CN103292248A - 非成像透镜及具有该透镜的发光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非光学透镜及具有该透镜的发光模块。该透镜具有一内凹的光学面，所述光学面包括由多个连续的切面所拼接成的一拼接曲面。该透镜的拼接曲面是面对所述发光模块的一发光组件。其中，该拼接曲面是由至少三行的切面及至少三列的切面的数组所构成，用以赋予该透镜额外的匀光效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种非成像透镜领域，特别涉及一种利用该透镜产生额外匀光效果的发光模块。
背景技术
一般的光学透镜，特别是适用于发光二极管的，仅是作为光源的二次光学透镜使用，用于提供聚光或扩散光线的效果，其缺点是可能导致光斑的产生。
如台湾公告第M411533号专利所示的LED透镜，该LED透镜是一种兼具扩散光线及匀光效果的透镜，在所述透镜的底面形成有一聚光凹透部11，且在该透镜的顶面中央处形成有一散光凹透部，以帮助光线扩散。此外，所述透镜顶面的周围切出一环状的斜广角部，以期达到增加出光范围以及均光的效果；但是，该透镜匀光效果相当有限。
此外，如台湾公开第201113555号专利公开案所示的一种非成像聚光透镜，该透镜为利用复数环状凸起的菱镜，以将平行光束（例如太阳光）转换后均匀地投射到太阳能板上，供该太阳能板收集能量。但是，该透镜主要适用于平行入射的光束。
发明内容
本发明提供一种额外提供匀光效果的透镜及利用该透镜的发光模块。
具体而言，该非成像透镜具有一内凹光学面，其中，该内凹光学面包括由多个连续的切面所拼接成的一拼接曲面。其中，该拼接曲面是由至少三行的切面及至少三列的切面的数组所构成，且每一行的切面的斜度是随着一曲线的起伏而逐渐递增或递减，且每一列的切面的斜度也是随着另一正交的曲线的起伏而逐渐递增或递减。
如上所述，由于该拼接曲面的这些切面是在不影响透镜的表面曲率下形成在该透镜的内凹光学面上，因此能在光线进入该透镜的第一时间就进行入射光的错位化，也就是让光线稍微散乱地从拼接曲面进入。这些稍微散乱的光线在折射进入该透镜后将进一步被放大且模糊化，再以高扩散角度从表面折射出去，因此该透镜能提供光线的外扩以及匀光的效果。
附带一提的是，本发明的“多切面设计”使得制造该透镜的模具成本相较于传统地“光滑曲面”能够大幅降低，这是因为模具表面的切面加工相较于非球面的加工较为简易，只需要一般机械设备即可达成，而非球面的加工则需要更精密的机械设备才能制作出来，因此本发明的透镜更具有成本上的优势。
至于本发明的其它发明内容与更详细的技术及功能说明，将揭露于随后的说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的非成像透镜的第一较佳实施例的俯角示意图；
图2是非成像透镜的第一较佳实施例的仰角示意图；
图3是非成像透镜的第一较佳实施例的仰视图；
图4是基于图3所示结构沿着A-A线的剖面示意图；
图5是图4所示结构中拼接曲面的局部放大剖示图；
图6是图3所示结构沿着B-B线的剖面示意图；
图7是本发明所述的非成像透镜的第二较佳实施例的一俯角示意图；
图8是非成像透镜的第二较佳实施例的仰角示意图；
图9是非成像透镜的第二较佳实施例的仰视图；
图10是基于图9所示结构沿着C-C线的剖面示意图；
图11是图10所示结构中拼接曲面的局部放大剖示图；
图12是图9所示结构沿着D-D线的剖面示意图；
图13是本发明所述的非成像透镜的第三较佳实施例的俯角示意图；
图14是非成像透镜的第三较佳实施例的仰角示意图；
图15是非成像透镜的第三较佳实施例的俯角图；
图16是基于图15所示结构沿着E-E线的剖面示意图；
图17是基于图15所示结构中容槽的局部放大剖示图；
图18是非成像透镜的第三较佳实施例的仰视图。
附图标识：
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1~图6为本发明的非成像透镜（non-imaging optical lens）100的第一较佳实施例。其中，如图4所示，透镜100主要是作为一LED发光组件2的二次光学透镜，其罩设于发光组件2上，并与其它电子组件（未显示）共同结合成发光模块。透镜100主要是提供该发光组件2二次光学以达到高扩散角度的目的。除了提高扩散角度外，透镜100的多切面设计更能提供额外的匀光效果、降低光斑或是避免残留光源形状的灯影。
如图1所示，透镜100的顶面形成一外凸的光学面3，且如图2所示，透镜100的底面界定有一内凹光学面4。其中，该内凹光学面4除了包括一内壁面40外，还包括由多个连续的切面410所拼接成的一拼接曲面41。其中，该拼接曲面41是由至少三行的切面410及至少三列的切面410的切面数组所构成，以提供足够的匀光效果。较佳地，如图3所示，本较佳实施例的该拼接曲面41事实上是由约13行（沿着A-A剖线方向）及9列（沿着B-B剖线方向）大小不一的切面数组所构成，以提供较佳的匀光效果。
如图2的立体示意图所示，该拼接曲面41是一拼接的双曲抛物面或鞍面，且如图5所示的拼接曲面41的局部放大剖示图，该拼接曲面41的每一行的切面410的斜度系随着拋物线的起伏而逐渐递增或递减，且图3和图6所示，每一列的切面410的斜度亦随着另正交的拋物线的起伏而逐渐递增或递减。
如上所述，由于该拼接曲面41的切面410是在不影响透镜的表面曲率下，形成于该透镜100的内凹光学面4上，因此能在光线进入该透镜100的第一时间就进行入射光的错位化，也就是让光线稍微散乱地从拼接曲面41进入。这些稍微散乱的光线在折射进入透镜100后将进一步被放大模糊化，再以高扩散角度折射出该外凸的光学面3之外，因此能提供扩散兼匀光的效果。
图7~图12为本发明的非成像透镜（non-imaging optical lens）200的第二较佳实施例。其中，如图10所示，透镜200主要是作为一LED发光组件2的二次光学透镜，其罩设于该发光组件2上并与其它电子组件（未显示）共同结合成一发光模块。该透镜200主要是提供该发光组件2二次光学以达到高扩散角度的目的。除了提高扩散角度外，该透镜200的多切面设计更能提供额外的匀光效果、降低光斑或是避免残留光源形状的灯影。
如图7所示，该透镜200的顶面形成一外凸的光学面5，且如图8所示，该透镜200的底面界定有一内凹光学面6。其中，该内凹光学面6除了包括一内壁面60外，还包括由多个连续的切面610所拼接成的拼接曲面61。同样地，该拼接曲面61是由至少三行的切面610及至少三列的切面610的切面数组所构成，以提供足够的匀光效果。较佳地，如图9所示，本较佳实施例的拼接曲面61事实上是由约20行（沿着C-C剖线方向）及9列（沿着D-D剖线方向）大小不一的切面数组所构成，以提供较佳的匀光效果。
如图8所示，该透镜200的拼接曲面61是一拼接的类双曲抛物面或鞍面，也就是在纯粹的双曲抛物面（如图2所示）的中央更形成一长条沟。无论如何，该拼接曲面61是包含该长条沟的沟面与其它相邻区域所共同形成的鞍面。此外，如图11的局部放大剖视图所示，该拼接曲面61的每一行的切面610的斜度系随着一拋物线的起伏而逐渐递增或递减，且图9和图12所示，每一列的切面610的斜度亦随着另一正交的拋物线的起伏而逐渐递增或递减。
如上所述，由于拼接曲面61的切面610是在不影响透镜的表面曲率下，形成在透镜200的内凹光学面6上，因此光线在进入透镜200的第一时间就进行入射光的错位化，也就是让光线稍微散乱地从拼接曲面61进入。这些稍微散乱的光线在折射进入该透镜200后将进一步被放大模糊化，再以高扩散角度折射出该外凸的光学面5之外，因此能提供扩散兼匀光之效果。
图13~图18是本发明的非成像透镜（non-imaging optical lens）300的第三较佳实施例。其中，如图17所示，该透镜300主要是作为发光组件2的二次光学透镜，其罩设于该发光组件2上并与其它电子组件（未显示）共同结合成发光模块。该透镜300是全反射透镜（Total internal reflection lens），其能使该发光组件2所经过二次光学达到汇聚光线的效果。除了聚光外，该透镜300的多切面设计更提供额外的匀光效果、降低光斑或是避免残留光源形状的灯影。
如图13和图14所示，该透镜300的顶面7界定有一凹槽70，且底面界定有一容槽9，供容纳该发光组件2（如图17所示）。此外，该透镜300的外侧面是一锥状光学面8，其包括一由连续的多个锥面810所拼接成的拼接锥面81，以提供匀光效果，且该些锥面810是以透镜300的光轴（虚线所示）为轴。
如图15和图16所示，透镜300的容槽9具有一圆形顶面90及由连续环状排列的多个长条形切面910所拼接成的一拼接柱面91，且拼接柱面91的任两个切面910间的交线是大致与该透镜300的光轴（虚线所示）平行。
如此，透镜300藉由横向配置的拼接锥面81与纵向配置的该拼接柱面91交错产生如图18所示的多个格状同心圆的视觉效果。换句话说，该透镜300的拼接锥面81与拼接柱面91的交错搭配能够提供更佳的匀光效果。
详而言之，锥面810或切面910是在不影响透镜的镜面曲率下，形成在该透镜300的外表面及内表面。如此，入射光会先经过该拼接柱面91的错位及折射进入该透镜300，且周围部份的光线会再放大并经过该拼接锥面81的错位及全反射，最后投向该透镜300的顶面7再折射出去。因此，该透镜300除了提供基本的聚光效果外，更因双重错位产生较佳的匀光效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非成像透镜，包括一内凹光学面，其特征在于，所述内凹光学面包括由多个连续的切面所拼接成的一拼接曲面。
2.如权利要求1所述的非成像透镜，其特征在于，所述拼接曲面是由至少三行的切面及至少三列的切面的切面数组所构成。
3.如权利要求2所述的非成像透镜，其特征在于，所述拼接曲面为一拼接的双曲抛物面或鞍面，且每一行的切面的斜度系随着一拋物线的起伏而逐渐递增或递减，且每一列的切面的斜度系随着另一正交的拋物线的起伏而逐渐递增或递减。
4.一种非成像透镜，包括一锥状光学面，其特征在于，所述锥状光学面包括由连续的多个锥面所拼接成的一拼接锥面，且所述锥面以透镜的光轴为轴。
5.如权利要求4所述的非成像透镜，其特征在于，所述拼接锥面形成于所述透镜的外侧。
6.如权利要求5所述的非成像透镜，其特征在于，所示透镜的底面界定有一容槽，供容纳一发光组件；所述容槽具有由连续环状排列的多个长条形切面所拼接成的拼接柱面，且所述拼接柱面的任两个切面间的交线大致与所述透镜的光轴平行。
7.如权利要求6所述的非成像透镜，其特征在于，所述透镜的顶面界定有一凹槽，与所述容槽相背对。
8.一种发光模块，其特征在于，包括：
一发光组件；及
一非成像透镜，包括一内凹的光学面，该光学面包括由多个连续的切面所拼接成的拼接曲面，且所述拼接曲面是面对所述发光组件。
9.如权利要求8所述的发光模块，其特征在于，所述拼接曲面是由至少三行的切面及至少三列的切面的切面数组所构成。
10.如权利要求9所述的发光模块，其特征在于，所述拼接曲面为一拼接的双曲抛物面或鞍面，且每一行的切面的斜度系随着一拋物线的起伏而逐渐递增或递减，且每一列的切面的斜度系随着另一正交的拋物线的起伏而逐渐递增或递减。
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