CN216361353U - 基于超透镜的交通工具照明*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超透镜技术领域。基于超透镜的交通工具照明***包括：光源以及超透镜装置，超透镜装置包括基板以及设置在基板上的至少一个超透镜结构单元，超透镜结构单元由纳米结构构成；其中，在光传播方向上，光源设置在超透镜装置的上游，且光源的长度大于等于超透镜装置的焦深。通过本实用新型的超透镜装置所形成的交通工具照明***可以规避色差对于照明产生的影响，并且同时具有重量轻，易于集成做成阵列和结构简单的优点。

Description

基于超透镜的交通工具照明***

技术领域

本实用新型涉及超透镜技术领域，尤其涉及一种基于超透镜的交通工具照明***。

背景技术

目前，交通工具、尤其汽车的车灯大多为反射式车灯或投射式车灯，其中，反射式车灯利用反射碗将光源反射出去，以照亮前方；投射式车灯是灯泡的光经过凸型配光镜聚集光线投向远方。

上述两种方式存在着结构复杂笨重的问题。

实用新型内容

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种基于超透镜的交通工具照明***，结构简单，轻巧。

本实用新型提供一种基于超透镜的交通工具照明***，包括：

光源，光源的长度L大于等于超透镜装置的焦深Δ，焦深Δ为最大焦深max(f(λ))与最小焦深min(f(λ))之差，即光源长度与焦深满足如下公式：

L≥Δ＝max(f(λ))-min(f(λ))；

超透镜装置，包括基板以及设置在基板上的至少一个超透镜结构单元，超透镜结构单元由纳米结构构成；

其中，在光传播方向上，光源设置在超透镜装置的上游。

在可能的实施方式中，超透镜结构单元数量为多个，且多个超透镜结构单元阵列排布。

在可能的实施方式中，多个超透镜结构单元中，超透镜结构单元采用相同的结构。

在可能的实施方式中，多个超透镜结构单元中，全部超透镜结构单元采用不相同的结构。

在可能的实施方式中，多个超透镜结构单元中，部分超透镜结构单元采用不相同的结构。

在可能的实施方式中，还包括亮度传感器和/或色温传感器。

在可能的实施方式中，光源为LED光源、例如三色LED光源或发射白光的LED光源，或为气体放电灯。

在可能的实施方式中，超透镜结构单元为正方形或正六边形，超透镜结构单元各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。

在可能的实施方式中，纳米结构为偏振相关结构或偏振无关结构。

在可能的实施方式中，偏振相关结构包括纳米鳍或纳米椭圆柱，偏振无关结构包括纳米圆柱或纳米方柱。

在可能的实施方式中，基板为石英基板。

本实用新型提供一种基于超透镜的交通工具照明***，在车辆的照明位置设置光源以及超透镜装置，且光源的长度大于超透镜装置的焦深，便于透过超透镜装置的光能够用来作为交通工具照明的光，如白光。通过超透镜装置所形成的交通工具照明***具有重量轻，易于集成做成阵列和结构简单的优点。

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本实用新型基于超透镜的交通工具照明***的示意图，其中，箭头为光传播方向；

图2是本实用新型基于超透镜的交通工具照明***的超透镜结构单元分布示意图；

图3是本实用新型基于超透镜的交通工具照明***的超透镜结构单元示意图，其中：

图3A是正六边形的结构单元示意图；

图3B是正方形的结构单元示意图；

图3C是结构单元中纳米柱示意图；

图3D是结构单元中纳米鳍示意图；

图4是用于本实用新型基于超透镜的汽车照明灯的光源的实施例示意图。

附图标记：

1、光源；2、基板；3、超透镜结构单元；4、红光区；5、绿光区；6、蓝光区。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将结合附图和示例性实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述。

需要说明的是，本申请的交通工具可以包括陆上交通工具，水上交通工具和航空交通工具，其中陆上交通工具尤其可以包括汽车、摩托车、自行车等等。在下文中，以汽车为例，对本申请的交通工具照明***进行具体的描述，然而需要理解的是，本实用新型不限制于具体的实施方式，而是可以由本领域技术人员在本实用新型的范围内，进行任意的修改。

此外，本实用新型的交通工具照明***可以广泛用于车内外的照明或指示用光源，例如前照灯(包括远光灯、近光灯、雾灯等)、尾灯、转向灯、倒车灯等等。

请参阅图1至图4，在本实施例中公开了一种基于超透镜的交通工具照明***包括光源和超透镜装置。

光源1，可为通电后发出光的光源1，例如，光源1可以为LED光源或气体放电灯。

光源1可根据需要设置在车辆的前方、后方、侧方、顶部和底部车灯位置，其中，车辆可以包括两轮车、三轮车和四轮车等，具体的如摩托车、农用车和汽车。

如图1所示，在光源1发出的光的传播方向上设置超透镜装置，且光源1的长度大于等于超透镜装置的焦深，以使以使得光透过超透镜装置后，超透镜产生的色差不会影响最后的照明效果，例如，光源1发出的光透过超透镜装置后，均匀照向前方。

超透镜装置，可包括基板2以及设置在基板2上的至少一个超透镜结构单元3，超透镜结构单元3由纳米结构构成。

基板2，为能够透过工作波段的光纤。工作波段的光线可以是可见光，波长一般为780-400nm。基板2的材质可以为熔融石英、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石中的一种。

超透镜结构单元3，是由纳米结构构成，光源1发出的光透过超透镜结构单元3和基板2照射向前方。

在光传播方向上，光源1设置在超透镜装置的上游，且光源1和超透镜装置间隔的一定距离，间隔的距离可以根据光源1的长度，超透镜的入射光来确定，以使光透过超透镜装置后，规避光中的色差。

通过改变车辆的车灯结构，可以用超透镜装置替代传统透镜用于汽车大灯，能够减轻汽车大灯的重量，结构简单。

如图2所示，在其中一个实施例，超透镜结构单元3数量为多个，且多个超透镜结构单元3可阵列排布。

需要说明的是，阵列排布的超透镜结构单元3可为一层亚波长的人工纳米结构膜，通过阵列排布的超透镜结构单元3来调制入射光。超透镜结构单元3包含全介质或等离子的纳米天线，可直接调控光的相位、幅度和偏振等特性。

其中，多个超透镜结构单元3根据需要可采用相同的结构、采用不相同的结构或部分采用不相同的结构。

如图3所示，例如，在阵列排布的超透镜结构单元3可以为正方形或正六边形时，阵列排布的超透镜结构单元3可以全部采用正方形或正六边形，也可以采用正方形或正六边形交错的排布，还可以采用一个区域是正方形，另一个区域是正六边形的方式来形成阵列结构。应当理解，实际产品可能因超透镜形状的限制，在超透镜边缘有纳米结构的缺失，使其不满足完整的六边形或正方形。具体地，如图2中，纳米结构按照规律排布而成，若干个纳米结构成阵列排布形成超透镜结构单元3。

图3B所示，若超透镜结构单元3为正方形时，正方形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。具体地，包括一个中枢纳米结构，其周围环绕着4个与其距离相等的周边纳米结构，组成正方形。

图3A所示，若超透镜结构单元3为正六边形时，正六边形各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。具体地，包括一个中枢纳米结构，其周围环绕着6个与其距离相等的周边纳米结构，各周边纳米结构圆周均布，组成正六边形，也可理解为多个纳米结构组成的正三角形互相组合。

如图3所示，在其中一个实施例，纳米结构为偏振相关结构或偏振无关结构。偏振相关结构包括纳米鳍或纳米椭圆柱，图3C和3D所示，偏振无关结构包括纳米圆柱或纳米方柱。

需要说明的是，纳米结构在不同波长下所需的相位，可在纳米结构数据库中查找相位最接近的纳米结构。

纳米结构可为全介质结构，在工作波段具有高透过率，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、非晶硅、晶体硅和氢化非晶硅等。

如图3D所示，在其中一个实施例，相邻纳米结构之间和/或纳米结构与基板2之间和/或纳米结构顶部，可以以空气为间隔，也可填充其他材料，起到保护纳米结构的目的。

纳米结构可为偏振相关的结构，如纳米鳍和纳米椭圆柱等结构，此类结构对入射光施加一个几何相位；纳米结构也可以是偏正无关结构，如纳米圆柱和纳米方柱等结构，此类结构对入射光施加一个传播相位。

在其中一个实施例，基于超透镜的交通工具照明***还包括传感器，传感器用于检测光源的亮度和/或外部环境的亮度。传感器可以与交通工具的控制装置连接，以对光源发射的光的亮度进行控制。例如，白天和黑天交替时，或阴天等情况时，传感器检测到的亮度或色温低于预设的阈值时，控制装置可以自动接通光源1；或者光源1输出的光，由传感器检测，若检测到光的亮度未达到阈值，可通过传感器向控制装置发出信号，控制装置提高光源1的输出的光的亮度。

需要说明的是，控制装置为车辆上用以控制车辆的常规装置，在本方案中示出是为了方便对传感器与光源1之间配合关系的理解，本技术方案并未对控制装置进行改进。此外，传感器的数量可以为多个，根据不同的需要设置在车辆不同的位置，以便实现不同的功能，例如，传感器可包括光线传感器或色温传感器，其中亮度传感器用于检测环境亮度和/或光源亮度，其中色温传感器用于检测由光源输出的光的色温。

在根据本实用新型的基于超透镜的交通工具照明***中，不同波长对于所述超透镜装置的焦距f和波长λ呈现一一对应的映射方式，所有焦距形成的范围称为超透镜的焦深Δ。

需要说明的是，焦深计算公式为：

Δ＝max(f(λ))-min(f(λ)) (1)

其中，Δ为焦深；max(f(λ))为超透镜装置的最大焦深；min(f(λ))为超透镜装置的最小焦深。

光源1的长度大于等于最大焦深和最小焦深之差，即可规避超透镜的色差问题，以使不同波长的光可以均匀的照出。

当光源1的长度为L时，若L≥Δ，通过如下公式计算：

L≥Δ＝max(f(λ))-min(f(λ)) (2)

通过上述公式(2)即可使得光源1发出的光透过超透镜装置后，规避光中的色差。

示例性的，还可以考虑不同波长对于超透镜装置的焦距和波长成反比的情况，即超透镜具有负色差，入射光波长越长，焦距越短，即不同波长的入射光在x轴聚焦的位置不同，R_N为超透镜的半径，N为R_N半径内纳米结构的个数，通过如下公式：

焦距计算公式为

通过公式1计算入射的最长波长以及最短波长，最长波长以及最短波长通过如下公式计算：

入射的最长波长λ_max的焦距为

入射的最短波长λ_min的焦距为

最长波长公式2减去最短波长公式3得到轴上的位置差距公式如下：

最长波长和最短波长在轴上的位置差距为：

根据上述实施例，对基于超透镜的交通工具照明***进行示例性的举例说明：

本方案提供基于超透镜的汽车照明灯的实施例，超透镜结构单元3的边长为2mm，即R_N＝1mm，基板2使用石英材料制成，非晶硅纳米柱结构，超透镜结构单元3按照正六边形排布，周期为500nm，纳米柱高度600nm，N＝2000。

如图4所示，光源选用红绿蓝三色的LED照明源，其中，

红光区4波长，λ_red＝625nm；

绿光区5波长，λ_green＝525nm；

蓝光区6波长，λ_blue＝470nm。

通过如下公式进行计算：

即当三色LED照明源的厚度大于2.64mm时，光源出射的不同颜色的光经过超透镜装置后可以变成均匀的白光射出。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，包括：

光源，所述光源的长度L大于等于超透镜装置的焦深Δ，所述焦深Δ为最大焦深max(f(λ))与最小焦深min(f(λ))之差，即光源长度与焦深满足如下公式：

L≥Δ＝max(f(λ))-min(f(λ))；

所述超透镜装置，包括基板以及设置在所述基板上的至少一个超透镜结构单元，所述超透镜结构单元由纳米结构构成；

其中，在光传播方向上，所述光源设置在所述超透镜装置的上游。

2.根据权利要求1所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述超透镜结构单元数量为多个，且所述多个超透镜结构单元阵列排布。

3.根据权利要求2所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述多个超透镜结构单元中，所述超透镜结构单元采用相同的结构。

4.根据权利要求2所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述多个超透镜结构单元中，所述超透镜结构单元采用不相同的结构。

5.根据权利要求2所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述多个超透镜结构单元中，部分所述超透镜结构单元采用不相同的结构。

6.根据权利要求1所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，还包括亮度传感器和/或色温传感器。

7.根据权利要求1所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述光源为LED光源或气体放电灯。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述超透镜结构单元为正方形或正六边形，所述超透镜结构单元各顶点和中心位置至少设置有一个纳米结构。

9.根据权利要求8所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述纳米结构为偏振相关结构或偏振无关结构。

10.根据权利要求9所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述偏振相关结构包括纳米鳍或纳米椭圆柱，所述偏振无关结构包括纳米圆柱或纳米方柱。

11.根据权利要求8所述的基于超透镜的交通工具照明***，其特征在于，所述基板为石英基板。

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