TWI580900B - 透鏡及使用該透鏡之光源模組 - Google Patents

透鏡及使用該透鏡之光源模組 Download PDF

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    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/046—Refractors for light sources of lens shape the lens having a rotationally symmetrical shape about an axis for transmitting light in a direction mainly perpendicular to this axis, e.g. ring or annular lens with light source disposed inside the ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21—LIGHTING
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Description

透鏡及使用該透鏡之光源模組
本發明涉及光學領域，特別涉及一種透鏡及使用該透鏡之光源模組。
目前，在背光照明當中，為均勻光線，通常會搭配擴散透鏡使用，使光源發出之光線能以較大角度出射，從而達到大面積照明之效果。
然而，在實際使用中，光源發出之光線經過透鏡之擴散之後，由於光線在光源之光軸附近比較集中，有時並不能完全消除中央亮點以及邊緣黃暈之現象，不利於背光照明。
一種透鏡，用以對一光源發出之光線進行調整，該透鏡包括與光源正對設置之入光面、與該入光面相對設置之出光面及連接該入光面與出光面之連接面，該連接面為圍繞該入光面設置之環狀平面，該出光面與連接面之外周緣相對接，該出光面包括位於該入光面上方之頂壁面及自該連接面之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面之外周緣相對接之側壁面，該頂壁面包括位於該入光面正上方之中央面及圍繞該中央面設置之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面平滑對接之第二曲面。
一種光源模組，包括一光源及正對該光源設置之透鏡，該透鏡包 括與光源正對設置之入光面、與該入光面相對設置之出光面及連接該入光面與出光面之連接面，該連接面為圍繞該入光面設置之環狀平面，該出光面與連接面之外周緣相對接，該出光面包括位於該入光面上方之頂壁面及自該連接面之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面之外周緣相對接之側壁面，該頂壁面包括位於該入光面正上方之中央面及圍繞該中央面設置之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面平滑對接之第二曲面。
使用中，當該光源發出之光線經透鏡之入光面進入透鏡後，經由該透鏡之出光面射出透鏡。自光源相對於其光軸以較小角度出射之光線分別經過透鏡之中央面、第一曲面、第二曲面及側壁面折射後以相對於其光軸較大角度出射，使得光線朝向透鏡之周側方向發散。與習知技術相比，本發明之光源模組實現降低正向光強、增強側向光強並擴大出光角度之光學效果。
100‧‧‧光源模組
10‧‧‧光源
12‧‧‧基座
14‧‧‧發光二極體晶片
20‧‧‧透鏡
21‧‧‧入光面
22‧‧‧出光面
221‧‧‧頂壁面
2210‧‧‧中央面
2211‧‧‧第一曲面
2212‧‧‧第二曲面
222‧‧‧側壁面
23‧‧‧連接面
I‧‧‧光軸
24‧‧‧容置空間
X‧‧‧中心軸
圖1為本發明一實施例之光源模組之立體示意圖。
圖2為圖1中所示之光源模組之透鏡之倒置示意圖。
圖3為圖1中所示之光源模組沿III-III線之剖視示意圖。
圖4為本發明之光源模組之一光場分佈示意圖。
圖5為本發明之光源模組之另一光場分佈示意圖。
請參閱圖1至圖3，本發明一實施例提供之光源模組100包括一光源10及正對該光源10設置之一透鏡20。該透鏡20包括與光源10正對設置之一入光面21、與該入光面21相對設置之一出光面22及連 接該入光面21與出光面22之一連接面23。該光源10具有一光軸I。該光源10發出之光線相對於該光軸I大致分佈於180度內之空間角內，其中大部分光線相對於該光軸I集中分佈於120度內之空間角內。
在本實施例中，該光源10為發光二極體，包括基座12及固定於基座12上之發光二極體晶片14。該基座12由環氧樹脂、矽膠或陶瓷等絕緣材料製成。該發光二極體晶片14由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵等半導體材料製成，其可受電流激發產生可見光。
上述透鏡20由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料一體製成，也可以分層製成。該透鏡20內可以進一步均勻摻雜有螢光粉，螢光粉可由釔鋁石榴石、矽酸鹽等螢光材料製成。
該透鏡20位於該光源10之正上方並與該光源10間隔設置。該入光面21由該透鏡20之底面中部向該透鏡20內部凹陷而形成。該連接面23為該透鏡20之底面中圍繞該入光面21設置之環狀平面。該出光面22包括位於該入光面21上方之頂壁面221及自該連接面23之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面221之外周緣相對接之一側壁面222。在本實施例中，該側壁面222為柱面，可以理解地，該側壁面222也可以為錐面或旋轉曲面。在使用中，該透鏡20之連接面23與用以承載該透鏡20之安裝平面(圖未示)相貼合。該出光面22之側壁面222之底部周緣與連接面23之外周緣相對接。在本實施例中，該透鏡20之入光面21為一自由曲面，可以理解地，該透鏡20之入光面21也可以是橢球面、球面或者抛物面。該透鏡20之入光面21圍設出一容置空間24用以收容該光源10。
該出光面22之頂壁面221之中部沿朝向該入光面21之方向向內凹 陷，其包括位於該入光面21正上方之一中央面2210及圍繞該中央面2210設置之一第一曲面2211、及圍繞該第一曲面2211設置並與該第一曲面2211平滑對接之一第二曲面2212。在本實施例中，該中央面2210為一平面，可以理解地，該中央面2210也可以是自由曲面、橢球面、球面或者抛物面。可以理解地，該中央面2210之形狀及尺寸可以根據實際出光需要作出調整。該出光面22之第一曲面2211為環狀曲面，其朝向靠近入光面21之方向彎曲。在本實施例中，該第一曲面2211為一自由曲面，可以理解地，該第一曲面2211也可以是橢球面、球面或者抛物面。該出光面22之第二曲面2212為環狀曲面，其朝向遠離入光面21之方向彎曲。在本實施例中，該出光面22之第二曲面2212為一自由曲面，可以理解地，該第二曲面2212也可以是橢球面、球面或者抛物面。
在本實施例中，該透鏡20為中心軸對稱結構，其具有一中心軸X。該透鏡20之入光面21關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該透鏡20之出光面22關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之中央面2210關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之第一曲面2211關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之第二曲面2212關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該透鏡20之連接面23垂直於該透鏡20之中心軸X。該光源10之光軸I與該透鏡20之中心軸X相重合設置。
使用中，當該光源10發出之光線經透鏡20之入光面21進入透鏡20後，經由該透鏡20之出光面22射出透鏡20。自光源10相對於其光軸I以較小角度出射之光線分別經過透鏡20之中央面2210、第一曲面2211、第二曲面2212及側壁面222折射後以相對於其光軸I較 大角度出射，使得光線朝向透鏡20之周側方向發散。與習知技術相比，本發明之光源模組100實現降低正向光強、增強側向光強並擴大出光角度之光學效果。
圖4為本發明之光源模組100之一光場分佈示意圖，其中該透鏡20之出光面22之中央面2210為內凹曲面，如圖4中所示，正對光源10之光軸I之中心處較中心處周圍光強稍低，而後沿中心處周圍再向週邊方向延伸光強逐漸降低，可見，本發明之光源模組100實現降低正向光強、增強側向光強並擴大出光角度之光學效果。圖5為本發明之光源模組100之另一光場分佈示意圖，其中該透鏡20之出光面22之中央面2210為平面，如圖5中所示，正對光源10之光軸I之中心處光強最大，中心處周圍光強較中心處稍低，而沿中心處周圍再向週邊方向延伸光強先稍升高而後逐漸降低，可見，本發明之光源模組100實現降低正向光強、增強側向光強並擴大出光角度之光學效果。另外，同時參照圖4及圖5所示之光場分佈示意圖可見，該中央面2210為平面時，雖然正對光源10之光軸I之中心處光強最大，但同時降低中心處周圍之光強平均差，即光場分佈整體較平均。可以理解地，根據實際出光需要，可以選擇具有合適形狀之中央面2210之透鏡20。
100‧‧‧光源模組
10‧‧‧光源
12‧‧‧基座
14‧‧‧發光二極體晶片
20‧‧‧透鏡
21‧‧‧入光面
22‧‧‧出光面
221‧‧‧頂壁面
2210‧‧‧中央面
2211‧‧‧第一曲面
2212‧‧‧第二曲面
222‧‧‧側壁面
23‧‧‧連接面

Claims (9)

  1. 一種透鏡，用以對一光源發出之光線進行調整，所述透鏡包括與光源正對設置之入光面、與該入光面相對設置之出光面及連接該入光面與出光面之連接面，所述連接面為圍繞該入光面設置之環狀平面，所述出光面與連接面之外周緣相對接，所述出光面包括位於所述入光面上方之頂壁面及自所述連接面之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面之外周緣相對接之側壁面，所述頂壁面包括位於該入光面正上方之中央面及圍繞該中央面設置之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面平滑對接之第二曲面，所述入光面呈曲率漸變的橢球面且所述橢球面的頂端超出所述側壁面的上端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該中央面為平面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該第一曲面為環狀曲面，其朝向靠近入光面之方向彎曲。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之透鏡，其中該第一曲面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該第二曲面為環狀曲面，其朝向遠離入光面之方向彎曲。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之透鏡，其中該第二曲面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該透鏡為中心軸對稱結構，該透鏡具有一中心軸。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之透鏡，其中該入光面關於該透鏡之中心軸呈中心軸對稱，該透鏡之出光面關於該透鏡之中心軸呈中心軸對稱，該透 鏡之連接面垂直於該透鏡之中心軸。
  9. 一種光源模組，包括一光源及正對該光源設置之透鏡，其改良在於：該透鏡為如申請專利範圍第1-8項中任一項所述之透鏡。
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