TWM452315U - 光學元件及光源模組 - Google Patents

Description

光學元件及光源模組

本創作係有關於一種光學元件及一光源模組，尤指一種用以調整發光二極體發出之光線之光型的光學元件及可形成特殊光強度分佈之光源模組。

發光二極體(light emitting diode,LED)為一種半導體元件，主要透過半導體化合物將電能轉換為光能以達到發光效果，因此具有壽命長、穩定性高及耗電量小等優點，目前已被廣泛地應用於居家、辦公、室外與行動照明，並取代燈管及白熾燈泡等傳統的非指向性發光源。
由於發光二極體為高指向性光源，因此，當發光二極體直接地被設置於傳統燈泡燈座中使用時，係無法達到傳統白熾燈泡所能達成之無方向性的發光效果，致使使用者降低更換發光二極體燈具的意願。

鑒於先前技術所述，本創作之一目的，在於提供一種光學元件，該光學元件用以改變由發光二極體發出之光線的光強度分佈，以將光線導引至所需的照射角度上。

本創作之另一目的，在於提供一種光源模組，該光源模組用以提供具有特定照射角度之光線。

為達本創作之一目的，本創作提供一種光學元件，該光學元件包含一本體，該本體具有相對之一底面及一全反射面、鄰接於該底面之一第一側面，以及鄰接於該第一側面及該全反射面之一第二側面，該底面係朝向該全反射面方向凹陷形成一第一入光面及鄰接於該第一入光面之一第二入光面，該全反射面位於該第二入光面於該底面的投影範圍內並朝向該底面方向凹陷。

為達本創作之另一目的，本創作提供之一光源模組，該光源模組包含一發光二極體及一光學元件，該光學元件設置於該發光二極體上，該光學元件包含一本體，具有相對之一底面及一全反射面、鄰接於該底面之一第一側面，以及鄰接於該第一側面及該全反射面之一第二側面，該底面係朝向該全反射面方向凹陷形成一第一入光面及鄰接於該第一入光面之一第二入光面，該發光二極體係朝向該第一入光面及該第二入光面發出光線，該全反射面位於該第二入光面於該底面的投影範圍內並朝向該底面方向凹陷。

本創作之該光學元件用以重新分佈該發光二極體發出之光線的光強度分佈，並將光線導引至所需的照射角度上，以供適用於照明領域。

第一圖為本創作第一實施例之光源模組的剖視圖。
第二圖為本創作第一實施例之光學元件之立體圖。
第三圖為本創作第一實施例之光學元件之側視圖。
第四圖為本創作第一實施例之光源模組與燈具結合之示意圖。
第五圖為本創作第二實施例之光源模組之側視圖。
第六圖為本創作第三實施例之光源模組之側視圖。
第七圖為本創作第四實施例之光源模組之側視圖。
第八圖為本創作第五實施例之光源模組之側視圖。
第九圖為本創作第六實施例之光源模組之側視圖。
第十圖為本創作第七實施例之光源模組之側視圖。
第十一圖為本創作第八實施例之光源模組之側視圖。
第十二圖為本創作第九實施例之光源模組之側視圖。

1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h‧‧‧光源模組
10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h‧‧‧光學元件
11、11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h‧‧‧本體
12‧‧‧底面
122、122a、122e、122f‧‧‧第一入光面
124、124b、124c‧‧‧第二入光面
14‧‧‧全反射面
16、16d、16e、16f、16g、16h‧‧‧第一側面
18、18g、18h‧‧‧第二側面
20‧‧‧發光二極體
50‧‧‧座體
52‧‧‧燈罩
54‧‧‧導電接頭
C‧‧‧中心軸線
I‧‧‧光軸
L1、L2、、L2’、L2’’、L3、L3’、L3’’‧‧‧投影長度
S‧‧‧表面
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角

配合參閱第一圖，為本創作第一實施例之光源模組之剖視圖。該光源模組1包含一光學元件10及一發光二極體20，該光學元件10係設置於該發光二極體20上，藉以改變該發光二極體20所發出之光線的光強度分佈。在第一圖中，該發光二極體20為一表面黏著型發光二極體，實際實施時則不以此限。該發光二極體20具有一光軸I，該光軸I係為該發光二極體20發出之光線在空間中光強度分佈的對稱軸。

配合參閱第二圖及第三圖，分別為本創作第一實施例之光學元件之立體圖及側視圖。該光學元件10包含一本體11，該本體11較佳地為一體成型。該光學元件10具有一中心軸線C，該本體11係對稱於該中心軸線C設計。該本體11是使用透光材料，如:壓克力、矽樹脂或玻璃，製作而成，可供光線於其內部傳遞。

該本體11具有相對之一底面12及一全反射面14，以及鄰接於該底面12及該全反射面14之一第一側面16及一第二側面18。該底面12設計為一平面，該底面12係朝向該全反射面14之方向凹陷形成一第一入光面122及一第二入光面124，該第一入光面122鄰接於該底面12，並且，位於該底面12及該第一入光面122之間之一第一夾角θ1係大於90度，如此一來，通過該第一入光面122之光線可以被引導至該本體11的前端(相反設置該發光二極體20之一端)。該第二入光面124鄰接於該第一入光面122並大致平行於該底面12，意即該第二入光面124為平面。

該全反射面14設計為一大致呈V型的曲面，用以反射投射於其上的光線，經該全反射面14反射後的光線係經由該第二側面18向外界出射，如第一圖所示。該全反射面14的曲率為可變的，於本實施例中，該全反射面14的曲率隨著遠離該對稱軸C而增加，亦即，該全反射面14於鄰近於該對稱軸C之位置的曲率較小，而該全反射面14於遠離該對稱軸C之位置的曲率較大，藉以有效地反射投射於其上的光線。其次，該全反射面14係位於該第二入光面124於該底面12的投影範圍內。

該第一側面16鄰接於該底面12，且位於該第一側面16及該底面12間之一第二夾角θ2係大於90度，如此一來，可以使得由該第一側面16向外出射之光線被引導至該光學元件10的前端。其次，該第一側面16於一垂直於該底面12之表面S上的投影長度L1係小於該第一入光面122於該表面S上的投影長度L2。

該第二側面18鄰接於該第一側面16及該全反射面14之間，於本實施例中，該第二側面18係朝向該對稱軸C之方向凹陷使呈弧狀地鄰接於該第一側面16及該全反射面14，且該第二側面18的曲率為一致的，如此一來，可以提高由該第二側面18出射之光線的均勻度；當然，該第二側面18可曲率可依據所需求的照射效果不同而有不同的變化。再者，該第二側面18於該表面S上的投影長度L3係大於該第一側面16於該表面S上的投影長度L1。

復參閱第一圖，該光學元件10係設置於該發光二極體20上，且該光學元件10之該中心軸線C係對合於該發光二極體20之該光軸I。該發光二極體20係朝向該第一入光面122及該第二入光面124發出光線，以使光線可以通過該第一入光面122及該第二入光面124進入該本體11中。

由該第一入光面122進入該本體11之光線係由該第一側面16及該第二側面18向外界出射。由該第二入光面124進入該本體11之光線可依行進路徑之不同而由不同之位置出光，詳述如下:其一部分由該第二入光面124進入該本體11之光線係直接地由該第二側面18向外界出光；另一部分由該第二入光面124進入該本體11之光線係投射至該第二側面18，並由該第二側面18反射後投射至該全反射面14，再經由該全反射面14反射後經由該第二側面18向外界出射；其他部分光線由該第二入光面124進入該本體11之光線係直接地投射至該全反射面14，並經由該全反射面14反射後經由該第二側面18向外界出射。

綜合以上所述，本創作之該光學元件10之該全反射面14係用以反射投射於其上的光線，使光線由該第二側面18向外界出光，如此一來，由該發光二極體20發出之具有預定光強度分佈之光線可以經由該光學元件10調整而產生不同之光強度分佈，進而使該光源模組1發出之光線的光強度分佈更接近於傳統白熾燈泡發出之光線的光強度分佈，並適用於一般照明領域。

配合參閱第四圖，為本創作第一實施例之光源模組與燈具結合之示意圖。本創作之光源模組1係可供與一燈具結合而形成一燈泡，該燈具包含一座體50、一燈罩52及一導電接頭54。該光源模組1設置於該座體50之一側；該燈罩52與該座體50結合並密封該光源模組1，於本實施例中，該燈罩52為蠟燭燈型之罩體且其上形成有複數之螺紋，實際實施時則不以此限。該導電接頭54連結於該座體50相對結合該燈罩52之另一側，用以電連接一外部電源(未圖示)。由該外部電源提供之電力係通過該導電接頭54傳遞至該發光二極體20以點亮該發光二極體20。該發光二極體20發出之具有預定光強度分佈之光線在通過該光學元件10後，可被調整而具有不同的光強度分佈，使光線可以照射至所需的照射角度上。

配合參閱第五圖，為本創作第二實施例之光源模組之側視圖。第五圖所示之光源模組1a與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第五圖所示的光學元件10a之底面12與第一入光面122a間之一第一夾角θ1係等於90度。
同樣地，由該發光二極體20發出的光線會由該第一入光面122a進入該本體11a中，與該底面12垂直之該第一入光面122a可將光線引導至較靠近該本體11a的後端(及設置該發光二極體之一端)，以使得由光學元件10a出射之光線的均勻度提高。光學元件10a的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第六圖，為本創作第三實施例之光源模組之側視圖。第六圖所示之光源模組1b與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第六圖所示之光學元件10b之第二入光面124b朝向該底面12之方向凸出，意即該第二入光面124b為凸面。藉此，該第二入光面124b可以匯聚由該第二入光面124b進入該本體11b的光線，藉以提高由該第二入光面124b入射之光線投射至該全反射面14的機率。光學元件10b的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第七圖，為本創作第四實施例之光源模組之側視圖。第七圖所示之光源模組1c與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第七圖所示之光學元件10c之該第二入光面124c係朝向相反於該底面12之方向凹陷，意即該第二入光面124c為凹面。藉此，該第二入光面124c可以發散由該第二入光面124c進入該本體11c的光線，藉以提高由該第二入光面124c進入該本體11c之光線由該第二側面18出光的機率。光學元件10c的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第八圖，為本創作第五實施例之光源模組之側視圖。第八圖所示之光源模組與第一實施例的光源模組類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第八圖所示之光學元件的第一側面16d係垂直於該底面12，意即該第一側面16d及該底面12間之一第二夾角θ2係等於90度。

同樣地，在該第一側面16d垂直於該底面12的實施例中，第一側面16d主要是在於出射由該第一入光面122入射至該本體11d的光線，並使出射之光線的角度擴大。光學元件10d的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第九圖，為本創作第六實施例之光源模組之側視圖。第九圖所示之光源模組1e與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於: 第九圖所示之光學元件10e之第一入光面122e於大致垂直於底面12之表面S上的投影長度L2’係等於第一表面16e於該表面S的投影長度L1。光學元件10e的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第十圖，為本創作第七實施例之光源模組之側視圖。第十圖所示之光源模組1f與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第十圖所示之光學元件10f之第一入光面122f於大致垂直於底面12之表面S上的投影長度L2’’係小於第一表面16f於該表面S的投影長度L1。光學元件10f的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第十一圖，為本創作第八實施例之光源模組之側視圖。第十一圖所示之光源模組1g與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第十一圖所示之光學元件10g之第二側面18g於大致垂直於底面12之表面S上的投影長度L3’係等於第一側面16g於該表面S上的投影長度L1。藉此，可以提高由該第一側面16g出射之光量。光學元件10g的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

配合參閱第十二圖，為本創作第九實施例之光源模組之側視圖。第十二圖所示之光源模組1h與第一實施例的光源模組1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於:第十二圖所示之光學元件10h之第二側面18h於大致垂直於底面12之表面S上的投影長度L3’’係小於第一側面16h於該表面S上的投影長度L1。如此一來，可以提供光線由該第一側面16h出射之光量。光學元件10h的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學元件10相同，在此不予贅述。

然以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

10‧‧‧光學元件

11‧‧‧本體

12‧‧‧底面

122‧‧‧第一入光面

124‧‧‧第二入光面

14‧‧‧全反射面

16‧‧‧第一側面

18‧‧‧第二側面

C‧‧‧中心軸線

L1、L2、L3‧‧‧投影長度

S‧‧‧表面

θ 1‧‧‧第一夾角

θ 2‧‧‧第二夾角

Claims (34)

1. 一種光學元件，包含:
   一本體，具有相對之一底面及一全反射面、鄰接於該底面之一第一側面，以及鄰接於該第一側面及該全反射面之一第二側面，該底面係朝向該全反射面方向凹陷形成一第一入光面及鄰接於該第一入光面之一第二入光面，該全反射面位於該第二入光面於該底面的投影範圍內並朝向該底面方向凹陷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該全反射面的曲率隨著遠離該光學元件之一中心軸線而增加。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學元件，其中該第二側面係向該中心軸線之方向凹陷使成弧狀地鄰接該第一側面及該全反射面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學元件，其中該第一入光面及該底面間之一第一夾角係大於90度。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學元件，其中該第一入光面及該底面間之一第一夾角係等於90度。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之光學元件，其中該底面及該第一側面間之一第二夾角係大於90度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件，其中該第二入光面為平面、凹面及凸面之其中之一者。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學元件，其中該第二側面於一大致垂直於該底面之表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
11. 如申請專利範圍第8項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
12. 如申請專利範圍第7項所述之光學元件，其中該第二側面於一大致垂直於該底面之表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
14. 如申請專利範圍第12項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
15. 如申請專利範圍第12項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
16. 如申請專利範圍第7項所述之光學元件，其中該第二側面於一大致垂直於該底面之表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
17. 如申請專利範圍第16項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
18. 如申請專利範圍第16項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
19. 如申請專利範圍第16項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
20. 如申請專利範圍第4或5項所述之光學元件，其中該底面及該第一側面間之一第二夾角係等於90度。
21. 如申請專利範圍第20項所述之光學元件，其中第二入光面為平面、凹面及凸面之其中之一者。
22. 如申請專利範圍第21項所述之光學元件，其中該第二側面於一大致垂直於該底面之表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
23. 如申請專利範圍第22項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
24. 如申請專利範圍第22項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
25. 如申請專利範圍第22項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
26. 如申請專利範圍第21項所述之光學元件，其中該第二側面於一大致垂直於該底面之表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
27. 如申請專利範圍第26項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
28. 如申請專利範圍第26項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
29. 如申請專利範圍第26項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
30. 如申請專利範圍第21項所述之光學元件，其中該第二側面於一大致垂直於該底面之表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
31. 如申請專利範圍第30項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係大於該第一側面於該表面的投影長度。
32. 如申請專利範圍第30項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係等於該第一側面於該表面的投影長度。
33. 如申請專利範圍第30項所述之光學元件，其中該第一入光面於該表面的投影長度係小於該第一側面於該表面的投影長度。
34. 一種光源模組，包含:
    一發光二極體；及
    一如申請專利範圍第1項至第33項之任一項所述之光學元件，該光學元件設置於該發光二極體上。