TWM483434U - 產生矩形光形之光源結構及其透鏡結構 - Google Patents

Description

產生矩形光形之光源結構及其透鏡結構

本創作關於一種光源結構及其透鏡結構，特別是一種能產生矩形光形之光源結構及其透鏡結構。

將發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)作為照明裝置的光源已普遍出現在我們的日常生活之中，例如是手電筒、檯燈或車燈，更或是電子產品的輔助照明裝置。

然而，如第1圖所示，其為LED輔助光源之光形與監視鏡頭之使用區域之分佈示意圖。在將LED作為監視鏡頭的輔助光源時，由於監視鏡頭所需的使用區域101為矩形，在考慮到監視鏡頭收光的均勻性後，LED輔助光源產生的圓形光形102的面積勢必要大於監視鏡頭所需的矩形使用區域101，但如此一來卻造成了LED輔助光源產生的光線有部分沒有照射在監視鏡頭需要的使用區域101內，而造成LED輔助光源的無效照射面積超過一半以上，不但導致監視鏡頭的收光效率低，更產生光浪費的問題。

本創作為一種產生矩形光形之光源結構及其透鏡結 構，藉由利用兩個非球面方程式分別設計作為入光面的內凹曲面及作為出光面的外凸曲面，使得透鏡本體之厚度由軸心向外側遞減，並讓光線經過透鏡本體折射後能產生矩形分佈的光形，以符合監視鏡頭所需的照射區域大小，進而避免光浪費的問題。

本創作提供一種產生矩形光形之光源結構，其包括：一透鏡本體，其為一軸對稱結構，且透鏡本體之厚度係由一軸心向外側遞減，透鏡本體具有：一入光面，其於軸心處具有一透鏡低點，並由透鏡低點朝透鏡本體邊緣呈一內凹曲面；一側面，其一端相接於入光面；及一出光面，其相接於側面之另一端以與入光面相對，且出光面呈一外凸曲面；以及一光源，位於入光面側之軸心上。

本創作又提供一種產生矩形光形之透鏡結構，其包括：一透鏡本體，其為一軸對稱結構，且透鏡本體之厚度係由一軸心向外側遞減，透鏡本體具有：一入光面，其於軸心處具有一透鏡低點，並由透鏡低點朝透鏡本體邊緣呈一內凹曲面；一側面，其一端相接於入光面；及一出光面，其相接於側面之另一端以與入光面相對，且出光面呈一外凸曲面。

藉由本創作的實施，可達到下列進步功效：一、能產生矩形分佈的光形，以符合監視鏡頭所需的照射區域大小；及二、能避免光浪費，以提升有效照射功率。

為了使任何熟習相關技藝者了解本創作之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優 點，因此將在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點。

101‧‧‧使用區域

102‧‧‧圓形光形

10‧‧‧透鏡本體

20‧‧‧光源

11‧‧‧入光面

12‧‧‧側面

13‧‧‧出光面

14‧‧‧軸心

P‧‧‧透鏡低點

d‧‧‧光源與透鏡低點的垂直距離

第1圖為習知LED輔助光源之光形與監視鏡頭使用區域之分佈示意圖；第2圖為本創作實施例之一種產生矩形光形之光源結構示意圖；第3圖為本創作實施例之一種產生矩形光形之透鏡結構示意圖；第4A圖為本創作實施例之一種於100公尺處之光形示意圖；第4B圖為第4A圖中水平方向上的光強度分佈圖；第5A圖為本創作實施例之一種於200公尺處之光形示意圖；及第5B圖為第5A圖中水平方向上的光強度分佈圖。

如第2圖及第3圖所示，本實施例為一種產生矩形光形之光源結構，其包括：一透鏡本體10以及一光源20。

透鏡本體10為一軸對稱結構，並具有一入光面11、一側面12及一出光面13，其中透鏡本體10的厚度由一軸心14向外側遞減，使得透鏡本體10成為中間較厚且外圍較薄的結構。

入光面11於軸心14處具有一透鏡低點P，並由透鏡低點P朝透鏡本體10的邊緣延伸，以呈現一內凹曲面，透鏡低點P即為入光面11的最低點，並位在最接近光源20的位置上；內凹曲面是根據一第一非球面方程式 設計而成，其中r為透鏡本體10的半徑，z₁ 為對應的半徑位置上的高度(光源20的位置被定義為三維直角座標系的原點，高度即為z方向上的位置)，d則為光源20與透鏡低點P的垂直距離。

側面12的其中一端相接於入光面11，另一端則相接於出光面13，並且以平行透鏡本體10的軸心14方向延伸，側面12位於在透鏡本體10的側邊主要是用來在透鏡本體10的邊緣連接入光面11及出光面13。

出光面13，其相接於側面12之另一端以與入光面11相對，且出光面13呈一外凸曲面，外凸曲面係根據一第二非球面方程式 設計而成，其中r為透鏡本體10的半徑，z₂ 為對應的半徑位置上的高度(光源20的位置被定義為三維直角座標系的原點，高度即為z方向上的位置)，d為光源20與透鏡低點P的垂直距離，T為透鏡本體10於軸心14上的厚度。

其中，於上述第一非球面方程式及第二非球面方程式中，r可以小於4.6公釐，d可以介於2公釐至2.5公釐之間，且T可以介於4.5公釐至5.5公釐之間，但不僅限於此，透鏡設計者應可視其需求調整透鏡本體10的大小。

光源20位於入光面11側之軸心14上，其中光源20為 一紅外線光源，例如是波長為850奈米的紅外線光源，但不僅限於此。

當光源20的光線入射至透鏡本體10的入光面11後，經過透鏡本體10折射並由出光面13出光，由於光線通過根據第一非球面方程式及第二非球面方程式設計的入光面11及出光面13後，可投射出矩形分佈的光形，藉此使得光源20發出的光線都集中在矩形分佈的投射區域內，不但可以提升整體照明效果，更因矩形分佈的光形與監視鏡頭所需的矩形使用區域形狀相符，可以避免光浪費的問題，進而提高有效照射功率。

透鏡本體10及光源20可設置於一燈具中，並使光源20位在透鏡本體10的軸心上，而於本實施例中不限制燈具的形式。

如第4A圖及第5A圖所示，其分別為100公尺處及200公尺處的光形示意圖，由此可知藉由本實施例之實施，光源及透鏡結構的組合確實可以產生矩形光形，並符合監視鏡頭所需的矩形使用區域的大小，而且根據第4B圖及第5B圖所示，其分別為第4A圖及第5A圖中於X軸數值為零處(即水平方向上)的光強度分佈圖，由此可知光強度分佈也屬均勻，確實可以達到避免光浪費及提高有效照射功率的效果。

惟上述各實施例係用以說明本創作之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本創作之內容並據以實施，而非限定本創作之專利範圍，故凡其他未脫離本創作所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

10‧‧‧透鏡本體

11‧‧‧入光面

12‧‧‧側面

13‧‧‧出光面

14‧‧‧軸心

20‧‧‧光源

P‧‧‧透鏡低點

d‧‧‧光源與透鏡低點的垂直距離

Claims (7)

1. 一種產生矩形光形之光源結構，其包括：一透鏡本體，其為一軸對稱結構，且該透鏡本體之厚度係由一軸心向外側遞減，該透鏡本體具有：一入光面，其於該軸心處具有一透鏡低點，並由該透鏡低點朝該透鏡本體邊緣呈一內凹曲面；一側面，其一端相接於該入光面；及一出光面，其相接於該側面之另一端以與該入光面相對，且該出光面呈一外凸曲面；以及一光源，位於該入光面側之該軸心上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之產生矩形光形之光源結構，其中該內凹曲面係根據一第一非球面方程式 設計而成，該外凸曲面係根據一第二非球面方程式 設計而成，其中r為該透鏡本體之一半徑，z₁ 及z₂ 為該半徑位置上的高度，d為該光源與該透鏡低點之垂直距離，T為該透鏡本體於該軸心上之厚度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之產生矩形光形之光源結構，其中該r小於4.6公釐，該d介於2公釐至2.5公釐之間，該T介於4.5公釐至5.5公釐之間。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之產生矩形光形 之光源結構，其中該光源為一紅外線光源。
5. 一種產生矩形光形之透鏡結構，其包括：一透鏡本體，其為一軸對稱結構，且該透鏡本體之厚度係由一軸心向外側遞減，該透鏡本體具有：一入光面，其於該軸心處具有一透鏡低點，並由該透鏡低點朝該透鏡本體邊緣呈一內凹曲面；一側面，其一端相接於該入光面；及一出光面，其相接於該側面之另一端以與該入光面相對，且該出光面呈一外凸曲面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之產生矩形光形之透鏡結構，其中該內凹曲面係根據一第一非球面方程式 設計而成，該外凸曲面係根據一第二非球面方程式 設計而成，其中r為該透鏡本體之一半徑，z₁ 及z₂ 為該半徑位置上的高度，d為一光源與該透鏡低點之垂直距離，T為該透鏡本體於該軸心上之厚度，該光源位於該入光面側之該軸心上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之產生矩形光形之透鏡結構，其中該r小於4.6公釐，該d介於2公釐至2.5公釐之間，該T介於4.5公釐至5.5公釐之間。