本實(shí)用新型涉及通過(guò)在面發(fā)光圖像的非球面透鏡后部適用特定形狀的反射構(gòu)件縮小焦距，從而能夠顯著提高光學(xué)性能的車燈結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

最新汽車頭燈的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是將平面(Flat)圖像即面發(fā)光圖像的透鏡設(shè)計(jì)成生產(chǎn)商的形象物來(lái)實(shí)現(xiàn)頭燈近光(Low beam)。為了實(shí)現(xiàn)這種頭燈的近光，采用沒(méi)有光學(xué)效果的虛擬(dummy)透鏡等面發(fā)光圖像的內(nèi)透鏡(Inner lens)。但這種情況下如圖1所示，由于在內(nèi)透鏡1后部配置多個(gè)透鏡2，因此其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且因LED光源3的光透過(guò)多個(gè)透鏡而造成光學(xué)效率下降。

圖2為顯示目前的直射型LED投影光學(xué)系結(jié)構(gòu)的示意圖，圖3為顯示圖2中目前的直射型LED投影光學(xué)系的焦距、透鏡厚度、光學(xué)效率的關(guān)系的曲線圖。如圖2、圖3所示，為了實(shí)現(xiàn)面發(fā)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(xué)系中透鏡的焦距必須長(zhǎng)。這意味著光學(xué)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(shí)間增大等透鏡的生產(chǎn)變得更難。超過(guò)一般厚度30mm的透鏡難以量產(chǎn)。因此應(yīng)將透鏡厚度設(shè)計(jì)在30mm以內(nèi)，但這種情況下透鏡焦距超過(guò)150mm，并且具有光學(xué)效率下降的問(wèn)題。

根據(jù)一例，韓國(guó)授權(quán)專利第0242558號(hào)公開(kāi)了一種“頭燈的配光裝置”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種通過(guò)在面發(fā)光圖像的非球面透鏡后部適用特定形狀的反射構(gòu)件縮小焦距，從而能夠顯著提高光學(xué)性能的車燈結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案

為達(dá)成上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車燈結(jié)構(gòu)可包括：光源，其照射光；以及，反射構(gòu)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(gòu)件的水平方向的橫向曲線由雙曲線構(gòu)成，所述光源可以在水平面位于所述雙曲線的焦點(diǎn)。

并且，所述反射構(gòu)件的垂直方向的縱向曲線由橢圓形曲線構(gòu)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(gòu)件的透鏡的入光面可以是非球面。

技術(shù)效果

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車燈結(jié)構(gòu)，通過(guò)在面發(fā)光圖像的非球面透鏡后部適用特定形狀的反射構(gòu)件縮小焦距，從而能夠顯著提高光學(xué)性能。

并且，能夠在不使用內(nèi)透鏡的情況下實(shí)現(xiàn)將100mm以上的大型透鏡作為面發(fā)光圖像的光學(xué)系。

并且，比目前的光學(xué)系具有更高的光效率及性能。

并且，能夠縮小光學(xué)尺寸、減小重量。

附圖說(shuō)明

圖1為顯示目前的適用內(nèi)透鏡的光學(xué)系結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為顯示目前的直射型LED投影光學(xué)系結(jié)構(gòu)的示意圖；

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

圖4為顯示根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的利用雙曲線的光學(xué)系概念的示意圖；

圖5為顯示根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的利用雙曲線的光學(xué)系結(jié)構(gòu)的平面圖；

圖6為顯示目前的光學(xué)系結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖7為顯示根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的利用雙曲線的光學(xué)系結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖8、圖9為顯示根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的切斷模擬(cutoff simulation)的示意圖；

圖10為顯示根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的光源傾斜狀態(tài)的示意圖；

圖11為顯示根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的光源的傾斜角度所對(duì)應(yīng)的光學(xué)效率的示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

10：光源 20：反射構(gòu)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(shí)施方式

以下參照附圖具體說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。首先，需要注意的是在對(duì)各圖的構(gòu)成要素添加附圖標(biāo)記方面，即使相同的構(gòu)成要素出現(xiàn)在不同的附圖上也盡可能添加相同的附圖標(biāo)記。另外，以下將說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但本實(shí)用新型的技術(shù)方案并不限定或限制于此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可做多種變形實(shí)施。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車燈結(jié)構(gòu)適用如圖4所示的雙曲線光學(xué)系理論使得能夠使用面發(fā)光圖像的大型透鏡?？衫萌鐖D4所示的雙曲線，用焦點(diǎn)F與反射面實(shí)現(xiàn)光源。

參照?qǐng)D4，雙曲線(hyperbola)是圓錐曲線的一種，是與兩個(gè)焦點(diǎn)F′、F之間的距離差為預(yù)定值的點(diǎn)的集合。從兩個(gè)焦點(diǎn)F′、F中任意一個(gè)焦點(diǎn)出發(fā)的光線被雙曲面反射后像從另一個(gè)焦點(diǎn)射出的光線一樣行進(jìn)。

如圖4所示，使虛像(Virtual Image，V/I)的位置與透鏡的焦點(diǎn)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(gòu)件能夠通過(guò)改變與焦點(diǎn)之間的距離差為預(yù)定值的雙曲線常數(shù)值調(diào)節(jié)通過(guò)非球面透鏡照射的光的垂直方向的大小。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車燈結(jié)構(gòu)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(gòu)件20及位于被反射構(gòu)件20反射的光的光路徑的透鏡30。

具體來(lái)講，光源10可以是LED光源。光源可以是多個(gè)LED芯片縱橫排列構(gòu)成面光源的矩陣LED。

反射構(gòu)件20向透鏡30反射從光源10照射的光。反射構(gòu)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(gòu)成。反射構(gòu)件20的水平方向的橫向曲線22由如圖5所示的雙曲線構(gòu)成，反射構(gòu)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(gòu)成。

經(jīng)比較如圖6所示的目前的光學(xué)系與如圖7所示的根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)系，設(shè)LED光源本身的光學(xué)效率為100％的情況下，目前的光學(xué)系中如圖6從光源10照射的光透過(guò)透鏡30時(shí)的光學(xué)效率為4.6％，包括透鏡30厚度的光學(xué)系長(zhǎng)度為260mm，而根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)系中如圖7從光源10照射的光被反射構(gòu)件20的反射面反射并透過(guò)透鏡30時(shí)光學(xué)效率為38％，包括透鏡30厚度的光學(xué)系長(zhǎng)度為110mm。一般光學(xué)系的光學(xué)效率為35％，與此相比，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)系的光學(xué)效率等于一般光學(xué)系的光學(xué)效率或在其之上。通過(guò)這種結(jié)果可知根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車燈的光學(xué)效率高于目前的光學(xué)系，并且光學(xué)系尺寸縮小。

如圖8、圖9對(duì)根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例實(shí)施了切斷模擬。如圖8所示，上下方向的切斷明顯。在設(shè)計(jì)根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車燈結(jié)構(gòu)時(shí)上方向的切斷為了滿足法規(guī)而應(yīng)當(dāng)維持，而下方向的切斷對(duì)路面帶來(lái)致命缺陷，因此優(yōu)選的是實(shí)現(xiàn)能夠僅讓下端部散焦(Defocusing)的方法。

控制使得反射構(gòu)件20的水平方向的橫向曲線22保持雙曲線，反射構(gòu)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(guò)散焦波束圖案下端部圖像，實(shí)際用作頭燈光學(xué)系。

另外，實(shí)現(xiàn)一般圓錐曲線的數(shù)學(xué)式如下(圓錐曲線為切割圓錐時(shí)出現(xiàn)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(shù)(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(zhǔn)確的圓錐曲線(not a true conic section)

實(shí)現(xiàn)非球面曲線的數(shù)學(xué)式如下(向一般圓錐曲線增加高次項(xiàng)形態(tài)的數(shù)學(xué)式形成特定曲線)。

c：曲率(curvature)

k：圓錐常數(shù)(conic constant)

C：非球面高次項(xiàng)系數(shù)

如圖10所示，可以向垂直方向傾斜(Tilting)LED光源10作為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)效率提高方案。此處，優(yōu)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?qū)崿F(xiàn)面發(fā)光圖像，使面向反射構(gòu)件20的透鏡30后面，即入光面為非球面使得面發(fā)光擴(kuò)散或聚光。當(dāng)然，反射構(gòu)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(duì)應(yīng)的光學(xué)效率如圖11所示，在光源10傾斜25度至45度時(shí)可得到最大光學(xué)效率。

本實(shí)用新型的實(shí)施例是通過(guò)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(gòu)件的面發(fā)光圖像透鏡近光光學(xué)系，應(yīng)如下設(shè)計(jì)。應(yīng)將反射構(gòu)件20的水平方向的橫向曲線22設(shè)計(jì)成雙曲線(k＜-1)使得假想的焦點(diǎn)F′成形于曲線內(nèi)側(cè)，將反射構(gòu)件20的垂直方向的縱向曲線21設(shè)計(jì)成基于橢圓的利用高次項(xiàng)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(yīng)如圖11將光源傾斜設(shè)計(jì)成橫向中心線與配置光源的配置部面構(gòu)成的角度Θ在25度至45度。

以上說(shuō)明只是舉例說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而已，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型本質(zhì)特性的范圍內(nèi)可進(jìn)行多種修正、變更及替換。因此，本實(shí)用新型公開(kāi)的實(shí)施例及附圖是用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明，并不是用于限定本實(shí)用新型的思想，本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍不受這些實(shí)施例及附圖的限制。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所公開(kāi)的技術(shù)方案為準(zhǔn)，與該范圍相同范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案均應(yīng)理解為包含于本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。