CN102927525A - 大型多光源复眼式聚光透镜装置 - Google Patents

大型多光源复眼式聚光透镜装置 Download PDF

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一种大型多光源复眼式聚光透镜装置，包含一发光元件组及一聚焦模块。聚焦模块包括至少一具有一第一焦点的第一透镜，及至少一具有一第二焦点的第二透镜，第一透镜包括一第一入光面、一与第一入光面相间隔的第一出光面及一连接第一入光面与第一出光面的第一围绕面。第二透镜连设于第一透镜的部分第一围绕面，且具有一邻近发光元件组的第二入光面及第二出光面；发光元件组分别照光于第一透镜的第一入光面及第二透镜的第二入光面，且通过第一出光面及第二出光面而汇聚于第一焦点及第二焦点。

Description

大型多光源复眼式聚光透镜装置
技术领域
本发明涉及一种大型多光源复眼式聚光透镜装置，特别是涉及一种可因聚光区域的面积、立体形状不同而由具有数个不同焦点的透镜所组装而成的大型聚光透镜模块。
背景技术
以往利用单一透镜汇聚光源治疗患者患部的光学仪器，若是光源照射面积较大，则需要采用尺寸较大的透镜，才能达到良好的聚焦效果，如此一来，却可能衍生以下问题：
1.一体成型的透镜的模具或加工费较为高昂。
2.欲改变单一透镜的设计时，需重新设计及制作透镜的模具或加工透镜成品。
3.制造时，不同光学仪器的机种不能共享单一透镜部件。
另一种改善汇聚效果的光学仪器设计如图1所示，是将发光二极管91连接的电路基板92设计呈圆弧形，使得多个呈矩阵式地设于该电路基板92的发光二极管91可以由不同角度将入射光汇聚于一处，以增强照射的效果，值得一提的是，图1的电路基板92虽是以圆弧形呈现，但也可以为其他几何形状。但是，如此的机构设计仍有下列极待改良的地方：
1.光学仪器的聚光效果较差，不具高强度聚光能力。
2.欲改变光学仪器的设计时，需重新设计并制作模具。
3.制造时，不同光学仪器的机种不能共享模具及部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有汇聚功能且能扩充光源指向性并有效降低制造成本的大型多光源复眼式聚光透镜装置。
本发明大型多光源复眼式聚光透镜装置包含一发光元件组及一聚焦模块。该聚焦模块包括至少一具有一第一焦点的第一透镜，及至少一具有一第二焦点的第二透镜，该第一透镜包括一邻近该发光元件组的第一入光面、一与该第一入光面相间隔的第一出光面及一连接该第一入光面与第一出光面的第一围绕面，该第二透镜连设于该第一透镜的部分第一围绕面且具有一邻近该发光元件组的第二入光面、一与该第二入光面相间隔的第二出光面及一连接该第二入光面与第二出光面的第二围绕面；该发光元件组分别照光于该第一透镜的第一入光面及该第二透镜的第二入光面，且通过该第一出光面及第二出光面而汇聚于第一焦点及第二焦点。
较佳地，该聚焦模块包括数个第二透镜，每一第二透镜的第二围绕面具有二相间隔的连接面部及一连接所述连接面部的内表面部，该内表面部连设于该第一透镜的第一围绕面，两两相邻第二透镜分别通过所述连接面部相互紧密顶抵。
更佳地，该第一透镜的第一入光面及第一出光面的外周缘呈圆形，该聚焦模块包括四个第二透镜，每一第二透镜的第二入光面与第二出光面的轮廓呈长条弧形，两两相邻的第二透镜通过所述二连接面部相互紧密顶抵而连成一围绕连接该第一透镜的环形。
更佳地，每一第二透镜的第二围绕面还具有一与该内表面部相间隔的外表面部，该聚焦模块还包括八个分别具有一第三焦点的第三透镜，每一第三透镜包括一邻近该发光元件组的第三入光面、一与该第三入光面相间隔的第三出光面及一连接该第三入光面与第三出光面的第三围绕面，每一第三围绕面具有二相间隔的接合面部及一连接所述接合面部的触抵面部，两两相邻的第三透镜分别通过所述接合面部相互紧密顶抵，且所述第三透镜的触抵面部分别连设于该第二透镜的外表面部而呈一围绕所述第二透镜的环形。
较佳地，该第一透镜的第一入光面与第一出光面的外周缘呈矩形，该聚焦模块包括两个第二透镜，每一第二透镜具有一形状与该第一透镜的第一围绕面相配合的内表面，且所述第二透镜分别通过内表面夹设该第一透镜。
较佳地，该发光元件组具有数个并排成一平面的发光二极管。
本发明的另一目的在于提供一具有汇聚功能的聚焦模块。
本发明聚焦模块包含：至少一具有一第一焦点的第一透镜及至少一具有一第二焦点的第二透镜，该第一透镜包括一第一入光面、一与该第一入光面相间隔的第一出光面及一连接该第一入光面与第一出光面的第一围绕面；该第二透镜连设于该第一透镜的部分第一围绕面且包括一第二入光面、一与该第二入光面相间隔的第二出光面及一连接该第二入光面与第二出光面的第二围绕面。
较佳地，该聚焦模块包含数个第二透镜，每一第二透镜的第二围绕面具有二相间隔的连接面部及一连接所述连接面部的内表面部，该内表面部连设于该第一透镜的第一围绕面，两两相邻第二透镜分别通过所述连接面部相互紧密顶抵。
更佳地，该第一透镜的第一入光面及第一出光面的外周缘呈圆形，该聚焦模块包括四个第二透镜，每一第二透镜的第二入光面与第二出光面的轮廓呈长条弧形，两两相邻的第二透镜分别通过所述连接面部相互紧密顶抵而连成一围绕连接该第一透镜的环形。
更佳地，每一第二透镜的第二围绕面还具有一与该内表面部相间隔的外表面部，该聚焦模块还包括八个分别具有一第三焦点的第三透镜，每一第三透镜包括一邻近该发光元件组的第三入光面、一与该第三入光面相间隔的第三出光面及一连接该第三入光面与第三出光面的第三围绕面，每一第三围绕面具有二相间隔的接合面部及一连接所述接合面部的触抵面部，两两相邻的第三透镜分别通过所述接合面部相互紧密顶抵，且所述第三透镜的触抵面部分别连设于该第二透镜的外表面部而呈一围绕所述第二透镜的环形。
较佳地，该第一透镜的第一入光面与第一出光面的外周缘呈矩形，该聚焦模块包括两个第二透镜，每一第二透镜具有一形状与该第一透镜的第一围绕面相配合的内表面，所述第二透镜分别通过内表面夹设该第一透镜。
本发明的有益效果在于：
1.复眼式透镜是利用多个小透镜的对称特性组装而成，其开发的模具不仅制造成本较低且更具设计的弹性。
2.直接使用平面基板搭配复眼式透镜的光学特性即可达到更佳的聚光效果及简化机构与组装的难度，并降低人力成本。
3.需要配合生物体的不同曲面而修正光指向性时，可经由更换不同曲率的透镜完成。
4.复眼式透镜组可容许透镜依其组装原则而增加或减少透镜组数，以配合欲照射面积的大小。
5.除了可以汇聚发光组件组的光照射角度，还能依照待聚光区域的形状而调整光的指向性，如此一来，可以让发光元件组的照射面积更为集中，且使照射的功率更为提升。
附图说明
图1是一示意图，说明一习知光源设计；
图2是一侧面示意图，说明本发明大型多光源复眼式聚光透镜装置的第一较佳实施例的设计；
图3是该第一较佳实施例的一聚焦模块的立体分解图，说明聚焦模块的设计；
图4是该第一较佳实施例的一聚焦模块的组合俯视示意图，说明聚焦模块的设计；
图5是一侧面示意图，说明该第一较佳实施例的聚焦模块的另一聚焦设计；
图6是一分解示意图，说明本发明第二较佳实施例的聚焦模块的组合方式；
图7是该第二较佳实施例的聚焦模块的俯视组合图，说明聚焦模块的设计；
图8是该第二较佳实施例的侧面示意图，说明发光元件组与聚焦模块的设计；
图9是一俯视示意图，说明本发明第三较佳实施例的聚焦模块的组合方式；
图10是一侧面示意图，说明本发明第三较佳实施例的聚焦模块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的三个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图2及图3，本发明大型多光源复眼式聚光透镜装置2的第一较佳实施例包含一发光元件组3及一聚焦模块4。发光元件组3包括数个并排成一平面的发光二极管(LED)31，聚焦模块4包括一具有一第一焦点F1的第一透镜41，及四个分别具有一第二焦点F2的第二透镜42。同时，第一透镜41与第二透镜42分别为凸透镜(当然也可以依照照射区域的形状，而更改成凹透镜)。第一透镜41包括一邻近发光元件组3的第一入光面411、一与第一入光面411相间隔的第一出光面412及一连接第一入光面411与第一出光面412的第一围绕面413，第一透镜41的第一入光面411及第一出光面412的外周缘呈圆形。每一第二透镜42连设于第一透镜41的部分第一围绕面413，且具有一邻近发光元件组3的第二入光面421、一与第二入光面421相间隔的第二出光面422，及一连接第二入光面421与第二出光面422的第二围绕面423。第二入光面421与第二出光面422轮廓呈长条弧形，每一第二围绕面423具有二相间隔的连接面部424，及一连接所述连接面部424且呈弧状的内表面部425，该内表面部425连设于第一透镜41的第一围绕面413，两两相邻的第二透镜42分别通过连接面部424相互紧密顶抵而连成一围绕第一透镜41的环形(如图4所示)。发光元件组3分别照光于第一透镜41的第一入光面411及第二透镜42的第二入光面421，且通过第一出光面412及第二出光面422而分别汇聚于第一焦点F1及第二焦点F2。
本实施例中，发光元件组3发射不同角度的照射光于第一透镜41及第二透镜42时，照射光将分别向第一焦点F1及第二焦点F2的方向汇聚，以提升发光元件组3照射区域的功率。此聚焦模块4的优点在于利用第一凸透镜41及第二凸透镜42可以组成一个复眼式透镜；此复眼式透镜与单一同样尺寸的凸透镜相比，只需开设两个体积较小的模具即可以分别制成第一透镜41及第二透镜42，如此一来，通过较小型的透镜组装成大型透镜，不但可以降低模具的制造成本，除此之外，通过弹性的组装还可以让聚焦模块4具有多重焦点，以增加其多元的指向性。
参阅图5，本实施例针对欲治疗较深层的患部，只需调整第一透镜41及第二透镜42的曲率半径，让发光元件组3的各个光束穿透第一透镜41及第二透镜42之后，能由不同的方向入射汇聚于欲治疗的深层患部，避免患部表面所受的照光面积太过集中而导致伤害，进而增强深层治疗的疗效。
参阅图6及图7，本发明第二较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于每一第二透镜42的第二围绕面423还具有一与内表面部425相间隔的外表面部426，聚焦模块4还包括八个分别具有一第三焦点F3的第三透镜43，每一第三透镜43包括一邻近该发光元件组3的第三入光面431、一与该第三入光面431相间隔的第三出光面432及一连接该第三入光面431与第三出光面432的第三围绕面433，每一第三透镜43的第三围绕面433具有二相间隔的接合面部434及一连接所述接合面部434的触抵面部435，两两相邻的第三透镜43分别通过接合面部434相互紧密顶抵，且借该触抵面部435连设该第二透镜42的外表面部426而呈一围绕所述第二透镜42的环形。配合图8所示，本实施例中，发光元件组3通过具有三种不同焦点的复眼式透镜让照射光的照射角度更为聚集以达到多样的指向效果。以照射一立体区域为例，因为立体的照射区域需要较为多样的指向性，因此通过设计不同焦点的复眼式透镜除了可以将光线更为汇聚以外，还可借此调整聚光区域的大小及照射光入射的角度，增加照射区域所接受的照射光功率，以满足不同聚光面积的需求，增加聚光面积的扩充性。
参阅图9及图10，本发明第三较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于该第一透镜41的第一入光面411与第一出光面412的外周缘呈矩形，该聚焦模块4包括数个第二透镜42，每一第二透镜42具有一形状与该第一透镜41的第一围绕面413相配合的内表面427，两两相邻的第二透镜42分别通过内表面427(如图10所示)夹设第一透镜41。本实施例中，聚焦模块4可以针对长条形的照射区域，让复眼式透镜是以外周缘呈矩形的一第一透镜41与轮廓呈长条弧形的两个第二透镜42为一基本设计单元，再依照射区域的面积选取适当的基本设计单元数量组成相配合的复眼式透镜组。也就是说，透镜的组合可以依照不同照射区域的形状及面积而采用不同形状的透镜，借由丰富的扩充性，让照射的功率更为平均及提高，进而达到更好的照射效果。
综上所述，与单一透镜相比，通过数个分别具有不同焦点的透镜所组成的复眼式透镜，因其使用透镜的尺寸较小，除了组装较为方便之外，还可以节省透镜模具的制造成本。另外，若是照射区域为立体或是形状较为特殊时，通过变更不同焦点的透镜，可以任意的组合以改变聚光区域的形状、大小及照射的指向性，特别适合用在客制化的用途上，所以确实能达成本发明的目的。
但以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (11)

1.一种大型多光源复眼式聚光透镜装置，包含一发光元件组及一聚焦模块；其特征在于：该聚焦模块包括至少一具有一第一焦点的第一透镜，及至少一具有一第二焦点的第二透镜，该第一透镜包括一邻近该发光元件组的第一入光面、一与该第一入光面相间隔的第一出光面及一连接该第一入光面与第一出光面的第一围绕面，该第二透镜连设于该第一透镜的部分第一围绕面且具有一邻近该发光元件组的第二入光面、一与该第二入光面相间隔的第二出光面及一连接该第二入光面与第二出光面的第二围绕面；该发光元件组分别照光于该第一透镜的第一入光面及该第二透镜的第二入光面，且通过该第一出光面及第二出光面而汇聚于第一焦点及第二焦点。
2.根据权利要求1所述的大型多光源复眼式聚光透镜装置，其特征在于：该聚焦模块包括数个第二透镜，每一第二透镜的第二围绕面具有二相间隔的连接面部及一连接所述连接面部的内表面部，该内表面部连设于该第一透镜的第一围绕面，两两相邻第二透镜分别通过所述连接面部相互紧密顶抵。
3.根据权利要求2所述的大型多光源复眼式聚光透镜装置，其特征在于：该第一透镜的第一入光面及第一出光面的外周缘呈圆形，该聚焦模块包括四个第二透镜，每一第二透镜的第二入光面与第二出光面的轮廓呈长条弧形，两两相邻的第二透镜通过所述二连接面部相互紧密顶抵而连成一围绕连接该第一透镜的环形。
4.根据权利要求3所述的大型多光源复眼式聚光透镜装置，其特征在于：每一第二透镜的第二围绕面还具有一与该内表面部相间隔的外表面部，该聚焦模块还包括八个分别具有一第三焦点的第三透镜，每一第三透镜包括一邻近该发光元件组的第三入光面、一与该第三入光面相间隔的第三出光面及一连接该第三入光面与第三出光面的第三围绕面，每一第三围绕面具有二相间隔的接合面部及一连接所述接合面部的触抵面部，两两相邻的第三透镜分别通过所述接合面部相互紧密顶抵，且所述第三透镜的触抵面部分别连设于该第二透镜的外表面部而呈一围绕所述第二透镜的环形。
5.根据权利要求1所述的大型多光源复眼式聚光透镜装置，其特征在于：该第一透镜的第一入光面与第一出光面的外周缘呈矩形，该聚焦模块包括两个第二透镜，每一第二透镜具有一形状与该第一透镜的第一围绕面相配合的内表面，且所述第二透镜分别通过内表面夹设该第一透镜。
6.根据权利要求1所述的大型多光源复眼式聚光透镜装置，其特征在于：该发光元件组具有数个并排成一平面的发光二极管。
7.一聚焦模块，其特征在于：该聚焦模块包含：至少一具有一第一焦点的第一透镜及至少一具有一第二焦点的第二透镜，该第一透镜包括一第一入光面、一与该第一入光面相间隔的第一出光面及一连接该第一入光面与第一出光面的第一围绕面；该第二透镜连设于该第一透镜的部分第一围绕面且包括一第二入光面、一与该第二入光面相间隔的第二出光面及一连接该第二入光面与第二出光面的第二围绕面。
8.根据权利要求7所述的聚焦模块，其特征在于：该聚焦模块包含数个第二透镜，每一第二透镜的第二围绕面具有二相间隔的连接面部及一连接所述连接面部的内表面部，该内表面部连设于该第一透镜的第一围绕面，两两相邻第二透镜分别通过所述连接面部相互紧密顶抵。
9.根据权利要求8所述的聚焦模块，其特征在于：该第一透镜的第一入光面及第一出光面的外周缘呈圆形，该聚焦模块包括四个第二透镜，每一第二透镜的第二入光面与第二出光面的轮廓呈长条弧形，两两相邻的第二透镜分别通过所述连接面部相互紧密顶抵而连成一围绕连接该第一透镜的环形。
10.根据权利要求9所述的聚焦模块，其特征在于：每一第二透镜的第二围绕面还具有一与该内表面部相间隔的外表面部，该聚焦模块还包括八个分别具有一第三焦点的第三透镜，每一第三透镜包括一邻近该发光元件组的第三入光面、一与该第三入光面相间隔的第三出光面及一连接该第三入光面与第三出光面的第三围绕面，每一第三围绕面具有二相间隔的接合面部及一连接所述接合面部的触抵面部，两两相邻的第三透镜分别通过所述接合面部相互紧密顶抵，且所述第三透镜的触抵面部分别连设于该第二透镜的外表面部而呈一围绕所述第二透镜的环形。
11.根据权利要求7所述的聚焦模块，其特征在于：该第一透镜的第一入光面与第一出光面的外周缘呈矩形，该聚焦模块包括两个第二透镜，每一第二透镜具有一形状与该第一透镜的第一围绕面相配合的内表面，所述第二透镜分别通过内表面夹设该第一透镜。
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