车灯装置及用于车灯的投影镜头的制作方法

1.本发明是有关于一种投影装置以及镜头，且特别是有关于一种车灯装置及用于车灯的投影镜头。


背景技术：

2.为了达到行车安全目的，车用头灯照明的亮度与光场分布有一定的规范要求。同时，节能与效率也一直是车用照明的重要要求。
3.一般光源，无论是卤素灯、金属灯、led灯...等等，都无法直接投射使用，必须经过改变光场的步骤，才能满足车用头灯的照明要求。现行的车灯装置，以非成像光学技术导引或调整来自光源的照明光束，以达到各国对于车头灯的技术规范。如何适当调整车灯照明，提供适当的亮度与光场，达到安全驾驶以及预警行人的目的，是相当重要的课题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种车灯装置及用于车灯的投影镜头，可提供少透镜片数、大光圈、高效率，且符合法规要求的移动式照明与投影装置，以及用于该装置的投影镜头。
5.本发明提供一种车灯装置，包括矩阵式影像光源、投影镜头、光圈及车灯外罩。投影镜头设置于矩阵式影像光源的光路下游，且投影镜头主要是由包含二至三片具屈光度的透镜所组成。光圈设置于投影镜头两端最外侧透镜之间。车灯外罩设置于投影镜头的光路下游。投影镜头两端的最外侧透镜表面的光学中心之间的距离介于30毫米至85毫米之间。
6.本发明另提供一种用于车灯的投影镜头，包括二到三片具屈光度的透镜，和设置于投影镜头两端最外侧透镜之间的光圈。其中，投影镜头的光圈值(f-number)介于0.6至0.85之间，投影镜头两端的最外侧透镜表面的光学中心之间的距离介于30毫米至85毫米之间，以及投影长宽比介于2.5:1至6:1之间。
7.本发明再提供一种用于车灯的投影镜头，包括由放大侧到缩小侧依序设置的非球面第一透镜及组合透镜，和设置于组合透镜和镜头放大侧之间的光圈。其中，第一透镜外径大于组合透镜外径，投影镜头的光圈值(f-number)介于0.6至0.85之间，以及投影长宽比介于2:1至6:1之间。
8.基于上述，本发明的车灯装置及投影镜头，可使用较少的透镜片数且提供大光圈、高出光效率的投影或照明效果，且可符合法规要求。因此，可降低制作成本，并可提升照明及投影警示的效果或可降低耗能。此外，本发明的实施例的投影镜头具有较短的镜头总长，在作为车灯装置等交通工具的照明或投影警示设备使用时，可提高整体组装的弹性。
9.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
10.图1a、图1b、图1c分别为本发明的第一实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据
及非球面参数。
11.图2a、图2b、图2c分别为本发明的第二实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
12.图3a、图3b、图3c分别为本发明的第三实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
13.图4a、图4b、图4c分别为本发明的第四实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
14.图5a、图5b、图5c分别为本发明的第五实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
15.图6a、图6b、图6c分别为本发明的第六实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
16.图7a、图7b、图7c分别为本发明的第七实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
17.图8a、图8b、图8c分别为本发明的第八实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
18.图9a、图9b、图9c分别为本发明的第九实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
19.图10a、图10b、图10c分别为本发明的第十实施例的车灯装置的示意图、详细光学数据及非球面参数。
20.附图标号：
21.10:车灯装置
22.100:投影镜头
23.110:第一透镜
24.112、122、132:放大侧表面
25.114、124、134:缩小侧表面
26.120:第二透镜
27.130:第三透镜
28.200:矩阵式影像光源
29.300:车灯灯罩/车灯外罩
30.a1:放大侧
31.a2:缩小侧
32.st:光圈
33.i:光轴
34.ls:发光表面
35.lc、sc:光学中心
具体实施方式
36.图1a为本发明的第一实施例的车灯装置的示意图。请参考图1a。本实施例提供一种车灯装置10，可提供少透镜片数、大光圈、高效率的移动式照明或投影装置。在本实施例
中，车灯装置10包括投影镜头100、矩阵式影像光源200及车灯灯罩或车灯外罩300。矩阵式影像光源200用以提供影像光束(未显示)，而投影镜头100设置于矩阵式影像光源200的光路下游，用以将影像光束投射出车灯装置10至投影目标(未显示)，例如是路面或墙面。本实施例的车灯装置10还包括车灯灯罩/车灯外罩300，设置于投影镜头100的光路下游。影像光束自投影镜头100投射出后，通过车灯灯罩300投射至投影目标。车灯灯罩300可进一步调节影像光束，或可具有保护投影镜头100、矩阵式影像光源200或其他车灯元件的功能，但本发明并不限于此。本实施例的车灯装置10可以应用作为装设在汽车上的灯具，例如是远光灯、近光灯、位置灯、剎车灯、倒车灯、尾灯、雾灯、牌照灯、日间行车灯与转向灯等，本发明并不限于此。
37.详细而言，在本实施例中，矩阵式影像光源200例如是微型发光二极管阵列(micro light emitting diode array，micro led array)或数字微镜元件(digital micromirror device，dmd)，但本发明并不限于此。矩阵式影像光源200可提供影像光束，投影镜头100将影像光束投影在路面或墙面等处所，以达到法规需求以及对使用者与路上行人的预警效果。举例而言，影像光束可以是光强度较大且不具特定图案的光束，用以在驾驶行车时作为足够亮度且符合规定的照明光。影像光束也可以依需求呈现具特定图案的光束，例如是箭头、方形、三角形、圆圈等几何图案，用以在驾驶行车时作为具提示用途的图案或信号。
38.图1b为本发明的第一实施例的车灯装置10的详细光学数据。图1c为本发明的第一实施例的车灯装置10的非球面参数。请同时参考图1a至图1c。投影镜头100包含二到三片具屈光度的透镜，也就是说，投影镜头100可包含两片或三片屈光度皆不为0的光学透镜的组合。投影镜头100也可以是用于车灯的投影镜头。投影镜头100具有光轴i，光轴i可以是光学透镜组合的光轴。所述的光学透镜组合配置于影像光源200的光路下游，用以放大并投射影像光束至投影目标。投影镜头100可设计为包括至少一片塑胶镜片，例如：至少一部分透镜为塑胶镜片，且至少另一部分透镜为玻璃镜片，但本发明不限于此。投影镜头100中的透镜也可以为玻塑混合透镜，但本发明并不限于此。另外，投影镜头100可包括胶合透镜或不包括胶合透镜，但本发明并不限于此。
39.如图1a所示，本实施例的车灯装置10中，投影镜头100包含三片具屈光度的透镜。具体而言，投影镜头100可具有朝向车灯灯罩300的放大侧a1以及朝向矩阵式影像光源200的缩小侧a2，投影镜头100自放大侧a1至缩小侧a2依序包括第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130。
40.第一透镜110为塑胶镜片且为非球面透镜。第一透镜110的屈光度为正且为双凸透镜。第一透镜110中朝向放大侧a1的放大侧表面112为凸面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面114为凸面。
41.第二透镜120的屈光度为正且为双凸透镜。第二透镜120中朝向放大侧a1的放大侧表面122为凸面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面124为凸面。
42.第三透镜130的屈光度为正且为新月型透镜。第三透镜130中朝向放大侧a1的放大侧表面132为凸面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面134为凹面。在一实施例中，第三透镜130的屈光度可为负且为新月型透镜。
43.投影镜头100还包括光圈st。在本实施例中，光圈st设置于投影镜头100两端的最外侧透镜表面(即第一透镜110的放大侧表面112和第三透镜130的缩小侧表面134)间，光圈
值(f-number)介于0.6至0.85之间。光圈st可设置在透镜中的一者的表面。在本实施例中，光圈st设置在第二透镜120的放大侧表面122，例如是以第二透镜120的放大侧表面122作为光圈，或是以环绕第二透镜120的放大侧表面122的机构件作为光圈。
44.在本实施例中，第二透镜120及第三透镜130的放大侧表面122、132以及缩小侧表面124、134可以皆为非球面，也可以为球面，本发明并不以此为限。第二透镜120及第三透镜130可以为塑胶镜或玻璃镜片，本发明并不以此为限。此外，矩阵式影像光源200具有发光表面ls，影像光束自发光表面ls发出。本实施例的其他详细光学数据如图1b、图1c所示。其中，图1c的栏位中分别示出第一透镜110的放大侧表面112和缩小侧表面114的非球面系数。
45.此外，在本实施例中，投影镜头100的镜头总长ttl小于80毫米。也就是说，自矩阵式影像光源200的发光表面ls到投影镜头100的最远离矩阵式影像光源200的透镜表面(即第一透镜110的放大侧表面112)在光轴i上的距离小于80毫米。
46.在本实施例中，投影镜头100两端的最外侧透镜表面的光学中心lc、sc之间的距离介于30毫米至85毫米之间，较佳的是投影镜头100两端的最外侧透镜表面的光学中心lc、sc之间的距离介于54毫米至76毫米之间。也就是说，第一透镜110的放大侧表面112的光学中心和第三透镜130的缩小侧表面134的光学中心之间的距离(投影镜头100的多个透镜在光轴上的总长度)介于54毫米至76毫米之间。此外，投影镜头100的投影长宽比介于2:1至6:1之间，较佳的是投影镜头100的投影长宽比介于2.5:1至6:1之间，可提供14至40度的水平视场角以及5至10度的垂直视场角，以提供符合相关法规的投射效果。
47.在本实施例中，矩阵式影像光源200可包括多个微型发光二极管(micro led)。在本实施例中，矩阵式影像光源200可为长约12.8毫米、宽约3.2毫米的微型发光二极管阵列，可例如是具有256x64个像素、50微米的像素尺寸。其中，矩阵式影像光源200的空间频率可为10线对/毫米。于本发明的实施例中，矩阵式影像光源200的空间频率可介于5～15线对/毫米之间。
48.如上所述，本实施例的车灯装置10具有介于0.6至0.85的光圈值，可提供大光圈、提高出光效率；且可具有介于2.5:1至6:1之间的投影长宽比，可提供14至40度的水平视场角以及5至10度的垂直视场角，以符合相关法规规范。此外，本实施例使用三片透镜且镜头总长介于30至85毫米，使用了较少的透镜片数，且具有较短的镜头总长。另外，本实施例还包括至少一片塑胶镜片，可进一步降低成本。
49.图2a为本发明的第二实施例的车灯装置10的示意图。图2b为本发明的第二实施例的车灯装置的详细光学数据。图2c为本发明的第二实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图2a至图2c。本发明的车灯装置10的第二实施例，其与第一实施例大致相似，两者的差异在于：第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
50.图3a为本发明的第三实施例的车灯装置10的示意图。图3b为本发明的第三实施例的车灯装置的详细光学数据。图3c为本发明的第三实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图3a至图3c。本发明的车灯装置10的第三实施例，其与第一实施例大致相似，而两者的差异在于：第一透镜110为新月型透镜，第一透镜110的缩小侧表面114为凹面。光圈st设置在第一透镜110的缩小侧表面114，例如是以第一透镜110的缩小侧表面114作为光圈，或是以环绕第一透镜110的缩小侧表面114的机构件作为光圈。此外，第一透镜110、第二透镜
120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
51.另外，在本实施例中，第二透镜120在光轴i上的厚度大于12毫米。第二透镜120与该第三透镜130之间在光轴i上的距离大于1毫米，也就是说，第二透镜120的缩小侧表面124至第三透镜130的放大侧表面132在光轴i上的距离大于1毫米。此外，在本实施例中，光圈st与第二透镜120之间在光轴i上的距离大于2毫米。
52.图4a为本发明的第四实施例的车灯装置10的示意图。图4b为本发明的第四实施例的车灯装置的详细光学数据。图4c为本发明的第四实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图4a至图4c。本发明的车灯装置10的第四实施例，其与第三实施例大致相似，两者的差异在于：第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
53.图5a为本发明的第五实施例的车灯装置10的示意图。图5b为本发明的第五实施例的车灯装置的详细光学数据。图5c为本发明的第五实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图5a至图5c。本发明的车灯装置10的第五实施例，其与第三实施例大致相似，两者的差异在于：第一透镜110为双凸透镜，第一透镜110的缩小侧表面114为凸面。光圈st设置在第一透镜110与第二透镜120之间。此外，第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
54.图6a为本发明的第六实施例的车灯装置10的示意图。图6b为本发明的第六实施例的车灯装置的详细光学数据。图6c为本发明的第六实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图6a至图6c。本发明的车灯装置10的第六实施例，其与第一实施例大致相似，两者的差异在于：本实施例的投影镜头100包含二片具屈光度的透镜。具体而言，投影镜头100自放大侧a1至缩小侧a2依序包括第一透镜110及第二透镜120。
55.第一透镜110为塑胶镜片且为非球面透镜。第一透镜110的屈光度为正且为新月型透镜。第一透镜110中朝向放大侧a1的放大侧表面112为凸面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面114为凹面。
56.第二透镜120的屈光度为正且为新月型透镜。第二透镜120中朝向放大侧a1的放大侧表面122为凸面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面124为凹面。此外，在本实施例中，第二透镜120在光轴i上的厚度大于12毫米。
57.本实施例的投影镜头100还包括光圈st。在本实施例中，光圈st设置于投影镜头100两端的最外侧透镜表面(即第一透镜110的放大侧表面112和第二透镜120的缩小侧表面124)间，光圈值(f-number)介于0.6至0.85之间。光圈st可设置在透镜中的一者的表面。在本实施例中，光圈st设置在第二透镜120的放大侧表面122，例如是以第二透镜120的放大侧表面122作为光圈，或是以环绕第二透镜120的放大侧表面122的机构件作为光圈。
58.在本实施例中，第二透镜120的放大侧表面122以及缩小侧表面124可以皆为非球面，也可以为球面，本发明并不以此为限。第二透镜120可以为塑胶镜或玻璃镜片，本发明并不以此为限。本实施例的其他详细光学数据如图6b、图6c所示。其中，图6c的栏位中分别示出第一透镜110的放大侧表面112和缩小侧表面114的非球面系数。
59.此外，在本实施例中，投影镜头100的镜头总长ttl小于80毫米。也就是说，自矩阵式影像光源200的发光表面ls到投影镜头100的最远离矩阵式影像光源200的透镜表面(即第一透镜110的放大侧表面112)在光轴i上的距离小于80毫米。
60.在本实施例中，投影镜头100两端的最外侧透镜表面的光学中心lc、sc之间的距离介于54毫米至76毫米之间。也就是说，第一透镜110的放大侧表面112的光学中心和第二透镜120的缩小侧表面124的光学中心之间的距离(投影镜头100的多个透镜在光轴上的总长度)介于54毫米至76毫米之间。此外，投影镜头100的投影长宽比介于2.5:1至6:1之间，可提供14至40度的水平视场角以及5至10度的垂直视场角，以提供符合相关法规的投射效果。
61.图7a为本发明的第七实施例的车灯装置10的示意图。图7b为本发明的第七实施例的车灯装置的详细光学数据。图7c为本发明的第七实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图7a至图7c。本发明的车灯装置10的第七实施例，其与第一实施例，两者的差异在于：本实施例的投影镜头100的第二透镜120和第三透镜130形成的组合透镜。具体而言，投影镜头100自放大侧a1至缩小侧a2依序包括第一非球面塑胶透镜110及第二透镜120和第三透镜130形成的一组合透镜。
62.第一透镜110为塑胶镜片且为非球面透镜。第一透镜110的屈光度为正且为新月型透镜。第一透镜110中朝向放大侧a1的放大侧表面112为凸面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面114为凹面。
63.第二透镜120的屈光度为正且为双凸透镜。第二透镜120中朝向放大侧a1的放大侧表面122为凸面，第三透镜130的屈光度为正且为新月型透镜。第三透镜130中朝向放大侧a1的放大侧表面132为凹面，而朝向缩小侧a2的缩小侧表面134为凸面。在本实施例中，第二透镜120在光轴i上的厚度大于6毫米。此外，第二透镜120和第三透镜130所形成的组合透镜，无论是球面或非球面，当两透镜相邻的两面有大致相同(曲率半径差异小于0.005mm)或完全相同(实质相同)的曲率半径，且可通过胶合或是机构件等方式相互固定时，其即为组合透镜。而于本例中，组合透镜包括的两枚透镜为双胶合透镜，即各透镜之间通过粘胶粘合而成。
64.本实施例的投影镜头100还包括光圈st。在本实施例中，光圈st设置于投影镜头100两端的最外侧透镜表面(即第一透镜110的放大侧表面112和第三透镜130的缩小侧表面134)间，光圈值(f-number)介于0.6至0.85之间。在本实施例中，光圈st设置在第一透镜110的缩小侧表面114和第二透镜120的放大侧表面122之间，例如是以设置在第一透镜110的缩小侧表面114和第二透镜120的放大侧表面122之间的机构件作为光圈。
65.在本实施例中，第二透镜120的放大侧表面122，第三透镜130的放大侧表面132以及缩小侧表面134可以皆为非球面，也可以为球面，本发明并不以此为限。第二透镜120及第三透镜130可以为塑胶镜或玻璃镜片，本发明并不以此为限。本实施例的其他详细光学数据如图7b、图7c所示。其中，图7c的栏位中分别示出第一透镜110的放大侧表面112和缩小侧表面114的非球面系数。
66.在本实施例中，投影镜头100的镜头总长ttl小于85毫米。也就是说，自矩阵式影像光源200的发光表面ls到投影镜头100的最远离矩阵式影像光源200的透镜表面(即第一透镜110的放大侧表面112)在光轴i上的距离小于85毫米。此外，在本发明的实施例中，投影镜头100的第一片透镜的镜片直径(d1)与两端的最外侧透镜表面的光学中心lc、sc之间的距离(oal)的比值介于0.4至2之间。要注意的是，镜片直径(d1)是指包含镜片承靠部的机械长度，而非光学模拟软体所呈现的有效光通量(ca)长度。
67.在本实施例中，投影镜头100两端的最外侧透镜表面的光学中心lc、sc之间的距离
介于30毫米至85毫米之间。也就是说，第一透镜110的放大侧表面112的光学中心和第三透镜130的缩小侧表面134的光学中心之间的距离(投影镜头100的多个透镜在光轴上的总长度)介于30毫米至85毫米之间。此外，投影镜头100的投影长宽比介于2:1至6:1之间，可提供14至40度的水平视场角以及5至10度的垂直视场角，以提供符合相关法规的投射效果。
68.图8a为本发明的第八实施例的车灯装置10的示意图。图8b为本发明的第八实施例的车灯装置的详细光学数据。图8c为本发明的第八实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图8a至图8c。本发明的车灯装置10的第八实施例，其与第七实施例大致相似，两者的差异在于：第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
69.图9a为本发明的第九实施例的车灯装置10的示意图。图9b为本发明的第九实施例的车灯装置的详细光学数据。图9c为本发明的第九实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图9a至图9c。本发明的车灯装置10的第九实施例，其与第七实施例大致相似，两者的差异在于：第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
70.图10a为本发明的第十实施例的车灯装置10的示意图。图10b为本发明的第十实施例的车灯装置的详细光学数据。图10c为本发明的第十实施例的车灯装置的非球面参数。请同时参考图10a至图10c。本发明的车灯装置10的第十实施例，其与第七实施例大致相似，两者的差异在于：第一透镜110、第二透镜120及第三透镜130的各光学数据、非球面系数及各元件的间距等参数不完全相同。
71.综上所述，在本发明的车灯装置及投影镜头中，投影镜头包含二到三片具屈光度的透镜，其中多个透镜在光轴上的总长度介于30毫米至85毫米之间，投影镜头的配置并符合投影长宽比介于2:1至6:1之间。本发明的实施例的车灯装置或投影镜头，可使用较少的透镜片数且提供大光圈、高出光效率的投影或照明效果，且可符合法规要求。因此，可降低制作成本，并可提升照明及警示的效果或可降低耗能。此外，本发明的实施例的投影镜头具有较短的镜头总长，在作为车灯装置等交通工具照明设备使用时，可提高整体组装的弹性。
72.虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可将实施例之间的组件作些许的交换、更换、更动与润饰，故本发明的保护范围当视本技术权利要求所限定的范围为准。