CN1064445C - 机动车车灯 - Google Patents

Abstract

一种机动车车灯，它包括一个反射镜，一个前透镜、和一个光源。光源的中心轴与反射镜的主光轴垂直。在反射镜上，形成有由回转抛物面确定并位于相邻闭合曲线之间的反射台阶组成的反射面。闭合曲线为一个基本反射面和一组不同焦距的回转抛物面的交线。闭合曲线的中心远离反射镜的主光轴和反射镜的交点，方形透镜台阶形成于前透镜上。这样，由反射台阶投影的光源像和前透镜上的透镜台阶部分相匹配。

Description

机动车车灯

本发明涉及一种诸如尾灯、停车灯及转弯信号灯之类的机动车车灯、其中，形成在反射镜的反射面上的环状反射台阶在反射镜前部投影成的投影像的排列趋于与形成在置于反射镜前面的前透镜上的方形透镜台阶部分相匹配。

当今对汽车车型的要求是增强汽车车体的空气动力特性及流线型设计。基于这方面的考虑，灯的形状要制成曲线形状，使之和汽车车体的外形相适应，或者说，灯的形状要向上或向下倾斜。这也就是说灯趋于具有倾斜状。

由于上述原因，机动车的形状显然会对机动车车灯上的反光镜的反射面的设计有影响。因此，不能再使用过去的传统反射面形状，如单体回转抛物面，而要将反射面做成非对称形状。

由于在前述情况下，要求位于反射镜前面的前透镜倾斜，因此必须把通常加到前透镜上的光分布功能加到反射镜上去。因而，将反射面的形状改进为采用多反射面，在此表面上，有许多回转抛物面互相组合起来。或者有许多小的反射面组装在一起。

例如，在英国专利GB 2262980所公开的反射镜的一实施例中，反射镜的反射表面是由在光轴周围形成的多环状反射台阶构成的。这类反射镜的反射面是按如下方式形成的。首先，将一自由曲面作为反射面的基本面，当在基本面上形成反射台阶时，反射台阶的所有表面均按下面的方式形成，即：反射台阶上一反射点处一很小的反射面上的切向量要与该很小的反射面上该反射点处的法向量和在该反射点处基本面的切向平面的法向量的外积一致。这样可得到如下的一组在形成反射台阶中用作参考线的闭合曲线。一参考线设于反射面的基本面上。在参考线上标出许多反射点。根据反射定律，在相关的点处有很小的反射面，使得从光源射向反射点的入射光束在该点反射后与光轴相平行。由在反射点处很小反射面上的法向量与反射点处基本面的法向量的外积算出的向量用做方向矢量，从而确定形成的反射台阶的方向。闭合曲线是用样条拟合方法生成的，其中，光轴周围的许多反射点处的方向矢量被用作切向量。这样，就可以得到一组在任意反射点的闭合曲线。

在使用上述反射镜的车灯中，形成于前透镜上的透镜台阶部分必须和投影图案匹配，此图案是由反射镜的反射台阶形成的光源的一组投影像。在实际应用中，控制透镜中的光束是非常困难的。另外，从审美角度看，在灯的照明期间，从前透镜向反射镜方向上观察，灯看上去很不美观。

在上述反射镜中，如果主光轴总是穿过一组闭合曲线的中心，那么，绕主轴形成的闭合曲线的形状就象手指指纹一样，且每一反射台阶都沿一闭合曲线形成。假设一个灯泡的灯丝的理想形状为柱形，那么，当在反射台阶之一上设定许多反射点，且依投影成的像追踪光束时，则在纵向上投影所成像的轴是无序的，且以辐射方向延伸。

由于上述原因，所述投影图案，也就是一组投影像成为圆形。由此，必须把前透镜的台阶形状设计成能适合于圆形的投影图案。实际上，设计这样的透镜台阶需要花费大量的人力和时间。

例如，当把前透镜划分成很小的网格部分且在每一网格部分形成鱼眼透镜时，投影图案的形状就不与透镜台阶相符。在这种情况下，当从灯的前面看上去时，图案的形状是方形的。这就产生许多问题：当由外部光产生假发光时，反射台阶的形状非常明显且很不美观。为了解决上述问题，必须在前透镜和反射镜之间附加一个内透镜。

本发明的目的在于提供一种机动车车灯，它包括：一个反射镜，该反射镜具有一个反射面，该反射面由许多由回转抛物面部分构成的反射台阶组成，且形成于相邻的闭合曲线之间，这组闭合曲线是一组具有不同焦距的回转抛物面与一基本反射面的交线；一个安置在反射镜前面的前透镜；一个安置在反射镜的主光轴上且使光源的中心轴与反射镜的主光轴互相垂直的光源，其中，形成反射台阶边界的这组闭合曲线的中心安置在远离反射镜的主光轴和反射镜的交点、且在前透镜的大致方形区域中形成透镜台阶。

因此，根据本发明，当确定反射台阶边界的一组闭合曲线的中心设在远离反射镜的主光轴与反射面的交点时，由一个反射台阶形成的光源投影成的像在水平或垂直方向上都非常有序，从而使投影图案，也就是一组像的形状成为方形或大致方形。因此，投影图案的形状与形成于前透镜上的透镜台阶网格状部分相匹配。

图1是一本发明机动车车灯的简要透视图。

图2是一个用于解释本发明反射面形成方法的视图，示出了作为基本面的自由曲面；

图3是一组回转抛物面的视图；

图4为一组回转抛物面与一个基本面相交而得到的一组闭合曲线的视图；

图5是用于解释反射台阶形成的视图；

图6是反射面正面及横截面视图；

图7是一正视图，示出了光灯源相对于反射镜布置的一个例子；

图8是一个用于解释由如图7所示的反射镜的反射台阶向前投影而形成的投影图案的简图；

图9是本发明的一个车灯的实例的正视图；

图10是一个沿图9中X-X线截取的放大的截面图。

下面将对本发明的车灯进行描述。

如图1所示，一个机动车车灯1由一个反射镜2和一个安置在反射镜2前面的前透镜3组成。图1中所示的x轴代表反射镜2的主光轴、y轴代表垂直x轴的水平轴，z轴则代表垂直于x轴和y轴的垂直轴。

在反射镜2上，有许多环形反射台阶2a，2a，…。此反射镜的特征是这些环的中心4形成于远离x轴和反射镜2的交点“O”。

在反射镜2的前部，有一个置于x轴上的，由灯泡的灯丝或放电灯的灯弧组成的光源5。在置于光源5前面的前透镜3上有许多透镜台阶3a，3a，…，若从车灯的前面看上去，它们都分布在被分割成许多方形的区域中。在此图中，透镜台阶3a的形状大致是网格形状，但是，应当注意的是透镜台阶3a的形状并不局限于这一特定的实施例，透镜台阶3a的形状也可以为纵长或横长的矩形。反射镜2或前透镜3的外形也不局限于方形，也可以是圆形的。

图2到图6示出了形成反射镜2的一种方法。

首先，如图2所示，设定一个用于定义反射面基本形状的曲面6。比如，该曲面为自由曲面，不好用解析式来表达，它由CAD(计算机辅助设计)系统确定。

下一步，如图3所示，给出一组用于定义反射面性能的曲面7。这组曲面7是由许多具有公共回转对称轴的回转抛物面7a，7a，…所组成的，且这些回转抛物面7a，7a，…的表面的焦距互相不同。这些回转抛物面7a，7a，…彼此在空间上是不相交的。这里，回转抛物面7a，7a，…的表面的焦点不一定重合于同一点上。例如，各回转抛物面表面的焦点可能位于在回转对称轴上某一范围内。

如图4所示，确定了上述的曲面6和一组曲面7形成的交线8。这些交线8是由闭合曲线或者闭合曲线的一部分构成的。这些交线8在曲面6上彼此互不相交。当曲面6有对称回转轴时，由交线8组成的这组闭合曲线的中心恰位于回转对称轴和曲面6的相交处。但是，当曲面6没有回转轴时，这将由构成这组回转抛物面的回转抛物面之一与曲面6相接触的那点的位置确定。因此，这组回转抛物面的中心是远离反射镜2的主光轴和曲面6的交点的。

在按如上所述的方法确定了交线8之后，再按交线形成反射台阶。由回转抛物面的一部分确定的反射台阶9形成于如图5所示的相邻交线之间。

图6示出了曲面6的正视图以及沿B-B线的剖面图。曲面6上的交线是从接近闭合曲线组的中心10处的交线开始依次按8a，8b，8c…来标注的。这些交线为反射台阶的边界。图中的虚线代表一组曲面7。反射台阶9a形成在由交线8a确定的内区域中。反射台阶9b形成在由交线8a和8b之间的内区域中。反射台阶9c形成在交线8b和8c之间的内区域中。这样就确定了反射台阶的形状。也就是说，每一反射台阶的有效反射面是以这种方式形成的，即使得这一有效反射面形成回转抛物面7a的一部分。在本例中，形成的每一反射台阶的有效反射面如同楼梯一样。

一个具有带上述反射台阶的反射面的反射镜是用CAD系统设计出来的。基于本设计，可以通过使用CAM(计算机辅助制造)系统来获得必要的数据以制造出反射镜的金属模具。

图8示出了从设在形成反射镜的反射表面一部分的一个反射台阶上的几个反射点投影出的光源的像的排列情况。

在这一例子中，假设光源的电灯泡的灯丝11的理想形状是柱形的。如图7所示，从灯丝11的前面看，灯丝11的中心轴与x轴垂直，且沿z轴的方向延伸，而灯丝11的中心位于x轴上。

如图7阴影部分所示，前面看上去，物体反射台阶12是一个位于灯丝11的右斜上方处的环形部分。当在反射台阶12上设有许多反射点且对每一反射点跟踪光束时，就可获得如图8所示的一组灯丝像的投影图案13。

灯丝像14到17示出了组成投影图案13的灯丝像的部分。此投影面积很大的灯丝像14是灯丝11到反射点的距离很短时的反射成的像。其投影面积很小的灯丝像15是灯丝11与反射点的距离很长时反射成的像。位于灯丝像14，15两侧的灯丝像16和17是灯丝11与反射点的距离居中时反射成的像。

若灯丝像的纵向中心轴排列成互相平行，则这些灯丝像14到17沿z轴方向延伸。从而完整地形成了角部为圆形的方形投影图案。

其纵向中心轴排列成互相平行的灯丝像适合于当光线分布受控制时透镜台阶3a被分割成许多方形的情况，如图1所示。在这种情况下，透镜台阶所起的作用就是在纵向上漫射灯丝像，在垂直于纵向的方向上漫射灯丝像，及控制漫射程度。例如，当把鱼眼透镜台阶用作透镜台阶3a时，通过控制每一鱼眼透镜台阶的水平部分和／或垂直部分上的曲率半径，可以很容易改变投影图案在水平／垂直方向的漫射程度。

由反射台阶12分别形成的投影图案13大致为方形，其沿着构成投影图案的灯丝像的纵向中心轴延伸，从而投影图案13的形状与透镜台阶3a部分相符合。这样，当灯打开时，在反射镜2和前透镜3之间即使不加内透镜，灯看上去也很美观。

在图8中，灯丝11的中心轴与x轴垂直且沿z轴方向延伸，使得灯丝像14到17的纵向中心轴大致在垂直方向上延伸。若灯丝11这样放置，即灯丝11的中心轴与x轴垂直且沿y轴方向延伸，那么就可以使灯丝像的纵向中心轴大致沿水平方向延伸。

图9和图10示出了根据本发明的机动车车灯实例18。在这个例子中，本发明的灯用作汽车上的后组合灯。

如图9所示，车灯18包括：占据上部的尾灯和停车灯部分19，其面积大约为总车灯的三分之二；占据下部的转弯信号灯部分20，其面积为总车灯的三分之一。

机动车车灯18的灯腔是由灯体21和连到灯体21上的前透镜22以这样的方式确定的，即用前透镜22盖上灯体21的前部分，灯体由合成树脂制成。在本例中，光照方向为正前方向。如上所述，灯腔是由二部分确定的。

在本例中，上述机动车车灯1的结构布置也适于转弯信号灯部分20。

图10是一转弯信号灯部分20的水平横截面图。灯腔25是由构成灯体21的转弯信号部分的反射部分23和位于反射部分23的前部的前透镜22的透镜部分24所确定的。

反射部分23的反射面是由前面所提到的经过诸如反射涂漆或铝蒸汽沉积等反光处理而成的多环形反射台阶26所组成的。确定反射台阶26的边界的一组闭合曲线的中心位于远离反射部分23的主光轴和反射部分23的交点处。

从前面看去，透镜部分24被分割成许多网格状的区域。在这些网格状区域有鱼眼透镜27。

电灯泡28包括一个玻璃球29和一个置于在玻璃球中的灯丝30。在灯丝30的中心轴和反射部分23的主光轴垂直并沿水平方向延伸时，以某一方法(图中未示)把电灯泡连接到反射部分23上。

在上面的解释中，一组闭合曲线的中心只有一个。然而，当一组闭合曲线的中心多于一个时，也是可以的，但每一个闭合曲线的中心必须远离反射镜的主光轴和反射面的交点。

正如可以从上面的解释中看出的那样，根据本发明，当在反射镜的主光轴方向看上去时，在前透镜上的许多大致方形区域上形成的透镜台阶和由反射镜的反射台阶形成的光源的投影像相匹配。因此，只有当简单形状的透镜台阶有序地排列安置在前透镜上，且不使用诸如内透镜这样的附加件，反射光束才能很容易地得到控制。另外，当从前透镜看反射镜时，灯的外观呈网格状。

Claims (11)

1、一种机动车车灯，包括：一具有一主光轴并包括一反射面的反射镜，所述反射面由许多反射台阶组成，反射台阶由回转抛物面部分形成于相邻闭合曲线之间，所述闭合曲线是一组具有公共轴但具有不同焦距的回转抛物面和反射面的基本面的交线；一个置于所述反射镜前面的前透镜；一个置于所述反射镜的主光轴上的光源，所述光源的中心轴与所述反射镜的主光轴互相垂直；其特征在于，形成反射台阶的边界的这组闭合曲线的中心置于远离反射镜的主光轴和反射镜的交点处，且所述前透镜在大致方形区域中具有透镜台阶。

2、根据权利要求1所述的机动车车灯，其特征在于，所述前透镜台阶以网格状组装。

3、根据权利要求1所述的机动车车灯，其特征在于，所述机动车车灯包括至少尾灯、停车灯及转弯灯部分中的两个。

4、根据权利要求1所述的机动车车灯，其特征在于，所述光源包括一个灯丝，且所述灯丝的中心轴垂直于所述反射镜的主光轴并沿水平方向延伸。

5、根据权利要求1所述的机动车车灯，其特征在于，所述光源包括一个灯丝，所述反射台阶投影出具有一纵向中心轴的灯丝像，所述灯丝的取向使得灯丝像的纵向中心轴大致沿水平或垂直方向之一延伸。

6、根据权利要求5所述的机动车车灯，其特征在于，由每一个所述反射台阶形成的灯丝像大致为沿所述灯丝像的纵向中心轴延伸的矩形。

7、根据权利要求5所述的机动车车灯，其特征在于，所述透镜台阶的形状做成使其可沿纵向漫射所述灯丝像。

8、根据权利要求5所述的机动车车灯，其特征在于，所述透镜台阶的形状做成使其可沿与纵向中心轴正交的方向漫射所述灯丝像。

9、根据权利要求5所述的机动车车灯，其特征在于，所述透镜台阶的形状做成使其可以控制所述灯丝像的漫射程度。

10、根据权利要求5所述的机动车车灯，其特征在于，所述透镜台阶至少在水平部分及所述垂直部分二者之一上具有一预定的曲率半径的鱼眼台阶。

11、根据权利要求2所述的机动车车灯，其特征在于，所述网格上的透镜台阶形状基本上和从相应的反射台阶反射的像匹配。

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