TWI815751B - 向上光照式廣角型光源裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種向上光照式廣角型光源裝置，包括一底座、一電路板、複數個發光元件、以及一防水蓋。電路板設置於底座上。發光元件設置於電路板上且以環狀方式排列。防水蓋連接底座且包括一光學結構，其中光學結構包括一凹槽和一出光面。凹槽具有環狀結構，發光元件容置於凹槽中。凹槽具有一入光面，且入光面的剖面具有一多項式曲線。出光面具有一環狀結構且背向發光元件，其中出光面的剖面具有一非球面曲線。

Description

向上光照式廣角型光源裝置
本發明係有關於一種向上光照式廣角型光源裝置。更具體地來說，本發明有關於一種提供均勻照度的向上光照式廣角型光源裝置。
隨著科技的進步，人們對於發光裝置的要求日益提高，不僅要求高發光效能，更要求低耗電量，因此發光二極體(LED)技術備受重視。發光二極體的優點在於發光效率高、反應時間快、使用壽命長以及不含汞等。除此之外，發光二極體還具有耐機械衝擊、體積小、色域廣泛等優點。因此，發光二極體便漸漸取代傳統的發光裝置。隨著近年來發光二極體的快速發展，使發光二極體的應用領域大幅擴張，儼然成為二十一世紀的新型光源。就光源的應用而言，發光效率便是關鍵性的產品規格，因此許多研究者致力於提高發光二極體光效率。
然而，即便使用前述發光二極體，現有的發光裝置往往僅能在光軸附近產生足夠的照射強度，無法滿足需要較大照射範圍及/或需要提供均勻照度的場合。因此，如何解決前述問題始成一重要之課題。
為了解決上述習知之問題點，本發明提供一種向上光照式廣角型光源裝置，包括一底座、一電路板、複數個發光元件、以及一防水蓋。電路板設置於底座上。發光元件設置於電路板上且以環狀方式排列。防水蓋連接底座且包括一光學結構，其中光學結構包括一凹槽和一出光面。凹槽具有環狀結構，發光元件容置於凹槽中。凹槽具有一入光面，且入光面的剖面具有一多項式曲線。出光面具有一環狀結構且背向發光元件，其中出光面的剖面具有一非球面曲線。
以下說明本發明之向上光照式廣角型光源裝置。然而，可輕易了解本發明提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應該以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。
本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。再者，為了方便描述圖式中一特徵與另一特徵的關係，可使用空間相關用語，例如「下面」、「下方」、「之下」、「上方」、「之上」、以及類似的用語等。除了圖式所繪示的方位之外，空間相關用語涵蓋裝置在使用或操作中的不同方位。所述裝置也可被另外定位(旋轉90度或在其他方位上)，且同樣可對應地解讀於此所使用的空間相關描述。
第1圖係表示本發明一實施例之向上光照式廣角型光源裝置E的示意圖，且第2圖係表示前述向上光照式廣角型光源裝置E的爆炸圖。前述向上光照式廣角型光源裝置E可以以吊掛方式設置在外部物件下方，並往上發射均勻的光線至此外部物件。舉例而言，向上光照式廣角型光源裝置E可提供光線來照射棚架上的植物，但並不限定於此。
如第1圖和第2圖所示，前述向上光照式廣角型光源裝置E主要包括一底座100、一電路板200、複數個發光元件300、一防水蓋400、一連接桿500、以及兩個O形環O1、O2。各元件的結構和配置將於以下說明。
第3圖係表示第1圖中沿著A-A方向的剖視圖。請一併參閱第1圖至第3圖，底座100可包括一本體110和一安裝部120。本體110可具有一容置空間111，用於容納並保護向上光照式廣角型光源裝置E的其他元件。舉例而言，於本實施例中，向上光照式廣角型光源裝置E可更包括一電源模組600(例如可包括電池)和一控制器700，兩者皆可設置於底座100的容置空間111中。安裝部120連接本體110，且可凸出於本體110圍繞容置空間111的側壁112。當向上光照式廣角型光源裝置E的其他元件欲與底座100結合時，它們可以固定在本體110的側壁112上或是安裝部120上。於本實施例中，本體110和安裝部120可為一體成型的。
電路板200設置於本體110的側壁112上，覆蓋容置空間111的開口，且與電源模組600和控制器700電性連接。電路板200具有一下表面210和一上表面220。下表面210面朝容置空間111且接觸側壁112。上表面220相反於下表面210，且發光元件300以環狀的方式排列於電路板200的上表面220上。
發光元件300可為發光二極體(light-emitting diode, LED)(包括有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)、或量子點發光二極體(quantum dot LED))，但並不限定於此。於本實施例中，發光元件300可包括發射紅光(波長為660nm)的一或多個紅光發光元件和發射藍光(波長為465nm)的一或多個藍光發光元件，且控制器700可以以脈衝寬度調變信號(Pulse-width modulation, PWM)的技術調整流入紅光發光元件和藍光發光元件的電流大小，以達到切換光譜與調變光強的目的。舉例而言，控制器700可將紅光發光元件和藍光發光元件的光譜的比在20:1、3:1、1:1.4之間調變，且可將紅光發光元件和藍光發光元件的光強在10%~100%之間調變，但並不限定於此。於一些實施例中，發光元件300亦可包括一或多個紅光發光元件、一或多個藍光發光元件、以及一或多個發射白光的白光發光元件。
防水蓋400可藉由鎖固元件F(例如螺絲)固定於底座100的安裝部120上，且O形環O1可設置於防水蓋400和安裝部120之間以填充兩者之間的縫隙。藉此，可避免異物(例如雨水或灰塵)進入容置空間111中造成電路板200、發光元件300、電源模組600、及/或控制器700的損壞。
如第1圖至第4圖所示，防水蓋400在對應發光元件300的位置處可具有一光學結構S。詳細而言，前述光學結構S包括一具有環狀結構的凹槽410以及一具有環狀結構的出光面420。發光元件300容置於凹槽410中。凹槽410可具有一入光面415，且入光面415的剖面可具有一多項式曲線。出光面420的位置對應於凹槽410及發光元件300的位置，其面朝背向發光元件300的方向，且出光面420的剖面具有一非球面曲線。
舉例而言，入光面415的剖面的多項式曲線可符合以下公式： ，其中Y表示沿著電路板200的法線的方向(Z軸方向)的座標，X表示沿著垂直於電路板200之法線的方向(X軸方向)的座標，α表示多項式曲線的係數，且b表示多項式曲線的次數。
防水蓋400之出光面420的非球面曲線可符合以下公式：
Figure 111147697-A0305-02-0010-1
，其中X表示該出光面420之表面輪 廓，r表示與該些發光元件之一者的一光軸之間的徑向距離，c表示曲率，K表示圓錐常數，α1表示第一階非球面係數，且α2表示第二階非球面係數。
需特別說明的是，於本實施例中，對於單一發光元件300的光軸AX而言，凹槽410剖面的多項式曲線將會是軸對稱的，且防水蓋400之出光面420剖面的非球面曲線也將會是軸對稱的。
發光元件300發出的光線可先由凹槽410的入光面415進入防水蓋400中，再由防水蓋400的出光面420離開。由於防水蓋400的折射率相異於空氣的折射率，因此經由前述路徑移動的光線將會產生兩次折射，從而可調整光線的射出角度以達到分光的目的。防水蓋400可包括透明且防水的材料，例如塑膠或玻璃，但並不限定於此。
另外，在本實施例中，底座100可包括一凸出部130，從與電路板200的下表面210接觸的表面朝向遠離本體110的方向延伸，且延伸的長度超過電路板200的厚度。因此，當電路板200設置於底座100上時，凸出部130將凸出於電路板200的上表面220。在X軸方向上，凸出部130是設置於O形環O1和電路板200之間，因此可在防水蓋400和底座100結合時增強容置空間111和外部環境之間的隔絕。防水蓋400上可形成有一內凹結構430，當防水蓋400和底座100結合時，凸出部130可進入此內凹結構430中。應注意的是，內凹結構430和凹槽410為分離的，故可進一步地防止因異物侵入造成的電路板200及/或發光元件300損壞。
防水蓋400可具有一穿孔440，連接桿500可穿過此穿孔440並與電路板200電性連接。由於穿孔440是位於防水蓋400的中央處，因此發光元件300可圍繞前述連接桿500。連接桿500可與外部的線路連接，從而可提供電力予向上光照式廣角型光源裝置E及/或將向上光照式廣角型光源裝置E吊掛。
O形環O2可設置於連接桿500和防水蓋400之間，填充兩者之間的縫隙，以避免異物從穿孔440進入容置空間111中造成電路板200、發光元件300、電源模組600、及/或控制器700的損壞。
如第5A圖所示，一般的燈具提供之光線的光強峰值角度會落在0度，亦即燈具大部分的光線會落在光軸上，愈遠離光軸處的光線會愈少。反之，如第5B圖所示，本發明第1圖中的向上光照式廣角型光源裝置E的光強峰值透過入光面415的多項式曲線和出光面420的非球面曲線的參數的調整，角度可落在0度~77度，因此可使光線均勻地散布，可照射較遠的區域。
綜上所述，本發明提供一種向上光照式廣角型光源裝置，包括一底座、一電路板、複數個發光元件、以及一防水蓋。電路板設置於底座上。發光元件設置於電路板上且以環狀方式排列。防水蓋連接底座且包括一光學結構，其中光學結構包括一凹槽和一出光面。凹槽具有環狀結構，發光元件容置於凹槽中。凹槽具有一入光面，且入光面的剖面具有一多項式曲線。出光面具有一環狀結構且背向發光元件，其中出光面的剖面具有一非球面曲線。
雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。
雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。
100:底座
110:本體
111:容置空間
112:側壁
120:安裝部
130:凸出部
200:電路板
210:下表面
220:上表面
300:發光元件
400:防水蓋
410:凹槽
415:入光面
420:出光面
430:內凹結構
440:穿孔
500:連接桿
600:電源模組
700:控制器
AX:光軸
E:向上光照式廣角型光源裝置
F:鎖固元件
O1:O形環
O2:O形環
S:光學結構
根據以下的詳細說明並配合所附圖式可以更加理解本發明實施例。應注意的是，根據本產業的標準慣例，圖式中的各種部件並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小各種部件的尺寸，以做清楚的說明。 第1圖係表示本發明一實施例中之向上光照式廣角型光源裝置的示意圖。 第2圖係表示本發明一實施例中之向上光照式廣角型光源裝置的爆炸圖。 第3圖係表示第1圖中沿A-A方向的剖視圖。 第4圖係表示第3圖中的局部放大圖。 第5A圖係表示一般燈具之光強角度分佈圖。 第5B圖係表示本發明一實施例之向上光照式廣角型光源裝置之光強角度分佈圖。
100:底座
110:本體
111:容置空間
120:安裝部
200:電路板
220:上表面
300:發光元件
400:防水蓋
420:出光面
440:穿孔
500:連接桿
E:向上光照式廣角型光源裝置
F:鎖固元件
O1:O形環
O2:O形環

Claims (14)

  1. 一種向上光照式廣角型光源裝置，包括：一底座；一電路板，設置於該底座上；複數個發光元件，設置於該電路板上且以環狀方式排列；以及一防水蓋，連接該底座且包括一光學結構和一內凹結構，其中該光學結構包括：一凹槽，具有一環狀結構，其中該些發光元件容置於該凹槽中，該凹槽具有一入光面，且該入光面的剖面具有一多項式曲線；以及一出光面，具有一環狀結構且背向該些發光元件，其中該出光面的剖面具有一非球面曲線。
  2. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該多項式曲線符合以下公式：Y=-αX b ，其中Y表示沿著該電路板之一法線的方向的座標，X表示沿著垂直於該電路板之該法線的方向的座標，α表示該多項式曲線的係數，且b表示該多項式曲線的次數。
  3. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該非球面曲線符合以下公式：
    Figure 111147697-A0305-02-0015-2
    ，其中X表示該出光面之表面輪廓，r 表示與該些發光元件之一者的一光軸之間的徑向距離，c表示曲 率，K表示圓錐常數，α1表示第一階非球面係數，且α2表示第二階非球面係數。
  4. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該多項式曲線相對於該發光元件之一者的一光軸而言為軸對稱的。
  5. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該非球面曲線相對於該發光元件之一者的一光軸而言為軸對稱的。
  6. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該向上光照式廣角型光源裝置更包括一連接桿，該連接桿與該電路板電性連接，且該些發光元件圍繞該連接桿。
  7. 如請求項6之向上光照式廣角型光源裝置，其中該防水蓋更包括一穿孔，且該連接桿穿過該穿孔。
  8. 如請求項6之向上光照式廣角型光源裝置，其中該向上光照式廣角型光源裝置更包括一O形環，設置於該連接桿和該防水蓋之間。
  9. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該向上光照式廣角型光源裝置更包括一O形環，設置於該防水蓋和該底座之間。
  10. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該電路板包括一上表面和一下表面，該上表面相反於該下表面，該些發光元件設置於該上表面上，且該下表面接觸該底座，其中該底座更包括一凸出部，凸出於該上表面。
  11. 如請求項10之向上光照式廣角型光源裝置，其中該凸出部進入該內凹結構中。
  12. 如請求項11之向上光照式廣角型光源裝置，其中該內凹結構和該凹槽之間間隔一距離。
  13. 如請求項10之向上光照式廣角型光源裝置，其中該向上光照式廣角型光源裝置更包括一O形環，設置於該防水蓋和該底座之間，且該凸出部設置於該O形環和該電路板之間。
  14. 如請求項1之向上光照式廣角型光源裝置，其中該向上光照式廣角型光源裝置更包括一電源模組，設置於該底座中。
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