TWI261097B - The projector headlamp - Google Patents

Description

1261097 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種投射式車燈之裝置，且特別是有 關於一種創新且具有最佳配光光型、提供足夠清楚之明暗 •截止線（Cut-off Line)、並能符合嚴格之國際驗證規範要求 的新式投射式車燈裝置。 φ 【先前技術】 國内之汽車零組件產值規模在千億以上，其中汽車頭 燈更是相當重要的一項。傳統式頭燈（Headlarnp)之結構組 成是使用拋物面反射鏡加具備複雜花紋燈殼（0uter Lens)， 但此種傳統式頭燈（Headlamp)已難以符合目前國際規範與 要求而漸淘汰。 另外，發展出許多的新式頭燈光學系統，如多重反射面 頭燈（MR:Multi Reflector)、自由曲面式頭燈（FR:Free-F〇rm _ Reflecter)及投射式車燈（PESzPoly-Ellipsoid-System)。投射 式車燈具有很多優點，如： 1·可以有較低的頭燈高度，因此可以利用此一特點設計 出能調適各種不同路況之複合燈具，可在彎路 '叉路或高 速行駛時提高不同路面之照明效果，以提高行車安全性。 2·可以產生比傳統式頭燈更清楚的明暗截止線，能有 效避免刺激對向來車之駕駛者眼睛，增加舒適與安全。 3.採用透明燈殼作為保護，非用來擴散或偏折光線之 用’因此可以採用較大傾斜角之燈殼，使車頭及車燈造形設 1261097 計能更為流暢及富變化。 第1圖是投射式頭燈之光學系統圖；帛2圖是投射式 頭燈之立體分解示意圖。請一併參照第丨、2圖所示，該投 射式頭燈1之光學系統有如一般的投影（幻燈）機，主要是由 燈泡 ll(Filament)、反射鏡 12(Reflect〇r)、遮以 i3(Screen) 及投射透鏡14(LenS)所構成。利用反射鏡12將燈泡丨丨發 出的光線聚集到-點，再移動投射透鏡14使透鏡焦點與該 聚焦點重合’並在透鏡f、點處放置—片特㈣狀之遮光片 13，則可以投射出特別之光型。 如第i圖所示投射式頭燈之光學系統，另有搭配抛物 面、擴散面、環狀反射面、4自由曲面等之反射鏡設計以 改善投射之光型。或將整個頭燈之空間作最小化設計、或 可同時產生遠/近光燈設計者。 先進國家有定出完善且嚴 對於汽車頭燈之照明配光 格之測試標準或檢驗法規。如第3圖所示，即為歐洲檢驗法 所要求之光型® ’其特殊之處在於亮區最亮的測試點 (P〇mt)75R⑷2lux) ’ 與暗區 z〇neffi (錢？iux)很接近。 所以要符合如此之國際規範與要求是相當困難的。歐洲近 光燈是照明設計中技術層次最高的，包括上述幾種車燈及 國内廠商仍無足夠技術克服其要求。 【發明内容】 因此本發明的目的就是在提供一種投射式車燈，該投 射式車燈之反射鏡面制多橢圓方程式設計以產生之無任 (1)1261097 點，其方程式分別為： 水平剖面： 垂直剖面：

( (Z~axfb\ bY (2) 其中α、6分別為長軸與短軸之半長β兩剖面第一個焦 點相距卜2cx，其中焦距ί = ，所以处知”〜料广 藉此使兩剖面為不同形狀之橢圓。

而橢圓的第二個焦點應為投射透鏡之焦點位置， 橢圓的第二個焦點位置應相同，即 七+^=々+心=常數 另外，本發明之長軸漸變方程式： (3) c{0) = ax cos2 θ+αγ sin2 θ 亦應滿足方程式(3)，所以 (4)

如+制=七+(^=常數 (5) 而半短軸長與角度的關係式如下之推導： b{0)=」α2 (Θ) - c2 (Θ)=^ (α{θ)+c(e)pa(e) - (〇[θ)+c(/9))] ⑹ =^~(ax +cx)^6)-{ax^cx\ 藉由上述方程式之說明可知橢圓的軸長與焦距皆非固 定之常數，而是隨光軸截面上之角度而改變的變焦與變軸 1261097 請參閱第ίο圖所示，為具遮光片遮擋之光形示意圖。投 射燈藉由遮光片13之設置，將可產生如第10圖所示之光 形。該遮光片13可參閱第11圖所示，一邊成水平設置， 另一邊為向下傾斜15度之設計。經實際測試之結果發現， 其實際配光僅得13度，與所需之15度顯然有相當差距。 因實際之燈絲有一定之厚度（直徑），所以在反射鏡12 之任意反射面與燈泡11前後之夾角便不同，造成影像前後 大小不同，而使實際配光僅得13度之缺點。 為此，本發明之遮光片13其一邊向下之傾斜角採用 Over-Shoot之設計，即：將一邊向下之傾斜角設計成17度 即可達到所要之結果，而使傾斜角具有最佳化之設計。 請再參閱第12圖所示，係一般球面透鏡之像差示意 圖。具有相當厚度之球面透鏡作為投射透鏡14時，其平行 光束無法聚集於一點，造成如第12圖之像差現象，當然也 會因此造成光形之改變，產生不是所需要之光形。 請參閱第13圖所示，係非球面透鏡之幾何外型與聚焦 情形之示意圖。從該圖示可知，非球面透鏡可以使平行: 束有效聚集於一點。非球面透鏡為該鏡片的曲面與通過軸 心之橫斷面交集為雙曲線、拋物線、或橢圓多項式曲線、 甚至是更複雜之曲線。這些不同之曲線並不是每一個均恰 當作為非球面透鏡之形狀，經發明人再三研究提供一種^ 新的4次曲面方程式具有最佳之形狀，該4次曲面方程式為： Z^ + C〇e/XW ⑻ 1261097 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖是投射式頭燈之光學系統圖。 第2圖係投射式頭燈之立體分解示意圖。 第3圖係歐洲檢驗法規所要求之光型圖。 第4圖繪不依照本發明一較佳實施例的一種反射鏡的 水平剖面與垂直剖面的幾何參數示意圖。 第5圖係繪示依照本發明另一較佳實施例的一種不同 之Θ角度對應之不同軸長叫0 )示意圖。 第6圖係繪示依照本發明d==〇時反射鏡為光軸對稱之 曲面，將會產生±16。旋轉對稱的光形示意圖。 第7圖係繪示依照本發明d=〇5mm時反射鏡為非光轴 對稱之曲面，將會產生略為擴大之非旋轉對稱的光形示意 圖。 第8圖係繪示依照本發明d=1〇mm時反射鏡為非光軸 對稱之曲面，將會產生更為擴大之非旋轉對稱的光形示意 圖。 第9圖係繪示依照本發明d=1_5mm時反射鏡為非光軸 對稱之曲面，將會產生上下±13。、左右±2〇。之扁平光形示意 圖。 第10圖係繪示具遮光片遮擋之光形示意圖。 第11圖係繪示本發明之遮光片傾斜角示意圖。 14 1261097 第12圖係一般球面透鏡之像差示意圖。 第13圖係繪示本發明之非球面透鏡之幾何外型與聚焦 情形之示意圖。 【主要元件符號說明】 1 :投射式頭燈 11 :燈泡 12 :反射鏡 14 :投射透鏡 22 :垂直橢圓焦點 13 :遮光片 21 ·水平擴圓焦點

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Claims (1)

1261097 十、申請專利範圍·· i 一種投射式車燈之反射鏡，該反射鏡内凹之反射曲面 的水平剖面與垂直剖面的焦點和橢圓中心之距離不同，使 反射鏡面是由無限多個不同焦距的橢圓所形成；該多個不 同焦距為焦點至中心點之距離，以形成具多橢圓之反射面。 2·如申請專利範圍第1項所述投射式車燈之反射鏡，其 中’該反射鏡的水平剖面與垂直剖面有相同之頂點，其方 程式分別為： 水平剖面： ^ 4 垂直剖面：g + bl g -1 其中“6分別為長軸與短軸之半長。兩焦點相距 d= 2 Cy - 2u，其中焦距卜^^，处知r、〜料r。

3·如申請專利範 鏡，其中，橢圓的第 圍第1項所述投射式車燈之反射 二個焦點為投射透鏡之焦點位置， 兩個橢圓的第二個焦點位置相同，即：七+cz =七+cr =常 數0 4·如申睛專利範圍第1項所述投射式車燈之反射 〃:橢圓的長軸漸變方程式： c{0) = axco^ 0+arsin Θ 1261097 ^λΙ^χ +cxl^3^y[ax +CX)\ 6·如申請專利範圍第1項所述投射式車燈之反射鏡， 其中，反射鏡方程式為£±^ + ^^1=1 。 62(⑻ α2⑻ 7·如申請專利範圍第1項所述投射式車燈之反射鏡，其 中’水平橢圓與垂直橢圓的第一個焦點間之距離d的值愈 大產生之光形愈扁平。 8·—種投射式車燈之遮光片，一邊成水平設置，另一邊 向下之傾斜角採用過切（〇ver-Shoot)之設計。 9·如申請專利範圍第8項所述投射式車燈之遮光片，其 中，遮光片一邊成水平設置，另一邊向下之傾斜角採用17 度角設計。 10·—種投射式車燈之投射透鏡，為4次曲面方程式之 非球面投射透鏡。 11·'^種投射式車燈之投射透鏡’為4次曲面方程式之 非球面投射透鏡，該4次曲面方程式為：