 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 제외한 렌즈들의 수직 방향 유효초점거리이다.
광원의 화각을 좌우확장하는바, 광도가 감소될 수 있다. 좌우확장형 빔 패턴을 형성함과 동시에 광도를 유지하기 위하여, NA(Numerical Aperture)가 0.7 이상이 되도록 형성할 수 있다. NA는 밝기를 나타내는 값으로, 광 효율이 높은 광학계를 위해 광학계의 NA를 0.7 이상이 되도록 구현하기 위해서는 광원 근처에 위치한 광원으로부터 가장 가까운 렌즈(113)는 반드시 양의 초점거리를 갖는 렌즈로서 해당 렌즈의 앞면의 곡률 반경은 뒷면에 위치한 곡률 반경에 비해 매우 작아야 한다. 이 광원으로부터 가장 가까운 렌즈의 역할은 광원인 LED에서 발산되는 빛의 발산 각도를 좁게 하여, 광학계의 효율을 높이는 역할을 한다. 광원인 엘이디(LED)의 효율을 높이기 위해선 NA가 큰 광학계의 형태를 가져야 한다. 광학계의 NA는 상면과 제일 가까운 광원으로부터 가장 가까운 렌즈(113)에 굴절력이 큰 렌즈가 들어가서 NA가 커지도록 영향을 준다. 일반적인 렌즈가 굴절력이 커지기 위해서는 곡률의 값이 커져야 하며 곡률이 커질수록 렌즈의 두께는 두꺼워질 수 있다.
광원으로부터 가장 가까운 렌즈(113)는 광학계가 보다 높은 밝기를 가질 수 있게 빛을 모아주는 역할을 하는바, 광학계의 렌즈 중 가장 굴절력이 높도록 형성된다. 또한, 아나몰픽 형태가 아닌 일반 회전대칭 형태로 형성될 수도 있다. 굴절력이 높다는 것은 초점거리가 짧다는 것을 의미하는바, 광원으로부터 가장 가까운 렌즈를 하기의 조건식(수학식4)를 만족하도록 형성할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00008
여기서, ffir_x는 광원으로부터 가장 가까운 렌즈의 수평 방향 유효초점거리이고, ffir_y는 광원으로부터 가장 가까운 렌즈의 수직 방향 유효초점거리이다.
상기 조건들을 만족하도록 형성된 광학계의 구체적인 실시예로 도 1(실시예 1), 도 5(실시예 2), 도 8(실시예 3), 도 11(실시예 4), 도 14(실시예 5)의 광학계를 예시로 설명한다. 예시로 든 광학계는 3 개의 렌즈를 이용하였으나, 2 개의 렌즈를 이용하거나 4 개 이상의 렌즈를 이용하여 좌우확장된 빔 패턴을 형성하는 광학계를 구성할 수 있다.
실시예 1에 따른 광학계는 수평 방향과 수직 방향에서 도 3과 같은 형상으로 구현될 수 있다. 실시예 1에 따른 광학계의 1차량은 다음 표 1과 같다. NA가 0.7 이상인 것을 확인할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00009
여기서, Fovx는 광학계의 X축 기준 반화각(Half Field of View)이고, Fovy는 Y축 기준 반화각이다
실시예 1에 따른 광학계의 광도 분포는 도 4와 같다. 상하보다 좌우비율이 높도록 광도가 분포되는 것을 알 수 있고, 중앙에서 외곽까지 광도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2에 따른 광학계는 수평 방향과 수직 방향에서 도 6과 같은 형상으로 구현될 수 있다. 실시예 2에 따른 광학계의 1차량은 다음 표 2과 같다. NA가 0.7 이상인 것을 확인할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00010
실시예 2에 따른 광학계의 광도 분포는 도 7과 같다. 상하보다 좌우비율이 높도록 광도가 분포되는 것을 알 수 있고, 중앙에서 외곽까지 광도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 3에 따른 광학계는 수평 방향과 수직 방향에서 도 9와 같은 형상으로 구현될 수 있다. 실시예 3에 따른 광학계의 1차량은 다음 표 3과 같다. NA가 0.7 이상인 것을 확인할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00011
실시예 3에 따른 광학계의 광도 분포는 도 10과 같다. 상하보다 좌우비율이 높도록 광도가 분포되는 것을 알 수 있고, 중앙에서 외곽까지 광도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 4에 따른 광학계는 수평 방향과 수직 방향에서 도 12와 같은 형상으로 구현될 수 있다. 실시예 4에 따른 광학계의 1차량은 다음 표 4와 같다. NA가 0.7 이상인 것을 확인할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00012
실시예 4에 따른 광학계의 광도 분포는 도 13과 같다. 수평 방향 좌우 대 수직 방향 상하비율이 4:1 정도가 되는 것을 확인할 수 있으며, 중앙에서 외곽까지 광도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 5에 따른 광학계는 수평 방향과 수직 방향에서 도 15와 같은 형상으로 구현될 수 있다. 실시예 5에 따른 광학계의 1차량은 다음 표 5와 같다. NA가 0.7 이상인 것을 확인할 수 있다.
Figure 112017131220416-pat00013
실시예 5에 따른 광학계의 광도 분포는 도 16과 같다. 수평 방향 좌우 대 수직 방향 상하비율이 3:1 정도가 되는 것을 확인할 수 있으며, 중앙에서 외곽까지 광도가 유지되는 것을 확인할 수 있다.
실시예 1 내지 실시예 5의 수학식 1 내지 수학식 4에 따른 값은 다음과 같다.
Figure 112017131220416-pat00014
상기 표 6과 같이, 실시예 1 내지 실시예 5는 수학식 1 내지 수학식 4에 따른 조건을 만족하는 걸 확인할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프(200)는 광원(210) 및 광학 렌즈(220)로 구성된다. 여기서, 광학 렌즈(220)에 대한 상세한 설명은 상기 도 1 내지 도 12의 광학계(110)에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 중복되는 설명은 이하 생략하도록 한다.
광원(210)은 엘이디(LED)일 수 있고, ADB 시스템을 형성하는 광원일 수 있다.
광학 렌즈(220)는 복수의 렌즈로 구성되고, 상기 광원으로부터 출사된 빛을 투과하며, 수평 방향과 수직 방향의 화각 비율이 서로 상이하다. 수평 방향과 수직 방향 화각 비율을 다르게 형성하기 위하여, 수평 방향 또는 수직 방향에 있어서, 하나의 방향에서는 역 망원 타입으로 형성되고, 다른 방향에서는 망원 타입으로 형성될 수 있으며, 이를 위하여, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이하게 형성될 수 있다. 이때, 수평 방향 화각 대 수직 방향 화각 비율이 1:1 초과 4:1 이하로 구성될 수 있고, 수평 방향 화각 및 수직 방향 화각이 4도 이상 20 도 이하로 구성될 수 있다. 광학 렌즈(220)는 NA가 0.7 이상으로 형성될 수 있다.
상기와 같이 형성된 램프는 좌우비율을 상하비율보다 크도록 좌우확장된 빔 패턴을 형성할 수 있다. 또한, NA가 0.7 이상으로 형성되어 중앙부터 외곽까지 일정 이상의 광도를 유지할 수 있다. 이를 통해, 차량의 램프의 조건을 만족함과 동시에 광원을 효율적으로 사용할 수 있고, 적은 비용으로 필요한 빔 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 광학계
111, 112, 113, 220, 221, 222, 223: 렌즈
200: 차량용 램프
210: 광원

Claims (13)

  1. 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 렌즈에 의한 좌우 확장형 빔 패턴을 형성하기 위해 수평 방향과 수직 방향의 화각 비율이 서로 상이하고, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이한 광학계에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 중 제1 렌즈는 회전대칭의 형태로 형성되어 광원에 인접하여 배치되고,
    상기 복수의 렌즈 중 상기 제1 렌즈에서 조사된 광을 투과시키는 적어도 하나의 렌즈 중 제2 렌즈는 수평 방향에서는 역 망원 타입으로 형성되고, 수직 방향에서는 망원 타입으로 형성되며,
    상기 복수의 렌즈 중 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 사이에 배치된 제3 렌즈의 광 입사면은 제1 방향에서 바라볼 때와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향에서 바라볼 때의 형상이 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계의 하나 이상의 면은,
    수직 방향으로 볼록하고 수평 방향으로 오목하거나, 수직 방향으로 오목하고 수평 방향으로 볼록한 saddle 형태인 것을 특징으로 하는 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    수평 방향 화각 대 수직 방향 화각 비율이 1:1 초과 4:1 이하인 것을 특징으로 하는 광학계.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 광원; 및
    복수의 렌즈로 구성되고, 상기 광원으로부터 출사된 빛을 투과하며, 상기 복수의 렌즈에 의한 수평 방향과 수직 방향의 화각 비율이 서로 상이하고, 수평 방향 유효초점거리와 수직 방향 유효초점거리가 서로 상이한 광학 렌즈를 포함하고,
    상기 광학 렌즈는,
    회전대칭의 형태로 형성되어 상기 광원에 인접하여 배치되는 제1 렌즈; 및
    상기 제1 렌즈에서 조사된 광을 투과시키는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 렌즈 중 제2 렌즈는 수평 방향에서는 역 망원 타입으로 형성되고, 수직 방향에서는 망원 타입으로 형성되며,
    상기 복수의 렌즈 중 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 사이에 배치된 제3 렌즈의 광 입사면은 제1 방향에서 바라볼 때와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향에서 바라볼 때의 형상이 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    수평 방향 화각 대 수직 방향 화각 비율이 1:1 초과 4:1 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  13. 삭제
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