TWI809981B - 光學透鏡及透鏡裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學透鏡及透鏡裝置。該光學透鏡包含一個適用於供數光線往前射出的第一前透鏡部，以及一個第一後透鏡部。該第一後透鏡部包括一個由一後端往前凹且適用於供該等光線入射的第一入光面，以及一個由該後端往前延伸地圍繞在該第一入光面外的第一反射面。該第一反射面包括兩個分別位於該第一入光面的上下兩側的第一面部、兩個分別位於該第一入光面左右兩側的第二面部，以及數個連接於該等第一面部與該等第二面部間的第三面部。該等第一面部、該等第二面部、該等第三面部彼此不連續。本發明不連續的面部結構，具有利於控制光形，與提高出光效率的特點。

Description

光學透鏡及透鏡裝置

本發明是有關於一種車燈裝置的零組件，特別是指一種適用於搭配光源產生車燈光形的光學透鏡及透鏡裝置。

參閱圖1、2，我國公告第I697642號專利案(家族專利案美國公告第10,781,998號專利案)，公開了一種透鏡裝置1。該透鏡裝置1包括數個左右排列一體連結排列的光學透鏡11。由於該等光學透鏡11的結構均相同，因此將以其中一個光學透鏡11為代表說明。

該光學透鏡11適用於將數光線往前投射以形成一遠燈光形，並包括前後一體連結的一前透鏡部12與一後透鏡部13。該前透鏡部12具有一概呈圓柱面的一部份的出光面121。該後透鏡部13利用雙曲線的光學特性來集光，因此該後透鏡部13的一反射面131，是以一雙曲線14的兩條曲線15的其中一條的一線段16，繞該光學透鏡11的一光軸A0轉一圈而形成，因此該反射面131是一連續面，沒有不連續的分區設計。

本發明的目的在於：提供一種能夠改善先前技術的至少一個缺點的光學透鏡。

該光學透鏡適用於將數光線往前投射，並包含一第一前透鏡部，以及一第一後透鏡部。

該第一前透鏡部包括一個位於前方且適用於供該等光線往前射出的第一出光面。該第一後透鏡部包括一後端、一個由該後端往前凹且適用於供該等光線入射的第一入光面，以及一個由該後端往前延伸地圍繞在該第一入光面外的第一反射面。該第一反射面包括兩個分別位於該第一入光面的上下兩相反側的第一面部、兩個分別位於該第一入光面左右兩相反側的第二面部，以及數個連接於該等第一面部與該等第二面部間的第三面部。該等第一面部、該等第二面部、該等第三面部彼此不連續。

本發明光學透鏡的功效在於：該光學透鏡的該第一反射面包括不連續的該等第一面部與該等第二面部及該等第三面部，具有可供分區設計而易於控制光形並提高出光效率的特點。

本發明的另外一個目的在於：提供一種能夠改善先前技術的至少一個缺點的透鏡裝置。

該透鏡裝置包含一個如前所述的光學透鏡，以及一個出光透鏡。該光學透鏡適用於將該等光線往前投射出一近燈光形，且該光學透鏡的該第一出光面為一圓柱面的一部分。該出光透鏡適用於將數光線往前投射出一遠燈光形，並包括前後連接的一第二前透鏡部與一第二後透鏡部。該第二前透鏡部包括一個位於前方的第二出光面。該第二出光面為該圓柱面的一部分，而與該第一出光面共面。該第二後透鏡部包括一個由後往前凹的第二入光面，以及一個由後往前延伸並圍繞在該第二入光面外的第二反射面。

本發明透鏡裝置的功效在於：該光學透鏡具有如前所述的特點，該第一出光面與該第二出光面共面，則具有能將遠近燈透鏡整合在一起的特點。

在以下的說明內容中，類似或相同的元件將以相同的編號來表示。

參閱圖3至5，本發明光學透鏡及透鏡裝置的一個第一實施例為一透鏡裝置，適用於將兩光源2產生的數光線往前投射，且包含兩個左右一體連接且適用於分別搭配該等光源2的光學透鏡3。由於該等光學透鏡3的結構相同，因此在接下來的說明中，主要將以該等光學透鏡3的其中一者與該等光源2對應的其中一個為代表作說明。另外，在以下的說明中，前後方向是以本第一實施例為相對參考基準，並以光線最後投射出去的方向為前方。

參閱圖4至6，其中，圖6是沿著圖5中線Ⅵ-Ⅵ垂直剖切的剖視圖。該光學透鏡3定義出一前後延伸的第一光軸A11，並包含前後一體連接的一第一前透鏡部31與一第一後透鏡部32。

該第一前透鏡部31包括一個位於前方且適用於供該等光線往前射出的第一出光面311(輔參圖3)。該第一出光面311為軸向方向與左右方向同向的一個圓柱面的一部分，且由後往前凸。該第一出光面311定義出一個位在該光學透鏡3的該第一光軸A11上的第一焦點F11(見圖6)。

該第一後透鏡部32包括一個位於該光學透鏡3最後方的後端33、一個由該後端33往前凹且適用於供該等光線入射的第一入光面34，以及一個由該後端33往前延伸且整體外形概呈碗狀而圍繞罩設在該第一入光面34外的第一反射面35。

該第一入光面34圍繞界定出一由該後端33往前凹伸的入光空間S11(見圖6)。該入光空間S11包括一個被該後端33所圍繞的開口S12。

該第一入光面34包括一個間隔地位於該開口S12前方且位於該入光空間S11前端的主面部341，以及一個由該第一後透鏡部32的該後端33往前延伸連接該主面部341的環面部342。

參閱圖6至8，其中，圖7是沿著圖5中線Ⅶ-Ⅶ橫向剖切的剖視圖，因此圖面的上下方向為實際上的左右方向，圖8是沿圖5中線Ⅷ-Ⅷ斜向剖切的剖視圖，因此圖面的上下方向為實際上的斜向方向。

該主面部341與該環面部342相配合圍繞界定出該入光空間S11。該主面部341與上下剖切的垂直剖面相配合構成一往後凸的主曲線L341(見圖6)，且以該主曲線L341概為左右移動延伸的軌跡路徑可構成該主面部341，因此該主面部341與左右橫向剖切的剖面相配合呈現一概為左右延伸且較為筆直的主線段L342(見圖7)。另外，由於圖8為斜向剖切，因此該主面部341於圖8中顯現的彎曲程度，界於該主面部341於圖6及圖7中所顯現的彎曲程度。

參閱圖4至6，該環面部342由後往前略微延伸窄縮，並包括兩個彼此上下間隔且在左右方向上橫向延伸的第一面段343(見圖5示意)、兩個左右間隔且凹面相向地彎曲延伸的第二面段344(見圖5示意)，以及數個連接於該等第一面段343與該等第二面段344間的第三面段345(見圖5示意)。該等第二面段344與該等第三面段345彼此連續地彎曲延伸連接。該等第三面段345兩個一組地斜向相對(左上右下相對，或右上左下相對)。

該第一反射面35圍繞在該等第一面段343與該等第二面段344及該等第三面段345外，並包括兩個分別位於該等第一面段343的上下外側的第一面部351、兩個分別位於該等第二面段344左右外側的第二面部352，以及數個連接於該等第一面部351與該等第二面部352間且位於該等第三面段345外側的第三面部353(輔參圖8)。該等第一面部351、該等第二面部352、該等第三面部353彼此不連續地連接，而形成數個由該第一後透鏡部32的該後端33往前彎曲延伸至連接該第一前透鏡部31的不連續交界B11。

每一第一面部351與垂直剖面相配合構成一條如圖6所示的第一拋物線L351。每一第一拋物線L351的拋物焦點疊合於該第一出光面311所定義出的該第一焦點F11。實際上，每一第一面部351是由各別的一條第一拋物線L351概為左右移動延伸的軌跡路徑構成，因此每一第一面部351連接該第一前透鏡部31的部位形成一條左右延伸的交界線B21。

參閱圖4、5、7，每一第二面部352與橫向剖切的剖面相配合構成一條如圖7所示的第二拋物線L352。每一第二拋物線L352的拋物焦點疊合該第一出光面311所定義出的該第一焦點F11。該等第二面部352的彎曲程度大於該等第一面部351的彎曲程度，具體來說是指該等第二面部352相較於該等第一面部351，在三維空間中更貼近拋物面的形狀。

參閱圖4、5、8，每一第三面部353與斜向剖切的剖面相配合構成一條如圖8所示的第三拋物線L353。每一第三拋物線L353的拋物焦點疊合該第一出光面311所定義出的該第一焦點F11。該等第三面部353的彎曲程度大於該等第二面部352的彎曲程度，具體來說是指該等第三面部353相較於該等第二面部352，在三維空間中更貼近拋物面的形狀，因此彎曲程度最大，也最貼近拋物面的形狀。該等第一面部351、該等第二面部352、該等第三面部353的彎曲程度與貼近拋物面的程度對光形有所影響，容後說明。

參閱圖6至8，該光源2所產生的光線，其中一部分經由該第一入光面34的主面部341入射並折射後，由該第一出光面311射出，如圖6至8中的主要光線L11所示，並形成如圖9所示的主要光形P11。

於圖6中，該等主要光線L11在入射該主面部341於該主曲線L341折射後，延長線將交會形成一第一虛焦F21。該第一虛焦F21疊合該第一出光面311定義出來的該第一焦點F11。

於圖7中，該等主要光線L11在入射該主面部341並折射後，延長線將交會形成一第二虛焦F22。該第二虛焦F22在前後方向上位於第一焦點F11/該第一虛焦F21及該光源2之間。(圖7中第一虛焦F21僅是示意相對參考位置，並非主面部341於圖7剖切方向中使光線實際形成該第一虛焦F21)

如前所述，主面部341在圖8中的彎曲程度界於圖6、7的彎曲程度之間，因此於圖8中，該等主要光線L11在入射該主面部341並折射後，延長線將交會形成一第三虛焦F23。該第三虛焦F23在前後方向上位於該第一虛焦F21與該第二虛焦F22之間。(圖8中該第一虛焦F21與第二虛焦F22僅是示意相對參考位置，並非主面部341於圖8剖切方向中使光線實際形成該第一虛焦F21與該第二虛焦F22)

其中，隨著斜向剖切的位置不同，該第三虛焦F23的位置會有所變化。具體來說，當斜向剖切的剖面靠近垂剖面，該第三虛焦F23的位置會靠近該第一虛焦F21的位置，而當斜向剖切的位置靠近橫向剖切的剖面，該第三虛焦F23的位置會靠近該第二虛焦F22的位置。由於該第三虛焦F23的位置會隨著剖切位置變化而不同，因此在圖8中僅為示意。

由於該主面部341於圖6至8中的彎曲程度不同且形成不同的所述第一虛焦F21/第二虛焦F22/第三虛焦F23，因此所述主要光線L11在圖6至8中分別形成不同光形而相配合構成如圖9所示的該主要光形P11。具體來說，圖6中的主要光線L11為聚焦光，構成該主要光形P11的中央聚焦部位，圖7中的主要光線L11為擴散光，構成該主要光形P11左右延伸的擴散部位，圖8中的主要光線L11為銜接光，銜接該主要光形P11的聚焦部位與擴散部位。

參閱圖4、6、10，該光源2所產生的光線，其中一部分經由該第一入光面34上下間隔的該等第一面段343入射，再由該第一反射面35的該等第一面部351反射後，由該第一出光面311射出，如圖6中的第一光線L21所示，並形成如圖10所示的第一光形P21。

其中，由於構成每一第一面部351的所述第一拋物線L351的拋物焦點疊合該第一出光面311的該第一焦點F11，因此該等第一光線L21能形成在上下方向上會聚的光形。具體來說，是指該第一光形P21在圖10圖面的上下方向上集中在0～-8度間。

其中，由於每一第一面部351是由所述第一拋物線L351左右移動構成，因此該第一光形P21可左右擴張延伸。具體來說，該第一光形P21在左右方向上的一第一寬度W11達左右±50度。

參閱圖4、8、12，該光源2所產生的光線，其中一部分經由該第一入光面34的該等第三面段345入射，再由該第一反射面35的該等第三面部353反射後，由該第一出光面311射出，如圖8中的第三光線L23所示，並形成如圖12所示的第三光形P23。

其中，由於該等第三面部353如前所述，在所述第一面部351、所述第二面部352、所述第三面部353三者中，是最貼近拋物面的形狀，因此該第三光形P23最為集中。具體來說，該第三光形P23主要亮區在左右方向的第三寬度W13為左右±7.5度。

參閱圖4、7、11，該光源2所產生的光線，其中一部分經由該第一入光面34左右間隔的該等第二面段344入射，再由該第一反射面35的該等第二面部352反射後，由該第一出光面311射出，如圖7中的第二光線L22所示，該等第二光線L22彼此概為平行，並能相配合形成如圖11所示的第二光形P22。

其中，由於該等第二面部352的彎曲程度界於該等第一面部351與該等第二面部352間，因此該第二光形P22主要亮區在左右方向上的第二寬度W12界於該第一寬度W11與該第三寬度W13間，約為左右±15度。

參閱圖9至13，前述的主要光形P11、第一光形P21、第二光形P22、第三光形P23疊合後將產生如圖13所示的近燈光形P31。所述的近燈光形P31，具體來說是在上下方向的0度位置附近，形成一條明暗截止線L31。

在本第一實施例中，由於該第一反射面35的該等第一面部351、該等第二面部352、該等第三面部353彼此不連續，也就是該等第一面部351、該等第二面部352、該等第三面部353的設計彼此不同，從而可產生出如前所述彼此不同的各種光形，進而可疊加出該近燈光形P31。

因此本發明的特點之一即在於，相較於先前技術，本發明具有可分區設計以更細緻地產生出理想光形的特點。以本第一實施例而言具體來說，該第一光形P21主要用在使該近燈光形P31左右長向延伸至±50度。該第三光形P23主要用在提高該近燈光形P31中央區域的亮度。該第二光形P22的寬度介於該第一光形P21與該第三光形P23間，則能用以和緩銜接該第三光形P23與該第一光形P21間的亮度差。除此之外，藉由更細緻的分區設計，本發明也具有可提高整體出光效率的特點。

本實施例的第二個特點在於：該主面部341以該主曲線L341左右移動構成，因此該主面部341在不同方向上能分別形成如前所述的聚焦光、擴散光與銜接光，進而形成該主要光形P11。

參閱圖14至16，本發明光學透鏡及透鏡裝置的一個第二實施例與該第一實施例類似，不同的地方在於省略其中一個所述光學透鏡3，並包含一個與剩下的所述光學透鏡3左右一體連接的出光透鏡4。

該出光透鏡4適用於將數光線往前投射出一如圖17所示的遠燈光形P41，並包括前後連接的一第二前透鏡部41與一第二後透鏡部42。

該第二前透鏡部41包括一個位於前方的第二出光面411，該第二出光面411與該光學透鏡3的該第一出光面311，為同一圓柱面的一部分，而彼此連續延伸地共面。該第二出光面411定義出一位在該出光透鏡4的一第二光軸A12上的第二焦點F12(見圖16)。

該第二後透鏡部42包括一個由後端33往前凹的第二入光面421。以及一個由後端33往前延伸並圍繞在該第二入光面421外的第二反射面422。

該第二反射面422為一雙曲線L41的其中一條曲線L42的一線段L43繞該出光透鏡4的該第二光軸A12轉一圈形成，因此經該第二入光面421折射的光，延長線交會在該其中一條曲線L42的焦點F42a，經該第二入光面421折射後並經該第二反射面422反射的光，延長線交會在另外一條曲線L42的焦點F42b，且該雙曲線L41的另外一條曲線L42的焦點F42b重疊該第二焦點F12。

該出光透鏡4利用雙曲線原理產生所述遠燈光形P41，可更進一步參考我國公告第I697642號專利案。在本發明的其他實施態樣中，也可以利用其他可產生遠燈光形的結構與原理。

由於本第二實施例與該第一實施例相同，都具有該光學透鏡3，因此本第二實施例具有與該第一實施例相同的優點。本第二實施例更特別的地方在於，該出光透鏡4的該第二出光面411與該光學透鏡3的該第一出光面311共面，也就是說該出光透鏡4與該光學透鏡3共用一個出光面，因此本第二實施例的特點即在於將遠近燈的透鏡整合在一起。

另外，由於通常知識者可知焦點實際上有一範圍而非完美一點，因此在本發明的各實施例中，所述的實/虛焦點疊合，可以是部分疊在一起(交疊)，或完全疊在一起(重疊)。

綜上所述，本發明光學透鏡及透鏡裝置的功效在於：該光學透鏡3不連續的等第一面部351、該等第二面部352與該等第三面部353，利於分區設計控制光形，並提高出光率，而該光學透鏡3的該第一出光面311與該出光透鏡4的該第二出光面411共面，具有將遠鏡燈透鏡整合在一起的特點。

以上所述者，僅為本發明的實施例而已，不能以此限定本發明的申請專利範圍，且依本發明申請專利範圍及專利說明書簡單等效變化與修飾之態樣，亦應為本發明申請專利範圍所涵蓋。

2:光源

3:光學透鏡

31:第一前透鏡部

311:第一出光面

32:第一後透鏡部

33:後端

34:第一入光面

341:主面部

342:環面部

343:第一面段

344:第二面段

345:第三面段

35:第一反射面

351:第一面部

352:第二面部

353:第三面部

4:出光透鏡

41:第二前透鏡部

411:第二出光面

42:第二後透鏡部

421:第二入光面

422:第二反射面

A11:第一光軸

A12:第二光軸

B11:不連續交界

B21:交界線

F11:第一焦點

F12:第二焦點

F21:第一虛焦

F22:第二虛焦

F23:第三虛焦

F42a:焦點

F42b:焦點

L11:主要光線

L21:第一光線

L22:第二光線

L23:第三光線

L31:明暗截止線

L341:主曲線

L342:主線段

L351:第一拋物線

L352:第二拋物線

L353:第三拋物線

L41:雙曲線

L42:曲線

L43:線段

P11:主要光形

P21:第一光形

P22:第二光形

P23:第三光形

P31:近燈光形

P41:遠燈光形

S11:入光空間

S12:開口

W11:第一寬度

W12:第二寬度

W13:第三寬度

本發明其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個立體圖，說明一種現有的透鏡裝置； 圖2是一個剖視圖，說明現有的該透鏡裝置的其中一個光學透鏡； 圖3是一個立體圖，說明本發明光學透鏡及透鏡裝置的一個第一實施例； 圖4是一個立體圖，以不同於圖3的角度說明該第一實施例； 圖5是一個後視圖，說明該第一實施例； 圖6是一個剖視圖，沿圖5中線Ⅵ−Ⅵ剖切； 圖7是一個不完整的剖視圖，沿圖5中線Ⅶ-Ⅶ剖切，僅顯示該第一實施例的其中一個光學透鏡； 圖8是一個剖視圖，沿圖5中線Ⅷ-Ⅷ剖切； 圖9是一個光形模擬圖，模擬示意經由該第一實施例的一主面部入射後產生的一主要光形；及 圖10是一個光形模擬圖，模擬示意經由該第一實施例的兩第一面段入射後產生的一第一光形。 圖11是一個光形模擬圖，模擬示意經由該第一實施例的兩第二面段入射後產生的一第二光形； 圖12是一個光形模擬圖，模擬示意經由該第一實施例的兩第三面段入射後產生的一第三光形； 圖13是一個光形模擬圖，模擬示意圖9～12的光形疊加結果； 圖14是一個立體圖，說明本發明光學透鏡及透鏡裝置的一個第二實施例； 圖15是一個立體圖，以不同於圖14的角度說明該第二實施例； 圖16是一個剖視圖，說明該第二實施例的一個出光透鏡；及 圖17是一個光形模擬圖，說明該出光透鏡所形成的一個遠燈光形。

2:光源

3:光學透鏡

31:第一前透鏡部

311:第一出光面

32:第一後透鏡部

33:後端

34:第一入光面

341:主面部

342:環面部

343:第一面段

344:第二面段

345:第三面段

35:第一反射面

351:第一面部

352:第二面部

353:第三面部

A11:第一光軸

B11:不連續交界

B21:交界線

S11:入光空間

S12:開口

Claims (10)

1. 一種光學透鏡，適用於將數光線往前投射，並包含：一第一前透鏡部，包括一個位於前方且適用於供該等光線往前射出的第一出光面；及一第一後透鏡部，包括一後端、一個由該後端往前凹且適用於供該等光線入射的第一入光面，以及一個由該後端往前延伸地圍繞在該第一入光面外的第一反射面，該第一反射面包括兩個分別位於該第一入光面的上下兩相反側的第一面部、兩個分別位於該第一入光面左右兩相反側的第二面部，以及數個連接於該等第一面部與該等第二面部間的第三面部，該等第一面部、該等第二面部、該等第三面部彼此不連續。
2. 如請求項1所述的光學透鏡，其中，該第一出光面定義出一個位在該光學透鏡的一第一光軸上的第一焦點，每一所述第一面部與上下剖切的剖面相配合構成一條第一拋物線，每一所述第二面部與橫向剖切的剖面相配合構成一條第二拋物線，每一所述第三面部與斜向剖切的剖面相配合構成一條第三拋物線，該等第一拋物線、該等第二拋物線、該等第三拋物線的拋物焦點，疊合該第一焦點。
3. 如請求項2所述的光學透鏡，其中，每一所述第一面部由該第一拋物線左右延伸形成，且連接該第一前透鏡部的部位形成一條左右延伸的交界線。
4. 如請求項1所述的光學透鏡，其中，該第一後透鏡部的 該第一入光面圍繞界定出一個由該後端往前延伸的入光空間，該入光空間包括一個被該後端圍繞的開口，該第一入光面包括一個間隔地位於該開口前方的主面部，以及一個由該後端往前延伸連接該主面部的環面部，該環面部被該等第一面部與該等第二面部及該等第三面部相配合圍繞，而位在該等第一面部與該等第二面部及該等第三面部內側，該主面部與上下剖切的剖面相配合構成一條往後凸的主曲線，該主面部由該主曲線左右延伸構成。
5. 如請求項4所述的光學透鏡，其中，該第一出光面定義出一個位在該光學透鏡的一第一光軸上的第一焦點，該主曲線界定出一疊合該第一焦點的第一虛焦。
6. 如請求項1所述的光學透鏡，其中，該等第一面部、該等第二面部、該等第三面部彼此不連續而形成數個由該第一後透鏡部的該後端往前延伸的不連續交界。
7. 如請求項1所述的光學透鏡，其中，該等第三面部符合拋物面的彎曲程度，大於該等第二面部符合拋物面的彎曲程度，該等第二面部符合拋物面的彎曲程度，大於該等第一面部符合拋物面的彎曲程度。
8. 如請求項1所述的光學透鏡，其中，經該等第一面部反射的光線自該第一出光面射出後形成一具有一第一寬度的第一光形，經該等第二面部反射的光線自該第一出光面射出後形成一具有一第二寬度的第二光形，經該等第三面部反射的光線自該第一出光面射出後形成一具有一 第三寬度的第三光形，該第一寬度大於該第二寬度，該第二寬度大於該第三寬度。
9. 一種透鏡裝置，包含：一個如請求項1至8中任一項所述的光學透鏡，適用於將該等光線往前投射出一近燈光形，該光學透鏡的該第一出光面為一圓柱面的一部分；及一個出光透鏡，適用於將數光線往前投射出一遠燈光形，並包括前後連接的一第二前透鏡部與一第二後透鏡部，該第二前透鏡部包括一個位於前方的第二出光面，該第二出光面為該圓柱面的一部分，而與該第一出光面共面，該第二後透鏡部包括一個由後往前凹的第二入光面，以及一個由後往前延伸並圍繞在該第二入光面外的第二反射面。
10. 如請求項9所述的透鏡裝置，其中，該第二出光面定義出一個位在該出光透鏡的一第二光軸上的第二焦點，該第二反射面為一雙曲線的其中一條曲線的一線段繞該出光透鏡的該第二光軸轉一圈形成，經該第二入光面折射的光，延長線交會在該其中一條曲線的焦點，經該第二入光面折射後並經該第二反射面反射的光，延長線交會在另外一條曲線的焦點，且該雙曲線的該另外一條曲線的焦點重疊該第二焦點。