TWI778651B - 車用投影鏡頭及車燈裝置 - Google Patents

車用投影鏡頭及車燈裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI778651B
TWI778651B TW110120645A TW110120645A TWI778651B TW I778651 B TWI778651 B TW I778651B TW 110120645 A TW110120645 A TW 110120645A TW 110120645 A TW110120645 A TW 110120645A TW I778651 B TWI778651 B TW I778651B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
lens
projection lens
vehicle
vehicle projection
glass
Prior art date
Application number
TW110120645A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202248565A (zh
Inventor
江辰安
陳時偉
Original Assignee
揚明光學股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 揚明光學股份有限公司 filed Critical 揚明光學股份有限公司
Priority to TW110120645A priority Critical patent/TWI778651B/zh
Priority to US17/470,759 priority patent/US11635600B2/en
Priority to CN202210635722.9A priority patent/CN115508987A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI778651B publication Critical patent/TWI778651B/zh
Publication of TW202248565A publication Critical patent/TW202248565A/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/265—Composite lenses; Lenses with a patch-like shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/004—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having four lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/143—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being parallel to the optical axis of the illuminating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines
    • F21S41/153—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines arranged in a matrix
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
    • G02B13/006—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element at least one element being a compound optical element, e.g. cemented elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2102/00—Exterior vehicle lighting devices for illuminating purposes
    • F21W2102/10—Arrangement or contour of the emitted light
    • F21W2102/13—Arrangement or contour of the emitted light for high-beam region or low-beam region
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2107/00—Use or application of lighting devices on or in particular types of vehicles
    • F21W2107/10—Use or application of lighting devices on or in particular types of vehicles for land vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

一種車用投影鏡頭，實質上由該等四片透鏡所組成，包括由放大側至縮小側依序排列的一塑膠非球面第一透鏡、一光圈、一由玻璃第二透鏡及玻璃第三透鏡所組成之膠合透鏡，以及一玻璃第四透鏡；車用投影鏡頭的光圈值不大於0.8，且該等透鏡的屈光度依序為正、正、負、正。

Description

車用投影鏡頭及車燈裝置
本發明關於一種投影鏡頭，特別是指一種應用於汽車頭燈的投影鏡頭。
現今市面上常見用來代步的工具絕大部分都是汽車，而在汽車的使用上最為重要的無非是用來提供駕駛辨識前方的環境狀態之車燈。又車燈的功效不僅在於提供環境上的辨識外，進一步也可以提供給周遭人員知曉駕駛人現在所在的位置，以及達到相當程度的警示效果，然而警示用部分上，傳統之汽車車燈僅具有近光照明與遠光照明兩種，已經無法滿足駕駛人的需求。
現今市面上有業者推出可投射圖案的汽車車燈，但傳統使用在一般投影裝置的投影鏡頭，無法滿足交通法規對汽車車燈照明範圍的要求，此外，也需要考慮光學品質與成本間的平衡。因此，目前需要一種兼顧交通法規要求的照明範圍、廣視角、大光圈，且能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的光學鏡頭設計。
根據本發明一觀點，提供一種車用投影鏡頭，當滿足特定條件時，該車用投影鏡頭符合交通法規要求的照明範圍。
根據本發明一觀點，提供一種車用投影鏡頭，具有大光圈孔徑、小光圈值(F number)，以使應用該車用投影鏡頭的產品具有較大的亮度。
根據本發明的另一觀點，提供一種車用投影鏡頭，當滿足特定條件時，能提供較低的製造成本及較佳的成像品質的鏡頭設計。
根據本發明的又一觀點，提供一種車用投影鏡頭，具有廣工作溫度範圍(-20度到80度)特性。
本發明一實施例的車用投影鏡頭，包括由放大側至縮小側依序排列的一塑膠非球面第一透鏡、一光圈、一由玻璃第二透鏡及玻璃第三透鏡所組成之膠合透鏡，以及一玻璃第四透鏡；車用投影鏡頭的光圈值(F-number)不大於0.8，且車用投影鏡頭實質上由該等四片透鏡所組成，且各透鏡的屈光度依序為正、正、負、正。
本發明一實施例的車用投影鏡頭，包含一非玻璃材質的第一透鏡，為一非球面透鏡；一玻璃材質的第二透鏡，具有正屈光度；一玻璃材質的第三透鏡，具有屈光度；及一玻璃材質的第四透鏡，具有正屈光度；以及一光圈，設於該第一透鏡和該第二透鏡之間；該車用投影鏡頭實質上由該等四片透鏡依序所組成，而該車用投影鏡頭的光圈值不大於0.8；且該第一透鏡為上述該等透鏡中，外徑最大的一片。
本發明一實施例的車燈裝置，包含一發光二極體陣列( LED array)光源；一實質由四片透鏡所組成的投影鏡頭，設於該光源光路下游，且投影鏡頭包括：一非玻璃的第一透鏡，為一非球面形狀；一玻璃的第二透鏡，具有正屈光度；一玻璃的第三透鏡，具有屈光度；及一玻璃的第四透鏡，具有正屈光度；以及一光圈，設於第一透鏡和該第二透鏡之間；而該投影鏡頭光圈值不大於0.8；一車燈外罩，設於投影鏡頭光路下游。
基於上述，本發明的實施例的車用投影鏡頭及車燈裝置符合交通法規要求的照明範圍，並具有大光圈孔徑、小光圈值，以使應用該車用投影鏡頭的產品具有較大的亮度。並且，本發明的實施例的車用投影鏡頭及車燈裝置藉由使第一透鏡的材質為塑膠，且將第二透鏡及第三透鏡設計為膠合透鏡，能提供較低的製造成本且保有較佳的成像品質；而且，本發明的實施例的車用投影鏡頭及車燈裝置，藉由使近縮小側/近光源一側的三個透鏡材質為玻璃，能具有廣的工作溫度範圍。
為讓本發明的上述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。
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。下列實施例中所使用的用語「第一」、「第二」是為了辨識相同或相似的元件而使用。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。為顯現本實施例的特徵，僅顯示與本實施例有關的結構，其餘結構予以省略。
本發明所謂的透鏡，係指元件具有部份或全部可穿透的材質所構成且具屈光度(power)，通常包含玻璃或塑膠所組成。可以包含一般透鏡(lens)、稜鏡(prism)、光圈、圓柱狀透鏡、雙錐形透鏡、柱狀陣列透鏡、楔形透鏡、楔形平板(wedge)或前述元件的組合。
當鏡頭應用在投影系統中時，影像放大側(像側)係指在光路上靠近成像面(例如是螢幕)所處的一側，影像縮小側(物側)則係指在光路上靠近光源或光閥的一側。
一透鏡的物側面(或像側面)具有位於某區域的凸面部(或凹面部)，是指該區域相較於徑向上緊鄰該區域的外側區域，朝平行於光軸的方向更為「向外凸起」(或「向內凹陷」)而言。
圖1繪示的是本發明一實施例的車用投影鏡頭100的架構示意圖。請參照圖1，在本實施例中，車用頭影鏡頭100設置於第一側(影像放大側OS，也可稱放大側)與第二側(影像縮小側IS，也可稱縮小側)之間，車用投影鏡頭100有一鏡筒(未繪示)，鏡筒裡由影像放大側OS往影像縮小側IS排列包含了透鏡L1(可稱為第一透鏡)、光圈S(Aperture Stop)、透鏡L2(可稱為第二透鏡)、透鏡L3(可稱為第三透鏡)、透鏡L4(可稱為第四透鏡)。再者，影像縮小側IS可設置光源20，更詳細的說，例如可為發光二極體陣列光源(LED array)、矩陣式光源、微型發光二極體陣列(Micro LED array)光源或光閥，車用投影鏡頭100可將圖案光束透過一車燈外罩(圖中未顯示)投射至一成像面(圖中未顯示)。
於本實施例中，車用投影鏡頭100實值上由四片透鏡所組成，且第一透鏡L1至第四透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為正、正、負、正。第一透鏡L1為塑膠非球面透鏡；第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4為玻璃球面透鏡。另外，本實施例的第二透鏡L2及第三透鏡L3係為膠合透鏡。本發明各具體實施例中之影像放大側OS均分別設於各圖之左側，而影像縮小側IS均設於各圖之右側，將不予重覆說明之。此外，本發明並不特別限制各透鏡的屈光度，例如，由於第一透鏡L1為非球面透鏡，因此可能視需求而將第一透鏡L1設計為負屈光度，而第三透鏡L3也可視使用需求，設計為正屈光度。
本發明所指光圈S是指一孔徑光欄(Aperture Stop)，光圈S例如為一獨立元件，但本發明不限於此，光圈S亦可以整合於其他光學元件上。於本實施例中，光圈S是利用機構件擋去周邊光線並保留中間部份透光的方式來達到類似的效果，而前述所謂的機構件可以是可調整的。所謂可調整，是指機構件的位置、形狀或是透明度的調整。或是，光圈S也可以在透鏡表面塗佈不透明的吸光材料，並使其保留中央部份透光以達限制光路的效果。
各透鏡L1、L2、L3、L4係定義有鏡片直徑。舉例而言，如圖1所示，鏡片直徑是指該於光軸兩端的鏡面轉折點P、Q於垂直光軸方向上的距離。再者，於本實施例中，第一透鏡L1的直徑(D1)為47.27mm，第二透鏡L2的直徑(D2)為33.12mm，第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡的直徑(D2)的比值大於1.4。於本實施例中，車用投影鏡頭100具屈光度的透鏡中，至少有一透鏡的直徑在40mm至60mm之間。
球面透鏡是指透鏡前面和後面的表面都分別是球形表面的一部份，而球形表面的曲率是固定的。車用投影鏡頭100的透鏡設計參數、外形分別如表一所示。然而，下文中所列舉的資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
表一係記載了光學系統中各透鏡之光學參數之值，所述之表面編號中之*號是代表該表面為一非球面；反之，若表面編號中無*號則為球面。表一中之曲率半徑、厚度/間隔及直徑的單位為毫米(mm)。
表一
F/#= 0.70；EFL=31.57(mm)；TTL=76.88(mm) OAL=71.67(mm)；FOV=24度；D1/OAL=0.660 IM=13.6(mm) ；D1/IM=3.48；D1/D2=1.427
表面 曲率半徑 厚度/間距 折射率 阿貝數 直徑 備註  
S1* 34.73 10.00 1.492 57.44 47.27 L1(新月)  
S2* 76.07 29.72 　 　 42.50 　  
S3 INF 0.25 　 　 34.16 　  
S4 32.68 12.06 1.788 47.52 33.12 L2(雙凸)  
S5 -29.01 9.39 1.847 23.79 31.40 L3(新月)  
S6 -123.09 0.25 　 　 25.20 　  
S7 26.43 10.00 1.804 46.57 22.96 L4(新月)  
S8 24.90 5.21 　 　 16.17 　  
S9 　 　 　 　 13.90 LED array  
在表1中，間距指的是在鄰近的表面之間沿著光軸12的一直線距離。例如，表面S1的間距為表面S1到表面S2在光軸12的距離，表面S2的間距為表面S2到表面S3在光軸12的距離，表面S8的間距為表面S8到LED array(S9)在光軸12的距離。表1紀錄了各個透鏡的厚度、折射率及阿貝數，而且備註紀錄相對應的透鏡。透鏡L1由影像放大側OS往影像縮小側IS依序為表面S1與表面S2，透鏡L2由影像放大側OS往影像縮小側IS依序為表面S4與表面S5，依此類推，各元件所對應的表面則不再重複贅述。其中，光圈S的顯示面以表面S3來表示，且其曲率半徑為無限大(即為垂直光軸12的平面)；由表一中也可得知，本實施例中的第二透鏡L2與第三透鏡L3為膠合透鏡，且表面S5為膠合面，亦即，表面S5為第二透鏡L2與第三透鏡L3的共同的表面。
曲率半徑是指曲率的倒數。曲率半徑為正時，透鏡表面的球心在透鏡的影像縮小側方向。曲率半徑為負時，透鏡表面的球心在透鏡的影像放大側方向。而各透鏡之凸凹可見上表，例如第一透鏡L1為新月形透鏡，第二透鏡L2為雙凸透鏡。
本實施例的光圈值係以F/# (F number)來代表，如上表所標示者。本實施例車用投影鏡頭100應用在投影系統時，成像面位於影像放大側OS。本發明實施例中，光圈值小於等於0.8，例如本實施例中為0.70。
本實施例中，影像高度(IM)係指在矩陣式光源(LED array)表面發光區域對角線(image circle)長度，如上表所標示者。
本實施例中，車用投影鏡頭100的總長係以OAL( overall length)來表示，如上表所標示者。更明確的說，本實施例的總長是指車用投影鏡頭100最接近影像放大側OS的光學表面(S1)與最接近影像縮小側IS的光學表面(S8)之間，沿光軸12量測的距離。車用投影鏡頭100的總長(OAL)小於75mm，例如本實施例中為71.67mm。
本實施例中，車用投影鏡頭100最靠近影像放大側OS的光學表面S1到光源20表面(S9)的總長係以鏡頭到光源表面的總長TTL來表示，如上表所標示者。更明確的說，本實施例鏡頭到光源表面的總長是指車用投影鏡頭100最接近影像放大側OS的光學表面(S1)與光源20表面(S9)之間，沿光軸20量測的距離。鏡頭到光源表面的總長(TTL)小於90mm。較佳為小於80mm，例如本實施例中為76.88mm。
本實施例中，車用投影鏡頭最靠近影像縮小側IS的表面(例如為本實施例中為S8)到光源20表面(S9)的總長係以BFL來表示，更明確的說，本實施例鏡頭最靠近影像縮小側IS到光源20表面的總長是指車用投影鏡頭100最靠近影像縮小側的光學表面S8與光源20表面(S9)之間，沿光軸12量測的距離。鏡頭到光源表面的總長(BFL)小於6mm，較佳為小於5.5mm，並可大於3.5mm，較佳為大於5mm，例如本實施例中的BFL為5.21mm。此外，BFL/TTL可介於0.05和0.10之間，較佳為介於0.05到0.08之間，例如本實施例中為0.068。
本實施例中，第一透鏡L1與第三透鏡L3的阿貝數的比值介於1.8至3之間，較佳為介於2.2至2.6之間，例如例如本實施例中為2.41。
本發明實施例的車用投影鏡頭100設計可滿足下列條件：第一透鏡L1的直徑(D1)除以OAL，其值介於0.6到1.00之間，較佳為介於0.65到0.8之間、第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡L2的直徑(D2)的比值大於1.35，較佳為大於1.4，小於1.6，較佳為小於1.55、第一透鏡L1至第二透鏡L2的間距(即表面S2至表面S4間的距離)介於20到35mm間，較佳為介於25到30mm間，且第一透鏡L1至第二透鏡L2間距與車用投影鏡頭總長(OAL)的比值介於0.33到0.45間，較佳為0.35到0.43間，更佳為0.39到0.43間、第一透鏡的直徑(D1)除以影像高度IM，其值大於3，較佳為大於3.3。例如本實施例中，第一透鏡L1直徑(D1)除以OAL的值為0.66、第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡L2的直徑(D2)的比值為1.43、第一透鏡L1至第二透鏡L2的間距為29.97mm、且第一透鏡L1至第二透鏡L2間距與車用投影鏡頭鏡頭總長(OAL)的比值為0.42、第一透鏡L1的直徑(D1)除以影像高度IM的值為3.48。
於本實施例中，全視場角FOV是指最接近影像放大側OS的光學表面S1的收光角度，亦即以水平線與垂直線量測所得之視野 (field of view)，如上表所標示者。本實施例中，全視場角FOV為24度。於另一實施例中，全視場角FOV為20度。在一實施例中，當全視場角FOV為20度時，其相對照度值大於等於50。本實施例中，車用投影鏡頭100為定焦鏡頭。
本發明實施例中，車用投影鏡頭100可將矩陣式光源發出的長寬比介於2.5：1至6：1的光束，投射到水平地面，且車燈燈罩至地面投影光束的距離為5公尺到25公尺之間。本發明實施例中，車用投影鏡頭100的空間頻率在10 lp/mm下，且在波長550nm光譜下的調制轉換函數(MTF)值小於50%。在另一實施例中，車用投影鏡頭100的空間頻率在10 lp/mm下，且在波長550nm光譜下的調制轉換函數(MTF)值小於30%。
本發明一實施例之車用投影鏡頭100的光圈值約小於等於0.8，例如本實施例中，車用投影鏡頭的光圈值為0.70。車用投影鏡頭100包含膠合透鏡以修正色差，膠合透鏡的兩個透鏡間沿光軸的最小距離小於等於0.01mm。膠合透鏡(doublet lens)例如可為三合透鏡(triplet lens)取代而不限定。雙合透鏡、膠合透鏡、結合透鏡、三合透鏡都包含曲率半徑實質相同或相近的對應鄰近表面。車用投影鏡頭具屈光度的透鏡總片數為4片。本發明實施例車用投影鏡頭適用於至少-40到105度的工作溫度範圍。
在本實施例中，表面S1到表面S2為非球面，可被以下的方程式(1)表述：
Figure 02_image001
………(1)
在前述方程式(1)中， Z為光軸A方向的偏移量（Sag），c為一密切球面（osculating sphere）之半徑的倒數，即接近光軸A之曲率半徑的倒數(例如是表面S1到表面S2的曲率半徑)。K為一圓錐係數（conic constant），r為一非球面高度，即一透鏡中心到一透鏡邊緣的高度。A2、A4、A6、A8、A10、及A12…等為非球面係數（aspheric coefficient），且在本實施例中，圓錐係數K 與非球面係數A2皆為零。表面S1到表面S2的參數值列於下表二。
表二
表面 A 4 A 6 A 8 A 10 A 12
S1* 1.5799E-05 4.8328E-09 1.7233E-11 -7.0290E-14 6.4163E-17
S2* 4.2231E-06 5.9464E-08 -7.2405E-11 -6.3310E-14 1.5676E-16
以下將說明本發明另一實施例的車用投影鏡頭100，其各元件的實際設計可見於下列表三。下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
表三
F/#= 0.71；EFL=31.30(mm)；TTL=76.84(mm) OAL=71.81(mm)；FOV=24度；D1/OAL=0.634 IM=13.6(mm) ；D1/IM=3.35；D1/D2=1.417
表面 曲率半徑 厚度/間距 折射率 阿貝數 直徑 備註  
S1* 34.71 10.00 1.492 57.44 45.53 L1(新月)  
S2* 76.00 28.34     40.60    
S3 INF 0.25     33.52 光圈  
S4 32.19 12.30 1.788 47.52 32.14 L2(雙凸)  
S5 -27.69 10.00 1.847 23.79 29.80 L3(新月)  
S6 -146.31 0.92     26.13    
S7 29.13 10.00 1.904 31.32 23.41 L4(新月)  
S8 30.60 5.02     16.66    
S9         13.43 LED array  
由表三中可得知，本實施例實質上由該等四片透鏡所組成，本實施例中的第二透鏡L2與第三透鏡L3為膠合透鏡，且表面S5為膠合面。第一透鏡L1至第四透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為正、正、負、正。第一透鏡L1為塑膠非球面透鏡；第二透鏡L2、第三透鏡L3及第四透鏡L4為玻璃球面透鏡。此外，本發明並不特別限制各透鏡的屈光度，例如，由於第一透鏡L1為非球面透鏡，因此可能視需求而將第一透鏡L1設計為負屈光度，而第三透鏡L3也可視使用需求，設計為正屈光度。
本實施例的光圈值係以F/# (F number)來代表，如上表所標示者。本實施例鏡頭應用在投影系統時，成像面位於影像放大側OS。本發明實施例中，光圈值小於等於0.8，例如本實施例中為0.71。
本實施例中，車用投影鏡頭100的總長係以(OAL)來表示，如上表所標示者。車用投影鏡頭100的鏡頭總長(OAL)小於75mm，例如本實施例中為71.81mm。
本實施例中，車用投影鏡頭100最靠近影像放大側OS的光學表面(S1)到光源表面(S9)的總長係以鏡頭到光源表面的總長(TTL)來表示，如上表所標示者。鏡頭到光源表面的總長(TTL)小於80mm，例如本實施例中為76.84mm。
本實施例中，車用投影鏡頭100最靠近影像縮小側IS到光源20表面的總長係以(BFL)來表示。鏡頭到光源表面的總長(BFL)小於6mm，例如本實施例中為5.02mm，本實施例的BFL/TTL介於0.05和0.10之間，例如本實施例中為0.065。
本發明實施例的車用投影鏡頭100設計可滿足下列條件：第一透鏡L1直徑(D1)除以OAL，其值介於0.6到0.90之間、第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡L2的直徑(D2)的比值大於1.4、第一透鏡L1至第二透鏡L2的間距介於20~35mm間，且第一透鏡L1至第二透鏡L2間距與鏡頭總長(OAL)的比值介於0.33~0.45間、第一透鏡直徑(D1)除以影像高度(IM)，其值大於3。例如本實施例中，第一透鏡L1直徑(D1)除以OAL的值為0.63、第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡L2的直徑(D2)的比值為1.42、第一透鏡L1至第二透鏡L2的間距為28.59，第一透鏡L1至第二透鏡L2間距與鏡頭總長(OAL)的比值為0.40、第一透鏡L1的直徑(D1)除以影像高度IM的值為3.35。
本發明實施例中，車用投影鏡頭100可將矩陣式光源發出的長寬比介於2.5：1至6：1的光束，投射到水平地面，且車燈燈罩至地面投影光束的距離為5公尺到25公尺之間。本發明實施例中，車用投影鏡頭100的空間頻率在10 lp/mm下，且在波長550nm光譜下的調制轉換函數(MTF)值小於25%。在另一實施例中，車用投影鏡頭100的空間頻率在10 lp/mm下，且在波長550nm光譜下的調制轉換函數(MTF)值小於20%。
在本實施例中，表面S1到表面S2為非球面，且亦可被方程式(1)表述：
在本實施例中，圓錐係數K 與非球面係數A2皆為零。表面S1到表面S2的參數值列於下表四。
表四
表面 A 4 A 6 A 8 A 10 A 12
S1* 2.7054E-05 -3.7564E-08 7.9461E-11 -6.4412E-14 1.0847E-17
S2* -1.3955E-06 5.8481E-08 -5.4619E-11 -1.6194E-15 2.2503E-17
以下將說明本發明又一實施例的車用投影鏡頭，其各元件的實際設計可見於下列表五。
表五
F/#= 0.70；EFL=31.90(mm)；TTL=67.80(mm) OAL=62.44(mm)；FOV=24度；D1/OAL=0.801 IM=13.6(mm) ；D1/IM=3.68；D1/D2=1.515
表面 曲率半徑 厚度/間距 折射率 阿貝數 直徑 備註  
S1* 28.04 10.34 1.492 57.44 50.00 L1(新月)  
S2* 46.88 15.84     46.00    
S3 INF 10.46     39.40 光圈  
S4 21.26 15.40 1.729 54.67 33.00 L2(雙凸)  
S5 -25.02 2.40 1.847 23.79 25.00 L3(雙凹)  
S6 46.08 3.79     19.40    
S7 13.61 4.19 1.847 23.79 17.23 L4(新月)  
S8 19.06 5.36     15.00    
S9         13.57 LED array  
由表五中可得知，本實施例實質上由該等四片透鏡所組成，本實施例中的第二透鏡L2與第三透鏡L3為膠合透鏡，且表面S5為膠合面。
本實施例的光圈值係以F/# (F number)來代表，如上表所標示者。本實施例鏡頭應用在投影系統時，成像面位於影像放大側OS。本發明實施例中，光圈值小於等於0.8，例如本實施例中為0.70。
本實施例中，車用投影鏡頭100的總長係以OAL來表示，如上表所標示者。車用投影鏡頭100的鏡頭總長(OAL)小於75mm，例如本實施例中為62.44mm。
本實施例中，車用投影鏡頭100最靠近影像放大側OS的光學表面S1到光源表面S9的總長係以鏡頭到光源表面的總長(TTL)來表示，如上表所標示者。鏡頭到光源表面的總長(TTL)小於80mm，例如本實施例中為67.80mm。
本實施例中，車用投影鏡頭100最靠近影像縮小側IS到光源20表面S9的總長係以BFL來表示。鏡頭到光源20表面S9的總長(BFL)小於6mm，例如本實施例中為5.36mm，本實施例的BFL/TTL介於0.05和0.10之間，例如本實施例中為0.079。
本發明實施例的車用投影鏡頭100設計可滿足下列條件：第一透鏡L1直徑(D1)除以OAL，其值介於0.6到0.85之間、第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡L2的直徑(D2)的比值大於1.4、第一透鏡L1至第二透鏡L2的間距介於20~35mm間，且第一透鏡L1至第二透鏡L2間距與鏡頭總長(OAL)的比值介於0.33~0.45間、第一透鏡L1直徑(D1)除以影像高度IM，其值大於3。例如本實施例中，第一透鏡L1直徑(D1)除以OAL的值為0.80、第一透鏡L1的直徑(D1)與第二透鏡L2的直徑(D2)的比值為1.52、第一透鏡L1至第二透鏡L2的間距為26.30，第一透鏡L1至第二透鏡L2間距與鏡頭總長(OAL)的比值為0.42、第一透鏡L1的直徑(D1)除以影像高度IM的值為3.68。
在本實施例中，表面S1到表面S2為非球面，且亦可被方程式(1)表述：
在本實施例中，圓錐係數K 與非球面係數A2皆為零。表面S1到表面S2的參數值列於下表六。
表六
表面 A 4 A 6 A 8 A 10 A 12
S1* 6.732E-06 6.297E-09 -4.842E-11 1.456E-13 -2.121E-16
S2* 7.045E-06 -3.096E-08 1.460E-10 -4.259E-13 3.154E-16
綜上所述，本發明的實施例的車用投影鏡頭100，符合交通法規要求的照明範圍，並具有大光圈孔徑、小光圈值，以使應用該車用投影鏡頭的產品具有較大的亮度及較高的效率。並且，本發明的實施例的車用投影鏡頭100及車燈裝置藉由使第一透鏡L1的材質為塑膠，且將第二透鏡L2及第三透鏡L3設計為膠合透鏡，能提供較低的製造成本且保有較佳的成像品質；而該車用投影鏡頭100中透鏡的屈光度，由放大側至縮小側依序為正、正、負、正，亦使該車用頭影鏡頭100具有較佳的成像品質；此外，本實施例藉由使車用投影鏡頭100實質上由四片透鏡所組成，亦能達成低製造成本的目的。而且，本發明的實施例的車用投影鏡頭100及車燈裝置，藉由使近縮小側/近光源一側的三個透鏡材質為玻璃，能具有廣的工作溫度範圍。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:車用投影鏡頭 12:光軸 20:光源 D:直徑 L1、L2、L3、L4:透鏡 P、Q:鏡面轉折點 S:光圈 S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9:表面 OS:影像放大側 IS:影像縮小側
圖1繪示為本發明一實施例的車用投影鏡頭的示意圖。 圖2繪示為本發明另一實施例的車用投影鏡頭的示意圖。 圖3繪示為本發明又一實施例的車用投影鏡頭的示意圖。
100:車用投影鏡頭
12:光軸
20:光源
D:直徑
L1、L2、L3、L4:透鏡
P、Q:鏡面轉折點
S:光圈
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9:表面
OS:影像放大側
IS:影像縮小側

Claims (11)

  1. 一種車用投影鏡頭，包括： 由放大側至縮小側依序排列的一塑膠非球面第一透鏡、一光圈、一由玻璃第二透鏡及玻璃第三透鏡所組成之膠合透鏡，以及一玻璃第四透鏡； 該車用投影鏡頭的光圈值(F-number)不大於0.8，而該車用投影鏡頭實質上由該等四片透鏡所組成，且該等透鏡的屈光度依序為正、正、負、正。
  2. 一種車用投影鏡頭，包括： 一非玻璃材質的第一透鏡，為一非球面透鏡； 一玻璃材質的第二透鏡，具有正屈光度； 一玻璃材質的第三透鏡，具有屈光度；及 一玻璃材質的第四透鏡，具有正屈光度；以及 一光圈，設於該第一透鏡和該第二透鏡之間； 該車用投影鏡頭實質上由該等四片透鏡依序所組成，而該車用投影鏡頭的光圈值不大於0.8； 且該第一透鏡為上述該等透鏡中，外徑最大的一片。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該第一透鏡的直徑與該第二透鏡的直徑的比值大於1.4。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該第一透鏡與第二透鏡的間距介於20~35mm間。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該第一透鏡與第二透鏡間距與車用投影鏡頭總長的比值介於0.33至0.45間。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該第一透鏡與第三透鏡的阿貝數比值介於1.8至3間。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該車用投影鏡頭的總長小於90mm。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該鏡頭的空間頻率在10 lp/mm下，且在波長550nm光譜下的調制轉換函數(MTF)值小於25%。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之車用投影鏡頭，其中，該第一透鏡的直徑除以影像高度的值大於3。
  10. 一種車燈裝置，包含： 一發光二極體陣列( LED array)光源； 一實質由四片透鏡所組成的投影鏡頭，設於該光源光路下游，包括： 一非玻璃的第一透鏡，為一非球面形狀； 一玻璃的第二透鏡，具有正屈光度； 一玻璃的第三透鏡，具有屈光度；及 一玻璃的第四透鏡，具有正屈光度；以及 一光圈，設於第一透鏡和該第二透鏡之間； 而該投影鏡頭光圈值不大於0.8； 一車燈外罩，設於投影鏡頭光路下游。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之車燈裝置，其中該發光二極體陣列光源，為一微型發光二極體陣列(Micro LED array)光源。
TW110120645A 2021-06-07 2021-06-07 車用投影鏡頭及車燈裝置 TWI778651B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110120645A TWI778651B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 車用投影鏡頭及車燈裝置
US17/470,759 US11635600B2 (en) 2021-06-07 2021-09-09 Vehicle projection lens and vehicle lamp
CN202210635722.9A CN115508987A (zh) 2021-06-07 2022-06-06 车用投影镜头及车灯装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110120645A TWI778651B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 車用投影鏡頭及車燈裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI778651B true TWI778651B (zh) 2022-09-21
TW202248565A TW202248565A (zh) 2022-12-16

Family

ID=84390234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110120645A TWI778651B (zh) 2021-06-07 2021-06-07 車用投影鏡頭及車燈裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11635600B2 (zh)
CN (1) CN115508987A (zh)
TW (1) TWI778651B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170284622A1 (en) * 2014-09-02 2017-10-05 Osram Gmbh Illumination device for variable illumination
TW201805678A (zh) * 2017-04-13 2018-02-16 玉晶光電股份有限公司 光學成像鏡頭
CN109425953A (zh) * 2017-08-22 2019-03-05 玉晶光电(厦门)有限公司 光学成像镜头
US20190113198A1 (en) * 2017-10-13 2019-04-18 Valeo Vision Lighting module forming a light pattern divided into a sharp upper portion and a fuzzy lower portion
US20190219233A1 (en) * 2016-05-23 2019-07-18 Panasonic Corporation Light emitting device and illuminating apparatus

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133684A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Canon Inc 撮影レンズ
JP2005091666A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Nagano Kogaku Kenkyusho:Kk 撮像レンズ
AU2003304557A1 (en) * 2003-10-22 2005-06-08 Carl Zeiss Smt Ag Refractive projection objective for immersion lithography
JP5370109B2 (ja) * 2009-12-02 2013-12-18 株式会社リコー 撮像レンズおよび撮像装置
CN103765086B (zh) 2011-09-01 2016-08-17 株式会社小糸制作所 车辆用前照灯装置
JP5953742B2 (ja) 2011-12-27 2016-07-20 市光工業株式会社 車両用前照灯
DE102012106490A1 (de) 2012-07-18 2014-03-27 Hella Kgaa Hueck & Co. Scheinwerfer für Fahrzeuge
TWI546491B (zh) 2014-02-20 2016-08-21 逢甲大學 汽車近光燈
KR101509462B1 (ko) * 2014-08-29 2015-04-08 주식회사 세코닉스 프로젝터의 투사 렌즈 유닛
TWI637125B (zh) 2016-03-25 2018-10-01 世正光電股份有限公司 車燈裝置及其配光方法
CN107272141B (zh) * 2016-04-06 2019-06-14 大立光电股份有限公司 光学系统镜组、取像装置及电子装置
CN205880362U (zh) * 2016-06-16 2017-01-11 贾怀昌 一种目镜光学系统及应用其的微显示光学系统
CN110068909B (zh) * 2018-01-24 2021-08-17 新巨科技股份有限公司 四片式红外波长投影镜片组
CN108227149B (zh) * 2018-01-30 2024-04-02 江西联益光学有限公司 准直镜头
CN109407274A (zh) * 2018-11-23 2019-03-01 信华精机有限公司 一种日夜共焦光学镜头
TWI674430B (zh) * 2019-01-29 2019-10-11 中國商信泰光學（深圳）有限公司 光學鏡頭(三)
CN111158115B (zh) * 2020-02-24 2021-11-02 诚瑞光学(常州)股份有限公司 摄像光学镜头

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170284622A1 (en) * 2014-09-02 2017-10-05 Osram Gmbh Illumination device for variable illumination
US20190219233A1 (en) * 2016-05-23 2019-07-18 Panasonic Corporation Light emitting device and illuminating apparatus
TW201805678A (zh) * 2017-04-13 2018-02-16 玉晶光電股份有限公司 光學成像鏡頭
CN109425953A (zh) * 2017-08-22 2019-03-05 玉晶光电(厦门)有限公司 光学成像镜头
US20190113198A1 (en) * 2017-10-13 2019-04-18 Valeo Vision Lighting module forming a light pattern divided into a sharp upper portion and a fuzzy lower portion

Also Published As

Publication number Publication date
US20220397745A1 (en) 2022-12-15
TW202248565A (zh) 2022-12-16
CN115508987A (zh) 2022-12-23
US11635600B2 (en) 2023-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110346895B (zh) 定焦镜头
TWI717218B (zh) 鏡頭及其製造方法及車燈裝置
CN112882211B (zh) 一种大孔径的四片式光学镜头
TW201908800A (zh) 光學鏡頭
WO2022041680A1 (zh) 一种大孔径的三片式透镜光学镜头
WO2019082933A1 (en) OPTICAL PROJECTION SYSTEM AND IMAGE PROJECTION DEVICE
CN112147758B (zh) 光学镜头及头戴式显示装置
CN110879471B (zh) 光学系统、投影设备以及头戴设备
TWI760698B (zh) 投影鏡頭及其製造方法
TWI410671B (zh) 投影鏡頭
TWI742307B (zh) 取像鏡頭及其製造方法
TWI768313B (zh) 光學鏡頭及頭戴式顯示裝置
TWI756512B (zh) 定焦鏡頭及其製造方法
TWI778651B (zh) 車用投影鏡頭及車燈裝置
TW202144843A (zh) 光學鏡頭及其製造方法
CN113391432B (zh) 一种大孔径的三片式光学镜头
CN111323893B (zh) 镜头及其制造方法
CN110687658A (zh) 镜头及其制造方法
TWI818095B (zh) 光學鏡頭及其製造方法
TWI811987B (zh) 光學鏡頭
TWI815296B (zh) 投影鏡頭
TW202336381A (zh) 車用投影鏡頭和車燈裝置
CN110716281A (zh) 镜头及其制造方法
TWI836462B (zh) 車用定焦投影鏡頭
TWI819774B (zh) 車用投影鏡頭

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent