KR20160034568A - 색수차가 저감된 램프 렌즈 및 이를 이용한 차량용 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색수차가 저감된 램프 렌즈 및 이를 이용한 차량용 램프에 관한 것으로서, 램프 렌즈의 표면에 소정 물질이 박막으로 코팅 혹은 증착되되, 상기 박막은 상기 램프 렌즈의 중앙을 기준으로 램프 렌즈의 상하로 램프 렌즈의 직경 대비 30% 이내로 형성되어, 특정 파장 영역대의 빛의 반사율을 증대시켜 색수차를 효과적으로 저감할 수 있다.

Description

색수차가 저감된 램프 렌즈 및 이를 이용한 차량용 램프{Lamp lens with reduced chromatic aberration and Lamp for vehicle using the same}

본 발명은 색수차가 저감된 램프 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌즈의 표면에 색수차를 줄이기 위해 소정 물질로 박막이 코팅된 램프 렌즈 및 이를 이용한 차량용 램프에 관한 것이다.

종래 프로젝터형 전조등이나 다이렉트 프로젝션형 전조등과 같이, 투영 렌즈를 통하여 전방으로 조사되는 빛에 의해 명암 경계선(CUT OFF LINE)을 포함한 소정 배광 패턴을 형성하도록 구성된 차량용 전조등에 있어서는, 투영 렌즈의 색수차에 의해 명암 경계선 부근에 색 퍼짐이 발생하는 것이 알려져 있다.

즉 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로부터 조사된 빛이 렌즈(20)의 상단부 및 하단부를 통과할 때에 빛의 성분광들은 각각 그 파장이 상이하여 굴절률이 달라지게 되는 바, 장파장 성분의 레드 빛(RED)은 굴절률이 작고, 단파장 성분의 블루 빛(BLUE)은 굴절률이 크며, 중파장 성분의 그린 빛(GREEN)은 레드 빛과 블루 빛 사이의 굴절률을 갖게 되며, 각 빛의 성분광에 따른 굴절률의 차이로 인해 렌즈 상단부와 하단부를 통과한 빛은 색 퍼짐 현상을 유발하게 된다.

특히 도 2에 도시된 바와 같이, 최근에 많이 적용되고 있는 합성수지제(플라스틱) 투영 렌즈의 경우 광학 유리 재질의 투영 렌즈에 비해 빛의 굴절 및 분산이 크기 때문에 색수차에 기인하는 색 퍼짐 현상이 두드러지게 나타나고 있다.

또한 최근에 차량용 램프의 광원으로서 많이 적용되고 있는 LED의 경우에는 블루 스펙트럼과 옐로우 스펙트럼으로 크게 나뉘어지고, 이러한 광 파장 특성을 가진 LED 광이 렌즈를 통과할 경우에 색수차 발생 가능성을 높여주고 있다.

상기와 같은 색 퍼짐 현상은 야간에 맞은편 차량의 운전자에게 눈부심을 유발하여 위험한 상황을 초래할 수 있다.

따라서 렌즈의 색수차를 저감하기 위해 다양한 기술이 개발되고 있는 바, 예를 들면 공개특허 2014-0052645호에는 렌즈 본체의 내부에 서로 이웃하게 배치된 볼록렌즈와 오목렌즈로 분리 및 비구면 설계로 색수차와 구면수차를 보정하는 제1분리공간이 형성된 구조의 색수차가 보정된 차량용 헤드라이트가 개시되어 있다.

또한 공개특허 2007-0004088호의 색수차를 보정한 투사형 램프 전조등은, 가시광을 투사하는 광원, 통상 전방의 경로에서의 광을 배향시키는 상기 광원 근방의 반사기, 광을 초점에 모이는 빔 패턴으로 반전하여 조종하도록 상기 전방 경로에 배치된 광학 렌즈 및 다가오는 차량에 대해 방어하도록 상기 초점에 모인 빔 패턴에 상부 그늘 영역을 형성하기 위해 반사기 및 렌즈 사이의 전방 경로의 부분에 배치되며, 상기 초점에 모인 빔 패턴에 광-그늘 경계를 형성하는 상부 에지를 가진 불투명 마스크로서, 상기 마스크는 상기 상부 에지 아래로 투사된 광 중 제한된 량을 통과시키도록 상부 에지 근방에 전이 영역을 포함하여 투사된 광의 자취가 초점에 모인 빔 패턴의 광-그늘 경계 위로 도입됨으로써 상기 광-그늘 경계가 시야 내 그리고 시야 밖으로 교차할 때 다가오는 차량이 광 강도의 급격한 변화에 직면하지 않게 되도록 하는 불투명 마스크를 포함하는 구조가 개시되어 있다.

또한 렌즈의 표면에 마이크로 옵틱 기술을 적용하여 색수차의 발생을 완화시키는 기술도 제안되고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 차량의 램프용 색수차 저감 기술에 있어서, 구조가 보다 간단하고, 색수차를 효과적으로 저감하여 야간 운전의 편의성을 제공하고, 교통 사고의 위험을 줄일 수 있는 방안이 필요하게 되었다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 렌즈의 표면에 소정 재질의 박막을 코팅하여 빛이 렌즈를 투과한 후에 빛의 각 성분광의 각 파장에 따른 반사율이 다르게 되도록 해서 색수차를 효과적으로 저감한 색수차가 저감된 램프 렌즈 및 이를 이용한 차량용 램프를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 색수차가 저감된 램프 렌즈는, 램프 렌즈의 표면에 소정 물질이 박막으로 코팅 혹은 증착되되, 상기 박막은 상기 램프 렌즈의 중앙을 기준으로 램프 렌즈의 상하로 램프 렌즈의 직경 대비 30% 이내로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 박막은 상기 램프 렌즈의 한쪽면 혹은 양쪽면에 코팅될 수 있다.

상기 박막에 의해 소정 파장 영역대의 반사율이 증대될 수 있다.

상기 박막은 블루 스펙트럼의 반사율을 증가시키고, 옐로우 스펙트럼의 투과율을 증대시킬 수 있다.

상기 박막은 100nm 이하의 두께로 코팅될 수 있다.

상기 박막은 단층 혹은 다층으로 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 램프는, 상기 램프 렌즈 및 LED 광원을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 색수차가 저감된 램프 렌즈에 의하면, 램프 렌즈의 중앙 부위에서 한쪽면 혹은 양측면에 소정 화합물의 박막이 단층 혹은 다층으로 코팅되어, 색수차를 효과적으로 저감할 수 있다.

즉 광원에서 조사되어 상기 박막을 투과하는 빛의 특정 영역대의 성분광의 반사율을 상기 박막을 통해 적절히 조절하여 색수차를 저감할 수 있고, 차량용 램프에 적용할 경우에는 맞은편 차량의 운전자에게 눈부심을 줄여줘서 야간 운전의 편의성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 교통 사고의 위험도 저감할 수 있다.

발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 종래 기술에 따른 램프 렌즈를 투과의 빛의 색수차를 설명하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 램프 렌즈가 합성수지 및 광학 유리로 제작된 경우의 램프 렌즈를 투과하는 빛의 파장에 대한 굴절률의 대비 비교 그래프이다.
도 3은 일반적인 기판에 박막이 코팅된 경우의 굴절률을 설명하는 도면이다.
도 4는 다양한 굴절률을 가진 기판(램프 렌즈)에 굴절률 1.38을 가진 물질을 코팅했을 경우의 파장에 따른 반사율을 설명하는 그래프이다.
도 5는 광학 유리(BK7)의 기판(램프 렌즈)에 플루오르화마그네슘(MGF₂)이 코팅된 경우의 빛의 파장에 대한 굴절률의 그래프이다.
도 6은 광학 유리(BK7)의 기판(램프 렌즈)에 소정 화합물의 박막이 3층으로 코팅된 경우의 빛의 파장에 대한 굴절률의 그래프이다.
도 7은 광학 유리(BK7)의 기판(램프 렌즈)에 소정 화합물의 박막이 4층으로 코팅된 경우의 빛의 파장에 대한 굴절률의 그래프이다.
도 8은 소정 화합물의 박막에 대한 굴절률과 빛의 투과 범위의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 램프 렌즈의 박막 코팅 범위를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 실시 예에 따른 색수차가 저감된 램프 렌즈는, 램프 렌즈의 표면에 특정 물질을 박막으로 코팅하여 램프 렌즈를 통해 빛이 투과할 때에 빛의 각 성분광의 반사율을 적절히 조절해서 색수차를 저감하는 것을 특징으로 한다.

특히 파장이 짧은 블루 파장 영역대의 반사율을 높여 색수차를 저감하는 것을 특징으로 한다.

즉 차량용 램프에서 불필요한 파장 영역의 블루 광의 반사를 증가시키고, 필요한 파장 영역의 옐로우 광의 투과를 증가시켜 색수차를 저감하는 것을 특징으로 한다.

도 3을 참조하면, 일반적으로 기판에 소정 물질을 박막 코팅한 경우에 굴절률(R)은 다음 식(1)으로 결정될 수 있다.

R = (Ns - Nc²)²/(Ns + Nc²)²...식(1)

여기서 Nc는 코팅막의 굴절률이고, Ns는 기판의 굴절률이다.

램프 렌즈에 소정 물질을 박막 코팅한 경우에 램프 렌즈를 투과하는 빛의 각 성분광의 반사율을 조정하기 위해 코팅막의 두께를 다음의 식(2)으로 결정할 수 있다.

NcT = δ/4...식(2)

여기서 Nc는 코팅막의 굴절률이고, T는 코팅막의 두께이며, δ는 반사를 최소로 하는 빛의 파장이다.

한편 코팅막의 굴절률과 코팅막을 투과하는 빛의 반사율의 상관관계는, 만일 코팅막의 굴절률이 기판(렌즈)의 굴절률보다 작은 경우에는 식(2)의 코팅막의 두께(T)를 만족하는 빛의 파장에서 반사는 최소가 되고, 만일 코팅막의 굴절률이 기판(렌즈)의 굴절률보다 큰 경우에는 식(2)의 코팅막의 두께(T)를 만족하는 빛의 파장에서 반사는 최대가 된다.

상기 원리를 이용하여 렌즈를 투과하는 빛의 특정 파장 영역대의 반사율을 용이하게 조절할 수 있다.

예를 들어, 450nm 파장 영역대의 빛의 반사율을 최대로 하고, 550nm 파장 영역대의 빛의 반사율을 최소로 조절할 수 있다.

도 4에는 다양한 기판(램프 렌즈)에 굴절률 1.38을 가진 물질을 코팅했을 경우, 다양한 기판의 굴절률(n)에 대한 반사율(Reflection)의 상관관계가 도시되어 있는 바, 기판의 굴절률(n)이 작을수록 빛의 각 파장(Wavelength) 영역대에서 반사율의 차이는 낮지만, 기판의 굴절률(n)이 증가할수록 빛의 각 파장 영역대에서 반사율의 차이는 증가하게 되고, 특히 550nm의 파장 영역대에서 반사율이 최소가 된다.

도 5에는 광학유리(BK7, n=1.47)로 램프 렌즈를 제작하고, 그 표면에 플루오르화마그네슘(MGF_2, 굴절률 n=1.38) 박막을 증착(코팅)한 경우에 빛의 파장(Wavelength)에 대한 반사율의 상관관계가 도시되어 있는 바, 550nm의 파장 영역대의 빛의 반사율이 최소가 됨을 알 수 있다.

도 6에는 광학 유리 재질(BK7)의 램프 렌즈에 3층 박막(산화규소(SiO)와 플루오르화마그네슘(MGF₂))을 증착한 경우에 빛의 파장(Wavelength)에 대한 반사율의 상관관계가 도시되어 있는 바, 단층 박막 코팅에 비해 반사율이 크게 감소됨을 알 수 있다.

도 7은 램프 렌즈에 박막을 다층((a)는 4층, (b)는 5층))으로 코팅한 경우의 빛의 파장(Wavelength)에 대한 반사율의 상관관계가 도시되어 있는 바, 굴절률이 크고 작은 물질들을 번갈아 가면서 코팅하여 원하는 파장 영역대의 반사율을 용이하게 조절할 수 있다.

도 8은 박막 코팅 화합물의 굴절률과 사용가능 투과 범위를 나타낸다. 굴절률을 고려하여 적절한 코팅 화합물을 선정할 수 있다.

도 9를 참조하면, 램프 렌즈(100)의 센터 라인(L)을 기준으로 상하로 직경대비 30%(램프 렌즈의 중앙 부분)에 걸쳐 단층 혹은 다층 박막을 코팅할 수 있고, 램프 렌즈의 한쪽면 혹은 양쪽면을 코팅할 수 있다.

상기 박막은 적절한 두께, 예를 들면 100nm 이하의 두께로 코팅할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 광원
20: 램프 렌즈
100: 램프 렌즈

Claims (7)

1. 램프 렌즈의 표면에 소정 물질이 박막으로 코팅 혹은 증착되되,
   상기 박막은 상기 램프 렌즈의 중앙을 기준으로 램프 렌즈의 상하로 램프 렌즈의 직경 대비 30% 이내로 형성된 것을 특징으로 하는 색수차가 저감된 램프 렌즈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막은 상기 램프 렌즈의 한쪽면 혹은 양쪽면에 코팅된 특징으로 하는 색수차가 저감된 램프 렌즈.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막에 의해 소정 파장 영역대의 반사율이 증대되는 것을 특징으로 하는 색수차가 저감된 램프 렌즈.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 박막은 블루 스펙트럼의 반사율을 증가시키고, 옐로우 스펙트럼의 투과율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 색수차가 저감된 램프 렌즈.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막은 100nm 이하의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 색수차가 저감된 램프 렌즈.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막은 단층 혹은 다층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 색수차가 저감된 램프 렌즈.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 램프 렌즈; 및
   LED 광원;
   을 포함하는 차량용 램프.
   

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