TWI547667B - 發光模組及發光裝置 - Google Patents

Description

發光模組及發光裝置

本發明是有關於一種光學模組及光學裝置，且特別是有關於一種發光模組及發光裝置。

隨著科技發展，發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)因具有高效率、高壽命、節能環保的特性，因此已漸漸取代習知汞燈，而普及於例如是印刷固化裝置、醫療裝置、掃描裝置等線光源應用領域中。因此，如何發展出一個可以提供良好線光源的發光二極體裝置已經是目前一個非常重要的課題。

在上述的線光源應用領域中，線光源的聚焦效果、準直效果及亮度往往是主要的改善項目。目前大多是以線性排列多個發光二極體來形成線光源。然而，發光二極體所發出的光往往會具有一較大的發散角，因此導致所形成的線光源也較發散，進而降低線光源的準直效果，且發光二極體與發光二極體間的混光也無法均勻，同時也降低了線光源的品質。

本發明提供一種發光模組，其所發出的光在兩個方向具有不同光型分佈。

本發明提供一種發光裝置，其可以提供一個良好的線光源。

本發明的實施例的發光模組包括一光源以及一光學透鏡。光源沿著一出光軸方向發出一原始光束，且光學透鏡配置於原始光束的傳遞路徑上。原始光束通過光學透鏡形成一照明光束。照明光束的光型在一第一方向上具有一第一半高寬，照明光束的光型在一第二方向上具有一第二半高寬，且第二半高寬與第一半高寬的比值大於3。第一方向與第二方向都垂直於出光軸方向。

在本發明的一實施例中，上述的第一半高寬落在20度至60度的範圍內，第二半高寬落在100度至180度的範圍內。

在本發明的一實施例中，上述的光學透鏡包括一入光面以及一相對於入光面的出光組合面。出光組合面分別沿著第一方向與第二方向軸對稱。

在本發明的一實施例中，上述的出光組合面包括至少二沿著第一方向排列的第一出光面及至少二沿著第二方向排列的第二出光面。

在本發明的一實施例中，上述的至少二第一出光面與至少二第二出光面形成多條相交於出光組合面的中心的交界線。

在本發明的一實施例中，上述的出光組合面在一第一平面上的輪廓形成一第一弧線，並在一第二平面上的輪廓形成一第二弧線。上述的第一平面的法向量平行於第二方向，而第二平面的法向量平行於第一方向。第二弧線的平均曲率半徑大於第一弧線的平均曲率半徑。

本發明的實施例的發光裝置包括一透鏡模組、一反射罩以及配置於反射罩及透鏡模組之間的多個光源。這些光源沿著一第一方向排列，每一光源沿著一出光軸方向發出一原始光束，且透鏡模組配置於這些原始光束的傳遞路徑上。每一原始光束通過該透鏡模組形成一照明光束。每一照明光束的光型在第一方向上具有一第一半高寬，並在一第二方向上具有一第二半高寬，且第二半高寬與第一半高寬的比值大於3。第一方向與第二方向都垂直於出光軸方向。反射罩用以將一部分的這些照明光束往出光軸方向反射，反射後的照明光束與另一部分的這些照明光束實質上沿著出光軸方向傳遞。

在本發明的一實施例中，上述的透鏡模組包括多個沿著 第一方向排列的光學透鏡。每一光學透鏡相對配置於這些原始光束的其中之一的傳遞路徑上，且原始光束通過相對的光學透鏡形成照明光束。

在本發明的一實施例中，在一第二平面上傳遞的上述每 一照明光束中至少有一半以上會被反射罩反射，經過反射罩反射後的部分照明光束在第二方向上收斂，其中第二平面的法向量平 行於第一方向。

在本發明的一實施例中，上述的反射罩包括一反射凹 面，透鏡模組及這些光源在第二方向上鄰近反射凹面的焦點位置上。

基於上述，本發明的實施例的發光模組可以藉由光學透 鏡來發出在兩個方向具有不同光型分佈的照明光束，且上述的照明光束可以更有效的被往一方向反射及傳遞。本發明的實施例的發光裝置所發出的光束沿著同一方向收斂，因此可以作為一良好的線光源。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

d1、d2、d3‧‧‧方向

L1、L2‧‧‧光束

L‧‧‧線光源

100‧‧‧發光模組

110‧‧‧光源

120‧‧‧光學透鏡

121‧‧‧第一出光面

122‧‧‧入光面

123‧‧‧第二出光面

124‧‧‧出光組合面

131、132‧‧‧交界線

133‧‧‧中心

141‧‧‧第一弧線

142‧‧‧第二弧線

200‧‧‧反射罩

210‧‧‧反射凹面

300‧‧‧發光裝置

310‧‧‧透鏡模組

320‧‧‧光學透鏡

圖1A及圖1B是依照本發明的第一實施例的一種發光模組的示意圖。

圖1A’及圖1B’是依照本發明的第一實施例的一種發光模組的光型分佈圖。

圖1C是依照本發明的第一實施例的光學透鏡的立體示意圖。

圖1D是依照本發明的第一實施例的光學透鏡的俯視圖。

圖1E是依照本發明的第一實施例的光學透鏡的仰視圖。

圖2A、2B及圖2C是依照本發明的第二實施例的光學裝置的 示意圖。

圖3是依據表一的光強度與光利用率所繪示的比較示意圖。

圖1A及圖1B是依照本發明的第一實施例的一種發光模組的示意圖。請參照圖1A及圖1B，本發明的第一實施例的發光模組100包括光源110以及光學透鏡120。光源沿著出光軸方向d1發出一原始光束L1，且光學透鏡120配置於原始光束L1的傳遞路徑上。原始光束L1通過光學透鏡120形成一照明光束L2。詳細來說，此處為了清楚說明本發明的實施例的發光模組，圖1A是沿第一方向d2所繪示的發光模組100的示意圖，藉以呈現照明光束L2在第二方向d3上的傳遞路徑，而圖1B是沿第二方向d3所繪示的發光模組100的示意圖，藉以呈現照明光束L2在第一方向d2上的傳遞路徑，且上述的第一方向d2和第二方向d3都垂直於出光軸方向d1。特別的是，第一方向d2和第二方向d3也互相垂直。

圖1A’及圖1B’是依照本發明的第一實施例的一種發光模組的光型分佈圖。請參照圖1A’，照明光束L2的光型在第二方向d3上具有一第二半高寬。請參照圖1B’，照明光束L2的光型在第一方向d2上具有一第一半高寬。此處光型圖例如是光強度對應至照明光束L2的發散角的角度，而第一半高寬落在20度至60度的範圍內，第二半高寬落在100度至180度的範圍內。更具體來說， 本實施例的照明光束L2在第二方向d3上的第二半高寬會大於在第一方向d2上的第一半高寬，因此照明光束L2在第二方向d3上會發散，而在第一方向d2上會收斂。較佳的，上述的第二半高寬與第一半高寬的比值大於3。此處，本實施例的照明光束L2在第一方向d2的第一半高寬約為50度，照明光束L2在第二方向d3的第二半高寬約為150度。當一照明光束在兩個方向上半高寬的比值小於3時，照明光束會因為在兩個不同方向上的分佈差異過小而無法呈現上述的收斂及發散效果。進一步來說，在本發明的一實施例中，上述第二半高寬與第一半高寬的比值更佳是大於5，進而使照明光束L2的光型在兩個不同方向上具有較為明顯的分佈情形差異，以供後續在設計加入例如是一反射元件(未繪示)後，能具有更好的光學效果。特別說明的是，原始光束L1的光型可具有一第三半高寬，其中第二半高寬大於第三半高寬，第三半高寬大於第一半高寬，透過光學透鏡120使原始光束L1變成在兩個不同方向上的分佈差異大的照明光束L2，以利後續的應用。

由上述可知，本發明的實施例的發光模組100所發出的 照明光束L2的光型在兩個不同方向上具有不同的分佈情形，且兩個方向上的半高寬的比值大於3，因此發光模組100所提供的照明光束L2在第一方向d2上相較於原始光束L1具有良好地聚焦效果，且照明光束L2在第二方向d3上相較於原始光束L1具有更大的發散角。此處，上述的光源110例如是一發光二極體、一雷射二極體或其他適於發出光束的發光元件，光源110所發出的原始 光束L1具有一定的發散角，而透過本實施例的光學透鏡120，原始光束110可以成為在第一方向d2、第二方向d3上具有不同的分佈情形的照明光束L2，且在第二方向d3上的照明光束L2經由一反射元件(未繪示)反射後亦可以輕易的形成往出光軸方向d1收斂的光束，亦即本實施例的發光模組100可以輕易的在經過反射後形成一個良好聚焦且均勻的線光源。

圖1C是依照本發明的第一實施例的光學透鏡的立體示 意圖。圖1D是依照本發明的第一實施例的光學透鏡的俯視圖。圖1E是依照本發明的第一實施例的光學透鏡的仰視圖。詳細來說，請參照圖1C、圖1D及圖1E，本實施例的光學透鏡120包括一入光面122以及一相對於入光面122的出光組合面124。其中，出光組合面124可以分別沿著第一方向d2與第二方向d3呈軸對稱。 更一步的說，出光組合面124包括至少二沿著第一方向d2排列的第一出光面121及至少二沿著第二方向d3排列的第二出光面123，第一出光面121與第二出光面123在兩個不同的方向上為不同曲面。因此，本實施例的光源110所發出的原始光束L1中，沿著第一方向d2偏移的部分原始光束L1在經過光學透鏡120時大致會穿透第一出光面121，而沿著第二方向d3偏移的原始光束L1在經過光學透鏡120時大致會穿透第二出光面123。此處，出光組合面124在法向量平行於第二方向d3的第一平面(亦即圖1B所繪示的平面)的輪廓形成一第一弧線141，並在法向量平行於第一方向d2的第二平面(亦即圖1A所繪示的平面)上的輪廓形成一 第二弧線142。上述的第二弧線142的平均曲率半徑大於第一弧線141的平均曲率半徑，因此經光學透鏡120轉換的照明光束L2可以具有不同的發散情形及收斂情形。亦即照明光束L2沿著第一方向d2收斂，並沿著第二方向d3發散。更具體的說，光學透鏡120例如為一非對稱出光軸方向的透鏡。特別的是，入光面122可為一平面(亦即圖1E所繪示的平面)，也可以具有一容置空間(未繪示)以容置光源110，使發光模組100具有更小的體積。

進一步來說，本實施例的出光組合面124中的這兩個第 一出光面121和這兩個第二出光面123可以圍繞出光組合面124的中心133交替排列。因此光學透鏡120可以使照明光束L2在至少二方向上具有不同的發散收斂情形。且本實施例的第一出光面121與第二出光面123形成相交於出光組合面124的中心133的交界線131及132，因此當上述的光源110對應於光學透鏡120的中心133設置時，換句話說，光源110的出光軸通過光學透鏡120的中心133。此時，沿著出光軸方向d1往中心133發出的原始光束L1可以有效地被出光組合面124偏移為在不同方向上具有不同發散情形或收斂情形的照明光束L2。

本發明的實施例的光學透鏡並不限於上述的出光組合面 124的第一出光面121及第二出光面123的分佈情形，在其他實施例中出光組合面更可以是由其他數量及種類的出光面圍繞其中心而成。在另一其他實施例中，出光組合面的中心更可以具有一出光中心面，且出光中心面的四周與多個不同的彎曲出光面連接， 本發明不限於此。

圖2A、圖2B及圖2C是依照本發明的第二實施例的光學裝置的示意圖。詳細來說，為了清楚說明本實施例的發光裝置300，圖2A是沿著第一方向d2所繪示，圖2B是沿著第二方向d3所繪示，圖2C是沿著出光軸方向d1所繪示，且下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

請參照圖2A到2C，在本發明的第二實施例中，發光裝置300包括一透鏡模組310、一反射罩200以及配置於反射罩200及透鏡模組310之間的多個光源110。每一光源110沿著出光軸方向d1發出原始光束L1。透鏡模組310配置於這些光源110所發出的原始光束L1的傳遞路徑上，且每一原始光束L1通過透鏡模組310形成一照明光束L2。

請參照圖2C的局部放大圖，這些光源110沿著第一方向d2排列，且每一經由透鏡模組310的照明光束L2的光型在垂直於出光軸方向d1的第一方向d2上具有一第一半高寬，並在垂直於出光軸方向d1的第二方向d3上具有一第二半高寬，且第二半高寬與第一半高寬的比值大於3。換句話說，本實施例的透鏡模組310使照明光束L2大部分在第一方向d2收斂，並使照明光束L2大部分在第二方向d3發散，如圖2A與2B所示。反射罩200用以將沿著第二方向d3發散的部分照明光束L2往出光軸方向d1反 射，且反射後的部分照明光束L2與另一部分沿著第一方向d2收斂的照明光束L2實質上沿著出光軸方向d1傳遞，亦即反射罩200可以使沿著第二方向d3發散的部分照明光束L2反射後與另一部分沿著第一方向d2收斂的照明光束L2均勻會聚在同一區，形成一沿第一方向d1延伸的線光源L。特別說明的是，為了能夠清楚說明本發明的實施例中各元件的位置及連接關係，上述說明所參照的圖式皆已放大繪示，其並非用以限定本發明的元件的大小及位置，可依設計而形成均勻的線光源L。

較佳的，請一併參照圖2A及圖2C，在本實施例中，在 第二平面(也就是法向量平行於第一方向d2的平面)上傳遞的照明光束L2中至少有一半以上會經由反射罩200反射，經過反射罩200反射後的部分照明光束L2在第二方向d3上會收斂，與另一部分沿著第一方向d2收斂的照明光束L2均勻會聚在同一區，形成一沿第一方向d1延伸的線光源L。因此本實施例的發光裝置300可以發出具有良好聚焦效果的照明光束L2。

具體來說，請參照圖2C，本實施例的，本實施例的反射 罩200包括一反射凹面210，而透鏡模組310包括多個沿著第一方向d2排列的光學透鏡320，每一光學透鏡320配置於這些原始光束的其中之一的傳遞路徑上，且原始光束L1通過光學透鏡320形成照明光束L2。透鏡模組310及這些光源110位於反射凹面210所形成的凹陷區域中，且本實施例的透鏡模組310的光學透鏡320類似於上述的光學透鏡120，因此這些光源110經過透鏡模組310 後所發出的照明光束L2在第二方向d3上會被反射凹面210反射，進而使發光裝置300發出的光都可以具有良好地聚焦效果。 更具體的說，反射凹面210例如為一橢圓反射面，而光源110與透鏡模組310例如是位於橢圓反射面的剖面的焦點上，因此可以使照明光束L2在反射後具有良好地聚焦效果，但本發明不限於此。在其他實施例中，光源110與透鏡模組310更可以視需求配置於鄰近上述橢圓反射面的焦點的位置。

也就是說，本實施例的發光裝置300所發出的每一照明 光束L2沿著第一方向d2會收斂，且沿著第二方向d3的照明光束L2經過反射罩200反射後也會在第二方向d3上收斂，因此這些照明光束L2會均勻的收斂於同一區。另一方面，這些光學透鏡320可以在透鏡模組310中以緊密的方式排列，再搭配緊密排列的光源110，本實施例的發光裝置300在第一方向d2上可以互相疊加為一個均勻的線光源。由於本實施例的發光裝置300可以作為聚焦良好且均勻的線光源，其特別適用於需要有聚焦佳且光強均勻的紫外光固化領域中。相較於習知的發光裝置因具有較發散的發光光束，因此就算經過反射罩的反射後仍無法均勻的收斂於同一方向上，本實施例的發光裝置300所發出的照明光束L2不但可以提供良好的聚焦效果，同時在第一方向d2上也具有良好的均勻度。

以下將再列舉本發明的實施例與其他比較例所提供的光 學效果。表一是本發明的一實施例的發光模組所發出的光經一反 射罩反射後的照明光束與其他比較例的發光模組所發出的光經一反射罩反射後的照明光束的實驗數據比較表。其中比較例1例如是一出光光型半高寬為60度的發光模組，比較例2例如是一出光光型為朗伯(Lambertian)光型的發光模組，比較例3例如是一出光光型半高寬為145度的發光模組，比較例4例如是一出光光型為蝠翼(Batwing)光型的發光模組。圖3是依據表一的光強度與光利用率所繪示的比較示意圖。請參照圖3及表1，在表1所記錄的數據中，光利用率例如是對應光強度在光源所發出的總光強度所占的百分比。

表一、本發明的一實施例的發光模組所發出的光經一反射罩反射後的照明光束與其他比較例的發光模組所發出的光經一反射罩反射後的照明光束的實驗數據比較表

綜上所述，本發明的實施例的發光模組可以藉由光學透鏡來將光源所發出的原始光束轉換為在兩個方向具有不同光型分佈的照明光束，進而使照明光束在一方向上經光學透鏡收斂後可以提供良好的聚焦效果，且往另一方向發散的照明光束可以輕易的經由一反射元件反射為聚焦光束。本發明的實施例的發光裝置所發出的照明光束在一方向上具有良好的聚焦效果，因此可以作為一良好的、均勻的線光源。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

d1、d3‧‧‧方向

L1‧‧‧原始光束

L2‧‧‧照明光束

110‧‧‧光源

200‧‧‧反射罩

300‧‧‧發光裝置

310‧‧‧透鏡模組

320‧‧‧光學透鏡

Claims (15)

1. 一種發光模組，包括：一光源，沿著一出光軸方向發出一原始光束；以及一光學透鏡，配置於該原始光束的傳遞路徑上，該原始光束通過該光學透鏡形成一照明光束，該照明光束的光型在一第一方向上具有一第一半高寬，該照明光束的光型在一第二方向上具有一第二半高寬，該第二半高寬與該第一半高寬的比值大於3，該第一方向與該第二方向都垂直於該出光軸方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光模組，其中該第一半高寬落在20度至60度的範圍內，該第二半高寬落在100度至180度的範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光模組，其中該光學透鏡包括一入光面以及一相對於該入光面的出光組合面，該出光組合面分別沿該第一方向與該第二方向軸對稱。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發光模組，其中該出光組合面包括至少二第一出光面及至少二第二出光面，該至少二第一出光面沿著該第一方向排列，該至少二第二出光面沿著該第二方向排列。
5. 如申請專利範圍第4項所述的發光模組，其中該至少二第一出光面與該至少二第二出光面形成多條交界線，該些交界線相交於該出光組合面的中心。
6. 如申請專利範圍第3項所述的發光模組，其中該出光組合面在一第一平面上的輪廓形成一第一弧線，該出光組合面在一第 二平面上的輪廓形成一第二弧線，且該第一平面的法向量平行於該第二方向，該第二平面的法向量平行於該第一方向，該第二弧線的平均曲率半徑大於該第一弧線的平均曲率半徑。
7. 一種發光裝置，包括：多個光源，沿著一第一方向排列，每一該光源沿著一出光軸方向發出一原始光束；一透鏡模組，配置於該原始光束的傳遞路徑上，每一該原始光束通過該透鏡模組形成一照明光束，每一該照明光束的光型在該第一方向上具有一第一半高寬，每一該照明光束的光型在一第二方向上具有一第二半高寬，該第二半高寬與該第一半高寬的比值大於3，該第一方向與該第二方向都垂直於該出光軸方向；以及一反射罩，該些光源配置於該反射罩及該透鏡模組之間，該反射罩用以將一部分該些照明光束往該出光軸方向反射，反射後的該部分照明光束與另一部分該些照明光束實質上沿著該出光軸方向傳遞。
8. 如申請專利範圍第7項所述的發光裝置，其中該第一半高寬落在20度至60度的範圍內，該第二半高寬落在100度至180度的範圍內。
9. 如申請專利範圍第7項所述的發光裝置，其中該透鏡模組包括多個光學透鏡，每一該光學透鏡相對配置於該些原始光束的其中之一的傳遞路徑上，且該原始光束通過相對的該光學透鏡形成該照明光束，該些光學透鏡沿著該第一方向排列。
10. 如申請專利範圍第9項所述的發光裝置，其中該光學透 鏡包括一入光面以及一相對於該入光面的出光組合面，該出光組合面分別沿該第一方向與該第二方向軸對稱。
11. 如申請專利範圍第10項所述的發光裝置，其中該出光組合面包括至少二第一出光面及至少二第二出光面，該至少二第一出光面沿著該第一方向排列，該至少二第二出光面沿著該第二方向排列。
12. 如申請專利範圍第11項所述的發光裝置，其中該至少二第一出光面與該至少二第二出光面形成多條交界線，該些交界線相交於該出光組合面的中心。
13. 如申請專利範圍第10項所述的發光裝置，其中該出光組合面在一第一平面上的輪廓形成一第一弧線，該出光組合面在一第二平面上的輪廓形成一第二弧線，且該第一平面的法向量平行於該第二方向，該第二平面的法向量平行於該第一方向，該第二弧線的平均曲率半徑大於該第一弧線的平均曲率半徑。
14. 如申請專利範圍第7項所述的發光裝置，其中在一第二平面上傳遞的每一該照明光束中至少有一半以上會被該反射罩反射，經過該反射罩反射後的部分照明光束在該第二方向上收斂，其中該第二平面的法向量平行於該第一方向。
15. 如申請專利範圍第7項所述的發光裝置，其中該反射罩包括一反射凹面，該透鏡模組及該些光源在該第二方向上鄰近該反射凹面的焦點位置上。