KR102419832B1

KR102419832B1 - 자동차용 조명장치

Info

Publication number: KR102419832B1
Application number: KR1020220028871A
Authority: KR
Inventors: 손성근
Original assignee: 손성근
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-07-11

Abstract

본 발명은 자동차용 조명장치에 관한 것으로, 전원을 공급받아 설정 밝기의 광을 확산 조사하는 광원(10); 상기 광원(10)의 전방 중앙에 배치되고, 상기 광원(10)으로부터 조사되는 확산광을 평행광 내지 수직방향에서 평행광으로 출사되게 굴절시키는 집광렌즈(20); 상기 집광렌즈(20)의 전방 중앙에 배치되고, 상기 집광렌즈(20)로부터 출사되는 평행광을 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시키는 컷오프굴절렌즈(30);를 포함하여 이루어지므로, 컷오프선에 색분해가 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 컷오프굴절렌즈(30)의 배면에는 하나 이상의 오목/볼록한 확산면(32a)구비한 확산돌부(32)를 설치하여, 수직 방향의 배광성능을 방해하지 않으면서 수평방향으로 용이하게 빛을 확산할 수 있다.
또한, 광원(10)의 외측에 반사경(40)을 설치하고, 집광렌즈(20)의 외측에 보조렌즈부분을 설치함으로써, 집광렌즈(20)에 도달하지 아니하는 광원(10)에서 출사하는 빛을 반사경(40)과 보조렌즈부분에서 활용하므로, 광원(10)에서 출사하는 광량의 대부분을 사용할 수 있다.
또한, 컷오프굴절렌즈(30)에 중간굴절면(33c)을 설치한 경우에는, 컷오프굴절렌즈(30)의 상부굴절면(33a)과 하부굴절면(33b)에 임의로 하나 이상의 볼록면(도 1 (c) 또는 오목면(도 1 (d))을 설치하여도 색분해가 없는 자동차용 조명장치를 제공한다.
특히, 본 발명은 컷오프굴절렌즈(30)의 상부굴절면(33a)과 하부굴절면(33b)에 형성된 하나 이상의 굴절면들의 일부에 컷오프선 위 방향으로 소정의 약한 빛을 조사하는 굴절면을 할당할 수 있고, 각 굴절면들에 대하여 컷오프선 아랫방향으로 영역을 나누어 할당할 수도 있어, 매우 높은 설계자유도를 제공한다.
따라서 본 발명은 물리적인 차단막(SHIELD)을 사용하지 않고도 국내외 규정에 따른 컷오프선의 강한 빛, 컷오프 아랫방향으로 점진적으로 약해지는 빛, 컷오프선 윗 부분의 약한 빛의 요구를 모두 만족시키면서도 빛의 손실은 물론 색분해를 최소화하거나 제거함과 동시에 크기에 구애받지 않고 설계자유도가 매우 높은 자동차용 조명장치를 제작 가능한 효과를 제공한다.

Description

자동차용 조명장치{Automotive Lighting Device}

본 발명은 자동차용 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물리적인 차단막(SHIELD)을 사용하지 않고도 국내외 규정에 따른 컷오프를 만족시키면서도 빛의 손실은 물론 색분해를 최소화하거나 제거함과 동시에 크기에 구애받지 않고 제작이 가능한 자동차용 조명장치에 관한 것이다.

자동차용 조명장치 중에서 전조등과 안개등의 경우 컷오프선 아래로는 강한 빛을 조사하고, 위로는 매우 약한 빛을 조사하도록 법령으로 규정하고 있다.

즉, 국내는 자동차 및 자동차부품의 성능과 기준에 관한 규칙에 규정되어 있고, 유럽은 ECE R112, R113, R19 등에 규정되어 있다.

이러한 자동차용 조명장치의 초기에는 광원의 빛을 평행광으로 만드는 포물경에서 반사된 빛을 외부렌즈의 굴절패턴(OPTICS)서 굴절하는 구조로 제작하였다.

이후 외부렌즈에는 아무런 굴절패턴을 각인하지 않고 반사경에 다수의 조각면을 구성하는 구조로 제작하였다.

하지만 기존의 조명장치는 모두 크기가 큰 광학계를 사용할 수밖에 없는 불가피한 문제가 있었다.

이에 최근에는 보다 작은 크기의 조명장치를 제작하기 위해서 프로젝션 방식이 고안되어 사용되고 있다.

이러한 프로젝션 방식은 제1초점에서 발산된 빛을 제2초점으로 반사시키는 타원의 성질을 활용한 것이다.

구체적으로는 제1초점에 광원을 배치하고, 제1초점과 제2초점을 감싸는 타원에 유사한 반사면에서 제1초점에 위치한 광원의 빛을 제2초점 부근으로 반사시킨다.

이후 컷오프모양의 차단막(SHIELD)을 제2초점에 배치하여 빛을 차단막 모양으로 차단하여 잘라내어 법령에서 규정하는 컷오프선 모양의 빛의 상을 만들고, 이를 비구면렌즈가 상의 원리에 따라 전방으로 조사한다.

이러한 프로젝션 방식은 비구면렌즈의 초점 위치에 배치한 차단막을 사용하여 빛의 상당부분을 잘라내어 컷오프를 실현하는데, 차단막을 제거하면 통상적으로 주행빔(= 하이빔) 규정을 만족시키므로, 매우 높은 수준으로 빛 손실이 발생하는 문제가 있다.

그리고 차단막의 모서리 부분을 통과하는 빛이 비구면렌즈에서 급격하게 굴절하게 되면서 컷오프선 부근에는 색분해(무지개)를 일으키는 문제가 있다.

이밖에도 프로젝션 램프에 사용된 비구면렌즈의 직경이 약 60mm 인 경우, 비구면렌즈의 두께와 초점거리, 반사경의 크기를 고려할 때 전체길이가 약 100mm 정도로 커지게 되는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0012026호 발명의 명칭: 차량용 헤드라이트 조립체 및 차량용 헤드라이트 조립체를 구비하는 차량 대한민국 등록특허공보 제10-1664036호 발명의 명칭: 차량용 헤드라이트 대한민국 등록특허공보 제10-0758312호 발명의 명칭: 적외선 송신장치 대한민국 등록특허공보 제10-2154645호 발명의 명칭 : 차량용 전조등 대한민국 등록특허공보 제10-1060420호 발명의 명칭 : 향상된 빔 색조를 갖는 자동차 전조등

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 광원으로부터 조사되는 빛을 평행광으로 굴절시키는 집광렌즈와 컷오프선 아래 방향으로 빛을 굴절시키는 "컷오프굴절렌즈"를 통해 물리적인 차단막(SHIELD)을 사용하지 않고도 국내외 규정에 따른 컷오프를 만족시키면서도 빛의 손실은 물론 색분해를 최소화하거나 제거함과 동시에 크기에 구애받지 않고 제작이 가능한 자동차용 조명장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 광원의 빛을 반사시켜 집광렌즈의 외측으로 입사시키는 반사경과 반사경으로부터 입사되는 빛을 집광렌즈의 외측에 설치한 보조렌즈부분에 평행광으로 입사시키고, 보조렌즈부분에 설치된 보강렌즈에서 다시 소정의 확산각과 방향으로 빛을 굴절-출사시킴으로써 용이하게 컷오프선 아래, 또는 상단의 필요한 부분의 밝기를 보충해 줄 수 있는 자동차용 조명장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보조렌즈부분에 산란패턴을 설치하여 넓은 범위에 약한 빛을 조사할 수도 있으므로, 광원의 에너지 소모량 대비 높은 배광효율을 갖는 자동차용 조명장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명은 자동차용 조명장치에 관한 것으로, 전원을 공급받아 설정 밝기의 광을 확산 조사하는 광원; 상기 광원의 전방 중앙에 배치되고, 상기 광원으로부터 조사되는 확산광을 평행광(또는 평행광에 가까운 빛)으로 출사되게 굴절시키는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 전방 중앙에 배치되고, 상기 집광렌즈로부터 출사되는 평행광을 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시키는 컷오프굴절렌즈;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히 본 발명에서의 평행광은 수직-상하 방향에서, 즉 측면에서 보아 평행광에 가까운 빛이면 충분하며, 반드시 수평-좌우 방향에서, 즉 평면에서 보아 평행광으로 집광하도록 굴절하거나, 반사할 필요는 없다.

이는 법령이 수직방향(상하)으로는 컷오프선을 규정하고, 수평방향(좌우)으로는 확산하도록 규정하고 있기 때문이고, 수평방향에서 평행광 내지 평행광에 가깝게 집광하면 다시 법령이 요구하는 소정의 좌우 확산 각으로 넓게 확산하여야 하기 때문이다.

이때, 본 발명에 의한 상기 집광렌즈는, 상기 광원을 포용하는 직경의 크기로 형성된 집광바디; 상기 광원과 마주하는 집광바디의 일면에 돔형으로 돌출되고, 입사되는 확산광을 집광바디로 모아지게 굴절시키는 포집돌부; 상기 집광바디의 타면에 돔형으로 돌출되고, 투과되는 확산광을 광원에 평행하는 직진방향으로 출사되게 굴절시키는 집광돌부;로 형성된 것을 특징으로 하되, 동일한 기능을 하는 FRESNEL LENS 등의 등가물로 용이하게 대체할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 컷오프굴절렌즈는, 상기 집광렌즈를 포용하는 외형크기를 가진 굴절바디; 상기 집광렌즈와 마주하는 굴절바디의 일면에 돌출되고, 입사되는 평행광을 좌우방향을 향해 소정각도로 확산되게 굴절시키는 확산돌부; 상기 굴절바디의 타면에 돌출되고, 투과되는 확산광을 단색으로 결합시키며 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시키는 굴절돌부;로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 확산돌부는, 상기 집광렌즈로부터 입사되는 평행광을 좌우방향으로만 확산되도록 상하 동일선상으로 오목 또는 볼록하게 함몰 또는 돌출된 확산면;이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 상기 확산돌부의 확산면으로 투과되는 확산광을 컷오프선 아래방향으로 굴절되도록 아래에서 위로 갈수록 두께가 점진적으로 얇아지는 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 중심을 기점으로 상부에 위치되는 상부굴절면과 하부에 위치되는 하부굴절면;이 TANGENTIAL하게 연결된 단일곡면으로 형성된 것을 특징으로 하고, 상부 굴절면은 소정곡률로 볼록하게 돌출되어 투과되는 확산광을 컷오프선 아랫방향을 향해 위-아래로 교차되게 굴절시키고, 하부 굴절면은 소정곡률로 오목하게 함몰되어 투과되는 확산광을 컷오프선 아랫방향을 향해 점진적으로 굴절시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 상기 집광렌즈의 중심에서 색분해 없이 투과된 평행광이 극히 약하게 아래 방향으로 굴절하여 컷오프선에 집광하므로 색분해문제가 원천적으로 발생하지 않는다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 상기 집광렌즈의 상단과 하단을 투과하면서 빛이 빨강색, 파랑색, 노랑색으로 분해되어 상부굴절면에는 위에서 아래방향으로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순서로 정렬된 빛이 투과되고, 하부굴절면에는 아래에서 위 방향으로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순서로 정렬된 빛이 투과되어, 상/하부굴절면을 투과한 굴절광은 전방의 컷오프선 아랫방향에서 노랑색을 중심으로 빨강색과 파랑색이 결합되어 백색광을 실현하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부에서 볼록하게 형성된 면에서는 그 면의 하단에서 컷오프선 방향으로 출사되고, 점차 그 면의 상단으로 이동하면서 컷오프선의 아래 먼 방향으로 빛이 출사되므로, 볼록한 면의 하단에서 출사된 빛과 볼록한 면의 상단에서 출사된 빛이 서로 교차한다.

이에 반하여 오목하게 형성된 면에서는 그 면의 상단에서 하단으로 이동하면서 빛이 컷오프선에서 아랫방향으로 점진적으로 서로 교차하지 않고 굴절하여 출사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 상기 상부굴절면과 하부굴절면 사이에 위치되고, 아래 방향으로 더 두텁게 기울어진 평면 혹은 평면에 가까운 곡면으로 볼록 혹은 오목하게 형성되어 투과되는 평행광을 컷오프선 아래 소정의 각도를 향해 집중적으로 출사되게 굴절시키는 중간굴절면; 이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 상기 중간굴절면을 형성한 경우에는, 상부굴절면과 하부굴절면을 임의로 하나 이상의 볼록면, 혹은 오목면으로 구성하여도 전방에서 색분해가 제거된 백색광을 실현하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 상기 상부굴절면, 하부굴절면에 형성된 하나 이상의 볼록, 오목한 면에 대하여 컷오프선 아래의 영역을 임의로 나누어 담당하여 빛을 출사하는 방법으로 전체적으로 컷오프선 아래의 배광분포를 만족시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의한 상기 굴절돌부는, 하나 이상의 볼록, 오목한 면으로 형성된 상기 상부/하부굴절면 중 일부 굴절면은 컷오프선 위 부분으로 약한 빛을 보내는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 자동차용 조명장치는, 상기 컷오프굴절렌즈의 외측에 부착되거나 일체로 형성되고, 상기 반사경으로부터 입사되는 평행광을 소정의 확산각, 방향으로 굴절되게 하는 보강렌즈, 혹은 넓은 범위로 산란시키는 산란패턴(혹은 산란면은 다양한 모양과 형상으로 구성할 수 있고, 육안으로 관찰하기 어려운 미세한 레이저조각면, 부식면 등 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 이하 "산란패턴"이라 한다)을 구비한 보조렌즈부분;을 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 보강렌즈, 상기 산란패턴은 보조렌즈부분의 입사면 혹은 출사면에 설치할 수 있다.

또한, 상기 보강렌즈는, Snell의 law(굴절법칙)에 따라 보강렌즈의 굴절면을 조절함으로써, 입사된 평행광을 용이하게 임의의 방향, 확산각으로 굴절시킬 수 있으므로, 예컨대 유럽규정 R112가 요구하는 중심에서 15° 우상향(RIGHT HAND TRAFFIC 국가, 대한민국)하거나, 중심에서 15°좌상향(LEFT HAND TRAFFIC 국가)하는 컷오프선을 형성하는 빛을 출사할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 상기 자동차용 조명장치는, 상기 광원에서 출사되어 상기 집광렌즈로 입사되지 않고 상기 집광렌즈의 외측방향으로 확산하는 확산광을 평행광으로 변환하여 컷오프굴절렌즈의 외측에 설치한 상기 보조렌즈부분으로 반사하도록, 상기 광원의 위치에 초점을 갖는 포물면의 반사경;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 컷오프굴절렌즈는, 상기 집광렌즈의 전방 중앙에 우측 또는 좌측 방향을 향해 소정각도로 회전 배치되어 광원으로부터 조사되는 광을 회전방향과 동일한 각도로 비틀리게 출사시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 자동차용 조명장치는, 상기 광원과 집광렌즈 및 컷오프굴절렌즈로 단일로 조합된 모듈을 2개로 복합 구성하되, 어느 하나의 모듈은 다른 모듈의 광원보다 높은 밝기의 광을 조사하는 광원과 수평방향으로 출사시키는 컷오프굴절렌즈로 구성하고, 다른 하나의 모듈은 우측 또는 좌측 방향으로 비틀리게 출사시키도록 소정의 각도로 회전한 컷오프굴절렌즈로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 자동차용 조명장치는, 수평방향으로 출사시키는 컷오프굴절렌즈의 일 부분과 소정의 각도로 회전한 컷오프굴절렌즈의 일 부분을 결합한 컷오프굴절렌즈와 상기 광원과 상기 집광렌즈로 구성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

첫째, 본 발명은 광원으로부터 조사되는 빛을 평행광 내지 평행광에 가깝게 굴절시키는 집광렌즈와 컷오프굴절렌즈를 통해 물리적인 차단막(SHIELD)을 사용하지 않고도 국내외 규정에 따른 컷오프를 실현시켜줌과 동시에 빛 손실을 방지하여 우수한 배광효율을 보장하는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 색분해가 발생하지 않는 집광렌즈의 중심에서 출사한 평행광을 컷오프굴절렌즈의 중심에서 컷오프선 방향각(전조등의 변환빔(LOW BEAM)의 경우 현재 수직 아래 방향 약 "- 0.57 도")으로 매우 약하게 굴절하므로 컷오프선에서 육안으로 관찰 가능한 유의미한 색분해가 원천적으로 발생하지 않는다.

셋째, 본 발명은 집광렌즈에서 발생한 강한 색분해에 영향을 받아, 컷오프굴절렌즈의 상부굴절면을 투과한 빛은 위에서 아래로 < 빨강, 노랑, 파랑 순 >으로 분해되고, 하부굴절면을 투과한 빛은 위에서 아래로 < 파랑, 노랑, 빨강 순 >으로 분해되므로, 결국 전방의 컷오프선에서 아랫방향으로 가장 먼 위치(약 -4° 내지 - 5°)에서 노랑색을 중심으로 빨강, 파랑, 노랑색의 삼원색이 결합하여 백색의 단일색을 실현한다.

넷째, 본 발명은 컷오프굴절렌즈의 출사면을 상단과 하단에서 각기 다른 경로로 빛이 출사되게 구성함으로써, 컷오프굴절렌즈에서 약하게 발생하는 색상(파장대)별 굴절각의 차이에 따른 색분해를 상쇄할 수 있다. 따라서, 컷오프굴절렌즈의 모든 면에 색분해되지 않은 평행광이 입사하는 경우(예컨대, 컷오프굴절렌즈가 집광렌즈가 아닌 등가물인 포물형 반사경에 의해 광원의 빛이 색분해 없이 평행광으로 변하여 컷오프굴절렌즈에 입사하는 경우, 혹은 집광렌즈의 중심에서 색분해되지 않고 투과된 빛이 컷오프굴절렌즈에 입사한 경우)에 컷오프굴절렌즈에서 미약하게 발생가능한 색분해마저 제거된다.

다섯째, 본 발명은 컷오프굴절렌즈의 외측에 입사되는 빛을 소정의 확산각, 방향으로 굴절하여 출사시키는 하나 이상의 보강렌즈나, 넓은 범위로 빛을 확산시키는 하나 이상의 산란패턴을 추가 설치한 보조렌즈부분을 컷오프렌즈의 외측에 형성하고, 광원에서 출사하여 집광렌즈에 도달하지 못하는 측방향의 확산광을 반사하여 보조렌즈부분으로 반사시키는 반사경을 설치함으로써, 광원의 에너지 소모량 대비 높은 배광효율을 기대할 수 있는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 자동차용 조명장치가 조사하는 빛의 경로를 나타내는 측면도인데, 도1의 (a)는 광원의 확산광이 집광렌즈에서 평행광 내지 평행광에 가까운 빛으로 집광하면서 색분해되고, 컷오프굴절렌즈에서 굴절하여 컷오프선 아랫방향각으로 굴절하는 빛의 경로를 도시한 측면도이고, 도 1의 (b)는 컷오프굴절렌즈의 상부굴절면, 하부굴절면에 중간굴절면을 추가하여 상부굴절면을 투과하는 빛이 컷오프선에서 아랫방향으로 교차하면서 확산하는 굴절경로를 파랑색으로, 중간굴절면을 투과하는 빛이 컷오프선 방향각으로 집광하는 굴절경로를 빨강색으로, 하부굴절면을 투과하는 빛이 컷오프선에서 아랫방향으로 확산하는 굴절경로를 노랑색으로 표현한 측면도이고, 도 1의 (c)는 볼록면에서의 빛이 컷오프선에서 교차하면서 확산하는 굴절경로, 도 1의 (d)는 오목면에서의 빛이 컷오프선에서 아랫방향으로 교차하지 않고 확산하는 굴절경로를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 조명장치가 조사하는 빛의 경로를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 조명장치를 분해하여 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 조명장치의 컷오프굴절렌즈를 상세하게 나타내는 확대도이다.
도 5은 본 발명에 따른 자동차용 조명장치의 컷오프굴절렌즈에 보조렌즈부분을 일체로 연장하여 구성한 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동차용 조명장치의 컷오프굴절렌즈에 일체로 연장하여 설치한 보조렌즈부분에 보강렌즈(50, 원형 또는 사각의 보강렌즈)를 설치한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자동차용 조명장치를 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 자동차용 조명장치의 컷오프굴절렌즈에 일체로 보조렌즈부분을 연장하고, 반사경을 추가 설치한 구성도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 자동차용 조명장치의 집광렌즈(20)를 대체할 수 있는 등가물의 예시로서 도 9 (a)는 입사면이 평면인 렌즈이고, 도 9 (b)는 다수의 출사면들(23a)로 구성된 FRESNEL 렌즈이다.
도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 자동차용 조명장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 사진이다.

이하, 본 문서는 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

특히 본 문서에서 "수직방향"은 도 1 과 같이, < 측면도에서 관찰가능한 방향 내지 자동차용 조명장치에서 전방을 향하여 빛을 출사함에 있어 상/하의 각도방향 > 을 의미하는 것이지 위 방향 90도 혹은 아래방향 90도의 수직각을 의미하는 것이 아니고, "수평방향"은 도 2 와 같이 < 평면도에서 관찰가능한 방향 내지 내지 자동차용 조명장치에서 전방을 향하여 빛을 출사함에 있어 좌/우의 각도방향 > 을 의미하지 좌측 90도나 우측 90도를 의미하지 않는다.

또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

한편, 본 문서의 설명 또는 도면들은 광원을 점 또는 선으로 가정하여 설명하고 있으나, 자동차용 조명장치의 광원으로 사용되는 엘이디나 레이저 다이오드 등의 광원은 이상적인 점, 또는 선이 아니라 일정한 면적과 체적을 가지므로 점 광원, 또는 선 광원을 가정하여 반사, 굴절한 각도에 대비하여 실제로는 광원의 면적, 크기에 따라 일정한 폭(각도)으로 더 확산하므로, 이를 참조하여 이해하여야 한다.

또한, 이해를 돕기 위하여 굴절각과 확산각이 더 크게 과장, 축소되어 표현될 수 있고, 사용된 도면 또한, 실제 사용된 도면에 비하여 간소화된 것임을 이해하여야 한다. 그리고 컷오프선의 개념에 대하여 컷오프선의 구체적인 각도나 위치 등에 대하여서는 각국의 법령에 따라 달리 규정되고 있으나, 일반적으로 컷오프선 위로는 매우 약한 빛이 조사되도록 규제되고 있으므로, 문언의 뜻(CUT-OFF : 빛을 잘라내어 없애는 선)에 따라 이해하여 컷오프선 위로는 빛이 조사되지 않도록 하고, 아래로만 빛이 조사되는 기준선의 의미로 이해할 수 있을 것이다.(한편, Cutoff means a generally horizontal, visual/optical aiming cue in the lower beam that marks a separation between areas of higher and lower luminance. 라고 설명하기도 한다)

또한, 본 문서에서 컷오프선은 현재 유럽규정 등을 참조하여 수직 아래방향 "- .57°도에 형성되는 것으로 가정한 예시이고, 본 문서에서 "컷오프선 아랫방향으로 가장 먼 위치"는 컷오프선 아래 약 - 4° ~ - 5 °의 각도를 의미하는데, 유럽규정 R113 이 수직 아래 - 4 °에서 CLASS C의 경우 최소 150 cd 이상의 측정값을 규정하고 있고, 그 이하의 각도는 별도로 규정하고 있지 않아 빛을 조사할 필요가 없기 때문이다. 따라서, 본 문서의 각도값들은 법령을 참조한 일 실시예로 이해하여야 한다.

또한, 본 문서에서 색분해 내지 색조합을 설명하기 위해, 백색 빛이 빨강색, 노랑색, 파랑색의 삼원색으로 구성된 것으로 단순화하여 설명하였음을 이해하여야 한다.

또한, 본 문서에서 컷오프굴절렌즈를 설명함에 있어 도 1 의 단면을 extruded 혹은 sweep 한 몸체를 원형으로 잘라낸 유형을 기본으로 하여 도 4 내지 도 8에서 원형으로 도시하였지만, 컷오프굴절렌즈에 입사되는 평행광을 수용할 수 있는 다양한 형상으로 잘라내어 제작할 수 있음은 당연하다. 이는 최근의 프로젝션 방식 헤드램프에 사용된 비구면렌즈의 단면이 평행광을 형성하는 비구면커브로 형성되어 있지만, 이를 단순히 원형으로 회전하지 아니하고, 좌우 혹은 상하 비대칭의 비구면 단면을 형성하거나, 원형에서 상하/좌우의 일부를 잘라낸 다양한 외형으로 제작되고 있는 것과 같다.

또한, 본 문서에서 구체적으로 설명한 실시예에 본 발명의 권리범위가 제약되는 것이 아니고, 등가물을 포함하므로, 예컨대, 본 발명의 집광렌즈는 확산광을 평행광으로 바꾸는 것이므로, 일면이 평면인 비구면렌즈나, FRESNEL 렌즈 등 다양한 형태의 등가물을 사용한 경우도 본 발명의 실시예에 해당한다.

또한, 본 문서에 설명한 실시예 뿐 아니라 다양한 MODIFICATION을 본 발명의 권리범위에 포함하므로, 평행광을 컷오프선 아래 방향으로 굴절시키는 컷오프굴절렌즈를 설치하면서, 외측의 보조렌즈부분이 아닌 컷오프굴절렌즈의 일부분에 컷오프선 위 방향으로 빛을 조사하는 굴절면을 추가 설치하는 것도 궁극적으로 집광렌즈로 광원의 빛을 평행광으로 바꾼 후 컷오프굴절렌즈에서 색분해 없이 컷오프를 실현한 후에 일 부분에 변형을 가한 것에 불과하여, 본 문서에서 설명한 기술적 사상을 응용한 실시예로서 권리범위에 속한다.

또한, 분 문서에서 보조렌즈부분에 설치한 보강렌즈(50)의 경우, 확산각으로 빛을 보내는 다양한 형상의 굴절면으로 설치할 수 있으므로 본 문서에 예시한 형상에 구애받지 않고, 보조렌즈 부분에 형성가능한 산란패턴도 매우 다양한 방법(레이저패턴, 다양한 기하형상)으로 실시할 수 있으므로, 모두 본 발명의 기술적 사상에 따른 응용 실시예로서 권리범위에 속한다.

마찬가지로, 본 문서에서 컷오프굴절렌즈에 부착하여 또는 일체로 연장하여 보조렌즈부분을 설치한 것을 변형하여, < 컷오프굴절렌즈와 분리하여 그 부근에 보조렌즈부분을 설치하는 것 > 역시 본 문서에서 설명한 기술적 사상을 응용한 실시예로서 권리범위에 속한다.

또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

본 발명은 승용자동차 뿐 아니라, 트럭, 중장비, 오토바이, 자전거 등에 장착되는 자동차용 조명장치에 관한 것으로, 도 3 및 도 7처럼 하우징(도면 미도시)의 내부에 장착되는 광원(10)과 집광렌즈(20) 및 컷오프굴절렌즈(30)를 주요 구성으로 하는 자동차용 조명장치이다.

먼저, 본 발명의 광원(10)은 도 3 및 도 7 과 도 8 처럼 전원을 공급받아 설정 밝기의 광을 조사하는 램프이다.

이러한 광원(10)은 엘이디, 레이저로 구성될 수 있고, 이와 동등한 기능을 하는 다른 광원으로도 구성될 수 있다.

그리고 본 발명의 집광렌즈(20)는 도 3 처럼 광원(10)의 전방 중앙에 배치되고, 도 1 처럼 광원(10)에서 출사되는 확산광을 측면에서 보아 평행광 또는 평행광에 가까운 빛으로 굴절시키는 역할을 한다.

이러한 집광렌즈(20)는 집광바디(21)와 포집돌부(22) 및 집광돌부(23)가 일체로 형성된 구조로 이루어진 것을 이용할 수 있다.

집광바디(21)는 적어도 광원(10)을 포용하는 크기로 형성되고, 포집돌부(22)와 집광돌부(23)는 집광바디(21)의 일면과 타면에 돔형으로 각각 돌출 형성된다.

즉, 포집돌부(22)는 도 1 (a) 및 도 2 와 같이 광원(10)으로부터 입사되는 확산광을 집광바디(21)로 모아지게 굴절시켜주고, 집광돌부(23)는 집광바디(21)를 투과하는 확산광을 광원(10)과 평행하는 직진방향으로 출사되게 굴절시켜준다.

이때, 본 발명의 집광렌즈(20)는 포집돌부(22)의 입사면이 평면인 집광렌즈(도 9 (a)), FRESNEL 렌즈(도 9 (b)) 또는 도면으로 도시하지 않았으나, 집광돌부(23)의 출사면이 평면인 집광 렌즈, 양면패턴을 지닌 프러넬 렌즈 또는 보조반사경을 구비한 프레넬 렌즈 등의 다양한 등가물로 구성할 수가 있다.

여기서 집광렌즈(20)는 상기 광원(10)을 포용하는 크기의 집광바디(21)와 상기 광원(10)과 마주하는 집광바디(21)의 입사면에 돔형으로 돌출되고, 입사되는 확산광을 집광바디(21)로 모아지게 굴절시키는 포집돌부(22)와 상기 집광바디(21)의 출사면에 돔형으로 돌출되고, 투과되는 확산광을 광원(10)의 광축과 평행하는 직진방향으로 출사되게 굴절시키는 집광돌부(23)로 형성된다.

또한 집광렌즈(20)는 상기 광원(10)과 마주하는 집광바디(21)의 포집돌부(22)의 입사면 또는 집광돌부(23)의 출사면 중 하나의 면이 평면으로 형성된다.

이어서 본 발명의 컷오프굴절렌즈(30)는 도 1처럼 집광렌즈(20)의 전방 중앙에 배치되고, 집광렌즈(20)로부터 출사되는 평행광을 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시키는 역할을 한다.

이때, 컷오프굴절렌즈(30)는 원형으로 구성하는 것이 가장 효율적이고 바람직하나, 디자인을 고려하여, 상단/하단 내지 좌/우 끝단의 일부분을 잘라낸 사각형 등 다양한 형상으로 구성할 수도 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 실시예로 응용될 수 있다.

특히 본 발명에서 집광렌즈(20)는 도 1 (a)와 같이 수직방향( = 측면도에서 관찰가능한 방향각 의미)에서 평행광 내지 평행광으로 집광하면 충분하고, 수평방향(평면도에서 관찰가능한 방향각 의미)으로는 도 2 에서와 같이 다시 확산하여야 하므로, 수평방향으로는 평행광 내지 평행광에 가까운 집광을 필요로 하지 않는다. 따라서, 집광렌즈(20)는 이러한 조건을 만족하는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 컷오프굴절렌즈(30) 외측에 하나 이상의 보강렌즈(50) 또는 산란패턴이 설치된 보조렌즈부분을 설치할 수 있으므로, 컷오프굴절렌즈(30)의 일부를 잘라내고 집광렌즈(20)에서 굴절된 평행광을 보조렌즈부분에 입사하거나, 반대로 집광렌즈(20)의 일부분을 잘라내고, 광원을 초점으로 하는 반사경에서 반사된 평행광을 컷오프굴절렌즈(30)의 외측에 설치된 보조렌즈부분에 입사하여도 동일한 배광성능을 달성할 수 있다.

그러므로, 상기 컷오프굴절렌즈(30)와 집광렌즈(20)는 원형이 가장 바람직하지만, 일부를 잘라낸 모양, 예컨대, 도 3에 도시된 원형의 컷오프굴절렌즈(30)의 상, 하, 좌, 우에서 일부를 잘라내거나 사각으로 모서리를 확장하여 컷오프굴절렌즈(30)를 구성할 수 있고, 이에 맞추어 집광렌즈(20)의 형상을 바꿀 수 있음은 당 업자라면 용이하게 응용할 수 있는 본 발명의 실시예에 해당한다.

이러한 컷오프굴절렌즈(30)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 굴절바디(31)와 확산돌부(32) 및 굴절돌부(33)가 일체로 형성된 구조를 갖는다.

굴절바디(31)는 집광렌즈(20)를 포용하는 직경의 크기로 형성되고, 확산돌부(32)와 굴절돌부(33)는 굴절바디(31)의 일면과 타면에 각각 돌출 형성된다.

즉, 확산돌부(32)는 집광렌즈(20)로부터 입사되는 평행광을 좌우방향을 향해 소정 각도로 확산되게 굴절시켜준다.

여기서 확산돌부(32)는 집광렌즈(20)로부터 입사되는 평행광을 좌우방향으로만 확산되도록 상하 동일선상으로 오목하게 함몰(또는 볼록하게 돌출)된 확산면(32a)이 형성된다.

이러한 확산면(32a)을 추가한 것은 각국의 법령이 컷오프선 아래방향에서 조사되는 빛이 좌우로 넓게 확산하도록 규정하고 있기 때문이다.

이때, 확산면(32a)은 단일 또는 복수로 구성할 수 있는데, 복수의 확산면(32a)은 STRIPE(줄무늬) 빛을 발생시킬 수 있으므로 단일로 구성하는 것이 바람직하고, 확산돌부(32)의 높이를 낮추거나 제거하여 확산면(32a)를 평면화하기 위해서는, 집광렌즈(20)의 수평방향 집광도를 낮출 수도 있다.

굴절돌부(33)는 확산돌부(32)로부터 투과하는 확산광을 전방에서 단색으로 결합시키며 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시켜준다.

이러한 굴절돌부(33)는 확산돌부(32)로부터 투과되는 확산광을 컷오프선 아래방향으로 굴절되도록 아래에서 위로 갈수록 두께가 점진적으로 얇아지는 각도로 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 빛은 스넬의 법칙(Snell's law), 즉 굴절의 법칙(the laws of refraction)에 따라 매질(렌즈)의 두께가 두꺼운 쪽으로 굴절되기 때문에 굴절돌부(33)를 아래로 갈수록 두껍게 형성시킴으로써 입사된 평행광을 용이하게 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시켜준다.

여기서 굴절돌부(33)는 중심을 기점으로 상/하로 2분하여 상부에 위치되는 상부굴절면(33a)과, 하부에 위치되는 하부굴절면(33b)으로 <모서리지어 분리된 면으로 구성할 수도 있>으나, 가공성, 배광품질의 향상을 위해 상부굴절면(33a)과, 하부굴절면(33b)을 TANGENTIAL하게 연결한 단일곡면(nurbs)으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 컷오프선을 더 뚜렷하게 하거나, 컷오프선에 더 강한 빛을 집광시키기 위해, 중심을 기점으로 상/중/하로 3분하여, 출사된 빛이 컷오프선에 집광하는 평면 또는 평면에 가까운 곡면, 즉 중간굴절면(33c 도 1 (b)에서 빨강색으로 표현된 빛의 경로를 형성하는 곡면부분)을 상부굴절면(33a, 도 1 (b)에서 파랑색으로 표현된 빛의 경로를 형성하는 곡면부분)과, 하부굴절면(33b, 도 1 (b)에서 노랑색으로 표현된 빛의 경로를 형성하는 곡면부분) 사이에 설치할 수도 있다.

보다 상세하게는, 수직단면이 볼록한 굴절면은 평행광을 상하로 교차하여 출사하고(도1 (c)), 수직단면이 오목한 굴절면은 평행광을 상하로 교차하지 않고 점진적으로 출사한다.(도 1 (d))

그러므로, 컷오프선 방향으로 강한 빛을 집광시키기 위해, 컷오프굴절렌즈(33)의 상부굴절면(33a)은 볼록면(도1 (c))으로, 하부굴절면(33b)은 오목면(도1 (d))으로 구성하면, 하부굴절면(33b)의 상단(즉 광축에 가까운 중심부)과, 상부굴절면(33a)의 하단(즉 광축에 가까운 중심부)에서 빛을 컷오프선 방향으로 굴절시키고, 하부굴절면(33b)의 하단과 상부굴절면(33a)의 상단으로 점차 컷오프선에서부터 먼 아래방향으로 빛을 굴절시킨다.

따라서, 강한 빛이 필요한 컷오프선에는 강한 빛이 투과된 집광렌즈(20)의 중심을 투과한 빛이 도달하고, 약한 빛이 필요한 컷오프선에서 먼 아랫방향에는 집광렌즈(20)의 상단, 하단의 약한 빛이 도달하므로, 법령이 요구하는 대로, 매우 용이하게 컷오프선에 빛을 집광시키면서 그 아래방향으로 점진적으로 약한 빛을 조사하는 배광설계 할 수 있게 된다.

또한, 컷오프굴절렌즈의 정면을 상/중/하로 3분하여 컷오프선에 집광하도록 빛을 출사하는 평면 또는 평면에 가까운 임의의 곡면인 중간굴절면(33c)을 추가함으로써, 컷오프선 내지 컷오프선 아래 소정의 각도 방향에 더욱 빛을 강하게 집광할 수 있다.

이러한 중간굴절면(33c)을 추가하여 상/중/하부 굴절면(33a, 33c, 33b)으로 구성한 경우에는 상부/하부의 굴절면을 각 볼록면(도 1 (c)), 오목면(도 1 (d))으로 자유로이 선택하여도 사실상 동일한 효과를 달성하게 되고, 상부굴절면(33a)을 더 세분하고, 하부굴절면(33b)을 더 세분하여 각 굴절면들을 볼록면(도 1 (c)), 오목면(도 1 (d))으로 임의로 구성하여도, 본 발명의 기술적 사상에 따른 배광성능을 얻을 수 있다.

이와 같은 집광렌즈(20)와 컷오프굴절렌즈(30)를 통해 출사되는 광원(10)의 빛은 도 9와 같이 물리적인 차단막(SHIELD)을 사용하지 않고도 국내외 규정에 따른 컷오프를 만족시킬 수가 있다.

이때, 본 발명의 집광렌즈(20)와 컷오프굴절렌즈(30)를 통과한 빛은 도 1 (a) 및 도 2 와 같이 전방에서 백색광을 실현하여, 색분해가 발생하지 않는 특성을 가진다.

보다 상세하게는, 색분해가 발생하지 않은 집광렌즈(20)의 중심의 빛은, 컷오프굴절렌즈(30)를 통과하면서 컷오프선 방향으로 약하게(현행법령에 따르면 약 - 0.57°) 굴절하므로 유의미한 색분해가 발생하지 않는다.

그리고, 집광렌즈(20)의 중심에서 벗어난 평행광은 빨강색, 파랑색, 노랑색으로 분해되는데, 상부굴절면(33a)에는 위에서 아래방향으로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순서로, 하부굴절면(33b)에는 아래에서 위 방향으로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순서로 색분해된다.

집광렌즈(20)의 상부, 하부에서 색분해된 빛은 컷오프굴절렌즈(30)의 상/하부굴절면(33a)(33b)을 투과하면서, 다시 노랑색을 중심으로 빨강색과 파랑색이 결합하는 각도로 출사하여 전방에서 백색광을 실현, 색분해가 제거된다.

도 1 (a)를 참고로 색분해가 일어나지 않는 과정을 보다 상세하게 살펴보면, 같은 매질에서 굴절각(굴절율)의 크기는 파랑색 > 노랑색 > 빨강색 순서이다.

따라서, 광원(10)의 빛을 크게 굴절시켜 평행광으로 출사시키는 집광렌즈(20)에서, 굴절각이 커서 색분해가 일어날 수 있는 집광렌즈(20)의 상단에서는 노랑색의 빛이 평행하게 굴절되면, 파랑색은 노랑색에 비하여 더 굴절하여 노랑색에 비하여 아래방향각으로 출사되고, 빨강색은 노랑색에 비하여 덜 굴절하여 노랑색에 비하여 위방향각으로 출사되므로, 상단의 빛은 <위에서 아래 >로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순으로 정렬하게 되고, 하단에서는 이와 반대로 <아래에서 위>로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순으로 정렬하게 된다.

여기서 상/하부굴절면(33a)(33b)에서 측면(도 1)에서 보아 광축에 일치하는 중심부분에서는 집광렌즈(20)에서 색분해 없이 투과된 평행광을 컷오프선 방향각, 즉 약 - 0.57°아래로 매우 약하게 굴절하여 출사하므로 색분해 문제가 발생하지 않고, 광축에서 먼 상부굴절면(33a)의 상단과 하부굴절면(33b)의 하단에는 집광렌즈(20)의 상단과 하단에서 < 강 >하게 굴절하면서 색분해된 빛이 도달하여, 컷오프 아래 먼 방향으로 최대 약 -4° 내지 - 5°까지 < 약 > 하게 굴절한다.

따라서, 컷오프선에서 아래로 가장 먼 위치(약 -4° 내지 -5°)에는 집광렌즈(20)을 투과하면서 발생한 색상별 굴절각의 차이(색분해)에 따라, 노랑색 빛의 굴절각을 중심으로 바로 위 각도에 상부굴절면(33a)에서 빨강색 빛과 하부굴절면(33b)에서 투과한 파랑색 빛이 위치하고, 바로 아래 각도에 상부굴절면(33a)에서 파랑색 빛과 하부굴절면(33b)에서 빨강색 빛이 위치하므로, 전방의 컷오프선 아랫방향으로 가장 먼 위치에 도달한 노랑색 빛의 바로 위에는 상부굴절면에서 출사된 빨강색 빛과 하부굴절면에서 출사된 파랑색 빛이 노랑색 빛을 중심으로 결합하고, 노랑색 빛의 바로 아래에는 상부굴절면에서 출사된 파랑색 빛과 하부굴절면에서 출사된 빨강색 빛이 노랑색 빛을 중심으로 결합하여 백색광을 실현, 색분해가 제거된다.

이때, 컷오프선에 빛을 집광시키는 평면 또는 평면에 가까운 임의의 곡면인 중간굴절면(33c)을 상부굴절면(33a), 하부굴절면(33b) 사이에 추가한 경우, 집광렌즈(20)의 중심부와 중간굴절면(33c)을 투과한 강한 빛은 색분해 없이 컷오프선에 집광하게 되므로, 가급적 상부굴절면(33a)은 볼록하게, 하부굴절면(33b)은 오목하게 구성하는 것이 바람직하지만, 상부굴절면(33a)과 하부굴절면(33b)을 임의로 볼록(도 1 (c)) 또는 오목(도 1 (d))으로 구성하여도 된다.

즉, 중간굴절면(33c)를 설치한 경우에는, 상부굴절면(33a)과 하부굴절면(33b)의 볼록(도 1 ⓒ/ 오목(도 1 (d)) 여부를 불문하고, 상/하부굴절면(33a, 33b)에서 색분해되어 출사된 빛이 컷오프선에 도달하는 경우에도 중간굴절면(33c)에서 출사된 강한 빛에 Overlap되어 육안으로 관찰가능한 색분해는 제거된다.

또한, 법령상 컷오프선에 강한 빛을 집광하여야 하므로, 컷오프선에서 먼 아랫방향각에서는 약한 빛이 도달하도록 배광 설계할 수밖에 없으므로, 상/하부굴절면(33a, 33b)을 투과한 빛이 컷오프선에서 먼 아랫방향에서 색분해가 일어나더라도 후술하는 컷오프굴절렌즈(30)의 외측의 보조렌즈부분에 설치된 산란패턴에서 조사된 약한 빛으로도 유의미한 색분해는 제거된다.

따라서, 중간굴절면(33c)를 설치한 경우에는 상/하부굴절면(33a)(33b)을 다수의 곡면으로 나누고, 각 면을 임의로 볼록면, 오목면으로 구성할 수도 있게 되어 매우 높은 설계자유도를 제공한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 상부굴절면(33a), 하부굴절면(33b)에 하나 이상의 볼록(도 1 (c)) 또는 오목(도 1 (d))한 굴절면들이 형성된 경우에는 각 굴절면의 출사광이 컷오프선 아래 임의의 영역을 향하도록 할당하여 빛을 출사하는 방법으로 전체적으로 컷오프선 아래의 배광분포를 만족할 수도 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부(33)는, 하나 이상의 볼록, 오목한 면으로 형성된 상기 상/하부굴절면(33a)(33b) 중 일부면에 컷오프선 위 부분으로 약한 빛을 보내기 위한 임의의 굴절면을 설치할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 굴절돌부(33)에 형성된 하나 이상의 상기 상부굴절면(33a), 상기 하부굴절면(33b), 상기 중간굴절면(33c)들은 모두 TANGENTIAL 한 연속면으로 형성할 수도 있고, 임의로 모서리지어 구분된 면으로 형성할 수도 있는 것을 특징으로 한다.

여기서 자동차용 조명장치는 컷오프선의 위로는 강한 빛이 조사되지 않도록 규제하는 반면, 아래에서는 좌우 약 20° 이상 확산하도록 규정하고 있다.

그런데, 광원(10)의 빛은 원래 좌우 및 상하로 확산하는 빛이었으므로, 집광렌즈(20)에서 평행광으로 굴절하면서 색분해가 발생하지만, 컷오프굴절렌즈(30)의 배면의 확산면(32a)에서 재차 좌우방향으로 확산 굴절하게 되므로, 원래 광원(10)에서 출사된 각도와 유사한 각도로 되돌아가면서 색분해가 제거된다.

또한 광원(10)의 편측 약 40°로 출사된 빛이 집광렌즈(20)에서 평행광으로 강하게 굴절하여 색분해가 강하게 발생하더라도 최종적으로는 20° 굴절(= 40°- 20°)에 의한 약한 색분해가 이론상 발생 가능한데, (기존 프로젝션 헤드램프의 컷오프선 부근 색분해에 비해 극히 미미함), 빛의 강도마저 매우 약하게 출사된 부분이다. 따라서 후술하는 컷오프굴절렌즈(30)의 외측 보조렌즈 부분에 설치된 산란패턴을 투과한 약한 빛에 overlap 되는 것만으로도 색분해는 제거된다.

한편, 본 발명의 자동차용 조명장치는 도 6, 도 8 처럼 컷오프굴절렌즈(30)의 외측에 보조렌즈부분을 설치하고, 반사경(40)을 더 포함할 수도 있다.

이때 반사경(40)은 광원(10)을 초점으로 하는 포물면으로 형성된 것으로, 반사된 빛이 집광렌즈(20)로 입사하지 않도록 설치하여야 한다.

이러한 반사경은 집광렌즈(20)로 입사되지 않은 광원(10)의 확산광과 집광렌즈(20)의 측면으로 출사되는 확산광을 컷오프굴절렌즈(30)의 외측 보조렌즈부분에 입사되도록 평행광으로 반사시켜준다.

컷오프굴절렌즈(30)의 외측에 형성된 보조렌즈부분의 정면이나 배면 또는 정면과 배면에는 하나 이상의 굴절면이 형성되고, 여백에는 산란패턴이 설치된다.

이러한 보조렌즈부분에 설치된 하나 이상의 굴절면 즉, 보강렌즈(50)들은 반사경(40)에서 평행광으로 반사된 빛을 소정의 확산각, 방향으로 용이하게 굴절시키고, 산란패턴은 넓은 범위로 확산하여 굴절시키므로, 보조렌즈부분의 보강렌즈(50)와 산란패턴을 활용하여 광원에서 집광렌즈에 입사하지 못하는 빛마저 대부분 활용할 수 있게 됨은 물론, 운전자의 시인성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 보조렌즈부분에는 반사경(40)에서 반사된 색분해 없는 평행광이 입사되므로, < 다양한 형상 > 의 보강렌즈(50, 도 6)를 사용하여 매우 용이하게 중심에서 15°우상향(도 13, 도 14))하거나 15°좌상향하는 컷오프 빔을 실현할 수 있어, 용이하게 유럽규정 R112를 만족할 수 있는 배광설계가 가능하다.

참고로, 도 10은 본 발명에 따른 일 실시예를 시뮬레이션 한 결과로 유럽 규정 R 113 에 따르도록 한 것이다.

한편, 유럽 규정 R112에 따르면 컷오프선이 좌측에서 중심까지는 수평선을 이루고, 중심에서부터 우측방향으로는 15°로 우상향(RIGHT-HAND TRAFFIC 국가, 대한민국)으로 출사된다. (LEFT-HAND TRAFFIC 국가는 이와 반대로 중심에서 15°좌상향하는 컷오프선을 요구한다.)

또한, 본 발명의 컷오프굴절렌즈(30)는 확산면(32a)의 곡률을 완화하면 빛의 좌우확산폭을 도 11과 같이 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 컷오프굴절렌즈(30)는 확산면(32a)의 좌측부분의 곡률을 완화하여 좌측으로의 확산폭을 줄인 후, 이를 우상향 15°도로 회전 배치하여 도 12처럼 우상향 15°도로 확산하는 빛을 출사시킬 수 있다.(좌/우를 반대로 구성하면 좌상향 15°로 확산)

또한, 본 발명의 자동차용 조명장치는 광원(10)과 집광렌즈(20) 및 컷오프굴절렌즈(30)가 단일객체로 조합된 조명모듈 2개를 단일의 하우징에 복합 구성할 수도 있다.

즉, 어느 하나의 조명모듈은 수평방향으로 빛을 확산하여 출사시키는 컷오프굴절렌즈(30)로 구성하고, 다른 하나의 조명모듈은 우측 또는 좌측 방향으로 비틀리게 출사시키는 컷오프굴절렌즈(30)로 구성할 수가 있다.

이때, 본 발명의 자동차용 조명장치는 도 6 처럼 컷오프굴절렌즈(30)의 외측에 부착되거나 일체로 형성되는 보조렌즈부분에 하나 이상의 보강렌즈(50)를 더 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명의 컷오프굴절렌즈(30) 외측에 형성한 보조렌즈 부분에 설치된 하나 이상의 보강렌즈(50)들은 입사된 빛을 소정의 방향과 확산폭으로 용이하게 빛을 굴절시키는 굴절면으로 형성될 수 있으므로, 보강렌즈(50)의 외곽형상은 자유로이 디자인할 수 있다.

이러한 보강렌즈(50)는 도 6 (a)처럼 원형으로 형성되어 도 13과 같이 15°우상향하는 빛으로 굴절시킬 수 있고, 도 6 (b)처럼 각형으로 형성되어 도 14과 같이 15°우상향하는 빛으로 굴절 수 있는 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

따라서 보강렌즈(50)의 외형을 다양한 디자인으로 용이하게 제작가능하면서도, 전반적으로 우수한 배광효율로 소비자의 만족도를 높일 수가 있다.

따라서 컷오프굴절렌즈(30) 외측의 보조렌즈부분에 하나 이상의 보강렌즈(50)를 설치하면 매우 용이하게 도 15와 같이 유럽 규정 R 112 에 따른 자동차용 조명장치를 제작할 수 있고, 전반적으로 우수한 배광효율로 소비자의 만족도를 높일 수가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10: 광원
20: 집광렌즈
21: 집광바디
22: 포집돌부
23: 집광돌부
30: 컷오프굴절렌즈
31: 굴절바디
32: 확산돌부
32a: 확산면
33: 굴절돌부
33a: 상부굴절면
33b: 하부굴절면
33c: 중간굴절면
40: 반사경
50: 보조렌즈

Claims

자동차용 조명장치에 있어서,
전원을 공급받아 설정 밝기의 광을 확산 조사하는 광원(10);
상기 광원(10)의 전방 중앙에 배치되고, 상기 광원(10)으로부터 조사되는 확산광을 측면에서 보아 평행광 또는 평행광에 가까운 빛으로 출사되게 굴절시키는 집광렌즈(20);
상기 집광렌즈(20)의 전방 중앙에 배치되고, 상기 집광렌즈(20)로부터 출사되는 빛을 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시키는 컷오프굴절렌즈(30);를 포함하여,
상기 집광렌즈(20)는,
상기 광원(10)을 포용하는 크기의 집광바디(21);
상기 광원(10)과 마주하는 집광바디(21)의 일면이 평면(22a)인 입사면이고, 입사되는 확산광을 집광바디(21)로 투과시키는 포집돌부(22);
상기 집광바디(21)의 타면에 다수의 출사면(23a)들로 분할되어 돌출되고, 투과되는 확산광을 광원(10)의 광축과 평행하는 직진방향으로 출사되게 굴절시키는 집광돌부(23);로 형성되고,
상기 컷오프굴절렌즈(30)는,
상기 집광렌즈(20)를 포용하는 크기의 굴절바디(31);
상기 집광렌즈(20)와 마주하는 굴절바디(31)의 일면에 돌출되고, 입사되는 빛을 좌우방향을 향해 소정각도로 확산되게 굴절시키는 확산돌부(32);
상기 굴절바디(31)의 타면에 돌출되고, 투과된 빛을 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시키는 굴절돌부(33);로 형성되며,
상기 확산돌부(32)는,
상기 집광렌즈(20)로부터 입사되는 빛을 좌우방향으로만 더 확산되도록 상하 동일선상으로 오목하게 함몰되거나 볼록하게 돌출된 하나 이상의 확산면(32a);이 형성되고,
상기 굴절돌부(33)는 확산돌부(32)로부터 투과하는 확산광을 전방에서 단색으로 결합시키며 컷오프선 아래방향으로 출사되게 굴절시켜 주고,
상기 집광렌즈(20)의 중심에서 벗어난 빛은 색상별 굴절각 차이에 따라 빨강색, 파랑색, 노랑색으로 색분해 되어 상부굴절면(33a)에는 위에서 아래방향으로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순의 굴절각으로 투과되고, 하부굴절면(33b)에는 아래에서 위 방향으로 빨강색, 노랑색, 파랑색의 순의 굴절각으로 투과되어 상/하부굴절면(33a)(33b)을 투과한 굴절광은 상기 굴절돌부(33)의 전방에서 노랑색을 중심으로 빨강색과 파랑색이 결합하여 백색광을 실현하며,
상기 집광렌즈(20)로 입사되지 않은 광원(10)의 확산광을 컷오프굴절렌즈(30)의 외측 보조렌즈부분에 입사되도록 평행광으로 반사시켜 주는 반사경(40)와,
상기 컷오프굴절렌즈(30)의 외측에 부착되거나 일체로 형성된 보조렌즈부분에 형성되고, 상기 반사경(40)으로부터 반사되어 입사되는 빛을 소정의 확산각과 방향으로 굴절시키는 하나 이상의 보강렌즈(50)와 넓은 범위로 확산하는 산란패턴;을 구비하고,
상기 상/하부굴절면(33a, 33b)을 투과한 빛이 컷오프선에서 먼 아랫방향에서 색분해가 일어나더라도 컷오프굴절렌즈(30)의 외측의 보조렌즈부분에 설치된 산란패턴에서 조사된 약한 빛으로도 유의미한 색분해를 제거하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 집광렌즈(20)는,
상기 광원(10)을 포용하는 크기의 집광바디(21);
상기 광원(10)과 마주하는 집광바디(21)의 입사면에 돔형으로 돌출되고, 입사되는 확산광을 집광바디(21)로 모아지게 굴절시키는 포집돌부(22);
상기 집광바디(21)의 출사면에 돔형으로 돌출되고, 투과되는 확산광을 광원(10)의 광축과 평행하는 직진방향으로 출사되게 굴절시키는 집광돌부(23);
로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 2에 있어서,
상기 집광렌즈(20)는,
상기 광원(10)을 포용하는 크기의 집광바디(21);
상기 광원(10)과 마주하는 집광바디(21)의 포집돌부(22)의 입사면 또는 집광돌부(23)의 출사면 중 하나의 면이 평면;
으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 굴절돌부(33)는,
상기 확산돌부(32)의 확산면(32a)으로 투과된 빛을 컷오프선 아래방향으로 굴절하여 출사시키도록 아래에서 위로 갈수록 두께가 점진적으로 얇아지는 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절돌부(33)는,
중심을 기점으로 상부에 위치되고, 소정곡률로 볼록하게 돌출되어 투과되는 빛을 상하 교차되게 굴절하여 컷오프선에서부터 아랫방향을 향해 점진적으로 확산시키는 상부굴절면(33a);
중심을 기점으로 하부에 위치되고, 소정곡률로 오목하게 함몰되어 투과되는 빛을 상하 교차하지 않도록 굴절하여 컷오프선에서부터 아랫방향을 향해 점진적으로 확산시키는 하부굴절면(33b)
이 연결 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 8에 있어서,
상기 굴절돌부(33)는,
상기 상부굴절면(33a)과 하부굴절면(33b) 사이에 위치되고, 평면이나 평면에 가까운 소정의 곡면으로 형성되어 투과되는 빛을 컷오프선 내지 컷오프선 아래 소정의 방향으로 향해 집중적으로 출사되게 굴절시키는 중간굴절면(33c);
이 더 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 9에 있어서
상기 굴절돌부(33)는,
상기 중간굴절면(33c) 위에 위치되고 소정의 곡률로 볼록면, 또는 소정 곡률로 오목면으로 형성되어 투과되는 빛을 컷오프선 아랫방향을 향해 점진적으로 확산하도록 굴절시키는 하나 이상의 상부굴절면(33a);
상기 중간굴절면(33c) 아래에 위치되고 소정의 곡률로 볼록면, 또는 소정 곡률로 오목면으로 형성되어 투과되는 빛을 컷오프선 아랫방향을 향해 점진적으로 확산하도록 굴절시키는 하나 이상의 하부굴절면(33b);
이 연결되어 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 10에 있어서,
상기 상부굴절면(33a), 하부굴절면(33b)에 형성된 하나 이상의 볼록 또는 오목한 굴절면들은 컷오프선 아래 영역의 일부분을 각 할당하여 빛을 출사하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 11에 있어서,
상기 상부굴절면(33a), 하부굴절면(33b)에 형성된 하나 이상의 볼록, 오목한 면으로 형성된 굴절면들 중 일부 굴절면은 컷오프선 위 부분으로 약한 빛을 보내도록 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
청구항 7 내지 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 상부굴절면(33a), 하부굴절면(33b)에 형성된 하나 이상의 각 굴절면은 인근 굴절면들과 자연스럽게 연속한 면으로 연결하여 형성할 수 있거나 모서리지어 구분된 면으로 형성할 수도 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 반사경(40)은,
측면에서 보아 광원(10)을 초점으로 하는 포물선으로 형성되어 광원(10)의 확산광을 광축에 평행광 내지 평행광에 가까운 빛으로 반사하고, 평면에서 보아 광원(10)의 확산광을 임의의 확산각으로 반사하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조명장치.