TWI479106B - 光學透鏡 - Google Patents

Description

光學透鏡

本發明涉及光學透鏡的技術領域，尤指一種光學透鏡。

現今許多產品皆以發光二極體作為其光源，而發光二極體之所以能夠被廣泛且普遍的應用，主要不外乎發光二極體所需之能量較少，而且又能兼具環保等優點。再者，與其他光源比較之下，例如白幟燈，發光二極體的反應非常快速。又，發光二極體較不易損壞，尤其發光二極體所需之使用空間係較大部分其他型態之光源小。

然而，早期之發光二極體其所搭配之習知透鏡，係無法有效控制發光二極體之光源所需導出之方向，導致分散了發光二極體之光線，使得光線無法有效利用，更遑論能滿足不同區域具有不同光強度之特殊配光效果。此時，廠商為了能有效利用光線以達到預定的配光效果，一般通常會再將多個發光二極體聚集一起並使其朝向不同的投光方向，但這樣會相對增加許多之成本。

本發明提供一種光學透鏡，可運用於一發光二極體，光學透鏡具有一透鏡本體，透鏡本體包含一中央軸且以此中央軸呈軸對稱。光學透鏡更包括底槽、第一透鏡面、第二透鏡面及第三透鏡面。底槽凹設於透鏡本體底面，且具有一入光面。第一透鏡面係自透鏡本體底面延伸，用以反 射來自入光面的光線。第二透鏡面係自透鏡本體頂面內凹，用以反射來自入射面的光線以及來該第一透鏡面的光線。第三透鏡面係自透鏡本體頂面延伸且遠離中央軸向外且向下傾斜。其中，第三透鏡面包含多個反射結構與多個折射結構，每一反射結構的前、後端分別連接一個折射結構，反射結構用以反射來自該第二透鏡面的光線以朝向該些折射結構，而該些折射結構用以折射來自第二透鏡面的光線與折射來自反射結構的光線，使得該些光線朝向透鏡本體之側向出光。

上述之第三透鏡面可以為一階梯狀透鏡，階梯狀透鏡具有數個階梯狀結構，每一階梯結構係由一個反射結構與一折射結構所組成。或者，第三透鏡面也可以為一波浪狀透鏡面。

綜此，本發明之光學透鏡，不僅可以提高有效照明區域的照明均勻度，而且還可以增加90°~135°之間的照明強度，使大於90度的區域仍具備足夠的光量。

此外，本發明還提供一種燈具，例如室內照明用燈具，其具有一或多個發光二極體，及一或多個上述之本發光明學透鏡，且每一發光二極體係一對一地對應位於每一透鏡本體的底槽內。

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。

第一圖至第三圖，係顯示本發明之第一實施例中，光 學透鏡的剖面示意圖。第四圖，係顯示本發明之第一實施例中，光學透鏡的立體結構示意圖。光學透鏡100具有一個透鏡本體102，且光學透鏡係與點光源101相互搭配使用，以提供入射光線，而點光源101可以例如為發光二極體。基本上，點光源101本身已具備一次光學封裝結構。透鏡本體102的材質係為透光材質，例如可以為樹脂或高分子透明材料等，但藉由透鏡本體102的形狀、角度等設計而使點光源101的光線可以投射出預定的效果。該光學透鏡100可搭配該發光二極體地組裝於一燈具上，例如一室內照燈具(例如LED燈泡)。

請繼續參照第一圖，透鏡本體102包含一中央軸104，且此透鏡本體102係以中央軸104呈軸對稱。透鏡本體102更包含了底槽106、第一透鏡面108、第二透鏡面110及第三透鏡面112。底槽106係以中心軸104為中心處，自透鏡本體102的底面向內凹設，且底槽106的內凹面為一入光面107。底槽106係用來容置點光源101。第一透鏡面108係自透鏡本體102底面朝向透鏡本體102頂面延伸且遠離中央軸104向外傾斜。在本發明之一實施例中，第一透鏡面108可以略呈曲面的透鏡部份。而第二透鏡面110係以中心軸104為中心處，自透鏡本體102頂面向內凹設，大致上略呈V形狀透鏡。在此實施例中，第二透鏡面110的表面為直線延伸。另外，第三透鏡面112係自第二透鏡面110的末端延伸且遠離該中央軸104向外傾斜，此第三透鏡面112包含多個反射結構112a與多個折射結構112b，每一反射結構112a的相對前、後兩端分別連接一個折射結構112b，也就是說，反射結構112a係與折射結構112b交 錯設置。在此實施例中，如第一圖所示，第三透鏡面112為一階梯狀透鏡面，且該階梯狀透鏡面具有數個階梯狀結構，如第三圖之部分放大示意圖，每一個階梯結構係由一個反射結構112a(或反射平面)與一折射結構112b(或折射平面)所組成，且每一反射結構112a與其相連接的折射結構112b之間形成一角度θ，此角度大致上略為90度，較佳地係略大於90度。

請繼續參考第二圖，係為本發明之第一實施例中，應用於發光二極體之光學透鏡的剖面示意圖。當點光源101容置於底槽106中且固定光學透鏡100上時，點光源101所發出的光線120係藉由光學透鏡100之入光面107折射進入到透鏡本體102中。接著，一部份折射光線120會經由第一透鏡面108而呈全反射，隨後再射進入到第二透鏡面110，而另一部份的折射光線120會接進入射到第二透鏡面110。其後，第二透鏡面110會全反射光線120。被第二透鏡面110所反射的光線120會進入透鏡本體102中並到第三透鏡面112，更詳言之，不同角度的光線120會分別朝向反射結構112a或折射結構112b。此時，當光線120藉由第三透鏡面112之折射結構112b而折射時，光線120會朝向透鏡本體102之側向出光。而當光線120朝向第三透鏡面112之反射結構112a時，反射結構112a會全反射光線120，其後受反射的光線120會再藉由另一個相鄰的折射結構112b作折射，而使得光線120能朝向透鏡本體102之側向出光。如此一來，不僅可以使大部分的光線從透鏡本體側向出光，提高有效照明區域的照明均勻度，而且更可以使一些光線偏導向透鏡本體102的底面延伸方 向，亦即，該光源的光線可朝向大於90度的方向及小於-90度的方向射出(中央軸104之處為0度)，以使+90~+135(甚或+150度)的範圍內，及-90~-135(甚或-150度)的範圍內，都有足夠的光量分佈。

請參照第五圖，為本發明之第一實施例中，光學透鏡的配光曲線之一實驗圖。其中，於此圖的中間縱軸部份為光強度/仟光通量，其單位為cd/klm。由第五圖可知，配光強度較高的地方是分佈在光學透鏡100所發出光線的90°以內的範圍，而在90°~135°之間的範圍內能保有足夠的光線。因此，相較於習知技術，本發明之光學透鏡，不但可提高有效照明區域的照明均勻度，而且還可以提高90°~135°之間的照明強度(-90°~135°之間的範圍亦同)，以滿足所需欲的配光需求。

請參照第六圖與第七圖，係為本發明之第二實施例中，光學透鏡的剖面示意圖。如圖所示，第二實施例之各部分組成大致上與第一實施例所述相同，惟在此實施例中，第二透鏡面110的表面由多個呈波浪狀延伸的小凸弧面(球面或非球面均可)所構成，一如第七圖之部份放大示意圖所示。在此實施例中，此波浪狀延伸的第二透鏡面110結構不僅可以反射光線，更可以因此特殊形狀而散射光線，使得光線平均分佈，進而提高光分佈的均勻性。

請參照第八圖，為本發明之第二實施例中，該具備波浪狀延伸之第二透鏡面110的光學透鏡的配光曲線之一實驗圖。相似於第一實施例，第二實施例大部分的光亮亦是介於90°以內的範圍，而且在90°~135°之間的範圍內仍能保有足夠的光線(-90°~135°之間的範圍亦同)。不同的地方 在於，第二實施例中的光學透鏡，其照明均勻性較佳。

另外，如第九至十圖所示，在本發明之更一實施例中，其與上述各實施例不同之處在於，上述的第三透鏡面112亦可以為如圖中所示的一波浪狀透鏡面，且該波浪狀透鏡面係具有數個波浪狀結構，每一個波浪結構均可進一步釐出一個反射結構與一折射結構。具備如此結構的光學透鏡，也可產生相同或類似於上述各實施例的光學作用。值得注意的是，第三透鏡面的結構形狀，如階梯狀結構或者是波浪狀結構，並不用以限定本發明，此領域中具有通常知識者當可自行變化之。

從上述說明中，可以理解到本發明之光學透鏡，其本體經過精心設計的，而且其係運用透光本體的特殊設計來調配所需的配光效果。再者，本發明不僅可以提高有效照明區域的照明均勻度，而且還可以增加90°~135°之間的照明強度，以使大於90度的區域仍具備足夠的光量(-90°~135°之間的範圍亦同)。

此外需特別說明的是，儘管上述各例子中的光學透鏡將光源的光大多導向側面及後方，然而，也可以變動設計，例如是在呈V形狀的第二透鏡面110與中心軸104交接處可以增設有一透鏡面，便於將一些光導向前方，以使0度到±135度(甚至到±150度)的範圍都有足夠且均勻的光分佈。無論如何，本發明之光學透鏡的主要重點是將光源的一些光儘可能地往後斜射或直射出去，至於是否要安排將光導向前方，只是延伸設計上的選擇。

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‧‧‧光學透鏡

101‧‧‧點光源

102‧‧‧透鏡本體

104‧‧‧中央軸

106‧‧‧底槽

107‧‧‧入光面

108‧‧‧第一透鏡面

110‧‧‧第二透鏡面

112‧‧‧第三透鏡面

112a‧‧‧反射結構

112b‧‧‧折射結構

120‧‧‧光線

θ‧‧‧角度

第一圖，係顯示本發明之第一實施例中，光學透鏡的剖面示意圖。

第二圖，係為本發明之第一實施例中，應用於發光二極體之光學透鏡的剖面示意圖

第三圖，係顯示本發明之第一實施例中，光學透鏡的部分放大剖面示意圖。

第四圖，係顯示本發明之第一實施例中，光學透鏡的立體結構示意圖。

第五圖，為本發明之第一實施例中，光學透鏡的配光曲線之一實驗圖。

第六圖，係為本發明之第二實施例中，光學透鏡的剖面示意圖。

第七圖，係為本發明之第二實施例中，光學透鏡的部分放大剖面示意圖。

第八圖，為本發明之第二實施例中，光學透鏡的配光曲線之一實驗圖。

第九圖，係為本發明之第三實施例中，應用於發光二極體之光學透鏡的剖面示意圖

第十圖，係顯示本發明之第三實施例中，光學透鏡的部分放大剖面示意圖。

100‧‧‧光學透鏡

101‧‧‧點光源

102‧‧‧透鏡本體

104‧‧‧中央軸

106‧‧‧底槽

107‧‧‧入光面

108‧‧‧第一透鏡面

110‧‧‧第二透鏡面

112‧‧‧第三透鏡面

112a‧‧‧反射結構

112b‧‧‧折射結構

120‧‧‧光線

Claims (9)

1. 一種光學透鏡，具有一透鏡本體，該透鏡本體包含一中央軸，該透鏡本體以該中央軸呈軸對稱，該光學透鏡更包括：一底槽，凹設於該透鏡本體底面，該底槽容置一點光源，且該底槽具有一入光面，用以折射一入射光；一第一透鏡面，自該透鏡本體底面延伸，該第一透鏡面用以反射來自該入光面的光線；一第二透鏡面，自該透鏡本體頂面內凹，該第二透鏡面用以反射來自該入射面的光線以及來自該第一透鏡面的光線；以及一第三透鏡面，自該透鏡本體頂面延伸且遠離該中央軸向外且向下傾斜，該第三透鏡面包含多個反射結構與多個折射結構，每一反射結構的前、後端分別連接一個折射結構，該些反射結構用以反射來自該第二透鏡面的光線以朝向該些折射結構，該些折射結構用以折射來自該第二透鏡面的光線與折射來自該反射結構的光線，使該些光線朝向該透鏡本體之側向出光。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，其中該第三透鏡面為一階梯狀透鏡，該階梯狀透鏡具有數個階梯狀結構，每一階梯結構係由一個反射結構與一折射結構所組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，其中該第三透鏡面為一波浪狀透鏡面，每一波浪狀透鏡面具有數個波浪狀結構，每一波浪狀結構係由一個反射結構與一折射結構所組成。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，其中該第二透鏡面為一V形狀透鏡面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，其中該第二透鏡面由多個呈波浪狀延伸的小凸弧面所構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，其中該第二透鏡面的表面為直線延伸。
7. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，其中該點光源為一發光二極體。
8. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，每一反射結構與其相連接的折射結構之間形成一角度，此角度係在大於或等於90度。
9. 一種燈具，至少具有一個發光二極體，及一個如申請專利範圍第1至8項任一項所述的光學透鏡，且該發光二極體係位於該光學透鏡的透鏡本體的該底槽內。