KR20210081560A

KR20210081560A - 차량용 헤드램프

Info

Publication number: KR20210081560A
Application number: KR1020190173661A
Authority: KR
Inventors: 주재영; 염등원; 김종국; 김상유
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-07-02
Also published as: KR20220124134A

Abstract

차량용 헤드램프를 개시한다. 본 발명은 광원으로부터 출력된 빛이 반사부와 위상차 변환부를 이용하여 동일한 위상을 갖는 빛이 한방향으로 집광되도록 구성함으로써, 하나의 디스플레이 패널을 이용하여 다양하고 정밀한 빔 패턴을 제공할 수 있다.

Description

차량용 헤드램프{HEAD LAMP FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 헤드램프에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광원으로부터 출력된 빛이 반사부와 위상차 변환부를 이용하여 동일한 위상을 갖는 빛이 한방향으로 집광되도록 구성함으로써, 하나의 디스플레이 패널을 이용하여 다양하고 정밀한 빔 패턴을 제공할 수 있는 차량용 헤드램프에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 야간 주행 시 주행방향의 사물을 잘 볼 수 있도록 조명기능 및 다른 차량이나 기타 도로 사용자에게 자기 차량의 주행상태를 알리기 위한 용도의 등화장치를 구비한다.

여기서, 전조등이라고도 하는 헤드램프(Head lamp)는 차량이 진행하는 전방의 진로를 비추는 기능을 하는 조명등이다.

상기 헤드램프에서 조사되는 빔(beam)은 중앙선에 인접한 쪽에 더욱 약하게 조사되도록 조정되는 것이다.

이렇게 헤드램프의 빔 조사 방향을 조정함으로써 대향 방향으로 주행하는 운전자에게 조사되는 빔의 양을 줄임으로써 운전자의 눈부심을 방지하도록 법규화되어 있다.

그에 따라, ADB(Advanced Driving Beam) 헤드램프는 운전자와 상대 운전자의 전방 인식을 개선하고자 하는 시도에 의하여 도입되었고, 이러한 ADB 헤드램프는 램프의 조명 각도, 밝기, 폭 및 길이 등을 변경하여 조사하는 광 조사 장치이다.

또한, ADB 헤드램프는 반대 차선에서 접근하는 자동차(이하, '대항차(對向車)'라 함)의 운전자가 눈이 부시지 않도록 헤드램프의 밝기 및 빔 패턴을 조절할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량의 헤드램프의 동작 상태를 나타낸 예시도이로서, 주행차량(1)의 헤드램프(1a)에서 조사되는 빔 패턴(1b)은 대항차(2)가 없는 경우, 주행차량(1)의 헤드램프(1a)는 하이 빔(high beam)으로 주행하다가, 대항차(2)가 보일 경우 상기 대항차(2)의 운전자 주변 영역은 어두워지게 하게나 또는 로우 빔 패턴이 되도록 변경한다.

즉 주행차량(1)의 헤드램프(1a)로 인한 대항차의 눈부심이 없도록 다크 존(dark zone, 1c)을 형성하고, 대항차(2)가 지나가면 상기 헤드램프(1)는 하이 빔으로 복귀되도록 제어한다.

한국 등록특허공보 등록번호 제10-1664710호(발명의 명칭: 차량용 헤드램프의 빔패턴 제어방법)에는 ADB 모드 구현이 가능한 차량이 주행할 때에 선행차량과의 거리변화에 따라 좌측 헤드램프와 우측 헤드램프의 빔패턴이 서로 다른 빔패턴으로 구현되도록 제어하는 구성이 개시되어 있다.

그러나 이러한 종래 기술은 빔 패턴을 제어하기 위해 기구적인 구성이 복잡하게 구성되어야 하는 문제점이 있다.

또한, 한국 등록특허공보 등록번호 제10-2023831호(발명의 명칭: 디스플레이 패널을 이용한 헤드램프)에는 디스플레이 패널을 이용하여 헤드램프의 빔 패턴을 제어하는 구성이 개시되어 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 디스플레이 패널을 이용한 헤드램프를 나타난 예시도로서, 광원(10)으로부터 출력된 빛을 집광하여 출력하는 집광렌즈(20)와, 상기 광원(10)으로부터 발광된 빛의 일부는 제1 디스플레이 패널(40)로 반사하고, 나머지 빛은 제2 디스플레이 패널(50)로 투과되도록 하는 빔스플리터(30)와, 상기 빔스플리터(30)로부터 반사 및 투과된 빛을 투사하는 제1 및 제2 디스플레이 패널(40, 50)과, 상기 제1 및 제2 디스플레이 패널(40, 50)에서 투사되는 빛을 집광하여 출력하는 광학계(60, 70)를 포함하여 구성된다.

그러나, 종래 기술에 따른 디스플레이 패널을 이용한 헤드램프는 광원(10)으로부터 출력된 빛은 서로 수직방향으로 진동하는 횡방향 빛(S)과 종방향 빛(P)으로 이루어진 무편광된 빛으로서, 빔 스플리터(30)에 입사되면, 횡방향 빛(S)은 반사하여 제1 디스플레이 패널(40)로 입사되고, 종방향 빛(P)은 통과하여 제2 디스플레이 패널(50)로 입사되도록 구성되어 한쪽 방향으로 빛을 집광시키기 위해 2개의 디스플레이 패널이 요구되어 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

문헌 1. 한국 등록특허공보 등록번호 제10-1664710호(발명의 명칭: 차량용 헤드램프의 빔패턴 제어방법) 문헌 2. 한국 등록특허공보 제10-2023831호(발명의 명칭: 디스플레이 패널을 이용한 헤드램프)

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광원으로부터 출력된 빛이 반사부와 위상차 변환부를 이용하여 동일한 위상을 갖는 빛이 한방향으로 집광되도록 구성함으로써, 하나의 디스플레이 패널을 이용하여 다양하고 정밀한 빔 패턴을 제공할 수 있는 차량용 헤드램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 차량용 헤드램프로서, 빛을 출력하는 광원부; 상기 광원부로부터 입력되는 빛을 집광하여 출력하는 빔 포밍 렌즈부; 상기 빔 포밍 렌즈부로부터 입력되는 빛의 일부는 제2 빔 스플리터로 반사하되 나머지 빛은 투과되도록 하고, 위상차 변환부에서 출력되는 빛은 상기 제2 빔 스플리터로 반사하는 제1 빔 스플리터; 상기 제1 빔 스플리터를 투과한 빛의 위상을 일정 각도 변환하여 반사부로 출력하고, 상기 반사부로부터 반사된 빛의 위상을 일정 각도 변환하여 상기 제1 빔 스플리터로 출력하는 위상차 변환부; 상기 위상차 변환부를 투과한 빛이 상기 위상차 변환부에 재입사되도록 반사하는 반사부; 상기 제1 빔 스플리터에서 반사된 빛이 디스플레이 패널에 입사되도록 투과시키고, 상기 디스플레이 패널로부터 출력되는 빛을 광학계로 반사하는 제2 빔 스플리터; 상기 제2 빔 스플리터를 투사한 빛이 선택적으로 반사되어 임의의 배광 패턴을 형성하도록 투사하는 디스플레이 패널; 상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 빛의 배광을 형성하도록 제어하는 광학계;를 포함한다.

또한, 상기 실시 예에 따른 제2 빔 스플리터는 동일한 위상을 갖는 빛이 투과되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실시 예에 따른 위상차 변환부는 투과하는 빛의 위상을 45° 각도로 변환시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실시 예는 광원부로부터 입사되는 빛의 입사각이 큰 빛을 굴절시켜 광 경로를 따라 상기 빔 포밍 렌즈부에 입력되도록 안내하는 광 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실시 예는 광원부의 온/오프 동작과, 상기 디스플레이 패널의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 광원으로부터 출력된 빛이 반사부와 위상차 변환부를 이용하여 동일한 위상을 갖는 빛이 한방향으로 집광되도록 구성함으로써, 하나의 디스플레이 패널을 이용하여 다양하고 정밀한 빔 패턴을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 차량의 헤드램프의 동작 상태를 나타낸 예시도.
도 2는 종래 기술에 따른 디스플레이 패널을 이용한 헤드램프를 나타난 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 헤드램프를 나타낸 예시도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.

또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다.

또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 헤드램프의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 헤드램프를 나타낸 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 헤드램프는 광원부(100)와, 적어도 하나의 렌즈로 구성된 빔 포밍 렌즈부(110)와, 제1 빔 스플리터(120)와, 제2 빔 스플리터(121)와, 위상차 변환부(130)와, 반사부(140)와, 디스플레이 패널(150)과, 프론트 렌즈(160)와, 광학계(170)와, 광 가이드부(180)와, 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 광원부(100)는 빛을 출력하는 구성으로서, 바람직하게는 복수의 LED 칩이 M×N 매트릭스 구조로 배열되고, 제어부(190)로부터 출력되는 온/오프 동작 제어신호에 따라 점등 또는 소등될 수 있다.

또한, 상기 광원부(100)는 서로 수직방향으로 진동하는 횡방향 빛(S)과 종방향 빛(P)으로 이루어진 무편광된 빛이 출력될 수 있다.

상기 빔 포밍 렌즈부(110)는 광원부(100)의 출력측에 설치되어 상기 광원부(100)로부터 출력된 빛이 입력되면, 상기 입력된 빛을 집광하여 출력하는 구성으로서, 제1 렌즈(111)와 제2 렌즈(112)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 렌즈(111)는 광원부(100)로부터 입력되는 빛을 평행광으로 변환하여 출력하는 구성으로서, 바람직하게는 원형 렌즈로 구성될 수 있다.

상기 제2 렌즈(112)는 제1 렌즈(111)로부터 입력되는 빛을 집광하여 제1 빔 스플리터(120)로 출력하는 구성으로서, 바람직하게는 입사면을 평면이고, 출사면은 볼록 형상인 장방형상의 실리더리컬 렌즈로 구성될 수 있다.

상기 제1 빔 스플리터(120)는 빔 포밍 렌즈부(110)의 출력측에 설치되고, 상기 광원부(100)로부터 발광되어 입력되는 빛의 일부는 제2 빔 스플리터(121)로 반사하고, 나머지 빛은 투과되도록 한다.

즉 상기 제1 빔 스플리터(120)는 서로 수직방향으로 진동하는 횡방향 빛(S)과 종방향 빛(P)으로 이루어진 무편광된 빛이 입사되면, 횡방향 빛(S)은 제2 빔 스플리터(121)에서 반사되어 제2 빔 스플리터(121)로 입사되는 빛(Rs)이 되고, 종방향 빛(P)은 통과시켜 위상차 변환부(130)와 반사부(140)측으로 출력되도록 한다.

또한, 상기 제1 빔 스플리터(120)는 출사면에 반사체를 구성함으로써, 입사된 횡방향의 빛(S)이 제2 빔 스플리터(121)로 반사되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 제1 빔 스플리터(120)는 반사부(140)에서 반사되어 위상차 변환부(130)를 투과한 빛이 입력되면 제2 빔 스플리터(121)로 반사한다.

상기 제2 빔 스플리터(121)는 제1 빔 스플리터(120)에서 반사된 빛(Rs)이 디스플레이 패널(150)에 입사되도록 투과시키고, 상기 디스플레이 패널(150)로부터 반사되는 빛(Rp) 빛을 광학계(170)로 반사한다.

또한, 상기 제2 빔 스플리터(121)는 제1 빔 스플리터(120)에서 반사된 빛(Rs')을 디스플레이 패널(150)에 입사되도록 투과시키고, 상기 디스플레이 패널(150)로부터 반사되는 빛(Rp')을 광학계(170)로 반사한다.

즉, 상기 제2 빔 스플리터(121)는 동일한 위상을 갖는 빛(Rs, Rs')이 투과되고, 동일한 위상을 갖는 빛(Rp, Rp')이 반사되도록 한다.

상기 위상차 변환부(130)는 제1 빔 스플리터(120)를 투과한 종방향의 빛(P)의 위상을 일정 각도 변환하여 반사부(140)로 출력한다.

이때, 상기 위상차 변환부(130)는 제1 빔 스플리터(120)를 투과한 종방향 빛(P)의 위상을 예를 들면 45° 각도로 변환시켜 반사부(140)로 출력한다.

또한, 상기 위상차 변환부(130)는 위상이 45°각도 변환된 종방향 빛(P)이 반사부(140)에서 반사되어 투과하면, 위상을 45°각도 변환하여 횡방향으로 변환된 빛(Rs')이 제1 빔 스플리터(120)측으로 출력되도록 한다.

즉, 상기 위상차 변환부(130)를 왕복으로 투과하는 과정에 위상차가 90°변환되도록 한다.

상기 반사부(140)는 위상차 변환부(130)를 투과한 빛을 반사하여 상기 위상차 변환부(130)에 재입사되도록 한다.

상기 디스플레이 패널(150)은 제2 빔 스플리터(121)를 투사한 빛이 선택적으로 반사되어 임의의 배광 패턴을 형성하도록 투사하는 구성으로서, 바람직하게는 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 패널로 이루어질 수 있다.

상기 LCOS 패널은 반사 칩을 이용하여 상기 제2 빔 스플리터(121)에서 반사된 빛을 제어부(190)의 동작 제어에 따라 선택적으로 반사하여 투사되도록 하는 구성으로서, LCOS 패널은 픽셀 간의 간격이 좁아 높은 해상도를 제공할 수 있어서 다양하고, 정밀한 배광 패턴을 형성할 수 있다.

즉 상기 디스플레이 패널(150)은 종래의 M×N 매트릭스 구조로 배열된 광원의 구조적 한계로 인한 낮은 해상도를 디스플레이 패널(150)의 고해상도로 확대시켜 정밀하고 다양한 배광 패턴을 제공할 수 있도록 한다.

상기 프론트 렌즈(160)는 디스플레이 패널(150)에서 투사되는 빛을 집광하여 제2 빔 스플리터(121)로 출력한다.

상기 광학계(170)는 제2 빔 스플리터(121)에서 반사된 빛(Rp, Rp')이 임의 배광을 형성하며 출력되도록 하는 구성으로서, 적어도 하나의 프로젝션 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 광 가이드부(180)는 광원부(100)와 빔 포밍 렌즈부(110) 사이에 설치되고, 상기 광원부(100)로부터 입사되는 빛 중에서 입사각이 큰 빛은 굴절시켜 광 경로를 따라 이동시켜 빔 포밍 렌즈부(110)에 입력되도록 안내함으로써, 집광 효율이 개선될 수 있도록 한다.

상기 제어부(190)는 광원부(100)의 온/오프 동작과, 상기 디스플레이 패널(150)의 동작을 제어하는 구성으로서, 상기 광원부(100)로부터 발광된 빛이 디스플레이 패널(150)에 입사되면, 상기 디스플레이 패널(150)이 임의의 배광 패턴을 형성하도록 상기 디스플레이 패널(140)에 내재된 반사 칩의 온/오프 동작을 제어하여 일정 형상의 배광이 형성될 수 있도록 한다.

따라서, 광원으로부터 출력된 빛이 반사부와 위상차 변환부를 이용하여 동일한 위상을 갖는 빛이 한방향으로 집광되도록 구성함으로써, 하나의 디스플레이 패널을 이용하여 다양하고 정밀한 빔 패턴을 제공할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다.

또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.

100 : 광원부
110 : 빔 포밍 렌즈부
111 : 제1 렌즈
112 : 제2 렌즈
120 : 제1 빔 스플리터
121 : 제2 빔 스플리터
130 : 위상차 변환부
140 : 반사부
150 : 디스플레이 패널
160 : 프론트 렌즈
170 : 광학계
180 : 광 가이드부
190 : 제어부

Claims

빛을 출력하는 광원부(100);
상기 광원부(100)로부터 입력되는 빛을 집광하여 출력하는 빔 포밍 렌즈부(110);
상기 빔 포밍 렌즈부(110)로부터 입력되는 빛의 일부는 제2 빔 스플리터(121)로 반사하되 나머지 빛은 투과되도록 하고, 위상차 변환부(130)에서 출력되는 빛은 상기 제2 빔 스플리터(121)로 반사하는 제1 빔 스플리터(120);
상기 제1 빔 스플리터(120)를 투과한 빛의 위상을 일정 각도 변환하여 반사부(140)로 출력하고, 상기 반사부(140)로부터 반사된 빛의 위상을 일정 각도 변환하여 상기 제1 빔 스플리터(120)로 출력하는 위상차 변환부(130);
상기 위상차 변환부(130)를 투과한 빛이 상기 위상차 변환부(130)에 재입사되도록 반사하는 반사부(140);
상기 제1 빔 스플리터(120)에서 반사된 빛이 디스플레이 패널(150)에 입사되도록 투과시키고, 상기 디스플레이 패널(150)로부터 출력되는 빛을 광학계(170)로 반사하는 제2 빔 스플리터(121);
상기 제2 빔 스플리터(121)를 투사한 빛이 선택적으로 반사되어 임의의 배광 패턴을 형성하도록 투사하는 디스플레이 패널(150);
상기 제2 빔 스플리터(121)에서 반사된 빛의 배광을 형성하도록 제어하는 광학계(170);를 포함하는 차량용 헤드램프.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 빔 스플리터(121)는 동일한 위상을 갖는 빛이 투과되는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프.
제 2 항에 있어서,
상기 위상차 변환부(130)는 투과하는 빛의 위상을 45° 각도로 변환시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프.
제1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원부(100)로부터 입사되는 빛의 입사각이 큰 빛을 굴절시켜 광 경로를 따라 상기 빔 포밍 렌즈부(110)에 입력되도록 안내하는 광 가이드부(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프.
제 4 항에 있어서,
상기 광원부(100)의 온/오프 동작과, 상기 디스플레이 패널(150)의 동작을 제어하는 제어부(190)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프.