KR20180128151A - 차량용 헤드램프 장치 - Google Patents

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KR20180128151A
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안병석
신직수
이기홍
임정욱
임근식
김효경
양승목
윤성욱
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현대자동차주식회사
에스엘 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 헤드램프 장치에 관한 것으로, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 헤드램프 장치에서 외부로 출력되는 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어하고, 특히 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어할 때에 노이즈광의 광량이 제거된 순수한 백색광의 광량만을 이용해서 전원공급을 제어할 수 있도록 함으로써, 인체에 유해한 블루 레이저 빔의 외부 노출을 최대한 방지할 수 있을 뿐만 아니라 정확한 헤드램프의 동작제어가 가능하도록 된 것이다.

Description

차량용 헤드램프 장치{HEAD LAMP APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 헤드램프 장치에 관한 기술이다.
차량의 헤드램프는 운전자의 전방 시계확보를 위해 전방을 조명하는 램프로서, 보통 할로겐, HID(High Intensity Discharge), LED 다이오드, 레이저 다이오드 중 어느 하나를 광원으로 사용하고 있다.
할로겐, HID, LED 다이오드는 소비전력이 높고 광효율이 낮으며 특히 광원과 렌즈를 포함한 광학계 전체의 사이즈가 커서 디자인 자유도가 낮고 중량이 무거운 단점이 있고, 상대적으로 레이저 다이오드는 친환경적이면서 수명이 길고 또한 광효율이 높은 장점이 있다.
레이저 다이오드를 광원으로서 사용하는 헤드램프의 광학계는 통상적으로 블루(blue) 파장(보통 450nm대의 단파장)대의 레이저 빔을 생성하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드에서 출력된 빛과 반응하여 백색광을 출력하는 형광체, 상기 레이저 다이오드와 형광체를 지지하는 하우징, 및 상기 형광체에서 출력된 백색광을 전방으로 반사시키는 반사체를 포함해서 구성된다.
레이저 다이오드에서 생성된 블루 레이저 빔은 인체에 유해한 성분으로 블루 레이저 빔이 외부로 직접 노출될 경우 인체의 눈에 치명적인 손상을 줄 수 있는 바, 따라서 형광체의 황색 여기광과 반응해서 인체에 무해한 백색광을 출력하도록 하고 있다.
그런데, 차량의 사고 등으로 인하여 레이저 다이오드 또는 형광체의 설치위치가 정위치에서 변경된 경우 또는 형광체가 파손된 경우 중 어느 한 조건 이상을 만족하면서 레이저 다이오드로 전원이 계속해서 입력되고 있는 경우이면, 인체에 유해한 블루 레이저 빔이 외부로 노출될 확률이 높아짐에 따라 사고의 발생위험이 높은 단점이 있다.
상기의 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.
대한민국공개특허공보 10-2007-0098953호
본 발명은, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 헤드램프 장치에서 형광체를 통해서 출력되는 백색광의 광량을 검출하고, 검출된 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어함으로써, 인체에 유해한 블루 레이저 빔의 외부 노출을 최대한 방지할 수 있는 차량용 헤드램프 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 검출된 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어할 때에 노이즈광의 광량이 제거된 순수한 백색광의 광량만을 이용해서 전원공급을 제어할 수 있도록 함으로써 보다 정확한 헤드램프의 동작제어가 가능하도록 하는 데에 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 헤드램프 장치는, 레이저 광원모듈에서 생성된 블루 레이저 빔이 형광체를 통해서 백색광으로 출력될 때에 출력되는 백색광의 광량을 검출해서 제1전기에너지의 값으로 변환하는 제1포토 다이오드; 상기 형광체를 통해서 출력되는 백색광의 광량을 제외한 노이즈광의 광량을 검출해서 제2전기에너지의 값으로 변환하는 제2포토 다이오드; 및 상기 제1전기에너지의 값과 제2전기에너지의 값을 이용해서 레이저 광원모듈로의 전원공급을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기에서 제2전기에너지의 값이 제로(zero)인 경우로 판단된 경우 제어기는 제1전기에너지의 값을 기준 값과 비교해서 레이저 광원모듈로의 전원공급을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1전기에너지의 값이 기준 값에 포함되지 않으면 제어기는 레이저 광원모듈로 입력되는 전원을 차단시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기에서 제2전기에너지의 값이 제로를 초과한 값으로 판단된 경우 제어기는 제1전기에너지의 값에서 제2전기에너지의 값을 차감한 계산 값을 기준 값과 비교해서 레이저 광원모듈로의 전원공급을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 1전기에너지의 값에서 제2전기에너지의 값을 차감한 계산 값이 기준 값에 포함되지 않으면 제어기는 레이저 광원모듈로 입력되는 전원을 차단시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 광원모듈과 형광체 및 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드가 설치되는 하우징; 및 상기 형광체에서 출력된 백색광을 전방으로 반사시키는 반사체;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1포토 다이오드는 백색광이 출력되는 빛의 경로상에 위치하면서 백색광의 수신이 용이한 위치에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제1포토 다이오드는 하우징에서 반사체와 대면하는 윗면에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제2포토 다이오드는 백색광이 출력되는 빛의 경로 이외의 위치에 위치하면서 백색광의 수신이 불가능한 위치에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 제2포토 다이오드는 하우징에서 반사체와 대면하지 않는 전방면에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 헤드램프 장치에서 형광체를 통해서 출력되는 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어함으로써, 인체에 유해한 블루 레이저 빔의 외부 노출을 최대한 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어할 때에 노이즈광의 광량이 제거된 순수한 백색광의 광량만을 이용해서 전원공급을 제어할 수 있도록 함으로써 보다 정확한 헤드램프의 동작제어가 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 헤드램프 장치의 사시도,
도 2는 도 1의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 헤드램프 장치의 동작제어를 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 헤드램프 장치에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 헤드램프 장치는 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 구성으로 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드를 광원으로서 사용하고 블루(blue) 파장(보통 450nm대의 단파장)대의 레이저 빔을 생성하는 레이저 광원모듈(10); 상기 레이저 광원모듈(10)에서 출력된 빛과 반응하여 백색광(L1)을 출력하는 형광체(20); 상기 형광체(20)를 통해서 출력되는 백색광(L1)의 광량을 검출해서 제1전기에너지의 값(E1)으로 변환하는 제1포토 다이오드(30); 상기 형광체(20)를 통해서 출력되는 백색광(L1)의 광량을 제외한 노이즈광(L2)의 광량을 검출해서 제2전기에너지의 값(E2)으로 변환하는 제2포토 다이오드(40); 상기 제1전기에너지의 값과 제2전기에너지의 값을 이용해서 레이저 광원모듈(10)로의 전원공급을 제어하는 제어기(50); 상기 레이저 광원모듈(10)과 형광체(20) 및 제1포토 다이오드(30)와 제2포토 다이오드(40)가 설치되는 하우징(60); 및 상기 형광체(20)에서 출력된 백색광(L1)을 전방으로 반사시키는 반사체(70);를 포함한다.
상기 제어기(50)는 하우징(60)에 고정되도록 결합된 PCB(Printed Circuit Board)인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1포토 다이오드(30)와 제2포토 다이오드(40)는 제어기(50)와 전기적인 신호를 주고받을 수 있도록 구성된다.
노이즈광(L2)은 형광체(20)를 통해서 출력되는 백색광을 제외한 모든 광 즉 외란에 의해 발생된 광으로 여기에는 가로등, 대향차 전조등, 햇빛, 달빛 등의 모든 광이 포함된다.
백색광의 광량을 검출하기 위한 제1포토 다이오드(30)는 백색광(L1)이 출력되는 빛의 경로상에 위치하면서 백색광의 수신이 용이한 위치에 고정되도록 설치되는 바, 즉 제1포토 다이오드(30)는 하우징(60)에서 형광체(20)와 인접한 위치이면서 반사체(70)와 대면하는 윗면(61)에 고정되도록 설치된 것이 바람직하다.
상기 제1포토 다이오드(30)는 형광체(20)를 기준으로 형광체(20)의 전방쪽 위치(M1) 또는 후방쪽 위치(M2) 중 어느 하나에 설치될 수 있다.
외란에 의한 노이즈광(L2)을 검출하기 위한 제2포토 다이오드(40)는 백색광이 출력되는 빛의 경로 이외의 위치에 위치하면서 백색광의 수신이 불가능한 위치에 고정되도록 설치되는 바, 즉 제2포토 다이오드(40)는 하우징(60)에서 반사체(70)와 대면하지 않는 전방면(62)에 고정되도록 설치된 것이 바람직하다.
하우징(60)의 전방면(62)은 차량의 전방을 향하는 면으로 출력되는 백색광의 빛의 경로에서는 벗어나 있지만 외란에 의한 노이즈광(L2)은 용이하게 수신이 가능한 위치가 된다.
본 발명에 따른 차량용 헤드램프 장치의 동작제어에 대해서는 도 3을 참조해서 설명하기로 한다.
레이저 다이오드에서 생성된 블루 레이저 빔은 인체에 유해한 성분으로 차량의 사고 등으로 인해 블루 레이저 빔이 외부로 직접 노출될 경우 인체의 눈에 치명적인 손상을 줄 수 있는 바, 따라서 본 발명은 인체에 유해한 블루 레이저 빔이 외부로 노출되는 상황이 발생할 경우 이를 신속하게 차단할 수 있도록 한다.
즉, 헤드램프가 온(ON)된 상태일 때(단계 S1), 제1포토 다이오드(30)는 형광체(20)를 통해서 출력되는 백색광(L1)의 광량을 검출하고(단계 S2), 제2포토 다이오드(40)는 형광체(20)를 통해서 출력되는 백색광 이외의 노이즈광(L2)의 광량을 검출하게 된다.(단계 S3)
제1포토 다이오드(30)는 검출된 백색광의 광량을 제1전기에너지의 값(E1)으로 변환하고, 제2포토 다이오드(40)는 검출된 노이즈광의 광량을 제2전기에너지의 값(E2)으로 변환하게 된다.
제어기(50)는 제1포토 다이오드(30) 및 제2포토 다이오드(40)로부터 제1전기에너지의 값과 제2전기에너지의 값을 전달받아서 먼저 제2전기에너지의 값이 제로(zero)인지 또는 제로를 초과한 값인지를 판단하게 된다.(단계 S4)
제2전기에너지의 값이 제로(zero)인 경우는 외란에 의한 노이즈광(L2)이 없는 경우이고, 제2전기에너지의 값이 제로를 초과한 값인 경우는 외란에 의한 노이즈광(L2)이 존재하는 경우이다.
제2전기에너지의 값이 제로를 초과해서 노이즈광(L2)이 있는 것으로 판단된 경우에는, 제1포토 다이오드(30)에서 검출된 백색광의 광량에도 노이즈광의 광량이 포함된 것으로 볼 수 있고, 또한 백색광의 광량에 의해서 출력된 제1전기에너지의 값에도 노이즈광의 광량에 의해 출력된 제2전기에너지의 값이 포함된 것으로 볼 수 있다.
따라서, 제2전기에너지의 값이 제로인 것으로 판단된 경우에는 제1전기에너지 값이 기준 값에 포함되는지를 판단해서 이의 결과를 토대로 레이저 광원모듈로 입력되는 전원의 차단유무를 결정하게 된다.
하지만, 제2전기에너지의 값이 제로를 초과한 값으로 판단된 경우에는 보다 정확한 헤드램프의 동작제어를 위해서 제1전기에너지의 값에서 제2전기에너지의 값을 차감한 값이 기준 값에 포함되는지를 판단해서 이의 결과를 토대로 레이저 광원모듈로 입력되는 전원의 차단유무를 결정하게 된다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 상기 단계 S4를 통해서 제2전기에너지의 값이 제로인 것으로 판단된 경우에는 제1전기에너지 값이 기준 값(백색광이 정상적인 상태로 출력되고 있는 상황일 때 백색광의 출력전압이 되는 기준 값 또는 일정범위)에 포함되는지를 판단하게 되고(단계 S5), 판단 결과 제1전기에너지 값이 기준 값에 포함된 경우로 판단되면 백색광이 정상적인 상태로 출력되고 있는 상황으로 판단해서 즉 블루 레이저 빔이 외부로 직접 노출되고 있지 않은 상황으로 판단하게 되고, 이 경우 제어기(50)는 레이저 광원모듈(10)로 전원공급이 계속해서 이루어지도록 제어하게 된다.(단계 S6)
하지만, 단계 S5에서의 판단 결과 제1전기에너지 값이 기준 값에 포함되지 않은 경우(제1전기에너지 값이 기준 값보다 작은 경우)로 판단되면 백색광이 정상적으로 출력되지 못하고 있는 상황 즉 형광체(20)의 설치위치가 정위치에서 변경된 경우이거나 또는 형광체(20)가 파손된 경우인 상황으로 인체에 유해한 블루 레이저 빔이 외부로 직접 노출되고 있는 상황으로 판단하게 되고, 이 경우 제어기(50)는 레이저 광원모듈(10)로 공급되는 전원을 차단하도록 제어하게 되는 바(단계 S7), 이를 통해 블루 레이저 빔의 외부 노출을 신속하게 차단할 수 있게 된다.
한편, 상기 단계 S4를 통해서 제2전기에너지의 값이 제로가 아닌 것으로 판단된 경우 제2전기에너지의 값이 제로를 초과한 값으로 판단하게 되고(단계 S8), 이 경우 보다 정확한 헤드램프의 동작제어를 위해서 제1전기에너지의 값에서 제2전기에너지의 값을 차감한 계산 값을 검출하고(단계 S9), 검출된 계산 값이 기준 값에 포함되는지를 판단하게 된다.(단계 S10)
상기 단계 S10에서의 판단 결과 계산 값이 기준 값에 포함된 경우로 판단되면 백색광이 정상적인 상태로 출력되고 있는 상황으로 판단해서 즉 블루 레이저 빔이 외부로 직접 노출되고 있지 않은 상황으로 판단하게 되고, 이 경우 제어기(50)는 레이저 광원모듈(10)로 전원공급이 계속해서 이루어지도록 제어하게 된다.(단계 S6)
하지만, 단계 S10에서의 판단 결과 계산 값이 기준 값에 포함되지 않은 경우(계산 값이 기준 값보다 작은 경우)로 판단되면 백색광이 정상적으로 출력되지 못하고 있는 상황 즉 형광체(20)의 설치위치가 정위치에서 변경된 경우이거나 또는 형광체(20)가 파손된 경우인 상황으로 인체에 유해한 블루 레이저 빔이 외부로 직접 노출되고 있는 상황으로 판단하게 되고, 이 경우 제어기(50)는 레이저 광원모듈(10)로 공급되는 전원을 차단하도록 제어하게 되는 바(단계 S7), 이를 통해 블루 레이저 빔의 외부 노출을 신속하게 차단할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 헤드램프 장치에서 형광체를 통해서 출력되는 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어함으로써, 인체에 유해한 블루 레이저 빔의 외부 노출을 최대한 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 백색광의 광량을 이용해서 레이저 다이오드로의 전원공급을 제어할 때에 노이즈광의 광량이 제거된 순수한 백색광의 광량만을 이용해서 전원공급을 제어할 수 있도록 함으로써 보다 정확한 헤드램프의 동작제어가 가능한 장점도 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 - 레이저 광원모듈 20 - 형광체
30 - 제1포토 다이오드 40 - 제2포토 다이오드
50 - 제어기 60 - 하우징
61 - 윗면 62 - 전방면
70 - 반사체 L1 - 백색광
L2 - 노이즈광

Claims (10)

  1. 레이저 광원모듈에서 생성된 블루 레이저 빔이 형광체를 통해서 백색광으로 출력될 때에 출력되는 백색광의 광량을 검출해서 제1전기에너지의 값으로 변환하는 제1포토 다이오드;
    상기 형광체를 통해서 출력되는 백색광의 광량을 제외한 노이즈광의 광량을 검출해서 제2전기에너지의 값으로 변환하는 제2포토 다이오드; 및
    상기 제1전기에너지의 값과 제2전기에너지의 값을 이용해서 레이저 광원모듈로의 전원공급을 제어하는 제어기;를 포함하는 차량용 헤드램프 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기에서 제2전기에너지의 값이 제로(zero)인 경우로 판단된 경우 제어기는 제1전기에너지의 값을 기준 값과 비교해서 레이저 광원모듈로의 전원공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1전기에너지의 값이 기준 값에 포함되지 않으면 제어기는 레이저 광원모듈로 입력되는 전원을 차단시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기에서 제2전기에너지의 값이 제로를 초과한 값으로 판단된 경우 제어기는 제1전기에너지의 값에서 제2전기에너지의 값을 차감한 계산 값을 기준 값과 비교해서 레이저 광원모듈로의 전원공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 1전기에너지의 값에서 제2전기에너지의 값을 차감한 계산 값이 기준 값에 포함되지 않으면 제어기는 레이저 광원모듈로 입력되는 전원을 차단시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광원모듈과 형광체 및 제1포토 다이오드와 제2포토 다이오드가 설치되는 하우징; 및
    상기 형광체에서 출력된 백색광을 전방으로 반사시키는 반사체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1포토 다이오드는 백색광이 출력되는 빛의 경로상에 위치하면서 백색광의 수신이 용이한 위치에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1포토 다이오드는 하우징에서 반사체와 대면하는 윗면에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2포토 다이오드는 백색광이 출력되는 빛의 경로 이외의 위치에 위치하면서 백색광의 수신이 불가능한 위치에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2포토 다이오드는 하우징에서 반사체와 대면하지 않는 전방면에 고정되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 헤드램프 장치.
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