TWI656367B - 光學透鏡以及光源模組 - Google Patents

Abstract

一種光學透鏡以及光源模組。光學透鏡包括一入光部以及一導光部。入光部包括兩後向光學面、一第一入光面以及兩第二入光面。導光部具有多個導光部分支，這些導光部分支沿著不同的延伸方向延伸，其中各導光部分支分別具有一主出光面，第一入光面與這些第二入光面分別與導光部分支的主出光面相面對。

Description

光學透鏡以及光源模組

本發明是有關於一種光學透鏡以及光源模組，且特別是有關於一種具有多個出光點的光學透鏡以及光源模組。

近年來，隨著發光二極體(Light Emitting Diode, LED)的發光效率與壽命提升，加上具備低耗能、低污染、高效率、高反應速度、體積小、重量輕與可在各種表面設置等元件特色與優勢，發光二極體目前亦已被積極應用於各光學領域中。以發光二極體在照明用途上的應用為例，目前已有許多將發光二極體封裝結構應用於燈源（如燈泡、路燈、手電筒等）或是相關的照明設備被開發出來。

然而，由於發光二極體是一種具有指向性的光源，光線只會以點光源的形式往一特定方向發出，因此當發光二極體應用於現有的戶外照明設備，例如路燈及其類似者時，容易在其發光軸向上因光能量集中於一點發生刺眼眩光。並且，由於發光二極體所提供的光線亦有能量分布上的限制，因此在發光二極體被應用於現有的戶外照明設備的情形中，亦亟需一種設計方案，能使發光二極體所提供的光線能被引導由單一光點變成多個面，並結合可調控的光形結構藉此有效地分配光能量落在被照道路表面上。

本發明提供一種光學透鏡，其可引導光線以形成分散的多個出光點。

本發明提供一種光源模組，其具有多個出光點，並消除眩光，而能實現良好的光分布特性。

本發明的一種光學透鏡包括一入光部以及一導光部。入光部包括兩後向光學面、一第一入光面以及兩第二入光面。各第二入光面具有相對的一第一側邊與一第二側邊。第一入光面經由各第二入光面的第一側邊與各第二入光面相連接。各後向光學面經由各第二入光面的第二側邊與各第二入光面相連接。導光部具有多個導光部分支，這些導光部分支沿著不同的延伸方向延伸，其中各導光部分支分別具有一主出光面，第一入光面與這些第二入光面分別與這些導光部分支的這些主出光面相面對。

在本發明的一實施例中，上述的光學透鏡具有一頂表面、一底表面以及多個側表面，其中頂表面與底表面相對，且頂表面經由這些側表面與底表面相連接，且頂表面具有多個頂表面分支，底表面具有多個底表面分支，這些底表面分支分別與這些頂表面分支相對應，且其中一導光部分支的表面是由彼此相對應的其中一頂表面分支與底表面分支以及部分這些側表面所形成。

在本發明的一實施例中，上述的頂表面與底表面在一參考平面上的正投影的輪廓彼此相似，且頂表面在參考平面上的正投影的輪廓的面積小於底表面在參考平面上的正投影的輪廓的面積。

在本發明的一實施例中，上述的頂表面與底表面皆具有T字形輪廓。

在本發明的一實施例中，面向第一入光面或各第二入光面的上述側表面為各導光部分支的主出光面，且各導光部分支的主出光面為梯形。

在本發明的一實施例中，上述的底表面與這些後向光學面、第一入光面以及這些第二入光面相連接，並形成一容置空間。

在本發明的一實施例中，上述的後向光學面與底表面相垂直。

在本發明的一實施例中，上述的第一入光面與底表面之間具有一第一夾角，第一夾角介於90°至160°之間。

在本發明的一實施例中，各上述的側表面與底表面之間具有一第二夾角，第二夾角介於20°至90°之間。

本發明的一種光源模組包括至少一發光單元，且每一發光單元包括一前述的光學透鏡以及一發光元件。發光元件適於提供一光束，其中光束經由光學透鏡的第一入光面與這些第二入光面進入光學透鏡，且光束從導光部分支的主出光面離開光學透鏡。

在本發明的一實施例中，上述的至少一發光單元的數量為多個，且這些發光單元以交錯排列的方式形成一陣列。

基於上述，本發明的光源模組將可藉由光學透鏡的入光部以及導光部的各導光部分支的配置來控制光線出光的軸向以及位置，進而達到分散出光的目的。並且，光源模組亦可藉此控制並調整出光光線的光形，而使使發光二極體所提供的光線能被引導並藉此有效地平均分配至外界，而能消除眩光，並實現良好的光分布特性，而有利於應用在如路燈及其類似者的戶外照明設備中。

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。

圖1A是本發明一實施例的一種光源模組的立體圖。圖1B是圖1A的光源模組的入光部的結構示意圖。請參照圖1A與圖1B，光源模組300包括至少一發光單元200，且每一發光單元200包括一光學透鏡100以及一發光元件210。舉例而言，在本實施例中，發光元件210可為發光二極體，而適於提供一光束。

具體而言，如圖1A與圖1B所示，在本實施例中，光學透鏡100包括一入光部110以及一導光部120。入光部110包括兩藉以達成全反射目的的後向光學面S113、一第一入光面S111以及兩第二入光面S112。各第二入光面S112具有相對的一第一側邊S112a與一第二側邊S112b。第一入光面S111經由各第二入光面S112的第一側邊S112a與各第二入光面S112相連接。各後向光學面S113經由各第二入光面S112的第二側邊S112b與各第二入光面S112相連接。如圖1A所示，在本實施例中，發光元件210所提供的光束主要會經由光學透鏡100的第一入光面S111與這些第二入光面S112，或是部分光束也會經由後向光學面S113進入光學透鏡100。

另一方面，如圖1A所示，在本實施例中，導光部120具有多個導光部分支121、122、123，這些導光部分支121、122、123沿著不同的延伸方向延伸。舉例而言，在本實施例中，導光部120包括一第一導光部分支121、一第二導光部分支122以及一第三導光部分支123，第一導光部分支121沿著一第一方向D1延伸，第二導光部分支122沿著一第二方向D2延伸，第三導光部分支123沿著一第三方向D3延伸。在本實施例中，第一方向D1例如與Y方向平行、第二方向D2與第三方向D3例如與X方向平行。更詳細而言，在本實施例中，第一方向D1朝向+Y方向，第二方向D2朝向+X方向，第三方向D3朝向-X方向。換言之，第一方向D1與第二方向D2或第三方向D3相垂直，而第二方向D2與第三方向D3的方向彼此平行且相反，但本發明不以此為限。

此外，如圖1A所示，在本實施例中，各導光部分支121、122、123分別具有一主出光面MS，第一入光面S111與這些第二入光面S112分別與這些導光部分支121、122、123的這些主出光面MS相面對。如此，當發光元件210所提供的光束進入導光部120後，會在這些導光部分支121、122、123中分別沿著第一方向D1、第二方向D2以及第三方向D3傳遞。如此，發光元件210所提供的光束主要會行進至各導光部分支121、122、123的主出光面MS處後離開光學透鏡100，而少部分光束會經由側表面SS離開光學透鏡100。

如此一來，光源模組300將可藉由光學透鏡100的入光部110以及導光部120的各導光部分支121、122、123的配置來控制光線出光的軸向以及位置，進而達到分散出光的目的。並且，光源模組300亦可藉此控制並調整出光光線的光形，而使使發光二極體所提供的點光源光線能被引導並藉此有效地平均分配成面光源至外界，而能消除刺眼眩光，並實現良好的光分布特性，而有利於應用在如路燈及其類似者的戶外照明設備中。以下將搭配圖2A至圖4B進行進一步地說明。

圖2A是圖1A的光源模組的上視圖。圖2B是圖1A的光源模組的前視圖。圖2C是圖1A的光源模組的側視圖。圖3A是圖2A的光源模組沿線A-A的剖面圖。圖3B是圖2A的光源模組沿線B-B的剖面圖。圖3C是圖2B的光源模組的導光部沿線C-C的剖面圖。如圖2A至圖3C所示，在本實施例中，光學透鏡100具有一頂表面TS、一底表面BS以及多個側表面SS，其中頂表面TS與底表面BS相對，且頂表面TS經由這些側表面SS與底表面BS相連接。

具體而言，如圖2A至圖3C所示，在本實施例中，底表面BS與入光部110的後向光學面S113、第一入光面S111以及這些第二入光面S112相連接，並形成一容置空間，而可用以容置發光元件210。並且，舉例而言，在本實施例中，如圖2C與圖3A所示，後向光學面S113與底表面BS相垂直。如此，發光元件210所提供的光束藉由穿透後向光學面S113而折射時，會在光學透鏡100後方的的垂直面達全反射角而被反射。如此，藉由上述的角度設計以及配置，光學透鏡100將能控制並減少發光元件210所提供的光束會往後方（即-Y方向）出光的比例。

另一方面，如圖2A所示，光學透鏡100的頂表面TS具有多個頂表面分支TS1、TS2、TS3，底表面BS具有多個底表面分支BS1、BS2、BS3，這些底表面分支BS1、BS2、BS3分別與這些頂表面分支TS1、TS2、TS3相對應，且第一導光部分支121的表面是由彼此相對應的其中一頂表面分支TS1與底表面分支BS1以及部分這些側表面SS所形成。類似地，第二導光部分支122的表面亦是由彼此相對應的其中一頂表面分支TS2與底表面分支BS2以及部分這些側表面SS所形成，而第三導光部分支123的表面亦是由彼此相對應的其中一頂表面分支TS3與底表面分支BS3以及部分這些側表面SS所形成。

更詳細而言，如圖2A所示，在本實施例中，頂表面TS與底表面BS在一參考平面上的正投影的輪廓彼此相似。舉例而言，在本實施例中，此參考平面例如為XY平面，而頂表面TS與底表面BS皆具有T字形輪廓。並且，如圖2A所示，在本實施例中，頂表面TS在參考平面上的正投影的輪廓的面積小於底表面BS在參考平面上的正投影的輪廓的面積。換言之，如圖2A至圖2C所示，在本實施例中，導光部120的各導光部分支121、122、123的輪廓會朝著+Z方向漸縮。

另一方面，如圖1A與圖2A所示，在本實施例中，面向第一入光面S111或各第二入光面S112的側表面SS為各導光部分支121、122、123的主出光面MS。具體而言，如前所述的那樣，在本實施例中，由第一入光面S111或各第二入光面S112進入光學透鏡100的光線會從這些導光部分支121、122、123的主出光面MS出光。舉例而言，如圖2A所示，在本實施例中，各導光部分支121、122、123的主出光面MS為梯形。並且，在本實施例中，如圖2C與圖3A所示，第一入光面S111與底表面BS之間具有一第一夾角θ1，第一夾角θ1介於90°至160°之間。另一方面，如圖2B與圖2C所示，在本實施例中，各側表面SS與底表面BS之間具有一第二夾角θ2，第二夾角θ2介於20°至90°之間。並且，如圖2B與圖2C所示，在本實施例中，各側表面SS與對應的頂表面分支TS1、TS2、TS3之間分別具有一第三夾角θ3。在本實施例中，第三夾角θ3例如為130度，但本發明不以此為限，在其他的實施例中，第三夾角θ3亦可為介於90°至175°之間的其他角度。

如此，藉由上述的配置，光學透鏡100將能控制並調整發光元件210所提供的光束往左右（即±X方向）以及前方（即+Y方向）的照明角度，而可用以控制並調整光源模組300的光形分布。

圖4A是圖1A的光源模組於X方向上的光形分布圖，圖4B是圖1A的光源模組於Y方向上的光形分布圖，其中圖4A與圖4B的徑向方向代表的物理量是燭光，而圓周方向則是XY平面上的各方位角的角度，其中+X方向的方位角為0°。如圖4A所示，在本實施例中，圖4A的圓周方向表示的角度範圍為0°至180°，因此圖4A所示的光形分布即為光源模組300在左右兩側（即±X方向）上的光形分布。另一方面，如圖4B所示，在本實施例中，圖4B的圓周方向表示的角度範圍為90°至270°，因此圖4B所示的光形分布即為光源模組300在前後兩側（即±Y方向）上的光形分布。如圖4A與4B所示，在本實施例中，光學透鏡100的光形分布往後方（即-Y方向）出光的比例可大為減少，而集中往左右（即±X方向）以及前方（即+Y方向）出光。並且，如上述所述，光源模組300亦能藉由光學透鏡100的角度設計來控制並調整在左右（即±X方向）以及前方（即+Y方向）的光形分布，而使光源模組300的照明角度符合所需。

如此一來，光源模組300將可藉由光學透鏡100的入光部110以及導光部120的各導光部分支121、122、123的配置來控制光線出光的軸向以及位置，進而達到分散出光的目的。並且，光源模組300亦可藉此控制並調整出光光線的光形，而使使發光二極體所提供的光線能被引導並藉此有效地平均分配至外界，而能消除眩光，並實現良好的光分布特性，而有利於應用在如路燈及其類似者的戶外照明設備中。

圖5A至圖5C是本發明一實施例的另一種光源模組的架構示意圖。圖5A至圖5C的光源模組400與圖1A的光源模組300類似，而差異如下所述。如圖5A至圖5C所示，在本實施例中，光源模組400的至少一發光單元200的數量為多個，且這些發光單元200以交錯排列的方式形成一陣列。更詳細而言，如圖5C所示，發光單元200排列成多列，且相鄰兩列的發光單元200的位置會交替地位移而形成交錯排列。如此，可以較緊密以及經濟的方式配合發光單元200的輪廓而完成各發光單元200的排列，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，發光單元200亦可選擇其他的排列方式來形成。

並且，由於圖5A至圖5C的光源模組400與圖1A的光源模組300相似，而能藉由光學透鏡100的入光部110以及導光部120的各導光部分支121、122、123的配置來達到相同的功能，因此光源模組400能達到與前述的光源模組300類似的效果與優點，在此就不再贅述。

綜上所述，本發明的光源模組將可藉由光學透鏡的入光部以及導光部的各導光部分支的配置來控制光線出光的軸向以及位置，進而達到分散出光的目的。並且，光源模組亦可藉此控制並調整出光光線的光形，而使使發光二極體所提供的光線能被引導並藉此有效地平均分配至外界，而能消除眩光，並實現良好的光分布特性，而有利於應用在如路燈及其類似者的戶外照明設備中。

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。

100‧‧‧光學透鏡

110‧‧‧入光部

120‧‧‧導光部

121‧‧‧第一導光部分支

122‧‧‧第二導光部分支

123‧‧‧第三導光部分支

200‧‧‧發光單元

210‧‧‧發光元件

300、400‧‧‧光源模組

BS‧‧‧底表面

BS1、BS2、BS3‧‧‧底表面分支

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

D3‧‧‧第三方向

MS‧‧‧主出光面

S111‧‧‧第一入光面

S112‧‧‧第二入光面

S112a‧‧‧第一側邊

S112b‧‧‧第二側邊

S113‧‧‧後向光學面

SS‧‧‧側表面

TS‧‧‧頂表面

TS1、TS2、TS3‧‧‧頂表面分支

θ1‧‧‧第一夾角

θ2‧‧‧第二夾角

θ3‧‧‧第三夾角

X、Y、Z‧‧‧方向

圖1A是本發明一實施例的一種光源模組的立體圖。 圖1B是圖1A的光源模組的入光部的結構示意圖。 圖2A是圖1A的光源模組的上視圖。 圖2B是圖1A的光源模組的前視圖。 圖2C是圖1A的光源模組的側視圖。 圖3A是圖2A的光源模組沿線A-A的剖面圖。 圖3B是圖2A的光源模組沿線B-B的剖面圖。 圖3C是圖2B的光源模組的導光部沿線C-C的剖面圖。 圖4A是圖1A的光源模組於X方向上的光形分布圖。 圖4B是圖1A的光源模組於Y方向上的光形分布圖。 圖5A至圖5C是本發明一實施例的另一種光源模組的架構示意圖。

Claims (11)

1. 一種光學透鏡，包括： 一入光部，包括： 兩後向光學面； 一第一入光面；以及 兩第二入光面，其中各該第二入光面具有相對的一第一側邊與一第二側邊，該第一入光面經由各該第二入光面的該第一側邊與各該第二入光面相連接，各該後向光學面經由各該第二入光面的該第二側邊與各該第二入光面相連接；以及 一導光部，具有多個導光部分支，該些導光部分支沿著不同的延伸方向延伸，其中各該導光部分支分別具有一主出光面，該第一入光面與該些第二入光面分別與該些導光部分支的該些主出光面相面對。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學透鏡，具有一頂表面、一底表面以及多個側表面，其中該頂表面與該底表面相對，且該頂表面經由該些側表面與該底表面相連接，且該頂表面具有多個頂表面分支，該底表面具有多個底表面分支，該些底表面分支分別與該些頂表面分支相對應，且其中一該導光部分支的表面是由彼此相對應的其中一該頂表面分支與該底表面分支以及部分該些側表面所形成。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中該頂表面與該底表面在一參考平面上的正投影的輪廓彼此相似，且該頂表面在該參考平面上的正投影的輪廓的面積小於該底表面在該參考平面上的正投影的輪廓的面積。
4. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中該頂表面與該底表面皆具有T字形輪廓。
5. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中面向該第一入光面或各該第二入光面的該些側表面為各該導光部分支的該主出光面，且各該導光部分支的該主出光面為梯形。
6. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中該底表面與該些後向光學面、該第一入光面以及該些第二入光面相連接，並形成一容置空間。
7. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中該些後向光學面與該底表面相垂直。
8. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中該第一入光面與該底表面之間具有一第一夾角，該第一夾角介於90°至160°之間。
9. 如申請專利範圍第2項所述的光學透鏡，其中各該側表面與該底表面之間具有一第二夾角，該第二夾角介於20°至90°之間。
10. 一種光源模組，包括至少一發光單元，且每一該發光單元包括： 一如申請專利範圍第1項至第9項中任一者所述的光學透鏡；以及 一發光元件，適於提供一光束，其中該光束經由該光學透鏡的該第一入光面與該些第二入光面進入該光學透鏡，且該光束從該些導光部分支的該些主出光面離開該光學透鏡。
11. 如申請專利範圍第10項所述的光源模組，其中該至少一發光單元的數量為多個，且該些發光單元以交錯排列的方式形成一陣列。