[go: up one dir, main page]

TW202336381A - 車用投影鏡頭和車燈裝置 - Google Patents

車用投影鏡頭和車燈裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202336381A
TW202336381A TW111107312A TW111107312A TW202336381A TW 202336381 A TW202336381 A TW 202336381A TW 111107312 A TW111107312 A TW 111107312A TW 111107312 A TW111107312 A TW 111107312A TW 202336381 A TW202336381 A TW 202336381A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
lens
projection lens
projection
vehicle
lenses
Prior art date
Application number
TW111107312A
Other languages
English (en)
Inventor
王國權
江辰安
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 TW111107312A priority Critical patent/TW202336381A/zh
Priority to US18/173,280 priority patent/US20230280009A1/en
Priority to CN202310184669.XA priority patent/CN116699799A/zh
Publication of TW202336381A publication Critical patent/TW202336381A/zh

Links

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
    • F21S41/27—Thick 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]
    • F21S41/147—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device
    • F21S41/148—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device the main emission direction of the LED being perpendicular to the optical axis
    • 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
    • G02B13/005—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having spherical lenses only
    • 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
    • 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
    • F21S41/255—Lenses with a front view of circular or truncated circular outline
    • 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
    • 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
    • F21S41/285—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S41/24 - F21S41/2805
    • 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
    • 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
    • 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]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

一種車用投影鏡頭，包括由投影鏡頭放大側至投影鏡頭縮小側依序排列的非球面第一透鏡、球面第二透鏡及球面第三透鏡所組成之膠合透鏡，以及球面第四透鏡。投影鏡頭的光圈值(F-number)小於或等於0.8。投影鏡頭的視場角(FOV)介於14度至44度之間。投影鏡頭實質上由四片透鏡所組成，且四片透鏡的屈光度依序為正、負、正、正。

Description

車用投影鏡頭和車燈裝置
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車用投影鏡頭，包括由投影鏡頭放大側至投影鏡頭縮小側依序排列的非球面第一透鏡、球面第二透鏡及球面第三透鏡所組成之膠合透鏡，以及球面第四透鏡。投影鏡頭的光圈值(F-number) 小於或等於0.8。投影鏡頭的視場角(FOV)介於14度至44度之間。投影鏡頭實質上由四片透鏡所組成，且四片透鏡的屈光度依序為正、負、正、正。
本發明之另一實施例提出一種車用投影鏡頭，沿一方向依序包括非球面第一透鏡、具負屈光度的第二透鏡及具屈光度的第三透鏡，以及具正屈光度的第四透鏡。第四透鏡為四片透鏡中，最靠近鏡頭縮小側的透鏡。投影鏡頭滿足下列條件：光圈值(F-number)小於或等於0.8，視場角(FOV)介於14度至44度之間。投影鏡頭實質上由四片透鏡所組成。以及第一透鏡為四片透鏡中外徑最大的一片。
本發明之又一實施例提出一種車用裝置，包含發光二極體陣列( LED array)光源，實質由四片透鏡所組成的投影鏡頭，和車燈外罩。投影鏡頭設於光源的光路下游，依序包括非球面第一透鏡、具負屈光度的第二透鏡及具屈光度的第三透鏡，以及具正屈光度的第四透鏡。第四透鏡為四片透鏡中，最靠近光源的透鏡。車燈外罩設於投影鏡頭的光路下游。投影鏡頭的光圈值(F-number)小於或等於0.8，以及投影鏡頭的視場角(FOV)介於14度至44度之間。
基於上述，本發明的車用投影鏡頭和車用裝置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車燈裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例的車燈裝置100包括影像源120、車用投影鏡頭10及車燈外罩(圖中未顯示)。影像源120，包含發光二極體陣列( LED array)、微形發光二極體陣列(Micro LED array，µ-LED)、雷射(laser)或LED等光源。此外，在本實施例中，車用投影鏡頭10的縮小側可設置一稜鏡130(或反射鏡)，影像光束I可被稜鏡130(或反射鏡)偏折後再進入車用投影鏡頭10，獲得轉折光路以減少車燈裝置100整體所佔空間的效果。在一實施例中，車用投影鏡頭10的縮小側可設置影像源120直接面對車用投影鏡頭10，影像光束I由影像源120直接進入車用投影鏡頭10。
圖2為本發明第一實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。請參照圖2，在本實施例中，車用投影鏡頭10a設置於鏡頭放大側OS與鏡頭縮小側IS之間，車用投影鏡頭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、光圈14、透鏡L2、透鏡L3及透鏡L4，此外，影像源120位於對應縮小側IS位置。於本實施例中，車用投影鏡頭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正、負、正、正。透鏡L1為非球面塑膠透鏡，透鏡L2、透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡。透鏡L2及透鏡L3形成一膠合透鏡。圖2中的鏡面轉折點P、Q兩點的連線，即是第一透鏡的最大外徑。
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，車用投影鏡頭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。車用投影鏡頭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 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 43.79 7.32 1.4927 54.66
   S2* 159.77 20.25      
光圈14 S3 INF 9.07      
透鏡L2(新月) S4 94.62 5.00 1.8467 23.79
透鏡L3(雙凸) S5 25.81 14.00 1.7725 49.61
   S6 -51.76 0.25      
透鏡L4(新月) S7 19.29 13.00 1.7725 49.61
   S8 16.71 6.90      
影像源120 S9            
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S8之間距，即表面S8至表面S9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S4、S5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，車用投影鏡頭的光圈值(F-number)可介於0.4至0.86之間，車用投影鏡頭的畸變量絕對值小於10%。於本實施例中，車用投影鏡頭10a的光圈值(F-number)為0.683。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑約為51.4mm。本發明實施例在某些應用時，會將部分非球面塑膠第一透鏡L1切除，稱之為切邊，但最大外徑仍是以未切邊部分的外徑計算，如圖15中的P、Q兩點的連線，即是切邊第一透鏡的最大外徑，其值與未切邊的最大外徑相同。
EFL為車用投影鏡頭10a 的有效焦距，於本實施例中，車用投影鏡頭10a 的有效焦距EFL為30.9mm，|EFL/BFL|=4.48。BFL是車用投影鏡頭的背焦長度，維基百科對BFL的解釋如後所述，”對厚透鏡（厚度不能忽略的透鏡），或是有好幾片透鏡或面鏡的系統（像是照相機鏡頭或望遠鏡），焦距通常會以有效焦距（EFL，effective focal length）來表示，以與一般常用的參數有所區別：…後焦距（BFD）或後焦長（BFL）是系統最後一個光學表面頂點至後方焦點的距離。”，亦即為表一中S8的間距6.9 mm。當車用投影鏡頭做為取像鏡頭時，BFL為車用投影鏡頭最靠近鏡頭縮小側的光學表面頂點至後方成像面的距離，此時鏡頭的物距是設為無窮遠為前提或是在鏡頭放大側以零度平行光入射車用投影鏡頭。本發明實施例的車用投影鏡頭可滿足|EFL/BFL| ＞3.8的條件，當滿足該條件時可於大光圈下避免成像解析度下降過多，較佳為|EFL/BFL| ＞4.5，且更佳為|EFL/BFL| ＞5.05。
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，亦即以水平對角線量測所得之視野(full field of view)。依本發明實施例之設計，全視場角可大於14度且小於44度，較佳為大於16度且小於42度，且更佳為大於18度且小於40度。於本實施例中，車用投影鏡頭10a 的全視場角FOV約為24度。
依本發明實施例之設計，車用投影鏡頭的總長(TTL)小於90mm，較佳為小於80mm，亦即車用投影鏡頭最靠近鏡頭放大側的光學表面(S1)頂點至後方成像面(影像源120)的距離。依本發明實施例之設計，第一透鏡與該第二透鏡的間距(S2)介於15-40 mm之間，第一透鏡與第二透鏡的間距與投影鏡頭本身總長(OAL)的比值介於0.22-0.56之間，依本實施例之設計，投影鏡頭本身總長(OAL)亦即車用投影鏡頭光學表面(S1)頂點至光學表面(S8)頂點的距離。依本發明實施例之設計，第一透鏡最大外徑與投影鏡頭本身總長(OAL)的比值介於0.63-0.8之間。第二透鏡最大外徑與投影鏡頭本身總長(OAL)的比值介於0.51-0.79之間。
依本發明實施例之設計，非球面塑膠第一透鏡L1的折射率可介於1.47-1.6之間，較佳為介於1.49-1.6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是圓錐係數（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-G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、14階項、16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 F G
S1* -2.46 3.964E-05 -3.357E-07 2.008E-09 -6.854E-12 1.357E-14 -1.424E-17 6.022E-21
S2* 49.26 2.633E-05 -1.523E-07 6.340E-10 -8.220E-13 -1.681E-15 6.528E-18 -5.900E-21
圖11和12為圖2的車用投影鏡頭10a的成像光學模擬數據圖。圖11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12為三色光的畸變(distortion)圖。由於圖11及圖12所顯示出的圖形均在要求的範圍內，由此可驗證本實施例的車用投影鏡頭10a可達到良好的成像效果。
圖3-5分別為本發明第二到第四實施例的車用投影鏡頭10b-10d的光學結構示意圖。於第二到第四實施例中，與第一實施例的主要差異在於曲率半徑、間距、折射率、阿貝數、透鏡最大外徑、非球面係數等等。於第二實施例中，車用投影鏡頭10b的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.68，車用投影鏡頭10b的有效焦距EFL為30.93mm，且|EFL/BFL |=4.5。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為51.4mm。於第三實施例中，車用投影鏡頭10c的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.681，車用投影鏡頭10c的有效焦距EFL為30.9mm，且|EFL/BFL |=4.33。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為51.4mm。於第四實施例中，車用投影鏡頭10d的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.691，車用投影鏡頭10d的有效焦距EFL為30.65mm，且|EFL/BFL |=4.58。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為51.4mm。於第二到第四實施例中，車用投影鏡頭10b-10d的透鏡及其周邊元件的設計參數如表三、表五、表七所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表四、表六、表八所示。
表三
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 46.74 7.23 1.4927 54.66
   S2* 212.21 17.56 　 　
光圈14 S3 INF 11.81 　 　
透鏡L2(新月) S4 82.19 5.00 1.8467 23.79
透鏡L3(雙凸) S5 26.03 14.00 1.7725 49.61
   S6 -53.39 0.25 　 　
透鏡L4(新月) S7 20.15 13.00 1.7725 49.61
   S8 17.37 6.87 　 　
影像源120 S9            
表四
表面 K A B C D E F G
S1* -3.119E+00 3.837E-05 -3.515E-07 2.085E-09 -6.781E-12 1.246E-14 -1.195E-17 4.592E-21
S2* 8.805E+01 2.968E-05 -2.575E-07 1.487E-09 -4.143E-12 5.134E-15 -5.937E-19 -2.786E-21
表五
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 43.45 7.10 1.4927 54.66
   S2* 155.28 19.07 　 　
光圈14 S3 INF 9.43 　 　
透鏡L2(新月) S4 126.70 5.00 1.8467 23.79
透鏡L3(雙凸) S5 25.81 14.00 1.7725 49.61
   S6 -51.92 0.25 　 　
透鏡L4(新月) S7 17.36 13.00 1.6968 55.53
   S8 16.11 7.13 　 　
影像源120 S9            
表六
表面 K A B C D E F G
S1* -3.44 7.592E-05 -7.139E-07 4.123E-09 -1.393E-11 2.755E-14 -2.971E-17 1.333E-20
S2* 43.43 6.517E-05 -6.214E-07 3.465E-09 -1.096E-11 1.976E-14 -1.911E-17 7.530E-21
表七
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 73.40 8.94 1.4927 54.66
   S2* -290.97 33.84 　 　
光圈14 S3 INF 4.16 　 　
透鏡L2(新月) S4 65.88 1.00 1.8467 23.79
透鏡L3(雙凸) S5 23.83 12.76 1.7725 49.61
   S6 -54.78 0.25 　 　
透鏡L4(新月) S7 18.50 11.85 1.7725 49.61
   S8 15.62 6.70 　 　
影像源120 S9            
表八
表面 K A B C D E F G
S1* -2.32 3.147E-05 -3.152E-07 2.031E-09 -7.260E-12 1.474E-14 -1.584E-17 7.077E-21
S2* -33.36 2.952E-05 -3.240E-07 2.659E-09 -1.188E-11 3.002E-14 -4.015E-17 2.246E-20
圖6-7為本發明第五和第六實施例的車用投影鏡頭10e-10f的光學結構示意圖。於第五和第六實施例中，與第一實施例的主要差異在於沒有膠合透鏡。另外還有曲率半徑、間距、折射率、阿貝數、透鏡最大外徑、非球面係數等等。於第五實施例中，車用投影鏡頭10e的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.688，車用投影鏡頭10e的有效焦距EFL為31.42mm，且|EFL/BFL |=4.71。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為50.68mm。於第六實施例中，車用投影鏡頭10f的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.688，車用投影鏡頭10f的有效焦距EFL為31.33mm，且|EFL/BFL |=5.05。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為52.59mm。於第五和第六實施例中，車用投影鏡頭10e-10f的透鏡及其周邊元件的設計參數如表九、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、表十二所示。
表九
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 43.76 6.44 1.493 54.66
   S2* 161.12 17.82 　 　
光圈14 S3 INF 3.65 　 　
透鏡L2(新月) S4 115.69 12.00 1.847 23.79
   S5 34.34 0.63 　 　
透鏡L3(雙凸) S6 36.49 13.91 1.729 54.67
   S7 -42.71 3.75 　 　
透鏡L4(新月) S8 18.26 12.00 1.800 42.25
   S9 15.19 6.67 　 　
影像源120 S10            
表十
表面 K A B C D E F G
S1* -9.15 4.063E-05 -3.354E-07 2.005E-09 -6.849E-12 1.358E-14 -1.425E-17 5.931E-21
S2* 49.30 1.818E-05 -1.394E-07 6.413E-10 -8.376E-13 -1.718E-15 6.500E-18 -5.836E-21
表十一
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 42.43 8.28 1.493 54.66
   S2* 167.92 20.26 　 　
光圈14 S3 INF 14.46 　 　
透鏡L2(新月) S4 38.23 3.00 1.847 23.79
   S5 23.08 0.77 　 　
透鏡L3(雙凸) S6 24.67 11.26 1.729 54.67
   S7 -62.09 0.25 　 　
透鏡L4(新月) S8 17.73 9.96 1.847 23.79
   S9 12.67 6.20 　 　
影像源120 S10            
表十二
表面 K A B C D E F G
S1* -9.66 4.407E-05 -3.356E-07 1.999E-09 -6.855E-12 1.358E-14 -1.421E-17 6.035E-21
S2* 52.81 1.847E-05 -1.338E-07 6.310E-10 -8.556E-13 -1.718E-15 6.553E-18 -5.636E-21
圖8為本發明第七實施例的車用投影鏡頭10g的光學結構示意圖。於本實施例中，與第一實施例的主要差異在於沒有膠合透鏡、光圈14位於第二透鏡和第三透鏡之間。另外還有曲率半徑、間距、折射率、阿貝數、透鏡最大外徑、非球面係數等等。於第七實施例中，車用投影鏡頭10g的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.67，車用投影鏡頭10g的有效焦距EFL為31.07mm，且|EFL/BFL |=5.01。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為49.02mm。車用投影鏡頭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 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 62.49 7.85 1.493 54.66
   S2* -206.06 16.73 　 　
透鏡L2(新月) S3 -35.52 5.19 1.497 81.6128
   S4 -30.34 0.25 　 　
光圈14 S5 INF 15.69 　 　
透鏡L3(雙凸) S6 78.05 8.76 1.729 54.67
   S7 -66.28 0.25 　 　
透鏡L4(新月) S8 19.03 12.00 1.729 54.67
   S9 14.47 6.20 　 　
影像源120 S10            
表十四
表面 K A B C D E F G
S1* -39.20 4.130E-05 -3.368E-07 2.003E-09 -6.844E-12 1.359E-14 -1.424E-17 5.927E-21
S2* 15.33 1.968E-05 -1.320E-07 6.447E-10 -8.382E-13 -1.709E-15 6.533E-18 -5.775E-21
圖9與圖10分別為本發明第八和第九實施例的車用投影鏡頭10h和10i的光學結構示意圖。於本實施例中，與第一實施例的主要差異在於第三透鏡的最大外徑大於第一透鏡的最大外徑、曲率半徑、間距、折射率、阿貝數、透鏡最大外徑、非球面係數等等。於第八實施例中，車用投影鏡頭10h的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.597，車用投影鏡頭10h的有效焦距EFL為28.3mm，且|EFL/BFL |=4.84。非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為52.6mm。於第九實施例中，車用投影鏡頭10i的全視場角FOV約為24度，光圈值(F-number)為0.594，車用投影鏡頭10i的有效焦距EFL為28.3mm，且|EFL/BFL |=4.86，非球面塑膠第一透鏡L1的最大外徑為51.6mm。車用投影鏡頭10h和10i的透鏡及其周邊元件的設計參數如表十五和表十七所示，且各個非球面的圓錐係數與非球面係數如表十六表十八所示。
表十五
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 34.84 7.430 1.4916 57.85
   S2* 157.59 15.635 　 　
光圈14 S3 INF 2.144 　 　
透鏡L2(雙凹) S4 -241.48 3.293 1.8467 23.78
透鏡L3(雙凸) S5 48.68 20.000 1.7130 53.87
   S6 -43.08 0.100 　 　
透鏡L4(新月) S7 21.55 20.000 1.7725 49.60
   S8 30.03 5.845 　 　
影像源120 S9            
表十六
表面 K A B C D E F G
S1* -4.711E+01 8.513E-05 -4.963E-07 1.976E-09 -4.570E-12 5.652E-15 -3.031E-18 -4.711E+01
S2* -9.900E+01 1.700E-05 -6.026E-08 2.563E-10 -3.973E-13 4.214E-17 1.318E-19 -9.900E+01
表十七
元件 表面 曲率半徑(mm) 間距 (mm) 折射率 (Nd) 阿貝數 (Vd)
透鏡L1(非球面) S1* 33.48 8.52 1.4954 57.67
   S2* 105.14 14.47 　 　
光圈14 S3 INF 1.69 　 　
透鏡L2(雙凹) S4 -580.10 4.40 1.8467 23.79
透鏡L3(雙凸) S5 45.14 20.00 1.713 53.83
   S6 -45.14 0.10 　 　
透鏡L4(新月) S7 21.73 20.00 1.7725 49.61
   S8 30.31 5.82 　 　
影像源120 S9            
表十八
表面 K A B C D E F G
S1* -3.996E+01 8.504E-05 -5.302E-07 2.146E-09 -5.015E-12 5.726E-15 -1.913E-18 -1.004E-21
S2* 1.544E+01 8.984E-06 -8.404E-08 4.774E-10 -1.496E-12 2.219E-15 -1.487E-18 2.541E-22
圖13和14為圖9的車用投影鏡頭10h的成像光學模擬數據圖。圖13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14為三色光的畸變(distortion)圖。由於圖13及圖14所顯示出的圖形均在要求的範圍內，由此可驗證本實施例的車用投影鏡頭10h可達到良好的成像效果。
本發明的實施例藉由使透鏡L1為非球面塑膠透鏡，透鏡L2、透鏡L3及透鏡L4為球面玻璃透鏡，能提供較低的製造成本但仍保有良好的成像品質，此外，藉由使車用投影鏡頭實質上由4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，本發明的車用投影鏡頭和車用裝置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-10i:車用投影鏡頭 12:光軸 14:光圈 100:車燈裝置 120:影像源 130:稜鏡 I:影像光束 L1-L4:透鏡 S1-S10:表面 OS:放大側 IS:縮小側 P、Q:鏡面轉折點
圖1為本發明一實施例的車用裝置的示意圖。 圖2為本發明第一實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖3為本發明第二實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖4為本發明第三實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖5為本發明第四實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖6為本發明第五實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖7為本發明第六實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖8為本發明第七實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖9為本發明第八實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖10為本發明第九實施例的車用投影鏡頭的光學結構示意圖。 圖11為圖2的車用投影鏡頭的調制傳遞函數曲線圖，圖12為圖2的車用投影鏡頭的畸變圖。 圖13為圖9的車用投影鏡頭的調制傳遞函數曲線圖，圖14為圖9的車用投影鏡頭的畸變圖。 圖15會具有切邊的塑膠透鏡的示意圖。
10a:車用投影鏡頭
12:光軸
14:光圈
120:影像源
L1-L4:透鏡
S1-S9:表面
OS:放大側
IS:縮小側
P、Q:鏡面轉折點

Claims (11)

  1. 一種車用投影鏡頭，包括： 由該投影鏡頭放大側至該投影鏡頭縮小側依序排列的一非球面第一透鏡、一球面第二透鏡及一球面第三透鏡所組成之膠合透鏡，以及一球面第四透鏡； 該投影鏡頭的光圈值(F-number)小於或等於0.86； 該投影鏡頭的視場角(FOV)介於14度至44度之間；以及 該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、負、正、正。
  2. 一種車用投影鏡頭，沿一方向依序包括： 一第一透鏡，為一非球面透鏡； 一第二透鏡，具有負屈光度； 一第三透鏡，具有屈光度； 一第四透鏡，具有正屈光度，且為該等四片透鏡中，最靠近鏡頭縮小側的透鏡； 該投影鏡頭滿足下列條件： 該投影鏡頭光圈值(F-number)小於或等於0.86； 該投影鏡頭視場角(FOV)介於14度至44度之間； 該投影鏡頭實質上由該等四片透鏡所組成；以及 該第一透鏡為該等四片透鏡中，外徑最大的一片。
  3. 如請求項1-2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)一光圈設於該投影鏡頭放大側和第三透鏡之間，(2) 該投影鏡頭縮小側設有一稜鏡或一反射鏡，(3)光圈值(F-number)介於0.4至0.86之間。
  4. 如請求項1-2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)該第一非球面透鏡朝向該投影鏡頭放大側的表面的曲率半徑為正，(2)該投影鏡頭的總長(TTL)小於90mm。
  5. 如請求項1-2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中由該投影鏡頭放大側到該投影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、新月、雙凸、新月透鏡，(2)自該方向依序為非球面、雙凹、雙凸、新月透鏡。
  6. 如請求項2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中由該投影鏡頭放大側到該投影鏡頭縮小側的一方向上，該投影鏡頭自該方向透鏡的屈光度依序分別為正、負、正、正。
  7. 如請求項1-2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)該第一透鏡與該第二透鏡的間距介於15-40 mm之間，(2)該第一透鏡與第二透鏡的間距與投影鏡頭本身總長(OAL)的比值介於0.22-0.56之間。
  8. 如請求項1-2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)該第一透鏡最大外徑與該投影鏡頭本身總長(OAL)的比值介於0.63-0.8之間，(2)該第二透鏡最大外徑與該投影鏡頭本身總長(OAL)的比值介於0.51-0.79之間。
  9. 如請求項1-2中任一項所述之車用投影鏡頭，其中該投影鏡頭滿足下列條件之一：(1)非球面透鏡的材質為塑膠，(2)該投影鏡頭為玻塑混合結構，(3)該投影鏡頭包含一膠合透鏡。
  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，設於該光源的光路下游，該投影依序包括： 一第一透鏡，為一非球面形狀； 一第二透鏡，具有負屈光度； 一第三透鏡，具有屈光度；以及 一第四透鏡，具有正屈光度，且為該等四片透鏡中，最靠近光源的透鏡； 一車燈外罩，設於該投影鏡頭光路下游； 其中，該投影鏡頭的光圈值(F-number)小於或等於0.86；以及 該投影鏡頭的視場角(FOV)介於14度至44度之間。
  11. 如請求項10所述之車用裝置，其中該車用裝置滿足下列條件之一：(1)該發光二極體陣列，為一微形發光二極體陣列(Micro LED array)光源，(2)由該投影鏡頭放大側到該投影鏡頭縮小側的一方向上，該投影鏡頭自該方向透鏡的屈光度依序分別為正、負、正、正。
TW111107312A 2022-03-01 2022-03-01 車用投影鏡頭和車燈裝置 TW202336381A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111107312A TW202336381A (zh) 2022-03-01 2022-03-01 車用投影鏡頭和車燈裝置
US18/173,280 US20230280009A1 (en) 2022-03-01 2023-02-23 Vehicle projection lens and vehicle lamp
CN202310184669.XA CN116699799A (zh) 2022-03-01 2023-03-01 车用投影镜头和车灯装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111107312A TW202336381A (zh) 2022-03-01 2022-03-01 車用投影鏡頭和車燈裝置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202336381A true TW202336381A (zh) 2023-09-16

Family

ID=87842140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111107312A TW202336381A (zh) 2022-03-01 2022-03-01 車用投影鏡頭和車燈裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230280009A1 (zh)
CN (1) CN116699799A (zh)
TW (1) TW202336381A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117170064A (zh) * 2023-09-22 2023-12-05 玉晶光电(厦门)有限公司 光学成像镜头
WO2025254690A1 (en) * 2024-06-06 2025-12-11 Sunex, Inc. Imaging lighting lenses

Also Published As

Publication number Publication date
US20230280009A1 (en) 2023-09-07
CN116699799A (zh) 2023-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI717218B (zh) 鏡頭及其製造方法及車燈裝置
TWI735245B (zh) 光學鏡頭及其製造方法
CN114859559A (zh) 光学镜头
TWI760698B (zh) 投影鏡頭及其製造方法
TWI509283B (zh) 成像系統
TW202336381A (zh) 車用投影鏡頭和車燈裝置
CN119165618A (zh) 投影镜头
CN109407274B (zh) 一种日夜共焦光学镜头
CN115508987B (zh) 车用投影镜头及车灯装置
TWI797452B (zh) 光學鏡頭及其製造方法
TWI699550B (zh) 光學鏡頭
CN105759543A (zh) 投影光学系统及投影装置
WO2023143008A1 (zh) 投影镜头、投影设备及车辆
CN204405927U (zh) 超短焦投影镜头
CN116626895A (zh) 虚像显示装置用光学系统、虚像显示装置及头戴式显示器
TWI831882B (zh) 變焦投影鏡頭
TWI819774B (zh) 車用投影鏡頭
TW202011070A (zh) 取像鏡頭及其製造方法
TWI811987B (zh) 光學鏡頭
TWI836462B (zh) 車用定焦投影鏡頭
TWI815296B (zh) 投影鏡頭
CN117148588A (zh) 一种透镜模组及抬头显示系统
TWI818095B (zh) 光學鏡頭及其製造方法
CN105785553B (zh) 可小型化的短焦投影镜头
TW202403374A (zh) 取像鏡頭