KR20010055740A - 자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법 및 그 전조등 및후미복합등 - Google Patents

자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법 및 그 전조등 및후미복합등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전조등(주행빔, 변환빔, 안개등, 방향지시등 등) 및 후미 복합등(정지등, 후미등, 후진등, 방향지시등 등)에 내장되는 반사경의 반사면을 자동설계프로그램으로 반복 계산하여 단차나 꺽임 및 분할면이 없는 단일곡면으로 처리하여 최적의 크기로 최적의 배광조건을 갖는 무단차 반사경과 옵틱이 제거된 클리어 렌즈(Clear Lens)로 자동차의 전조등 및 후미 복합등을 구성하여 렌즈나 반사경의 옵틱으로 처리하던 종래 전조등 및 후미 복합등의 빛 집중기능과 확산기능을 반사경의 자유곡면 만으로도 구현할 수 있게 함으로서 전조등 및 후미 복합등의 배광규격 (배광법규)을 만족하면서 배광성능과 디자인을 향상시키도록 한 자동차의 전조등 및 후미 복합등의 설계방법 및 그 전조등 및 후미 복합등에 관한 것이다.

Description

자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법 및 그 전조등 및 후미 복합등 {Designing method of car head-lamp, rear combi and its head-lamp, rear combi}
본 발명은 자동차의 전조등(주행빔, 변환빔, 안개등, 방향지시등 등) 및 후미 복합등(정지등, 후미등, 후진등, 방향지시등 등)의 설계방법 및 그 전조등 및 후미 복합등에 관한 것으로, 상세하게는 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램(또는 배광해석과 반사면 설계프로그램)의 반복루틴(Iterative Routine)으로 반사경의 단차나 꺽임 및 분할면을 제거하여 임의의 자유곡면으로 형성된 무단차 반사경과 클리어 렌즈(Clear Lens)로 전조등 및 후미 복합등을 구성하여 렌즈의 도움없이 반사경의 작용만으로 목적배광과 배광규격(배광법규)을 만족하면서 배광성능과 디자인은 더욱 향상시킬 수 있는 전조등 및 후미 복합등의 설계방법과, 상기 전조등 및 후미 복합등의 설계방법으로 제조하여 자동차에 장착할 수 있는 전조등 및 후미 복합등을 제공할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 자동차의 전면에 장착되는 전조등(head lamp)은 자동차의 전방으로 빛을 조사시켜 야간이나 어두운 장소에서도 자동차의 원만한 주행을 달성할 수 있게하는 조명등으로 전방의 장애물을 확인할 수 있는 충분한 밝기의 배광능력이 요구된다.
상기 전조등의 대략적인 구성을 살펴보면 빛을 발광시키는 벌브와, 벌브의 후방에 벌브로부터 발광되는 빛을 전방으로 반사시키는 반사경이 설치되며, 전조등의 전면에는 반사경으로부터 반사되는 빛을 배광규격에 만족하도록 전방으로 조사시키는 렌즈로 구성된다.
상기 전조등은 포물경 반사경과 옵틱렌즈(Optic Lens)를 사용하여 배광을 형성하는 원리로 광원으로부터 나온 빛이 포물 반사경에 맞고 반사되어 직진성을 가진 빛으로 렌즈를 통과하면서 렌즈에 형성된 확산옵틱(Spread Optic)이나 프리즘컷(Prism Cut)의 작용에 의해 빛이 확산되거나 집중되면서 원하는 배광규격(배광조건)을 만족시키게 된다.
한편, 자동차와 같은 운송수단에 장착되는 전조등 및 후미 복합등에는 여러 종류가 있으나 그 중 포물 반사면과 옵틱렌즈(Optic Lens)로 구성된 "콘밴션형 (Conventional)" 램프는 도 1과 같이 반사경의 표면은 포물면으로 형성하고 렌즈에는 다수의 옵틱을 형성하여 포물 반사면에서 반사된 빛이 렌즈의 옵틱을 통과하면서 확산분포 및 조사되게 한 것으로 렌즈형상이 공기역학적인 구조(Aerodynamic Style)일 경우 렌즈옵틱 만으로 빛을 제어하기 어려울 뿐 아니라 빛의 손실이 많아지는 단점이 있다.
이보다 개량된 다면 반사경(Multi Face Reflector)의 경우 도 2와 같이 반사경의 표면에 다수의 옵틱을 형성한 옵틱 반사경(Optic Reflector)과 옵틱이 없는 클리어 렌즈(Clear Lens)로 구성한 것으로, 옵틱에 의해 반사경의 반사면이 여러 개의 포물면으로 구성되므로 각 포물면 사이의 단차에 의해 빛의 손실이 생겨 효율이 떨어지고 클리어(clear)한 이미지의 램프 디자인 요구에 부응하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 자유곡면 반사경(Clear Reflector)과 옵틱렌즈(Optic Lens)로 구성하여 반사경에 형성한 옵틱을 최소화시킨 복합면 반사경(Complex Shape Reflector)의 경우 반사면 가공이 용이하고 배광효율이 커지는 장점은 있으나 옵틱렌즈를 쓰게 되므로 공기역학적인 면에서 불리한 단점이 있으며, 전체적인 미감이 떨어지고 원하는 규격의 배광조건을 달성하기 어려운 실정이다.
따라서, 본 발명은 전조등 및 후미 복합등의 전면에 설치되는 렌즈는 확산옵틱(Spread Optic)이나 프리즘 컷(Prism Cut)을 제거시킨 클리어 렌즈를 사용하도록 하고, 반사경은 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복루틴(Iterative Routine)을 이용하여 단차나 분할면이 없는 기하학적인 단일 곡면으로 처리하여 반사경(反射鏡)만으로도 배광규격을 충분히 만족하면서 배광성능과 디자인을 크게 향상시킨 전조등 및 후미 복합등 설계방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 확산옵틱(Spread Optic)이나 프리즘 컷(Prism Cut)이 제거된 클리어 렌즈와, 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램에 의해 단차나 꺽임 및 분할면없이 기하학적인 곡면으로 처리된 무단차 반사경으로 전조등 및 후미 복합등을 구성하여 배광조건을 충분히 만족하면서 배광성능과 디자인을 크게 향상시킨 자동차용 전조등 및 후미 복합등을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램으로 가상공간을 만든 다음 램프의 원하는 목적배광을 설정한 후 반사경의 반사면으로부터 나오는 빛이 이 목적배광에 수렴될 때까지 반복계산으로 반사경의 형상을 조금씩 변화시켜 반사경의 곡면을 단차나 꺽임 및 분할면이 없는 기하학적인 단일 곡면으로 처리하여 부드럽게 연결하는데 주안점이 있으며, 수회에 걸쳐 이러한 작업을 반복하고 나면 단차나 꺽임 및 분할면이 없는 원하는 배광조건(배광규격, 배광법규)을 가진 반사경 면을 얻을 수 있다.
따라서, 렌즈의 옵틱이나 다면 옵틱 반사경으로 빛의 집중기능과 확산기능을달성하던 종래 전조등 및 후미 복합등과는 달리 반사경의 단일 자유곡면 만으로도 빛의 집중기능과 확산기능을 달성하도록 함으로써 최적의 배광조건이 되는 반사면과, 전조등 및 후미 복합등을 심플하게 설계(디자인)할 수 있다.
도 1 - 종래 콘밴션형 전조등의 반사경과 렌즈의 분리 상태 사시도.
도 2 - 종래 다면 반사경과 렌즈의 분리 상태 사시도.
도 3 - 본 발명 반사경과 렌즈의 분리 상태 사시도.
도 4 - 본 발명에서 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램에 의한 반사경 설계순서도.
도 5 - 본 발명에서 반사경의 최적설계 진행단계에 의한 반사경의 수직 및 수평단면 곡선과 이에 따른 배광 스크린의 등광도 곡선도.
도 6 - 본 발명에서 최종적으로 획득한 반사경의 배광으로 스크린에서의 등광도 곡선도.
도 7 - 본 발명에서 최종적으로 획득한 반사경의 배광으로 노면에서의 등조도 곡선도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램과 컴퓨터의 입력장치를 통하여 목적배광 값과, 광원, 초기반사면을 입력시킨후 광원의 위치를 설정하고, 광원으로부터 약 25m 떨어진 지점에 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램에 의한 계산작업으로 목적배광에 도달할 때까지 반사면의 제어점들을 이동시키면서 최적 반사면을 설계할 수 있도록 한다.
또한, 광원의 설정 및 위치를 설정하고 목적배광을 수치로 입력시킨후, 배광의 변화 방향을 설정해서 반사경을 변화시키면 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램에 의해 반사경의 변화와 변화된 반사경에 의한 현재의 배광이 계산되면서 시뮬레이션이 반복되며, 변화된 배광을 체크하여 편차를 보정하는 일련의 과정을 반복하면서 최적의 설계면을 찾아 전조등 및 후미 복합등을 설계하게 된다.
상기에서 원하는 목적배광, 광원 및 초기반사면을 설정한 후 반사면으로부터 나오는 빛이 이 목적배광에 수렴될 때까지 반사경의 반사면 형상을 조금씩 변화시켜 단차나 꺽임 및 분활면없이 부드럽게 연결시키는데 주안점이 있으며, 수회에 걸쳐 이러한 작업을 반복하고 나면 도 3과 같이 단차나 꺽임 및 분할면이 없고 원하는 배광분포를 가지는 무단차 반사경 면을 얻을 수 있다.
도 4는 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복루틴(Iterative Routine)을 이용하여 도 5와 같이 초기배광에서 목적배광에 수렴해서 종료하기까지의 순서도를 도시한 것으로 목적배광에 수렴하는 반사면을 획득하기 위한 설계순서를 살펴보면 아래와 같다.
1). 목적 배광 설계
먼저, 주행빔(High beam)ㆍ변환빔(Low beam)ㆍ안개등(Fog beam)ㆍ방향지시등 (Turn signal lamp)과 같은 전조등(Head lamp)과, 정지등(Stop lamp)ㆍ후미등(Tail lamp)ㆍ후진등(Backup lamp)ㆍ방향지시등(Turn signal lamp)과 같은 후미 복합등의 이상적인 목적배광을 설계하도록 한다.
이 때 반사면의 크기에 따라 반사면이 허용하는 광량이 달라지므로, 목적배광의 총광량이 현재 반사면 크기에 적합하도록 하면서 배광법규 및 주문자 또는 수요자의 요구에 만족하도록 설계되어야 한다.
2). 초기 반사면 설계
자유곡면을 표현하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 본 발명에서는 조절점들에 의해 자유곡면을 표현하는 수식으로 초기 반사면을 설계하도록 하고, 상기 초기 반사면은 조절점 수를 최소로 해서 만들도록 한다.
3). 초기 배광 결정
초기 반사면에서 광원의 위치에 따라 배광이 달라지므로 초기 배광의 밝은영역(Hotzone)이나 확산(Spread) 등이 유리하도록 광원설정과 광원의 위치를 지정하여 초기배광을 결정하도록 한다.
4). 배광의 변화방향 설정
전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복루틴(Iterative Routine)을 이용하여 획득한 데이터로 도 5와 같은 단계로 현재배광과 목적배광의 오차가 점차적으로 줄어들 수 있게 반사면의 조절점(제어점)들을 하나씩 움직여 현재배광과 목적배광간의 오차를 줄이도록 한다.
이 때 어떠한 오차식을 적용하느냐에 따라 반사면의 배광이 변하는 경향이 달라지게 되므로 배광의 변화과정을 지속적으로 확인하여 적절한 오차식을 만들어 적용하도록 한다.
5). 반사면의 제어점 변화
반사면의 조절점 수에 따라 자유곡면을 표현하는데 제약이 따르므로 오차식에 의해 더 이상의 배광개선이 힘들다고 판단되면 반사면의 조절점 수를 증가시킨 후 반사면을 변화시키도록 한다.
6). 현재 배광 계산
반사면의 제어점 변화에 의해 반사경의 형상이 변하면 목적배광에 수렴했는지를 판단하기 위해 현재 반사면에 의한 배광을 계산한다.
7). 목적배광 수렴여부판단
반복수렴에 의해 현재배광이 목적배광에 충분히 수렴되었으면 설계작업을 종료하여 반사경의 최종 반사면을 얻도록 하고, 목적배광에 수렴되지 않았으면 4 단계인 "배광의 변화방향 설정" 루틴으로 돌아가 제 4단계 내지 제 7단계를 반복 수행하도록 함으로써 현재배광과 목적배광의 허용편차가 점차적으로 줄어들어 도 5의 최종 5 단계와 같은 목적배광에 수렴하는 반사경을 얻을 수 있으며, 상기 반사경으로 도 6과 같이 최적의 배광규격을 만족하는 스크린 등광도 곡선과 도 7과 같이 최적의 배광규격을 만족하는 노면 등조도 곡선을 얻을 수 있다.
도 5는 도 4에 의한 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복루틴에 의해 반사경의 반사면이 점차적으로 변화(변형)되면서 스크린상의 배광패턴이 도 6과 같이 최종적으로 목적배광에 수렴되는 과정을 도시한 것으로, 초기설정 단계부터 최종 5단계까지의 반사경(수직ㆍ수평)단면곡선과, 반사경의 형상변화에 따른 스크린 등광도 곡선을 나타낸 도면이다.
상기 도 4, 도 5에서 배광 스크린의 상ㆍ하 수평선상에 표기한 숫자는 수직각도를 5° 단위로 나타낸 것이며, 배광 스크린의 좌ㆍ우 수직선 상에 표기한 숫자는 수평각도 5°단위로 나타낸 것이며, 배광 스크린의 오른쪽에 표기한 숫자는 등광도 곡선의 밝기를 칸델라(cd) 단위로 나타낸 것이다.
한편, 프로젝션 램프(Projection Lamp)를 제외한 기존의 전조등 및 후미 복합등의 특징을 살펴보면, 포물반사면과 옵틱렌즈(Optic Lens)로 구성된 콘밴션 램프(Conventional Lamp)의 경우 포물 반사면에서 반사된 빛을 렌즈의 옵틱을 이용해서 빛의 분포를 만들게 되므로 렌즈의 형상이 공기역학적인 구조(Aerodynamic Style)일 경우 렌즈옵틱으로 빛을 제어하기 어렵고 빛의 손실이 많아지는 단점이 있으며,
옵틱 반사경(Optic Reflector)과 클리어 렌즈(Clear Lens)로 구성된 다면 반사경(Multi Face Reflector)의 경우, 반사면이 여러 개의 포물면으로 구성되므로 각 포물면 사이의 단차에 의한 빛의 손실이 생기고 클리어(clear) 이미지의 램프 디자인 요구에 부응하기 어려우며,
또한, 자유곡면(Clear) 반사면과 옵틱렌즈(Optic Lens)로 구성된 복합면 반사경(Complex Shape Reflector)의 경우 하나의 곡면이므로 반사면 가공이 용이하고 배광효율이 커지나 옵틱렌즈를 쓰므로 공기역학적인 면에서 불리한 단점이 있는 반면,
본 발명에 의한 전면 클리어 반사경(All Clear Reflector)은 도 3과 같이 반사면이 하나의 자유곡면(Clear Reflector)으로 형성되고 외부 차폐없이 변환 빔 패턴(ECE Low Cut off)을 형성하므로 배광효율이 커지게 되며, 사용렌즈는 클리어 렌즈이므로 공기역학구조에 적합할 뿐 아니라 반사경도 하나의 곡면이므로 가공이 용이하여 제조가 쉽고 제조원가가 저렴한 장점이 있다.
또한, 자동차의 디자인이나 장착구조 등에 의해 부득이 렌즈의 경사가 심하면서 옵틱을 가지는 경우 빛의 투과율/굴절율에 의해 배광상 효율이 떨어지게 되나 본 발명에 의해 설계 제작된 반사경의 경우 렌즈는 클리어 렌즈를 사용하므로 디자인성이 좋아질 뿐 아니라 렌즈가 아닌 반사경에서 빛의 확산과 분포를 제어하게 되므로 배광성능이 크게 향상되며 반사경의 단차가 없어 빛의 손실이 적고 반사경의 생산성이 좋아진다.
이상과 같이 본 발명은 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복루틴(Iterative Routine)을 이용하여 전조등 및 후미 복합등의 반사경을 기하학적인 단일 곡면으로 처리하도록 함으로써 렌즈와 반사경을 꺽임이나 분할면 또는 단차없이 최적화 된 반사면을 얻을 수 있으며, 배광도(배광능력)가 반사경의 면적에 비해 크게(약 35% 이상) 향상되는 효과가 있다.
또한, 기존의 포물 반사경보다 반사면의 크기를 줄일 수 있으며, 디자인이 자유로와 미관이 향상되고 반사면이 하나의 자유곡면(Clear Reflector)으로 형성되고 외부 차폐없이 변환빔 패턴(ECE Low Cut off)을 형성하므로 배광효율이 커지며 전면에 위치하는 렌즈는 클리어 렌즈이므로 공기역학 구조에 적합한 효과가 있다.
또한, 램프의 조건상 렌즈의 경사가 심하고 옵틱을 가진 경우에는 빛의 투과율/굴절율에 의해 배광상 효율이 떨어지게 되나, 본 발명에 의해 설계 제작된 램프는(전조등 및 후미 복합등) 렌즈가 아닌 반사경에서 빛의 확산과 분포를 제어하고 클리어 렌즈를 사용하므로 배광성능이 향상되고 디자인성이 좋아지는 효과가 있으며, 아울러 반사경의 표면이 단차없는 하나의 곡면으로 처리되므로 빛의 손실이 줄어들고 가공이 용이하여 제조가 쉽고 제조원가가 저렴한 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (6)

  1. 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복루틴을 이용하여 전조등 반사경 및 후미 복합등 반사경의 단차나 분할면이 없는 임의의 자유곡면으로 형성된 무단차 반사경과 클리어 렌즈로 전조등 및 후미 복합등을 구성하여 배광성능과 디자인을 크게 향상시키도록 한 자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 목적으로 하는 목적배광 설계단계와, 초기반사면 설계단계와, 광원의 설정과 위치를 지정하는 초기배광 결정단계와, 현재배광과 목적배광의 오차 계산식을 만들어 배광의 변화방향을 설정하는 배광변화 방향 설정단계와, 목적배광에 수렴할 수 있도록 반사면의 제어점들을 조금씩 변화시키는 반사면 제어점 변화단계와, 형상이 변화된 반사경의 현재배광을 계산하는 현재배광 계산단계와, 목적배광의 수렴여부를 판단하는 목적배광 수렴여부 판단단계와, 현재배광이 목적배광에 수렴되지 않은 경우 배광 변화방향 설정단계로 되돌아가는 순서로 구성하여 전조등 및 후미 복합등의 배광성능과 디자인을 크게 향상시키도록 한 자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 반사경의 크기에 따라 반사면이 허용하는 광량이 달라지므로 반사경의 이상적인 스크린 배광을 설계하도록 하여 목적배광의 총광량이 현재 반사면 크기에 적합하고 배광법규 및 수요자의 요구사항들을 만족하도록 설계하고, 초기 반사면 설계에서 최소화 된 조절점들에 의해 자유곡면을 표현하는 수식을 통해 초기 반사면을 설계하여 자유곡면을 표현하고, 초기 반사면에서 광원의 위치에 따라 배광이 달라지므로 초기배광의 밝은영역이나 확산이 유리하도록 광원의 위치를 설정하고, 반사면의 조절점들을 하나씩 움직여 현재배광과 목적배광의 오차를 줄이도록 하고, 배광의 변화과정을 지속적으로 확인하여 적절한 오차식을 적용시켜 전조등 및 후미 복합등의 배광성능과 디자인을 크게 향상시키도록 한 자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 반사면의 조절점 수에 따라 자유곡면을 표현하는데 제약이 있으므로 오차식에 의해 더 이상의 배광개선이 힘들다고 판단되면 반사면의 조절점 수를 증가시킨 후 반사면을 변화시키도록 하고 이러한 과정이 목적배광에 만족할 만큼 수렴할 때까지 반복하여 최적의 배광분포를 갖도록 함을 특징으로 하는 자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전조등 및 후미 복합등 자동설계프로그램의 반복계산으로 조절점의 이동과 조절점 수의 증가를 통해 반사경의 최적 배광분포를 얻을 수 있도록 함을 특징으로 하는 자동차 전조등 및 후미 복합등 설계방법.
  6. 자동차의 전조등 및 후미 복합등에 있어서, 확산옵틱(Spread Optic)이나 프리즘 컷(Prism Cut)이 없는 클리어 렌즈와, 단차나 분활면없이 기하학적인 자유곡면으로 처리된 무단차 반사경으로 목적배광에 수렴하는 배광분포를 가진 전조등 및 후미 복합등를 구성하여 배광규격을 충분히 만족하면서 배광성능과 디자인을 크게 향상시킨 자동차용 전조등 및 후미 복합등.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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