CN107152618A - 透镜及具有该透镜的光学单元 - Google Patents

透镜及具有该透镜的光学单元 Download PDF

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Abstract

一种透镜及具有该透镜的光学单元。该透镜适用于控制一个光源的光线分布。该透镜包含一个透镜主体。该透镜主体包括一个呈平滑曲面且远离该光源的出光面，及一个相反于该出光面且邻近该光源的入光面。该入光面具有多个面向该光源的曲面部，及多个衔接相邻的曲面部的衔接面部。每一个衔接面部具有分别衔接两个相邻曲面部的反向的第一衔接边缘及第二衔接边缘。该第一衔接边缘与该光源间的距离不同于该第二衔接边缘与该光源间的距离。本发明公开的该透镜的透镜主体厚度较薄，借此能减少该透镜的重量及节省制作时的用料并达成使该透镜薄型化的功效。

Description

透镜及具有该透镜的光学单元
技术领域
本发明涉及一种透镜，特别是涉及一种应用于光学单元的透镜。
背景技术
一般发光二极管所发出的光线较为集中，应用在灯具时无法使该光线产生较均匀的分布，因此大多会利用二次光学原理，使用透镜来调整该光线的投射方向。由于该光线射入透镜时会产生偏移折射，因此通常会利用透镜的曲弧度和厚薄度设计来形成所需要的光形或是增加出光的均匀度。
发明内容
本发明一个实施例公开一个透镜，适用于控制一个光源的光线分布。该透镜包含一个透镜主体。该透镜主体包括一个呈平滑曲面且远离该光源的出光面，及一个相反于该出光面且邻近该光源的入光面。该入光面具有多个面向该光源的曲面部，及多个衔接相邻的曲面部的衔接面部。每一个衔接面部具有分别衔接两相邻曲面部的反向的第一衔接边缘及第二衔接边缘，该第一衔接边缘与该光源间的距离不同于该第二衔接边缘与该光源间的距离。
本发明的透镜，该入光面的每一个曲面部具有多个边。
本发明的透镜，该入光面的每一个曲面部呈环形。
本发明的透镜，以每一个曲面部的中心为距离量测基准，所述曲面部分别与该出光面间具有一个距离，该光源与所述曲面部分别具有另一个距离，其中该光源与所述曲面部分别具有的该另一个距离相比于所述曲面部分别与该出光面间具有的该距离的一个比值包含最小为1。
本发明的透镜，该透镜主体的出光面呈圆弧拱形，该入光面的每一个曲面部呈朝该出光面突出的圆弧拱形。
本发明的透镜，该入光面的曲面部的面积是朝该透镜主体的一个底缘逐渐增大。
本发明的透镜，该入光面的曲面部的中心的切线斜率是朝该透镜主体的该底缘逐渐增大。
本发明另一个实施例公开一个光学单元，该光学单元包含一个外壳、一个光源，及所述的透镜。该外壳界定出一个容置空间。该光源设置于该外壳的容置空间内。该透镜罩设于该光源。
本发明的光学单元，还包含一个反射罩，该反射罩位于该外壳及该透镜间，且罩设该光源，被用于将该光源所发出的光线反射射向该透镜的入光面。
本发明的光学单元，该反射罩包括一个围绕该光源的罩体，该罩体具有一个与该外壳连接且远离该透镜的入光面的第一开口端，及一个相反于该第一开口端且邻近该透镜的入光面的第二开口端，该罩体自该第一开口端朝该第二开口端的方向逐渐向外扩张。
本发明的光学单元，该外壳和该反射罩为一体成型。
本发明的光学单元，该光源为一个发光二极管。
本发明的光学单元，该光源为数组式的发光二极管。
本发明的有益效果在于：本发明公开的该透镜的透镜主体厚度较薄，借此能减少该透镜的重量及节省制作时的用料并达成使该透镜薄型化的功效。
附图说明
图1是本发明一个透镜的一个实施例的俯视示意图；
图2显示图1的该透镜沿一条II-II’线剖切及一个光源的相对位置示意图；
图3是一个现有透镜及一个光源的相对位置的侧视示意图；
图4a是图3的该现有透镜搭配该光源的光强度分布图；
图4b是图2的该透镜的该实施例搭配该光源的光强度分布图；
图5a是模拟使用图3的该现有透镜于路灯所产生的光形图；
图5b是模拟使用图2的该透镜的该实施例于路灯所产生的光形图；
图6是本发明一个透镜的另一个实施例的仰视示意图；
图7显示图6的该透镜及一个光源的相对位置的侧视示意图；
图8是图6的该透镜的所述另一个实施例的侧视示意图；
图9是图6的该透镜的所述另一个实施例从另一个角度观看的侧视示意图；
图10a是模拟使用另一个现有透镜于路灯所形成的出光路线的侧视示意图；
图10b至图10d是模拟使用图6的该透镜的所述另一个实施例于路灯所形成的出光路线的侧视示意图，依序分别为模拟路灯的短、中、长配光；
图11a是模拟使用所述另一个现有透镜于路灯所产生的光强度分布图；
图11b至图11d是模拟使用图6的该透镜的所述另一个实施例于路灯所产生的光强度分布图，依序分别为模拟路灯的短、中、长配光；
图12a是模拟使用再一个现有透镜于路灯所产生的光形图；
图12b至图12d是模拟使用图6所示的该透镜的所述另一个实施例于路灯所产生的光形图，依序分别为模拟路灯的短、中、长配光；
图13是本发明光学单元的一个实施例的侧视出光路径示意图；
图14是本发明光学单元的另一个实施例的侧视出光路径示意图；
图15是使用图6的该透镜的所述另一个实施例于一个路灯的使用示意图。
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。
在本发明被详细描述前，应当注意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1、2，本发明透镜1的一个实施例，适用于罩盖例如为发光二极管的一个光源2，以控制该光源2的光线分布。
图2显示图1的该透镜1沿一条II-II’线剖切及一个光源的相对位置示意图，该透镜1包含一个透镜主体11，该透镜主体11包括一个呈平滑曲面且远离该光源2的出光面111，及一个相反于该出光面111且邻近该光源2的入光面112。该入光面112具有多个面向该光源2的曲面部113，及多个衔接相邻的曲面部113的衔接面部114。每一个衔接面部114具有分别衔接两相邻曲面部113的反向的第一衔接边缘115及第二衔接边缘116(见图2)。由于所述曲面部113与该光源2的距离并不一致，导致每一个衔接面部114的该第一衔接边缘115与该光源2间的距离不同于该第二衔接边缘116与该光源2间的距离。
在本实施例中，每一个曲面部113呈环形。该透镜主体11的出光面111呈圆弧拱形，该入光面112的每一个曲面部113呈朝该出光面111突出的圆弧拱形。该入光面112的曲面部113的面积是朝该透镜主体11的底缘110逐渐增大，且该入光面112的曲面部113的中心的切线斜率是朝该透镜主体11的底缘110逐渐增大。于一些实施例中，能视需求改变该出光面111的曲弧度，且所述曲面部113不限于呈朝该出光面111突出的圆弧拱形。
在本实施例中，该透镜1的入光面112具有7个曲面部113，于一些实施例中，所述曲面部113的数量不以此为限，能依照该透镜主体11的大小和形状，及欲形成的光形来做设计调整。
于本实施例中，以每一个曲面部113的中心作为量测距离的根据，所述曲面部113分别与该出光面111间具有一个距离，该光源2与所述曲面部113分别具有另一个距离，其中，该光源2与所述曲面部113分别具有的该另一个距离相比于所述曲面部113分别与该出光面111间具有的该距离的一个最小比值大约为1。
图2所示一个距离I为本实施例中所述曲面部113与该出光面111间的最小距离。另，该光源2与界定出该距离I的该曲面部113具有一个距离I’，于本实施例中，I’相比于I的比值大约为1。于本实施例中，该透镜1是以一体成型的方式制成，该比值若小于1会造成材料的浪费、增加模具成型的时间及增加该透镜主体11变形机率。
图4a及图4b分别为使用一个图3的现有透镜100及本实施例该透镜1的所形成的光强度分布图。该现有透镜100具有该出光面111及一个相反于该出光面111且呈平滑曲面的入光面112a。
图5a及图5b分别为模拟使用所述现有透镜100及本实施例该透镜1安装于路灯时，所产生的光形图。如图4b及5b所示，使用本发明公开的该透镜1能产生与使用图4a及图5a的该现有透镜100相似的光强度分布及光形，但相较于所述现有透镜100，本发明公开的该透镜1的透镜主体11厚度较薄，借此能减少该透镜1的重量及节省制作时的用料并达成使该透镜1薄型化的功效。
参阅图6、7、8、9，本发明透镜1的另一个实施例大致和前述实施例相同，不同处在于，在本实施例中，该透镜主体11的该入光面112的每一个曲面部113具有多个边，且具有1152个曲面部113。于本实施例中，该光源为数组式的发光二极管21。确切地说，在本实施例中，每一个曲面部113具有四个边。于本发明又一个实施例中，能依照需求设计每一个曲面部113具有三个边。于本发明再一个实施例中，每一个曲面部113具有六个边，也就是每一个曲面部113不以四个边为限。
参阅图10a-10d、图11a-11d及图12a-12d，是利用一个光学软件(Lighttools，新思科技(Synopsys)公司)来模拟使用该透镜1的所述另一个实施例于路灯，依照ANSI/IESNA RP-8-14道路照明标准定义分为短、中、长配光(Short,Medium,and Long longitudinaldistribution range)。其中，短配光的最大光强投射距离为小于2.25MH(Mounting height，安装高度)，中配光的最大光强投射距离为2.25～3.75MH，长配光的最大光强投射距离为大于3.75MH。
图10a显示为使用另一个现有透镜(图未示)模拟出光路径图。图10b、10c、10d分别显示本发明公开的该透镜1的所述另一个实施例模拟短、中、长配光所产生的出光路径图。图11a显示为使用所述另一个现有透镜模拟光强度分布图。图11b、11c、11d分别显示本发明公开的该透镜1的所述另一个实施例模拟短、中、长配光所产生的光强度分布图。
图12a分别是以10英尺的安装高度为基准，使用再一个现有透镜模拟光形图。图12b、12c、12d分别显示本发明公开的该透镜1的所述另一个实施例模拟短、中、长配光所产生的光形图。
由以上模拟结果显示，使用本发明公开的透镜1，可以达成道路短、中、长光形配光所需及通过调整所述曲面部113的曲弧度，来达到符合北美照明工程学会(IES，Illuminating Engineering Society ofNorth America)标准的不同类型路灯的光形分配。
参阅图13，本发明光学单元10的一个实施例，包含一个外壳3、该光源2，及该透镜1。
该外壳3界定出一个容置空间31。
该光源2设置于该外壳3的容置空间31内。在本实施例中，该光源2为一个发光二极管。在其他实施例中，该光源2的形式不限，可以是数组式的发光二极管。
该透镜1罩设于该光源2。
以通过该光源2的一条轴线Q为基准且界定为0°，该光源2的出光角度主要落在0°-60°间，如图13中的角度a所示，此出光角度内的光线会直接通过该入光面112的曲面部113且自该出光面111射出。通过该透镜1，该光线能达成大角度的折射。
参阅图14，本发明光学单元10的另一个实施例，大致与图13所示的该光学单元10的相同，不同处在于，该光学单元10还包含一个截头圆锥形的反射罩4。
于本实施例中，该反射罩4位于该外壳3及该透镜1间，且罩设该光源2，被用于将该光源2所发出的光线反射射向该透镜1的入光面112。该反射罩4包括一个围绕该光源2的罩体41。该罩体41具有一个与该外壳3连接且远离该透镜1的入光面112的第一开口端411，及一个相反于该第一开口端411且邻近该透镜1的入光面112的第二开口端412，该罩体41自该第一开口端411朝该第二开口端412的方向逐渐向外扩张。
在本实施例中，该外壳3和该反射罩4分别独立制造，该反射罩4的材质包含铝材，且是以旋轮加压方式制造而成。在其他实施例中，该外壳3和该反射罩4可以为一体成型。
通过该反射罩4的设置，出光角度落在60°-90°间的光线会在该反射罩4内反射，通过该透镜1的曲面部113后，再以大角度折射出该出光面111。如此能有效减少60°-90°的出光，使该光线较为集中的向下出光，将该光学单元10应用于户外照明时，能使该光线较均匀地扩散照射于路面。
图15为将该透镜1的另一个实施例应用于一个路灯的应用示意图。
综上所述，本发明透镜1，通过该入光面112的所述曲面部113的设计，除能减少该透镜1的厚度及减少该透镜1的体积及重量，同时也能增加该透镜1内空间利用的自由度及使具有该透镜1的光学单元10的光线能均匀地扩散照射于路面。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，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说明书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 (13)

1.一种透镜，适用于控制一个光源的光线分布，该透镜包含一个透镜主体，该透镜主体包括一个呈平滑曲面且远离该光源的出光面，及一个相反于该出光面且邻近该光源的入光面，其特征在于：
该入光面具有多个面向该光源的曲面部及多个衔接相邻的曲面部的衔接面部，其中每一个衔接面部具有分别衔接两相邻曲面部的反向的第一衔接边缘及第二衔接边缘，该第一衔接边缘与该光源间的距离不同于该第二衔接边缘与该光源间的距离。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：该入光面的每一个曲面部具有多个边。
3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：该入光面的每一个曲面部呈环形。
4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：以每一个曲面部的中心为距离量测基准，所述曲面部分别与该出光面间具有一个距离，该光源与所述曲面部分别具有另一个距离，其中该光源与所述曲面部分别具有的该另一个距离相比于所述曲面部分别与该出光面间具有的该距离的一个比值包含最小为1。
5.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于：该透镜主体的出光面呈圆弧拱形，该入光面的每一个曲面部呈朝该出光面突出的圆弧拱形。
6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于：该入光面的曲面部的面积是朝该透镜主体的一个底缘逐渐增大。
7.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于：该入光面的曲面部的中心的切线斜率是朝该透镜主体的该底缘逐渐增大。
8.一种光学单元，包含一个界定出一个容置空间的外壳，及一个设置于该容置空间内的光源，其特征在于：
一个根据权利要求1所述的透镜，该透镜罩设于该光源。
9.根据权利要求8所述的光学单元，其特征在于：该光学单元还包含一个反射罩，该反射罩位于该外壳及该透镜间，且罩设该光源，被用于将该光源所发出的光线反射射向该透镜的入光面。
10.根据权利要求9所述的光学单元，其特征在于：该反射罩包括一个围绕该光源的罩体，该罩体具有一个与该外壳连接且远离该透镜的入光面的第一开口端，及一个相反于该第一开口端且邻近该透镜的入光面的第二开口端，该罩体自该第一开口端朝该第二开口端的方向逐渐向外扩张。
11.根据权利要求9所述的光学单元，其特征在于：该外壳和该反射罩为一体成型。
12.根据权利要求8所述的光学单元，其特征在于：该光源为一个发光二极管。
13.根据权利要求8所述的光学单元，其特征在于：该光源为数组式的发光二极管。
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