車燈模塊及透鏡的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種透鏡，包括一入光面及一出光面。出光面相對于入光面，出光面的中央區域具有多個柱面微結構。這些柱面微結構在平行于透鏡的光軸的方向上的深度是落在從0.02毫米至0.2毫米的范圍內。包括該透鏡的一種車燈模塊也被提出。本發明的透鏡和車燈模塊可有效地解決色散問題。
【專利說明】
車燈模塊及透鏡
技術領域
[0001] 本發明是有關于一種光源模塊與光學元件，且特別是有關于一種車燈模塊與透 鏡。
【背景技術】
[0002] 目前的車頭燈透鏡設計（例如以發光二極管（light-emitting diode，LED)作為 光源的車頭燈設計）大多采用單一透鏡設計。依據光學原理，透鏡的厚薄比會產生不同程 度的色散現象。
[0003] -般解決色偏問題是采用雙合透鏡（doublet lens)，此種透鏡是將具有不同色散 能力材料的兩個正、負透鏡進行膠合，以解決色散問題。然而，此方法將造成光學效率降低、 重量與制造成本增加，并可能增加后焦距（back focal length)的長度，而影響系統體積。 此外，兩透鏡間使用的膠材也會有可靠性的疑慮，如長期高溫下的劣化。再者，如需使用塑 膠材料進行大量射出成型來生產，則不易找到兩種可以適當搭配的塑膠材料。
[0004] 在"【背景技術】"的段落中，只是用來幫助了解本
【發明內容】
，因此在【背景技術】段落所 揭露的內容可能包含一些沒有構成本領域技術人員所知道的【背景技術】。在【背景技術】段落所 揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請 前已被本領域技術人員所知曉或認知。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種車燈模塊，可有效地解決色散問題。
[0006] 本發明提供一種透鏡，可有效地解決色散問題。
[0007] 本發明的其它目的和優點可以從本發明所揭露的技術特征中得到進一步的了解。
[0008] 為達上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本發明的一實施例提出一種車燈 模塊與具有微結構的透鏡。本發明的一實施例提出一種車燈模塊，包括一發光元件及一透 鏡。發光元件用以發出一光束，透鏡具有相對的一入光面與一出光面。來自發光元件的光 束依序通過入光面與出光面，且出光面的中央區域具有多個柱面微結構。這些柱面微結構 在平行于透鏡的光軸的方向上的深度是落在從0. 02毫米至0. 2毫米的范圍內。
[0009] 本發明的一實施例提出一種透鏡，包括一入光面及一出光面。出光面相對于入光 面，出光面的中央區域具有多個柱面微結構。這些柱面微結構在平行于透鏡的光軸的方向 上的深度是落在從〇. 02毫米至0. 2毫米的范圍內。
[0010] 在本發明的一實施例中，中央區域與入光面沿著光軸在出光面上的正投影大體上 重合。
[0011] 在本發明的一實施例中，出光面為一凸形曲面。
[0012] 在本發明的一實施例中，這些柱面微結構為凸出的圓柱面或凹入的圓柱面。
[0013] 在本發明的一實施例中，這些柱面微結構沿著一第一方向排列，且每一柱面微結 構沿著一第二方向延伸，這些柱面微結構的曲率半徑從中央區域的中間延平行于第一方向 的方向往兩側遞減。
[0014] 在本發明的一實施例中，這些柱面微結構沿著一第一方向排列，且每一柱面微結 構沿著一第二方向延伸，這些柱面微結構的曲率半徑從中央區域的中間延平行于第一方向 的方向往兩側遞增。
[0015] 在本發明的一實施例中，這些柱面微結構沿著一第一方向排列，且每一柱面微結 構沿著一第二方向延伸，這些柱面微結構在第一方向上的節距是落在從0. 1毫米至3毫米 的范圍內。
[0016] 在本發明的一實施例中，這些柱面微結構沿著一第一方向排列，且每一柱面微結 構沿著一第二方向延伸，這些柱面微結構在第一方向上緊密相鄰。
[0017] 在本發明的一實施例中，這些柱面微結構沿著一第一方向排列，且每一柱面微結 構沿著一第二方向延伸，這些柱面微結構在第一方向上間隔排列。
[0018] 在本發明的一實施例中，透鏡還包括一內圍繞面及一外連接面。內圍繞面連接入 光面，且與入光面形成一容置發光元件的容置凹陷。外連接面連接內圍繞面與出光面。
[0019] 在本發明的實施例的車燈模塊與透鏡中，由于出光面的中央區域具有多個柱面微 結構，且這些柱面微結構在平行于透鏡的光軸的方向上的深度是落在從0.02毫米至0.2毫 米的范圍內，因此柱面微結構可以提供良好的光擴散效果，進而有效解決透鏡因折射而產 生的色散問題。
[0020] 為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳 細說明如下。
【附圖說明】
[0021] 圖1A為本發明的一實施例的車燈模塊的前視示意圖。
[0022] 圖1B為圖1A的車燈模塊的側視示意圖。
[0023] 圖1C為圖1A的車燈模塊沿著I-Ι線的剖面示意圖。
[0024] 圖1D為圖1A中的柱面微結構的立體示意圖。
[0025] 圖2為本發明的另一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。
[0026] 圖3為本發明的又一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。
[0027] 圖4為本發明的再一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。
[0028] 圖5為本發明的另一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 有關本發明的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖的一優選 實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、 右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發 明。
[0030] 圖1A為本發明的一實施例的車燈模塊的前視示意圖，圖1B為圖1A的車燈模塊的 側視示意圖，圖1C為圖1A的車燈模塊沿著I-Ι線的剖面示意圖，而圖1D為圖1A中的柱面 微結構的立體示意圖。請參照圖1A至圖1D，本實施例的車燈模塊100包括一發光元件110 及一透鏡200。發光元件110用以發出一光束112。在本實施例中，發光元件110例如為發 光二極管（light-emitting diode，LED)。然而，在其它實施例中，發光元件110也可以是 汞燈泡、鹵素燈泡、白熾燈泡、激光二極管、或其它適當的發光元件。
[0031] 參照圖1C，透鏡200具有相對的一入光面210與一出光面220。來自發光元件110 的至少部分光束112依序通過入光面210與出光面220。參照圖1A與圖1C，于一實施例 中，出光面220的中央區域C具有多個柱面微結構222。這些柱面微結構222在平行于透鏡 200的光軸A的方向上的深度D落在從0. 02毫米至0. 2毫米的范圍內。
[0032] 在本實施例中，透鏡200還包括一內圍繞面230及一外連接面240。內圍繞面230 連接入光面210,且與入光面210形成一容置發光元件110的容置凹陷205,即容置凹陷205 由頂面（即入光面210)和內圍繞面230所構成。外連接面240連接內圍繞面230與出光 面220。在本實施例中，發光元件110所發出的光束112中的部分光束112a依序穿透入光 面210與柱面微結構222,且柱面微結構222具有使部分光束112a擴散的作用。此外，發光 元件110所發出的光束112中的部分光束112b依序穿透入光面210及出光面220的位于 中央區域C以外的區域，也就是部分光束112b沒有通過柱面微結構222,因此是受到入光 面210及出光面220的折射作用。發光元件110所發出的光束112中的部分光束112c依 序穿透內圍繞面230、被外連接面240反射（例如全反射）及穿透出光面220的位于中央區 域C以外的區域。因此，部分光束112c受到內圍繞面230與出光面220的折射作用及外連 接面240的反射作用。當部分光束112a、112b及112c所產生的照明區域疊加起來時，由于 部分光束112a受到柱面微結構222的擴散，因此可使整體照明區域的色散程度有效降低， 也就是在照明區域的邊緣不易看到因色散現象所造成的彩虹紋。如圖1C所示，于一實施例 中，入光面210面對發光元件110的發光面，具有柱面微結構222的出光面220與發光元件 110分別位于入光面210的不同側。當發光元件110所發出的光束112中的部分光束112c 穿透內圍繞面230,內圍繞面230為第二入光面，入光面210則為第一入光面。
[0033] 在本實施例的車燈模塊100與透鏡200中，由于出光面220的中央區域C具有多個 柱面微結構222,且這些柱面微結構222在平行于透鏡200的光軸A的方向上的深度D是落 在從0. 02毫米至0. 2毫米的范圍內，因此柱面微結構222可以提供良好的光擴散效果，進 而有效解決透鏡200因折射而產生的色散問題。在本實施例中，由于柱面微結構222位于 中央區域C，而不是位于整個出光面220,因此可減少車燈模塊100于照明范圍的中心（即 光軸位置）的最高亮度的損失。另外，由于這些柱面微結構的深度D沒有過深（即落在從 0. 02毫米至0. 2毫米的范圍內），因此也可有效避免照明范圍的中心的最高亮度損失過大， 且較不會有柱面微結構過淺不易射出成型的問題產生。
[0034] 在本實施例中，這些柱面微結構222沿著一第一方向D1排列，且每一柱面微結構 222沿著一第二方向D2延伸。如圖1A的前視圖中，第一方向D1在此視圖中實質上平行于 X方向，且第二方向D2在此視圖中實質上平行于y方向，然而在側視圖中（如圖1B中），第 一方向D1可隨著出光面220的彎曲而彎曲，且同理第二方向D2也可隨著出光面220的彎 曲而彎曲。換言之，這些柱面微結構222在第一方向D1上可排列成弧形，且每一柱面微結 構222在第二方向D2上可延伸成弧形。在本實施例中，這些柱面微結構222在第一方向D1 上緊密相鄰。在本實施例中，X方向、y方向及z方向彼此互相垂直，且z方向實質上平行于 光軸A。
[0035] 在本實施例中，出光面220與入光面210可都為曲面形狀，例如凸形曲面，以達到 聚光或擴光的效果。此外，在本實施例中，這些柱面微結構222可以是凸出的圓柱面。然而， 在其它實施例中，這些柱面微結構也可以是凹入的圓柱面。在本實施例中，這些柱面微結構 222在第一方向D1上的節距（pitch) P是落在從0. 1毫米至3毫米的范圍內。在本實施例 中，這些柱面微結構222的曲率半徑（即在圖1C所繪示的剖面上的曲率半徑）實質上相同， 然而，在其它實施例中，這些柱面微結構222的曲率半徑也可以部分相同且部分不同，或者 也可以完全不同。
[0036] 在本實施例中，入光面210沿著光軸A在出光面220上的正投影（例如圖1C中沿 著光軸A兩側的兩虛線之間的范圍內往上投影至出光面220的正投影）與中央區域C(例 如出光面220在此兩虛線之間的范圍內的區域）大體上（substantially)重合。
[0037] 圖2為本發明的另一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。請參照圖2,本實施例的透 鏡200a與圖1C的透鏡200類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的透鏡200a中，出 光面220a的這些柱面微結構222a為凹入的圓柱面。
[0038] 圖3為本發明的又一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。請參照圖3,本實施例的透 鏡200b與圖1C的透鏡200類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的透鏡200b中，出 光面220b的這些柱面微結構222b的曲率半徑R(如在圖3所示的剖面上的曲率半徑）從 中央區域C的中間延平行于第一方向D1的方向往兩側遞減。這些柱面微結構222b的曲率 半徑R漸變的設計有助于讓色散現象減輕，且可以提高大角度的照明亮度。
[0039] 圖4為本發明的再一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。請參照圖4,本實施例的透 鏡200c與圖1C的透鏡200類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的透鏡200c中，出 光面220c的這些柱面微結構222c的曲率半徑R(如在圖4所示的剖面上的曲率半徑）從 中央區域C的中間延平行于第一方向D1的方向往兩側遞增。
[0040] 圖5為本發明的另一實施例的透鏡的局部剖面示意圖。請參照圖5,本實施例的透 鏡200d與圖1C的透鏡200類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的透鏡200d中，出 光面220d的這些柱面微結構222d在第一方向D1上間隔排列，例如是等間隔T排列。這些 柱面微結構222d間隔排列的設計可進一步減少照明范圍的中心的亮度的損失，而仍有一 定程度的減輕色散現象的效果。
[0041] 下表一列出在一實施例中不具有柱面微結構的車燈模塊、圖1C的車燈模塊100 及采用圖3的透鏡200b的車燈模塊以歐洲車輛遠燈法規ECE R112(即聯合國歐洲經濟執 委會（United Nations Economic Commission for Europe，ECE)交通運輸規則第 112 條 (Transport Regulation No. 112))測試點的亮度差異的模擬結果，以下數據僅為范例，本 發明不以此為限。
[0042] (表一）
[0043]
[0044] 表一中所述的"中心"是指照明范圍的中心，即光軸A上的位置。中心外右邊2. 5 度是指從光軸A往+x方向偏轉2. 5度，其余測試點以此類推。由上表可知，本發明的上述 實施例可在亮度減少不大（尤其是中心最高亮度值減少不大）的情況下，有效地減輕色散 現象。此外，在本發明的上述實施例中，透鏡200、200a~200d可由單一材料所制成，因此 可以避免"【背景技術】"所述雙合透鏡所產生的問題。另外，如表一所分析，本發明的上述實 施例的透鏡200、200a~200d適用于車用遠燈，而可有效地符合相關法規。
[0045] 綜上所述，在本發明的實施例的車燈模塊中，由于出光面的中央區域具有多個柱 面微結構，且這些柱面微結構在平行于透鏡的光軸的方向上的深度是落在從0. 02毫米至 0. 2毫米的范圍內，因此柱面微結構可以提供良好的光擴散效果，進而有效解決透鏡因折射 而產生的色散問題。
[0046] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，當不能以此限定本發明實施的范圍，即 所有依本發明權利要求書及說明書內容所作的簡單的等效變化與修改，都仍屬于本發明專 利覆蓋的范圍。另外本發明的任一實施例或權利要求不需實現本發明所揭露的全部目的或 優點或特點。此外，摘要和發明名稱僅是用來輔助專利文件檢索之用，并非用來限制本發明 的權利范圍。另外，說明書中提及的第一、第二等用語，僅用以表示元件的名稱，并非用來限 制元件數量上的上限或下限。
[0047] 【符號說明】
[0048] 1〇〇 :車燈模塊
[0049] 110:發光元件
[0050] 112:光束
[0051] 112a、112b、112c :部分光束
[0052] 200、200a、200b、200c、200d :透鏡
[0053] 205 :容置凹陷
[0054] 210 :入光面
[0055] 220、220a、220b、220c、220d :出光面
[0056] 222、222a、222b、222c、222d :柱面微結構
[0057] 230:內圍繞面
[0058] 240 :外連接面
[0059] A :光軸
[0060] C:中央區域
[0061] D:深度
[0062] D1 :第一方向
[0063] D2 :第二方向
[0064] P :節距
[0065] R:曲率半徑
[0066] T:間隔
[0067] x、y、z:方向
【主權項】
1. 一種車燈模塊，包括一發光元件以及一透鏡， 所述發光元件用以發出一光束， 所述透鏡具有相對的一入光面與一出光面，來自所述發光元件的部分所述光束依序通 過所述入光面與所述出光面，所述出光面的中央區域具有多個柱面微結構，其中所述多個 柱面微結構在平行于所述透鏡的光軸的方向上的深度是落在從0. 02毫米至0. 2毫米的范 圍內。2. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述中央區域與所述入光面沿著所述 光軸在所述出光面上的正投影大體上重合。3. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述出光面為一凸形曲面。4. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述多個柱面微結構為凸出的圓柱面 或凹入的圓柱面。5. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向 排列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構的曲率半徑從所 述中央區域的中間延平行于第一方向的方向往兩側遞減。6. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向 排列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構的曲率半徑從所 述中央區域的中間延平行于第一方向的方向往兩側遞增。7. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向 排列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構在所述第一方向 上的節距是落在從0. 1毫米至3毫米的范圍內。8. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向 排列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構在所述第一方向 上緊密相鄰。9. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向 排列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構在所述第一方向 上間隔排列。10. 如權利要求1所述的車燈模塊，其特征在于，所述透鏡還包括一內圍繞面以及一外 連接面， 所述內圍繞面連接所述入光面，且與所述入光面形成一容置所述發光元件的容置凹 陷， 所述外連接面連接所述內圍繞面與所述出光面。11. 一種透鏡，適用于一車燈，所述透鏡包括一入光面以及一出光面， 所述出光面相對于所述入光面，所述出光面的中央區域具有多個柱面微結構，其中所 述多個柱面微結構在平行于所述透鏡的光軸的方向上的深度是落在從0. 02毫米至0. 2毫 米的范圍內。12. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述中央區域與所述入光面沿著所述光 軸在所述出光面上的正投影大體上重合。13. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述出光面為一凸形曲面。14. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述多個柱面微結構為凸出的圓柱面或 凹入的圓柱面。15. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向排 列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構的曲率半徑從所述 中央區域的中間延平行于第一方向的方向往兩側遞減。16. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向排 列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構的曲率半徑從所述 中央區域的中間延平行于第一方向的方向往兩側遞增。17. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向排 列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構在所述第一方向上 的節距是落在從0. 1毫米至3毫米的范圍內。18. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向排 列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構在所述第一方向上 緊密相鄰。19. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，所述多個柱面微結構沿著一第一方向排 列，且每一所述柱面微結構沿著一第二方向延伸，所述多個柱面微結構在所述第一方向上 間隔排列。20. 如權利要求11所述的透鏡，其特征在于，還包括一內圍繞面以及一外連接面， 所述內圍繞面連接所述入光面，且與所述入光面形成一容置凹陷， 所述外連接面連接所述內圍繞面與所述出光面。
【文檔編號】F21W101/02GK105889836SQ201510545777
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年8月31日
【發明人】謝啟堂, 蔡漢文, 黃國勝
【申請人】中強光電股份有限公司