TW201606236A

TW201606236A - 可拼接組合之光學元件結構

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Publication number: TW201606236A
Application number: TW103128198A
Authority: TW
Inventors: Chien-Jung Wu; Chien-Yu Shen
Original assignee: Edison Opto Corp
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-02-16
Also published as: US20160047526A1; TWI572824B

Abstract

一種可拼接組合之光學元件結構，係提供一對應光源瓦數、尺寸或面積而改變光學透鏡組合模式和光學輸出效果、修正光源照度或配置型態（或形狀）等作用；包括一導光基體和至少一導光體的組合。導光基體的邊緣區域設有連接部，導光體一計劃區域設有一開孔（或凹部）和形成在開孔（或凹部）上的組合部。連接部相對樞接組合部，使導光基體可拆解的收容在導光體的開孔（或凹部）裏面，構成一整體結構之光學元件總成；改善舊法必須依據不同光源分別製造提供相對應光學元件的麻煩、光學變化性低等情形。

Description

可拼接組合之光學元件結構

本發明係有關於一種可拼接組合之光學元件結構；特別是指一種應用複數個導光體的裝卸組合，以形成和改變不同光學輸出效果的照明系統之手段者。

應用光學透鏡或結構，例如菲涅爾（Fresnel）光學鏡片、全反射（TIR）光學結構、折射-反射-全反射（RXI）短焦式光學結構或其他型態的光學鏡片，讓光源（例如LED發光晶片）發射出的光線經過這些光學透鏡輸出的手段，係已為習知技藝。通常，這類光學透鏡或光線導出裝置可應用在照明、指示、投影或類似手電筒等燈具方面。

舊法也揭示了一種在光學透鏡表面設置多個變焦曲面，來變化光線輸出效果的技術概念；例如，台灣第102200310號「照明用之變焦多層次透鏡」專利案，提供了一個典型的實施例。台灣第98224178號「組合式透鏡結構」和第99222161號「光學元件」專利案等，提供了在固定板或出光部上設置多個通孔，分別對應組合多個碗型導光器和光源的技藝。

一個有關這類光學透鏡應用在照明或光線發射裝置的課題，是依據光源的高、低瓦數/大、小體積，習知光學透鏡必須分別製造對應的尺寸配合，才能達到設計的光線輸出或照明效果；這會增加模具和光學透鏡製造的成本，並且降低了光學透鏡和光源配合的可變性和應用自由度，而這種情形並不是我們所期望的。

代表性的來說，這些參考資料顯示了有關光學透鏡和光源組合或其相關結合組件在使用和結構設計方面的情形。如果重行設計考量該光學透鏡或相關組件的組裝結構，以及上述的應用情形，使其不同於習用者，將可改變它的使用型態，增加它的應用範圍，而有別於舊法。例如，在考量結構和光學輸出效果等作用的條件下，改善舊法依據不同光源，必須分別對應製造不同尺寸的光學透鏡，增加製造成本、降低光學透鏡和光源配合的可變性和應用自由度等情形。而這些課題在上述的參考資料中均未被具體教示或揭露。

爰是，本發明之主要目的即在於提供一種可拼接組合之光學元件結構，係提供一對應光源瓦數、尺寸或面積而改變光學透鏡組合模式和光學輸出效果、修正光源照度或配置型態（或形狀）等作用；包括一導光基體和至少一導光體的組合。導光基體的邊緣區域設有連接部，導光體一計劃區域設有一開孔（或凹部）和形成在開孔（或凹部）上的組合部。連接部相對樞接組合部，使導光基體可拆解的收容在導光體的開孔（或凹部）裏面，構成一整體結構之光學元件總成；改善舊法必須依據不同光源分別製造提供相對應光學元件的麻煩、光學變化性低等情形。

根據本發明之可拼接組合之光學元件結構，該導光基體和導光體定義有一中央參考軸線；導光基體和導光體分別具有一導光面和一出光面。該導光面係形成一平面結構，該出光面形成一曲面或斜面結構；以及，導光基體出光面和導光體出光面的曲面或斜面結構的高度從接近中央參考軸線的區域朝邊緣區域的方向遞減或遞增。

根據本發明之可拼接組合之光學元件結構，該導光體包括第一導光體、第二導光體、第三導光體及/或第四導光體等；每一導光體的邊緣區域設有連接部，每一導光體也具有一開孔（或凹部）和形成在開孔（或凹部）上的組合部。每一導光體的連接部相對樞接組合部，使第一導光體可拆解的收容在第二導光體的開孔（或凹部）裏面；第二導光體可拆解的收容在第三導光體的開孔（或凹部）裏面；第三導光體可拆解的收容在第四導光體的開孔（或凹部）裏面，而構成一整體結構之光學元件總成。

請參閱第1、2及3圖，本發明之可拼接組合之光學元件結構選擇一菲涅爾光學透鏡或光學元件為說明實施例。光學元件包括一導光基體和至少一導光體的組合，概分別以參考編號10、20表示之；導光基體10和導光體20以透明材料製成幾何形輪廓的型態，定義有一中央參考軸線χ。在所採的實施例中，導光基體10成圓形板狀體結構，形成有邊緣區域11和設置在邊緣區域11上的連接部12。導光體10包括一導光面13和一對應導光面13的出光面14；以及，該邊緣區域11係位在導光面13和出光面14的周邊位置。

第2、3圖顯示了該導光面13形成一平面結構，出光面14形成一曲面結構；以及，出光面14的曲面結構的高度從接近中央參考軸線χ的區域朝邊緣區域11的方向遞減或遞增。

圖中描繪了導光體20一計劃區域或中央區域設有一開孔21和形成在開孔21（下部位置）上的組合部22，使導光體20形成一環形板狀體結構。因此，導光基體連接部12相對樞接組合部22，使導光基體10可拆解的收容在導光體20的開孔21裏面，構成一整體結構之光學元件總成。具體來說，導光基體連接部12和導光體組合部22分別形成螺紋結構，讓導光基體10可拆解的鎖合導光體20的開孔21；例如，第3、4圖所描繪的情形。

在所採的實施例中，導光體20也具有一導光面23、一對應導光面23的出光面24和位在導光面23、出光面24周邊位置的邊緣區域25。所述的導光面23形成一平面結構，該出光面24形成一曲面或斜面結構；以及，導光體出光面24的曲面或斜面結構的高度從接近中央參考軸線χ的區域朝邊緣區域25的方向遞減或遞增。

在一個可行的實施例中，導光體20包括第一導光體、第二導光體30、第三導光體40及/或第四導光體50等。在所述的實施例中，導光體20被定義為第一導光體20，其邊緣區域25設有連接部26；連接部26形成有螺紋結構，樞接第二導光體30，第二導光體30樞接第三導光體40，第三導光體40樞接第四導光體50。

詳細來說，第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50的結構類似導光體20或第一導光體20的環形板狀體結構，分別包括在一計劃區域或中央區域設開孔31、41、51、形成在開孔31、41、51（下部位置）上的組合部32、42、52、一導光面33、43、53、一對應導光面33、43、53的出光面34、44、54和位在導光面33、43、53、出光面34、44、54周邊位置的邊緣區域35、45、55。第二導光體30、第三導光體40及/或第四導光體50的邊緣區域35、45、55設有連接部36、46及/或56。在實施例中，組合部32、42、52和連接部36、46及/或56分別形成螺紋結構。

因此，導光體20或第一導光體連接部26相對樞接第二導光體組合部32，使第一導光體20可拆解的收容在第二導光體30的開孔31裏面；第二導光體連接部36相對樞接第三導光體組合部42，使第二導光體30可拆解的收容在第三導光體40的開孔41裏面；第三導光體連接部46相對樞接第四導光體組合部52，使第三導光體40可拆解的收容在第四導光體50的開孔51裏面，構成一整體結構之光學元件總成；例如，第3圖所描繪的情形。

可了解的是，上述第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50的導光面33、43、53形成一平面結構，該出光面34、44、54形成一曲面或斜面結構；以及，所述出光面34、44、54的曲面或斜面結構的高度從接近中央參考軸線χ的區域朝邊緣區域35、45、55的方向遞減或遞增。

請參考第5圖，顯示了一個修正的實施例。假設以導光基體10和導光體20（或第一導光體20）為說明實施例；該導光基體10的連接部12係形成一斜邊結構；所述的斜邊結構從邊緣區域11朝接近中央區域（或中央參考軸線χ）的方向向圖中下方傾斜。以及，導光體20的組合部22對應形成一斜載面結構；所述的斜載面結構從開孔21朝接近中央區域（或中央參考軸線χ）的方向向圖中下方傾斜。因此，導光體組合部22負載支撐導光基體連接部12，使導光基體10組合在導光體20的開孔21裏面。

可了解的是，第一導光體20、第二導光體30、第三導光體40的連接部26、36、46也可形成一斜邊結構；所述的斜邊結構分別從第一導光體20、第二導光體30、第三導光體40的邊緣區域25、35、45朝中央參考軸線χ的方向向下方傾斜；以及，第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50的組合部32、42、52對應形成一斜載面結構；所述的斜載面結構分別從第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50的開孔31、41、51位置朝中央參考軸線χ的方向向下方傾斜。

第6圖描繪了另一個修正的實施例；該導光基體10的連接部12係形成一嵌部或凸狀物的結構；以及，導光體20的組合部22對應形成一嵌槽或凹槽結構。因此，導光基體連接部12可嵌入導光體組合部22，使導光基體10組合在導光體20的開孔21裏面。

第7圖顯示了一個衍生的實施例；該導光基體10的連接部12係形成一嵌槽或凹槽結構；以及，導光體20的組合部22對應形成一嵌部或凸狀物的結構。因此，導光基體連接部12可嵌合導光體組合部22，使導光基體10組合在導光體20的開孔21裏面。

請參閱第8圖，描繪了導光基體10、導光體20和光源60組合應用的光路行進情形。圖中也顯示了導光體20的組合部22形成在接近開孔21的中間區域或上部位置。該導光基體10、導光體20組合構成的光學元件總成設置在該光源60發射的光線路徑（或稱光路）的位置上；光線順向出射到導光基體10、導光體20的導光面13、23，進入導光基體10、導光體20，然後從出光面14、24輸出。

圖中顯示了出光面14、24輸出的光線有向中央參考軸線χ趨近或收斂的情形；因此，第9圖的光照分布示意圖顯示了光線或光束角度集中在15°〜30°（例如，27°左右）的範圍。

請參閱第10圖，描繪了導光基體10、導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50和光源60組合應用的光路行進情形。圖中也顯示了導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50的組合部22、32、42、52形成在接近開孔21、31、41、51的中間區域或上部位置。該導光基體10、導光體20、第二導光體30、第三導光體40和第四導光體50組合構成的光學元件總成設置在該光源60發射的光線路徑（或稱光路）的位置上；光線順向出射到導光基體10、導光體20、第二導光體30、第三導光體40和第四導光體50的導光面13、23、33、43、53，進入導光基體10、導光體20、第二導光體30、第三導光體40和第四導光體50，然後從出光面14、24、34、44、54輸出。

圖中顯示了出光面14、24、34、44、54輸出的光線有向中央參考軸線χ趨近或收斂的情形；因此，第11圖的光照分布示意圖顯示了光線或光束角度集中在15°〜30°（例如，25°左右）的範圍。

須加以說明的是，比較第8、9圖和第10、11圖可知導光基體10和導光體20組合構成的光學（需求）空間較小（透鏡高度約8㎜），提供了更大的空間組合設計的變化性，並且提供了流明較高的效果；相較於導光基體10、導光體（或第一導光體）20組合構成的光學系統，導光基體10、導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40和第四導光體50組合構成的光學元件總成提供了照度較高的效果。上述的光學空間指透鏡到光源的距離。

請參考第12圖，顯示了導光基體10、導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40和第四導光體50的導光面13、23、33、43、53的一個修正實施例。圖中描繪了導光基體導光面13形成一曲面結構；導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40和第四導光體50的導光面23、33、43、53形成一斜面或曲面結構。

請參閱第13圖，描繪了導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50結構的衍生實施例；導光體（或第一導光體）20、第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50分別在計劃區域或中央區域設成（非開孔型態）凹部27、37、47、57的結構；以及，該組合部22、32、42、52形成在凹部27、37、47、57上。因此，導光基體10可拆解的收容在第一導光體20的凹部27裏面；第一導光體20可拆解的收容在第二導光體30的凹部37裏面；第二導光體30可拆解的收容在第三導光體40的凹部47裏面；第三導光體40可拆解的收容在第四導光體50的凹部57裏面，而構成一整體結構之光學元件總成。

代表性的來說，這可拼接組合之光學元件結構在考量結構和光學輸出效果等作用的條件下，相較於舊法而言，係具有下列的考量和優點： 1.該導光基體10、導光體20組合形成的光學裝置或相關配合結構已被重行設計考量。例如，導光基體10的導光面13形成一平面或曲面結構，導光基體出光面14和導光體出光面24（或34、44、54）的曲面結構的高度從接近中央參考軸線χ的區域朝邊緣區域11、25（或35、45、55）的方向遞減或遞增；導光基體10在邊緣區域11形成連接部12，配合導光體20設置開口21（或31、41、51）和組合部22（或32、42、52），使導光基體10和導光體20形成可拆解組合的機制等部分；明顯使其不同於習用者和改變了它的使用、操作型態，而有別於舊法。 2.該導光基體10和導光體20或第二導光體30、第三導光體40、第四導光體50等，使人員可依據（燈具）設計需求、光源瓦數、尺寸或面積而改變光學透鏡組合模式和光學輸出效果，修正光源照度或光線輸出形狀的配置型態等作用；明顯改善了舊法依據不同光源，必須分別對應製造提供不同尺寸的光學透鏡，增加製造成本、降低了光學透鏡和光源配合的可變性和應用自由度等情形。

故，本發明係提供了一有效的可拼接組合之光學元件結構，其空間型態係不同於習知者，且具有舊法中無法比擬之優點，係展現了相當大的進步，誠已充份符合發明專利之要件。

惟，以上所述者，僅為本發明之可行實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧導光基體

11‧‧‧邊緣區域

12‧‧‧連接部

13‧‧‧導光面

14‧‧‧出光面

20‧‧‧導光體（或第一導光體）

21、31、41、51‧‧‧開孔

22、32、42、52‧‧‧組合部

23、33、43、53‧‧‧導光面

24、34、44、54‧‧‧出光面

25、35、45、55‧‧‧邊緣區域

26、36、46、56‧‧‧連接部

27、37、47、57‧‧‧凹部

60‧‧‧光源

χ‧‧‧中央參考軸線

第1圖係本發明之立體結構示意圖；描繪了導光基體組合多個導光體的結構情形。

第2圖係第1圖之結構分解示意圖；顯示了導光基體和多個導光體的結構。

第3圖係第1圖之結構剖視示意圖；顯示了導光基體和多個導光體的結構。

第4圖係本發明之一組合實施例之結構示意圖；描繪了導光基體的連接部形成螺紋樞接導光體組合部的結構配合情形。

第5圖係本發明之另一組合實施例之結構示意圖；描繪了導光基體的連接部形成斜邊樞接導光體組合部的結構配合情形。

第6圖係本發明之又一組合實施例之結構示意圖；描繪了導光基體的連接部形成嵌部嵌合導光體組合部的結構配合情形。

第7圖係本發明之再一組合實施例之結構示意圖；描繪了導光基體的連接部形成嵌槽樞接導光體組合部的結構配合情形。

第8圖係本發明和光源組合應用之結構剖視示意圖；描繪了導光基體、導光體組合和光線行進或運動路徑的情形。

第9圖係第8圖之光照分布示意圖。

第10圖係本發明和光源組合應用之結構剖視示意圖；描繪了導光基體、第一導光體、第二導光體、第三導光體、第四導光體組合和光線行進或運動路徑的情形。

第11圖係第10圖之光照分布示意圖。

第12圖係本發明之一修正實施例示意圖；顯示了導光基體導光面形成一曲面結構和第一導光體、第二導光體、第三導光體、第四導光體的導光面形成一斜面或曲面結構的情形。

第13圖係本發明之一衍生實施例的結構示意圖；描繪了導光基體和多個導光體的結構。