TW201335629A - 非成像透鏡及具有該透鏡之發光模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種非光學透鏡及具有該透鏡之發光模組。該透鏡具有一內凹的光學面，其含有由多個連續的切面所拼接成之一拼接曲面。該透鏡之拼接曲面係面對該發光模組之一發光元件。其中，該拼接曲面是由至少三行之切面及至少三列之切面之陣列所構成，用以賦予該透鏡額外之勻光效果。

Description

非成像透鏡及具有該透鏡之發光模組
本發明係關於一種非成像透鏡，以及一種利用該透鏡產生額外勻光效果的發光模組。
一般的光學透鏡，特別是適用於發光二極體者，僅是單作為光源之二次光學透鏡使用，用以提供聚光或擴散光線之效果，其缺點是可能導致光斑之產生。
如台灣公告第M411533號專利所示之LED透鏡，其係一種兼具擴散光線及勻光效果的透鏡，其具體的做法是在該透鏡的底面形成有一聚光凹透部11，且在該透鏡的頂面中央處形成有一散光凹透部，以幫助光線擴散。此外，該透鏡在其頂面的周圍切出一環狀的斜廣角部，以期達到增加出光範圍以及均光之效果；惟，其勻光效果相當有限。
此外，如台灣公開第201113555號專利公開案所示的一種非成像聚光透鏡，其係利用複數環狀凸起的菱鏡，以將平行光束(例如太陽光)轉換後均勻地投射到太陽能板上，供該太陽能板收集能量。惟，該透鏡主要係適用於平行入射之光束。
本發明提供一種額外提供勻光效果之透鏡及利用該透鏡之發光模組。
具體而言，該非成像透鏡具有一內凹的光學面，其中該內凹光學面包括由多個連續的切面所拼接成之一拼接曲面。其中，該拼接曲面是由至少三行之切面及至少三列之切面之陣列所構成，且每一行之切面的斜度係隨著一曲線的起伏而逐漸遞增或遞減，且每一列之切面的斜度亦係隨著另一正交的曲線之起伏而逐漸遞增或遞減。
如上所述，由於該拼接曲面之該些切面是在不影響透鏡的表面曲率下，形成於該透鏡的內凹光學面上，因此能在光線進入該透鏡的第一時間就進行入射光之錯位化，也就是讓光線稍微散亂地從該拼接曲面進入。該些稍微散亂之光線在折射進入該透鏡後將進一步被放大且模糊化，再以高擴散角度從表面折射出去，因此該透鏡能提供光線之外擴以及勻光之效果。
附帶一提的是，本發明之「多切面設計」使得製造該透鏡之模具成本相較於「光滑曲面」能夠大幅降低，此乃因為模具表面之切面加工相較於非球面之加工較為簡易，只需要一般機械設備即可達成，而非球面之加工則需要更精密的機械設備才能製作出來，因此本發明之透鏡更具有成本上的優勢。
至於本發明的其它發明內容與更詳細的技術及功能說明，將揭露於隨後的說明。
第一至五圖係顯示本發明之非成像透鏡(non-imaging optical lens)100的第一較佳實施例，其中該透鏡100主要是做為一LED發光元件2(第四圖)的二次光學透鏡，其罩設於該發光元件2上並與及其他電子組件(未顯示)共同結合成一發光模組。該透鏡100主要係提供該發光元件2二次光學以達到高擴散角度之目的。除了提高擴散角度外，該透鏡100的多切面設計更能提供額外之勻光效果、降低光斑或是避免殘留光源形狀之燈影。
如第一圖所示，該透鏡100的頂面形成一外凸的光學面3，且如第二圖所示，該透鏡100的底面界定有一內凹的光學面4。其中，該內凹光學面4除了包括一內壁面40外，更包括由多個連續的切面410所拼接成之一拼接曲面41。其中，該拼接曲面41是由至少三行之切面410及至少三列之切面410之陣列所構成，以提供足夠之勻光效果。較佳地，如第三圖所示，本較佳實施例之該拼接曲面41事實上是由約13行(沿著A-A剖線方向)及9列(沿著B-B剖線方向)大小不一的切面陣列所構成，以提供較佳的勻光效果。
如第二圖的立體示意圖所示，該拼接曲面41是一拼接的雙曲拋物面或鞍面，且如第四A圖的局部放大剖視圖所示，該拼接曲面41的每一行之切面410的斜度係隨著一拋物線的起伏而逐漸遞增或遞減，且又如第三或五圖所示，每一列之切面410的斜度亦隨著另一正交的拋物線之起伏而逐漸遞增或遞減。
如上所述，由於該拼接曲面41之該些切面410是在不影響透鏡的表面曲率下，形成於該透鏡100的內凹光學面4上，因此能在光線進入該透鏡100的第一時間就進行入射光之錯位化，也就是讓光線稍微散亂地從該拼接曲面41進入。該些稍微散亂之光線在折射進入該透鏡100後將進一步被放大模糊化，再以高擴散角度折射出該外凸的光學面3之外，因此能提供擴散兼勻光之效果。
第六至十圖係顯示本發明之非成像透鏡(non-imaging optical lens)200的第二較佳實施例，其中該透鏡200主要是做為一發光元件2(第九圖)的二次光學透鏡，其罩設於該發光元件2上並與及其他電子組件(未顯示)共同結合成一發光模組。該透鏡200主要係提供該發光元件2二次光學以達到高擴散角度之目的。除了提高擴散角度外，該透鏡200的多切面設計更能提供額外之勻光效果、降低光斑或是避免殘留光源形狀之燈影。
如第六圖所示，該透鏡200的頂面形成一外凸的光學面5，且如第七圖所示，該透鏡200的底面界定有一內凹的光學面6。其中，該內凹光學面6除了包括一內壁面60外，包括由多個連續的切面610所拼接成之一拼接曲面61。同樣地，該拼接曲面61是由至少三行之切面610及至少三列之切面610之陣列所構成，以提供足夠之勻光效果。較佳地，如第八圖所示，本較佳實施例之該拼接曲面61事實上是由約20行(沿著C-C剖線方向)及9列(沿著D-D剖線方向)大小不一的切面陣列所構成，以提供較佳的勻光效果。
如第七圖所示，該透鏡200之該拼接曲面61是一拼接的類雙曲拋物面或鞍面，也就是在純粹之雙曲拋物面(如第二圖所示)的中央更形成一長條溝。無論如何，該拼接曲面61係包含該長條溝的溝面與其他相鄰區域所共同形成之鞍面。此外，如第九A圖的局部放大剖視圖所示，該拼接曲面61的每一行之切面610的斜度係隨著一拋物線的起伏而逐漸遞增或遞減，且又如第八或十圖所示，每一列之切面610的斜度亦隨著另一正交的拋物線之起伏而逐漸遞增或遞減。
如上所述，由於該拼接曲面61之該些切面610是在不影響透鏡的表面曲率下，形成於該透鏡200的內凹光學面6上，因此光線在進入該透鏡200的第一時間就進行入射光之錯位化，也就是讓光線稍微散亂地從該拼接曲面61進入。該些稍微散亂之光線在折射進入該透鏡200後將進一步被放大模糊化，再以高擴散角度折射出該外凸的光學面5之外，因此能提供擴散兼勻光之效果。
第十一至十五圖係顯示本發明之非成像透鏡(non-imaging optical lens)300的第三較佳實施例，其中該透鏡300主要是做為一發光元件2(第十四圖)的二次光學透鏡，其罩設於該發光元件2上並與及其他電子組件(未顯示)共同結合成一發光模組。該透鏡300係一全反射透鏡(Total internal reflection lens)，其能使該發光元件2所經過二次光學達到匯聚光線之效果。除了聚光外，該透鏡300的多切面設計更提供額外之勻光效果、降低光斑或是避免殘留光源形狀之燈影。
如第十一及十二圖所示，該透鏡300的頂面7界定有一凹槽70，且底面界定有一容槽9，供容納該發光元件2(第十四圖)。此外，該透鏡300的外側面是一錐狀光學面8，其包括一由連續的多個錐面810所拼接成之一拼接錐面81，以提供勻光效果，且該些錐面810係以該透鏡300之光軸(虛線所示)為軸。
如第十四圖的斷面所示，該透鏡300之該容槽9具有一圓形頂面90及由連續環狀排列的多個長條形切面910(第十三A圖)所拼接成之一拼接柱面91，且該拼接柱面91之任兩個切面910間之一交線係大致與該透鏡300之光軸(虛線所示)平行。
如此，該透鏡300藉由橫向配置之拼接錐面81與縱向配置之該拼接柱面91交錯產生如第十五圖俯視圖的多個格狀同心圓之視覺效果。換句話說，該透鏡300之該拼接錐面81與該拼接柱面91的交錯搭配能夠提供更佳的勻光效果。
詳而言之，該些錐面810或切面910是在不影響透鏡的鏡面曲率下，形成於該透鏡300的外表面及內表面。如此，入射光會先經過該拼接柱面91之錯位及折射進入該透鏡300，且周圍部份的光線會再放大並經過該拼接錐面81之錯位及全反射，最後投向該透鏡300的頂面7再折射出去。因此，該透鏡300除了提供基本的聚光效果外，更因雙重錯位產生較佳的勻光效果。
無論如何，任何人都可以從上述例子的說明獲得足夠教導，並據而了解本發明內容確實不同於先前技術，且具有產業上之利用性，及足具進步性。是本發明確已符合專利要件，爰依法提出申請。
100、200、300．．．透鏡
2．．．發光元件
3．．．外凸的光學面
4．．．內凹光學面
40．．．內壁面
41．．．拼接曲面
410．．．切面
5．．．外凸的光學面
6．．．內凹光學面
60．．．內壁面
61．．．拼接曲面
610．．．切面
7．．．頂面
70．．．凹槽
8．．．錐狀光學面
81．．．拼接錐面
810．．．錐面
9．．．容槽
90．．．圓形頂面
91．．．拼接柱面
910．．．長條形切面
第一圖係本發明所述之非成像透鏡的第一較佳實施例的俯角示意圖。
第二圖是該第一較佳實施例的仰角示意圖。
第三圖是該第一較佳實施例的仰視圖。
第四圖是第三圖所示結構沿著A-A線的剖面示意圖。
第四A圖是第四圖所示結構的一局部放大剖示圖。
第五圖是第三圖所示結構沿著B-B線的剖面示意圖。
第六圖係本發明所述之非成像透鏡的第二較佳實施例的一俯角示意圖。
第七圖是該第二較佳實施例的仰角示意圖。
第八圖是該第二較佳實施例的仰視圖。
第九圖是第八圖所示結構沿著C-C線的剖面示意圖。
第九A圖是第九圖所示結構的一局部放大剖示圖。
第十圖是第八圖所示結構沿著D-D線的剖面示意圖。
第十一圖係本發明所述之非成像透鏡的第三較佳實施例的俯角示意圖。
第十二圖是該第三較佳實施例的仰角示意圖。
第十三圖是該第三較佳實施例的俯視圖。
第十四圖是第十三圖所示結構沿著E-E線的剖面示意圖。
第十五圖是該第三較佳實施例的仰視圖。
100．．．透鏡
3．．．外凸的光學面
4．．．內凹光學面
40．．．內壁面
41．．．拼接曲面
410．．．切面

Claims (10)

  1. 一種非成像透鏡，包括一內凹的光學面，其中該內凹光學面包括由多個連續的切面所拼接成之一拼接曲面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的非成像透鏡，其中該拼接曲面是由至少三行之切面及至少三列之切面之陣列所構成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的非成像透鏡，其中該拼接曲面為一拼接的雙曲拋物面或鞍面，且每一行之切面的斜度係隨著一拋物線的起伏而逐漸遞增或遞減，且每一列之切面的斜度係隨著另一正交的拋物線之起伏而逐漸遞增或遞減。
  4. 一種非成像透鏡，包括一錐狀光學面，其中該錐狀光學面包括由連續的多個錐面所拼接成之一拼接錐面，且該些錐面係以該透鏡之光軸為軸。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的非成像透鏡，其中該拼接錐面係形成於該透鏡之外側。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的非成像透鏡，其中該透鏡之底面界定有一容槽，供容納一發光元件；該容槽具有由連續環狀排列的多個長條形切面所拼接成之一拼接柱面，且該拼接柱面之任兩個切面間之一交線係大致與該透鏡之光軸平行。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的非成像透鏡，其中該透鏡之頂面界定有一凹槽，與上述之容槽相背對。
  8. 一種發光模組，包括：一發光元件；及一非成像透鏡，包括一內凹的光學面，該光學面包括由多個連續的切面所拼接成之一拼接曲面，且該拼接曲面係面對該發光元件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光模組，其中該拼接曲面是由至少三行之切面及至少三列之切面之陣列所構成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的發光模組，其中該拼接曲面為一拼接的雙曲拋物面或鞍面，且每一行之切面的斜度係隨著一拋物線的起伏而逐漸遞增或遞減，且每一列之切面的斜度係隨著另一正交的拋物線之起伏而逐漸遞增或遞減。
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