KR20150123031A - 헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스틱 아크로매틱렌즈에 관한 것으로서, 빛이 입사되는 수평한 입광면을 가지며, 빛이 출광되는 오목렌즈면을 가지며, 플린트유리에 대응되는 광학특성을 갖는 제1재질로 형성되는 입광렌즈부와; 상기 입광렌즈부의 오목렌즈면에 결합되며 빛이 출광되는 볼록비구면렌즈면을 가지며, 크라운유리에 대응되는 광학특성을 갖는 제2재질로 형성되는 출광렌즈부를 포함하며, 상기 출광렌즈부는 상기 입광렌즈부의 상기 입광면을 제외한 전 영역을 감싸도록 상기 출광렌즈부에 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈{PLASTIC ACHROMATIC LENS FOR HEADLIGHT}
본 발명은 헤드라이트용 렌즈에 관한 것으로서, 보다 자세히는 색수차가 보정되는 플라스틱 아크로매틱렌즈에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 여러 가지 등화 장치가 구비되어 있다. 그 중에서 헤드라이트는 야간에 운전자의 운전시야를 확보해 주는 중요한 등화 장치이다. 이와 관련하여 공개특허 2003-0048708호에는 자동차용 헤드라이트 구조가 개시되어 있다.
종래 자동차에 사용되는 헤드라이트에는 유리로 성형 및 가공된 비구면렌즈가 사용된다. 유리렌즈는 플라스틱렌즈에 비하여 무게가 무거우며 생산성이 낮고 생산비용이 높은 단점이 있다. 최근 헤드라이트에 사용되는 조명이 LED로 전환되면서 가격경쟁률이 높은 플라스틱렌즈로 대처가 시급하나, 플라스틱렌즈는 화이트광 발생시 색수차 발생이 심하여 극복이 어려운 한계가 있다.
또한, 플라스틱렌즈는 유리렌즈에 비해 내강성이 떨어진다. 이를 대처하기 위해 폴리카보네이트 소재를 사용하면 내강성을 보완할 수 있으나, 아베수가 유리에 비해 현저히 떨어져 광학소재로서 기능이 부족한 단점이 있다.
또한, 일반적인 플라스틱 광학소재인 아크릴을 사용하여 렌즈를 제조하면, 내강성이 떨어져 LED등 자외선에 노출되면 황변 현상이 일어날 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 유리에 대응되는 내강성과 광학특성을 가지면서 색수차를 보정할 수 있는 새로운 형태의 플라스틱 아크로매틱렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 플라스틱 아크로매틱렌즈에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 플라스틱 아크로매틱렌즈는, 빛이 입사되는 수평한 입광면을 가지며, 빛이 출광되는 오목렌즈면을 가지며, 플린트유리에 대응되는 광학특성을 갖는 제1재질로 형성되는 입광렌즈부와; 상기 입광렌즈부의 오목렌즈면에 결합되며 빛이 출광되는 볼록비구면렌즈면을 가지며, 크라운유리에 대응되는 광학특성을 갖는 제2재질로 형성되는 출광렌즈부를 포함하며, 상기 출광렌즈부는 상기 입광렌즈부의 상기 입광면을 제외한 전 영역을 감싸도록 상기 출광렌즈부에 결합되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1재질은 폴리카보네이트이고, 제2재질은 아크릴(PMMA)로 구비된다.
일 실시예에 따르면, 상기 입광렌즈부는, 상기 입광면과 상기 오목렌즈면을 서로 연결하는 경사진 측면경사면을 구비하고, 상기 볼록비구면렌즈면을 중심으로 원뿔 형태로 볼록하게 형성되고, 내부는 상기 오목렌즈면에 대응되는 깊이로 함몰형성되어 상기 오목렌즈면과 접촉결합되는 결합면이 형성되며, 상기 결합면을 감싸는 테두리영역은 상기 입광면을 향해 연장형성되어 상기 측면경사면의 외부를 감싸도록 결합되는 측면결합날개를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 입광렌즈부와 상기 출광렌즈부는 사출성형에 의해 일체로 제조되고, 상기 입광면의 일측에는 사출성형시에 상기 제1재질에 대응하는 제1수지를 주입하는 제1수지주입구가 연결되고, 상기 측면결합날개의 헤드라이트 플랜지 결합영역은 사출성형시에 상기 제2재질에 대응하는 제2수지를 주입하는 제2수지주입구와 연결된다.
일 실시예에 따르면, 상기 입광렌즈부는, 헤드라이트 내부에 결합되었을 때, 빛을 외부로 조사하는 사용면과 비사용면으로 나누어지고, 상기 비사용면은 상기 출광렌즈부의 볼록비구면렌즈면에 대응되게 볼록하게 형성되어 상기 출광렌즈부와 접합면적을 향상시키고 상기 제2재질의 사용량을 줄이는 볼록접합면이 구비될 수 있다.
본 발명의 플라스틱 아크로매틱렌즈는 플린트유리와 크라운유리로 형성된 종래 유리 아크로매틱렌즈의 광학특성을 가지며, 상대적으로 가격이 저렴함 플라스틱으로 제조되므로 제조단가가 저렴하고 가공특성이 용이하다.
또한, 오목렌즈면과 볼록비구면렌즈면이 구비되므로 색수차가 보정될 수 있다. 또한, 종래 플라스틱렌즈의 문제점으로 제기되던 내강성을 보강할 수 있으며, 황변화를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 유리로 제조된 아크로매틱렌즈의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈의 구성을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈의 구성을 도시한 개략도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)의 구성을 도시한 개략도이고 도 3은 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)는 차량의 헤드라이트에 결합되어 사용된다. 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)는 헤드라이트(미도시) 내부의 광원(미도시)로부터 광이 입사되는 입광렌즈부(110)와, 입광렌즈부(110)에 결합되어 광을 외부로 배출시키는 출광렌즈부(120)를 포함한다.
입광렌즈부(110)는 수평하게 형성된 입광면(111)과, 입광면(111)으로부터 일정 두께를 갖게 형성되며, 판면이 함몰 형성된 오목렌즈면(113)과, 출광렌즈부(120)의 내부로 삽입되는 측면경사면(115)을 포함한다. 여기서, 입광렌즈부(110)는 플린트유리의 광학특성을 갖는 제1재질로 구비되고, 출광렌즈부(120)는 크라운유리의 광학특성을 갖는 제2재질로 구비된다.
입광렌즈부(110)의 하부영역은 헤드라이트(미도시)의 플랜지(미도시)에 결합되어 위치가 고정된다.
도 1은 색수차와 구면수차를 보정하기 위해 유리로 제조되는 아크로매틱렌즈(10)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 2에 도시된 본 발명의 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)는 색수차와 구면수차를 보정하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 플린트유리(13)와 크라운유리(11)를 결합하여 아크로매틱렌즈(10)를 제조하는 것을 플라스틱 소재로 형성하여, 제조비용을 줄이고 생산성을 향상시킨다. 즉, 서로 굴절률이 다르고 아베수가 다른 볼록렌즈인 크라운유리(11)와 오목렌즈인 플린트유리(13)의 집광과 분산을 이용해 색수차를 최소화한 종래 유리재질의 아크로매틱렌즈(10)를 동일한 광학특성을 갖는 플라스틱 재질로 제조한다. 이를 위해 입광렌즈부(110)의 제1재질은 PC(폴리카보네이트)로 형성되고, 출광렌즈부(120)의 제2재질은 PMMA(아크릴)로 형성될 수 있다.
아래 도표는 아크릴(PMMA), 크라운유리, 폴리카보네이트(PC). 플린트유리의 광학특성을 나타낸 도표이다. 도시된 바와 같이 아크릴은 크라운유리와 유사한 광학특성을 갖고, 폴리카보네이트는 플린트유리와 유사한 광학특성을 갖는다.
PMMA 크라운유리 PC 플린트유리
굴절률 1.491 1.523 1.586 1.63
아베수 57.6 58.5(55~70) 29.9 20~50
투과율
(%)		 92 92 88 87
아크릴과 폴리카보네이트의 투명성은 크라운 유리와 거의 동등하다. 또한, 아크릴의 굴절률과 분산율은 크라운 유리와 거의 같은 값을 갖는다. 폴리카보네이트의 굴절률은 크라운유리 보다 크지만, 반대로 아베수는 작고 분산이 크다.
또한, 아크릴과 폴리카보네이트는 플라스틱이므로 유리에 비해서 가볍다. 무기유리의 비중 2.53에 비해 아크릴은 1.19, 폴리카보네이트는 1.20으로 약 1/2 정도 가볍다. 그리고, 충격강도시험 결과 아크릴은 5.6, 폴리카보네이트는 92의 큰 강도를 나타낸다.
이렇게 입광렌즈부(110)는 폴리카보네이트 소재로 형성되고, 출광렌즈부(120)는 아크릴소재로 형성되고, 입광렌즈부(110)는 오목렌즈면(113)을 구비하고, 출광렌즈부(120)는 볼록비구면렌즈면(123)을 구비하므로, 색수차와 구면수차가 보정되며, 유리에 비해 생산성을 높이고 제조비용을 낮출 수 있게 된다.
출광렌즈부(120)는 오목렌즈면(113)과 결합되는 결합면(121)과, 결합면(121)과 대향되는 방향으로 볼록하게 형성되어 빛이 출광되는 볼록비구면렌즈면(123)을 갖는다.
여기서, 본 발명에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)는 도 1의 유리 아크로매틱렌즈(10)와 비교할 때 출광렌즈부(120)가 입광렌즈부(110)의 입광면(111)을 제외한 전영역을 감싸는 형태로 형성된다.
즉, 출광렌즈부(120)는 전체적으로 원뿔형상으로 형성되고, 하부영역에서 중심영역으로 오목렌즈면(113)에 대응되게 함몰형성되어 결합면(121)을 형성한다. 그리고, 결합면(121)의 테두리영역을 따라 링형태로 입광면(111)으로 연장형성된 결합날개(125)가 구비된다. 결합날개(125)의 내부에 형성된 결합면(121)과의 공간으로 입광렌즈부(110)가 삽입되는 형태로 구비된다. 도 1의 종래 유리 아크로매틱렌즈(10)와 동일하게 출광렌즈부(120)를 입광렌즈부(110)의 상부에 적층하는 형태로 접합 또는 사출할 경우, 외부로 접합면이 드러나게 된다. 접합면이 외부로 드러날 경우 불량이 발생될 수 있으며 광학특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 출광렌즈부(120)와 입광렌즈부(110)의 결합영역인 오목렌즈면(113)과 결합면(121)이 내부에 은폐되어 있어 불량률을 줄이고 깔끔한 외관과 균일한 광학특성을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)는 사출성형에 의해 제조되거나, 각각 제조된 입광렌즈부(110)와 출광렌즈부(120)를 접합에 의해 결합시켜 제조될 수 있다.
이 중, 사출성형에 의해 제1재질과 제2재질을 한번에 일체로 주입하여 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)를 제조할 경우 입광렌즈부(110)와 출광렌즈부(120)를 형성하는 재질이 상이하므로 냉각속도와 수축률이 상이할 수 있다. 본 발명에서와 같이 입광렌즈부(110)가 출광렌즈부(120) 내부로 삽입된 경우, 즉 입광렌즈부(110)의 측면결합면(117)이 출광렌즈부(120)의 결합날개(125) 내측의 내부결합면(127)과 접합되고, 오목렌즈면(113)과 결합면(121)이 접합되면서 사출성형시 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 입광렌즈부(110)의 외부를 출광렌즈부(120)의 결합날개(125)가 감싸게 되므로 접합면적이 넓어져 접합 안정성이 높아질 수 있다.
여기서, 측면결합면(117)의 하부에 제1수지주입관(118)이 형성되고, 결합날개(125)의 일측, 즉 헤드라이트(미도시)의 플랜지 결합영역에 제2수지주입관(128)이 형성된다. 사출성형시 수지의 주입관이 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)의 하부영역, 즉 차량의 헤드라이트의 플랜지에 결합되는 영역에 형성되므로 외부로 수지주입관이 노출되어 미관이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2수지주입관(128)이 오목렌즈면(113)을 피해 측면에서 수지를 주입하므로 오목렌즈면(113)으로 전달되는 직접적인 열기가 줄어들어 변형이 줄어들 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 플라스틱 아크로매틱렌즈는 플린트유리와 크라운유리로 형성된 종래 유리 아크로매틱렌즈의 광학특성을 가지며, 상대적으로 가격이 저렴함 플라스틱으로 제조되므로 제조단가가 저렴하고 가공특성이 용이하다.
또한, 오목렌즈면과 볼록비구면렌즈면이 구비되므로 색수차가 보정될 수 있다. 또한, 종래 플라스틱렌즈의 문제점으로 제기되던 내강성을 보강할 수 있으며, 황변화를 최소화할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100a)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100a)는 사용면과 비사용면이 상이한 구조를 갖게 형성된다.
헤드라이트(미도시)는 광원에서 발생된 광을 반사판에 의해 반사하여 렌즈로 입사시킨다. 이 때, 반사판의 일부가 막혀 있는 구조로 되어 있어 빛이 렌즈의 전체영역으로 반사되지 못하고 일부 사용면으로만 반사되어 외부로 배출된다.
일례로, 도 4에 도시된 바와 같이 중심축(X)을 기준으로 상부가 비사용면이되고 하부가 사용면이 될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 아크로매틱렌즈(100a)는 비사용면은 광학특성이 사용면에 비해 저하되어도 상관없으므로 상이한 구조를 갖게 형성된다.
사용면은 앞서 설명한 바람직한 실시예의 플라스틱 아크로매틱렌즈(100)와 동일하게 오목렌즈면(113)과 결합면(121)이 서로 결합된 형태를 갖는다.
반면, 비사용면은 입광렌즈부(110)의 전단도 볼록비구면렌즈면(123)과 동일하게 볼록하게 형성된 볼록접합면(122)을 갖게 형성된다.
이 경우, 볼록비구면렌즈면(123)과 볼록접함면(122) 사이의 두께가 얇아지므로 사용되는 제2재질의 량이 줄어들게 된다. 제2재질의 량이 증가할수록 광학특성을 균일하게 조절하기 힘들어 불량률이 높아지게 되는 것을 예방하기 위함이다.
또한, 앞서 설명한 바람직한 실시예에 비해 입광렌즈부(110)와 출광렌즈부(120)의 내부 접합면의 면적이 더욱 증가하게 되므로 접합부위의 안정성 및 신뢰성이 더욱 높아질 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 플라스틱 아크로매틱렌즈의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 헤드라이트용 복합 플라스틱렌즈
110 : 입광렌즈부 111 : 입광면
113 : 오목렌즈면 115 : 측면경사면
117 : 측면결합면 118 : 제1수지주입관
120 : 출광렌즈부 121 : 결합면
123 : 볼록비구면렌즈면 125 : 결합날개
127 : 내부결합면 128 : 제2수지주입관

Claims (5)

  1. 빛이 입사되는 수평한 입광면을 가지며, 빛이 출광되는 오목렌즈면을 가지며, 플린트유리에 대응되는 광학특성을 갖는 제1재질로 형성되는 입광렌즈부와;
    상기 입광렌즈부의 오목렌즈면에 결합되며 빛이 출광되는 볼록비구면렌즈면을 가지며, 크라운유리에 대응되는 광학특성을 갖는 제2재질로 형성되는 출광렌즈부를 포함하며,
    상기 출광렌즈부는 상기 입광렌즈부의 상기 입광면을 제외한 전 영역을 감싸도록 상기 출광렌즈부에 결합되는 것을 특징으로 하는 헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1재질은 폴리카보네이트이고, 제2재질은 아크릴(PMMA)로 구비되는 것을 특징으로 하는 헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입광렌즈부는,
    상기 입광면과 상기 오목렌즈면을 서로 연결하는 경사진 측면경사면을 구비하고,
    상기 출광렌즈부는,
    상기 볼록비구면렌즈면을 중심으로 원뿔 형태로 볼록하게 형성되고, 내부는 상기 오목렌즈면에 대응되는 깊이로 함몰형성되어 상기 오목렌즈면과 접촉결합되는 결합면이 형성되며, 상기 결합면을 감싸는 테두리영역은 상기 입광면을 향해 연장형성되어 상기 측면경사면의 외부를 감싸도록 결합되는 측면결합날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입광렌즈부는,
    헤드라이트 내부에 결합되었을 때, 빛을 외부로 조사하는 사용면과 비사용면으로 나누어지고,
    상기 비사용면은 상기 출광렌즈부의 볼록비구면렌즈면에 대응되게 볼록하게 형성되어 상기 출광렌즈부와 접합면적을 향상시키고 상기 제2재질의 사용량을 줄이는 볼록접합면이 구비되는 것을 특징으로 하는 헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입광렌즈부와 상기 출광렌즈부는 사출성형에 의해 일체로 제조되고,
    상기 입광면의 일측에는 사출성형시에 상기 제1재질에 대응하는 제1수지를 주입하는 제1수지주입구가 연결되고,
    상기 측면결합날개의 헤드라이트 플랜지 결합영역은 사출성형시에 상기 제2재질에 대응하는 제2수지를 주입하는 제2수지주입구와 연결되는 것을 특징으로 하는 헤드라이트용 플라스틱 아크로매틱렌즈.
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