TWI813336B - 發光裝置及透鏡結構 - Google Patents

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張忠興
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses

Abstract

本發明揭露一種發光裝置及透鏡結構。發光裝置包括至少一發光元件以及一透鏡結構。透鏡結構具有一光軸、一入光面以及一出光面，光軸穿過入光面以及出光面，入光面與出光面相對設置，入光面面對至少一發光元件，入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，凸起部對應於光軸，第一凹陷部圍繞凸起部，且第一平坦部圍繞第一凹陷部。藉此，本發明的發光裝置及透鏡結構可提高光形亮度的均勻度。

Description

發光裝置及透鏡結構
本發明關於一種應用於閃光燈技術領域的發光裝置及透鏡結構，特別是關於一種能提高光形亮度的均勻度的發光裝置及透鏡結構。
由於科技不斷演進、快速發展，許多可攜式電子裝置已具備攝影鏡頭，並且也設有LED閃光燈。為了輕量化與提升光形亮度的均勻度，LED閃光燈普遍採用菲涅爾透鏡（Fresnel Lens）。菲涅爾透鏡可根據LED特性，將鏡片分區塊，建構出連續曲面，以提升均勻度的效果。
使用一般平面透鏡所投射出的光形亮度，在均勻度上仍嫌不足，如圖1所示；而若使用菲涅爾透鏡在加工製程上難度較高。
故，如何通過結構設計的改良，來克服上述的缺陷，已成為本領域所要解決的重要課題之一。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的簡化而提供一種發光裝置及透鏡結構。
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發光裝置，其包括至少一發光元件以及一透鏡結構。透鏡結構具有一光軸、一入光面以及一出光面，該光軸穿過該入光面以及該出光面，該入光面與該出光面相對設置，該入光面面對至少一該發光元件，該入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，該凸起部對應於該光軸，該第一凹陷部圍繞該凸起部，且該第一平坦部圍繞該第一凹陷部。
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透鏡結構，其具有一光軸、一入光面以及一出光面，該光軸穿過該入光面以及該出光面，該入光面與該出光面相對設置，該入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，該凸起部對應於該光軸，該第一凹陷部圍繞該凸起部，該第一平坦部圍繞該第一凹陷部。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的發光裝置，其能通過“透鏡結構具有一光軸、一入光面以及一出光面，該光軸穿過該入光面以及該出光面，該入光面與該出光面相對設置，該入光面面對至少一該發光元件，該入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，該凸起部對應於該光軸，該第一凹陷部圍繞該凸起部，且該第一平坦部圍繞該第一凹陷部”的技術方案，以提高光形亮度的均勻度。
本發明的其中一另外效果在於，本發明所提供的透鏡結構，其能通過“透鏡結構，其具有一光軸、一入光面以及一出光面，該光軸穿過該入光面以及該出光面，該入光面與該出光面相對設置，該入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，該凸起部對應於該光軸，該第一凹陷部圍繞該凸起部，該第一平坦部圍繞該第一凹陷部”的技術方案，以提高光形亮度的均勻度。
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。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“發光裝置及透鏡結構”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，在不背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，但這些元件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。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]
請參閱圖2至圖7，分別為本發明第一實施例的發光裝置的結構示意圖、發光元件的配光曲線圖、使用狀態示意圖、照度圖（或為光分布圖）、第一局部示意圖以及第二局部示意圖。如圖所示，本發明第一實施例提供一種發光裝置Z，其包括至少一個發光元件1以及一透鏡結構2。舉例來說，本發明的發光裝置Z可為閃光燈結構，可應用於電子裝置（例如手機、相機用閃光燈裝置或手持式閃光燈裝置，但不以此為限），但不以此為限。
配合圖2至圖7所示，本發明的發光元件1可為發光二極體（light-emitting diode，LED），且發光元件1正前方的光強度為最強（如圖3所示）；其中，發光元件1可為帶有一次透鏡的發光元件，但不以此為限。發光元件1可具有一中心軸10以及一發光面11。中心軸10垂直於發光面11。發光面11具有一面中心點11a，且面中心點11a位於中心軸10上。其中，在本實施例中，是以一個發光元件1作為示例，但不以此為限，在實際實施時，本發明的發光裝置Z也可配置多個發光元件1。
接著，配合圖2、圖4、圖5及圖6所示，透鏡結構2可具有一光軸20、一入光面21以及一出光面22。光軸20穿過入光面21以及出光面22。入光面21與出光面22相對設置，入光面21面對至少一個發光元件1，入光面21可具有一凸起部210、一第一凹陷部211以及一第一平坦部212，凸起部210對應於光軸20，第一凹陷部211圍繞凸起部210，且第一平坦部212圍繞第一凹陷部211。
舉例來說，配合圖2、圖4、圖6及圖7所示，透鏡結構2可為透光、透明材質且上下對稱的透鏡結構；其中，透鏡結構2可為圓形、方形或是其他幾何形狀的雙平透鏡，且透鏡結構2的厚度可為1 mm，但不以此為限。透鏡結構2的本體23具有左右兩面（或者可稱上下兩面）以及上下兩側（或者可稱左右兩側），本體23的其中一面為入光面21，本體23的另外一面為出光面22。透鏡結構2的入光面21面對發光元件1，出光面22背對發光元件1。透鏡結構2的光軸20垂直於入光面21與出光面22且對應於入光面21以及出光面22的中心位置，光軸20穿設於凸起部210的一凸起中心位置210a。並且，透鏡結構2的光軸20與發光元件1的中心軸10重疊。其中，在本實施例中，透鏡結構2的出光面22可為平面，但不以此為限。
進一步來說，配合圖2及圖6所示，第一凹陷部211可具有一遞減表面211a以及一遞增表面211b，遞減表面211a的一端連接於凸起部210，遞減表面211的另一端連接於遞增表面211b的一端且兩者之間具有一相接處211c，遞增表面211b的另一端連接於第一平坦部212。並且，遞減表面211a可具有一第一曲率，遞增表面211b具有一第二曲率，第一曲率與第二曲率不同；其中，第一曲率與第二曲率也可彼此相反，例如第一曲率為正曲率，第二曲率為負曲率，但不以此為限。
因此，配合圖2至圖5所示，當發光元件1的發光面11發光時，發光面11所產生的光束會投射到透鏡結構2的入光面21。此時，透鏡結構2可藉由入光面21的凸起部210結構增加光束的入射角度，而使得凸起部210的入射光量減少，增加凸起部210的反射光量；並且，透鏡結構2還可藉由入光面21的第一凹陷部211結構減少大角度光束的入射角度，而增加第一凹陷部211的入射光量，且減少第一凹陷部211的反射光量。接著，發光元件1所產生的光束在依序通過透鏡結構2的入光面21、本體23與出光面22後，由透鏡結構2的出光面22投射而出，並產生亮度均勻的光形（如圖5所示）。
進一步來說，配合圖1與圖5所示，在圖1中，習知閃光燈裝置的光形圖在左上、右上、左下、右下以及中心的位置的亮度百分比依序為34%、31%、34%、32%、100%；反觀圖5所示，本發明的發光裝置Z的光形圖在左上、右上、左下、右下以及中心的位置的亮度百分比依序為52%、46%、49%、49%、100%。因此，由圖1與圖5比較可知，本發明的發光裝置Z藉由透鏡結構2所產生的光形，相較於使用一般平面透鏡的習知閃光燈裝置，亮度更為均勻。
藉此，本發明的發光裝置Z藉由上述的技術方案，利用透鏡結構2的入光面21的凸起部210的結構設計，增加光入射角度，使其減少入射光量，增加反射光量；同時，再藉由第一凹陷部211的結構設計，可以減少大角度光源的入射角度，使得入射光量增加，並減少反射光量，而有助於發散角度，進而獲取更佳均勻度。更具體地來說，本發明的透鏡結構2藉由具有至少兩種曲率變化，可使得透鏡結構2的中間部份的出光量減少，相反地，外側（中間部分以外的部分）的出光量增加、角度增大。
值得一提的是，在其中一個較佳的實施例中，本發明的發光裝置Z可以只設置一個發光元件1以及一個透鏡結構2。
進一步地，遞減表面211a與遞增表面211b的一相接處211c位於面中心點11a的一發光角度範圍LR內，發光角度範圍LR可介於0度至30度之間。
舉例來說，配合圖2及圖6所示，在發光元件1為帶有一次透鏡的發光元件的實施例中，發光元件1的發光面11的面中心點11a可產生多個光束L0、L1、L2、L3、L4；其中，光束L0可為角度為0的光束，光束L1為10度的光束，光束L2為20度的光束，光束L3為30度的光束，光束L4為60度的光束，且光束L0可平行於透鏡結構2的光軸20以及發光元件1的中心軸10。
並且，遞減表面211a與遞增表面211b的相接處211c位於兩個光束L0、L3所形成的發光角度範圍LR內；較佳地，相接處211c位於兩個光束L1、L2所形成的發光角度範圍LR內，即發光角度範圍LR可介於10度至20度之間。因此，藉由上述的第一凹陷部211的結構設計，能準確地減少大角度光源的入射角度，增加第一凹陷部211的入射光量，並減少反射光量，進而獲取更佳均勻度。
此外，在另外一個實施例中，本發明的至少一個發光元件1還可具有多個單元邊界12，多個單元邊界12與面中心點11a位於至少一個發光元件1的同一個表面上；其中一個單元邊界12具有一投射角度範圍PR，遞增表面211b位於投射角度範圍PR中，且投射角度範圍PR可介於0度至30度之間。
舉例來說，配合圖2及圖7所示，在發光元件1為一般發光二極體（即發光元件1不帶有一次透鏡）的實施例中；單元邊界12可為發光面11的邊緣位置，因此，單元邊界12與面中心點11a位於發光面11上。其中，當發光元件1為方形狀時，單元邊界12可為發光元件1的角落點位置，也可以是發光元件1其中一邊的邊緣上的任何一個位置，但不以此為限。單元邊界12相對於透鏡結構2的入光面21可具有多個虛擬投射光束B0、B1、B2、B3、B4，虛擬投射光束B0可為角度為0的虛擬光束，虛擬投射光束B1為10度的虛擬光束，虛擬投射光束B2為20度的虛擬光束，虛擬投射光束B3為30度的虛擬光束，虛擬投射光束B4為60度的光束；其中，虛擬投射光束B0可平行於透鏡結構2的光軸20以及發光元件1的中心軸10。
並且，透鏡結構2的遞減表面211a與遞增表面211b的相接處211c可位於發光元件1的兩個光束L1、L2所形成的發光角度範圍LR內，且遞增表面211b位於發光元件1的兩個虛擬投射光束B0、B3所形成的投射角度範圍PR中；較佳地，遞增表面211b被涵蓋在兩個虛擬投射光束B1、B2所形成的投射角度範圍PR中，即投射角度範圍PR可介於10度至20度之間。因此，藉由上述的第一凹陷部211的結構設計，能準確地減少大角度光源的入射角度，增加第一凹陷部211的入射光量，並減少反射光量，進而獲取更佳均勻度。
然而，上述所舉的例子只是其中一個可行的實施例而並非用以限定本發明。
[第二實施例]
請參閱圖8，為本發明第二實施例的發光裝置的透鏡結構的結構示意圖，並請一併參閱圖2至圖7。如圖所示，本實施例的發光裝置Z與上述實施例的發光裝置Z大致相似，因此，相同元件的設置或作動在此不再贅述。而本實施例的發光裝置Z與上述第一實施例的發光裝置Z的差異在於，在本實施例中，透鏡結構2的出光面22可具有一第二凹陷部220以及一第二平坦部221，第二平坦部221圍繞第二凹陷部220；其中，光軸20穿設於第二凹陷部220的一凹陷中心位置220a；其中，第一平坦部212與第二平坦部221相互平行。
舉例來說，配合圖2及圖8所示，透鏡結構2的出光面22可為非平面。出光面22的中央部分可為凹面，凹面的外圍為平面；即，出光面22的中央部分為第二凹陷部220，第二凹陷部220連接第二平坦部221，且第二凹陷部220對應於凸起部210。第二凹陷部220的凹陷中心位置220a位於光軸20上。
因此，本發明的透鏡結構2可藉由在出光面22形成第二凹陷部220，以增加分散光束的效果。
然而，上述所舉的例子只是其中一個可行的實施例而並非用以限定本發明。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的發光裝置Z，其能通過“透鏡結構2具有一光軸20、一入光面21以及一出光面22，光軸20穿過入光面21以及出光面22，入光面21與出光面22相對設置，入光面21面對至少一發光元件1，入光面21具有一凸起部210、一第一凹陷部211以及一第一平坦部212，凸起部210對應於光軸20，第一凹陷部211圍繞凸起部210，且第一平坦部212圍繞第一凹陷部211”的技術方案，以提高光形亮度的均勻度。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的透鏡結構2，其能通過“透鏡結構2，其具有一光軸20、一入光面21以及一出光面22，光軸20穿過入光面21以及出光面22，入光面21與出光面22相對設置，入光面21具有一凸起部210、一第一凹陷部211以及一第一平坦部212，凸起部210對應於光軸20，第一凹陷部211圍繞凸起部210，第一平坦部212圍繞第一凹陷部211”的技術方案，以提高光形亮度的均勻度。
更進一步來說，本發明的發光裝置Z藉由上述的技術方案，利用透鏡結構2的入光面21的凸起部210的結構設計，增加光入射角度，使其減少入射光量，增加反射光量；同時，再藉由第一凹陷部211的結構設計，可以減少大角度光源的入射角度，使得入射光量增加，並減少反射光量，而有助於發散角度，進而獲取更佳均勻度。更具體地來說，本發明的透鏡結構2藉由具有至少兩種曲率變化，可使得透鏡結構2的中間部份的出光量減少，相反地，外側（中間部分以外的部分）的出光量增加、角度增大。並且，本發明的透鏡結構2還可利用在出光面22形成第二凹陷部220，以增加分散光束的效果。
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。
Z:發光裝置 1:發光元件 10:中心軸 11:發光面 11a:面中心點 12:單元邊界 2:透鏡結構 20:光軸 21:入光面 210:凸起部 210a:凸起中心位置 211:第一凹陷部 211a:遞減表面 211b:遞增表面 211c:相接處 212:第一平坦部 22:出光面 220:第二凹陷部 220a:凹陷中心位置 221:第二平坦部 23:本體 B0、B1、B2、B3、B4:虛擬投射光束 L0、L1、L2、L3、L4:光束 LR:發光角度範圍 PR:投射角度範圍
圖1為一般平面透鏡閃光燈裝置的照度圖。
圖2為本發明第一實施例的發光裝置的結構示意圖。
圖3為本發明第一實施例的發光裝置的發光元件的配光曲線圖。
圖4為本發明第一實施例的發光裝置的使用狀態示意圖。
圖5為本發明第一實施例的發光裝置的照度圖。
圖6為本發明第一實施例的發光裝置的第一局部示意圖。
圖7為本發明第一實施例的發光裝置的第二局部示意圖。
圖8為本發明第二實施例的發光裝置的透鏡結構的結構示意圖。
Z:發光裝置
1:發光元件
10:中心軸
11:發光面
11a:面中心點
2:透鏡結構
20:光軸
21:入光面
210:凸起部
210a:凸起中心位置
211:第一凹陷部
212:第一平坦部
22:出光面
23:本體

Claims (8)

  1. 一種發光裝置，其包括：至少一發光元件；以及一透鏡結構，其具有一光軸、一入光面以及一出光面，該光軸穿過該入光面以及該出光面，該入光面與該出光面相對設置，該入光面面對至少一該發光元件，該入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，該凸起部對應於該光軸，該第一凹陷部圍繞該凸起部，且該第一平坦部圍繞該第一凹陷部；其中，該出光面具有一第二凹陷部以及一第二平坦部，該第二平坦部圍繞該第二凹陷部；其中，該光軸穿設於該第二凹陷部的一凹陷中心位置；其中，該第一平坦部與該第二平坦部相互平行。
  2. 如請求項1所述的發光裝置，其中，該第一凹陷部具有一遞減表面以及一遞增表面，該遞減表面連接於該凸起部與該遞增表面，該遞增表面連接於該第一平坦部；其中，該遞減表面具有一第一曲率，該遞增表面具有一第二曲率，該第一曲率與該第二曲率不同。
  3. 如請求項2所述的發光裝置，其中，至少一該發光元件具有一面中心點，該面中心點位於該光軸上；其中，該遞減表面與該遞增表面的一相接處位於該面中心點的一發光角度範圍內，該發光角度範圍介於0度至30度之間。
  4. 如請求項3所述的發光裝置，其中，至少一該發光元件具有多個單元邊界，多個該單元邊界與該面中心點位於至少一該發光元件的同一個表面上；其中一該單元邊界具有一投射角度範圍，該遞增表面位於該投射角度範圍中，且該投射角度 範圍介於0度至30度之間。
  5. 如請求項1所述的發光裝置，其中，該光軸垂直於該入光面與該出光面，該光軸穿設於該凸起部的一凸起中心位置。
  6. 一種透鏡結構，其具有一光軸、一入光面以及一出光面，該光軸穿過該入光面以及該出光面，該入光面與該出光面相對設置，該入光面具有一凸起部、一第一凹陷部以及一第一平坦部，該凸起部對應於該光軸，該第一凹陷部圍繞該凸起部，該第一平坦部圍繞該第一凹陷部；其中，該出光面具有一第二凹陷部以及一第二平坦部，該第二平坦部圍繞該第二凹陷部；其中，該光軸穿設於該第二凹陷部的一凹陷中心位置；其中，該第一平坦部與該第二平坦部相互平行。
  7. 如請求項6所述的透鏡結構，其中，該第一凹陷部具有一遞減表面以及一遞增表面，該遞減表面連接於該凸起部與該遞增表面，該遞增表面連接於該第一平坦部；其中，該遞減表面具有一第一曲率，該遞增表面具有一第二曲率，該第一曲率與該第二曲率不同。
  8. 如請求項7所述的透鏡結構，其中，該光軸垂直於該入光面與該出光面，該光軸穿設於該凸起部的一凸起中心位置。
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