TW201339648A - 具擋餘光結構之透鏡及其模組 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種具擋餘光結構之透鏡及其模組，其中該具擋餘光結構之透鏡係呈上寬下窄之杯形結構且其頂部設有一出光面，另外於底部係凹設有一第一入光面與一第二入光面而形成一容置空間及一入光孔，該容置空間係用以容置一發光源，又該第一入光面凸設有一擋餘光結構，用以阻卻該發光源之餘光。其中該第一入光面與該入光孔之距離為S，而該擋餘光結構底端與該入光孔之距離為L，且該擋餘光結構相對於該入光孔之距離係滿足0＜L＜(3/8)*S，及S≧0.8*D之關係式。藉此，該擋餘光結構即可阻擋該發光源於該第二入光面處反射所造成之餘光現象。

Description

具擋餘光結構之透鏡及其模組

本發明係與光學透鏡之技術領域相關，特別是關於一種具擋餘光結構之透鏡及其模組，用以使一發光源射出之光線經該具擋餘光結構之透鏡後，得以有效阻卻餘光現象之產生。

為調整在各領域中利用發光二極體(Light Emitting Diode,LED)為發光源之照射效果，一般業界係利用一光學透鏡罩覆於該發光二極體上方，進而使該發光二極體射出之光線經該光學透鏡後產生各類適用性較佳的光形佈局。例如，就照明領域而言，係可針對LED燈具的照度、均光或照明範圍等特性進行改善。請續以參閱第1～3圖，其係分別為習知LED光學透鏡之結構剖面示意圖、發光二極體光源經光學透鏡後之餘光光跡示意圖及輻照度圖。如圖所示，該光學透鏡1係由矽膠、壓克力、聚碳酸酯或玻璃等透明材質所一體製成之光學元件，且整體呈上寬下窄之杯型結構，該光學透鏡1一端具有一出光面10，另一端則凹設有一第一入光面11及一第二入光面12。其中該第一入光面11周緣連接該第二入光面12之一側緣而形成一容置空間，該第二入光面12之另一側緣則環繞形成一入光孔13，該容置空間係供以容置一發光二極體(圖未示)以使該第一入光面11對應置於該發光二極體上方且該第二入光面12係環繞於該發光二極體周邊。然而，習知之光學透鏡1結合於該發光二極體後，其照射光形係無法避免餘光現象之產生而有礙於後續之利用。所謂餘光現象係指針對一目標照射區域以外所存在之光線分佈現象。而造成該餘光現象之原因乃係該發光二極體之少部份光線照射至該第二入光面12並產生第一次反射後，再於該光學透鏡1內側面產生第二次反射，最後於該出光面10射出形成如第3圖所示之中央照射區以外的周邊光暈分佈情形。因此，如何有效阻卻餘光現象之產生係為本發明人亟欲改善之課題。

有鑑於習知技術之缺失，本發明之目的在於提供一種可防止餘光現象的具擋餘光結構之透鏡及其模組，藉此使一發光二極體光源經本發明後可獲得一較佳光形效果並供以後續照明等各領域之適用。

根據前述之目的，本發明提出一種具擋餘光結構之透鏡，係為上寬下窄之杯形結構，且其頂部設有一出光面，底部凹設有一第一入光面與一第二入光面，該第一入光面側緣係與該第二入光面之一側緣連接設置而形成一容置空間並用以容置一發光源，又該第二入光面之另一側緣則圍繞形成一入光孔，該入光孔寬度為D，其特徵在於：該具擋餘光結構之透鏡之該第一入光面處係凸設有一擋餘光結構，供以阻擋由該發光源發射並經該第二入光面所反射之餘光；其中該第一入光面與該入光孔之距離為S，而該擋餘光結構底端與該入光孔之距離為L，且該擋餘光結構相對於該入光孔之距離係滿足0<L<(3/8)*S，及S≧0.8*D之關係式。

其中，該擋餘光結構係可由該第一入光面朝該入光孔方向延伸收束而形成倒錐形結構。且為針對不同之光源種類、光型需求或擋餘光效果，該擋餘光結構之表面係可設置成凸弧狀、凹弧狀、平面狀或曲折狀其中之一者。進一步地，為加強阻擋餘光現象之產生，該擋餘光結構之表面係可設置為霧面。

另一方面，該出光面亦可凹設有一偷料孔並對應該第一入光面大小設置，用以改善發光源中央區域光強度較強、均光效果較差之缺失。藉此，係可徹底阻卻餘光現象之產生，且對於目標照射區域亦能有效提升其均光之效果，大幅提升後續照明等其他領域之適用性。

另外，為達上述之目的，本發明亦另提出一種具擋餘光結構之透鏡模組。該具擋餘光結構之透鏡模組係為上寬下窄之杯形結構，且其頂部設有一出光面，底部凹設有一第一入光面與一第二入光面，該第一入光面側緣係與該第二入光面之一側緣連接設置而形成一容置空間，且該容置空間係設有一發光源，又該第二入光面之另一側緣則圍繞形成一入光孔，其特徵在於：該具擋餘光結構之透鏡模組之該第一入光面處係凸設有一擋餘光結構，供以阻擋由該發光源發射並經該第二入光面所反射之餘光；其中該擋餘光結構底端與該發光源距離為L”，而該發光源所發射之光線經該第二入光面反射至該具擋餘光結構之透鏡模組的一中心軸而形成一中心反射點，該中心反射點與該發光源距離為P，且該擋餘光結構底端與該發光源距離係滿足L”P之關係式。

該具擋餘光結構之透鏡模組係針對該發光源組裝後之相對位置，具體調整該擋餘光結構之結構尺寸，使該具擋餘光結構之透鏡模組所發射出之光形，得以徹底阻卻餘光現象之產生。

為使　貴審查委員能清楚了解本創作之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。

請參閱第4～7圖，其係分別為本發明具擋餘光結構之透鏡較佳實施例結構剖面示意圖、一發光二極體結合於本發明後之較佳實施例餘光光跡示意圖、輻照度圖及配光曲線圖。如圖所示，該具擋餘光結構之透鏡2可由矽膠、壓克力、聚碳酸酯或玻璃等透明材質所一體製成，且該具擋餘光結構之透鏡2係供以與一發光源(圖未示)結合使用，用以導引由該發光源所發射之光線經本發明後形成較佳之光形分佈，亦即得以有效阻卻餘光現象之產生。該具擋餘光結構之透鏡2係為上寬下窄之杯形結構，其頂部設有一出光面20、底部凹設有一第一入光面21與一第二入光面22，該第一入光面21側緣係與該第二入光面22之一側緣連接設置而形成一容置空間並用以容置該發光源，又該第二入光面22之另一側緣則圍繞形成一入光孔23，該入光孔23之寬度係為D，其特徵在於：該具擋餘光結構之透鏡2的該第一入光面21處係凸設有一擋餘光結構24，供以阻擋由該發光源發射並經該第二入光面22所反射之餘光。而為了能有效阻擋餘光且兼顧其照射之均光效果，該擋餘光結構24係可設置為由該第一入光面21朝該入光孔23方向延伸收束而形成倒錐形結構。例如以發光二極體為該發光源為例，藉由該擋餘光結構24呈倒錐形結構之設置可將一般發光二極體中央發射區域光強度較強之特性予以發散調整。如此一來，發光二極體所發射之光源經本發明後所形成之光形可有效阻卻餘光現象之產生，同時對於光形之均光分佈亦獲得大幅度改善。又，所謂餘光現象乃係因該發光源之少部分光線經該第二入光面22反射後所致。因此為了能確實達到阻擋餘光之功效，該擋餘光結構24之大小設置相對於本發明該具擋餘光結構之透鏡2係存有一定條件關係始能得其效果。故，假設該第一入光面21與該入光孔23之距離為S，而該擋餘光結構24底端與該入光孔23之距離為L，則該擋餘光結構24相對於該入光孔23之距離係滿足0<L<(3/8)*S，及S≧0.8*D之關係式。另外，針對不同之光源種類、光型需求或擋餘光效果，該擋餘光結構24之表面係可設置成凸弧狀、凹弧狀、平面狀或曲折狀其中之一者。原因是在少部分光線經該第二入光面22反射至該擋餘光結構24時，其表面設置成凸弧狀、凹弧狀、平面狀或曲折狀皆會造成不同之後續折射效果，進而影響出光後之光形表現。藉此，即可透過該擋餘光結構24之表面設置做細部的光形調整與變化。進一步地，為加強阻擋餘光現象之產生，該擋餘光結構之表面係可同時設置成霧面，而此目的與理由係與上述之說明大致相同，故於此不再贅述。

請再次參閱習知第2、3圖及本發明第5~7圖。如圖所示，在滿足0<L<(3/8)*S，及S≧0.8*D之關係式下，經實驗結果可知，當S=13.00mm，D=15.00mm且L=4.80mm時，少部份於該第二入光面22反射後之光線係被該擋餘光結構24所阻擋，亦即比對第2圖及第5圖中經該第二入光面22反射後於該出光面20射出之光線數量，第5圖係相對第2圖減少許多。對比第6圖與第3圖其目標照射區域以外之光暈，其第6圖相對於第3圖亦明顯大幅減少，而此趨勢由第5圖所對應之配光曲線圖亦可見其效果。因此在符合上述關係式下所設置之該擋餘光結構24，相較於習知技術確實可達到阻卻餘光現象之產生。特別說明者，對於習知技術第2圖或本發明第5圖之餘光光跡圖僅係單純針對造成餘光現象之光線予以繪製，而對應於第3圖或第6圖之幅照度圖，其中第2圖或第5圖所造成之餘光現象係指第3圖或第6圖中央目標照射區域以外之外圍光暈分佈，併此說明。

請再續以參閱第8~10圖，係分別為一發光二極體結合於本發明後之另一較佳實施例餘光光跡示意圖、輻照度圖及配光曲線圖。如圖所示，在滿足0<L<(3/8)*S，及S≧0.8*D之關係式下，經實驗結果可知，當S=13.00mm，D=15.00mm且L=3.25mm時，少部份於該第二入光面22反射後之光線係幾乎完全被該擋餘光結構24所阻擋。因此在對應之幅照度圖(第9圖所示)與配光曲線圖(第10圖所示)，其目標照射區域以外之光暈幾乎完全消失。因此在符合上述關係式下所設置之該擋餘光結構24，相較於習知技術確實可達到阻卻餘光現象之產生，且L越小餘光阻卻效果越好。

請再參閱第11圖，係為本發明具擋餘光結構之透鏡又一較佳實施例結構示意圖。就本實施例而言，大致上結構係與前述說明相同，故於此僅針對差異處進行說明，其他則不再贅述。而本實施例乃係於該出光面20處凹設有一偷料孔200並對應該第一入光面21之位置及大小而設置，藉此用以改善該發光源中央區域光強度較強、均光效果較差之缺失。因此，綜合上述結構之設置，本發明係可徹底阻卻餘光現象之產生，且對於目標照射區域亦能有效提升其均光之效果，大幅提升後續照明等其他各領域之適用性。

請參閱第12圖，係為本發明具擋餘光結構之透鏡模組較佳實施例結構剖面示意圖。如圖所示，本實施例係提出一種具擋餘光結構之透鏡模組3。該具擋餘光結構之透鏡模組3係為上寬下窄之杯形結構，且其頂部設有一出光面20，底部凹設有一第一入光面21與一第二入光面22，該第一入光面21側緣係與該第二入光面22之一側緣連接設置而形成一容置空間，且該容置空間係設有一發光源4，又該第二入光面22之另一側緣則圍繞形成一入光孔23，其特徵在於：該具擋餘光結構之透鏡模組3之該第一入光面21處係凸設有一擋餘光結構24，供以阻擋由該發光源4發射並經該第二入光面22所反射之餘光；其中該擋餘光結構24底端與該發光源4距離為L”，而該發光源4所發射之光線經該第二入光面22反射至該具擋餘光結構之透鏡模組3的一中心軸I而形成一中心反射點5，該中心反射點5與該發光源距離為P，且該擋餘光結構底端與該發光源距離係滿足L”P之關係式。故，本實施例的該具擋餘光結構之透鏡模組3係針對該發光源4組裝後的相對位置，具體調整該擋餘光結構24之結構尺寸，使該具擋餘光結構之透鏡模組3所發射出之光形得有效阻卻餘光現象之產生。首先，該具擋餘光結構之透鏡模組3係以該擋餘光結構24改變該發光源4側光光徑及耗損餘光能量而大幅消除不必要之餘光。因此，當該發光源4之少部分光線以角度θ₁，例如大於0而小於等於60度角發射至該第二入光面22後，於該第二入光面22處以角度θ₂反射至該中心軸I而形成一中心反射點5，故該中心反射點5係位於該中心軸I上，且該中心反射點5至該發光源4之距離為P，且P=P₁+P₂，又P₂=(D/2)*tanθ₁，P₁=(D/2)*tan(2θ₂-θ₁)，D為該入光孔23之寬度。故P=(D/2)*(tan(2θ₂-θ₁)+tanθ₁))。亦即，使該擋餘光結構24底端至該發光源4之距離L”小於距離P，即可達到防止餘光干擾光徑分佈之功效，即便進一步縮小L”亦不影響餘光阻卻之效果。因此，本實施例之該具擋餘光結構之透鏡模組3係以此概念為其具體實施，且由於距離P係隨該入光孔23之寬度D以及於該第二入光面22處之反射角度θ₂決定之。因此，本實施例係可利用該P=(D/2)*(tan(2θ₂-θ₁)+tanθ₁))之關係式，有效調整該擋餘光結構24之相對尺寸，徹底阻卻餘光現象之產生。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，故此等熟習此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

習知技術

1．．．光學透鏡

10．．．出光面

11．．．第一入光面

12．．．第二入光面

13．．．入光孔

本發明

2．．．具擋餘光結構之透鏡

20．．．出光面

200．．．偷料孔

21．．．第一入光面

22．．．第二入光面

23．．．入光孔

24．．．擋餘光結構

3．．．具擋餘光結構之透鏡模組

4．．．發光源

5．．．中心反射點

第1圖　係為習知LED光學透鏡之結構剖面示意圖。

第2圖　係為習知發光二極體光源經光學透鏡後之餘光光跡示意圖。

第3圖　係為習知發光二極體光源經光學透鏡後之輻照度圖。

第4圖　係為本發明具擋餘光結構之透鏡較佳實施例結構剖面示意圖。

第5圖　係為一發光二極體結合於本發明後之較佳實施例餘光光跡示意圖。

第6圖　係為一發光二極體結合於本發明後之較佳實施例輻照度圖。

第7圖　係為一發光二極體結合於本發明後之較佳實施例配光曲線圖。

第8圖　係為一發光二極體結合於本發明後之另一較佳實施例餘光光跡示意圖。

第9圖　係為一發光二極體結合於本發明後之另一較佳實施例輻照度圖。

第10圖　係為一發光二極體結合於本發明後之另一較佳實施例配光曲線圖。

第11圖　係為本發明具擋餘光結構之透鏡又一較佳實施例結構示意圖。

第12圖　係為本發明具擋餘光結構之透鏡模組較佳實施例結構剖面示意圖。

2．．．具擋餘光結構之透鏡

20．．．出光面

21．．．第一入光面

22．．．第二入光面

23．．．入光孔

24．．．擋餘光結構

Claims (6)

1. 一種具擋餘光結構之透鏡，係為上寬下窄之杯形結構，且其頂部設有一出光面，底部凹設有一第一入光面與一第二入光面，該第一入光面側緣係與該第二入光面之一側緣連接設置而形成一容置空間並用以容置一發光源，又該第二入光面之另一側緣則圍繞形成一入光孔，該入光孔寬度為D，其特徵在於：該具擋餘光結構之透鏡之該第一入光面處係凸設有一擋餘光結構，供以阻擋由該發光源發射並經該第二入光面所反射之餘光；其中該第一入光面與該入光孔之距離為S，而該擋餘光結構底端與該入光孔之距離為L，且該擋餘光結構相對於該入光孔之距離係滿足0<L<(3/8)*S，及S≧0.8*D之關係式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具擋餘光結構之透鏡，其中該擋餘光結構係由該第一入光面朝該入光孔方向延伸收束而形成倒錐形結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具擋餘光結構之透鏡，其中該擋餘光結構之表面係呈凸弧狀、凹弧狀、平面狀或曲折狀其中之一者。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具擋餘光結構之透鏡，其中該擋餘光結構之表面係為霧面設置。
5. 如申請專利範圍第1至4項其中任一項所述之具擋餘光結構之透鏡，其中該出光面係凹設有一偷料孔。
6. 一種具擋餘光結構之透鏡模組，係為上寬下窄之杯形結構，且其頂部設有一出光面，底部凹設有一第一入光面與一第二入光面，該第一入光面側緣係與該第二入光面之一側緣連接設置而形成一容置空間，且該容置空間係設有一發光源，又該第二入光面之另一側緣則圍繞形成一入光孔，其特徵在於：該具擋餘光結構之透鏡模組之該第一入光面處係凸設有一擋餘光結構，供以阻擋由該發光源發射並經該第二入光面所反射之餘光；其中該擋餘光結構底端與該發光源距離為L”，而該發光源所發射之光線經該第二入光面反射至該具擋餘光結構之透鏡模組的一中心軸而形成一中心反射點，該中心反射點與該發光源距離為P，且該擋餘光結構底端與該發光源距離係滿足L”P之關係式。