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TWI629430B - 車頭燈裝置 - Google Patents

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TWI629430B
TWI629430B TW106145185A TW106145185A TWI629430B TW I629430 B TWI629430 B TW I629430B TW 106145185 A TW106145185 A TW 106145185A TW 106145185 A TW106145185 A TW 106145185A TW I629430 B TWI629430 B TW I629430B
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TW
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light
light source
lens
headlight device
fresnel lens
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TW106145185A
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Inventor
陳鑾英
張高德
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
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Abstract

一種車頭燈裝置，包含光源、反射鏡體、菲涅爾透鏡及擋板。光源具有出光面。光源與反射鏡體設置於一電路板上，光源所發出之光束經過反射鏡體反射與匯聚之後，會進入到菲涅爾透鏡進行偏折後出光，以形成適於車用照明的準直光。擋板的設置為阻隔部分光束以產生具截止線的光形。

Description

車頭燈裝置
本發明係關於一種車頭燈裝置。
目前市面上所見到的車輛皆配有車頭燈，目的在於提供駕駛人視線前方之有效照明。傳統車頭燈採用燈泡式的燈源，且燈源由類似半橢球的反射鏡體環繞遮蔽，並且搭配對稱的投射透鏡，以將燈源的燈光投射至車頭前方。考量到避免對向來車車燈的燈光會影響視線，因此法規有明定車頭燈的光型，用來確保車頭燈的有效照明範圍足夠，以及預防對向來車相互干擾的鮮明截止線需求。
傳統的車頭燈僅能將光線固定投射至車頭的正前方，但駕駛行車綿延輾轉的山路上，除了要看清楚正前方道路外，在轉彎處亦需要看清楚轉彎後道路。因此，車頭燈開始朝自動轉向技術的方向發展，以讓車頭燈依照方向盤的轉向調整光線投射方向，而補足照明死角。然而，若將傳統的車頭燈搭配自動轉向技術，則自動轉向的車頭燈會因外形為半橢球的反射鏡體與對稱的投射透鏡的體積過大且重量過重，造成車頭燈的轉向不靈敏而無法即時地轉至車子行徑的方向，使駕駛難以清楚地看到轉彎後的道路，且轉向不靈敏的車頭燈亦難以符合法規的要求。
本發明在於提供一種車頭燈裝置，可以做出薄型、輕量化的設計，藉以解決先前技術中搭配自動轉向技術的傳統式車頭燈轉向不靈敏的問題。
本發明之一實施例所揭露之一種車頭燈裝置，包含一光源、一反射鏡體、一菲涅爾透鏡及一擋板。光源設置於電路板上，並具有一出光面。反射鏡體設置於電路板的一側且遮蔽光源，反射鏡體具有一反射面，反射面面向出光面，且其中一側圍繞形成一開口，開口方向與出光面之法線的夾角大於等於90度。菲涅爾透鏡位於開口相對於光源的另一側。其中，出光面發出之光束經反射面反射而自菲涅爾透鏡射出，經反射之光束具一能量集中區，擋板位於能量集中區所在的垂直面與光源之間，以阻擋部分光線而形成具截止線之光形。其中，另定義一基準面，基準面垂直開口所處之平面，且光源之光軸位於基準面上，反射面位於基準面上之一曲線具有相對的一開口端點與一連接端點，連接端點位於反射鏡體鄰近電路板的一側，且曲線藉由二次貝茲曲線函數之定義而成，其公式如下：Bx(t)=(1-t)2P0x+2t(1-t)P1x+t2P2x，t[0,1]；以及By(t)=(1-t)2P0y+2t(1-t)P1y+t2P2y，t[0,1]；其中，以連接端點為基準，且連接端點的X、Y座標分別為P0x與P0y，開口端點的X、Y座標分別為P2x及P2y，曲線的曲率調整參考點的X、Y座標分別為P1x及P1y，曲線上任一點的取點參數為t，曲線上的任一點的X、Y座標分別為Bx(t)及By(t)。
根據上述實施例所揭露的車頭燈裝置中，因反射鏡體的反 射面由二次貝茲曲線定義而成，並且搭配擋板的設置，使得光源所發出的光束射至菲涅爾透鏡所產生之光形既符合法規之規定之外，亦可使車頭燈裝置的材積及重量降低，進而提升搭配自動轉向技術的車頭燈裝置的靈敏度。
此外，菲涅爾透鏡相較於傳統式車頭燈採用的投射透鏡的材積小且重量輕，使得搭配自動轉向技術的車頭燈裝置的靈敏度進一步地提升。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g‧‧‧車頭燈裝置
100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g‧‧‧光源
110a、110e、110f、110g‧‧‧出光面
111a‧‧‧光束
1111a、1111b、1111c、1111d‧‧‧光軸光線
1112a‧‧‧邊緣光線
200a‧‧‧電路板
300a、300b、300c、300d‧‧‧反射鏡體
310a‧‧‧反射面
311a、311e、311f、311g‧‧‧開口
312a、312b、312c、312d‧‧‧曲線
3121a、3121b、3121c、3121d‧‧‧開口端點
3122a、3122b、3122c、3122d、3122e‧‧‧連接端點
400a、400c、400d、400e、400h、400i、400j‧‧‧菲涅爾透鏡
400b‧‧‧透鏡
410a‧‧‧中心區
420a、420c、420i‧‧‧上部透鏡
430a、430d、430h、430i‧‧‧下部透鏡
500a、500c、500d、500e‧‧‧擋板
α‧‧‧發散角
β‧‧‧夾角
C‧‧‧中心軸
N1、N2‧‧‧法線
P1‧‧‧平面
P2‧‧‧基準面
P3‧‧‧垂直面
I‧‧‧光軸
K‧‧‧距離
M‧‧‧擋板之最高點與連接端點的垂直高度
θ1‧‧‧入射角
θ2‧‧‧反射角
P0x‧‧‧連接端點的X座標
P0y‧‧‧連接端點的Y座標
P2x‧‧‧開口端點的X座標
P2y‧‧‧開口端點的Y座標
P1x‧‧‧曲線的曲率調整參考點的X座標
P1y‧‧‧曲線的曲率調整參考點的Y座標
t‧‧‧曲線上任一點的取點參數
Bx(t)‧‧‧曲線上的任一點的X座標
By(t)‧‧‧曲線上的任一點的Y座標
tx‧‧‧曲線上對應光源的點之取點參數
Φ‧‧‧光源光軸光線經反射面反射而與開口方向的夾角
L‧‧‧開口端點至連接端點的水平距離
X‧‧‧光源與連接端點的距離
D‧‧‧光源至菲涅爾透鏡的距離
H‧‧‧開口端點與連接端點的高度差
圖1為根據本發明第一實施例所揭露之車頭燈裝置的立體示意圖。
圖2為圖1的剖視圖。
圖3為根據圖1的車頭燈裝置的實際配置所產生之照度等值線圖。
圖4為根據本發明第二實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。
圖5為根據圖4的車頭燈裝置的實際配置所產生之照度等值線圖。
圖6為根據本發明第三實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。
圖7為根據圖6的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
圖8為根據本發明第四實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。
圖9為根據圖8的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
圖10為根據本發明第五實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。
圖11為根據圖10的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
圖12為根據本發明第六實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。
圖13為根據圖12的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
圖14為根據本發明第七實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。
圖15為根據圖14的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
圖16為根據本發明第八實施例所揭露之菲涅爾透鏡的正視圖。
圖17為根據本發明第九實施例所揭露之菲涅爾透鏡的正視圖。
圖18為根據本發明第十實施例所揭露之菲涅爾透鏡的正視圖。
請參閱圖1至圖2。圖1為根據本發明第一實施例所揭露之車頭燈裝置的立體示意圖。圖2為圖1的剖視圖。
本實施例的車頭燈裝置10a可與車頭燈自動轉向系統搭配使用。車頭燈裝置包含一光源100a、一電路板200a、一反射鏡體300a、一菲涅爾透鏡400a及一擋板500a。光源100a與反射鏡體300a設置於電路板200a上，光源100a所發出之光束111a經過反射鏡體300a的反射與匯聚之後，會進入到菲涅爾透鏡400a進行偏折後出光，以形成適於車用照明的準直光。擋板500a的設置為阻隔部分光束111a以產生具截止線的光形。
本實施例的光源100a例如但不限為朗伯光源。在本實施例中，光源100a例如具有多個陣列式排列的發光二極體及導光罩，且導光罩位於多個發光二極體出光的一側，用以將多個發光二極體發出的光線柔和，以避免多個發光二極體所發出的光線產生疊紋的現象。光源 100a具有一出光面110a，光源100a的出光面110a所發出之光束111a具有光軸光線1111a及邊緣光線1112a。光軸光線1111a重疊於光源100a的光軸I，且光軸光線1111a所具有的光能量大於邊緣光線1112a的光能量。出光面110a所發出之光束111a的發散角α例如為90度。發散角α為光軸光線1111a相對二側的二邊緣光線1112a所形成的夾角。在本實施例中，發散角α以90度為例出射於出光面110a，但並不以此為限。在其他實施例中，出光面110a發出之光束111a的發散角α可介於90度至120度之間。
本實施例的車頭燈裝置10a中，反射鏡體300a為半罩式的鏡體。反射鏡體300a設置於電路板200a的一側且遮蔽光源100a，反射鏡體300a具有一反射面310a，反射面310a面向光源100a的出光面110a。反射面310a的其中一側圍繞形成一開口311a，開口311a的方向與出光面110a的法線N2夾出一夾角β，即開口311a所處平面P1的法線N1與出光面110a的法線N2所夾的角。夾角β大於等於90度，在本實施例中夾角β是以90度為例。此外，開口311a所處之平面P1與電路板200a的邊緣切齊，但並不以此為限。在其他實施例中，電路板可相對開口所處之平面內縮，或是凸出於開口所處之平面。
另定義一基準面P2，基準面P2垂直於開口311a所處之平面P1，且光源100a之光軸I位於基準面P2上，詳細來說，圖2係為以基準面P2為截面所繪製之車頭燈裝置10a的剖面圖。反射面310a位於基準面P2上之一曲線312a具有一開口端點3121a與一連接端點3122a。開口端點3121a位於開口311a所處之平面P1上，而連接端點 3122a位於反射鏡體300a鄰近電路板200a的一側。曲線312a藉由二次貝茲曲線函數之定義而成，其公式如下：Bx(t)=(1-t)2P0x+2t(1-t)P1x+t2P2x，t[0,1]；以及By(t)=(1-t)2P0y+2t(1-t)P1y+t2P2y，t[0,1]。
以連接端點3122a的X、Y座標P0x與P0y為基準點。開口端點3121a的X、Y座標分別為P2x及P2y。曲線312a的曲率調整參考點的X、Y座標分別為P1x及P1y。曲線312a上任一點的取點參數為t。曲線312a上的任一點的X、Y座標分別為Bx(t)及By(t)。
菲涅爾透鏡400a位於開口311a相對於光源100a的另一側。菲涅爾透鏡400a包含一中心區410a、一上部透鏡420a及一下部透鏡430a。中心區410a位於上部透鏡420a及下部透鏡430a之間，且上部透鏡420a相較下部透鏡430a鄰近曲線312a的開口端點3121a。在本實施例中，光束111a經反射面310a反射後匯聚而形成一能量集中區。所謂之能量集中區是指經反射鏡體300a反射的光束111a具最小截面的位置。此外，在本實施例中，能量集中區所處的垂直面P3位於菲涅爾透鏡400a遠離光源100a之一側，即菲涅爾透鏡400a的後方。如此一來，將使得經反射鏡體300a的反射面310a反射的光軸光線1111a會自菲涅爾透鏡400a的上部透鏡入射。
接著，從光源100a之位置與曲線312a之設計來詳細說明反射後的光軸光線1111a穿透菲涅爾透鏡400a之穿透位置與能量集中區所處之垂直面P3的位置之關係。透過調整光源100a的位置，即調整光源100a與反射鏡體300a的連接端點3122a的距離，可確保光軸光 線1111a經由反射面310a反射離開反射鏡體300a時方向會匯聚朝下，並入射於菲涅爾透鏡400a，基本上需滿足下列條件：｜By(tx)/tan(Φ)｜≧L-X。其中，曲線312a上對應光源100a的點之取點參數為tx，Φ為光源110a的光軸光線1111a經反射面310a反射而與開口311a方向(即法線N1)的夾角，L為開口端點3121a至連接端點3122a之水平距離，X為光源100a與反射鏡體300a的連接端點3122a的距離。
更進一步來說，當滿足光軸光線1111a經由反射面310a反射離開反射鏡體300a時方向會匯聚朝下的條件之後，能量集中區所處之垂直面P3匯聚在菲涅爾透鏡400a遠離光源100a的一側，其需進一步滿足下列條件：｜By(tx)/tan(Φ)｜≧D。其中，光源100a至菲涅爾透鏡400a的距離為D。此時，光軸光線1111a經由反射面310a反射後，入射於菲涅爾透鏡400a的上部透鏡420a。
前述皆是描述經反射鏡體300a反射的光軸光線1111a從菲涅爾透鏡400a的上部透鏡420a入射之情形，但並不以此為限。在其他實施例中，亦可調整光源100a之位置或曲線之設計，以將能量集中區所處之垂直面P3改成位於菲涅爾透鏡400a鄰近光源100a的一側，即位於菲涅爾透鏡400a與光源100a之間。如此一來，將使得反射後的光軸光線1111a改成由下部透鏡430a入射。詳細來說，若欲使光軸光線1111a經由反射面310a反射後，入射於菲涅爾透鏡400a的下部透鏡430a，能量集中區所處之垂直面P3會位在菲涅爾透鏡400a與光源100a之間，此時可調整光源100a的位置，使其改滿足下列條件：｜By(tx)/tan(Φ)｜≦D。
由此可知，無論反射後的光軸光線1111a是由上部透鏡420a或是下部透鏡430a入射時，皆可裁切光軸光線1111a不經過的部分菲涅爾透鏡400a。也就是說，當反射後的光軸光線1111a從上部透鏡420a入射時，可裁切部分的下部透鏡430a。反之，則是裁切部分的上部透鏡420a。如此一來，菲涅爾透鏡400a可再更加地減少材積及重量。
擋板500a設置於能量集中區所處之垂直面P3與光源100a之間。更詳細來說，擋板500a是位於菲涅爾透鏡400a與光源100a之間，且擋板500a抵靠於電路板200a的邊緣。為了確保光軸光線1111a經反射鏡體300a反射後不會受到擋板500a的阻擋，以令擋板500a可有效阻擋經由反射面310a反射的部分光線而形成具截止線之光形，其需滿足下列條件：M≦By(tx)。其中，M為擋板500a之最高點與連接端點3122a的垂直高度。
在本實施例中，擋板500a為抵靠於電路板200a，但並不以此為限。在其他實施例中，擋板500a可不用抵靠於電路板200a的邊緣，擋板500a可與電路板200a保持一距離，且擋板500a與菲涅爾透鏡400a之間的距離需小於或等於菲涅爾透鏡400a之焦距，即擋板500a位於菲涅爾透鏡400a之焦點與菲涅爾透鏡400a之間或位於菲涅爾透鏡400a之焦點上。此外，若擋板500a為與電路板200a保持一距離的設置，擋板500a整體的長度需設置足夠遮檔反射鏡體300a之開口311a的寬度，以避免雜散光射入菲涅爾透鏡400a。
其中，光軸光線1111a經由反射鏡體300a的反射面310a反射而具有一入射角θ1與一反射角θ2。為了確保光軸光線1111a經 反射面310a反射後得以收斂匯聚，並與其他反射後的邊緣光線1112a形成能量集中區，曲線312a在設計時須讓入射角θ1與反射角θ2皆小於45度。
為了使光軸光線1111a經反射面310a反射的入射角θ1與反射角θ2小於45度，此時曲線312a上對應光源100a的點之取點參數tx需大於0.35，故光源100a的X座標須滿足下列條件：Bx(tx)=(1-tx)2P0x+2tx(1-tx)P1x+tx 2P2x，tx (0.35,1]。其中，光源100a的X座標為Bx(tx)。因此，可得知光源100a的X座標最小值。
為了確保光源100a發出的光束111a仍受反射鏡體300a的反射，光源100a的X座標最大值須滿足下列條件：L-H≧X。其中，開口端點3121a與連接端點3122a的高度差為H。
因此，透過前述之推導可知光源100a之X座標的最小值與最大值，即(0.652P0x+0.7(1-0.35)P1x+0.352P2x)<Bx(tx)<L-H。
為了確保反射後的光束111a於穿透菲涅爾透鏡400a後不會過度發散，而使穿透菲涅爾透鏡400a的光束111a符合法規所規範的光形。因此，經反射面310a反射的光軸光線1111a與開口311a方向的夾角最小為-28.78度，且自菲涅爾透鏡400a射出的光強度指向與開口311a方向之夾角需介於0度至-2度之間。其中，負數角度代表相對於開口311a方向向下。所謂的光強度指向指的是從菲涅爾透鏡400a射出的光束111a中光強度最強的光線的行徑方向。一般來說，最強光強度的光線即為經反射鏡體300a反射且穿透菲涅爾透鏡400a的光軸光線1111a。
也就是說，無論採用何種曲線312a參數的反射鏡體 300a，經反射面310a反射的光軸光線1111a與開口311a方向的夾角需大於-28.78度。此外，除了藉由上述反射面310a反射的光軸光線1111a與開口311a方向的夾角限定外，亦可藉由調整菲涅爾透鏡400a的曲率，或是將菲涅爾透鏡400a垂直向上移動，以利用菲涅爾透鏡400a下方相對折射光線能力較強的部分，以令自菲涅爾透鏡400a射出的光強度指向與開口311a方向之夾角符合介於0度至-2度之間。
接著以實際例子說明，若反射鏡體300a位於基準面P2上的曲線312a與連接端點3122a之X、Y座標分別為0、0，曲線312a的連接端點3122a的X、Y座標分別為45、29.5，以及曲線312a的曲率調整參考點的X、Y座標分別為0、17.728。
根據前述例子之曲線312a之配置，可知曲線312a的連接端點3122a至開口311a所處之平面P1的距離(即開口端點3121a至連接端點3122a之水平距離L)為45公厘，開口端點3121a與連接端點3122a的高度差H為29.5公厘。由此可知，光源100a的X座標最大值為L-H=15.5公厘。此外，在光軸光線1111a經反射面310a反射的入射角θ1與反射角θ2須小於45度的前提下，光源100a的X座標最小值為5.5。因此，可得知光源100a可在距離連接端點3122a處5.5公厘至15.5公厘之間作設置，即光源100a與反射鏡體300a的連接端點3122a的距離X可介於5.5至15.5公厘之間。
接著，若以光源100a至曲線312a的連接端點3122a的距離X為7公厘，以及光源100a與菲涅爾透鏡400a之間的距離D為76公厘，且菲涅爾透鏡400a的前焦長為44.598公厘，直徑為55公厘， 厚度為7公厘為例。
根據前述的配置，當開口311a所處平面P1的法線N1方向與出光面110a的法線N2夾角為90度，以及光源100a的發散角α等於90度時，tx=0.395、By(tx)=13.23及tan(Φ)=0.095。
由此可知By(tx)/tan(Φ)=139.3、D=76，其滿足下列條件：｜By(tx)/tan(Φ)｜≧D。即光軸光線1111a經由反射鏡體300a反射後從菲涅爾透鏡400a的上部透鏡420a入射，且能量集中區所處之垂直面P3位於菲涅爾透鏡400a遠離光源100a的一側。
此外，By(tx)/tan(Φ)=139.3、L-X=38，其滿足下列條件：By(tx)/tan(Φ)>L-X。即光軸光線1111a經由反射鏡體300a反射後方向會匯聚朝下，以入射於菲涅爾透鏡400a
請一併參閱圖3，圖3為根據圖1的車頭燈裝置的實際配置所產生之照度等值線圖。上述的例子中，可於圖3明顯觀察出經由菲涅爾透鏡400a射出的光束111a投影至25公尺遠的牆壁上產生鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。也就是說，因反射鏡體300a的反射面310a由二次貝茲曲線定義而成，並且搭配擋板500a的設置，使得光源100a所發出的光束射至菲涅爾透鏡400a所產生之光形符合法規之規定。
此外，本實施例可藉由調整光源100a與反射鏡體300a的連接端點3122a的距離X，即調整光源100a的設置位置，使得經由反射鏡體300a反射的光軸光線1111a可對應調整而射入菲涅爾透鏡400a的上部透鏡420a或是下部透鏡430a，令未經光軸光線1111a射 入的部分菲涅爾透鏡400a可被裁切，進而更加地減少菲涅爾透鏡400a的材積及重量。由此可知，更加輕量化的菲涅爾透鏡400a可大幅減少整體車頭燈裝置10a的材積及重量，使得搭配自動轉向技術的車頭燈裝置10a的轉向靈敏度得以提升。
前述實施例係採用菲涅爾透鏡，但並不以此為限。請參閱圖4與圖5，圖4為根據本發明第二實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。圖5為根據圖4的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
本實施例的車頭燈裝置10b中，改採用一類似半球體形狀的透鏡400b且前焦長為44.598公厘，後焦長為60.533公厘，直徑為55公厘，厚度為23.8公厘。本實施例的反射鏡體300b位於基準面P2上的曲線312b之連接端點3122b的X、Y座標分別為0、0，曲線312b的開口端點3121b的X、Y座標分別為45、29.5，且曲線312b的曲率調整參考點的X、Y座標分別為0、17.728。曲線312b的連接端點3122b至光源100b的距離X為7公厘，曲線312b的連接端點3122b至開口端點3121b的平面距離L為45公厘。光源100b與透鏡400b之間的距離D為76公厘。
本實施例的車頭燈裝置10b的配置與前述實施例的車頭燈裝置10a相似，二者之間僅型態(菲涅爾透鏡400a、透鏡400b)的不同。因此，相同形狀下的反射鏡體300b以及相同位置之光源100b所產生的光軸光線1111b於射入透鏡400b前的行徑路徑皆與前述實施例相同，故不再贅述。
但本實施例的透鏡400b為前述實施例的菲涅爾透鏡 400a之等效透鏡。因此，菲涅爾透鏡400a、透鏡400b之間的光學特性仍有相同之處，例如偏折光線及收斂發散之角度的能力皆類似。菲涅爾透鏡400a、透鏡400b之間的差異存在於透鏡400b的厚度使得光線打在透鏡400b曲面上之不同位置，造成光線偏折強度不一樣。因此，可透過垂直移動透鏡400b，以調整透鏡400b之光線偏折強度。
詳細來說，透鏡400b透過垂直上移的方式，以令穿過透鏡400b的一中心軸C與連接端點3122b具有一垂直距離K，且距離K例如為5.5公厘。也就是說，透鏡400b的中心軸C比連接端點3122b還要向上偏移了5.5公厘，修正過後的透鏡400b所產生的照度等值線圖如圖5所示。
經由上述的配置，可於圖5明顯觀察出車頭燈裝置10b投影至25公尺遠的牆壁上產生出鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。如此一來，前述的車頭燈裝置10b所產生的光形即符合法規的規範。
進一步比較圖2與圖4，雖然圖4實施例中的透鏡400b為圖2實施例的菲涅爾透鏡400a之等效透鏡，能夠產生相似的效果。然而在實際應用上，圖2實施例中所搭配對稱的扁平菲涅爾透鏡400a之車頭燈裝置10a的材積縮小為圖4實施例所搭配透鏡400b的車頭燈裝置10b之材積的33.05%。
前述實施例的光源、菲涅爾透鏡及反射鏡體的曲線，並非用以限定本發明。請參閱圖6及圖7。圖6為根據本發明第三實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。圖7為根據圖6的車頭燈裝置之配置所產生 之照度等值線圖。
本實施例的車頭燈裝置10c中，反射鏡體300c位於基準面P2上的曲線312c之連接端點3122c的X、Y座標分別為0、0，曲線312c的開口端點3121c的X、Y座標分別為33.395、25.008，且曲線312c的曲率調整參考點的X、Y座標分別為1.820、18.691。曲線312c的連接端點3122c至光源100c的距離X為8.395公厘，曲線312c的連接端點3122c至開口端點3121c的平面距離L為33.395公厘。光源100c與菲涅爾透鏡400c之間的距離D為68.5公厘。此外，菲涅爾透鏡400c的中心軸C與連接端點3122c的垂直距離K為4公厘，擋板500c之最高點與連接端點3122c的垂直高度M為4.5公厘。其中，擋板500c的上緣最高點與最低點垂直高度相距1公厘。
如圖6所示，透過上述的配置所產生的光軸光線1111c經由反射鏡體300c反射後射入菲涅爾透鏡400c的上部透鏡420c，以令能量集中區所處之垂直面P3位於菲涅爾透鏡400c遠離光源100c的一側。
經由上述的配置，可於圖7明顯觀察出車頭燈裝置10c投影至25公尺遠的牆壁上產生出鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。如此一來，前述的車頭燈裝置10c所產生的光形即符合法規的規範。
前述實施例的車頭燈裝置所產生的能量集中區所處之垂直面皆位於菲涅爾透鏡遠離光源之一側，但並不以此為限。請參閱圖8及圖9。圖8為根據本發明第四實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。圖 9為根據圖8的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
本實施例的車頭燈裝置10d中，反射鏡體300d位於基準面P2上的曲線312d之連接端點3122d的X、Y座標分別為0、0，曲線312d的開口端點3121d的X、Y座標分別為43.063、25.050，且曲線312d的曲率調整參考點的X、Y座標分別為4.553、25.185。曲線312d的連接端點3122d至光源100d的距離X為10.063公厘，曲線312d的連接端點3122d至開口端點3121d的平面距離L為43.063公厘。光源100d與菲涅爾透鏡400d之間的距離D為76.5公厘。此外，菲涅爾透鏡400d的中心軸C與連接端點3122d的垂直距離K為4公厘，擋板500d之最高點與連接端點3122d的垂直高度M為4.5公厘。其中，擋板500d的上緣最高點與最低點垂直高度相距1公厘。
如圖8所示，透過上述的配置所產生的光軸光線1111d經由反射鏡體300d反射後射入菲涅爾透鏡400d的下部透鏡430d，以令能量集中區所之垂直面P3位於菲涅爾透鏡400d與光源100d之間。
經由上述的配置，可於圖9明顯觀察出車頭燈裝置10d投影至25公尺遠的牆壁上產生出鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。如此一來，前述的車頭燈裝置10d所產生的光形即符合法規的規範。
前述實施例的車頭燈裝置中，光源出光面的法線N2與開口所處平面P1的法線N1的夾角β皆以90度為例，但其夾角β並非用以限定本發明。請參閱圖10與圖11。圖10為根據本發明第五實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。圖11為根據圖10的車頭燈裝置之配置所 產生之照度等值線圖。
在本實施例中，車頭燈裝置10e以圖2所示的車頭燈裝置10a相似，需注意的是，開口311e所處平面P1的法線N1與光源100e之出光面110e的法線N2夾角β為100度。車頭燈裝置10e的擋板500e與菲涅爾透鏡400e的距離增加為43.5公厘，使光源100e與菲涅爾透鏡400e之間的距離D為81.5公厘。菲涅爾透鏡400e的中心軸C與連接端點3122e的垂直距離K為4公厘，擋板500e之最高點與連接端點3122e的垂直高度M為4.5公厘。其中，擋板500e的上緣最高點與最低點垂直高度相距1公厘。
經由以上配置，可於圖11明顯觀察出車頭燈裝置10e投影至25公尺遠的牆壁上產生出鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。如此一來，前述的車頭燈裝置10e所產生的光形即符合法規的規範。
接著，請參閱圖12及圖13。圖12為根據本發明第六實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。圖13為根據圖12的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
在本實施例中，車頭燈裝置10f以圖10所示的車頭燈裝置10e相似，需注意的是，開口311f所處平面P1的法線N1與光源100f之出光面110f的法線N2夾角β為110度。
經由以上配置，可於圖13明顯觀察出車頭燈裝置10f投影至25公尺遠的牆壁上產生出鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。如此一來，前述的車頭燈裝置10f所產生的光形即符 合法規的規範。
接著，請參閱圖14及圖15。圖14為根據本發明第七實施例所揭露之車頭燈裝置的剖視圖。圖15為根據圖14的車頭燈裝置之配置所產生之照度等值線圖。
在本實施例中，車頭燈裝置10g以圖10所示的車頭燈裝置10e相似，需注意的是，開口311g所處平面P1的法線N1與光源100g之出光面110g的法線N2夾角β為120度。
經由以上配置，可於圖15明顯觀察出車頭燈裝置10g投影至25公尺遠的牆壁上產生出鮮明的截止線，且光照度較強的區域集中在中央的區域。如此一來，前述的車頭燈裝置10g所產生的光形即符合法規的規範。
前述實施的菲涅爾透鏡皆為對稱的透鏡，但並不以此為限。請參閱16至圖18。圖16為根據本發明第八實施例所揭露之菲涅爾透鏡的正視圖。由圖16可知，在本實施例的菲涅爾透鏡400h中，部分的下部透鏡430h被裁切，使得菲涅爾透鏡400h形成一上下不對稱的透鏡，而使搭配本實施例之菲涅爾透鏡400h之車頭燈的材積縮小為原菲涅爾透鏡之材積的84.32%。圖17為根據本發明第九實施例所揭露之菲涅爾透鏡的正視圖。由圖17可知，在本實施例的菲涅爾透鏡400i中，部分的下部透鏡430i被裁切之外，亦將部分的上部透鏡420i裁切。上部透鏡420i及下部透鏡430i分別被裁切的尺寸不相等，使得菲涅爾透鏡400i形成一上下不對稱的透鏡，而使本實施例之菲涅爾透鏡400i之車頭燈的材積縮小為原菲涅爾透鏡之材積的79.97%。圖18為根據本發明第十實施例所揭露之 菲涅爾透鏡的正視圖。由圖18可知，在本實施例的菲涅爾透鏡400j中，分別從不同側裁切，而形成一上下不對稱但左右仍維持對稱的透鏡，而使本實施例之菲涅爾透鏡400j之車頭燈裝置的材積縮小為原菲涅爾透鏡之材積的57.55%，但並不以此為限。在其他實施例中，菲涅爾透鏡亦可裁切成為上下左右皆不對稱的透鏡。
根據上述實施例所揭露的車頭燈裝置中，因反射鏡體的反射面由二次貝茲曲線定義而成，並且搭配擋板的設置，使得光源所發出的光束射至菲涅爾透鏡所產生之光形既符合法規之規定之外，亦可使車頭燈裝置的材積及重量降低，進而提升搭配自動轉向技術的車頭燈裝置的靈敏度。
此外，可藉由調整光源的設置位置，使得經由反射鏡體反射的光線可對應調整而射入菲涅爾透鏡的上部透鏡或是下部透鏡，令未經反射的光線射入的部分菲涅爾透鏡可被裁切，進而減少菲涅爾透鏡的材積及重量。由此可知，更加輕量化的菲涅爾透鏡可大幅減少整體車頭燈裝置的材積及重量，使得搭配自動轉向技術的車頭燈裝置的轉向靈敏度得以進一步提升。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (12)

  1. 一種車頭燈裝置，包含： 一光源，設置於一電路板上，該光源具有一出光面；一反射鏡體，設置於該電路板的一側且遮蔽該光源，該反射鏡體具有一反射面，該反射面面向該出光面，且其中一側圍繞形成一開口，該開口方向與該出光面之法線的夾角大於等於90度；一菲涅爾透鏡，位於該開口相對於該光源的另一側；以及一擋板；其中，該出光面發出之光束經該反射面反射而自該菲涅爾透鏡射出，經反射之光束具一能量集中區，該擋板位於該能量集中區所在的垂直面與該光源之間，以阻擋部分光線而形成具截止線之光形；其中，另定義一基準面，該基準面垂直該開口所處之平面，且該光源之一光軸位於該基準面上，該反射面位於該基準面上之一曲線具有相對的一開口端點與一連接端點，該連接端點位於該反射鏡體鄰近該電路板的一側，且該曲線藉由二次貝茲曲線函數之定義而成，其公式如下：B x(t) = (1-t) 2P 0x+2t(1-t)P 1x+ t 2P 2x，t [0,1]；以及B y(t) = (1-t) 2P 0y+2t(1-t)P 1y+ t 2P 2y，t [0,1]；其中，以該連接端點為基準，且該連接端點的X、Y座標分別為P 0x與 P 0y，該開口端點的X、Y座標分別為P 2x及P 2y，該曲線的曲率調整參考點的X、Y座標分別為P 1x及P 1y，該曲線上任一點的取點參數為t，該曲線上的任一點的X、Y座標分別為B x(t)及B y(t)。
  2. 如請求項1所述之車頭燈裝置，其中該出光面發出之光束的發散角介於90度至120度之間。
  3. 如請求項1所述之車頭燈裝置，其中該開口方向與該出光面之法線的夾角等於90度。
  4. 如請求項3所述之車頭燈裝置，其中該曲線上對應該光源的點之取點參數為t x，重疊於該光源之該光軸的一光軸光線經該反射面反射而與該開口方向的夾角為Φ，該開口端點至該連接端點之水平距離為L，該光源至該連接端點的距離為X，其滿足下列條件： B y(t x)/tan(Φ) ≧L-X。
  5. 如請求項4所述之車頭燈裝置，其中該光源至該菲涅爾透鏡的距離為D，該菲涅爾透鏡包含一上部透鏡及一下部透鏡，該上部透鏡相較該下部透鏡鄰近該曲線的該開口端點，當經該反射面反射的光束射入該下部透鏡時，其滿足下列條件： ｜B y(t x)/tan(Φ)｜≦D。
  6. 如請求項4所述之車頭燈裝置，其中該光源至該菲涅爾透鏡的距離為D，該菲涅爾透鏡包含一上部透鏡及一下部透鏡，該上部透鏡相較該下部透鏡鄰近該曲線的該開口端點，當經該反射面反射的光束射入該上部透鏡時，其滿足下列條件： ｜B y(t x)/tan(Φ)｜≧D。
  7. 如請求項3所述之車頭燈裝置，其中該曲線上對應該光源的點之取點參數為t x，重疊於該光源之該光軸的一光軸光線經由該反射面反射而具有一入射角及一反射角，當該入射角與該反射角皆小於45度時，該光源的X座標滿足下列條件： B x(t x) = (1-t x) 2P 0x+2t x(1-t x)P 1x+ t x 2P 2x，t x (0.35,1]。
  8. 如請求項3所述之車頭燈裝置，其中該開口端點至該連接端點之水平距離為L，該開口端點與該連接端點的高度差為H，該光源至該連接端點的距離為X，其滿足下列條件： L-H≧X。
  9. 如請求項1所述之車頭燈裝置，其中重疊於該光源之光軸的一光軸光線經由該反射鏡體反射而具有一入射角與一反射角，該入射角與該反射角皆小於45度。
  10. 如請求項1所述之車頭燈裝置，其中重疊於該光源之該光軸的一光軸光線經該反射面反射而與該開口方向之間的夾角最小為-28.78度。
  11. 如請求項1所述之車頭燈裝置，其中自該菲涅爾透鏡射出的一光強度指向與該開口方向之夾角介於0度至-2度之間。
  12. 請求項1所述之車頭燈裝置，其中該菲涅爾透鏡為對稱或非對稱的透鏡。
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