TW201728479A - 汽車近光燈 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種汽車近光燈，其包含至少二雙面透鏡以及至少二發光元件。雙面透鏡之面形是以變徑式透鏡曲面方程式設計而成；發光元件對應雙面透鏡設置，以朝雙面透鏡之進光面出射光線，光線通過雙面透鏡後被折射，而由雙面透鏡之出光面散射出車燈照度分佈，車燈照度分佈具有明暗截止線，並符合ECE R112規範的近光燈光型需求。

Description

汽車近光燈

本發明是關於一種汽車近光燈，特別是指藉由改變光學透鏡之面形，以使光線經過光學透鏡折射後，能夠產生具有清楚可辨的明暗截止線並符合法規規定車燈所需之照度分佈者。

為了符合上述法律規定之照度分佈，現今常用來設計車燈的兩大主流方式為多重反射鏡面車燈（Multi-Reflector, MR或稱為Free-Form Reflector, FFR）與投射式車燈（Projection System）。此外亦可用透鏡成像（Lens optics）的方式來實現車燈系統。

多重反射鏡的製作方式為將一個拋物面切割成許多的小單元反射鏡，每個反射鏡調整其曲率與旋轉方向，將光線反射到相對應的照明區域，並利用疊加的方式增強照度，組合成需要之光型。然而，用MR方式設計車燈，多個LED光源需有多個MR模組，故反射曲面的焦距不能太長，否則每個模組體積都太大無法符合車燈的需求。再者，大部分的曲面都是拋物面形式，在拋物面的邊緣反射光有較小的發散角，用來形成熱區（Hot spot），如果要用多利用邊緣發散角小的這些光來形成光型，MR模組的體積就要加大，或者是焦距縮小。然而，較小的焦距在安裝LED 時就必須有更高的精確度。

投射式車燈的設計方式則為利用橢圓反射面，將燈源置於橢圓的第一焦點，光線經過反射後集中至第二焦點，在第二焦點的位置放置擋板以製造出需要的截止線光型，並且放置一個非球面凸透鏡於擋板前方，其焦點位於擋板位置，使光線能平行射出。使用非球面透鏡的理由為球面透鏡的球面像差，無法將平行光精確地聚集在同一個焦點。投射式車燈的設計方式的特色為截止線明暗清晰，但由於擋板的緣故，能量損失較大。

透鏡成像式車燈是以非球面透鏡或其他形式透鏡，將光源置於透鏡焦點，在遠處形成光型。這是三種形式設計當中架構最簡單的一種，比投射式車燈少了反射面與擋板，其需要的是一個與要求光型形狀相同的光源，設計在焦點處的光源分佈趨勢與目標光型相同，由透鏡良好的成像投射出去。然而，透鏡成像式車燈是利用與要求光型形狀相同的光源作投射，通常是利用多顆LED排列來形成光源，亦即利用水平排列之LED配合傾斜15度排列之LED所組成。

有鑑於上述習知之問題，本發明之目的係提出一種汽車近光燈，其藉由改變進光面及出光面之形狀，以使發光元件之光線被光學透鏡之折射而從出光面散射出時，能夠產生具有明暗截止線並符合法規規定車燈所需之照度分佈者，以解決習知需透過擋板或排列發光元件來達成之缺失。

基於上述目的，本發明係提供一種汽車近光燈，其包含至少二雙面透鏡以及至少二發光元件。雙面透鏡之面形滿足下列方程式：，為曲率半徑，為角度，X、Y及Z軸形成三維坐標系，X為水平方向，Y為垂直方向，Z為光軸方向。發光元件對應雙面透鏡設置，以朝雙面透鏡之進光面出射光線，光線通過雙面透鏡後被折射，而由雙面透鏡之出光面散射出車燈照度分佈；車燈照度分佈具有明暗截止線。

較佳地，，，其中A、B分別為透鏡在光軸方向的前、後位置，下標1、2分別為雙面透鏡在光軸截面上的起訖角度位置。

較佳地，明暗截止線可包含彼此連接之水平區段以及傾斜區段；傾斜區段從水平區段之一端朝上傾斜10度。

較佳地，明暗截止線可包含彼此連接之水平區段以及傾斜區段；傾斜區段從水平區段之一端朝上傾斜15度。

較佳地，明暗截止線可包含彼此連接之水平區段以及傾斜區段；傾斜區段從水平區段之一端朝上傾斜20度。

較佳地，車燈照度分佈可包含中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光型。

較佳地，雙面透鏡可具有無斷差之完全平滑曲面。

較佳地，發光元件可為發光二極體或雷射二極體。

承上所述，本發明之汽車近光燈，其具有下列優勢：

1. 本發明之汽車近光燈的雙面透鏡是以變徑式多圓形透鏡曲面方程式設計而成，此設計方程式保留圓形式架構，運用上十分方便。

2.由於本發明之汽車近光燈的雙面透鏡採用漸變的變徑設計，雙面透鏡具有光軸方向與光軸截面的變化曲率半徑功能，使得本發明之雙面透鏡搭配發光元件可產生非常彈性的配光。

3.由於本發明之汽車近光燈的雙面透鏡採用漸變的變徑設計，汽車近光燈之雙面透鏡無論是一體製成，還是由複數個透鏡彼此平滑連接組成，皆可具有無斷差而完全平滑的曲面，且製造上較為容易。

4.汽車近光燈之雙面透鏡製成無斷差平滑曲面，可避免因透鏡表面的斷差而造成眩光的情況發生，以使對向車道的車輛駕駛者行車時的視線不會受到眩光的干擾，進而解決車輛駕駛者由於眩光影響而導致安全隱患的問題。

5.發光元件入射至雙面透鏡的光線，可散射出具有明暗截止線以及具有中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光型的車燈照度分佈，並符合歐洲標準ECE R112近光燈光型需求。

請參閱第1圖及第2圖，其分別為根據本發明之汽車近光燈之正視圖及後視圖。如圖所示，汽車近光燈1包含至少二雙面透鏡10以及至少二發光元件20。

本實施例以兩組為示例，各組具有一雙面透鏡10及與其搭配之發光元件20；發光元件20對應雙面透鏡10設置。例如，雙面透鏡10可由PMMA、PC、玻璃或其他適當的透明材質製成，而發光元件20可為發光二極體(Light emitting diode)、雷射二極體(Laser diode)，在此僅舉例說明，不以此為限，實際上，可依需求調整發光元件20的數量及型態以及雙面透鏡10與發光元件20的配置。

值得注意的是，雙面透鏡10的面形滿足下列方程式：，其中為曲率半徑，為角度，X、Y及Z軸形成三維坐標系，X為水平方向，即水平方向，Y為垂直方向，Z為光軸方向。

雙面透鏡10具有一進光面以及一 出光面；進光面以及出光面為雙面透鏡10相對的兩表面，其中進光面面向發光元件20。實施上，發光元件20朝雙面透鏡10之進光面出射光線後，光線通過雙面透鏡10後被折射，而由雙面透鏡10之出光面散射出車燈照度分佈，此車燈照度分佈具有清楚可見的明暗截止線(Cut-off line)，即產生明顯區隔亮區及暗區的配光分佈。

上述明暗截止線設計之目的，是為避免不必要的光線造成眩光而影響行車安全，即明暗截止線可作為光型調整目視的依據，藉由調整光照射範圍，使明暗截止線高度不超過對方駕駛眼睛，就不會影響對向來車。

請參閱第1圖至第4圖；其中第3圖係根據本發明之汽車近光燈之沿光軸方向之局部剖面示意圖；第4圖係根據本發明之汽車近光燈之光軸截面之局部剖面示意圖。如圖所示，汽車近光燈1包含至少二雙面透鏡10以及至少二發光元件20。

雙面透鏡10的面形滿足變徑式多圓形透鏡曲面方程式，此方程式保留圓形式架構，即雙面透鏡10是以隨光軸方向不同位置Z與光軸截面上之角度而漸變的變徑設計而成，運用上十分方便，且具有光軸方向與光軸截面的變化曲率半徑功能，故可以產生非常彈性的配光，並使透鏡表面可設計成無斷差(Step)之完全平滑曲面。

變徑式多圓形透鏡曲面方程式：，其中，，為曲率半徑，sin為正弦函數(0≤sin≤1)，cos為餘弦函數(0≤ cos≤1)，為角度，X、Y及Z軸形成三維坐標系，X為水平方向，即水平方向，Y為垂直方向，Z為光軸方向，下標英文字母A、B分別為雙面透鏡10在光軸方向的前、後位置，即下標英文字母A、B分別雙面透鏡10的前緣及後緣，下標數字1、2分別為雙面透鏡10在光軸截面上的起訖角度位置。

舉例來說，汽車近光燈1之雙面透鏡10可一體製成，其可具有無斷差(Step)而完全平滑的一單一曲面。或者，汽車近光燈1之雙面透鏡10可為由複數個透鏡區塊建構而成，其可具有無斷差而完全平滑一複合曲面，即複數個區塊可彼此連續接合成完整的一雙面透鏡10，藉此避免因透鏡表面的斷差而造成眩光(glare)的情況發生，使對向車道的車輛駕駛者行車時的視線不會受到眩光的干擾，進而解決車輛駕駛者由於眩光影響而導致安全隱患的問題。

如第4圖所示，為了方便說明上述方程式的參數，本實施例將雙面透鏡10劃分為六個區塊R1~R6。整體而言，圓弧起始角度為0度，而終止角度為360度，即0∘≤≤360∘。針對雙面透鏡10其中一區塊R2，英文字母A為雙面透鏡10之區塊R2在光軸方向(Z方向)上的前方位置；英文字母B為雙面透鏡10之區塊R2在光軸方向上的後方位置；數字1為雙面透鏡10之區塊R2在光軸截面上的圓弧起始位置；數字2為雙面透鏡10之區塊R2在光軸截面上的圓弧終點位置，1為雙面透鏡10之區塊R2的圓弧起始角度，2為雙面透鏡10之區塊R2的圓弧終止角度。

請參閱第5圖，其係根據本發明之汽車近光燈之車燈照度分佈圖，其中第5圖之(a)顯示具有傾斜10度線段的明暗截止線的光型；第5圖之(b)顯示具有傾斜15度線段的明暗截止線的光型；第5圖之(c)顯示具有傾斜20度線段的明暗截止線的光型。如圖所示，縱軸為垂直角(vertical angle)，橫軸水平角(horizontal angle)。

較佳地，為第5圖之(b)所示之右側傾斜15度的光型，其較符合汽車燈光法規。上述皆是以產生右側傾斜的光型為示例，是因大部分國家的交通號誌及其行人均靠右，調整光型使其向右傾斜可增加照明範圍，藉此可提高行車安全，但不以此為限。

車輛的近光車頭燈必須符合一定的檢測標準，而檢測標準係引用自歐洲法規所規範的ECE R112近光車頭燈光型。為符合歐洲標準ECE R112近光燈光型需求，可藉由調整發光元件之光線的投射角度及光線強度等以規劃光型配置，以提供具有足夠清楚的明暗截止線的車燈照度分佈。

如第5圖所示之車燈照度分佈，其左配光分佈約15度以及右配光分佈約18度(左右分佈皆近20度)，而上配光分佈約2度以及下配光分佈約6度，以形成中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光型。

藉由產生盡量往兩側擴展的光型，可使車燈照度分佈具有清楚可辨的明暗截止線。如第5圖之(a)所示，對來車方向而言，明暗截止線包含彼此連接的一水平區段以及一傾斜區段；傾斜區段從水平區段之一端朝上傾斜10度；如第5圖之(b)所示，傾斜區段亦可從水平區段之一端朝上傾斜15度；如第5圖之(c)所示，傾斜區段亦可從水平區段之一端朝上傾斜20度。

如下表1所示，列出目前歐洲標準ECE R112規範的近光燈各個測試點及測試區域上的光度標準值與設計值之比較，配光實測結果證實每個量測點與區域皆可符合法規要求。

表1：設計值與ECE R112近光燈配光標準比較

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧汽車近光燈
10‧‧‧雙面透鏡
20‧‧‧發光元件

第1圖係根據本發明之汽車近光燈之正視圖。

第2圖係根據本發明之汽車近光燈之後視圖。

第3圖係根據本發明之汽車近光燈之沿光軸方向之局部剖面示意圖。

第4圖係根據本發明之汽車近光燈之光軸截面之局部剖面示意圖。

第5圖係根據本發明之汽車近光燈之車燈照度分佈圖，其中第5圖之(a)顯示具有傾斜10度線段的明暗截止線的光型；第5圖之(b)顯示具有傾斜15度線段的明暗截止線的光型；第5圖之(c)顯示具有傾斜20度線段的明暗截止線的光型。

1‧‧‧汽車近光燈

10‧‧‧雙面透鏡

20‧‧‧發光元件

Claims (8)

1. 一種汽車近光燈，包含： 至少二雙面透鏡，該雙面透鏡之面形滿足下列方程式：，其中為曲率半徑，為角度，X、Y及Z軸形成三維坐標系，X為水平方向，Y為垂直方向，Z為光軸方向；以及 至少二發光元件，該發光元件對應該雙面透鏡設置，以朝該雙面透鏡之進光面出射一光線，該光線通過該雙面透鏡後被折射，而由該雙面透鏡之出光面散射出一車燈照度分佈，該車燈照度分佈具有一明暗截止線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中，，其中A、B分別為該雙面透鏡在光軸方向的前、後位置，下標1、2分別為該雙面透鏡在光軸截面上的起訖角度位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中該明暗截止線包含彼此連接之一水平區段以及一傾斜區段，該傾斜區段從該水平區段之一端朝上傾斜10度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中該明暗截止線包含彼此連接之一水平區段以及一傾斜區段，該傾斜區段從該水平區段之一端朝上傾斜15度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中該明暗截止線包含彼此連接之一水平區段以及一傾斜區段，該傾斜區段從該水平區段之一端朝上傾斜20度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中該車燈照度分佈包含中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光型。
7. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中該雙面透鏡具有無斷差之完全平滑曲面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之汽車近光燈，其中該發光元件為發光二極體或雷射二極體。