TW202144829A - 鏡頭及其製造方法 - Google Patents

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江辰安
林宏盈
李嘉樟
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Abstract

一種鏡頭，包含沿鏡頭的軸向依序設置的第一透鏡、導光 件及一第二透鏡。導光件具有相對的一第一端及一第二端，且導光件的內表面接觸第二透鏡的至少一部份外緣。

Description

鏡頭及其製造方法
本發明關於一種鏡頭及其製造方法。
於目前的車燈投影鏡頭中，在鏡頭出光面容易出現亮度分佈不均勻的亮暗區分佈現象，例如圖1所示，出光面周緣會出現明顯暗區，亦即光線無法充滿整個車燈鏡片範圍，導致較差的視覺效果及較低的光利用效率。
「先前技術」段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在「先前技術」段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在「先前技術」段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
根據本發明的一個觀點，提供一種鏡頭，包含沿鏡頭軸向依序設置的第一透鏡、導光件及第二透鏡，其中導光件具有相對的第一端及第二端，且導光件的內表面接觸第二透鏡的至少一部份外緣。
根據本發明的另一個觀點，提供一種鏡頭，包含沿鏡頭軸 向設置的具正屈光度之第一透鏡、設有兩端開口之導光件以及第二透鏡，其中導光件距離第二透鏡最遠的一端為第一端，導光件距離第二透鏡最近的一端為第二端，導光件第二端之內周所圍繞出的面積，小於第二透鏡的徑向面積，且導光件的第二端的開口，設置於鏡頭沿軸向的有效光區的最窄位置處。
根據本發明的另一個觀點，提供一種鏡頭，包含沿鏡頭軸向依序設置的第一透鏡、導光件及第二透鏡，導光件的兩端設有開口，導光件的第一端之開口面積大於第二端之開口面積，且第二透鏡的至少一部分設於導光件的第二端的開口內，其中導光件的內表面與第二透鏡的外緣的相對位置處設有卡掣結構以相互固定。
根據本發明的另一個觀點，提供一種鏡頭，包含導光件、第一透鏡及第二透鏡。導光件具有相對的第一端及第二端，第一透鏡設於導光件的第一端，且第二透鏡設於導光件的第二端。導光件的第一端的表面，覆蓋第一透鏡的至少一部份表面，且導光件的第二端的表面，覆蓋第二透鏡的至少一部份表面。
根據本發明的上述各個觀點，因設置導光件可提高鏡頭的周緣光量，減少周緣暗區面積並提高整體亮度均勻性，而可提高視覺品味。再者，根據本發明的上述各個觀點，因導光件的內表面可接觸第二透鏡的至少一部份外緣，導光件第二端的開口可設置於鏡頭沿軸向的有效光區的最窄位置處，或者導光件的第二端表面可覆蓋第二透鏡的至少一部份表面，如此例如可獲得使進入導光件的光線大部分為鏡頭有效光區外的雜散光的效果，故可回收雜散光減少光能量的損失，進而提高光利用效率。另外，藉由導光件內表面與透鏡外緣的相對位置處設置卡掣結構的設計，導光件本身即可搭配鏡筒獲得於鏡筒內固定多個透鏡的效果，而可省略例如間隔物等用以固定透鏡的額外固定 件。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
10、10a-10f:鏡頭
12:導光件
12a:導光件內表面
12b:導光件外表面
12c:導光件凸緣
121:第一端
122:第二端
121a、122a:開口
123a:內周
123b:外周
14:光圈
16:光軸
18:光源
22:鏡筒
26:黏著層
I:有效光
IS:雜散光
L1-L4:透鏡
LP:透鏡凸緣
LS:透鏡外緣
M:導光件軸向
N:鏡頭軸向
PA:周緣暗區
R:粗糙面
S1、S2:表面
S:曲面
圖1為鏡頭的出光面亮度分佈圖。
圖2為本發明一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖，圖3為本發明一實施例的導光件的立體示意圖。
圖4為本發明一實施例的導光件的剖面示意圖。
圖5顯示圖2的鏡頭的出光面亮度分佈。
圖6顯示未設有導光件的習知設計與本案圖2的實施例的X軸照度分布比較圖。圖7顯示未設有導光件的習知設計與本案圖2的實施例的Y軸照度分布比較圖。
圖8顯示本發明一實施例的鏡頭的透鏡組成示意圖。
圖9為本發明另一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖。
圖10為本發明另一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖。
圖11為本發明另一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖。
圖12為本發明另一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖。
圖13為本發明另一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖。
圖14為本發明另一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本 發明。
圖2為本發明一實施例之鏡頭的剖面結構示意圖，圖3為本發明一實施例的導光件(light guide)的立體示意圖。如圖2所示，鏡頭10可包含一鏡筒(圖中未顯示)，沿鏡頭軸向N排列的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4，且一導光件12可設於鄰近第一透鏡L1位置處，鏡筒可為環繞鏡頭軸向N形成容置空間的筒狀體，且各個透鏡L1-L4及導光件12容置於鏡筒內。於本實施例中，導光件12為一種把光源(例如LED)發出的光線導向所需位置的結構件，光源發出的光線會經由導光件12及各個透鏡LL-L4傳遞而不會進入鏡筒。導光件12的結構並不限定，例如可為一空心錐體或柱體、導光板或光導管等。第一透鏡L1例如可具正屈光度，第二透鏡L2例如可具負屈光度，且各個透鏡的形狀可為雙凹、雙凸、平凹、平凸或新月外型等而不限定。如圖2所示，於本實施例中，第一透鏡L1、導光件12及第二透鏡L2沿鏡頭軸向N依序設置，導光件12具有相對的一內表面12a及一外表面12b，且導光件12的內表面12a接觸第二透鏡L2的至少一部份外緣LS。
如圖3所示，於本實施例中，導光件12之軸向M的兩端，分別為第一端121與第二端122，第一端121具有開口121a且第二端具有開口122a，且第一端開口121a的面積可大於第二端之開口122a的面積。於其他的實施例中，第一端開口121a的面積亦可小於或等於第二端開口122a的面積。於本實施例中，導光件12例示為具有中空圓錐體的外型而不限定，因導光件12係為中空體故一端具有相對的一內周123a跟外周123b，舉例而言，圖3繪示的內周123a的虛線所圍之範圍，代表第二端122的內周123a所圍繞出的面積。再者，於一實施例中，可將導光件12配置使第一透鏡L1、導光件第 一端121、第二透鏡L2、導光件第二端122、第三透鏡L3沿導光件12之軸向M依序設置。
請再參考圖2，於本實施例中，沿著鏡頭的軸向N可依序設置第一透鏡L1、導光件12之第一端121，第二透鏡L2、導光件12之第二端122、及第三透鏡L3，第二透鏡L2可整個或部分設於導光件12的第二端開口122a之內，且導光件12之第二端之內周123a所圍繞出的面積(如圖3繪示的內周123a的虛線所圍之範圍)，小於第三透鏡L3的徑向面積。於此，透鏡的「徑向面積」定義為該透鏡沿軸向N投影於與軸向N正交的平面上的面積。再者，於本實施例中，導光件12距離第二透鏡L2最近一端(第二端122)之內周所圍繞出的面積，小於第二透鏡L2的徑向面積。於其他的實施例中，亦可設置多於一個的透鏡於導光件12內，或者導光件12內可不設置透鏡。
請再參考圖2，於一實施例中，導光件第一端121到透鏡L1的最短距離可小於導光件第二端122到透鏡L1的最短距離。再者，於一實施例中，透鏡L1可設有相對的第一表面S1和第二表面S2，且導光件第一端121到第一表面S1的最短距離可大於導光件第一端121到第二表面S2的最短距離。另外，鏡頭10可外加光圈14，光圈14可設於鄰近導光件第二端122位置處，且可配置使透鏡第一表面S1、透鏡第二表面S2、導光件第一端121和光圈14沿軸向N依序排列。於一實施例中，導光件第二端122和光圈14的最短距離可小於20mm但不限定。於另一實施例中，導光件第二端122和光圈14的最短距離可小於10mm，於再另一實施例中，導光件第二端122和光圈14的最短距離可小於5mm。於一實施例中，光圈14可完全落入導光件第二端122的外周123b所圈圍出的區域範圍內。
圖4為本發明一實施例的導光件的剖面示意圖。如圖4 所示，於一實施例中，鏡頭10的有效光I可為其行進路徑會通過第二透鏡L2具有屈折力的曲面S並進入第一透鏡L1的光線，且有效光I於鏡頭10的分佈區域可視為鏡頭有效光區(圖4的虛線箭頭示意地繪出部分鏡頭有效光區)。於本實施例中，導光件12距離第一透鏡L1最遠一端的開口(圖4例示為第二端122的開口122a)，設置於鏡頭有效光區的沿軸向N上的最窄位置處。再者，於本實施例中，導光件12可配置於鏡頭10的有效光I分佈區域之外，亦即在鏡頭有效光區外，因此進入導光件12的光線主要為雜散光IS，不會影響有效光I的行進或成像，但本發明不限定於此。於其他的實施例中，導光件12亦可部分位於鏡頭有效光區內且其餘部分位於鏡頭有效光區外，同樣可獲得吸收雜散光IS的效果。藉由導光件12相對鏡頭有效光區的位置選擇，可視實際需求調整進入到導光件12的雜散光IS及有效光I的光量。另外，由於本實施例利用了雜散光，使雜散光進入導光件並於導光件內全反射行進後出光，提高鏡頭出光面的光均勻性，因此本實施例可不設置光圈。再者，藉由導光件12壁面的適當角度設計，由導光件第二端122進入的雜散光IS(或者加上部分有效光I)可於導光件12內全反射行進再由導光件第一端121出光並導向第一表面S1(鏡頭出光面)的周緣區域，因此可減少第一表面S1的周緣的暗區，提高鏡頭出光面的光均勻性。再者，於一實施例中，導光件第一端121可設有粗糙面R(或微結構)以提高出光效率。
圖5顯示本發明實施例鏡片L1的第一表面S1(鏡頭出光面)的亮度分佈，和未加導光件的圖1比較，上述實施例可提高鏡頭的周緣光量，減少周緣暗區PA的面積並提高整體亮度均勻性，而可提高視覺品味。圖6顯示未設有導光件的習知設計與本案圖2的實施例的X軸照度分布比較圖，圖7顯示未設有導光件的習知設計與本 案圖2的實施例的Y軸照度分布比較圖。由圖6及圖7可看出，設有導光件的鏡頭實施例明顯可提高周緣光量而提高整體亮度均勻性。
藉由上述各個實施例的設計，因設置導光件12可提高鏡頭的周緣光量，減少周緣暗區面積並提高整體亮度均勻性，而可提高視覺品味。再者，因進入導光件12的光線可大部分為鏡頭有效光區外的雜散光IS，故可回收雜散光IS減少光能量的損失，獲得提高光利用效率的效果。
圖8及下表一顯示本發明一實施例的鏡頭的各個透鏡的設計參數及外形。圖8顯示於一光軸16由影像放大側OS(例如車燈出光側)往影像縮小側IS(例如靠近光源18的入光側)，依序排列第一透鏡L1、第二透鏡L2、光圈14、第三透鏡L3及第四透鏡L4，各個透鏡的設計參數及外形如下表一所示。
表一
Figure 110115170-A0101-12-0007-1
Figure 110115170-A0101-12-0008-2
須注意於上述的各個實施例中，導光件的外形及搭配的透鏡數量完全不限定，而可搭配出光需求加以變化。舉例而言，如圖9所示，鏡頭10a可僅具有第一透鏡L1、第二透鏡L2及第三透鏡L3，且於其他的實施例中，亦可不在導光件12內設置透鏡L2，透鏡L1可設於導光件第一端121且導光件第一端121的表面覆蓋透鏡L1的至少一部份表面，透鏡L3設於導光件第二端122且導光件第二端122的表面覆蓋透鏡L3的至少一部份表面。
如圖10所示，於另一實施例中，鏡頭10b的導光件12例如可具有不對稱的結構設計(例如導光件12的側壁可具有不同的傾斜角度)以符合特定的出光需求，且導光件12例如可僅搭配兩個透鏡L1、L2。再者，於上述的各個實施例中，導光件12若設計為足以帶走周緣的大部分雜散光的話，導光件12的一端可作為光闌(stop)而可省略鏡頭外加的光圈14。再者，於一實施例中，導光件12可由塑膠材質(例如PC或PMMA)所構成，且各個透鏡可由玻璃材質所構成，但本發明不限定於此。
藉由上述各個實施例的設計，本發明可提供一種鏡頭製造方法實施例。首先，提供一鏡筒並固定一第一透鏡和第二透鏡於鏡筒內，且固定設有兩端開口之導光件於鏡筒內。在導光件之軸向兩端，分別為一第一端與一第二端，且第一端之開口面積大於第二端之開口面積。再者，將導光件配置為使第一透鏡、導光件之第一端，第二透鏡、導光件之第二端沿軸向依序設置，且配置使導光件的內表面接觸第二透鏡的至少一部份外緣。
如下說明導光件12與透鏡間的固定方式的不同實施例。如圖11所示，鏡頭10c的導光件12可形成一凸緣12c，因此導光件12的頂端例如可抵靠透鏡L1且凸緣12c例如可壓抵透鏡L2。藉由此一設計，導光件12本身即可搭配鏡筒22獲得於鏡筒22內固定多個透鏡的效果，而可省略例如間隔物(spacer)等用以固定透鏡的額外固定件。如圖12所示，於另一實施例中，亦可使透鏡L2形成一凸緣LP，鏡頭10d的導光件12的頂端可抵靠透鏡L1且底端可壓抵透鏡L2的凸緣LP，同樣可獲得僅利用導光件12於鏡筒22固定多個透鏡的效果。於一實施例中，導光件凸緣12c或透鏡凸緣LP可為環形。於上述的實施例中，凸緣12c設於導光件12的內表面且凸緣LP設於透鏡L2的外緣，但其並不限定。於本發明的各個實施例中，使導光件與透鏡相互固定的卡掣結構的位置、外型、結構形式並不限定，且藉由卡掣結構固定的透鏡不限定為例示的透鏡L2。
於另一實施例中，亦可將導光件12與至少一透鏡以鏡片模內射出的方式一體成型，例如圖13所示，鏡頭10e的導光件12可與至少一透鏡(例如透鏡L2)模內一體射出成型後，導光件12的頂端可抵靠透鏡L1使各個透鏡於鏡筒22內保持固定。於另一實施例中，如圖14所示，亦可於鏡頭10f的透鏡L2外緣或導光件12的內表面形成粗糙面R，藉由摩擦阻力使透鏡L2相對導光件12保持固定而不會於鏡頭軸向上滑移，或者透鏡L2與導光件12間可設置例如點膠層之類的黏著層26，使透鏡L2黏合導光件12並抵靠鏡筒22，獲得於鏡筒22內保持固定的效果。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範 圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10:鏡頭
12:導光件
12a:導光件內表面
12b:導光件外表面
121:第一端
121a:開口
122:第二端
122a:開口
14:光圈
L1-L4:透鏡
N:鏡頭軸向
S1、S2:表面

Claims (9)

  1. 一種鏡頭，包含：
    沿該鏡頭的一軸向依序設置的一第一透鏡、一導光件(light guide)及一第二透鏡，其中該導光件具有相對的一第一端及一第二端，且該導光件的內表面接觸該第二透鏡的至少一部份外緣。
  2. 一種鏡頭，包含：
    沿該鏡頭的一軸向設置的一具正屈光度之第一透鏡、一設有兩端開口之導光件以及一第二透鏡，其中該導光件距離該第二透鏡最遠的一端為一第一端，該導光件距離該第二透鏡最近的一端為第二端，該導光件第二端之內周所圍繞出的面積，小於該第二透鏡的徑向面積，該導光件的該第二端的開口，設置於該鏡頭沿該軸向的有效光區的最窄位置處，且該第二透鏡的至少一部分設於該導光件內。
  3. 一種鏡頭，包含：
    沿該鏡頭的一軸向依序設置的一第一透鏡、一導光件及一第二透鏡，其中該導光件的兩端設有開口，該導光件的第一端之開口面積大於第二端之開口面積，且該第二透鏡的至少一部分設於該導光件內，其中該導光件的內表面與該第二透鏡的外緣的相對位置處設有卡掣結構以相互固定。
  4. 如請求項3所述的鏡頭，其中該卡掣結構包含如下結構的至 少其中之一：
    (a)形成於該導光件的一凸緣；
    (b)形成於該第二透鏡的一凸緣；
    (c)設於該導光件與該第二透鏡之間的粗糙面；
    (d)設於該導光件與該第二透鏡之間的黏著層。
    如請求項1-3中任一項所述的鏡頭，其中該鏡頭滿足下列條件其中之一：
    (1)該第二透鏡與該導光件一體模內成型；
    (2)該第二透鏡具有負屈光度。
  5. 如請求項1-3中任一項所述的鏡頭，更包含一第三透鏡，且該導光件之第二端的內周所圍繞出的面積，小於該第三透鏡的徑向面積。
  6. 一種鏡頭，包含：
    一導光件，具有相對的一第一端及一第二端；
    一第一透鏡，設於該導光件的該第一端，其中該導光件的該第一端的表面，覆蓋該第一透鏡的至少一部份表面；以及
    一第二透鏡，設於該導光件的該第二端，其中該導光件的該第二端的表面，覆蓋該第二透鏡的至少一部份表面。
  7. 如請求項1-3、7中任一項所述的鏡頭，更包含：
    一光圈，鄰近該第二端，該第二端和該光圈的最短距離小於 20mm，且該光圈完全落入該導光件第二端的外周所圈圍出的區域範圍內。
  8. 如請求項1-3、7中任一項所述的鏡頭，其中該鏡頭滿足下列條件其中之一：
    (1)至少部分該導光件配置於該鏡頭的有效光分佈區域之外；
    (2)該導光件為一中空圓錐體。
  9. 一種鏡頭製造方法，包含：
    提供一鏡筒；
    固定一第一透鏡和第二透鏡於該鏡筒內；以及
    固定設有兩端開口之導光件於該鏡筒內，在該導光件之軸向兩端，分別為一第一端與一第二端，該第一端之開口面積大於該第二端之開口面積，且將該導光件配置為使該第一透鏡、該導光件之該第一端，該第二透鏡、該導光件之該第二端沿該軸向依序設置，且配置使該導光件的內表面接觸該第二透鏡的至少一部份外緣。
TW110115170A 2020-05-18 2021-04-27 鏡頭及其製造方法 TWI772002B (zh)

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