200938767 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種複合曲面型之光源調制裝置，特別為〜 種應用於照明之光源調制裝置。 【先前技術】 隨著發光二極體製作技術不斷進步，使得發光二極體的發 ❹光功率逐漸提高，發光二極體之亮度亦逐漸增加，因此發光二 極體可應用之層面也更加廣泛，例如應用於日常照明或情境照 明…等。當發光二極體應用於照明時，其光線需均勻且準直， 使得光線的能量集中，以便於實際應用。 第1圖係為習知發光二極體透鏡結構10之剖面圖。如第j 圖所不’其為在2006年1月消費性電子國際研討會 (International Conference 〇n Consumer Electronics，IECC)上發 表之「高效率發光系統之超小型投影器」（ultra Smaiiprojector ❹ with High Efficiency Illumination System)中提出之一種發光二 極體透鏡結構10。上述發光二極體透鏡結構l〇，係具有一球 面1卜一第一非球面12、一第二非球面13、一第三非球面14、 以及一發光二極體光源15。發光二極體光源15之光線16、 16’、16”由球面11入射’而發光二極體光源15所發出的大角 度的光線16係先於第三#球面14反射後’再於第二非球面13 折射出光’使光線變為近似準直’而由發光二極體光源15發 出的小角度的光線16’則由第一非球面12折射出光。 第2圖係為習知發光二極體透鏡結構10之光斑圖。第3 6 200938767 圖係為習知發光二極體透鏡結構ίο之照度分佈圖。如第2 及第3圖所示，雖然習知發光二極體透鏡結構可使發光一 極體光源15發出之光線16、16,、16”變為準直，饭是^為& 一非球面12與第二非球面13間所形成有一大失角， = 弟一非球面13為具有大傾斜角度的一傾斜面，而部份入射 第一非球面12的光線16”因為無法滿足入射角小 棒侏，、臨界角的 w卞所以無法折射出透鏡結構10，使得第一非球& 一非祕 爪卸丄2及第 ❹面13之間光照度的強度不均勻，進而讓發光二極體光 '、、光斑形成一同心圓’並且使出光均勻度下降 【發明内容】 本發明係為一種複合曲面型之光源調制裝置，+ 計光源調制裝置之形狀，將配光複合折射面設由設 角度小於或大於配光參考角之光線分 传入光 折射面人射，反射面則可設計成反射自第射面或第二 0折射折_，而第三 面調制发：1? 出的光線皆可被第三折射 折射面並出光’以及第四折射面則可設計成由第-=此入:广光線皆可被第四折射面調制其出光角度並出 光二極體t發^二極縣_^光發散角度，並且使得發 一極體光源所發出的光線準直且均句。 裝置:aJ目的本發明係提供-種複合曲面型之光源調制 其係為函其具有、第一折射面’ 數曲面，且其面中心轴係與光源調制裝置之一中心轴 7 200938767 相重σ ’又第一折射面係設置於能折射由至少一發光二極體光 ’原所發出小於—配光參考角之光線的位置；以及—第二折射 八係為對稱於中心軸之曲面，且第二折射面之周緣係與第 折射面之周緣相接以形成-容置部，又第二折射面係設置於 i折射由發光二極體光源所發出大於配光參考角之光線的位 置 基面’其周緣係與第二折射面相接以形成一第一接線； 反射面’其係為對稱於中心軸之曲面，且反射面之周緣與基 ❹面之周緣相接以形成—第二接線，又反射面設置於能反射由配 光複合折射面人射之光線的位置 ;以及一調光複合折射面，其 具有·一第三折射面’其係為對稱於中心軸之函數曲面，且第 折射面之周緣與反射面之周緣相接以形成一第三接線，又第 -折射面係设置於能調制由反射面人射之光線的位置；以及— 第四折射面，其係為對稱於中心轴之曲面且第四折射面之周 緣與第二折射面之周緣相接以形成一第四接線，又第四折射面 係汉置於能調制由第一折射面入射之光線的位置；其中配光參 〇考角係；丨於-g己光臨界角的例度範圍間，且配光臨界角 發光-極體光源所發出之-臨界光線人射至光源調制裝 與發光-極體光源之法線方向間之失角，而臨界光線則為由於 光二極體光源發出，並由第一折射面之周緣與第二折射面之^ 緣相接處人射後，再由第四純㈣之光線。 藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效： 一、 可使得發光二極體光源的出光光線準直且均勻。 二、 藉由改變調光複合折射面句 削、發光二 的發散角度。 九原 200938767 為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術内容並據 以實施，且根據本說明書所揭露之内容、申請專利範圍及圖 式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優 點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優 【實施方式】 第4圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置20之 ®立體實施例圖。第5圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制 裝置20之第一剖視實施例圖。第6圖係為本發明之一種複合 曲面型光源調制裝置20之第二剖視實施例圖。第7圖係為本 發明之一種複合曲面型光源調制裝置20之第三剖視實施例 圖。第8圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置20之 第四剖視實施例圖。第9圖係為本發明之一種複合曲面型光源 調制裝置20之第五剖視實施例圖。第10圖係為本發明之一種 ^複合曲面型光源調制裝置20之第六剖視實施例圖。第11圖係 為第7圖之複合曲面型光源調制裝置20之光斑圖。第12圖係 為第7圖之複合曲面型光源調制裝置20之照度分佈圖。 如第4圖所示，本實施例係為一種複合曲面型之光源調制 裝置20，包括：一配光複合折射面30; —基面40; —反射面 50 ;以及一調光複合折射面60。光源調制裝置20具有一中心 軸21，並且光源調制裝置20係對稱於中心軸2卜以形成一圓 對稱結構或一橢圓對稱結構。此外，光源調制裝置20之材質 可以為一可塑性材質，並可以射出成型之方式製造。 9 200938767 配光複合折射面30，其具有：―第一折射面3i •以及— 第二折射面32。配光複合折射面3G係心分配由發光二極體 錢15發出之光線，使其分別由第—折射面31及第二折射面 32入射至光源調制裝置2〇中。 第-折射面31，其係為一種函數曲面，可依設計之需要將 弟-折射面3!設計為不同函數曲面，例如第—折射面31可為 一凹函數面(如第5圖、第8圖所示）、_凸函數面(如第_、 ❹第9圖所示）、或一平面（如第7圖、第1〇圖所示）。第—折射 面31之面中心軸係與光源調制裝置2〇之中心軸重人又 第一折射面3!係設置於能折射由至少一發光二極體光源^5所 發出小於-配光參考角Θ之光線的位置，其中配光參考角&之 定義將詳細描述如後。 β如第5圖所示，經由光源調制裝置20之設計，可特別使 付由發光二極體光源15所發出之一光線由第一折射面Η之周 緣與第二折射面32之周緣相接處入射至光源調制裝置加後， ❹再由第四接線25(將定義描述如後）處出射離開光源調制裝置 2〇’而此光線即定義為一臨界光線70。而配光臨界角係為入射 至光源調制裝置20前之臨界光線70與發光二極體光源15之 法線方向間之夾角。而配光臨界角之範圍係可介於15度至75 度之間。 a 而配光參考角6»則介於配光臨界角的±1〇度範圍間。舉例 來說，當配光臨界角為15度時，配光參考角0則可能為介於5 度至25度的範圍間之角度。更佳的是，配光參考角0可恰與 配光臨界角大小相等。當發光二極體光源15所發出之光線的 200938767 入 -光角度小於配光參考角θ時，先綠 31，並由第—折射面31折射入射至白被刀配至第一折射面 如第4圖及第5圖至第1〇圖所卞源=制裝置中。 對稱於中心#21之一任意曲面。第’第一折射面32,其為 折射面31之周緣相接以形成一:斤射面32之周緣與第-光源15，發光二極體光源15係肖以*置發光二極體 -已封裝之發光二極體’而發光二極體光「極:晶片、或 ❹介於350奈米至85〇奈米之間。 “、之發光波長係 第二折射面32係設置於能折射由發光二極體光源恭 出大於配先參考角Θ之光線的位置。也就是說，當發光二極體 =源15所發出之光線的人光角度大於配光參考角θ時光線 白會被刀配至第二折射面32，並由第二折射面幻折射至 光源調制裝置20中。 基面40，其周緣係與第二折射面％相接以形成 、， * 一 q口饮取一第一接 、’、22，亚且亦與反射面50之周緣相接以形成一第二接線23。 ❹基面4G係具有—定位結構，用以使發光二極體光源15得以定 位口疋於第折射面31及第二折射面32所形成之容置部中， 署更於使發光一極體光源15之幾何中心可定位於光源調制裝 、20之中心轴21 #延長線上，進而使得發光二極體光源15 之光線可平均地入射光源調制裝置。 反射面〇其係為對稱於中心轴21之—任意曲面並與 面相接以$成第二接線23。又反射面如係設置於能反射 -光，。折射面3G人射之光線的位置，且反射面5Q之形狀 糸可没計成使入射至反射面％之光線皆被全反射至第三折射 11 200938767 面61，意即反射面50之形壯带 狀昀滿足光線入射於反射面5〇時， 其入射角皆大於臨界角之侔杜 ^ 丨來件，進而使光線被反射面50全反 射，藉此改變光線之行進方向。 調光複合折射面60，复目_^_ 再具有：一第三折射面61 ;以及一 第四折射面62。調光複合杯& 折射面60係用以調制被反射面5〇 反射及被第_㈣面31折射之光線。藉由調光複合折射面60 之設計，可調制光線之出光路經，進而使得發光二極體光源Μ 之光線達到準直且均勻之功效。 〇帛三折射面6卜其係為對稱於中心軸21之—任意函數曲 面’且第三折射面61之周緣與反射面50之周緣相接以形成一 第二接線24 ’又第三折射面61係設置於能調制被反射面5〇 反射之光線的位置。並且，第三折射面61之形狀係可使得入 射至第三折射面61之光線的入射角小於臨界角，進而使得光 線折射出光源調制裝置2〇’並且折射後的光線係近似平行於中 心軸，也就是說由第三折射面61出光之光線的發散角度非 ❹常小並且相當準直。 第四折射面62，其係為對稱於中心車由21之-任意曲面， 其可以為—凸面，並且第四折射面62之周緣與第三折射面W 之周緣相接以形成-第四接線25。又第四折射面62係設置於 能調制由第-折射面31入射之光線的位置，並且第四折射面 62之形狀係可設計成使入射至第四折射面以之光線的入射角 小於臨界角，進而使被第-折射面31折射後之光線再次被折 射，^且折射出光源調制裝置2〇的光線近似平行於中心軸 21，思即由光源調制裝置20出光之光線相當準直。 12 200938767 為了使微調本實施例之出光準直均勻性，進一步設計第三 折射面61之形狀。如第5圖、第6圖及第7圖所示，將第一 距離D1設計成大於第二距離D2(D1>D2)，第一距離D1係為 第二接線24與基面4〇間的垂直距離，而第二距離D2係為第 四接線25與基面4〇間的垂直距離。或是如第8圖、第9圖及 第ίο圖所不，將第一距離D1及第二距離D2皆設計成大於第 二距離D3(D1>D3且j)2>D3)，而第三距離D3係為第三折射 面61之最低點與基面4〇間的垂直距離。 以第7圖之複合曲面型光源調制裝置20為例’其係為圓 對稱結構。如第11圖及第12圖所示，其為利用美國Breault
Research Organization 之 ASAP (Advanced System Analysis
Program)光學模擬軟體模擬第7圖之複合曲面型光源調制裝置 20,在距發光二極體光源15約18公魏平面的光斑圖及照度 分佈圖。光斑的有效均句範圍之直徑約為15公釐，並且照度
勻，光斑—同心®之靴，即表示本實施例之 Λ複合曲面型光源調制裝置2〇, A ❹分佈相當平均。.置2G其目當準直並且照度 本實施例之複合曲面型之朵 二極體光源15達到準直且㈠、㈣裝置2G係具有使發光 之發光二極體光源15,並根據^之功效’因此可先分析待調制 劃設計光源調制裝置20之配需之照明距離及照明範圍，規 光複合折射面60 ,藉以達到所合折射面30、反射面50及調 標。需之照明距離及照明範圍之目 惟上述各實施例係用以 °本發明之特點，其目的在使熟 13 200938767 習該技術者能瞭解本發明之内容並據以實施，而非限定本發明 之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等 效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知發光二極體透鏡結構之剖面圖。 第2圖係為習知發光二極體透鏡結構之光斑圖。 第3圖係為習知發光二極體透鏡結構之照度分佈圖。 ®第4圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之立體實施 例圖。 第5圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之第一剖視 實施例圖。 第6圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之第二剖視 實施例圖。 第7圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之第三剖視 ❹實施例圖。 第8圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之第四剖視 實施例圖。 第9圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之第五剖視 實施例圖。 第10圖係為本發明之一種複合曲面型光源調制裝置之第六剖 視實施例圖。 第11圖係為第7圖之複合曲面型光源調制裝置之光斑圖。 第12圖係為第7圖之複合曲面型光源調制裝置之照度分佈圖。 14 200938767 【主要元件符號說明】 10 .......................習知發光二極體透鏡結構 11 .......................球面 12 .......................第一非球面 13 .......................第二非球面 14 .......................第三非球面 15 .......................發光二極體光源 ® 16、16’、16” .....光線 20 .......................複合曲面型之光源調制裝置 21 .......................中心軸 22 .......................第一接線 23 .......................第二接線 24 .......................第三接線 25 .......................第四接線 0 30.....................配光複合折射面 31 .......................第一折射面 32 .......................第二折射面 40.......................基面 50.......................反射面 60 .......................調光複合折射面 61 .......................第三折射面 62 .......................第四折射面 Θ .......................配光參考角 15 200938767 70.......................臨界光線 D1......................第一距離 D2......................第二距離 ❹ ❹ 16