TWI770275B

TWI770275B - 配光模組

Info

Publication number: TWI770275B
Application number: TW107131965A
Authority: TW
Inventors: 施威文; 王世昌
Original assignee: 光林智能科技股份有限公司
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2022-07-11
Also published as: TW201923303A; CN109780506A; CN109780506B

Abstract

一種用以控制一光源的光分佈的配光模組，包括一透鏡以及一光學外罩。透鏡具有一第一入光面、一相對於第一入光面的第一出光面及一位於第一入光面的一側的容置凹槽，其中容置凹槽用以容置光源。光學外罩覆蓋透鏡，且具有相對的一第二入光面與一第二出光面，其中第二入光面位於第一出光面與第二出光面之間，且第二入光面具有多個子曲面。相鄰的這些子曲面的交界處相對於這些子曲面呈現轉折樣貌。

Description

配光模組

本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種配光模組。

在傳統照明裝置的設計上，是將光源設置於一光學外罩上的方式來產生所需的光形。而用於道路照明的照明裝置，為了符合不同國家的照明裝置的設置法規以及不同地區有不同的照明上的需求，因此，同一種照明裝置往往需要設計數種甚至是數十種光學外罩來符合法規以及地區上的照明需求。

然而，用於道路照明的照明裝置往往需要長時間開發且成本高昂。再者，每多一種照明裝置的需求也意味著多一份維護成本。因此，對於生產道路照明的照明裝置的廠商，亟需一種能減少照明裝置的開發數量且又能符合各國法規與各種需求的照明裝置。

本發明提供一種配光模組，其可以減少配光模組的開發數量。

本發明的一實施例提供一種用以控制一光源的光分佈的配光模組，包括一透鏡以及一光學外罩。透鏡具有一第一入光面、一相對於第一入光面的第一出光面及一位於第一入光面的一側的容置凹槽，其中容置凹槽用以容置光源。光學外罩覆蓋透鏡，且具有相對的一第二入光面與一第二出光面，其中第二入光面位於第一出光面與第二出光面之間，且第二入光面具有多個子曲面。相鄰的這些子曲面的交界處相對於這些子曲面呈現轉折樣貌。透鏡與光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的一第一光形，且透鏡與光學外罩之另一產生旋轉對稱的一第二光形。

基於上述，本發明的實施例中的配光模組包括透鏡以及光學外罩，透鏡與光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡與光學外罩之另一產生旋轉對稱的第二光形。因此，本發明的配光模組可經由透鏡與光學外罩的組合來產生所需的光形，因此可大幅減少光學外罩的設計數量。

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。

10:照明裝置

100、1700、1800、1900:配光模組

110:光源

120、120A、120B、120C:透鏡

121:第一入光面

122:第一出光面

123:容置凹槽

124:交叉形凸起

124’、126’:正投影

125:交叉形凹陷

126:十字形凸起

127:十字形凹陷

128:側面

129:頂點

130、130A、130B、130C、230:光學外罩

131:第二入光面

132:第二出光面

133、133a、133b、133c、133d、133e:子曲面

133f、133g:交界處

140、240:反射底座

141:凸緣

142:反射面

250:卡扣

A、C:光軸

B:中心軸

B1:第一長軸

B2:第二長軸

B3、C3:縱長方向

B4、C4:橫寬方向

D:外徑

E:最大強度方向

H、H1、H2:厚度

T:距離

α:第一夾角

β:第二夾角

圖1A繪示為本發明的第一實施例的照明裝置的側視示意圖。

圖1B為圖1A的照明裝置沿著光軸A切開的剖視示意圖。

圖2A-2C為本發明實施例中的光學外罩的三種子曲面的示意圖。

圖3A-3B為本發明的一實施例的透鏡的立體示意圖。

圖3C與圖3D分別是圖3B的透鏡沿著第二長軸B2與第一長軸B1的剖視示意圖。

圖4A-4B為本發明的另一實施例的透鏡的立體示意圖。

圖4C與圖4D分別是圖4B的透鏡沿著縱長方向B3與橫寬方向B4的剖視示意圖。

圖5A-5B為本發明的又一實施例的透鏡的立體示意圖。

圖5C與圖5D分別是圖5B的透鏡沿著縱長方向B3與橫寬方向的B4剖視示意圖。

圖6A-6B為本發明的再一實施例的透鏡的立體示意圖。

圖6C為圖6B的透鏡的剖視示意圖。

圖7A-7B為本發明的一實施例的光學外罩的立體示意圖。

圖7C為圖7B的光學外罩的剖視示意圖。

圖7D為圖7A的光學外罩的上視示意圖。

圖8A-8B為本發明的另一實施例的光學外罩的立體示意圖。

圖8C與圖8D分別是圖8B的光學外罩沿著橫寬方向C4與縱長方向C3的剖視示意圖。

圖8E為圖8A的光學外罩的上視示意圖。

圖9A-9B為本發明的又一實施例的光學外罩的立體示意圖。

圖9C與圖9D分別是圖9B的光學外罩沿著橫寬方向C4與縱長方向C3的剖視示意圖。

圖9E為圖9A的光學外罩的上視示意圖。

圖10為本發明實施例中的光源的光形分佈圖。

圖11A與圖11B為圖10的光源經過圖3A的透鏡後，分別在第一長軸B1方向與第二長軸B2方向上所產生光形分佈圖。

圖11C與圖11D分別為圖11A與圖11B的光形再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光形分佈圖。

圖12A為圖10的光源經過圖6A的透鏡後所產生的光形分佈圖。

圖12B為圖12A的光形再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光形分佈圖。

圖13A為圖10的光源經過圖3A的透鏡後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖13B為圖13A的光分佈再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖14A為圖10的光源經過圖6A的透鏡後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖14B為圖14A的光分佈再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖15A為圖10的光源先經過圖4A的透鏡，再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖15B為圖10的光源先經過圖5A的透鏡，再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖16A為圖10的光源先經過圖6A的透鏡，再經過圖8A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖16B為圖10的光源先經過圖6A的透鏡，再經過圖9A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

圖17繪示為本發明的第二實施例的照明裝置的剖視示意圖。

圖18繪示為本發明的第三實施例的照明裝置的剖視示意圖。

圖19繪示為本發明的第四實施例的照明裝置的剖視示意圖。

圖20繪示為本發明一實施例的照明裝置的一種組裝結構的立體示意圖。

圖1A繪示為本發明的第一實施例的照明裝置的側視示意圖。圖1B為圖1A的照明裝置沿著光軸A切開的剖視示意圖。圖2A-2C為本發明實施例中的光學外罩的三種子曲面的示意圖。圖3A-3B為本發明的一實施例的透鏡的立體示意圖。圖3C與圖3D分別是圖3B的透鏡沿著第二長軸B2與第一長軸B1的剖視示意圖。圖4A-4B為本發明的另一實施例的透鏡的立體示意圖。圖4C與圖4D分別是圖4B的透鏡沿著縱長方向B3與橫寬方向B4的剖視示意圖。圖5A-5B為本發明的又一實施例的透鏡的立體示意圖。圖5C與圖5D分別是圖5B的透鏡沿著縱長方向B3與橫寬方向的B4剖視示意圖。圖6A-6B為本發明的再一實施例的透鏡的立體示意圖。圖6C為圖6B的透鏡的剖視示意圖。圖7A-7B為本發明的一實施例的光學外罩的立體示意圖。圖7C為圖7B的光學外罩的剖視示意圖。圖7D為圖7A的光學外罩的上視示意圖。圖8A-8B為本發明的另一實施例的光學外罩的立體示意圖。圖8C與圖8D分別是圖8B的光學外罩沿著橫寬方向C4與縱長方向C3的剖視示意圖。圖8E為圖8A的光學外罩的上視示意圖。圖9A-9B為本發明的又一實施例的光學外罩的立體示意圖。圖9C與圖9D分別是圖9B的光學外罩沿著橫寬方向C4與縱長方向C3的剖視示意圖。圖9E為圖9A的光學外罩的上視示意圖。

為了方便說明，部份圖式中的光學外罩的緯線僅示意說明，並沒有全部畫出，例如圖7B的光學外罩的緯線僅以三條緯線示意。

請先參照圖1A與圖1B，本實施例的照明裝置10包括一光源110以及一配光模組100。配光模組100用以控制光源110的光分佈。配光模組100包括一透鏡120以及一光學外罩130。透鏡120具有一第一入光面121、一相對於第一入光面121的第一出光面122及一位於第一入光面121的一側的容置凹槽123，其中容置凹槽123用以容置光源110。在本實施例中，圖1B的透鏡120為圖6A的透鏡120D。但本發明不以此為限，透鏡120亦可為圖3A的透鏡120A、圖4A的透鏡120B、圖5A的透鏡120C或是依需要以其他形狀的透鏡來取代。

光學外罩130覆蓋透鏡120，且具有相對的一第二入光面 131與一第二出光面132，其中第二入光面131位於第一出光面122與第二出光面132之間，且第二入光面131具有多個子曲面133。相鄰的這些子曲面133的交界處133f、133g相對於這些子曲面133呈現轉折樣貌。透鏡120與光學外罩130之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的一第一光形，且透鏡120與光學外罩130之另一產生旋轉對稱的一第二光形。在本實施例中，圖1B的光學外罩130為圖7A的光學外罩130A。但本發明不以此為限，光學外罩130亦可為圖8A的光學外罩130B、圖9A的光學外罩130C或是依需要以其他光學外罩的形變來取代。

在本實施例中，光源110例如為發光二極體(light emitting diode,LED)。但本發明不以此為限，光源110亦可為雷射二極體、白熾燈、汞燈、鹵素燈、螢光燈或其他合適的光源。

在本實施例中，透鏡120可為聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA。即壓克力)、矽膠或是光學玻璃等合適的材質，較佳為壓克力，可具有較高的出光效率且可以射出成型的方式製作。而光學外罩130可為聚碳酸酯、壓克力、矽膠或是玻璃等合適的材質，較佳為聚碳酸酯，具有較佳的耐候性且可以射出成型的方式製作。此外，對於大尺寸的配光模組100，其光學外罩130也可選用光學玻璃材質。

再者，在本實施例中，光學外罩130更可加入擴散劑，用以增進光學外罩130將光均勻化的能力。而光學外罩130的第二出光面132上可塗佈防刮硬化膜層(Hard Coating)，用以增加光學外罩130的結構強度。

以下將接著說明在本發明實施例中的照明裝置10的光學外罩130的具體特徵。

請再參照圖1B，在本實施例中，照明裝置10的光學外罩130在靠近光學外罩130的邊緣的子曲面(例如為子曲面133a)的中心至第二出光面132的厚度H1大於靠近光學外罩130的中央的子曲面(例如為子曲面133b)的中心至第二出光面132的厚度H2。其中，每一子曲面133與第二出光面132的距離從靠近光學外罩130的邊緣的一端往靠近光學外罩130的中心的一端遞減。

此外，光學外罩130的第二入光面131在環繞光學外罩130的光軸A的方向上相鄰的子曲面133的交界處133f呈凸脊形狀(例如圖1B、圖2A至圖2C及圖7D，其中圖7D可明顯地看出交界處133f呈凸脊形狀)，而光學外罩130的第二入光面131在從光學外罩130的邊緣至光學外罩130的中心的方向上相鄰的子曲面的交界處133g具有段差(例如圖1B、圖2A至圖2C及圖7C，其中圖1B與圖7C可明顯地看出交界處133g具有段差)。

值得注意的是，相較於菲涅耳透鏡(Fresnel lens)在環繞光軸方向上的曲面為連續光滑曲面，本發明實施例的光學外罩130的第二入光面131包含複數個子曲面133，其中在環繞光學外罩130的光軸A的方向上相鄰的子曲面133的交界處133f呈凸脊形狀。因此，本發明實施例的光學外罩130的第二入光面131的結構不同於菲涅耳透鏡的結構。

再者，在本實施例中，光學外罩130的子曲面133具有將光分佈均勻化的功用，但本發明不以此為限，子曲面133亦可設計為將光集中或是依需要而產生其他的光形。以下將詳述子曲面133將光分佈均勻化的具體實施方式。

請參照圖2A至圖2C，首先，圖2A與圖2B中的一條虛線標示了子曲面133c與子曲面133d各自的曲面的相鄰的子曲面133的交界處133f的凸脊處的連線，而另一條虛線標示了子曲面133c與子曲面133d各自的曲面離第二出光面132最短距離的點的延伸線，其中子曲面133c的兩條虛線之間的距離為0.5毫米，且子曲面133d的兩條虛線之間的距離為1.0毫米，此外，圖2C的子曲面133e的曲面的最低點與曲面的最高點之間的夾角為60度。

表一為子曲面133c、子曲面133d與子曲面133e的發散效果，具體而言，將一光源110往其中心軸B的45度的方向來將光源110的光往光學外罩140的方向輸出，其中光源110的光的輸出角度範圍為5度。因此，子曲面133c將5度的範圍發散為32度，其發散效果為低；子曲面133d將5度的範圍發散為98度，其發散效果為中；而子曲面133e將5度的範圍發散為110度，其發散效果為高。因此，可依據環境需求，將光學外罩130的子曲面133設計為上述子曲面133c、子曲面133d與子曲面133e的其中一種來產生所需要的光形或是發散效果，而本發明不以此為限，光學外罩130的子曲面133亦可是上述子曲面133c、子曲面133d與子曲面133e的組合來產生其他特定的光形。

因此，相較於菲涅耳透鏡僅能具有將光聚焦的功能，本發明實施例的光學外罩130可依子曲面133的結構而產生所需要的光形分佈，而不限制於將光集中或是將光發散的光形分佈。

而上述透鏡120與光學外罩130之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡120與光學外罩130之另一產生旋轉對稱的第二光形。具體而言，為透鏡120產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且光學外罩130產生旋轉對稱的第二光形的實施方式；或者是，光學外罩130產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡120產生旋轉對稱的第二光形的實施方式。

以下先說明透鏡120產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，例如為圖3A至圖6C中，透鏡120A至透鏡120D分別為透鏡120A可產生非旋轉對稱的第一光形、透鏡120B可產生旋轉對稱的第一光形、透鏡120C可產生旋轉對稱的第一光形以及透鏡120D可產生軸對稱的第一光形，且光學外罩130產生旋轉對稱的第二光形的實施方式，例如為圖7A至圖7C的光學外罩130A產生旋轉對稱第二光形。

在本說明書中的「旋轉對稱」是指一圖形繞著對稱軸每旋轉一小於360度的角度後，此圖形會與旋轉前的圖形重合，則此圖形為旋轉對稱的圖形。舉例而言，正方形為90度的旋轉對稱圖形(因為正方形每旋轉90度後，圖形會與旋轉前重合)，長方形為180度的旋轉對稱圖形，而三角形為120度的旋轉對稱。此外，「軸對稱」是指一圖形繞著對稱軸每旋轉任意角度後，此圖形都會與旋轉前重合，也就是軸對稱即為任意角度的旋轉對稱，而軸對稱圓形例如為圓形。

首先，請先參照圖3A至圖3D，在本實施例中的透鏡120A在垂直於光源110所發出的光的中心軸B的方向具有一第一長軸B1，容置凹槽123在垂直於光源110所發出的光的中心軸B的方向具有一第二長軸B2，第一長軸B1的方向不同於第二長軸B2的方向，且透鏡120A產生非旋轉對稱的第一光形。在本實施例中，第一長軸B1垂直於第二長軸B2，第一出光面122在垂直於第一長軸B1的方向上非為鏡向對稱，且容置凹槽123在第二長軸B2的方向上非為鏡向對稱。此外，在本實施例中，第一出光面122在垂直於第二長軸B2的方向上為鏡向對稱，且容置凹槽123在第一長軸B1的方向上為鏡向對稱。

請再參照圖4A至圖4D，在本實施例中的透鏡120B具有一縱長方向B3及一橫寬方向B4。在圖4A與圖4B中，第一出光面122上的凸起處以實線繪示，且凹陷處以虛線繪示。也就是說，第一出光面122具有一交叉形凸起124，交叉形凸起124在垂直於透鏡120B的光軸C的一參考平面上(例如是圖3A的xz平面上) 的正投影124’之延伸方向相對於縱長方向B3及橫寬方向B4傾斜。在圖4A中，第一入光面121上的凸起處以實線繪示，且凹陷處以虛線繪示。也就是說，第一入光面121具有一交叉形凹陷125，交叉形凹陷125在參考平面上(例如是圖4A的xz平面上)的正投影124’之延伸方向相對於縱長方向B3及橫寬方向B4傾斜。在本實施例中，透鏡120B的縱長方向B3及橫寬方向B4互相垂直，因此透鏡120B產生旋轉對稱(例如是180度的旋轉對稱)的第一光形；而在其他實施例中，透鏡120B的縱長方向B3及橫寬方向B4不互相垂直，使得透鏡120B可產生非旋轉對稱的第一光形。

請再參照圖5A至圖5D，在本實施例中的透鏡120C具有一縱長方向B3及一橫寬方向B4。在圖5A與圖5B中，第一出光面122上的凸起處以實線繪示，且凹陷處以虛線繪示。也就是說，第一出光面122具有一十字形凸起126，十字形凸起126在垂直於透鏡120C的光軸C的一參考平面上(例如是圖5A的xz平面上)的正投影126’之延伸方向相同於縱長方向B3及橫寬方向B4。在圖5A中，第一入光面121上的凸起處以實線繪示，且凹陷處以虛線繪示。也就是說，第一入光面121具有一十字形凹陷127，十字形凹陷127在參考平面上(例如是圖5A的xz平面上)的正投影126’之延伸方向相同於縱長方向B3及橫寬方向B4。在本實施例中，透鏡120C的縱長方向B3及橫寬方向B4互相垂直，因此透鏡120C產生旋轉對稱(例如是180度的旋轉對稱)的第一光形；而在其他實施例中，透鏡120C的縱長方向B3及橫寬方向B4不互相垂直，使得透鏡120C可產生非旋轉對稱的第一光形。

請再參照圖6A至圖6C，在本實施例中的透鏡120D的第一入光面121與第一出光面122皆呈軸對稱，其中第一入光面121的側面128隨著越靠近第一出光面122的頂點129而越陡陗。

再者，請參照圖7A至圖7C，在本實施例中，光學外罩130A的第二出光面131呈軸對稱，其中這些子曲面133繞著光學外罩130A的光軸A呈多層環狀排列，且光學外罩130A產生旋轉對稱第二光形。

基於上述圖3A至圖6C的透鏡120A至透鏡120D可產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且圖7A至圖7C的光學外罩130A產生旋轉對稱第二光形。因此，本實施例的配光模組100可依需求而選擇上述四種透鏡120A-120D的其中一種與光學外罩130A組合，也就是說，本實施例的照明裝置10可組合出四種不同光形的照明裝置10。值得一提的是，透鏡120D可產生軸對稱的光形，且光學外罩130A也可產生旋轉對稱的光形，因此在透鏡120D與光學外罩130A的組合中，透鏡120D可產生軸對稱的第一光形(或第二光形)且光學外罩130A可產生旋轉對稱的第二光形(或第一光形)。

以下再說明透鏡120產生旋轉對稱的第二光形，例如為圖6A至圖6C的透鏡120D可產生軸對稱的第二光形，且光學外罩130產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形的實施方式，例如為圖8A至圖9E的光學外罩130B與130C可產生鏡向對稱的第一光形。

首先，請先參照圖6A至圖6C，本實施例的透鏡120D可產生軸對稱第二光形，相同的特徵可參照上述說明，因此不再贅述。

再者，請再參照圖8A至圖9E，在本實施例中的光學外罩130B與130C具有一縱長方向C3與一橫寬方向C4。光學外罩130B與130C於縱長方向C3為鏡向對稱，且於橫寬方向C4為非鏡向對稱，且光學外罩130B與130C產生非旋轉對稱的第一光形，其中這些子曲面133在縱長方向C3上為鏡向對稱且在橫寬方向C4上為非鏡向對稱的多層環狀排列。多層環狀排列之靠近光學外罩130B與130C的中心的數層(例如靠近子曲面133b)呈心形環狀。此外，在本實施例中，圖8A的光學外罩130B與圖9A的光學外罩130C的高度不同。也就是說，搭配了圖8A的光學外罩130B的照明裝置的厚度會大於搭配了圖9A的光學外罩130C的照明裝置的厚度。

基於上述圖6A至圖6C的透鏡120D可產生軸對稱的第二光形，且圖8A至圖9E的光學外罩130B與130C可產生鏡向對稱的第一光形。因此，本實施例的配光模組100可依需求而選擇上述兩種光學外罩130B、130C的其中一個與透鏡120D組合，也就是說，本實施例的配光模組100可組合出二種不同光形的配光模組100。

值得一提的是，依據上述實施例，透鏡為第一光形且光學外罩為第二光形的實施方式共有四種，而透鏡為第二光形且光學外罩為第一光形的實施方式共有兩種，因此可分別組合出共六種不同光形的配光模組100。但本發明不以此為限，光學外罩的寬度與高度比也可依光形或光分佈的實際需求而設計。

以下先說明依照本發明上述實施例的透鏡120與光學外罩130可產生的光分佈的特徵，接著再說明光學外罩在不同的寬度與高度比的實施方式。

圖10為本發明實施例中的光源的光形分佈圖。圖11A與圖11B為圖10的光源經過圖3A的透鏡後，分別在第一長軸B1方向與第二長軸B2方向上所產生光形分佈圖。圖11C與圖11D分別為圖11A與圖11B的光形再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光形分佈圖。圖12A為圖10的光源經過圖6A的透鏡後所產生的光形分佈圖。圖12B為圖12A的光形再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光形分佈圖。

請先參照圖10至圖11D，圖10的光源為發光二極體，由圖10可知所選定的光源的光形較為集中，因此可以檢測出透鏡120與光學外罩130產生光形的能力。接著，由於透鏡120A在第一長軸B1方向上具有鏡向對稱(例如圖3D)，因此圖11A的光形也具有鏡向對稱；反之，由於透鏡120A在第二長軸B2方向上不具有對稱性(例如圖3C)，因此圖11B的光形也不具有對稱性。值得一提的是，圖11C與圖11D相較於11A與圖11B，圖11C與圖11D的光形的分佈較為平均，可見得光學外罩130A的子曲面133 具有將光分佈均勻化的效果。

請再參照圖10、圖12A與圖12B，由於圖12A與圖12B中所使用的透鏡120D與光學外罩130A皆具有旋轉對稱，因此皆可產生具有旋轉對稱的光形。而類似於上述圖11C與圖11D的光形的分佈，相較於圖12A，圖12B的光形的分佈也較為平均，因此也可得知光學外罩130A的子曲面133具有將光分佈均勻化的功能。

接著，簡述依照上述實施例中的透鏡與光學外罩的組合可產生的光分佈(光能量分佈，即等照度線圖)。下面先說明透鏡產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且光學外罩產生旋轉對稱的第二光形的實施方式的光分佈，再說明光學外罩產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡產生旋轉對稱的第二光形的實施方式的光分佈。

圖13A為圖10的光源經過圖3A的透鏡後所產生的光分佈的等照度線圖。圖13B為圖13A的光分佈再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。圖14A為圖10的光源經過圖6A的透鏡後所產生的光分佈的等照度線圖。圖14B為圖14A的光分佈再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。圖15A為圖10的光源先經過圖4A的透鏡，再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。圖15B為圖10的光源先經過圖5A的透鏡，再經過圖7A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

首先，說明透鏡產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且光學外罩產生旋轉對稱的第二光形的實施方式的光分佈。在等照度線的圖式中，橫軸與縱軸的單位是以本發明的配光模組所設置的高度為單位，例如設置在10英尺的高度，而等照度線旁所標示的數字為照度，其單位為fc(Lm/ft²，即每平方英尺的流眀值)。此外，虛線為一半最大強度的連線。

請先參照圖13A與圖13B，圖13A與圖13B的光分佈除了具有非對稱的特性，其光分佈在縱軸上也偏向分佈於上方，因此，若作為道路照明的使用裝置，可設置為將圖13A與圖13B的縱軸的下方偏向人行道一側(或是房屋一側)，並將圖13A與圖13B的縱軸的上方偏向車道一側，也就是說，同時在車道與人行道都照明，且在車道一側的光分佈範圍較小，而在人行道一側的光分佈範圍較大。

接著，請參照圖14A與圖14B，由於圖6A的透鏡120D與圖7A的光學外罩130A皆具有旋轉對稱，因此，圖14A與圖14B的光分佈也具有旋轉對稱。

再者，請同時參照圖15A與圖15B，若將圖15A與圖15B相對比，圖15B的光分佈較為均勻，因此較合適用於一般大範圍的照明；而圖15A的光分佈較為狹長集中，因此適用於狹窄道路/巷弄的照明。例如將光投射在垂直於道路方向，可減少投射至道路兩旁的房屋的光能量。

接著，說明光學外罩產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡產生旋轉對稱的第二光形的實施方式的光分佈。

圖16A為圖10的光源先經過圖6A的透鏡，再經過圖8A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。圖16B為圖10的光源先經過圖6A的透鏡，再經過圖9A的光學外罩之後所產生的光分佈的等照度線圖。

請同時參照圖16A與圖16B，若將圖16A與圖16B相對比，圖16A的光分佈在橫軸上的分佈較窄，在0.1fc範圍具有4倍的桿高比例，而圖16B在橫軸上的分佈較寬，在0.1fc範圍具有5倍的桿高比例。因此，在燈桿與燈桿之間的間距的設置上，圖16B可以具有較寬的間距。

接著，說明依照本發明上述實施例的光學外罩的不同的寬度與高度比的實施方式。

圖17繪示為本發明的第二實施例的照明裝置的剖視示意圖。圖18繪示為本發明的第三實施例的照明裝置的剖視示意圖。圖19繪示為本發明的第四實施例的照明裝置的剖視示意圖。

請先參照圖1B，在本實施例中，照明裝置10更包括一反射底座140，其中光源110、透鏡120及光學外罩130均配置於反射底座140上，反射底座140具有一與光源110所發出的光的中心軸B夾一第一夾角α的反射面142，光源110所發出的光在經過透鏡120後的一最大強度方向E與中心軸B具有一第二夾角β。例如是，圖11A的光形在±60度的方向上具有最大強度、圖11B的光形在-30度的方向上具有最大強度與圖12A的光形在±45度的方向上具有最大強度。較佳地，第二夾角β小於或等於第一夾角α，使照明裝置10可依實際的道路狀況而將光形的最大強度方向E照明在道路上所需的位置，然本發明不以此為限。

此外，在本實施例的照明裝置10中，反射底座140具有一凸緣141，光學外罩130在平行於光源110所發出的光的中心軸B的方向上的厚度為H，光學外罩130在靠近光源110的底部至凸緣141在遠離光源110的頂部於平行中心軸B的方向上的距離(即凸緣高度)為T。在本發明的一實施例中(例如為圖18的照明裝置10)，H≦T，可使光學外罩130完全隱蔽在反射底座140的凸緣141內，因此可減少被異物撞擊損毀的機會。在本發明的其他實施例中(例如為圖1B的照明裝置10與圖17的照明裝置10)，H>T，可使光學外罩130經由例如是雨水或露水流過等方式，而具有自我清潔的能力。

再者，光學外罩130在垂直於中心軸B的方向上的外徑為D。值得一提的是，雖然本發明並不限制光學外罩140的厚度H與外徑D的尺寸與比例，但為了最佳實施本發明，當H>T時，本實施例的D/H最佳為落在0.5至25的範圍內。舉例來說，圖1B的照明裝置10的D/H可為4.24，其中外徑D為212毫米，厚度H為50毫米；圖17的照明裝置10的D/H可為2.4，其中外徑D為212毫米，厚度H為88毫米；而圖18的照明裝置10的D/H可為21.2，其中外徑D為212毫米，厚度H為10毫米。

再者，上述實施例中的照明裝置10的光學外罩130的第二出光面132可為一體式的設計，也就是光學外罩130的第二出光面132為光滑曲面，可將照明裝置10的內部密封而達到防塵及防水的功能，因此具有較佳的抗環境汙染能力，也就是維護的成本較低。此外，光學外罩130的厚度約大於1.5毫米以上即可有屈光能力，因此，相較於傳統的照明裝置往往需要較厚的厚度才能具有足夠的屈光度，上述實施例中的光學外罩130在較薄的厚度仍可具有足夠的屈光能力，因此上述實施例中的照明裝置10也可減少製造的成本。

除此之外，在本實施例中，凸緣高度的大小可依照設計需求，本發明不以此為限，且本發明可包含無凸緣者，即T可為0。而且，在上述實施例中，圖1B、圖17與圖18的反射底座140的反射面142的第一夾角α均小於90度，但本發明不以此為限，例如圖19所示，配光模組1900的反射底座140的反射面142的第一夾角α也可大於等於90度。

基於上述本發明實施例的照明裝置(例如圖1B、圖17與圖18的照明裝置10)的透鏡120、光學外罩130以及反射底座140的說明，本發明的實施例的照明裝置10的光分佈可分為四種類型。具體而言，請參照圖1B、圖17以及圖18，光分佈的第一類型為(例如圖18的照明裝置10)：光源110所發出的光在通過光學外罩130後於遠場光強度分布上，在與光學外罩130的光軸A夾大於等於90度的方向上的光能量佔光在通過光學外罩130後的總能量的比例為0%，且光在通過光學外罩130後在與光軸A夾80 度到90度的方向上的光能量佔總能量的比例小於10%。

在另一實施例中，光分佈的第二類型為：光源110所發出的光在通過光學外罩130後於遠場光強度分布上，在與光學外罩130的光軸A夾大於等於90度的方向上的光能量佔光在通過光學外罩130後的總能量的比例小於2.5%，且光在通過光學外罩130後在與光軸A夾80度到90度的方向上的光能量佔總能量的比例小於10%。

在又一實施例中，光分佈的第三類型為：光源110所發出的光在通過光學外罩130後於遠場光強度分布上，在與光學外罩130的光軸A夾大於等於90度的方向上的光能量佔光在通過光學外罩130後的總能量的比例小於5%，且光在通過光學外罩130後在與光軸A夾80度到90度的方向上的光能量佔總能量的比例小於20%。

再者，光分佈的第四類型為(例如圖1B的照明裝置10與圖17的照明裝置10)：光源110所發出的光在通過光學外罩130後於遠場光強度分布上，在與光學外罩130的光軸A夾大於等於90度的方向上的光能量佔光在通過光學外罩130後的總能量的比例並不受限制，且光在通過光學外罩130後在與光軸A夾80度到90度的方向上的光能量佔總能量的比例也不受限制。

基於上述，本發明實施例的配光模組與照明裝置包括透鏡以及光學外罩，透鏡與光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡與光學外罩之另一產生旋轉對稱的第二光形。因此，配光模組與照明裝置可經由透鏡與光學外罩的組合來產生所需的光形，可符合於照明裝置的設置法規以及適於各種不同的道路狀況。此外，本發明實施例的配光模組與照明裝置經由透鏡與光學外罩的組合，相較於傳統的照明裝置，可大幅減少光學外罩的設計數量。

圖20繪示為本發明一實施例的照明裝置的一種組裝結構的立體示意圖。請參照圖20，在本實施例中，圖20的照明裝置10的反射底座240可為圖1B的反射底座140。此外，圖20的照明裝置10的光學外罩230可為圖1B的光學外罩130。也就是說，圖20的照明裝置10的的光學外罩230可為圖7A的光學外罩130A、圖8A的光學外罩130B、圖9A的光學外罩130C或依其他需求而使用的光學外罩，本發明不以此為限。

此外，在本實施例中，照明裝置10可以螺絲鎖附、機械卡扣、彈性壓板、手轉卡槽或是上述的組合等方式來將光學外罩230組裝在反射底座240上，但本發明不以上述方式為限，亦可經由其他合適的方式將光學外罩230組裝在反射底座240上，例如是磁吸、黏貼等等。

綜上所述，本發明的實施例的配光模組與照明裝置包括透鏡以及光學外罩，透鏡與光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的第一光形，且透鏡與光學外罩之另一產生旋轉對稱的第二光形。因此，配光模組與照明裝置可經由透鏡與光學外罩的組合來產生所需的光形，可符合於照明裝置的設置法規以及適於各種不同的道路狀況。此外，本發明的實施例的配光模組與照明裝置經由透鏡與光學外罩的組合，相較於傳統的照明裝置，可大幅減少光學外罩的設計數量。

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。

10‧‧‧照明裝置

100‧‧‧配光模組

110‧‧‧光源

120、120D‧‧‧透鏡

121‧‧‧第一入光面

122‧‧‧第一出光面

123‧‧‧容置凹槽

130、130C‧‧‧光學外罩

131‧‧‧第二入光面

132‧‧‧第二出光面

133、133a、133b‧‧‧子曲面

133f、133g‧‧‧交界處

140‧‧‧反射底座

141‧‧‧凸緣

142‧‧‧反射面

A‧‧‧光軸

B‧‧‧中心軸

D‧‧‧外徑

E‧‧‧最大強度方向

H、H1、H2‧‧‧厚度

T‧‧‧距離

α‧‧‧第一夾角

β‧‧‧第二夾角

Claims

一種配光模組，用以控制一光源的光分佈，該配光模組包括：一透鏡，具有一第一入光面、一相對於該第一入光面的第一出光面及一位於該第一入光面的一側的容置凹槽，其中該容置凹槽用以容置該光源；以及一光學外罩，覆蓋該透鏡，且具有相對的一第二入光面與一第二出光面，其中該第二入光面位於該第一出光面與該第二出光面之間，且該第二入光面具有多個子曲面，相鄰的該些子曲面的交界處相對於該些子曲面呈現轉折樣貌，其中，該透鏡與該光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的一第一光形，且該透鏡與該光學外罩之另一產生旋轉對稱的一第二光形，其中該透鏡在垂直於該光源所發出的光的中心軸的方向具有一第一長軸，該容置凹槽在垂直於該光源所發出的光的該中心軸的方向具有一第二長軸，該第一長軸的方向不同於該第二長軸的方向，且該透鏡產生非旋轉對稱的該第一光形，該光學外罩產生該第二光形，該些子曲面繞著該光學外罩的光軸呈多層環狀排列，且在任一層環狀排列的複數個子曲面繞著該光學外罩的該光軸旋轉排列，其中該光學外罩的該光軸實質上平行於該光源的光軸，從最遠離該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最遠離該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度大於從最接近該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最接近該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度。
一種配光模組，用以控制一光源的光分佈，該配光模組包括：一透鏡，具有一第一入光面、一相對於該第一入光面的第一出光面及一位於該第一入光面的一側的容置凹槽，其中該容置凹槽用以容置該光源；以及一光學外罩，覆蓋該透鏡，且具有相對的一第二入光面與一第二出光面，其中該第二入光面位於該第一出光面與該第二出光面之間，且該第二入光面具有多個子曲面，相鄰的該些子曲面的交界處相對於該些子曲面呈現轉折樣貌，其中，該透鏡與該光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的一第一光形，且該透鏡與該光學外罩之另一產生旋轉對稱的一第二光形，其中該透鏡具有一縱長方向及一橫寬方向，該第一出光面具有一交叉形凸起，該交叉形凸起在垂直於該透鏡的光軸的一參考平面上的正投影之延伸方向相對於該縱長方向及該橫寬方向傾斜，該第一入光面具有一交叉形凹陷，該交叉形凹陷在該參考平面上的正投影之延伸方向相對於該縱長方向及該橫寬方向傾斜，且該透鏡產生旋轉對稱的該第一光形，該些子曲面繞著該光學外罩的光軸呈多層環狀排列，且在任一層環狀排列的複數個子曲面繞著該光學外罩的該光軸旋轉排列，其中該光學外罩的該光軸實質上平行於該光源的光軸，從最遠離該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最遠離該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度大於從最接近該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最接近該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度。
一種配光模組，用以控制一光源的光分佈，該配光模組包括：一透鏡，具有一第一入光面、一相對於該第一入光面的第一出光面及一位於該第一入光面的一側的容置凹槽，其中該容置凹槽用以容置該光源；以及一光學外罩，覆蓋該透鏡，且具有相對的一第二入光面與一第二出光面，其中該第二入光面位於該第一出光面與該第二出光面之間，且該第二入光面具有多個子曲面，相鄰的該些子曲面的交界處相對於該些子曲面呈現轉折樣貌，其中，該透鏡與該光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的一第一光形，且該透鏡與該光學外罩之另一產生旋轉對稱的一第二光形，其中該透鏡具有一縱長方向及一橫寬方向，該第一出光面具有一十字形凸起，該十字形凸起在垂直於該透鏡的光軸的一參考平面上的正投影之延伸方向相同於該縱長方向及該橫寬方向，該第一入光面具有一十字形凹陷，該十字形凹陷在該參考平面上的正投影之延伸方向相同於該縱長方向及該橫寬方向，且該透鏡產生旋轉對稱的該第一光形，該些子曲面繞著該光學外罩的光軸呈多層環狀排列，且在任一層環狀排列的複數個子曲面繞著該光學外罩的該光軸旋轉排列，其中該光學外罩的該光軸實質上平行於該光源的光軸，從最遠離該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最遠離該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度大於從最接近該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最接近該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度。
一種配光模組，用以控制一光源的光分佈，該配光模組包括：一透鏡，具有一第一入光面、一相對於該第一入光面的第一出光面及一位於該第一入光面的一側的容置凹槽，其中該容置凹槽用以容置該光源；以及一光學外罩，覆蓋該透鏡，且具有相對的一第二入光面與一第二出光面，其中該第二入光面位於該第一出光面與該第二出光面之間，且該第二入光面具有多個子曲面，相鄰的該些子曲面的交界處相對於該些子曲面呈現轉折樣貌，其中，該透鏡與該光學外罩之一產生旋轉對稱或非旋轉對稱的一第一光形，且該透鏡與該光學外罩之另一產生旋轉對稱的一第二光形，其中該第一入光面的側面隨著越靠近該第一出光面的頂點而越陡陗，該些子曲面繞著該光學外罩的光軸呈多層環狀排列，且在任一層環狀排列的複數個子曲面繞著該光學外罩的該光軸旋轉排列，其中該光學外罩的該光軸實質上平行於該光源的光軸，從最遠離該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最遠離該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度大於從最接近該光學外罩的該光軸的子曲面的幾何中心到該第二出光面在該最接近該光軸的該子曲面的該幾何中心的法線方向上的厚度。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的配光模組，其中該第二出光面呈軸對稱。
如申請專利範圍第1項所述的配光模組，其中該第一長軸垂直於該第二長軸。
如申請專利範圍第1項所述的配光模組，其中該第一出光面在垂直於該第一長軸的方向上非為鏡向對稱，且該容置凹槽在該第二長軸的方向上非為鏡向對稱。
如申請專利範圍第4項所述的配光模組，其中該透鏡的該第一入光面與該第一出光面皆呈軸對稱。
如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述的配光模組，其中該光學外罩具有一縱長方向與一橫寬方向，該光學外罩於該縱長方向為鏡向對稱，且於該橫寬方向為非鏡向對稱，且該光學外罩產生非旋轉對稱的該第一光形。
如申請專利範圍第9項所述的配光模組，其中該些子曲面在該縱長方向上為鏡向對稱且在該橫寬方向上為非鏡向對稱的多層環狀排列。
如申請專利範圍第10項所述的配光模組，其中該多層環狀排列之靠近該光學外罩的中心的數層呈心形環狀。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的配光模組，更包括一反射底座，其中該光源、該透鏡及該光學外罩均配置於該反射底座上。
如申請專利範圍第12項所述的配光模組，其中該反射底座具有一與該光源所發出的光的中心軸夾一第一夾角的反射面，該光源所發出的該光在經過該透鏡後的一最大強度方向與該中心軸具有一第二夾角，且該第二夾角小於或等於該第一夾角。
如申請專利範圍第12項所述的配光模組，其中該反射底座具有一凸緣，該光學外罩在平行於該光源所發出的光的中心軸的方向上的厚度為H，該光學外罩在靠近該光源的底部至該凸緣在遠離該光源的頂部於平行該中心軸的方向上的距離為T，且H≦T。
如申請專利範圍第12項所述的配光模組，其中該反射底座具有一凸緣，該光學外罩在平行於該光源所發出的光的中心軸的方向上的厚度為H，該光學外罩在靠近該光源的底部至該凸緣在遠離該光源的頂部於平行該中心軸的方向上的距離為T，且H>T。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的配光模組，其中該光學外罩在平行於該光源所發出的光的中心軸的方向上的厚度為H，該光學外罩在垂直於該中心軸的方向上的外徑為D，且D/H落在0.5至25的範圍內。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的配光模組，其中在環繞該光學外罩的該光軸的方向上相鄰的子曲面的交界處呈凸脊形狀。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的配光模組，其中在從該光學外罩的邊緣至該光學外罩的中心的方向上相鄰的子曲面的交界處具有段差。