车灯结构的制作方法

本实用新型涉及通过在面发光图像的非球面透镜后部适用特定形状的反射构件缩小焦距，从而能够显著提高光学性能的车灯结构。

背景技术：

最新汽车头灯的设计趋势是将平面(Flat)图像即面发光图像的透镜设计成生产商的形象物来实现头灯近光(Low beam)。为了实现这种头灯的近光，采用没有光学效果的虚拟(dummy)透镜等面发光图像的内透镜(Inner lens)。但这种情况下如图1所示，由于在内透镜1后部配置多个透镜2，因此其缺点是结构复杂，并且因LED光源3的光透过多个透镜而造成光学效率下降。

图2为显示目前的直射型LED投影光学系结构的示意图，图3为显示图2中目前的直射型LED投影光学系的焦距、透镜厚度、光学效率的关系的曲线图。如图2、图3所示，为了实现面发光图像的大型透镜(横向尺寸为120，纵向尺寸为60)，目前的直射性LED投影光学系中透镜的焦距必须长。这意味着光学系整体尺寸增大。若想在保持透镜尺寸相同的情况下缩小焦距，必须增大透镜厚度。但透镜厚度增大的情况下具有透镜注塑时间增大等透镜的生产变得更难。超过一般厚度30mm的透镜难以量产。因此应将透镜厚度设计在30mm以内，但这种情况下透镜焦距超过150mm，并且具有光学效率下降的问题。

根据一例，韩国授权专利第0242558号公开了一种“头灯的配光装置”。

技术实现要素：

技术问题

为解决上述问题，本实用新型的实施例提供一种通过在面发光图像的非球面透镜后部适用特定形状的反射构件缩小焦距，从而能够显著提高光学性能的车灯结构。

技术方案

为达成上述目的，根据本实用新型实施例的车灯结构可包括：光源，其照射光；以及，反射构件，其位于从所述光源照射的光的光路径，具有向透镜反射从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纵向曲线与水平方向的横向曲线具有不同的几何特性。

并且，所述反射构件的水平方向的横向曲线由双曲线构成，所述光源可以在水平面位于所述双曲线的焦点。

并且，所述反射构件的垂直方向的纵向曲线由椭圆形曲线构成，所述光源可以在垂直面位于偏离所述反射面与所述透镜之间的光路径的位置。

并且，所述光源可以向垂直方向倾斜成面向所述反射面。

并且，所述光源可以是LED。

并且，所述透镜的出光面可以是平面。

并且，面向所述反射构件的透镜的入光面可以是非球面。

技术效果

根据本实用新型实施例的车灯结构，通过在面发光图像的非球面透镜后部适用特定形状的反射构件缩小焦距，从而能够显著提高光学性能。

并且，能够在不使用内透镜的情况下实现将100mm以上的大型透镜作为面发光图像的光学系。

并且，比目前的光学系具有更高的光效率及性能。

并且，能够缩小光学尺寸、减小重量。

附图说明

图1为显示目前的适用内透镜的光学系结构的示意图；

图2为显示目前的直射型LED投影光学系结构的示意图；

图3为显示图2中目前的直射型LED投影光学系的焦距、透镜厚度、光学效率的关系的曲线图；

图4为显示根据本实用新型一个优选实施例的利用双曲线的光学系概念的示意图；

图5为显示根据本实用新型一个优选实施例的利用双曲线的光学系结构的平面图；

图6为显示目前的光学系结构的示意图；

图7为显示根据本实用新型一个优选实施例的利用双曲线的光学系结构的侧视图；

图8、图9为显示根据本实用新型一个优选实施例的切断模拟(cutoff simulation)的示意图；

图10为显示根据本实用新型一个优选实施例的光源倾斜状态的示意图；

图11为显示根据本实用新型一个优选实施例的光源的倾斜角度所对应的光学效率的示意图。

附图标记说明

10：光源 20：反射构件

21：垂直方向的纵向曲线 22：水平方向的横向曲线

30：透镜 Θ：角度

具体实施方式

以下参照附图具体说明本实用新型的优选实施例。首先，需要注意的是在对各图的构成要素添加附图标记方面，即使相同的构成要素出现在不同的附图上也尽可能添加相同的附图标记。另外，以下将说明本实用新型的优选实施例，但本实用新型的技术方案并不限定或限制于此，所属技术领域的技术人员可做多种变形实施。

根据本实用新型实施例的车灯结构适用如图4所示的双曲线光学系理论使得能够使用面发光图像的大型透镜。可利用如图4所示的双曲线，用焦点F与反射面实现光源。

参照图4，双曲线(hyperbola)是圆锥曲线的一种，是与两个焦点F′、F之间的距离差为预定值的点的集合。从两个焦点F′、F中任意一个焦点出发的光线被双曲面反射后像从另一个焦点射出的光线一样行进。

如图4所示，使虚像(Virtual Image，V/I)的位置与透镜的焦点一致的情况下，能够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，反射构件能够通过改变与焦点之间的距离差为预定值的双曲线常数值调节通过非球面透镜照射的光的垂直方向的大小。

根据本实用新型实施例的车灯结构如图5、图7所示，包括照射光(optical irradiation)的光源10、配置于从光源10照射的光的光路径上的反射构件20及位于被反射构件20反射的光的光路径的透镜30。

具体来讲，光源10可以是LED光源。光源可以是多个LED芯片纵横排列构成面光源的矩阵LED。

反射构件20向透镜30反射从光源10照射的光。反射构件20由反射光源的光的垂直方向(纵轴)的反射曲面21与水平方向(横轴)的反射曲面22互异的反射曲面构成。反射构件20的水平方向的横向曲线22由如图5所示的双曲线构成，反射构件20的垂直方向的纵向曲线21由如图7所示的椭圆形曲线构成。

经比较如图6所示的目前的光学系与如图7所示的根据本实用新型实施例的光学系，设LED光源本身的光学效率为100％的情况下，目前的光学系中如图6从光源10照射的光透过透镜30时的光学效率为4.6％，包括透镜30厚度的光学系长度为260mm，而根据本实用新型实施例的光学系中如图7从光源10照射的光被反射构件20的反射面反射并透过透镜30时光学效率为38％，包括透镜30厚度的光学系长度为110mm。一般光学系的光学效率为35％，与此相比，根据本实用新型实施例的光学系的光学效率等于一般光学系的光学效率或在其之上。通过这种结果可知根据本实用新型实施例的车灯的光学效率高于目前的光学系，并且光学系尺寸缩小。

如图8、图9对根据本实用新型实施例实施了切断模拟。如图8所示，上下方向的切断明显。在设计根据本实用新型实施例的车灯结构时上方向的切断为了满足法规而应当维持，而下方向的切断对路面带来致命缺陷，因此优选的是实现能够仅让下端部散焦(Defocusing)的方法。

控制使得反射构件20的水平方向的横向曲线22保持双曲线，反射构件20的垂直方向的纵向曲线21为基于椭圆(Ellipse)的非球面曲线的情况下如图9所示，可通过散焦波束图案下端部图像，实际用作头灯光学系。

另外，实现一般圆锥曲线的数学式如下(圆锥曲线为切割圆锥时出现的曲线形状，代表性的有抛物线、椭圆、双曲线)。

c：曲率(curvature)

k：圆锥常数(conic constant)圆

k＝0：球面(Sphere)

-1＜k＜0：椭圆(Ellipse)

k＝-1：抛物线(parabola)

k＜-1：双曲线(hyperbola)

k＞1：非准确的圆锥曲线(not a true conic section)

实现非球面曲线的数学式如下(向一般圆锥曲线增加高次项形态的数学式形成特定曲线)。

c：曲率(curvature)

k：圆锥常数(conic constant)

C：非球面高次项系数

如图10所示，可以向垂直方向倾斜(Tilting)LED光源10作为根据本实用新型实施例的光学效率提高方案。此处，优选的是使透镜30的前面即出光面为平坦(Flat)的平面使得能够实现面发光图像，使面向反射构件20的透镜30后面，即入光面为非球面使得面发光扩散或聚光。当然，反射构件20的垂直方向的纵向曲线21是基于双曲线的非球面。LED光源倾斜角度(Tilting Angle)所对应的光学效率如图11所示，在光源10倾斜25度至45度时可得到最大光学效率。

本实用新型的实施例是通过双曲线(Hyperbola Curve)与基于椭圆(Ellipse)的非球面曲线的组合得到反射构件的面发光图像透镜近光光学系，应如下设计。应将反射构件20的水平方向的横向曲线22设计成双曲线(k＜-1)使得假想的焦点F′成形于曲线内侧，将反射构件20的垂直方向的纵向曲线21设计成基于椭圆的利用高次项4次、6次、8次、10次的非球面曲线(-1＜k＜0)使得下端部波束图案模糊(Blurring)，应如图11将光源倾斜设计成横向中心线与配置光源的配置部面构成的角度Θ在25度至45度。

以上说明只是举例说明本实用新型的技术方案而已，本领域普通技术人员在不脱离本实用新型本质特性的范围内可进行多种修正、变更及替换。因此，本实用新型公开的实施例及附图是用于对本实用新型进行说明，并不是用于限定本实用新型的思想，本实用新型技术方案的范围不受这些实施例及附图的限制。本实用新型的保护范围应以所公开的技术方案为准，与该范围相同范围内的所有技术方案均应理解为包含于本实用新型的范围之内。