CN109058935B - 光源装置及光源系统 - Google Patents

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Abstract

一种光源装置及光源系统，光源装置包含一透镜及一光源，该透镜具有一光发射顶面，且该光源用以产生光线并设置于该透镜下方。当来自该光源的该光线投射到平行于该光发射顶面的一平面表面时，该透镜折射来自该光源的该光线以产生一光形分布。一光源系统包括一多个光源设备以矩阵方式设置。经由该光源装置与该光源系统的透镜制造出的光形分布，可制造高对比效果且实质地取代现有光形分布。

Description

光源装置及光源系统
技术领域
本发明涉及一种光源装置及光源系统，具体而言，本发明系涉及一种能产生高对比光形分布的光源装置及光源系统。
背景技术
在各种技术领域中，尤其是在显示技术及照射设备领域，光源设计一直是光源的重要面向。现有光源通常使用灯泡或白炽灯管作为光源。随着发光二极管(LED)技术的成熟以及发光二极管具有体积小及节能环保的优点，发光二极管逐渐成为市场的主流。
然而，当多个光源配置在一起时，显示器的光源通常设计成以较宽的角度导引光线，使得聚集的光输出较为均匀。虽然这样的设置容许较均匀的光输出，但是不能有效控制光源之间的对比度，而不能达到区域调光效果。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种光源装置及光源系统，用以产生区域调光效果。
本发明的一个方面提供了一种光源装置。该光源装置包括一透镜及一光源。该透镜具有一光发射顶面；以及该光源用以产生光线并设置于该透镜下方，该透镜折射来自该光源的该光线以产生一光形分布，当投射到平行于该光发射顶面的一平面表面时呈现：沿通过一中心轴的该平面表面的一截面，从该中心轴至该截面的一第一光转折点具有一最大或实质最大光照射度，且沿着该截面的一相同方向，在距离该中心轴10mm的位置与该第一光转折点之间，每增加1mm光辉度等级的降低率小于0.015mm-1，其中该中心轴垂直于该平面表面并通过该光源的中心，该第一光转折点为距离该中心轴至该第一光转折点10mm外的点，且在该第一光转折点上光辉度等级的减少加速率变化大于0.003mm-2。
本发明的另一个方面提供了一种光源装置。该光源装置包括一透镜及一光源。该透镜具有一光发射顶面；以及该光源用以产生光线并设置于该透镜下方，该透镜折射来自该光源的该光线以产生一光形分布，当投射到平行于该光发射顶面的一平面表面时呈现：在沿该平面表面距一中心轴的一第一距离的一第一光转折点处具有一最大或实质最大光照射度，且沿着该截面的一相同方向，在距离该中心轴10mm的位置与该第一光转折点之间，每增加1mm光辉度等级的降低率小于0.015mm-1，其中该中心轴垂直于该平面表面并通过该光源的中心，该第一光转折点为距离该中心轴至该第一光转折点10mm外的点，且在该第一光转折点上一光辉度等级的减少加速率变化大于0.003mm-2。
本发明的另一个方面提供一光源系统包括一多个光源装置，其中该多个光源装置以矩阵方式设置。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的光源装置的爆炸图；
图2为光源装置所产生的光形分布的光辉度等级实施例；
图3A为多个现有光源装置所产生的光形分布；以及
图3B为本发明的多个光源装置之间所产生的对比实施例。
其中，附图标记
100：透镜
110：光发射顶面
120：外壁面
130：底面
150：孔洞
151：内壁面
153：内顶面
155：开口
300：光源
310：发光区
A：第一光转折点
B：第二光转折点
D-D：截面
F：光形分布
P：平面表面
Z：中心轴
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
本发明实施例提供一种具有区域调光效果的光源装置。在以下说明中，可搭配参考附图，并且藉由附图显示具体实施例或示例。这些实施例仅仅是对本发明范围的说明，不应被解释为对本发明的限制。参照附图，其中相同的标号在若干附图中表示相同的元件，以下将进行本发明的各方面和例示性操作环境的描述。
本发明提供一种光源装置。在一实施例中，光源装置为发光二极管(light-emitted diode，LED)光源装置。然而，在其他实施例中，光源装置亦可使用其他具有照明区域的光源。
图1为本发明一实施例的光源装置。光源装置包含透镜100及光源300。透镜100具有光发射顶面110、相对于光发射顶面110的底面130、以及自底面130延伸且连接到光发射顶面110的外壁面120。于本实施例中，光发射顶面110及底面130为圆形。然而，于其他实施例中，光发射顶面110及底面130可为任何其他合宜形状。光发射顶面110可为圆形，而底面130可为不同形状(或底面130可为圆形，而光发射顶面110可为不同形状)。在一实施例中，光发射顶面110小于底面130。在一实施例中，外壁面120形成凸面曲率，使得透镜100的整个结构实质为外凸结构。在一实施例中，透镜100由透明材料形成，例如透明塑胶或玻璃。然而，在其他实施例中，透镜100可由具有透光性质的材料制成，其中可包含不同类型的粒子。
如图1所示，朝光发射顶面110凹陷的孔洞150于底面130上形成。在一实施例中，孔洞150为子弹形状。孔洞150由内壁面151及内顶面153的周围形成。内顶面153连接内壁面151的顶部。换言之，内顶面153在孔洞150相对较接近光发射顶面110的部分连接内壁面151。被内壁面151包围的孔洞150在底面130形成开口155。在一实施例中，内顶面153及开口155为圆形。然而，在其他不同实施例中，内顶面153及开口155可为任何其他合宜形状。
在一实施例中，如图1所示，内顶面153为平面，且对应于自内顶面153发射到光发射顶面110的光的投射区域、或内顶面153在光发射顶面110上的投射区域为平面。换言之，内顶面153与对应于自内顶面153发射到光发射顶面110的光投射区域为共平面表面。然而，在其他不同实施例中，也可不具有内顶面153。换言之，内壁面151可为顶部没有内顶面153的子弹形状。
如图1所示，光源300设置于透镜100的底面130下方并对应孔洞150。于一实施例，光源300设置于孔洞150的开口155下方。光源300具有朝向孔洞150的发光区310。
于本实施例中，光源300为发光二极管(LED)。然而，在其他不同实施例中，光源300可为任何其他种类的具方向性或具部分方向性的发光装置。孔洞150的开口155覆盖自发光区310发射的光到底面130的投射区域。透过此种设计，从发光区310发出的光可完全地或实质地通过开口155发射进入到孔洞150中。
如图1所示，由光源300产生且自发光区310发出的光通过开口155发射进入孔洞150。然后光通过内壁面151及内顶面153进入透镜100。
在本实施例中，从内顶面153进入透镜100的主要光线的方向实质垂直于内顶面153(即进入角度实质为0度)。因此，从内顶面153发射的光能成功地通过内顶面153到达光发射顶面110的对应投射区域，然后离开光发射顶面110。如此可减少全反射的机会，而避免在中心产生暗点，同时减少在暗点外侧形成强光环，而有效增加光平滑度。
如图1所示，当光自光源装置发射出并投射到平面表面P时产生光形分布F。于本实施例中，平面表面P与透镜100的光发射顶面110为共平面，其中光发射顶面110为平面或实质上为平面。于本实施例中，光形分布F为圆形，其对应透镜100的圆形形状(从透镜100的俯视角度观之)。然而，在其他不同实施例中，光形分布F可为对应不同形状透镜100的其他不同形状。
于本实施例中，当从透镜100射出的光线投射到平面表面P时，通过光源300及透镜100中心的中心轴Z垂直于平面表面P。再者，由于平面表面P与透镜100的光发射顶面110为共平面，因此中心轴Z通过光形布F的中心(或实质中心)。
图2为从图1的截面D-D观看的光形分布F的光辉度图。如图1及图2所示，光形分布F在中心轴Z附近具有最大或实质最大的光辉度等级。沿着截面D-D，从中心轴Z到第一光转折点A之间，光辉度等级持续为高。在本实施例中，沿着中心轴Z，透镜100与平面表面P相隔2mm至40mm的距离。在一实施例中，图2所示的光辉度图对应于光形分布F的光辉度标准化后的结果。
于一实施例，沿着截面D-D，在平面表面P上，在距离中心轴Z 10mm远的点至第一光转折点A之间，沿着截面D-D上由距离中心轴Z 10mm远的点至第一光转折点A的相同方向，每增加1mm在平面表面P的光辉度等级的降低率小于0.015mm-1。换言之，沿着截面D-D上由距离中心轴Z 10mm远的点至第一光转折点A的相同方向，在距离中心轴Z 10mm远的点至第一光转折点A之间，每增加1mm在平面表面P的光辉度等级的降低率显著的低。以此方式，于平面表面P上的中心轴Z到第一转折点A的距离所涵盖的区域可维持最大或实质最大的光辉度。
于本实施例中，在平面表面P上，位在第一光转折点A的光辉度等级的减少加速率变化大于0.003mm-2。换言之，于图1的截面D-D中，光辉度等级于第一光转折点A明显下降，也于图2的光辉度图所示。
如图1及图2所示，在第一光转折点A之后，光辉度等级下降直到到达第二光转折点B，而第二光转折点B的光辉度等级为0.2。于此实施例中，沿着截面D-D，从中心轴Z经过第二光转折点B至光辉度等级为0.01的一点，每1mm光辉度等级的平均总和大于0.04。换言之，在第二转折点B之后，光辉度等级的减少加速率下降。以此方式，当多个光源一同配置时，当所有光源装置开启在相同输出功率时，从光源装置的第一光转折点A至第二光转折点B的光线与其他光源装置重叠而产生相对均匀的光。
于此实施例中，从第一光转折点A至第二光转折点B，每增加1mm，光辉度等级的减少加速率变化小于0.01mm-2。
图3A显示当多个现有光源一同排列配置下的光形分布。如图3A所示，由于光辉度等级并没有明显下降，因此每一现有光源装置在排列配置下具低对比度。
与图3A的光形分布做对比，当本发明的多个或多个光源装置一同排列配置形成光源系统时(如图3B所示)，由于每个光源装置的光形分布的光的辉度等级保持相对较高(从每个光源装置的中心轴至第一光转折点A所量测)，因此多个光源装置配置方式间的对比度增加。如图3B所示，增加对比度的主要优点是，在多个光源装置排列配置下，可藉由调整单一或群组的光源设备达到区域调光效果。此区域调光效果无法在一般环境下利用现有光源达到，由于现有光源装置间的对比度是明显的低，而现有显示器也无法观察到明显的调光效果。于本实施例中，多个的光源装置可被排列配置或是以矩阵方式设置。然而，在其他不同实施例中，多个光源装置可被排列配置成其他合宜设置以适合各种设计需求。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (19)

1.一种光源装置，其特征在于，包含：
一透镜，具有一光发射顶面；以及
一光源，用以产生一光线并设置于该透镜下方，
其中该透镜折射来自该光源的该光线以产生一光形分布，当投射到平行于该光发射顶面的一平面表面时呈现：
沿通过一中心轴的该平面表面的一截面，从该中心轴至该截面的一第一光转折点具有一最大光照射度，且沿着该截面的一相同方向，在距离该中心轴10mm的位置与该第一光转折点之间，每增加1mm光辉度等级的降低率小于0.015mm-1，其中该中心轴垂直于该平面表面并通过该光源的中心，该第一光转折点为距离该中心轴至该第一光转折点10mm外的点，且在该第一光转折点上光辉度等级的减少加速率变化大于0.003mm-2。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，沿着该中心轴，该光发射顶面距离该平面表面2mm至40mm。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，沿着该截面上的一第二光转折点的位置比该第一光转折点的位置离该中心轴距离更远。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，该第二光转折点的光辉度等级为0.2。
5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，沿着该截面，从该中心轴经过该第二光转折点至光辉度等级为0.01的一点，每1mm光辉度等级的平均总和大于0.04。
6.根据权利要求5所述的光源装置，其特征在于，从该第一光转折点至该第二光转折点，每增加1mm，光辉度等级的减少加速率变化小于0.01mm-2。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，沿该截面，从该中心轴经过距离该中心轴10mm的一点至该第一光转折点，每增加1mm光辉度等级的降低率小于0.015mm-1。
8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该光发射顶面为平面且该透镜具有相对于该光发射顶面的一底面，其中该底面朝着该光发射顶面凹陷而形成一孔洞，且该底面有围绕该孔的一凿部，其朝向该孔的边缘倾斜，且该光源相应于该孔洞设置于该底面下方。
9.一种光源装置，其特征在于，包含：
一透镜，具有一光发射顶面；以及
一光源，用以产生一光线并设置于该透镜下方，
其中该透镜折射来自该光源的该光线以产生一光形分布，当投射到平行于该光发射顶面的一平面表面时呈现：
在沿该平面表面距一中心轴的一第一距离的一第一光转折点处具有一最大光照射度，且沿着该平面表面的一截面的一相同方向，在距离该中心轴10mm的位置与该第一光转折点之间，每增加1mm光辉度等级的降低率小于0.015mm-1，其中该中心轴垂直于该平面表面并通过该光源的中心，该第一光转折点为距离该中心轴至该第一光转折点10mm外的点，且在该第一光转折点上光辉度等级的减少加速率变化大于0.003mm-2。
10.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，沿着该中心轴，该光发射顶面距离该平面表面2mm至40mm。
11.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，沿着该平面表面一相同方向，一第二光转折点的位置比该第一光转折点的位置离该中心轴距离更远。
12.根据权利要求11所述的光源装置，其特征在于，该第二光转折点的光辉度等级为0.2。
13.根据权利要求12所述的光源装置，其特征在于，沿着该截面，从该中心轴经过该第二光转折点至光辉度等级为0.01的一点，每1mm光辉度等级的平均总和大于0.04。
14.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，沿该平面表面，从该中心轴经过距离该中心轴10mm的一点至该第一光转折点，每增加1mm光辉度等级的降低率小于0.015mm-1。
15.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，该光发射顶面为平面且该透镜具有相对于该光发射顶面的一底面，其中该底面朝着该光发射顶面凹陷而形成一孔洞，且该底面有围绕该孔的一凿部，其朝向该孔的边缘倾斜，且该光源相应于该孔洞设置于该底面下方。
16.根据权利要求15所述的光源装置，其特征在于，该凿部在距离该孔较远一端带有曲度。
17.根据权利要求15所述的光源装置，其特征在于，该孔由一第一内壁面及一第二内壁面的周围形成，并且在该底面具有一开口。
18.根据权利要求17所述的光源装置，其特征在于，该第一内壁面及该第二内壁面形成一子弹形结构。
19.一种光源系统，包含多个根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该多个光源装置以矩阵方式设置。
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