CN103727488B - 用于照明装置的光学透镜 - Google Patents

Abstract

一种用于照明装置的光学透镜，包含有：一本体，于其底部形成一底面，顶部形成一出光面，由该底面向上凹设开口朝下的一长凹槽，且定义该长凹槽的长轴径向上的槽壁为一入光面；该长凹槽的两端与该底面的交界是分别形成一第一交接线以及一第二交接线；该入光面与该底面交接并分别形成一第一线段以及一第二线段；该第一线段两端的直线连线是定义为一第一虚拟线，该第一交接线两端的最短距离是定义为一第一距离，该第一线段上的任一点i与该第一虚拟线的最短距离是定义为SAGi，且使SAGi满足下式。

Description

用于照明装置的光学透镜

技术领域

本发明是有关于一种用于照明装置的光学透镜。

背景技术

中国台湾第M397532号专利揭露了一种路灯光学透镜，其主要以透镜的外曲面来达成出光矩形分布的效果。再者，中国台湾第M378351号专利揭露了一种LED光源用透镜，其主要以透镜的外曲面形状来达成偏移照明区域以及满足出光分布的需求。又，中国台湾第M380480号专利揭露了一种路灯用的非对称式LED透镜，其同样是以透镜的外曲面形状来达成偏移照明区域以及满足出光分布的需求。

然而，前述的先前技术均未揭露通过透镜的内曲面形状的设计来达成出光矩形分布的技术。

如图15至图16所示，已知的LED路灯在马路上的等照度分布近似椭圆形，且角落处的照度较小，会有光线不足的情况，其照度并不均匀。

如图17所示，传统路灯的灯具高度为8米，照射范围为24米×16米时(如虚线范围所示)，其照于路面的光通量为5000流明(Lm)，中心照度为28.0勒克斯(Lux)。由图15至图16可知，角落照度在1-3勒克斯，有偏暗的情况，且角落偏暗，会影响到照射均匀度的问题，而此种传统路灯的光线利用率约在60％，其照射均匀度则约在0.4左右，其不仅均匀度较低，还有光线利用率不足的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于照明装置的光学透镜，其可利用透镜的内曲面，达到提升光线利用率及照射均匀度的效果。

为了达成前述目的，依据本发明所提供的一种用于照明装置的光学透镜，包含有：一本体，于其底部形成一底面，顶部形成一出光面，由该底面向上凹设开口朝下的一长凹槽，该长凹槽是供一光源置入，且定义该长凹槽的长轴径向上的槽壁为一入光面；于该本体定义位于底面且两端交接于该本体表面的一第一轴线以及一第二轴线，该第一轴线与该第二轴线垂直，且该第一轴线较该第二轴线长；该长凹槽的长轴是平行于该第二轴线，且该长凹槽的两端分别具有一第一槽端面与一第二槽端面，该第一槽端面与该第二槽端面是与该第二轴线相交，且该第一槽端面及该第二槽端面与该底面的交界是分别形成一第一交接线以及一第二交接线；该入光面由至少一曲面部组成，该至少一曲面部是与该底面交接而形成一第一线段以及一第二线段，该第一线段及该第二线段分别位于该长凹槽的长轴两侧，且该至少一曲面部在该第二轴在线的两侧是为对称，又该第一线段与该第二线段在该第二轴线的两侧是为对称；其中，该第一线段两端的直线连线是定义为一第一虚拟线，该第一交接线两端的最短距离是定义为一第一距离，该第一线段上的任一点i与该第一虚拟线的最短距离是定义为SAGi，且使SAGi满足下式：

较佳地，该第一槽端面的高度是小于该第二槽端面的高度。

较佳地，该第二交接线两端的最短距离是定义为一第二距离，且该第一距离小于或等于该第二距离。

较佳地，该第一槽端面是为平面或曲面，该第二槽端面是为平面或曲面。

较佳地，该第一槽端面与该第二槽端面均垂直于该本体的底面。

较佳地，该第一槽端面与该第二槽端面的表面均面向该长凹槽内且面向下而呈倾斜状，而各以其表面交接于该底面。

较佳地，该至少一曲面部是为椭圆曲面、球面、非球面或前述三者的组合。

较佳地，该至少一曲面部在数量上是为二，该二曲面部分别位于该第一轴线的两侧，且不相对称。

较佳地，该出光面相对于该第一轴线的两侧是不对称。

较佳地，该本体于该出光面与该底面之间是形成一环面。

附图说明

为了详细说明本发明的构造及特点所在，以下结合较佳实施例并配合附图说明如后，其中：

图1是本发明第一较佳实施例的立体图。

图2是本发明第一较佳实施例的底视图。

图3是本发明第一较佳实施例的侧视图。

图4是图2的局部放大图，显示最大的SAGi的位置及状态。

图5是本发明第一较佳实施例的照度模拟示意图。

图6是本发明第二较佳实施例的底视图。

图7是图6的局部放大图，显示最大的SAGi的位置及状态。

图8是本发明第三较佳实施例的底视图。

图9是图8的局部放大图，显示最大的SAGi的位置及状态。

图10是本发明第四较佳实施例的底视图。

图11是图10的局部放大图，显示最大的SAGi的位置及状态。

图12是本发明第五较佳实施例的底视图。

图13是图12的局部放大图，显示最大的SAGi的位置及状态。

图14是本发明第六较佳实施例的底视图。

图15是已知技术的示意图，显示路灯照射于道路的状态。

图16是已知技术的又一示意图，显示路灯照射于道路的照明范围。

图17是已知技术的再一示意图，显示路灯照射的等照度分布状态。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种用于照明装置的光学透镜1，主要具有：

一本体10，于其底部形成一底面11，顶部形成一出光面19，由该底面11向上凹设开口朝下的一长凹槽12，该长凹槽12是置入一光源(图中未示)，且定义该长凹槽12在长轴的径向上的槽壁为一入光面13。于该本体10定义位于底面且两端交接于该本体10表面的一第一轴线A1以及一第二轴线A2，该第一轴线A1与该第二轴线A2垂直，且该第一轴线A1较该第二轴线A2长。于本实施例中，该光源是以LED(发光二极管)为例。此外，于本实施例中，该出光面19是以相对于该第一轴线A1的两侧呈不对称为例，其对称与否是可依照射区域的需求为准来进行设计。其中，于该长凹槽12内设置光源乃是已知的先前技术，容不以附图表示之。

该长凹槽12的长轴是平行于该第二轴线A2，且该长凹槽12的两端分别具有一第一槽端面121以及一第二槽端面122，该第一槽端面121与该第二槽端面122是与该第二轴线A2相交，且该第一槽端面121及该第二槽端面122与该底面11的交界是分别形成一第一交接线111以及一第二交接线112。于本实施例中，该第一槽端面121是可为平面或曲面，该第二槽端面122亦可为平面或曲面，而均以平面为例。此外，于本实施例中，该第一槽端面121与该第二槽端面122均垂直于该本体10的底面11。又，于本实施例中，该第一槽端面121的高度是小于该第二槽端面122的高度。

该入光面13由二曲面部131所组成，该二曲面部131是于该长凹槽12的两侧分别与该底面11交接，而于交接处于该长凹槽12的一侧联合形成一第一线段L1，以及于该长凹槽12的另一侧联合形成一第二线段L2。该二曲面部131在该第二轴线A2上的两侧是为对称，且该第一线段L1与该第二线段L2位于该长凹槽12的长轴两侧，且在该第二轴线A2的两侧是为对称。于本实施例中，该二曲面部131分别位于该第一轴线A1的两侧，且不相对称。该二曲面部131虽在本实施例中以不对称的形态举例，但亦可为对称的型态，端视照射区域的需求而定。各该曲面部131是可为椭圆曲面、球面、非球面或前述三者的组合，而于本实施例中以椭圆曲面为例。

该第一线段L1两端的直线连线是定义为一第一虚拟线V1，该第一交接线111两端的最短距离是定义为一第一距离D1，该第一线段L1上的任一点i与该第一虚拟线V1的最短距离是定义为SAGi，且使SAGi满足下述的式(1)：

式(1)

须注意的是，上述以第一线段L1为例来定义出该第一虚拟线V1，然而可以理解的是，通过对称关系可知，第二线段L2亦可定义出对称于该第一虚拟线V1的另一虚拟线(图中未示)。

于本实施例中，该本体10于该出光面19与该底面11之间是形成一环面17。这个环面17的设计可使该本体10的大小符合目前的规格，但并不以设置环面17为必要，此乃由于某些规格可能不需要该环面17的配合设置。

此外，于本实施例中，该第二交接线112两端的最短距离是定义为一第二距离D2，且以该第一距离D1小于或等于该第二距离D2为例。其中该第一距离D1小于该第二距离D2的设计，主要是因为灯具是置于道路的一旁，为了该灯具具有偏光效果而让照射区域偏移至道路中央，因此必须使该第一距离D1小于该第二距离D2。此种设计是为了能符合照明区域的需求。

又，前述的第一槽端面121高度小于第二槽端面122高度的设计，即代表该入光面13在该第一槽端面121的一侧较低，在该第二槽端面122的一侧较高，因此该入光面13在与该出光面19的距离在该第一槽端面121的一侧较大，而在该第二槽端面122的一侧较小。因此当光线由该入光面13进入该本体11而产生折射再由该出光面19射出时，在该第一槽端面121的一侧的光线射出后所照射的范围即较大，进而使照射在道路上的宽度较大。

由上可知，为了使被照射区域的照度均匀，必须以上述不对称的设计来符合需求。

在满足式(1)的情况下，即代表该入光面13在该第二轴线A2方向的曲率变化不大，因此该光源(图中未示)射出的光线在经过该入光面13折射后光束仍然集中，之后再通过该出光面19射出到照射区域(例如道路)上时，由于光线维持在集中状态，因此可以照射到较远的地方，例如角落处，进而解决了角落光线不足的问题，角落照度提升，且整体均匀度也获得提升。

值得说明的一点是，在将本第一实施例做为路灯例时，该第一交接线111是位于朝向道路中央的一侧，而该第二交接线112则是位于远离道路中央的一侧，该第一轴线A1平行于道路长度的方向，而该第二轴线A2平行于道路宽度的方向。

如图1及图2配合图4所示，本第一实施例中，该第一距离D1为3毫米(mm)，该第二距离D2为3.5毫米，该第一槽端面121(参照图1)的高度为1.5毫米，该第二槽端面122(参照图1)的高度为2.5毫米，该第二轴线A2的长度为10.5毫米，该第一轴线A1的长度为15毫米。由于最大的SAGi在本实施例中为0.05毫米，因此代入式(1)中的|SAGi/第一距离|×100后，计算而得的结果为1.67，小于2.8，因此满足式(1)。

图5显示了本第一实施例的照度模拟状态，以灯杆高度10米，路宽8米，路长40米(如虚线范围所示)，灯具出光光通量10,000流明，道路范围内的光通量为7,500流明，亦即光线利用率为75％，优于已知技术的光线利用率60％；本第一实施例的均匀度为0.54，也优于已知技术的均匀度0.4。并整理上述数据及对应的条件如下述表1。

表1

由此可知本第一实施例利用了透镜的内曲面，且确实达到了提升照射均匀度的效果。

须再补充的一点是，该第一槽端面121与该第二槽端面122也可以其表面面向该长凹槽12内且面向下而呈倾斜状，而各以其表面交接于该底面11。如此可以方便制造时的脱模。

请再参阅图6至图7，本发明第二较佳实施例所提供的一种用于照明装置的光学透镜2，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

该入光面23仅由一曲面部231组成，且该第一线段L1与该第二线段L2是向该长凹槽22内弯曲。

于本第二实施例中的最大SAGi为0.075，代入式(1)中的|SAGi/第一距离|×100后，即可得其结果为2.5，小于2.8，因此满足式(1)。

本第二实施例的相关实施数据是可如下述表2所载。

表2

由此可见，本第二实施例的光线利用率为74.3％，优于已知技术的光线利用率60％；本第二实施例的均匀度为0.50，也优于已知技术的均匀度0.4。

本第二实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。

请再参阅图8至图9，本发明第三较佳实施例所提供的一种用于照明装置的光学透镜3，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

该入光面33仅由一曲面部331组成，且该第一线段L1与该第二线段L2是向该长凹槽32内弯曲。

于本第三实施例中的最大SAGi为0.0375，代入式(1)中的|SAGi/第一距离|×100后，即可得其结果为1.25，小于2.8，因此满足式(1)。

本第三实施例的相关实施数据是可如下述表3所载。

表3

由此可见，本第三实施例的光线利用率为75.0％，优于已知技术的光线利用率60％；本第三实施例的均匀度为0.55，也优于已知技术的均匀度0.4。

本第三实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。

请再参阅图10至图11，本发明第四较佳实施例所提供的一种用于照明装置的光学透镜4，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

该入光面43仅由一曲面部431组成，且该第一线段L1与该第二线段L2是向该长凹槽42外弯曲。

于本第四实施例中的最大SAGi为0.075，代入式(1)中的|SAGi/第一距离|×100后，即可得其结果为2.5，小于2.8，因此满足式(1)。

本第四实施例的相关实施数据是可如下述表4所载。

表4

由此可见，本第四实施例的光线利用率为73.9％，优于已知技术的光线利用率60％；本第四实施例的均匀度为0.50，也优于已知技术的均匀度0.4。

本第四实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。

请再参阅图12至图13，本发明第五较佳实施例所提供的一种用于照明装置的光学透镜5，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

该入光面53仅由一曲面部531组成，且该第一线段L1与该第二线段L2是向该长凹槽52外弯曲。

于本第五实施例中的最大SAGi为0.0375，代入式(1)中的|SAGi/第一距离|×100后，即可得其结果为1.25，小于2.8，因此满足式(1)。

本第五实施例的相关实施数据是可如下述表5所载。

表5

由此可见，本第五实施例的光线利用率为75.0％，优于已知技术的光线利用率60％；本第五实施例的均匀度为0.55，也优于已知技术的均匀度0.4。

本第五实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。

请再参阅图14，本发明第六较佳实施例所提供的一种用于照明装置的光学透镜6，主要概同于前揭第一实施例，不同之处在于：

该入光面63仅由一曲面部631组成，且该第一线段L1与该第二线段L2是为直线。

于本第六实施例中的最大SAGi为0，代入式(1)中的|SAGi/第一距离|×100后，即可得其结果为0，小于2.8，因此满足式(1)。

本第六实施例的相关实施数据是可如下述表6所载。

表6

由此可见，本第六实施例的光线利用率为75.0％，优于已知技术的光线利用率60％；本第六实施例的均匀度为0.58，也优于已知技术的均匀度0.4。

本第六实施例的其余结构及所能达成的功效均概同于前揭第一实施例，容不再予赘述。

再将前述第一-六实施例的数据数据再整合于同一表格内，由此可供比较各实施例的各项数据及其所达成的效果。

由上可知，前述的六个实施例在实施时，其光线利用率均为75％左右，最低的也在73.9％，远高于已知技术的光线利用率60％；本发明的均匀度也至少在0.5以上，高于已知技术的均匀度0.4。此外，前述六个实施例均满足式(1)。因此可以确知，本发明具有提升照射均匀度及光线利用率的效果。

Claims (9)

1.一种用于照明装置的光学透镜，包含有：

一本体，于其底部形成一底面，顶部形成一出光面，由该底面向上凹设开口朝下的一长凹槽，该长凹槽供一光源置入，且定义该长凹槽的长轴径向上的槽壁为一入光面；于该本体定义位于底面且两端交接于该本体表面的一第一轴线以及一第二轴线，该第一轴线与该第二轴线垂直，且该第一轴线较该第二轴线长；

该长凹槽的长轴是平行于该第二轴线，且该长凹槽的两端分别具有一第一槽端面与一第二槽端面，该第一槽端面与该第二槽端面与该第二轴线相交，且该第一槽端面及该第二槽端面与该底面的交界分别形成一第一交接线以及一第二交接线，该第一槽端面的高度小于该第二槽端面的高度；

该入光面由至少一曲面部组成，该至少一曲面部与该底面交接而形成一第一线段以及一第二线段，该第一线段及该第二线段分别位于该长凹槽的长轴两侧，且该至少一曲面部在该第二轴在线的两侧为对称，又该第一线段与该第二线段在该第二轴线的两侧为对称；

其中，该第一线段两端的直线连线定义为一第一虚拟线，该第一交接线两端的最短距离定义为一第一距离，该第一线段上的任一点i与该第一虚拟线的最短距离定义为SAGi，且使SAGi满足下式：

2.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该第二交接线两端的最短距离定义为一第二距离，且该第一距离小于或等于该第二距离。

3.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该第一槽端面为平面或曲面，该第二槽端面为平面或曲面。

4.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该第一槽端面与该第二槽端面均垂直于该本体的底面。

5.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该第一槽端面与该第二槽端面的表面均面向该长凹槽内且面向下而呈倾斜状，而各以其表面交接于该底面。

6.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该至少一曲面部为椭圆曲面、球面、非球面或前述三者的组合。

7.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该至少一曲面部在数量上为二，该二曲面部分别位于该第一轴线的两侧，且不相对称。

8.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该出光面相对于该第一轴线的两侧不对称。

9.依据权利要求1所述的用于照明装置的光学透镜，其特征在于，其中该本体于该出光面与底面之间形成一环面。