CN102434788A - 光源组件 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光源组件，包括发光元件、可调式成像系统以及光形变换元件。发光元件适于发出光束。可调式成像系统配置于光束的传递路径上，且适于改变光束的收敛发散程度。光形变换元件配置于来自可调式成像系统的光束的传递路径上，且包括开孔及环绕该开孔的光折射材料。其中，开孔的形状与光折射材料的形状不相同。可调式成像系统适于改变光束的收敛发散程度，以使光束集中地通过开孔，或使光束同时通过光折射材料与开孔。

Description

光源组件

技术领域

本发明有关一种光源组件，且特别是有关一种包括光形变换元件的光源组件。

背景技术

在现有的光源组件中，切换输出光形的方法有两种。其中一种方法是，通过改变光源组件中的光源与光学元件间的距离以达到切换光形的目的。举例而言，在现有的手电筒中，常通过改变其灯泡与反射灯罩间的距离，而达到切换光形的目的。然而，以上述方法所切换的光形皆为一轴对称光形，使得此类光源组件的应用受到限制。

而另一种切换光形方法是，利用一光源组件，此光源组件包括有多个位于不同位置的独立光源，通过控制各独立光源的开关与否，进而达到切换光形的目的。举例而言，一发光二极管台灯，其包括多个发光二极管光源，其中一些发光二极管光源沿着一圆周排列，一个发光二极管光源位于上述圆周的中心。当只有位于圆周中心的发光二极管光源发光时，此发光二极管台灯输出的光形为较小的圆形。当所有的发光二极管光源皆发光时，此发光二极管台灯输出的光形即可切换为一较大的圆形。利用上述的方法切换光形时，其输出整体的光通量会发生剧烈地变化，亦使此类光源组件的应用受到限制。

因此，如何设计出一光源组件，使其切换的输出光形不受限于轴对称光形。并且，此光源组件在切换光形时，其输出的整体光通量亦不会发生太剧烈地变化，实为目前研发者所面临的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种光源组件，此光源组件可切换输出光形。

本发明提出一种光源组件。此光源组件包括发光元件、可调式成像系统以及光形变换元件。发光元件适于发出光束。可调式成像系统配置于光束的传递路径上，且适于改变光束的收敛发散程度。光形变换元件配置于来自可调式成像系统的光束的传递路径上，且包括开孔及环绕该开孔的光折射材料。其中，开孔的形状与光折射材料的形状不相同。可调式成像系统适于改变光束的收敛发散程度，以使光束集中地通过开孔，或使光束同时通过光折射材料与开孔。

本发明的有益技术效果是：本发明的光源组件通过可调式成像系统与光形变换元件间的搭配，可切换输出光形。此外，在本发明的光源组件所切换的输出光形间，其整体光通量的差异可被有效降低。

附图说明

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，并配合附图作详细说明，其中：

图1A、图1B、图8以及图10为本发明的一实施例的光源组件示意图。

图2A至图2D、图4A至图4D以及图6A至图6D为本发明的一实施例的光形变换元件示意图。

图3A、图3C、图5A、图5C、图7A以及图7C表示出本发明的一实施例的光斑与光形变换元件间的相对关系。

图3B、图3D、图5B、图5D、图7B以及图7D为本发明的一实施例的光斑光形与其照度分布示意图。

图9A以及图9B为本发明的一实施例的液态透镜俯视示意图。

具体实施方式

第一实施例

图1A为本实施例的光源组件示意图。请参照图1A，本实施例的光源组件1000包括发光元件100、可调式成像系统200以及光形变换元件300。其中，发光元件100发出一光束L。在图1A中，光束L的光轴以z轴来表示。光形变换元件300所在平面为S。

在本实施例中，发光元件100发出一光束L，并先传递至可调式成像系统200中。本实施的发光元件100例如为一个发光二极管(light emitting diode，LED)。然而，本发明不限于此。在其它实施例中，发光元件100亦可是多个发光二极管(lightemitting diode，LED)的组合，当然也可以是其它适当的发光元件或其组合。

在本实施例中，可调式成像系统200配置于光束L的传递路径上，且可改变光束L的收敛发散程度。举例而言，本实施例的可调式成像系统200可包括一可移动的光学元件202。本实施例的可调式成像系统200可通过改变其光学元件202与发光元件100间的距离D改变光束L的收敛发散程度。如此一来，光束L便可在在光形变换元件300所在的平面S上形成不同面积的光斑。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，可调式成像系统200亦可包括一变焦镜头210(如图1B中所示)。此变焦镜头210包括至少一变焦透镜212。此可调式成像系统200可通过改变变焦透镜212的位置来改变变焦镜头的焦距，而使得光束L的收敛发散程度发生变化。如此一来，光束L便可在光形变换元件300所在的平面S上形成不同面积的光斑。举例而言，当改变变焦透镜212的位置使得变焦镜头的焦距变小时，光束L可在光形变换元件300所在的平面S上形成一较小面积的光斑。当改变变焦透镜212的位置使得变焦镜头的焦距变大时，光束L可在光形变换元件300所在的平面S上形成一较大面积的光斑。本发明的可调式成像系统200并不限于上述，本发明的可调式成像系统200亦可为其它适当形式的可调式成像系统。

在本实施例中，光形变换元件300配置于来自可调式成像系统200的光束L的传递路径上(如图1A所示)。图2A为本实施例的光形变换元件立体示意图。请参照图2A，本实施例的光形变换元件300包括开孔302及环绕此开孔的光折射材料304。值得特别注意的是，开孔302的形状与光折射材料304的形状不相同。举例而言，本实施例的开孔302为圆形开孔，本实施例的光折射材料304为一具有椭球面的凸透镜。图2B为本实施例的光形变换元件俯视示意图(朝着正z方向看过去)，由此俯视图可更清楚地知道本实施例的开孔302的形状与光折射材料304的形状不相同。图2C为本实施例的光形变换元件侧视示意图(朝着正x方向看过去)。图2D为本实施例的光形变换元件侧视示意图(朝着负y方向看过去)。由图2C以及图2D可知道本实施例的光折射材料304具有一椭球面S₁以及一平面S₂，其中光折射材料304的椭球面S₁朝向发光元件100。

在本实施例中，通过可调式成像系统200可改变光束L的收敛发散程度，使得光束L在光形变换元件300所在的平面S上形成的光斑P面积小或等于开孔302面积(如图3A所示)。换句话说，光束L可集中地通过开孔302且不易受到光折射材料304的影响，而传递到一垂直于光轴(z轴)的平面(x-y平面)上形成一光斑P’。此光斑P’的光形如图3B中所示，其为近似于圆形的轴对称光形。此光斑P’的在y轴上的照度分布如图3B中右侧的图标所示。此光斑P’的在x轴上的照度分布如图3B中的下方图标所示。

另外，在本实施例中，亦可通过可调式成像系统200改变光束L的收敛发散程度，使得光束L在光形变换元件300所在的平面S上形成的光斑P面积大于开孔302面积(如图3C所示)。进一步地说，在光斑P面积大于开孔302面积的情况下，光束L可同时通过开孔302与光折射材料304。此时，由于光束L会受到光折射材料304的影响，因此光束L于一垂直于光轴(z轴)的平面(x-y平面)上形成的光斑P’光形不再是一轴对称光形，而是一近似于光折射材料304外型(椭圆)的非轴对称光形，如图3D所示。其中，此光斑P’的在y轴上的照度分布如图3D中右侧的图标所示。此光斑P’的在x轴上的照度分布如图3D中的下方图标所示。

由上述知，在本实施例中，可通过可调式成像系统200与光形变换元件300的搭配，使本实施例的光源组件1000的输出光形可任意地在轴对称光形与非轴对称光形间切换。

然而，本发明的光形变换元件300并不限于图2A至图2D所示。在本发明的另一实施例中，光形变换元件310亦配置于来自可调式成像系统200的光束L的传递路径上。光形变换元件310亦可包括开孔312及环绕此开孔312的光折射材料314。但开孔312非限为上述的圆形开口，开孔312可为多边形开孔，光折射材料314亦不限为上述的具有椭球面的凸透镜，光折射材料314可为具有球面的凸透镜。更详细地说，光形变换元件310的开孔312为正方形开口，光折射材料314为具有球面的凸透镜，如图4A的光形变换元件立体示意图所示。且由此光形变换元件310的俯视图(图4B)可清楚地知道本实施例的开孔312的形状与光折射材料314的形状亦不相同。图4C为本实施例的光形变换元件侧视示意图(朝着正x方向看过去)。图4D为本实施例的光形变换元件侧视示意图(朝着负y方向看过去)。在本实施例中，光折射材料314具有一球面S₃以及一平面S₄，其中光折射材料314的球面S₃朝向发光元件100，但本发明不以此为限。

在上段所述的本发明的另一实施例中，亦可通过可调式成像系统200可改变光束L的收敛发散程度，使得光束L在光形变换元件310所在的平面S上形成的光斑P面积极接近正方形开孔312面积(如图5A所示)。换句话说，光束L可集中地通过正方形开孔312且略受部份接近正方形开孔312的光折射材料314的影响，而传递到一垂直于光轴(z轴)的平面(x-y平面)上形成一光斑P’。此光斑P’的光形如图5B中所示，其光形为一近似为正方形的非轴对称光形。此光斑P’的在y轴上的照度分布如图5B中右侧的图标所示。此光斑P’的在x轴上的照度分布如图5B中的下方图标所示。

同样地，在上述的实施例中，亦可通过可调式成像系统200改变光束L的收敛发散程度，使得光束L在光形变换元件310所在的平面S上形成的光斑P面积明显大于正方形开孔312面积(如图5C所示)。进一步地说，在光斑P的面积明显大于开孔312的面积的情况下，光束L可同时通过正方形开孔312与光折射材料314。此时，由于光束L会明显地受到光折射材料314的影响，因此光束L于(x-y平面)上形成的光斑P’光形不再是一正方形的非轴对称光形，而是一近似于光折射材料314外形(圆形)的轴对称光形，如图5D所示。其中，此光斑P’的在y轴上的照度分布如图5D中右侧的图标所示。此光斑P’的在x轴上的照度分布如图5D中的下方图标所示。

通过本发明的另一实施例中的光形变元件310与可调式成像系统200的搭配，亦可使光源组件1000的输出光形任意地在非轴对称光形与轴对称光形间切换。

在本发明的再一实施例中，光形变换元件320亦配置于来自可调式成像系统200的光束L的传递路径上。光形变换元件320亦可包括开孔322及环绕此开孔的光折射材料324。其中，光折射材料324具有相对的第一端与第二端，光折射材料324于第一端截面S₅为一多边形。光折射材料324具有多条棱线CL，且棱线CL分别从多边形的多个顶点T延伸至第二端。并且，光折射材料324于第二端的截面S₆的形状与开孔322的形状实质上相同。举例而言，光折射材料324的立体示意图例如为图6A所示，由图6A知，光折射材料324于第一端截面S₅为矩形，光折射材料324具有4条棱线CL，且棱线CL分别从多边形的多个顶点T延伸至第二端。并且，光折射材料324于第二端的截面S₆的形状与开孔322的形状(圆形)实质上相同。由此光形变换元件320的俯视图(图6B)可清楚地知道本实施例的开孔322的形状与光折射材料324的形状亦不相同。图6C为本实施例的光形变换元件侧视示意图(朝着正x方向看过去)。图6D为本实施例的光形变换元件侧视示意图(朝着负y方向看过去)。由图6C以及图6D可知本实施例的光折射材料324具有第一端截面S₅以及第二端截面S₆，其中光折射材料34的第一端截面S₅朝向发光元件100，但本发明不以此为限。

在上段所述的本发明的再一实施例中，亦可通过可调式成像系统200可改变光束L的收敛发散程度，使得光束L在光形变换元件320所在的平面S上形成的光斑P面积小于或等于圆形开孔322面积(如图7A所示)。换句话说，光束L可集中地通过圆形开孔322且不易受光折射材料324的影响，而传递到一垂直于光轴(z轴)的平面(x-y平面)上形成一光斑P’。此光斑P’的光形如图7B中所示，其光形为一近似为圆形的轴对称光形。此光斑P’的在y轴上的照度分布如图7B中右侧的图标所示。此光斑P’的在x轴上的照度分布如图7B中的下方图标所示。

同样地，在上述的实施例中，亦可通过可调式成像系统200改变光束L的收敛发散程度，使得光束L在光形变换元件320所在的平面S上形成的光斑P面积大于圆形开孔322面积(如图7C所示)。换句话说，在光斑P面积大于开孔322面积的情况下，光束L可同时通过圆形开孔322与光折射材料324。此时，由于光束L会受到光折射材料324的影响，因此光束L于(x-y平面)上形成的光斑P’光形不再是一圆形的轴对称光形，而是一近似于光折射材料304外形(矩形)的非轴对称光形，如图7D所示。其中，此光斑P’的在y轴上的照度分布如图7D中右侧的图标所示。此光斑P’的在x轴上的照度分布如图7D中的下方图标所示。

通过本发明的再一实施例中的光形变元件320与可调式成像系统200间的搭配，亦可使光源组件1000的输出光形任意地在轴对称光形与非轴对称光形间切换。

第二实施例

图8为本实施例的光源组件示意图。请参照图8，本实施例的光源组件与第一实施例的光源组件相似，唯其可调式成像系统200的形式与第一实施例的可调式成像系统不同。因此，以下仅就本实施例的可调式成像系统200做说明，其它与第一实施例相同之处就不再赘述。

本实施例的可调式成像系统200包括液态透镜220。本实施例的液态透镜220包括第一液体222以及第二液体224。其中第一液体222具有较大的折射率，第二液体224具有较小的折射率，且此两液体不互溶。在本实施例中，第一液体222例如为油，第二液体224例如为醇类。然而本发明不限于此，第一液体222以及第二液体224亦可为其它折射率不同的适当液体。

图9A以及图9B为本实施例的液态透镜220俯视示意图(朝着正z方向看过来)。请参照图9A以及图9B，本实施例的液态透镜220可包括多个同圆心的圆圈电极226，当圆圈电极226未对第一液体222施加电压时，第一液体222与其接触的表面的接触角较小，因此第一液体222可占满最大半径的圆圈电极226所圈住的区域(如图9A所示)，即意味着第一液体222表面的曲率半径较大，换句话说，此时液态透镜220具有较长的焦距。当圆圈电极226对第一液体222施加电压时，第一液体222与其接触表面的接触角变大，因此第一液体222内缩至最小半径的圆圈电极226所圈住的区域内(如图9B所示)，即意味着第一液体222表面的曲率半径变小，换句话说，此时液态透镜220具有较短的焦距。由上述可知，通过控制施加于第一液体222上的电压大小可控制第一液体222表面的曲率半径，进而控制液态透镜220的焦距。

在本实施例中，通过控制液态透镜220的焦距可使本实施例的可调式成像系统200亦具有改变光束L收敛发散程度的能力，而达到与第一实施例的可调式成像系统相同的功能。举例而言，当改变施加于圆圈电极226的电压使得可调式成像系统200(例如两个液态透镜220的组合)的焦距变小时，光束L较为收敛，因此可在光形变换元件300所在的平面S上形成一较小面积的光斑。当改变施加于圆圈电极226的电压使得可调式成像系统200(例如两个液态透镜220的组合)的焦距变大时，光束L较为发散，因此可在光形变换元件300所在的平面S上形成一较大面积的光斑。

第三实施例

图10为本实施例的光源组件示意图。请参照图10，本实施例的光源组件与第一实施例的光源组件相似，唯其可调式成像系统200的形式与第一实施例的可调式成像系统不同。因此，以下仅就本实施例的可调式成像系统200做说明，其它与第一实施例相同之处就不再赘述。

本实施例的可调式成像系统200可包括液晶透镜230。本实施例的液晶透镜230包括液晶层232。由于液晶层232中的液晶分子具有双折射性，因此通过对液晶分子施加电压而改为其转动方向，可使液晶层232在特定的方向上的折射率产生改变，进而改变液晶透镜230的焦距。

在本实施例中，通过控制液晶透镜230的焦距可使本实施例的可调式成像系统200亦具有改变光束L收敛发散程度的能力，而达到与第一实施例的可调式成像系统相同的功能。举例而言，当改变施加于液晶层232的电压使得液晶透镜230的焦距变小时，光束L较为收敛，因此可在光形变换元件300所在的平面S上形成一较小面积的光斑。当改变施加于液晶层232的电压使得液晶透镜230的焦距变大时，光束L较为发散，因此可在光形变换元件300所在的平面S上形成一较大面积的光斑。

综上所述，在本发明的实施例的光源组件中，通过光形变元件与可调式成像系统间的搭配，可使光源组件的输出光形任意地在轴对称光形与非轴对称光形间切换。并且，轴对称光形与非轴对称光形的整体光通量差异可被有效降低。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何本技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出种种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (13)

1.一种光源组件，其特征在于，包括：

一发光元件，适于发出一光束；

一可调式成像系统，配置于该光束的传递路径上，且适于改变该光束的收敛发散程度；以及

一光形变换元件，配置于来自该可调式成像系统的光束的传递路径上，且包括一开孔及一环绕该开孔的光折射材料，其中该开孔的形状与该光折射材料的形状不相同，该可调式成像系统适于改变该光束的收敛发散程度，以使该光束集中地通过该开孔，或使该光束同时通过该光折射材料与该开孔。

2.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该光折射材料为一具有椭球面的凸透镜，且该开孔为一圆形开孔。

3.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该光折射材料为一凸透镜，且该开孔为一多边形开孔。

4.根据权利要求3所述的光源组件，其特征在于，该多边形开孔为正方形开孔或矩形开孔。

5.根据权利要求3所述的光源组件，其特征在于，该凸透镜为一具有球面的凸透镜。

6.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该光折射材料具有相对的一第一端与一第二端，该光折射材料于该第一端截面为一多边形，该光折射材料具有多条棱线，这些棱线分别从该多边形的多个顶点延伸至该第二端，且该光折射材料于该第二端的截面的形状与该开孔的形状实质上相同。

7.根据权利要求6所述的光源组件，其特征在于，该开孔为圆形开孔。

8.根据权利要求6所述的光源组件，其特征在于，该多边形为矩形，且这些棱线的数量为4条。

9.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该光折射材料于垂直该光束的光轴的截面的形状与该开孔于垂直该光束的光轴的截面的形状不相同。

10.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该可调式成像系统包括一变焦镜头，该变焦镜头包括至少一变焦透镜，且该可调式成像系统通过改变该变焦透镜的位置来达到该变焦镜头的焦距的变化。

11.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该可调式成像系统包括一液态透镜。

12.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该可调式成像系统包括一液晶透镜。

13.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，该发光元件包括至少一发光二极管。

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