車燈結構的制作方法

本實用新型涉及通過在面發光圖像的非球面透鏡后部適用特定形狀的反射構件縮小焦距，從而能夠顯著提高光學性能的車燈結構。

背景技術：

最新汽車頭燈的設計趨勢是將平面(Flat)圖像即面發光圖像的透鏡設計成生產商的形象物來實現頭燈近光(Low beam)。為了實現這種頭燈的近光，采用沒有光學效果的虛擬(dummy)透鏡等面發光圖像的內透鏡(Inner lens)。但這種情況下如圖1所示，由于在內透鏡1后部配置多個透鏡2，因此其缺點是結構復雜，并且因LED光源3的光透過多個透鏡而造成光學效率下降。

圖2為顯示目前的直射型LED投影光學系結構的示意圖，圖3為顯示圖2中目前的直射型LED投影光學系的焦距、透鏡厚度、光學效率的關系的曲線圖。如圖2、圖3所示，為了實現面發光圖像的大型透鏡(橫向尺寸為120，縱向尺寸為60)，目前的直射性LED投影光學系中透鏡的焦距必須長。這意味著光學系整體尺寸增大。若想在保持透鏡尺寸相同的情況下縮小焦距，必須增大透鏡厚度。但透鏡厚度增大的情況下具有透鏡注塑時間增大等透鏡的生產變得更難。超過一般厚度30mm的透鏡難以量產。因此應將透鏡厚度設計在30mm以內，但這種情況下透鏡焦距超過150mm，并且具有光學效率下降的問題。

根據一例，韓國授權專利第0242558號公開了一種“頭燈的配光裝置”。

技術實現要素：

技術問題

為解決上述問題，本實用新型的實施例提供一種通過在面發光圖像的非球面透鏡后部適用特定形狀的反射構件縮小焦距，從而能夠顯著提高光學性能的車燈結構。

技術方案

為達成上述目的，根據本實用新型實施例的車燈結構可包括：光源，其照射光；以及，反射構件，其位于從所述光源照射的光的光路徑，具有向透鏡反射從所述光源照射的光的凹形的反射面，所述反射面中垂直方向的縱向曲線與水平方向的橫向曲線具有不同的幾何特性。

并且，所述反射構件的水平方向的橫向曲線由雙曲線構成，所述光源可以在水平面位于所述雙曲線的焦點。

并且，所述反射構件的垂直方向的縱向曲線由橢圓形曲線構成，所述光源可以在垂直面位于偏離所述反射面與所述透鏡之間的光路徑的位置。

并且，所述光源可以向垂直方向傾斜成面向所述反射面。

并且，所述光源可以是LED。

并且，所述透鏡的出光面可以是平面。

并且，面向所述反射構件的透鏡的入光面可以是非球面。

技術效果

根據本實用新型實施例的車燈結構，通過在面發光圖像的非球面透鏡后部適用特定形狀的反射構件縮小焦距，從而能夠顯著提高光學性能。

并且，能夠在不使用內透鏡的情況下實現將100mm以上的大型透鏡作為面發光圖像的光學系。

并且，比目前的光學系具有更高的光效率及性能。

并且，能夠縮小光學尺寸、減小重量。

附圖說明

圖1為顯示目前的適用內透鏡的光學系結構的示意圖；

圖2為顯示目前的直射型LED投影光學系結構的示意圖；

圖3為顯示圖2中目前的直射型LED投影光學系的焦距、透鏡厚度、光學效率的關系的曲線圖；

圖4為顯示根據本實用新型一個優選實施例的利用雙曲線的光學系概念的示意圖；

圖5為顯示根據本實用新型一個優選實施例的利用雙曲線的光學系結構的平面圖；

圖6為顯示目前的光學系結構的示意圖；

圖7為顯示根據本實用新型一個優選實施例的利用雙曲線的光學系結構的側視圖；

圖8、圖9為顯示根據本實用新型一個優選實施例的切斷模擬(cutoff simulation)的示意圖；

圖10為顯示根據本實用新型一個優選實施例的光源傾斜狀態的示意圖；

圖11為顯示根據本實用新型一個優選實施例的光源的傾斜角度所對應的光學效率的示意圖。

附圖標記說明

10：光源 20：反射構件

21：垂直方向的縱向曲線 22：水平方向的橫向曲線

30：透鏡 Θ：角度

具體實施方式

以下參照附圖具體說明本實用新型的優選實施例。首先，需要注意的是在對各圖的構成要素添加附圖標記方面，即使相同的構成要素出現在不同的附圖上也盡可能添加相同的附圖標記。另外，以下將說明本實用新型的優選實施例，但本實用新型的技術方案并不限定或限制于此，所屬技術領域的技術人員可做多種變形實施。

根據本實用新型實施例的車燈結構適用如圖4所示的雙曲線光學系理論使得能夠使用面發光圖像的大型透鏡。可利用如圖4所示的雙曲線，用焦點F與反射面實現光源。

參照圖4，雙曲線(hyperbola)是圓錐曲線的一種，是與兩個焦點F′、F之間的距離差為預定值的點的集合。從兩個焦點F′、F中任意一個焦點出發的光線被雙曲面反射后像從另一個焦點射出的光線一樣行進。

如圖4所示，使虛像(Virtual Image，V/I)的位置與透鏡的焦點一致的情況下，能夠得到垂直方向的尺寸大于目前的LED光源照射的光的光。因此，反射構件能夠通過改變與焦點之間的距離差為預定值的雙曲線常數值調節通過非球面透鏡照射的光的垂直方向的大小。

根據本實用新型實施例的車燈結構如圖5、圖7所示，包括照射光(optical irradiation)的光源10、配置于從光源10照射的光的光路徑上的反射構件20及位于被反射構件20反射的光的光路徑的透鏡30。

具體來講，光源10可以是LED光源。光源可以是多個LED芯片縱橫排列構成面光源的矩陣LED。

反射構件20向透鏡30反射從光源10照射的光。反射構件20由反射光源的光的垂直方向(縱軸)的反射曲面21與水平方向(橫軸)的反射曲面22互異的反射曲面構成。反射構件20的水平方向的橫向曲線22由如圖5所示的雙曲線構成，反射構件20的垂直方向的縱向曲線21由如圖7所示的橢圓形曲線構成。

經比較如圖6所示的目前的光學系與如圖7所示的根據本實用新型實施例的光學系，設LED光源本身的光學效率為100％的情況下，目前的光學系中如圖6從光源10照射的光透過透鏡30時的光學效率為4.6％，包括透鏡30厚度的光學系長度為260mm，而根據本實用新型實施例的光學系中如圖7從光源10照射的光被反射構件20的反射面反射并透過透鏡30時光學效率為38％，包括透鏡30厚度的光學系長度為110mm。一般光學系的光學效率為35％，與此相比，根據本實用新型實施例的光學系的光學效率等于一般光學系的光學效率或在其之上。通過這種結果可知根據本實用新型實施例的車燈的光學效率高于目前的光學系，并且光學系尺寸縮小。

如圖8、圖9對根據本實用新型實施例實施了切斷模擬。如圖8所示，上下方向的切斷明顯。在設計根據本實用新型實施例的車燈結構時上方向的切斷為了滿足法規而應當維持，而下方向的切斷對路面帶來致命缺陷，因此優選的是實現能夠僅讓下端部散焦(Defocusing)的方法。

控制使得反射構件20的水平方向的橫向曲線22保持雙曲線，反射構件20的垂直方向的縱向曲線21為基于橢圓(Ellipse)的非球面曲線的情況下如圖9所示，可通過散焦波束圖案下端部圖像，實際用作頭燈光學系。

另外，實現一般圓錐曲線的數學式如下(圓錐曲線為切割圓錐時出現的曲線形狀，代表性的有拋物線、橢圓、雙曲線)。

c：曲率(curvature)

k：圓錐常數(conic constant)圓

k＝0：球面(Sphere)

-1＜k＜0：橢圓(Ellipse)

k＝-1：拋物線(parabola)

k＜-1：雙曲線(hyperbola)

k＞1：非準確的圓錐曲線(not a true conic section)

實現非球面曲線的數學式如下(向一般圓錐曲線增加高次項形態的數學式形成特定曲線)。

c：曲率(curvature)

k：圓錐常數(conic constant)

C：非球面高次項系數

如圖10所示，可以向垂直方向傾斜(Tilting)LED光源10作為根據本實用新型實施例的光學效率提高方案。此處，優選的是使透鏡30的前面即出光面為平坦(Flat)的平面使得能夠實現面發光圖像，使面向反射構件20的透鏡30后面，即入光面為非球面使得面發光擴散或聚光。當然，反射構件20的垂直方向的縱向曲線21是基于雙曲線的非球面。LED光源傾斜角度(Tilting Angle)所對應的光學效率如圖11所示，在光源10傾斜25度至45度時可得到最大光學效率。

本實用新型的實施例是通過雙曲線(Hyperbola Curve)與基于橢圓(Ellipse)的非球面曲線的組合得到反射構件的面發光圖像透鏡近光光學系，應如下設計。應將反射構件20的水平方向的橫向曲線22設計成雙曲線(k＜-1)使得假想的焦點F′成形于曲線內側，將反射構件20的垂直方向的縱向曲線21設計成基于橢圓的利用高次項4次、6次、8次、10次的非球面曲線(-1＜k＜0)使得下端部波束圖案模糊(Blurring)，應如圖11將光源傾斜設計成橫向中心線與配置光源的配置部面構成的角度Θ在25度至45度。

以上說明只是舉例說明本實用新型的技術方案而已，本領域普通技術人員在不脫離本實用新型本質特性的范圍內可進行多種修正、變更及替換。因此，本實用新型公開的實施例及附圖是用于對本實用新型進行說明，并不是用于限定本實用新型的思想，本實用新型技術方案的范圍不受這些實施例及附圖的限制。本實用新型的保護范圍應以所公開的技術方案為準，與該范圍相同范圍內的所有技術方案均應理解為包含于本實用新型的范圍之內。