CN205014278U - 光学透镜 - Google Patents

Abstract

一种光学透镜，包括第一镜体、第二镜体及安装体。第一镜体包括第一出光面、第二出光面、第一入光面、第二入光面、第三入光面及与前述入光面连接的底面，第一、第二和第三入光面相连接以于底面形成用于容纳发光单元的凹槽；第二镜体包括连接第二出光面的外围面、连接底面的第一内围面及与安装体连接的非平坦的第二内围面，第一和第二内围面相连接以形成空穴；安装体环绕且连接于第一和第二镜体并向外延伸于第一和第二镜体。本案的光学透镜包含171.6度±10％的水平光束角以及160度±10％的垂直光束角。

Description

光学透镜

技术领域

本案关于一种光学透镜，尤指一种用于LED的光学透镜。

背景技术

发光二极体(LightEmittingDiodel；LED)为一种可将电流转换成特定波长范围的半导体元件。发光二极体以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而作为光源而广泛应用于照明领域。

近年来，利用LED的照明设备取代现有的户外照明设备已逐渐成为趋势，例如路灯等。然而，LED的光线只以特定方向发出，并非朝全部方向发出均匀的光线，相较于以全部方向发光的现有户外照明设备，LED照明设备与非LED的户外照明设备之间的光线分布特性差异很大，因此LED用于户外照明设备仍有其限制。

为了更好地利用发光二极体，业界通常在对发光二极体封装后在其周围包覆一透镜对光进行光学校正，以达到所期望的水平和垂直光束角。

如何提供一种出光对称且具有预定光束角的透镜，为目前本领域的技术人员致力研发的目标。

实用新型内容

于一实施例中，本案提供一种光学透镜，可获得较大的水平光束角。

本案提供的光学透镜，其供覆盖于发光单元上，该光学透镜包括：第一镜体，其包括第一出光面、第二出光面、相对于该第一出光面的第一入光面及第二入光面、相对于该第二出光面的第三入光面、及与该第一入光面、该第二入光面和该第三入光面连接的底面，该第一入光面、该第二入光面和该第三入光面相连接以于该底面形成用于容纳该发光单元的凹槽；第二镜体，其连接该第一镜体，并包括连接该第二出光面的外围面、相对于该外围面的第一内围面及非平坦的第二内围面，该第一内围面和该第二内围面相连接以形成空穴，且该第一内围面连接该底面及该第三入光面；以及安装体，其环绕且连接于该第一镜体和该第二镜体，并相对于该第一镜体和该第二镜体向外延伸。

于前述实施例中，该光学透镜包含171.6度±10％的水平光束角以及160度±10％的垂直光束角。

于另一实施例中，本案提供一种光学透镜，其供覆盖于发光单元上，该光学透镜包括：第一镜体，其包括出光面、相对于该第一出光面的第一入光面、第二入光面和非平坦的第三入光面、及与该第一入光面、第二入光面及第三入光面连接的底面，该第一入光面、第二入光面及第三入光面相连接以于该底面形成用于容纳该发光单元的凹槽；第二镜体，其连接该第一镜体，并包括连接该出光面的外围面及相对于该外围面的第一内围面和非平坦的第二内围面，该第一内围面和该第二内围朝相连接以形成空穴，且该第一内围面连接该底面；以及安装体，其环绕且连接于该第一镜体和该第二镜体，并相对于该第一镜体和该第二镜体向外延伸。

于前述另一实施例中，该光学透镜包含107.9度±10％的水平光束角以及152.8度±10％的垂直光束角。

附图说明

图1为本案的第一实施例的光学透镜的立体图；

图2为本案的第一实施例的光学透镜的仰视图；

图3为本案的第一实施例的光学透镜的俯视图；

图4A为本案的第一实施例的光学透镜的沿着图3的A-A剖面线的剖面图；

图4B为本案的第一实施例的光学透镜的沿着图3的B-B剖面线的剖面图；

图4C为本案的第一实施例的光学透镜的曲率示意图；

图5为本案的第一实施例的光学透镜的光线路径图；

图6为本案的第一实施例的光学透镜的光通量分布图；

图7A-图7D为本案的第二实施例的光学透镜的光强度分布图；

图8为本案的第二实施例的光学透镜的立体图；

图9为本案的第二实施例的光学透镜的仰视图；

图10为本案的第二实施例的光学透镜的俯视图；

图11A为本案的第二实施例的光学透镜的沿着图10的A-A剖面线的剖面图；

图11B为本案的第二实施例的光学透镜的沿着图10的B-B剖面线的剖面图；

图11C为本案的第二实施例的光学透镜的曲率示意图；

图12为本案的第二实施例的光学透镜的光线路径图；

图13为本案的第二实施例的光学透镜的光通量分布图；以及

图14A-图14D为本案二第一实施例的光学透镜的光强度分布图。

符号说明

1、4第一镜体

10、40凹槽

11第一出光面

111、121中央区

112、122两侧区

12第二出光面

13缓冲面

14、42第一入光面

15、43第二入光面

16、44第三入光面

17、45底面

2、5第二镜体

20、50空穴

21、51外围面

22、52第一内围面

23、53第二内围面

231、232、531、532面

3、6安装体

31、611第一面

32、612第二面

33、613侧面

34、614安装孔

35、615出线槽

41出光面

411平面区

412弧面区

61安装部

62连接部

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10曲率。

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本案的实施方式，熟习此项技艺的人士可由本文所揭示的内容轻易地了解本案的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本案可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本案所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本案所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

第一实施例

参阅图1-图4C，其分别绘示本案第一实施例的光学透镜的立体图、仰式图、俯视图、A-A剖面图、B-B剖面图和曲率示意图。

于本实施例中，光学透镜包括第一镜体1、第二镜体2及安装体3。

第一镜体1包括第一出光面11、第二出光面12、连接第一出光面11和第二出光面12的缓冲面13、相对于第一出光面11的第一入光面14和第二入光面15、相对于第二出光面12的第三入光面16、及连接第一入光面14、第二入光面15和第三入光面16的底面17。第一入光面14、第二入光面15和第三入光面16相连接以于底面17形成用于容纳发光单元(未图式，如LED)的凹槽10，凹槽10的位置在光学透镜的中央，可容纳尺寸约10.5mm至25mm的LED，且其深度朝远离第二镜体2的方向逐渐减少。此外，如图1和图4A-图4B所示，第一出光面11是呈两侧区112凸起而中央区111凹下的波浪状，第二出光面12是呈两侧区122凸起而中央区121凹下的波浪状。整体而言，第一出光面11、第二出光面12和缓冲面13与底面17基本构成了一个具有厚度的凸透镜，该厚度朝远离第二镜体2的方向逐渐减少。

第一出光面11包含曲率R1和曲率R2，第二出光面12包含曲率R3，第一入光面14包含曲率R4、第二入光面15包含曲率R5，第三入光面16包含曲率R6和R7。所述出光面的曲率的大小依序为R1＞R3＞R2，所述入光面的曲率的大小依序为R5＞R4＞R7＞R6。于一例子中，曲率R1约93.2mm±2％，曲率R2约10.6mm±2％，曲率R3约13.3mm±2％，曲率R4约8.4mm±2％，曲率R5约20.4mm±2％，曲率R6约3.2mm±2％，曲率R7约7.6mm±2％。

第二镜体2包括连接第二出光面12的外围面21、相对于外围面21且连接第三入光面16和底面17的第一内围面22、及相对于外围面21且非平坦(uneven)的第二内围面23，第一内围面22和第二内围面23相连接以形成一空穴20，空穴20的深度朝远离第一镜体1的方向逐渐减少。于一例子中，第二内围面23可形成有多个连续的玻璃半圆柱(于图中以格栅状表示)于其上以使第二内围面23成为非平坦。整体而言，第二镜体2的形状类似具有开口的长方体，除了该开口之外的五面构成外围面21，而空穴20的形状亦类似具有开口的长方体，除了该开口之外的五面中，作为空穴20的底部的一面231和面对第一镜体1的一面232构成第二内围面23，其余三面构成第一内围面22。

安装体3环绕并连接于第一镜体1和第二镜体2,并包括与第一出光面11、第二出光面12、缓冲面13、外围面21连接的第一面31、相对于第一面31且连接底面17及第二内围面23的第二面32、连接第一面31和第二面32的侧面33、形成于侧面33供螺丝穿过的安装孔34、形成于第二面32供发光单元(LED)的导线穿出的出线槽35。安装体3相对于相连接的第一镜体1和第二镜体2为向外延伸。

第二镜体2与第一镜体1相比，第二镜体2相对于安装体3的高度大于第一镜体1的厚度，且空穴20的深度大于凹槽10的深度。

参阅图5，为避免图式过于复杂，图5仅概略表示本实施例的光学透镜的光线路径，关于光学透镜的元件符号请参阅图1-图4C。一发光单元(未图示)置于凹槽10中，从该发光单元射出的光线大多经过第一入光面14、第二入光面15或第三入光面16进入第一镜体1，再经过第一出光面11、第二出光面12或缓冲面13离开第一镜体1，且在进入及离开第一镜体1时光线皆会发生折射，以大体上从第一镜体1朝远离第二镜体2的方向射出，因此，本实施例的光学透镜主要由第一镜体1出光。其次，极少数的光线可能会经由第一镜体1进入第二镜体2，惟，第二镜体2的外围面21、第一内围面22和第二内围面23的曲率是经设计以使进入第二镜体2的光线发生全反射，进而导入安装体3而穿出，故不会影响到第一镜体1的出光。再其次，漏未进入第一镜体1的光线或直接进入了第二镜体2，惟，第二镜体2的第二内围面23上的不平坦部分能使入射于其上的光线不发生反射而直接穿出第二镜体2，也就是说，第二镜体2可将没有进入第一镜体1的光线散射掉，故，也不会影响到第一镜体1的出光。

参阅图6，其概略表示本实施例的光学透镜的光通量分布图。于本实施例中，光学透镜覆盖LED经具体执行为路灯，横轴表示路灯所在的道路宽度与灯具高度的比例，纵轴表示利用系数(coefficientsofutilization)，其为光线照射到工作面上的光通量(flux)相较于灯具全部光通量之比。由图6可看出，HS(HouseSide)线的光通量比例较SS(StreeSide)线的光通量比例低，表示本实施例的路灯的光线大多照射在道路上。因此，根据图5和图6可知，本案的光学透镜主要透过第一镜体1出光而照射在道路侧，第二镜体2可散射光线以使其避免照射在房屋侧。

接着参阅图7A-图7D，图7A和图7B显示通过水平角0°—180°和180°—0°的垂直面(verticalplanethroughhorizontalangles)的光强度分布，对照至图3，光学透镜的光轴为垂直出射图式面的轴，通过水平角0°—180°和180°—0°的垂直面为切过A-A剖面线的面。由图3和图7A-图7B可知，本实施例的光学透镜的光强度主要分布在偏离光轴约30度之处，也就是往第一镜体1的方向。另对照至图3，以A-A剖面线的右端穿过第一镜体1的处视为水平角0度，A-A剖面线的左端穿过第二镜体2之处为水平角180度，则图7C显示通过水平角45°—225°的垂直面的光强度分布图。再参阅图7D，其为通过垂直角60度的水平锥体(horizontalconethroughverticalangle)的光强度分布图，光线自光学透镜射出所形成的圆锥体在垂直角60度而水平角90度之处约有最大烛光767cd，且从图7D可看出本实施例的出光主要在第一镜体1，尤其主要从第一镜体1的两侧区112和122出光。

图1-图7D已说明本案的第一实施例的光学透镜的基本结构及出光或配光示意图，由上述可知本实施例的光学透镜的光束水平角可达171.6度±2％，光束垂直角可达160度±2％。

第二实施例

参阅图8-图11C，其分别绘示本案第二实施例的光学透镜的立体图、仰式图、俯视图、A-A剖面图、B-B剖面图和曲率示意图。

于本实施例中，光学透镜包括第一镜体4、第二镜体5及安装体6。

第一镜体4包括出光面41、相对于第一出光面41的第一入光面42、第二入光面43和非平坦的第三入光面44、及与第一入光面42、第二入光面43及第三入光面44连接的底面45。第一入光面42、第二入光面43及第三入光面44相连接以于底面45形成用于容纳发光单元(未图式，如LED)的凹槽40，凹槽40的位置在光学透镜的中央，可容纳尺寸约10.5mm至25mm的LED，且其深度朝远离第二镜体5的方向逐渐减少。于一例子中，第三入光面44可形成有多个连续的玻璃半圆柱(于图中以格栅状表示)于其上以使第三入光面44成为非平坦。此外，第一出光面41包含平面区411及在平面区411周围并与安装体3连接的弧面区412。整体而言，出光面41与底面45基本构成了一个具有厚度的凸透镜，该厚度朝远离第二镜体5的方向逐渐减少。

出光面41的弧面区412包含曲率R8，第一入光面42包含曲率R9、第二入光面43包含曲率R10，所述入光面的曲率的大小依序为R10＞R9。于一例子中，曲率R8约16.4mm±2％、曲率R9约16.41mm±2％、曲率R10约306.35mm±2％。

第二镜体5包括连接出光面41的外围面51及相对于外围面51的第一内围面52和非平坦的第二内围面53，第一内围面52和第二内围53朝相连接以形成空穴50，其深度朝远离第一镜体4的方向逐渐减少。于一例子中，第二内围面53可形成有多个连续的玻璃半圆柱(于图中以格栅状表示)于其上以使第二内围面53成为非平坦。整体而言，第二镜体5的形状类似具有开口的长方体，除了该开口之外的五面构成外围面51，而空穴50的形状也类似具有开口的长方体，除了该开口之外的五面中，作为空穴50的底部的一面531和面对第一镜体1的一面532构成第二内围面53，其余三面构成第一内围面52。

安装体6环绕且连接于第一镜体4和第二镜体5，并包括安装部61及连接安装部61、第一镜体4及第二镜体5的连接部62。安装部61包括连接第二镜体5和连接部62的第一面611、相对第一面611且与底面45和第二内围面53连接的第二面612、连接第一面611和第二面612的侧面613、形成于侧面613供螺丝穿过的安装孔614及形成于该第二面供发光单元(LED)的导线穿出的出线槽615。安装体6相对于相连接的第一镜体4和第二镜体5为向外延伸。

第二镜体5与第一镜体4相比，第二镜体5相对于安装体6的高度大于第一镜体4的厚度，且空穴50的深度大于凹槽40的深度。

参阅图12，为避免图式过于复杂，图12仅概略表示本实施例的光学透镜的光线路径，关于光学透镜的元件符号请参阅图8-图11C。一发光单元(未图示)置于凹槽40中，从该发光单元射出的光线大多经过第一入光面42或第二入光面43进入第一镜体4，再经过出光面41离开第一镜体4，且在进入及离开第一镜体4时光线皆会发生折射，以大体上从第一镜体4往远离第二镜体5的方向射出，因此，本实施例的光学透镜主要由第一镜体4出光。其次，极少数的光线可能会经由第一镜体4的第三入光面44进入第二镜体5，惟，第三入光面44的不平坦部分可让入射于上的光线不发生反射而直接穿入第二镜体5，而第二镜体5的外围面51、第一内围面52和第二内围面53的曲率是经设计以将进入第二镜体5的光线在第二透镜5内全反射，进而导入安装体6而穿出，故不会影响到第一镜体4的出光。或者，第二镜体5的第二内围面53上的不平坦部分能使入射于其上的光线不发生反射而直接穿出第二镜体5，也就是说，第二镜体5可将光线散射掉，故，也不会影响到第一镜体5的出光。

参阅图13，其概略表示本实施例的光学透镜的光通量分布图。于本实施例中，光学透镜覆盖LED经具体执行为路灯，横轴表示路灯所在的道路宽度与灯具高度的比例，纵轴表示利用系数(coefficientsofutilization)，其为光线照射到工作面上的光通量(flux)相较于灯具全部光通量之比。由图13可看出，HS(HouseSide)线的光通量比例较SS(StreeSide)线的光通量比例低，表示本实施例的路灯的光线大多照射在道路上。因此，根据图12和图13可知，本案的光学透镜主要透过第一镜体出光而照射在道路侧，第二镜体可散射光线以使其避免照射在房屋侧。

接着参阅图14A-图14D，图14A和图14B显示通过水平角0°—180°和180°—0°的垂直面(verticalplanethroughhorizontalangles)的光强度分布，对照至图10，光学透镜的光轴为垂直出射图式面的轴，通过水平角0°—180°和180°—0°的垂直面切过A-A剖面线。由图10和图14A-图14B可知，本实施例的光学透镜的光强度主要分布在偏离光轴约60度之处，也就是往第一镜体4的方向。另对照至图10，以A-A剖面线的右端穿过第一镜体4的处视为水平角0度，A-A剖面线的左端穿过第二镜体5之处为水平角180度，则图14C显示通过水平角45°—225°的垂直面的光强度分布图。再参阅图14D，其为通过垂直角70度的水平锥体(horizontalconethroughverticalangle)的光强度分布图，光线自光学透镜射出所形成的圆锥体在垂直角70度而水平角30度之处约有最大烛光994cd，且从图14D可看出本实施例的出光主要在第一镜体4，尤其主要从第一镜体4的弧面区412出光。

图8-图14D已说明本案的第二实施例的光学透镜的基本结构及出光或配光示意图，由上述可知本实施例的光学透镜的光束水平角可达107.9度±2％，光束垂直角可达152.8度±2％。

综上所述，本案的光学透镜能将往房屋侧的光线散射，而使光线往道路侧照射，且往道路侧照射的光线相对于中央较集中于两侧，藉此获得较大的水平光束角。

上述实施例仅例示性说明本案的功效，而非用于限制本案，任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本案的精神及范畴下，对上述该些实施例进行修饰与改变。此外，在上述该些实施例中的结构的数目仅为例示性说明，也非用于限制本案。因此本案的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种光学透镜，其供覆盖于发光单元上，其特征为，该光学透镜包括：

第一镜体，其包括第一出光面、第二出光面、相对于该第一出光面的第一入光面及第二入光面、相对于该第二出光面的第三入光面、及与该第一入光面、该第二入光面和该第三入光面连接的底面，该第一入光面、该第二入光面和该第三入光面相连接以于该底面形成用于容纳该发光单元的凹槽；

第二镜体，其连接该第一镜体，并包括连接该第二出光面的外围面、相对于该外围面的第一内围面及非平坦的第二内围面，该第一内围面和该第二内围面相连接以形成空穴，且该第一内围面连接该底面及该第三入光面；以及

安装体，其环绕且连接于该第一镜体和该第二镜体，并相对于该第一镜体和该第二镜体向外延伸。

2.如权利要求1所述的光学透镜，其特征为，该第一出光面包含第一曲率和第二曲率、该第二出光面包含第三曲率、该第一入光面包含第四曲率、该第二入光面包含第五曲率、该第三入光面包含第六曲率和第七曲率；其中，该第一曲率大于该第三曲率、该第三曲率大于该第二曲率，且该第五曲率大于该第四曲率、该第四曲率大于该第七曲率、该第七曲率大于该第六曲率；该光学透镜包含171.6度±10％的水平光束角以及160度±10％的垂直光束角。

3.如权利要求1所述的光学透镜，其特征为，该第一出光面及该第二出光面的各者是两侧为凸而中央为凹的波浪状；其中，该第二镜体相对于该安装体的高度大于该第一镜体的厚度，且该第一镜体的该厚度朝远离该第二镜体的方向逐渐减少，而该空穴的深度大于该凹槽的深度，该空穴的该深度朝远离该第一镜体的方向逐渐减少，该凹槽的该深度朝远离该第二镜体的方向逐渐减少。

4.如权利要求1所述的光学透镜，其特征为，该安装体包括与该第一出光面、该第二出光面及该外围面连接的第一面、与该底面和该第二内围面连接的第二面、连接该第一面和该第二面的侧面、形成于该侧面的安装孔及形成于该第二面的出线槽。

5.如权利要求1所述的光学透镜，其特征为，该光学透镜的材料包括玻璃；其中，该第二内围面形成有多个玻璃制半圆柱体于其上，以导致该第二内围面的非平坦。

6.一种光学透镜，其供覆盖于发光单元上，其特征为，该光学透镜包括：

第一镜体，其包括出光面、相对于该第一出光面的第一入光面、第二入光面和非平坦的第三入光面、及与该第一入光面、第二入光面及第三入光面连接的底面，该第一入光面、第二入光面及第三入光面相连接以于该底面形成用于容纳该发光单元的凹槽；

第二镜体，其连接该第一镜体，并包括连接该出光面的外围面及相对于该外围面的第一内围面和非平坦的第二内围面，该第一内围面和该第二内围朝相连接以形成空穴，且该第一内围面连接该底面；以及

安装体，其环绕且连接于该第一镜体和该第二镜体，并相对于该第一镜体和该第二镜体向外延伸。

7.如权利要求6所述的光学透镜，其特征为，该出光面包含第八曲率，该第一入光面包含第九曲率，该第二入光面包含第十曲率；其中，该第十曲率大于该第九曲率；该光学透镜包含107.9度±10％的水平光束角及152.8度±10％的垂直光束角。

8.如权利要求6所述的光学透镜，其特征为，该第二镜体相对于该安装体的高度大于该第一镜体的厚度，且该第一镜体的该厚度朝远离该第二镜体的方向逐渐减少，而该空穴的深度大于该凹槽的深度，该空穴的该深度朝远离该第一镜体的方向逐渐减少，该凹槽的该深度朝远离该第二镜体的方向逐渐减少。

9.如权利要求6所述的光学透镜，其特征为，该安装体包括安装部及连接该安装部、该第一镜体及该第二镜体的连接部，该安装部包括与该第一出光面、该第二出光面和该外围面连接的第一面、与该底面和该第二内围面连接的第二面、连接该第一面和该第二面的侧面、形成于该侧面的安装孔及形成于该第二面的出线槽。

10.如权利要求6所述的光学透镜，其特征为，该光学透镜是由玻璃构成；该第二内围面及该第三入光面的各者形成有多个玻璃制半圆柱体于其上，以分别导致该第二内围面和该第三入光面的非平坦。