TWI720621B

TWI720621B - 光線投射裝置及其具有環形發光效果的透鏡結構

Info

Publication number: TWI720621B
Application number: TW108133734A
Authority: TW
Inventors: 郭銘豐
Original assignee: 誠益光電科技股份有限公司
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-01
Also published as: TW202113273A

Abstract

本發明公開一種光線投射裝置及其具有環形發光效果的透鏡結構，其中具有環形發光效果的透鏡結構包括一配光透鏡以及一發光單元。配光透鏡包括一中央光學部分以及一位於中央光學部分外側的周邊部分，周邊部分具有一入光區域以及一出光區域，其中出光區域定義出一環形路徑，且具有多個沿著環形路徑分佈的第一導光結構。發光單元的位置對應入光區域，發光單元所發出的光線能從入光區域傳遞至出光區域，並通過多個第一導光結構而沿著環形路徑行進。

Description

光線投射裝置及其具有環形發光效果的透鏡結構

本發明涉及一種透鏡結構，特別是涉及一種應用於照明車燈之具有環形發光效果的透鏡結構，以及使用其的光線投射裝置。

車燈相當於車輛(如機車或汽車)的眼睛，對行車安全來說十分重要。車燈一般包括發光體及配置於發光體前方的光學透鏡，光學透鏡能對發光體所發出的光線進行配光，以產生預期的照明效果；此外，為了對往來車輛、行人起到警示作用，增加行車安全性，在車燈上通常會配置額外的環形光源模組，例如配置於光學透鏡的外側，用以產生警示用的環形光信號。

然而，環形光源模組的使用不僅會增加組裝的困難度，還會在車燈內部佔據一定的空間，降低車燈的設計彈性。此外，現有的環形光源模組的設計，是將一定數量的發光體(如LED)排成環狀，而相鄰的發光體之間留有間隙，如此將導致產生的環形光不均勻，對應發光體的位置較亮，對應間隙的位置較暗；雖然可以將每一個發光體都設置於反射槽內，以增加光擴散性，但反射槽的加工十分困難，且相對增加了製造成本。此外，一定數量的發光體的使用也會增加元件成本及能耗。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具有環形發光效果的透鏡結構，其所應用的照明車燈不需要額外的環形光源模組。並且，提供一種使用此透鏡結構的光線投射裝置。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種具有環形發光效果的透鏡結構，其包括一配光透鏡以及一發光單元。所述配光透鏡包括一中央光學部分以及一位於所述中央光學部分外側的周邊部分，其中所述周邊部分具有一入光區域以及一出光區域，所述出光區域定義出一環形路徑，且具有多個沿著所述環形路徑分佈的第一導光結構；所述發光單元的位置對應所述入光區域，其中所述發光單元所發出的光線能從所述入光區域傳遞至所述出光區域，並通過多個所述第一導光結構而沿著所述環形路徑行進。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種光線投射裝置，其包括一基座、一近光燈模組、一遠光燈模組、一如前所述的具有環形發光效果的透鏡結構以及一光學結構。所述近光燈模組與所述遠光燈模組都設置於所述基座上，且彼此的位置相對應；所述具有環形發光效果的透鏡結構的位置對應所述近光燈模組與所述遠光燈模組；所述光學結構設置於所述基座與所述配光透鏡之間，用以使所述近光燈模組與所述遠光燈模組所投射出的光線投向所述具有環形發光效果的透鏡結構的所述中央光學部分。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的具有環形發光效果的透鏡結構，其能通過“配光透鏡的周邊部分具有一入光區域以及一出光區域，其中出光區域定義出一環形路徑，且具有多個沿著環形路徑分佈的第一導光結構，而發光單元的位置對應入光區域”的技術方案，以在不影響配光透鏡預期要產生的照明光型的前提之下進一步產生環形發光效果。

更進一步來說，本發明的透鏡結構具有較佳的車燈適應性，即，照明車燈的設計更具彈性；此外，所應用的照明車燈不需要額外的環形光源模組，能降低成本、組裝和加工困難度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

Z:光線投射裝置

1:透鏡結構

11:配光透鏡

11a:中央光學部分

111a:出光面

112a:入光面

11b:周邊部分

11b1:入光區域

11b2:出光區域

111b:後表面

112b:前表面

113b:側表面

12:發光單元

12s:發光面

121:第一發光體

121s:第一發光面

122:第二發光體

122s:第二發光面

2:基座

21:電路基板

3:近光燈模組

31:第一發光單元

32:第一反射單元

4:遠光燈模組

41:第二發光單元

42:第二反射單元

5:光學結構

R:開槽

RS1:第一內表面

RS2:第二內表面

LG1:第一導光結構

LG11:第一反射面

LG2:第二導光結構

LG21:第二反射面

P:環形路徑

θ1、θ2:夾角

K1、K2:光線

K11、K21:反射光線

圖1為本發明第一實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的一種實施方式的其中一立體示意圖。

圖2為本發明第一實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的一種實施方式的另外一立體示意圖。

圖3為本發明第一實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的另一種實施方式的其中一立體示意圖。

圖4為本發明第一實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的另一種實施方式的另外一立體示意圖。

圖5為本發明第一實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的俯視示意圖。

圖6為沿著圖5中VI-VI剖線的其中一剖面示意圖。

圖7為沿著圖5中VI-VI剖線的另外一剖面示意圖。

圖8為本發明第二實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的其中一立體示意圖。

圖9為本發明第二實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的另外一立體示意圖。

圖10為本發明第二實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的俯視示意圖。

圖11為本發明第三實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的其中一立體示意圖。

圖12為本發明第三實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的另外一立體示意圖。

圖13為本發明第三實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的俯視示意圖。

圖14為根據本發明實施例的具有環形發光效果的透鏡結構的光線投射裝置的平面示意圖。

為使照明車燈的設計更具彈性，同時降低製造成本，本發明提供一種具有環形發光效果的透鏡結構，其設計概念是將環形光源整合在配光透鏡的周緣，不影響配光透鏡預期要產生的照明光型。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“光線投射裝置及其具有環形發光效果的透鏡結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

參閱圖1至圖7所示，本發明第一實施例的透鏡結構1包括一配光透鏡11及一發光單元12，配光透鏡11包括一中央光學部分11a及一位於中央光學部分11a外側的周邊部分11b，其中周邊部分11b具有一入光區域11b1及一出光區域11b2，且發光單元12的位置對應入光區域11b1。在本實施例中，周邊部分11b是環繞中央光學部分11a，且兩個部分是一體成型的，但不限於此；中央光學部分11a能與至少一光源模組(圖未示)相互配合，以產生符合車輛法規的照明光型，例如歐洲車輛法規(ECE regulation)所規範的近光燈和遠光燈光型；周邊部分11b具有特殊光學結構，而能與發光單元12相互配合，以在周邊部分11b產生環形發光效果。發光單元12可為一發光二極體(LED)晶片或一發光二極體封裝結構(LED package structure)，但不限於此。

進一步而言，配光透鏡11的中央光學部分11a具有相對設置的一出光面111a及一入光面112a，入光面112a可為一平面，出光面111a可為一外凸的光學曲面，但不限於此。入光面112a能接收投向配光透鏡11的光線，並與出光面111a共同對這些光線進行配光，使這些光線從出光面111a向外投射後產生所需的照明光型。另外，配光透鏡11的周邊部分11b可定義出一環形路徑P，周邊部分11b並具有多個沿著環形路徑分佈P的第一導光結構LG1；發光單元12所發出的光線能從周邊部分11b的入光區域11b1傳遞至其出光區域11b2，並通過多個第一導光結構LG1而沿著環形路徑P行進。

在本實施例中，如圖1、圖3、圖6及圖7所示，發光單元12的配置方式為直下式。進一步而言，發光單元12的位置對應配光透鏡11的周邊部分11b的入光區域11b1，且發光單元12的發光面12s面向配光透鏡11的周邊部分11b的後表面111b，其中發光面12s與後表面111b之間具有一小於0.5微米的間距；如此發光單元12所發出的光線能直接從配光透鏡11的周邊部分11b的後表面111b進入其入光區域11b1，而發光單元12所產生的熱量不會直接傳導至配光透鏡11上，以避免透鏡的熱效應。在一些實施例中，根據實際需要，發光單元12的發光面12s可緊貼於配光透鏡11的周邊部分11b的後表面。

在本實施例中，如圖1至圖5所示，配光透鏡11的光學設計為：配光透鏡11的周邊部分11b的入光區域11b1具有一第二導光結構LG2，其尺寸大於第一導光結構LG1；每一個第一導光結構具有多個第一反射面LG11，第二導光結構具有多個第二反射面LG21。考慮到環形發光效果的連續性和均勻性，多個第一導光結構LG1較佳呈均勻性分佈，即，在配光透鏡11的周邊部分11b的後表面111b上以等間距排列；此外，多個第一導光結構LG1較佳佔後表面111b總面積為70%至80%。在一未繪示的實施例中，多個第一導光結構LG1也可呈非均勻性分佈，即，在配光透鏡11的周邊部分11b的後表面111b上以非等間距排列。

進一步而言，如圖6及圖7所示，多個第一導光結構LG1與第二導光結構LG2可通過一般機械加工或超精密加工方式而形成。每一個第一導光結構LG1可為一自配光透鏡11的周邊部分11b的後表面111b凹設形成的V形微凹槽，或為一自配光透鏡11的周邊部分11b的後表面111b凸設形成的V形微凸條；當第一導光結構LG1為V形微凹槽時，第一反射面LG11的數量為兩個，兩個第一反射面LG11的夾角θ1較佳為95度至150度。另外，第二導光結構LG2可為一自配光透鏡11的周邊部分11b的前表面112b凹設形成的V形凹槽；當第二導光結構LG2為V形凹槽時，第二反射面LG21的數量為兩個，兩個第二反射面LG21的夾角θ2較佳為120度至155度。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本發明。

複參閱圖6所示，下面將進一步描述第一導光結構LG1與第二導光結構LG2的光學作用。發光單元12所發出的其中一光線K1可被第二導光結構LG2的第二反射面LG21反射，以產生反射光線K11從配光透鏡11的周邊部分11b的入光區域11b1傳遞至其出光區域11b2；然後，反射光線K11在入光區域11b1內通過一或多個第一導光結構LG1的第一反射面LG11發生連續反射，而沿著環形路徑P行進。另外，發光單元12所發出的另外一光線K2可被第二導光結構LG2的第二反射面LG21反射，以產生反射光線K21從配光透鏡11的周邊部分11b的入光區域11b1傳遞至其出光區域11b2；然後，反射光線K21再被其中一個第一導光結構LG1的第一反射面LG11反射，以從出光區域11b2向外射出。

[第二實施例]

參閱圖8至圖10所示，本發明第二實施例的透鏡結構1包括一配光透鏡11及一發光單元12，配光透鏡11包括一中央光學部分11a及一位於中央光學部分11a外側的周邊部分11b，其中周邊部分11b具有一入光區域11b1及一出光區域11b2，且發光單元12的位置對應入光區域11b1。配光透鏡11的周邊部分11b可定義出一環形路徑P，周邊部分11b並具有多個沿著環形路徑分佈P的第一導光結構LG1；發光單元12所發出的光線能從周邊部分11b的入光區域11b1傳遞至其出光區域11b2，並通過多個第一導光結構LG1而沿著環形路徑P行進。

本實施例與第一實施例的差異在於：發光單元12的配置方式為側入式。進一步而言，發光單元12的位置對應配光透鏡11的周邊部分11b的入光區域11b1，且發光單元12的發光面12s面向配光透鏡11的周邊部分11b的側表面113b，其中發光面12s與側表面113b之間具有一小於0.5微米的間距，如圖10所示；如此發光單元12所發出的光線能直接從配光透鏡11的周邊部分11b的側表面113b進入其入光區域11b1，而發光單元12所產生的熱量不會直接傳導至配光透鏡11上，以避免透鏡的熱效應。在一些實施例中，根據實際需要，發光單元12的發光面12s可緊貼於配光透鏡11的周邊部分11b的側表面。關於配光透鏡11與發光單元12的其他技術細節，可參考第一實施例所述，在此不再加以贅述。

[第三實施例]

參閱圖11至圖13所示，本發明第三實施例的透鏡結構1包括一配光透鏡11及一發光單元12，配光透鏡11包括一中央光學部分11a及一位於中央光學部分11a外側的周邊部分11b，其中周邊部分11b具有一入光區域11b1及一出光區域11b2，且發光單元12的位置對應入光區域11b1。配光透鏡11的周邊部分11b可定義出一環形路徑P，周邊部分11b並具有多個沿著環形路徑分佈P的第一導光結構LG1；發光單元12所發出的光線能從周邊部分11b的入光區域11b1傳遞至其出光區域11b2，並通過多個第一導光結構LG1而沿著環形路徑P行進。

本實施例與第一和第二實施例的差異在於：發光單元12的配置方式及配光透鏡11的光學設計；在本實施例中，配光透鏡11的周邊部分11b的入光區域11b1具有一開槽R，且發光單元12設置於開槽R內。進一步而言，開槽R具有相對設置的一第一內表面RS1及一第二內表面RS2，第一內表面RS1與第二內表面RS2都可作為環形路徑P的起點；發光單元12可包括一第一發光體121及一第二發光體122，第一發光體121具有一第一發光面121s，其面向開槽R的第一內表面RS1，第二發光體122具有一第二發光面122s，其面向開槽R的第二內表面RS2；為避免透鏡的熱效應，第一發光面121a與第一內表面RS1之間具有一小於0.5微米的間距，第二發光面122s與第二內表面RS2之間也具有一小於0.5微米的間距。關於配光透鏡11與發光單元12的其他技術細節，可參考第一實施例所述，在此不再加以贅述。在一些實施例中，根據實際需要，第一發光體121的第一發光面121s可緊貼於開槽R的第一內表面RS1，或者，第二發光體122的第二發光面122s可緊貼於開槽R的第一內表面RS1。

使用時，第一發光體121所發出的光線能經由第一內表面RS1傳遞至環形路徑P，並在多個第一導光結構LG1的導引下向後傳遞；類似地，第二發光體122所發出的光線能經由第二內表面RS2傳遞至環形路徑P，並在多個第一導光結構LG1的導引下向後傳遞。第一發光體121與第二發光體122各可為一發光二極體晶片或一發光二極體封裝結構，但不限於此。需要說明的是，在第一發光體121與第二發光體122的存在下，所產生的環形發光效果在連續性和均勻性方面能有良好的表現，但本發明並不限制於此。在一些實施例中，配光透鏡11的周邊部分11b的開槽R內，可以只有第一發光體121或第二發光體122。

[第四實施例]

參閱圖14所示，本發明還提供一種光線投射裝置Z，其包括一如前所述的透鏡結構1、一基座2、一近光燈模組3、一遠光燈模組4及一光學結構5。近光燈模組3與遠光燈模組4都設置於基座2上，且彼此的位置相對應；透鏡結構1的位置對應近光燈模組3與遠光燈模組4；光學結構5設置於基座2與配光透鏡11之間，用以使近光燈模組3與遠光燈模組4所投射出的光線投向透鏡結構1的中央光學部分11a。本發明的光線投射裝置Z可應用於車燈照明，且至少具有照明燈及日行燈的兩種使用模式；使用時，近光燈模組3的光線能通過透鏡結構1的中央光學部分11a向外投射而產生近光燈光型，遠光燈模組4的光線能通過透鏡結構1的中央光學部分11a向外投射而產生遠光燈光型；另外，透鏡結構1的周邊部分11b能產生環形發光效果。

在本實施例中，基座2可包括多個散熱結構，且基座2上設有一電路基板21。近光燈模組3可包括一設置於基座2上的第一發光單元31及一用以反射第一發光單元31所發出的光線的第一反射單元32，遠光燈模組4可包括一設置於基座2上的第二發光單元41及一用以反射第二發光單元41所發出的光線的第二反射單元42；第一發光單元31與第二發光單元41設置於電路基板21的兩相對表面(如上、下表面)上，且各可為一發光二極體晶片或一發光二極體封裝結構，第一反射單元32與第二反射單元42各可為一反射燈杯，其反射面可為多曲率複合曲面(如橢球面)。光學結構5用以使第一發光單元31與第二發光單元41的光線發生反射、折射等光學作用，光學結構5可為一導光板，其能定義出近光燈照明所需的光型和明暗截止線。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本發明。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。