TWI428637B - 光學透鏡、led光學元件及led路燈 - Google Patents

光學透鏡、led光學元件及led路燈 Download PDF

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方育斌
林奇鋒
楊博華
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/103—Outdoor lighting of streets or roads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
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Description

光學透鏡、LED光學元件及LED路燈
　　本發明係有關於一種光學透鏡、LED光學元件及LED路燈，特別是指能將光線散射出具有均勻照度分佈之矩形照明區域的光學透鏡，以及使用該光學透鏡的LED光學元件及LED路燈。
　　傳統的水銀路燈照明係相同於一般照明而呈圓形的發光照明區域之分佈，但是路面是呈長矩形延伸，所以圓形照明區域無法給予路面均勻的發光照明；因此路燈較佳的發光型態應是能夠符合路面形狀，而產生具有均勻照度分佈之矩形照明區域，提昇發光使用效率。
　　又近年來由於LED技術的不斷開發，LED照明產業也隨之發展，但是LED發光指向性高，因此用在照明產業時，通常需要利用二次光學透鏡改變光路，以均勻散射光線。
　　因此，基於路燈照明之需求及LED之發光特性，有許多用於路燈照明之LED透鏡應運開發：
　　在美國專利第7618163號提出「Light-directing LED apparatus」用以作為路燈照明之用，但是其光學透鏡構造較為複雜不易製造，且如其說明書第20圖所示之照度分佈，亦沒有呈現較佳的矩形分佈。
　　另外更有美國專利第7766509號，以及中華民國專利第M394532、M395836、M395097、M388004或M380480號等相關先前技術開發出許多對稱或非對稱之路燈用LED透鏡，以符合LED路燈之照明需求。
　　本發明則提出一種有別於前案之具有自由曲面之光學透鏡，以及使用該光學透鏡的LED光學元件，所述光學透鏡可使LED光學元件產生具有均勻照度分佈之矩形照明區域，適合用在路燈照明之用途，因此本發明再提出一種LED路燈。
　　故，本發明為一種光學透鏡，該光學透鏡呈半球狀而包含有一隆起之球面及相對該球面之一底面，該底面包含有凹向該球面之一長形凹槽，該長形凹槽有一對應該球面之內面及鄰接該內面之二個垂直側面，又平行前述垂直側面之剖面在該長形凹槽之內面側形成一曲線，該曲線由中心點呈對稱分佈，形成逐漸開放之凹向該球面之一第一曲率段，以及平滑相接於該第一曲率段且凹向該長形凹槽之一第二曲率段，使該曲線呈相似高斯分佈曲線，又該光學透鏡並包含有ㄧ焦點，該焦點係位於該底面之中心處。
　　本發明亦為一種LED光學元件，該LED光學元件包括前述光學透鏡，以及一LED設置在前述光學透鏡之焦點下方處。
　　本發明亦為一種使用前述LED光學元件之LED路燈，係包括複數個LED光學元件呈矩陣排列相連接。
　　進一步，前述LED光學元件排列於一燈座上。
　　進一步，前述LED光學元件之光學透鏡一體成型在一連接板上。
　　本發明具有下列功效：
　　1.使用本發明之光學透鏡可使光輻射場具有高指向性的LED透過該光學透鏡後散射出均勻的矩形照明區域，並使矩形照明區域具有均勻的照度之分佈。
　　2.使用本發明之LED路燈可符合長矩形延伸的路面形狀，發光使用效率高。
　　綜合上述技術特徵，本發明之光學透鏡、LED光學元件及LED路燈的主要功效可在下述實施例清楚呈現。
　　請參閱第一圖至第三圖所示，本發明之LED光學元件（A）係由所述的光學透鏡（1）結合一LED（2），其中：
　　該光學透鏡（1）呈半球狀而包含有一隆起之球面（11）及相對該球面（11）之一底面（12），該底面（12）包含有凹向該球面（11）之一長形凹槽（13），該長形凹槽（13）有一對應該球面（11）之內面（14）及鄰接該內面（14）之二個垂直側面（15），又平行前述垂直側面（15）之剖面在該長形凹槽（13）之內面（14）側形成一曲線（16），該曲線（16）由中心點呈對稱分佈，形成逐漸開放之凹向該球面（11）之一第一曲率段（161），以及平滑相接於該第一曲率段（161）且凹向該長形凹槽（13）之一第二曲率段（162），使該曲線（16）呈相似高斯分佈之曲線（16），又該光學透鏡（1）並包含有ㄧ焦點（17），該焦點（17）係位於該底面（12）之中心處；該LED（2）設置在前述光學透鏡（1）之焦點（17）下方處。
　　請參閱第四圖所示，前述LED路燈包括複數個LED光學元件（A）呈矩陣排列相連接；如第五圖所示，前述LED光學元件（A）呈矩陣排列於一燈座（3）上；或者如第六圖所示，前述LED光學元件（A）之光學透鏡（1）一體成型在一連接板（4）上，藉此簡化製程程序。
　　請參閱第七圖所示，將本發明之LED光學元件（A）匯入光學模擬軟體進行光線追跡，其中虛線方框呈現矩形照明區域之照度分佈，因此適合用於路燈之照明。
　　請參閱第八圖所示，為該LED光學元件（A）之配光曲線分佈圖。
　　綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(A)‧‧‧LED光學元件
(1)‧‧‧光學透鏡
(11)‧‧‧球面
(12)‧‧‧底面
(13)‧‧‧長形凹槽
(14)‧‧‧內面
(15)‧‧‧垂直側面
(16)‧‧‧曲線
(161)‧‧‧第一曲率段
(162)‧‧‧第二曲率段
(17)‧‧‧焦點
(2)‧‧‧LED
(3)‧‧‧燈座
(4)‧‧‧連接板
　　第一圖係為本發明光學透鏡之示意圖。
　　第二圖係為本發明之LED光學元件中平行於垂直側面之剖面之示意圖。
　　第三圖係為本發明之LED光學元件中垂直於垂直側面之剖面之示意圖。
　　第四圖係為本發明LED燈具之示意圖。
　　第五圖係為本發明LED燈具之光學透鏡結合在燈座之示意圖。
　　第六圖係為本發明LED燈具之光學透鏡一體成型在連接板之示意圖。
　　第七圖係為本發明之LED光學元件照度之數值分析模擬圖。
　　第八圖係為本發明之LED光學元件之配光曲線分佈圖。
(A)‧‧‧LED光學元件
(1)‧‧‧光學透鏡
(11)‧‧‧球面
(12)‧‧‧底面
(13)‧‧‧長形凹槽
(16)‧‧‧曲線
(161)‧‧‧第一曲率段
(162)‧‧‧第二曲率段
(17)‧‧‧焦點
(2)‧‧‧LED

Claims (5)

  1. 一種光學透鏡，呈半球狀而包含有一隆起之球面及相對該球面之一底面，該底面包含有凹向該球面之一長形凹槽，該長形凹槽有一對應該球面之內面及鄰接該內面之二個垂直側面，又平行前述垂直側面之剖面在該長形凹槽之內面側形成一曲線，該曲線由中心點呈對稱分佈，形成逐漸開放之凹向該球面之一第一曲率段，以及平滑相接於該第一曲率段且凹向該長形凹槽之一第二曲率段，使該曲線呈相似高斯分佈曲線，又該光學透鏡並包含有ㄧ焦點。
  2. 一種LED光學元件，包括：
    　　一光學透鏡，呈半球狀而包含有一隆起之球面及相對該球面之一底面，該底面包含有凹向該球面之一長形凹槽，該長形凹槽有一對應該球面之內面及鄰接該內面之二個垂直側面，又平行前述垂直側面之剖面在該長形凹槽之內面側形成一曲線，該曲線由中心點呈對稱分佈，形成逐漸開放之凹向該球面之一第一曲率段，以及平滑相接於該第一曲率段且凹向該長形凹槽之一第二曲率段，使該曲線呈相似高斯分佈之曲線，又該光學透鏡並包含有ㄧ焦點；
    　　一LED，設置在前述光學透鏡之焦點下方處。
  3. 一種使用申請專利範圍第2項所述之LED光學元件之LED路燈，包括複數個LED光學元件呈矩陣排列相連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之LED路燈，前述LED光學元件排列於一燈座上。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之LED路燈，前述LED光學元件之光學透鏡一體成型在一連接板上。
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