TWI579486B - 透鏡及具有該透鏡之發光模組 - Google Patents

Description

透鏡及具有該透鏡之發光模組

本發明係關於一種透鏡，以及一種利用該透鏡與杯體產生有效投射的發光模組。

台灣專利公開號第201120377號專利系揭示一種發光二極體照明具，其係利用LED元件作為光源，以導光擴散層將鉛直方向45度到135度的光線導入成鉛直方向後全反射成水平方向，再經框體反射面窄化反射後光射出之角度分布，而得到接近平行光線之LED照明光線。

由於LED光源於鉛直方向上的光強度最強而使人眼無法直視，因此不利於作為光源。上述專利將45度到135度之光線擴展變大，而使LED光線轉變為對眼睛較為柔和之光線。然而，上述專利中的導光擴散層並未將0度到45度之光線及135度至180度的LED光線進行導光，而使得實際上的LED所產生的光的照明效率低。

本發明提供一種發光模組，包含一發光元件、一透鏡及一杯體。透鏡由透光材質製成，並包含一折射部及一全反射部。折射部為以透鏡之一光軸為中心之一環形透鏡且其底端與該發光元件貼合。全反射部為連接折射部之頂端並以光軸為中心之一柱狀體，且於其頂端具有內凹之一內側面。折射部將入射之光線經兩次折射後射出。全反射部將入射之光線依序經折射、全反射及折射後射出。杯體具有反射內面，透鏡射出之光線經反射內面反射後，朝杯體的杯口方向投射出去。

本發明也提供一種透鏡，由透光材質製成並用以調整一發光元件所產生之光線之光路。透鏡包含一折射部以及一全反射部。折射部係以透鏡之一光軸為中心之一環形透鏡，折射部之一底端與發光元件貼合。全反射部係光學連接折射部之頂端並以光軸為中心之一柱狀體，且於頂端具有內凹之一內側面。折射部將入射之光線經兩次折射後射出且使光線與光軸之一夾角變大，全反射部將入射之光線依序經折射、全反射及折射後射出。

較佳地，上述環形透鏡為一凸透鏡，使入射之光線與光軸之一角度經兩次折射後變大。

較佳地，上述全反射部之底部為一凸面，使入射之光線與光軸之一夾角經折射後變小。

較佳地，上述全反射部具有環狀之一外側面，外側面與內側面於全反射部頂端交接。

較佳地，上述透鏡更包含一延伸部，由折射部下端向外延伸，延伸部具有複數個定位孔，供杯體下端之複數個定位柱插入。

較佳地，上述透鏡頂端之內側面為由連續的多個環狀面所拼接成之一拼接錐面，該些環狀面係以透鏡之光軸為軸且與光軸之夾角由透鏡之底端往頂端遞減。

較佳地，上述透鏡頂端之外側面為一環狀面，其半徑由透鏡之底端往頂端遞減。

較佳地，上述全反射部之底部為一拼接凸面，由多個平切面陣列排佈而成。

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。

10‧‧‧發光元件

12‧‧‧LED

14‧‧‧電路板

142‧‧‧定位孔

20‧‧‧透鏡

22‧‧‧折射部

222‧‧‧環狀垂直面

224‧‧‧內側面

24‧‧‧全反射部

242‧‧‧內側面

244‧‧‧環狀面

246‧‧‧外側面

248‧‧‧底面

26‧‧‧延伸部

262‧‧‧定位孔

264‧‧‧定位柱

266‧‧‧凹槽

28‧‧‧光軸

30‧‧‧杯體

32‧‧‧反射內面

34‧‧‧定位柱

36‧‧‧定位孔

38‧‧‧缺口

第一圖，為本發明之第一實施例的發光模組的分解圖。

第二圖，為本發明之第一實施例的透鏡的環狀拼接面角度變化的示意圖。

第三圖，為本發明之第一實施例的杯體的拼接面角度變化的示意圖。

第四圖，為本發明之第一實施例的杯體之仰角示意圖。

第五圖，為本發明之第一實施例的透鏡之仰角示意圖。

第六圖，為本發明之第一實施例的發光模組的組合圖。

第七圖，為本發明之第一實施例的發光模組的光路圖。

第八圖，為本發明之第二實施例的發光模組的分解圖。

第九圖，為本發明之第二實施例的杯體之仰角示意圖。

第十圖，為本發明之第二實施例的透鏡之仰角示意圖。

第十一圖，為本發明之第二實施例的發光模組的光路圖。

第一圖，為本發明之第一實施例的發光模組的分解圖。發光模組包含了一發光元件10、一透鏡20及一杯體30。在本實施例中，發光元件10為LED(Light Emitted Diode，發光二極體)燈板，具有多個LED 12焊接於電路板14上。電路板14的形狀配合發光模組的整體造型而定，在此為提供圓形的照明光源，因此的電路板14的形狀整體來言為圓形。LED 12為了提供接近圓形的照度分布，因此在布局上以上下左右對稱之方式焊接於電路板14之上。另外，為了能使本發明的發光模組組裝時確保各元件之間的位置正確，電路板14可以設置定位件，例如：定位孔142，用以與透鏡20及/或杯體30之間的定位。

透鏡20由透光材質製成，包含一折射部22及一全反射部24。折射部22及全反射部24為一體成形。折射部22為以透鏡之一光軸28為中心之一環形透鏡且一底端與該發光元件貼合。在折射部22的底端外側面上，具有一環狀垂直面222，使透鏡20與杯體30的底部結合時，環狀垂直面222與杯體30的底部內側貼合。全反射部24為連接折射部22之頂端並以光軸28為中心之一柱狀體，且於頂端具有內凹之一內側面242。內側面242可以為正圓錐面(即，在球座標上，圓錐面為與光軸28之夾角為定值之面)或一圓錐面(即，在球座標上，圓錐面與光軸28之夾角沿著光軸方向上變化，而垂直於光軸28之橫切面為圓形)。在本實施例，內側面242為由連續的多個環狀面244所拼接成之一拼接錐面。請同時參見第二圖，透鏡 的環狀拼接面角度變化的示意圖。這些環狀面244係以透鏡20之光軸28為軸且與光軸28之夾角，且其夾角之角度值由透鏡之底端往頂端遞減。而在垂直於光軸的橫切面則為圓形。全反射部24之一外側面246為一環狀面，其半徑(與光軸的距離)由透鏡20之底端往頂端遞減，在包含光軸的一平面之縱切面上呈現成直線。外側面246與內側面242於全反射部24頂端交接。透鏡20可更包含一延伸部26，由折射部22下端向外延伸，延伸部26具有複數個定位孔262。

杯體30具有一反射內面32，將經透鏡20射出之光線朝杯體的杯口方向投射出去。反射內面32係以鍍銀或可反光之材料於杯體30的內側表面或者外側表面而形成。反射內面32為圓錐面，即垂直光軸方面之橫切面上為圓形，且圓錐面與光軸28之夾角沿著光軸方向上變化，夾角於底端為最大，而逐漸往頂端變小。反射內面32可以如透鏡20的內側面般，由連續的多個環狀面所拼接成之一拼接錐面且環狀面與光軸之夾角由底端往頂端逐漸遞減。請參見第三圖(a)，為杯體的拼接面在包含光軸的縱切面上角度變化的示意圖。或者，如第一圖所示般，由多個平切面陣列排佈而成的一拼接面，平切面與光軸之夾角由底端往頂端逐漸遞減；其縱切面的角度變化請參見第三圖(a)，而橫切面的角度變化請參見第三圖(b)所示局部橫切面示意圖。

接著，請同時參見第四圖及第五圖，分別為第一實施例的杯體及透鏡之仰角示意圖。在杯體30的底面上具有多個定位柱34，對應透鏡20的多個定位孔262，使杯體30與透鏡20組裝時，可透過定位柱34與定位孔262進行嵌合。再者，透鏡20的底面也具有多個定位柱264，使發光元件10與透鏡20組裝時，可透過定位柱262與定位孔142(參見第一圖)進行嵌合。當發光元件10、透鏡20與杯體30組合後，即形成第六圖所示的發光模組。

第七圖，為本發明之第一實施例的發光模組的光路圖。由於透鏡20與發光元件10貼合，因此，由發光元件10所產生的光線(即，與透鏡之光軸之夾角在0-90度之光線)幾乎都會進入透鏡20。藉此，本發明的發光模組可將由發光元件10所產生的光線幾乎全部作為照明之用，具有非常高的照明效率。

發光元件10所產生的光線經透鏡20修飾光路射出後，一部分光線直接朝向杯體30頂端的杯口方向投射出去，另一部分則經杯體30的反射內面32反射後，朝向杯體30頂端的杯口方向投射出去。詳細光路徑說明如下。

發光元件10所產生的光線主要分別由透鏡20的折射部22及全反射部24修飾光路徑。折射部22為以光軸28為軸心的環狀透鏡，其作用等於一凸透鏡，使入射的光線向外偏折。即，入射之光線與光軸28之一角度經折射部22的兩次折射後變大。經折射部22折射後射出的光線，會朝杯體30的反射內面32接近底端到中間的部分投射，並經反射內面32反射後，朝杯體30頂端的杯口方向投射出去。

全反射部24的一底面248為凸面，具有會聚作用而向內偏折。即，入射之光線與光軸28之一角度經入射底面248的折射後變小。經底面248折射後的光線，分別經內側面242及外側面246全反射。由外側面246全反射的光線朝向內側面242射出，並經內側面242折射後，朝杯體30頂端的杯口方向投射出去。由內側面242全反射的光線朝向外側面246射出，並經外側面246折射後，會朝杯體30的反射內面32接近中間到頂端的部分投射，並經反射內面32反射後，朝杯體30頂端的杯口方向投射出去。也就是說，全反射部24將入射之光線依序經折射、全反射及折射後射出。

值得注意的是，經折射部22折射的光線往杯體30的內反射面32下方射出，而經全反射部24的外側面246折射的光線往杯體30的內反射面32上方射出。透過這樣的設計，可使杯體30的內反射面32所反射出來的光強度均勻分布。另外，對應透鏡20的位置之光線，則由全反射部24的內側面242所折射的光線來填補。因此，本發明的發光模組所投射出來的光的光強度均勻且其投射區域為圓形，因此具有良好的照明效果。

第八圖，為本發明之第二實施例的發光模組的分解圖。相較於第一實施例的發光模組，主要的差異點說明如下。杯體30的頂端上具有複數個定位孔36，係用以與外部其他元件，例如：外殼，組合時定位之用。請同時參見第九圖及第十圖，為本發明之第二實施例的杯體及透鏡之仰角示意圖。透鏡20的延伸部26具有一個或以上的凹槽266，供與發光元件10組合時其表面焊接的電線(未繪出)走線之用。杯體30也於底端對應設 有一缺口38，使發光元件10的電線可由此拉出。

值得注意的是，在此實施例中，透鏡20的裏側面，即由折射部22的內側面224及全反射部24的底面248共構出來的面與第一實施例並不相同。請參見第十一圖，為本發明之第二實施例的發光模組的光路圖。透鏡20的裏側面的剖面呈現M字形曲線。因此，折射部22為凸透鏡具有會聚作用，使入射的光線經折射部22兩次折射後，其與光軸的夾角變大。全反射部24的底面248為凸面，具有會聚作用，使入射的光線經底面248一次折射後，其與光軸的夾角變小。

無論如何，任何人都可以從上述例子的說明中獲得足夠教導，並據而了解到本發明確實具有產業上之利用性及進步性，且本發明在同一領域中均未見有相同或類似技術揭露在先而具足有新穎性，是本發明確已符合發明專利要件，爰依法提出申請。

10‧‧‧發光元件

20‧‧‧透鏡

22‧‧‧折射部

24‧‧‧全反射部

242‧‧‧內側面

246‧‧‧外側面

248‧‧‧底面

28‧‧‧光軸

30‧‧‧杯體

32‧‧‧反射內面

Claims (10)

1. 一種發光模組，包含：一發光元件；及一透鏡，由透光材質製成並包含一折射部及一全反射部，該折射部為以該透鏡之一光軸為中心之一環形透鏡且其底端與該發光元件貼合，該全反射部為連接該折射部之頂端並以該光軸為中心之一柱狀體，且於其頂端具有內凹之一內側面，其中，該折射部將入射之光線經兩次折射後射出，該全反射部將入射之光線依序經折射、全反射及折射後射出；以及一杯體，具有反射內面，該透鏡射出之光線經該反射內面反射後，朝該杯體的杯口方向投射出去。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中該環形透鏡為一凸透鏡，使入射之光線與該光軸之一角度經兩次折射後變大。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中該全反射部之底部為一凸面，使入射之光線與該光軸之一夾角經折射後變小。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光模組，其中該全反射部具有環狀之一外側面，該外側面與該內側面於該全反射部頂端交接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中該透鏡的一頂端之該內側面為由連續的多個環狀面所拼接成之一拼接 錐面，該些環狀面係以該透鏡之光軸為軸且與該光軸之夾角由該透鏡之底端往頂端遞減。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中該杯體之該反射內面為一拼接面，由多個平切面陣列排佈而成且該些平切面與該光軸之夾角由底端往頂端逐漸遞減。
7. 一種透鏡，由透光材質製成並用以調整一發光元件所產生之光線之光路，該透鏡包含：一折射部，係以該透鏡之一光軸為中心之一環形透鏡，該折射部之一底端與該發光元件貼合；以及一全反射部，光學連接該折射部之頂端並以該光軸為中心之一柱狀體，且於頂端具有內凹之一內側面；其中，該折射部將入射之光線經兩次折射後射出且使光線與該光軸之一夾角變大，該全反射部將入射之光線依序經折射、全反射及折射後射出。
8. 如申請專利範圍第7項所述之透鏡，其中該全反射部之底部為一凸面，使入射之光線與該光軸之一夾角經折射後變小。
9. 如申請專利範圍第8項所述之透鏡，其中該全反射部具有環狀之一外側面，該全反射部與該內側面於該全反射部頂端交接。
10. 如申請專利範圍第7項所述之透鏡，其中該透鏡頂端之該內側面為由連續的多個環狀面所拼接成之一拼接錐面，該些環狀面係以該透鏡之光軸為軸且與該光軸之夾角由該透鏡之底端往頂端遞減。