TWI815296B - 投影鏡頭 - Google Patents

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Abstract

一種投影鏡頭，包括從放大側到縮小側依序排列的第一非球面塑膠透鏡、第二非球面塑膠透鏡和正屈光度的透鏡組。投影鏡頭最多包括5片透鏡，第一非球面塑膠透鏡的屈光度值與第二非球面塑膠透鏡的屈光度值，一者為正，另一者為負。透鏡組包含的透鏡均為球面透鏡，且投影鏡頭的全視場角大於15度且小於29度。

Description

投影鏡頭
本發明關於一種投影鏡頭，特別是關於一種可應用於車輛頭燈的投影鏡頭。
車燈的功效不僅在於提供駕駛辨識前方的環境狀態，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。目前市面上已有根據環境光線和行車狀況進行調整減少對向來車的眩目、或投影指示畫面以輔助開車的智慧車燈。因此，目前需要一種能兼顧交通法規要求的照明範圍，且可得到良好之解析度及較小之畸變量的投影鏡頭。
本發明的其他目的和優點可以從本發明實施例所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
本發明之一實施例提出一種可應用於車燈上的投影鏡頭，包括從鏡頭放大側到鏡頭縮小側依序排列的第一非球面塑膠透鏡、第二非球面塑膠透鏡和正屈光度的透鏡組。投影鏡頭最多包括5片透鏡，第一非球面塑膠透鏡的屈光度值與第二非球面塑膠透鏡的屈光度值，一者為正，另一者為負，第一非球面塑膠透鏡表面與第二非球面塑膠透鏡表面在第一方向和第二方向的曲率半徑的正負值相同，而第一方向與第二方向相互垂直。透鏡組包含的透鏡均為球面透鏡，且投影鏡頭的全視場角大於15度且小於29度。
本發明之另一實施例提出一種投影鏡頭，包括第一透鏡組和正屈光度的第二透鏡組，第一透鏡組包括負屈光度的第一非球面塑膠透鏡和正屈光度的第二非球面塑膠透鏡，且第一非球面塑膠透鏡比第二非球面塑膠透鏡更遠離第二透鏡組。第二透鏡組的透鏡均為球面透鏡，投影鏡頭最多包括5片透鏡，且滿足下列條件：16度＜FOV＜29度，FOV為鏡頭的全視場角；|EFL/f1| ＜0.35，EFL為鏡頭的有效焦距，f1為第一透鏡組的有效焦距。
本發明之另一實施例提出一種可應用於車燈上的投影鏡頭，包括從鏡頭放大側到鏡頭縮小側依序排列的第一透鏡組和正屈光度的第二透鏡組。投影鏡頭最多包括4片透鏡，第一透鏡組包括從鏡頭放大側到鏡頭縮小側依序排列的正屈光度的第一非球面塑膠透鏡，和負屈光度的第二非球面塑膠透鏡，第二透鏡組的透鏡均為球面透鏡，且投影鏡頭滿足下列條件：16度＜FOV＜29度，FOV為鏡頭的全視場角；0.2＜|EFL/f1|＜0.4，EFL為投影鏡頭的有效焦距，f1為第一透鏡組的有效焦距。
基於上述，本發明的投影鏡頭具有如下至少其中之一的優點。藉由本發明實施例的設計，可提供一種符合交通法規要求的照明範圍、高解析度、低畸變量、小型化等特點，且能提供應用在汽車頭燈的較低製造成本及較佳成像品質的鏡頭設計。
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。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，放大側係指在光路上靠近成像面(例如是螢幕)所處的一側，縮小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為本發明一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例的投影裝置100可應用於車燈上且包括照明單元110、光閥120及投影鏡頭10。照明單元110用以提供照明光束I1。在本實施例中，照明單元110可以是任何用以照射於光閥120的裝置，包含燈泡、雷射(laser)或LED等光源。光閥120配置於照明光束I1的傳遞路徑上，且用以將照明光束I1轉換成影像光束I2。在本實施例中，光閥120例如是數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)、矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel)、液晶面板(LCD)或其他適當的空間光調變器(spatial light modulator；SLM)等。此外，在本實施例中，投影鏡頭10的縮小側可設置一稜鏡130(或反射鏡)，影像光束I2可被稜鏡130(或反射鏡)偏折後再進入投影鏡頭10，獲得轉折光路以減少投影裝置100整體所佔空間的效果。
圖2為本發明第一實施例的投影鏡頭的光學結構圖。請參照圖2，在本實施例中，投影鏡頭10a設置於鏡頭放大側OS與鏡頭縮小側IS之間，投影鏡頭10a有一鏡筒(未繪示)，鏡筒裡由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4及光圈14(最小透光孔徑)，此外，光閥120位於對應縮小側IS位置，且光圈14與光閥120之間可設有透光保護蓋例如玻璃蓋(cover glass)16以保護光閥120。於本實施例中，投影鏡頭10a實質上由四片透鏡所組成，且透鏡L1至透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為負、正、負、正。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，且透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡。於本實施例中，透鏡L1及透鏡L2可構成透鏡組G1，透鏡L3及透鏡L4可構成具正屈光度的透鏡組G2，且透鏡L3及透鏡L4可形成相鄰兩面的曲率半徑差異小於0.1mm的一膠合透鏡，藉以修正色差。
依本發明實施例的設計，非球面塑膠透鏡Ll的屈光度值與非球面塑膠透鏡L2的屈光度值，一者為正，另一者為負。例如於本實例中透鏡L1具有負屈光度且透鏡L2具有正屈光度，於其他的實施例中透鏡L1具有正屈光度且透鏡L2具有負屈光度。再者，依本發明實施例的設計，非球面塑膠透鏡L1表面在一第一方向和一第二方向的曲率半徑的正負值相同，而該第一方向與該第二方向相互垂直，且非球面塑膠透鏡L2表面在第一方向和第二方向的曲率半徑的正負值也可相同，但本發明實施例並不以此為限制。舉例而言，如圖16A及圖16B所示，第一方向可為X軸方向且第二方向可為Y軸方向，圖16A顯示的透鏡的表面在X軸方向和Y軸方向的曲率半徑的正負值相同(皆為正)，且圖16B顯示的透鏡的表面在X軸方向和Y軸方向的曲率半徑的正負值相同(皆為負)。再者，於本發明各具體實施例中，透鏡的數量、透鏡的形狀及光學特性皆可視實際需求做不同之設計。本發明各具體實施例之放大側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。
本發明所指光圈14是指一孔徑光欄(Aperture Stop)，光圈14例如為一獨立元件，但本發明不限於此，光圈14亦可以整合於其他光學元件上。於本實施例中，光圈14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14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。當光圈14的孔徑越大時，投影鏡頭10a可對應到越小的光圈值(F-number)。依本發明實施例之設計，光圈14可設於最靠近鏡頭放大側的透鏡和鏡頭縮小側之間。
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。投影鏡頭10a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、間距/厚度的單位為毫米(mm)。
表一
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 15.0 4.1 1.49 57.8
   S2* 11.9 29.2 　 　
透鏡L2(非球面) S3* -50.5 15.0 1.49 57.8
   S4* -33.0 0.2 　 　
透鏡L3(彎月) S5 39.5 3.2 1.85 23.8
透鏡L4(雙凸) S6 25.1 14.9 1.60 60.6
   S7 -255.2 0.2 　 　
光圈14 S8 INF. 48.5 　 　
玻璃蓋16 S9 INF. 1.1 1.49 70.4
   S10 INF. 0.5 　 　
光閥120 S11       　 　
在表一中，曲率半徑(mm)係指對應表面之曲率半徑，間距(mm)係指兩相鄰表面間於光軸12上之直線距離。舉例來說，表面S1之間距，即表面S1至表面S2間之距離，表面S10之間距，即表面S10至表面S11間之距離，欄中各透鏡與各光學元件所對應之厚度、折射率與阿貝數請參照同列中各間距、折射率與阿貝數對應之數值。表面S1、S2為透鏡L1的兩表面。表面S3、S4為第二透鏡L2的兩表面。有關於各表面的曲率半徑、間距等參數值，請參照表一，在此不再重述。
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縮小側方向。曲率半徑為負時，透鏡表面的球心在透鏡的放大側方向，而各透鏡之凸凹可見上表。
本實施例的光圈值係以F/# (F-number)來代表，如上表所標示者。依本發明實施例之設計，投影鏡頭的光圈值(F-number)可介於1.0-1.6之間，較佳為介於1.1-1.5之間，更佳為介於1.1-1.4之間。於本實施例中，投影鏡頭10a的光圈值(F-number)為1.31。
EFL為投影鏡頭10a 的有效焦距，f1為第一透鏡組G1的有效焦距。於本實施例中，投影鏡頭10a 的有效焦距EFL為50.52mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為339.74mm。本發明實施例的投影鏡頭可滿足|EFL/f1| ＜0.35或0.2＜ | EFL/f1| ＜0.4的條件，當滿足該條件時可於高溫下避免成像解析度下降過多，亦即於高溫環境下鏡頭仍能維持良好的成像解析度。於本實施例中，投影鏡頭10a 的|EFL/f1|=0.15。
全視場角FOV是指最接近放大側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(full field of view)。依本發明實施例之設計，全視場角可大於15度且小於29.5度，較佳為大於16度且小於28度，且更佳為大於18度且小於26度。於本實施例中，投影鏡頭10a 的全視場角FOV為17.45度。
依本發明實施例之設計，第一非球面塑膠透鏡L1和第二非球面塑膠透鏡L2的折射率可介於1.47-1.6之間，較佳為介於1.50-1.6之間，且更佳為介於1.57-1.6之間。非球面塑膠透鏡的材質例如可為PMMA或PC。
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。非球面透鏡則是指透鏡前後表面中，至少一表面的曲率半徑會隨著中心軸而變化，可以用來修正像差。本發明如下的各個設計實例中，非球面多項式可用下列公式表示： 上述的公式中，Z為光軸方向之偏移量（sag），c是密切球面（osculating sphere）的半徑之倒數，也就是接近光軸處的曲率半徑的倒數，k是二次曲面係數（conic），r是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度。表二的A-E分別代表非球面多項式的 4階項、6階項、8階項、10階項、12階項係數值。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。
表二
表面 K A B C D E
S1* -1.1138 1.629E-05 -3.713E-08 -2.041E-10 4.135E-13 -2.457E-16
S2* -0.7780 1.362E-05 -6.433E-08 -4.229E-10 1.095E-12 -8.876E-16
S3* 0 4.233E-06 -3.973E-09 4.132E-11 -3.803E-14 2.296E-18
S4* 0.2057 2.426E-06 -2.596E-09 1.580E-11 -2.007E-14 1.574E-17
圖10和11為圖2的投影鏡頭10a的成像光學模擬數據圖。請參照圖10，圖10為調制傳遞函數曲線圖(modulation transfer function, MTF)，其橫軸為每週期/毫米之空間頻率（spatial frequency in cycles per millimeter），縱軸是光學轉移函數的模數（modulus of the OTF）。圖11為圖2的投影鏡頭10a的畸變(distortion)圖。由於圖10及圖11所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例的投影鏡頭10a可達到良好的成像效果。
圖3為本發明第二實施例的投影鏡頭10b的光學結構圖。於本實施例中，由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、透鏡L2、光圈14、透鏡L3及透鏡L4，且透鏡L1至透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為負、正、正、負。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，且透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡，透鏡L3及透鏡L4可形成一膠合透鏡。於本實施例中，投影鏡頭10b的全視場角FOV為17.49度，光圈值(F-number)為1.33，投影鏡頭10b的有效焦距EFL為50.68mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為489.01mm，且|EFL/f1 |=0.10。投影鏡頭10b的透鏡及其周邊元件的設計參數如表三所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表四所示。
表三
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 16.5 5.0 1.49 57.8
   S2* 13.7 26.4      
透鏡L2(非球面) S3* -52.4 18.5 1.49 57.8
   S4* -39.8 0.2      
光圈14 S5 INF. 0.0      
透鏡L3(雙凸) S6 38.8 11.9 1.77 49.6
透鏡L4(雙凹) S7 -65.1 9.5 1.85 23.8
   S8 201.4 41.2      
玻璃蓋16 S9 INF. 1.1 1.49 70.4
   S10 INF. 0.5      
光閥120 S11            
表四
表面 K A B C D E
S1* -1.0661 8.599E-06 -2.080E-08 -5.554E-11 0 0
S2* -0.6569 -4.748E-07 -4.264E-08 -1.120E-10 1.026E-13 -2.455E-16
S3* 0 9.438E-06 1.186E-08 5.576E-11 -7.248E-14 0
S4* -0.6492 3.416E-06 1.132E-09 3.342E-11 -6.455E-14 8.876E-17
圖12和圖13為圖3的投影鏡頭10b的成像光學模擬數據圖。圖12為投影鏡頭10b的調制傳遞函數曲線圖(modulation transfer function, MTF)，圖13為投影鏡頭10b的畸變(distortion)圖。由於圖12及圖13所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例的投影鏡頭10b可達到良好的成像效果。
圖4為本發明第三實施例的投影鏡頭10c的光學結構圖。於本實施例中，投影鏡頭10c由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、透鏡L2、光圈14、透鏡L3、透鏡L4，且透鏡L1至透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為負、正、負、正。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡，且透鏡L3及透鏡L4可形成一膠合透鏡。於本實施例中，投影鏡頭10c的全視場角FOV為27.82度，光圈值(F-number)為1.25，投影鏡頭10c的有效焦距EFL為40.27mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為250.05mm，且| EFL/f1 |=0.16。投影鏡頭10c的透鏡及其周邊元件的設計參數如表五所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表六所示。
表五
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 12.9 4.5 1.49 57.8
   S2* 9.2 29.8      
透鏡L2(非球面) S3* -101.3 15.0 1.49 57.8
   S4* -34.4 0.2      
光圈14 S5 INF. 4.6      
透鏡L3(彎月) S6 62.5 9.2 1.85 23.8
透鏡L4(雙凸) S7 24.5 14.6 1.77 48.6
   S8 -108.0 40.4      
玻璃蓋16 S9 INF. 1.1 1.49 70.4
   S10 INF. 0.5      
光閥120 S11            
表六
表面 K A B C D E
S1* -1.2299 1.494E-05 -1.242E-07 -1.642E-10 9.931E-13 -1.010E-15
S2* -0.8239 -3.032E-06 -2.630E-07 -3.846E-10 3.125E-12 -4.569E-15
S3* 0 1.532E-08 5.938E-09 -7.087E-12 2.841E-15 -3.062E-19
S4* 0.3178 4.457E-07 1.971E-09 -2.316E-12 8.945E-16 -1.129E-19
圖5為本發明第四實施例的投影鏡頭10d的光學結構圖。於本實施例中，投影鏡頭10d由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、光圈14、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4，且透鏡L1至透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為負、正、正、負。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡，且透鏡L3及透鏡L4可形成一膠合透鏡。於本實施例中，投影鏡頭10d的全視場角FOV為27.83度，光圈值(F-number)為1.35，投影鏡頭10d的有效焦距EFL為40.27mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為159.05mm，且| EFL/f1 |=0.25。投影鏡頭10d的透鏡及其周邊元件的設計參數如表七所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表八所示。
表七
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 11.5 3.1 1.49 57.8
   S2* 8.7 41.0 　 　
光圈14 S3 INF. 3.5 　 　
透鏡L2(非球面) S4* -73.2 9.0 1.49 57.8
   S5* -29.4 0.4 　  
透鏡L3(雙凸) S6 50.0 15.0 1.80 46.5
透鏡L4(雙凹) S7 -42.5 2.2 1.85 23.8
   S8 379.9 43.5 　 　
玻璃蓋16 S9 INF. 1.1 1.49 70.4
   S10 INF. 0.5   　
光閥120 S11       　 　
表八
表面 K A B C D E
S1* -1.7870 4.952E-05 -4.714E-07 1.379E-09 -1.837E-12 8.720E-16
S2* -0.9385 -1.697E-05 -4.800E-07 1.873E-09 -2.722E-12 1.155E-15
S4* 0 -6.506E-07 3.574E-09 -1.819E-11 3.616E-14 -2.180E-17
S5* 0.1143 1.313E-06 2.436E-09 -7.040E-13 -5.737E-15 1.998E-17
圖6為本發明第五實施例的投影鏡頭10e的光學結構圖。於本實施例中，投影鏡頭10e由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、透鏡L2、光圈14、透鏡L3，且透鏡L1至透鏡L3在光軸12上的屈光度依序分別為負、正、正。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，且透鏡L3為球面玻璃透鏡。於本實施例中，透鏡L1及透鏡L2可構成透鏡組G1，且透鏡L3可構成具正屈光度的透鏡組G2。於本實施例中，投影鏡頭10e的全視場角FOV為17.52度，光圈值(F-number)為1.4，投影鏡頭10e的有效焦距EFL為50.49mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為-1275.71mm，且|EFL/f1|=0.04。投影鏡頭10e的透鏡及其周邊元件的設計參數如表九所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表十所示。
表九
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 28.6 15.0 1.58 30.4
   S2* 13.7 10.1 　 　
透鏡L2(非球面) S3* 74.1 6.0 1.49 57.5
   S4* -68.7 0.1 　  
光圈14 S5 INF. 0.1 　  
透鏡L3(雙凸) S6 35.2 17.8 1.50 81.6
   S7 -61.7 40.5 　  
玻璃蓋16 S8 INF. 1.1 1.49 70.4
   S9 INF. 0.5 　 　
光閥120 S10            
表十
表面 K A B C D E
S1* -1.4978 -9.922E-06 -3.232E-08 3.941E-11 1.817E-14 -6.975E-17
S2* -0.9710 -2.674E-05 -1.450E-07 5.645E-10 -1.189E-12 9.872E-16
S3* 0 6.428E-06 5.799E-09 -3.041E-11 -1.366E-14 7.152E-17
S4* -3.3300 4.949E-06 2.555E-08 2.675E-11 -8.523E-14 2.793E-16
圖7為本發明第六實施例的投影鏡頭10f的光學結構圖。於本實施例中，投影鏡頭10f由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、光圈14、透鏡L2、透鏡L3、透鏡L4、透鏡L5，且透鏡L1至透鏡L5在光軸12上的屈光度依序分別為負、正、正、負、正。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，透鏡L3、透鏡L4及透鏡L5為球面玻璃透鏡，且透鏡L3及透鏡L4可形成一膠合透鏡。於本實施例中，透鏡L1及透鏡L2可構成透鏡組G1，且透鏡L3、透鏡L4及透鏡L5可構成具正屈光度的透鏡組G2。於本實施例中，投影鏡頭10f的全視場角FOV為17.47度，光圈值(F-number)為1.2，投影鏡頭10f的有效焦距EFL為50.7mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為243.94mm，且|EFL/f1|=0.21。投影鏡頭10f的透鏡及其周邊元件的設計參數如表十一所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表十二所示。
表十一
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 16.4 4.1 1.50 57.7
   S2* 13.0 19.6      
光圈14 S3 INF. 5.3      
透鏡L2(非球面) S4* -51.2 15.0 1.50 57.7
   S5* -31.1 0.3 　  
透鏡L3(彎月) S6 43.0 12.8 1.77 49.6
透鏡L4(彎月) S7 2379.2 2.2 1.76 26.5
   S8 29.1 1.6 　  
透鏡L5(彎月) S9 31.3 11.4 1.77 49.6
   S10 150.1 40.1 　 　
玻璃蓋16 S11 INF. 1.1 1.49 70.4
   S12 INF. 0.51 　 　
光閥120 S13            
表十二
表面 K A B C D E
S1* -1.7076 8.759E-06 -8.165E-08 4.800E-11 0 0
S2* -0.8196 -1.832E-05 -7.455E-08 6.555E-12 1.886E-13 -1.812E-16
S4* 0 -8.154E-08 1.269E-08 1.669E-12 -7.163E-15 0
S5* -0.0319 2.304E-07 3.529E-09 2.858E-12 -7.790E-15 1.056E-17
圖8為本發明第七實施例的投影鏡頭10g的光學結構圖。於本實施例中，投影鏡頭10g由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、透鏡L2、光圈14、透鏡L3，且透鏡L1至透鏡L3在光軸12上的屈光度依序分別為正、負、正。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，且透鏡L3為球面玻璃透鏡。於本實施例中，投影鏡頭10g的全視場角FOV為17.28度，光圈值(F-number)為1.4，投影鏡頭10g的有效焦距EFL為50.23mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為-165.18mm，且|EFL/f1|=0.3。投影鏡頭10g的透鏡及其周邊元件的設計參數如表十三所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表十四所示。
表十三
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 65.4 15.0 1.49 57.8
   S2* -28.1 7.5      
透鏡L2(非球面) S3* -9.5 6.0 1.58 30.4
   S4* -29.9 1.5      
光圈14 S5 INF. 0.0 　  
透鏡L3(雙凸) S6 81.4 11.9 1.77 49.6
   S7 -35.8 40.4 　  
玻璃蓋16 S8 INF. 1.1 1.49 70.4
   S9 INF. 0.5 　 　
光閥120 S10       　 　
表十四
表面 K A B C D E
S1* 0.9451 -1.172E-05 -1.842E-08 3.864E-11 0 0
S2* -8.1667 -5.080E-05 2.217E-07 -5.633E-10 7.988E-13 -4.350E-16
S3* -1.8613 1.012E-04 -3.642E-07 6.181E-10 -3.168E-13 -3.338E-16
S4* -8.6854 1.169E-04 -2.342E-07 -2.529E-10 1.802E-12 -2.185E-15
圖14和圖15為圖8的投影鏡頭10g的成像光學模擬數據圖。圖14為圖8的投影鏡頭10g的調制傳遞函數曲線圖(modulation transfer function, MTF)，圖15為圖8的投影鏡頭10g的畸變(distortion)圖。由於圖14及圖15所顯示出的圖形均在標準的範圍內，由此可驗證本實施例的投影鏡頭10g可達到良好的成像效果。
圖9為本發明第八實施例的投影鏡頭10h的光學結構圖。於本實施例中，投影鏡頭10h由放大側OS往縮小側IS依序排列透鏡L1、透鏡L2、光圈14、透鏡L3、透鏡L4，且透鏡L1至透鏡L4在光軸12上的屈光度依序分別為正、負、正、正。透鏡L1及透鏡L2為非球面塑膠透鏡，且透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡。於本實施例中，投影鏡頭10h的全視場角FOV為17.28度，光圈值(F-number)為1.4，投影鏡頭10h的有效焦距EFL為50.23mm，第一透鏡組G1(包含透鏡L1與L2)的有效焦距f1為-226.15mm，且|EFL/f1|=0.22。投影鏡頭10h的透鏡及其周邊元件的設計參數如表十五所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表十六所示。
表十五
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (mm) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 74.0 20.4 1.49 57.8
   S2* -23.6 6.7      
透鏡L2(非球面) S3* -8.7 5.9 1.58 30.4
   S4* -24.5 0.2 　  
光圈14 S5 INF. 0.1 　  
透鏡L3(平凸) S6 INF. 5.9 1.77 0.5
   S7 -82.9 0.2 　 　
透鏡L4(雙凸) S8 1103.5 6.9 1.77 0.5
   S9 -40.6 40.4      
玻璃蓋16 S10 INF. 1.1 1.49 70.4
   S11 INF. 0.51      
光閥120 S12       　 　
表十六
表面 K A B C D E
S1* 2.0316 -7.954E-06 -1.017E-08 1.844E-11 0 0
S2* -5.7383 -4.144E-05 2.048E-07 -5.733E-10 8.805E-13 -5.422E-16
S4* -1.9107 9.077E-05 -3.476E-07 6.043E-10 -2.749E-13 -3.725E-16
S5* -7.4164 1.047E-04 -2.285E-07 -1.837E-10 1.649E-12 -2.094E-15
本發明的實施例藉由使第一透鏡L1、第二透鏡L2的材質為塑膠且為非球面透鏡，能提供較低的製造成本但仍保有良好的成像品質，此外，藉由使投影鏡頭實質上最多由4片或5片透鏡所組成，亦能達成低製造成本的目的。而且，本發明實施例將靠近縮小側的透鏡選擇為玻璃材質，能具有較廣的工作溫度範圍。綜上所述，本發明的投影鏡頭具有如下至少其中之一的優點：藉由本發明實施例的設計，可提供一種符合交通法規要求的照明範圍、高解析度、低畸變量、小型化等特點，且能提供應用在汽車頭燈的較低製造成本及較佳成像品質的鏡頭設計。
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。
10;10a-10h   投影鏡頭 12   光軸 14   光圈 16   玻璃蓋 100  投影裝置 110  照明單元 120  光閥 130  稜鏡 G1;G2  透鏡組 I1  照明光束 I2  影像光束 L1-L5  透鏡 S1-S13  表面 OS  放大側 IS  縮小側
圖1為本發明一實施例的投影裝置的示意圖。 圖2為本發明第一實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖3為本發明第二實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖4為本發明第三實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖5為本發明第四實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖6為本發明第五實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖7為本發明第六實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖8為本發明第七實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖9為本發明第八實施例的投影鏡頭的光學結構圖。 圖10為圖2的投影鏡頭的調制傳遞函數曲線圖，圖11為圖2的投影鏡頭的畸變圖。 圖12為圖3的投影鏡頭的調制傳遞函數曲線圖，圖13為圖3的投影鏡頭的畸變圖。 圖14為圖8的投影鏡頭的調制傳遞函數曲線圖，圖15為圖8的投影鏡頭的畸變圖。 圖16A及16B為說明本發明實施例之透鏡外形的立體示意簡圖。
10a   投影鏡頭 12   光軸 14   光圈 16   玻璃蓋 120  光閥 G1;G2  透鏡組 L1-L4  透鏡 S1-S11  表面 OS  放大側 IS  縮小側

Claims (10)

  1. 一種投影鏡頭，應用於車燈上，包括： 從一鏡頭放大側到一鏡頭縮小側依序排列的一第一非球面塑膠透鏡、一第二非球面塑膠透鏡和一正屈光度的透鏡組，且該投影鏡頭最多包括5片透鏡； 該第一非球面塑膠透鏡的屈光度值與該第二非球面塑膠透鏡的屈光度值，一者為正，另一者為負； 又且該第一非球面塑膠透鏡表面與該第二非球面塑膠透鏡表面在一第一方向和一第二方向的曲率半徑的正負值相同，而該第一方向與該第二方向相互垂直； 透鏡組包含的透鏡均為球面透鏡；以及 該投影鏡頭的全視場角大於15度且小於29度。
  2. 一種投影鏡頭，包括： 一第一透鏡組和一正屈光度的第二透鏡組； 該第一透鏡組包括一負屈光度的第一非球面塑膠透鏡和一正屈光度的第二非球面塑膠透鏡，且該第一非球面塑膠透鏡比該第二非球面塑膠透鏡更遠離該第二透鏡組； 該第二透鏡組的透鏡，均為球面透鏡； 該投影鏡頭滿足下列條件： 16度＜FOV＜29度，FOV為該投影鏡頭的全視場角； |EFL/f1| ＜0.35，EFL為該投影鏡頭的有效焦距，f1為該第一透鏡組的有效焦距；以及 該投影鏡頭最多包括5片透鏡。
  3. 一種投影鏡頭，應用於車燈上，包括： 從一鏡頭放大側到一鏡頭縮小側依序排列的一第一透鏡組和一正屈光度的第二透鏡組，且該投影鏡頭最多包括4片透鏡； 該第一透鏡組，包括從該鏡頭放大側到該鏡頭縮小側依序排列的一正屈光度的第一非球面塑膠透鏡，和一負屈光度的第二非球面塑膠透鏡； 該第二透鏡組的透鏡，均為球面透鏡；以及 該投影鏡頭滿足下列條件： 16度＜FOV＜29度，FOV為該投影鏡頭的全視場角； 0.2＜ |EFL/f1| ＜0.4，EFL為該投影鏡頭的有效焦距，f1為該第一透鏡組的有效焦距。
  4. 如請求項2或3所述之投影鏡頭，其中該第一非球面塑膠透鏡表面在一第一方向和一第二方向的曲率半徑值相同，且該第一方向垂直該第二方向。
  5. 如請求項1-3中任一項所述之投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1) 該投影鏡頭的畸變量小於4%，(2)該投影鏡頭的光圈值(F-number) 介於1.0-1.6之間。
  6. 如請求項1-3中任一項所述之投影鏡頭，其中該投影鏡頭包含一膠合透鏡。
  7. 如請求項1-3中任一項所述之投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)光圈設於該第一非球面塑膠透鏡和鏡頭縮小側之間，(2)鏡頭縮小側設有一稜鏡或一反射鏡。
  8. 如請求項1-3中任一項所述之投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)該第一非球面塑膠透鏡和該第二非球面塑膠透鏡的材質為PMMA或PC，(2)該第一非球面塑膠透鏡和第二非球面塑膠透鏡的折射率均介於1.47-1.6之間，(3)該第一非球面塑膠透鏡朝向鏡頭放大側的表面的曲率半徑為正。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之投影鏡頭，其中由鏡頭放大側到鏡頭縮小側的一方向上，該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)自該方向依序為非球面、非球面、彎月、雙凸透鏡，(2)自該方向依序為非球面、非球面、雙凸、雙凹透鏡，(3)自該方向依序為非球面、非球面、雙凸透鏡，(4)自該方向依序為非球面、非球面、彎月、彎月、彎月透鏡，(5)自該方向依序為非球面、非球面、平凸、雙凸透鏡。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之投影鏡頭，其中由鏡頭放大側到鏡頭縮小側的一方向上，該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)自該方向透鏡的屈光度依序分別為負、正、負、正，(2)自該方向透鏡的屈光度依序分別為負、正、正、負，(3)自該方向透鏡的屈光度依序分別為正、負、正、正，(4)自該方向透鏡的屈光度依序分別為正、負、正，(5)自該方向透鏡的屈光度依序分別為負、正、正，(6)自該方向透鏡的屈光度依序分別為負、正、正、負、正。
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