KR20210101618A - 차량용 바이펑션 헤드램프 - Google Patents

차량용 바이펑션 헤드램프 Download PDF

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KR20210101618A KR1020200015801A KR20200015801A KR20210101618A KR 20210101618 A KR20210101618 A KR 20210101618A KR 1020200015801 A KR1020200015801 A KR 1020200015801A KR 20200015801 A KR20200015801 A KR 20200015801A KR 20210101618 A KR20210101618 A KR 20210101618A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프는 전방 입구가 개방되며, 상부에 설치된 로우빔 리플렉터 및 하부에 설치된 하이빔 리플렉터를 포함하는 리플렉터, 상기 로우빔 리플렉터에 반사되도록 설치되는 로우빔 광원, 상기 하이빔 리플렉터에 반사되도록 설치되는 하이빔 광원, 상기 리플렉터 내부 공간에 설치되는 쉴드; 및 상기 로우빔 리플렉터에 의해 전달되는 빛을 로우빔영역으로 전달하는 로우빔 렌즈부 및 상기 하이빔 리플렉터에 의해 전달되는 빛을 하이빔 영역으로 전달하는 하이빔 렌즈부를 포함하며, 상기 로우빔 렌즈부와 상기 하이빔 렌즈부의 굴절률이 서로 상이한 렌즈;를 포함한다.

Description

차량용 바이펑션 헤드램프{Bi-function head lamp for vehicle}
본 발명은 차량용 헤드램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중렌즈를 이용한 차량용 바이펑션 엘이디 헤드램프에 관한 것이다.
일반적으로, 차량은 야간 주행시 주행방향의 사물이 잘 보일 수 있도록 하는 조명 용도 및 다른 차량이나 기타 도로 이용자에게 자기 차량의 주행상태를 알리기 위한 신호 표시 용도의 등화장치를 구비하고 있다. 즉 차량은 야간 주행이나 우천시 또는 가시조건이 좋지 않은 때 운전자의 시야를 확보하거나 다른 차량이나 도로 이용자에게 차량의 주행 상태를 알리기 위해 전조등이라고 하는 헤드램프를 구비한다. 이러한 헤드램프는 야간에 차량의 전반으로 약 100m 까지의 거리에 있는 물체를 확인할 수 있는 밝기를 필요로 하고 일정한 높이에서 차량의 진행방향으로 빛을 조사할 수 있어야 한다.
헤드램프에 대한 배광법규는 국가마다 기준이 다르게 설정되어 있으며, 특히 우측통행과 좌측통행 중 어느 방향으로 통행하는 지에 따라 헤드램프의 빛이 조사되는 폭이 달라지게 된다. 그 이유는 헤드램프가 차량의 진행방향으로 빛을 조사하여, 대향차 운전자의 시야에 영향을 미치기 때문이다.
헤드램프는 교행하는 대향차의 운전자에게 눈부심 등으로 인한 운전방해가 발생하지 않도록 해야 하는데, 이를 위해 운전자 조작에 의해 헤드램프가 로우빔(low beam) 또는 하이빔(high beam) 모드로 전환될 수 있도록 하고 있다. 로우빔과 하이빔 모드의 전환 및 선택 사용을 위해 종래의 헤드램프에는 야간의 평상시에 점등하여 사용하는 하향등과 도로의 야간 조명이나 차량이 없는 한적한 도로에서만 주로 점등하여 사용되는 상향등이 각각 구비되어 있다.
그러나, 이 경우 각각의 반사체 및 렌즈를 통해 빛을 조사하여야 하고, 상향등과 하향등을 위한 구성품이 각각 설치되어야 하므로 부품과 설치공간이 많이 요구되는 문제점이 있다. 따라서, 최근에는 바이펑션 램프가 적용되고 있다.
일반적으로 차량용 헤드 램프에 있어 바이펑션 모듈의 액추에이터는 소음 발생, 원가 상승, 중량 상승의 단점이 있다. 또한, 엘이디 바이펑션 적용시 액추에이터 없이도 작동 가능하나, 기존 위치에 고정된 쉴드 적용으로 시그널 반사면 위치 불가하여 시그널 법규 만족이 어렵다.
이와 관련된 차량 헤드 램프 기술의 일례로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0039884호는 "무빙 쉴드를 이용하여 하이빔에서 로우 빔으로 전환 시에 빔 패턴의 떨림 현상을 방지하도록 한 차량용 헤드 램프"를 개시한다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0036528호는 "레벨링에 사용되는 헤드 램프의 회전구조에 관한 차량용 헤드 램프"를 개시한다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0114804호는 "하나의 램프로 광선을 아래로 비추는 하향모드 기능과 광선을 상향으로 비추는 하향모드 기능을 수행하는 헤드 램프의 구동장치"를 개시한다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0039884호 (2014. 04. 02) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0036528호 (2014. 03. 26) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0114804호 (2010. 10. 26)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 쉴드의 두께를 줄이지 않고서도 하이빔 모드 점등시에 다크존(dark zone) 영역을 효과적으로 배제할 수 있는 파이펑션 엘이디 헤드램프를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프는 전방 입구가 개방되며, 상부에 설치된 로우빔 리플렉터 및 하부에 설치된 하이빔 리플렉터를 포함하는 리플렉터, 상기 로우빔 리플렉터에 반사되도록 설치되는 로우빔 광원, 상기 하이빔 리플렉터에 반사되도록 설치되는 하이빔 광원, 상기 리플렉터 내부 공간에 설치되는 쉴드; 및 상기 로우빔 리플렉터에 의해 전달되는 빛을 로우빔영역으로 전달하는 로우빔 렌즈부 및 상기 하이빔 리플렉터에 의해 전달되는 빛을 하이빔 영역으로 전달하는 하이빔 렌즈부를 포함하며, 상기 로우빔 렌즈부와 상기 하이빔 렌즈부의 굴절률이 서로 상이한 렌즈;를 포함한다.
상기 리플렉터는 중앙에 설치된 격벽에 의해 내부공간의 분할될 수 있다.
상기 로우빔 광원은 상기 격벽의 상면 안쪽에 설치되고, 상기 하이빔 광원은 상기 격벽의 하면 안쪽에 설치되며, 상기 쉴드는 상기 격벽의 선단에 설치될 수 있다.
상기 렌즈는 상하부분으로 이분할하여 상부는 하이빔 렌즈부이고, 하부는 로우빔 렌즈부일 수 있다.
상기 로우빔 렌즈부의 굴절율이 상기 하이빔 렌즈부의 굴절율보다 작을 수 있다.
상기 로우빔 렌즈부의 굴절율과 상기 하이빔 렌즈부의 굴절율의 차이는 0.05 ~ 0.15일 수 있다.
상기 렌즈는 투명 아크릴계 수지일 수 있다.
상기 로우빔 렌즈부는 폴리카보네이트(PC)이며, 상기 하이빔 렌즈부는 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA)일 수 있다.
본 발명에 의한 파이펑션 엘이디 헤드램프에 따르면 로우빔 광원 및 하이빔 광원의 점소등만으로도 로우빔과 하이빔을 구현하는 것이 가능하다.
또한, 무빙 쉴드를 구동하기 위한 액추에이터가 필요없다.
또한, 쉴드를 박막으로 하더라도 발생할 수 있는 다크존(dark zone)을 배제할 수 있다.
또한, 쉴드의 두께를 제한하지 않더라도 다크존(dark zone)을 배제할 수 있다.
도 1은 두께 약 1mm의 박막쉴드를 사용한 형태에서 발생할 수 있는 다크존을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 부분단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 단면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 로우빔 모드를 나타낸 단면도이다.
도 6은 은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 엘이디 헤드램프의 하이빔 모드를 나타낸 단면도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 로우빔 투사 형태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 하이빔 투사 형태를 나타낸 도면이다. 다크존이 발생하는 것이 없이 하이빔이 투사되는 것을 알 수 있다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 바이펑션 헤드램프에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 두께 약 1mm의 박막쉴드를 사용한 형태에서 발생할 수 있는 다크존을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이 별도의 액추에이터를 사용하지 않은 상태에서도 박막쉴드를 사용하는 경우 하이빔과 로우빔을 구현하는 것이 가능하다. 이 경우 하이빔과 로우빔 사이에서 어두운 부분인 다크존(dark zone)이 발생한다. 박막쉴드를 사용하는 경우 쉴드 제조시에 원가가 올라가는 부담이 존재하며, 박막쉴드를 약 0.1 mm의 두께로 제조한다고 하더라도 다크존이 발생하는 것을 피할 수는 없다.
본 발명은 박막 쉴드를 사용하지 않고서도 이러한 다크존을 없앨 수 있는 방안으로 렌즈를 굴절률이 상이한 소재를 배치하여 각 빛의 초점 위치를 상이하게 하는 방안을 착안하여 본 발명을 완성하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 부분단면 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프(100)는 리플렉터(10), 로우빔 광원(20), 하이빔 광원(30), 쉴드(40), 렌즈(50)를 포함한다.
리플렉터(10)는 로우빔 광원(20)과 하이빔 광원(30)으로부터 조사된 빛을 반사하는 역할을 한다. 리플렉터(10)의 전방 입구는 렌즈 홀더(51)가 결합되는 개구된 형태이며 리플렉터(10)의 후방은 막힌 형태이다. 리플렉터(10)의 내부는 중앙에 설치되는 격벽(13)에 의해 상부의 로우빔 리플렉터(11)와 하부의 하이빔 리플렉터(12)로 구분된다.
로우빔 리플렉터(11) 쪽의 격벽(13) 상면에는 로우빔 광원(20)이 설치된다. 하이빔 리플렉터(12) 쪽의 격벽(13) 하면에는 하이빔 광원(30)이 설치된다. 로우빔 광원(20)과 하이빔 광원(30)은 엘이디(LED) 광원일 수 있다.
격벽(13) 선단에는 쉴드(40)가 설치된다. 쉴드(40)는 로우빔 광원(20) 및 하이빔 광원(30)으로부터 조사되는 빛의 진행방향을 일부분 제한하여 차량 전방으로 조사되는 빛의 패턴을 가변시키는 역할을 한다.
렌즈(50)는 렌즈 홀더(51)의 일측에 끼워지며, 렌즈 홀더(51)의 타측에는 리플렉터(10)가 연결된다. 렌즈홀더(51)는 렌즈(50)와 리플렉터(10)를 연결하는 역할을 수행하며, 렌즈는 비구면 렌즈이다.
여기서 렌즈(50)는 상하부분으로 이분할되어 상부는 하이빔 렌즈부(50a)이며, 하부는 로우빔 렌즈부(50b)를 포함한다. 본 실시예에서는 렌즈(50)를 상하부분으로 이분할 하였지만, 필요에 따라 3개 이상의 다른 굴절율을 가지는 렌즈를 적용하여 다중 분할 렌즈를 사용하는 것도 가능하다.
로우빔 렌즈부(50b)는 로우빔 리플렉터(11)에 의해 전달되는 빛을 로우빔영역으로 전달하며, 하이빔 렌즈부(50a)는 하이빔 리플렉터(12)에 의해 전달되는 빛을 하이빔 영역으로 전달한다.
이 때, 로우빔 렌즈부(50b)와 하이빔 렌즈부(50a)의 굴절률을 상이하게 하여 하이빔과 로우빔의 빛의 경로를 상이하게 조정하면 하이빔과 로우빔 사이에 발생하는 다크존을 제거할 수 있다. 즉 로우빔 렌즈부(50b)와 하이빔 렌즈부(50a)의 굴절률이 상이하면 빛의 초점 부분이 다르게 형성되기 때문에 하이빔 동작시에 쉴드(40)의 간섭을 덜 받게 된다.
특히 로우빔 렌즈부(50b)의 굴절율이 하이빔 렌즈부(50a)의 굴절률보다 작은 것이 바람직하다. 로우빔 렌즈부(50b)와 하이빔 렌즈부(50a)의 굴절률 차이에 의해 하이빔의 빛의 경로 상 초점이 로우빔의 빛의 경로 상 초점보다 렌즈 쪽으로 치우쳐 서로 차이가 발생한다. 이로 인하여, 로우빔영역과 하이빔영역 사이에 발생할 수 있는 다크존을 제거하는 것이 가능하다.
상기 로우빔 렌즈부(50b)의 굴절율과 상기 하이빔 렌즈부(50a)의 굴절율의 차이는 0.05 ~ 0.15인 것이 바람직하다. 굴절율의 차이가 0.05보다 작은 경우에는 초점거리의 차이가 너무 작아 다크존을 제거하는 충분한 효과가 발휘되지 않으며, 굴절율의 차이가 0.15보다 큰 경우에는 초점거리의 차이가 너무 커서 효과적으로 하이빔 영역을 조사하는 것이 어려울 수 있다.
여기서 사용되는 렌즈의 소재는 다양한 소재가 사용될 수 있으나, 아크릴계 수지가 적용되는 것이 바람직하다. 아크릴계 수지의 경우에는 기본적으로 투명하게 제조될 뿐만 아니다 다양한 강도를 가지도록 적용될 수 있다. 아크릴계 수지를 사용하는 경우 투명성이 유지되는 경우라면 다양한 복합소재로 적용하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 로우빔 렌즈부(50b)에 폴리메틸 메타아크릴레이트(n=1.492)을 적용하고 하이빔 렌즈부에 폴리카보네이트(n=1.58)을 하는 경우에 쉴드에 의한 하이빔의 간섭을 배제할 수 있었다.
일반적으로 쉴드만을 사용하는 바이펑션 헤드램프의 경우에는 그 두께가 얇게 할수록 하이빔의 간섭을 최소화할 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 로우빔 렌즈부(50b)와 하이빔 렌즈부(50a)를 구비하는 경우에는 쉴드(40)의 두께를 박막으로 설치하지 않더라도 다크존을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프(100)의 작동과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 로우빔 모드를 나타낸 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 엘이디 헤드램프의 하이빔 모드를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프는 로우빔 광원과 하이빔 광원의 점소등만으로 로우빔과 하이빔의 바이펑션을 구현하는 것이 가능하다.
구체적으로 로우빔 광원(20)에 전원이 인가되면 로우빔 광원(20)의 빛이 로우빔 리플렉터(11)에 의해 반사된다. 로우빔 리플렉터(11)에 의해 반사된 빛은 일부 쉴드(40)에 의해 차단되고 렌즈(50)를 순차적으로 통과하여 로우빔을 형성한다. 이 때, 로우빔의 빛의 경로상의 초점(61)은 쉴드(40)에 근접하게 형성된다. 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 로우빔 투사 형태를 나타낸 도면이다. 쉴드에 의해 로우빔 영역으로 안정적으로 빛이 투사되는 것을 알 수 있다.
한편, 하이빔 광원(30)에 전원이 인가되면 하이빔 광원(30)의 빛이 하이빔 리플렉터(12)에 의해 반사된다. 이 때, 하이빔의 빛의 경로상의 초점(62)은 로우빔의 빛의 경로상의 초점(61) 보다 렌즈 쪽으로 근접하게 된다. 이 경우 쉴드(40)에 의한 간섭을 줄어들게 된다. 따라서, 하이빔 리플렉터(12)에 의해 반사된 빛은 하이빔 렌즈부(50a)를 통과하여 되어 하이빔을 형성한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이펑션 헤드램프의 하이빔 투사 형태를 나타낸 도면이다. 다크존이 발생하는 것이 없이 하이빔이 투사되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 로우빔 광원 및 하이빔 광원의 점소등만으로도 로우빔과 하이빔을 구현하는 것이 가능하다. 또한, 무빙 쉴드를 구동하기 위한 액추에이터가 필요없다. 또한, 쉴드를 박막으로 하더라도 발생할 수 있는 다크존(dark zone)을 배제할 수 있다. 또한, 쉴드를 두께를 박막으로 하지 않더라도 다크존(dark zone)을 배제할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 리플렉터 11: 로우빔 리플렉터
12: 하이빔 리플렉터 13: 격벽
20: 로우빔 광원 30: 하이빔 광원
40: 쉴드 41: 가변부
50: 렌즈 50a : 하이빔 렌즈부
50b: 로우빔 렌즈부 51: 렌즈홀더

Claims (8)

  1. 전방 입구가 개방되며, 상부에 설치된 로우빔 리플렉터 및 하부에 설치된 하이빔 리플렉터를 포함하는 리플렉터;
    상기 로우빔 리플렉터에 반사되도록 설치되는 로우빔 광원;
    상기 하이빔 리플렉터에 반사되도록 설치되는 하이빔 광원;
    상기 리플렉터 내부 공간에 설치되는 쉴드; 및
    상기 로우빔 리플렉터에 의해 전달되는 빛을 로우빔영역으로 전달하는 로우빔 렌즈부 및 상기 하이빔 리플렉터에 의해 전달되는 빛을 하이빔 영역으로 전달하는 하이빔 렌즈부를 포함하며, 상기 로우빔 렌즈부와 상기 하이빔 렌즈부의 굴절률이 서로 상이한 렌즈;를 포함하는 파이펑션 헤드램프.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 리플렉터는 중앙에 설치된 격벽에 의해 내부공간의 분할되는 것을 특징으로 하는 파이펑션 헤드램프.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 로우빔 광원은 상기 격벽의 상면 안쪽에 설치되고,
    상기 하이빔 광원은 상기 격벽의 하면 안쪽에 설치되며,
    상기 쉴드는 상기 격벽의 선단에 설치되는 것을 특징으로 하는 바이펑션 헤드램프.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈는 상하부분으로 이분할하여 상부는 하이빔 렌즈부이고, 하부는 로우빔 렌즈부인 것을 특징으로 하는 바이펑션 헤드램프
  5. 청구항 1에 있어서
    상기 로우빔 렌즈부의 굴절율이 상기 하이빔 렌즈부의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 하는 바이펑션 헤드램프.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 로우빔 렌즈부의 굴절율과 상기 하이빔 렌즈부의 굴절율의 차이는 0.05 ~ 0.15인 것을 특징으로 하는 바이펑션 헤드램프.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈는 투명 아크릴계 수지인 것을 특징으로 하는 바이펑션 헤드램프.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 로우빔 렌즈부는 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA)이며, 상기 하이빔 렌즈부는 폴리카보네이트(PC) 인 것을 특징으로 하는 바이펑션 헤드램프.
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