CN203336467U - 均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，具有一透镜本体，包含：一投射曲面及一底面。其中该投射曲面由复数个曲面点所组成，该底面中心处向该投射曲面内凹形成一容置室，供以置放至少一发光二极管。本实用新型之光学透镜亦可等比例放大或缩小而不影响其光学效果。因此，通过本实用新型可调整原发光二极管之发光角度、光度分布与照度分布，使之均匀呈现出一类矩形照明区域之散光效果，进而多元使用于各类照明之运用。在使用于路灯照明时，即得以有效加强夜间行车及用路人之安全，同时亦得兼具发光二极管本身所具有之节能省碳环保之要求。

Description

均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜

技术领域

本实用新型与发光二极管透镜领域相关，特别是关于一种利用二次光学折射原理改变并调整原发光二极管之发光角度、光度分布与照度分布，同时相对该发光源中心处偏移其照明区域，进而使之呈现均匀照明效果且有效照射于被照物之偏光式发光二极管光学透镜。 

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)相较于一般传统光源而言，系具有较低耗电、高效能、寿命长等优点。例如在同样亮度下其耗电仅为普通白炽灯的1/10，节能灯的1/2，而其使用寿命却可延长至约100倍。因此，LED于现今生活中已被广泛地应用于各种需光源提供之特殊相关领域。例如，运用于显示器之背光模块，指示灯光源，一般照明设备等等。其中由于LED具有特别显著之节能省电优势，故在最为普遍运用之照明目的下，其实用性便显得格外重要。例如将LED光源运用于夜间路灯之照明实施即为其适例。 

然而，相较于传统光源，发光二极管之光线发散角度较小，以致于运用于路灯之照明时，中心光线过于集中，进而导致路灯邻近处与远离处之亮度大小差异甚巨，无法有效均匀地提供路面照明。 且习知之配光曲线多呈现为广角度圆周正态分布，而运用于道路照明时都仅为单侧照明，如此亦会造成局部光源照明之无益浪费。对此，尝有利用二次光学原理用以改变LED投射出之光学性能，而对于各种不同之使用条件下，皆能提供最佳之照明状态。以两侧路灯为例，其照明要求至少需能够呈现一类矩形区域之照明效果，用以提供于平行道路走向与垂直道路走向皆能于其照明涵盖范围内，且在相邻二路灯间之照明区域，亦得以相互衔接与匹配，不致产生有照明区域中断或照射不均匀之现象，进而影响其用路人之安全。因此，如何有效针对该LED光源之投射照度、发光角度，以及其照射光之均匀度进行改善，为本领域相关从业者极欲改善之课题。 

因此利用非对称式之透镜结构特性，使LED光源经该透镜二次折射后得以产生偏移照射区域且对称、类矩形又照射区域均亮之照明效果。更进一步研发出另一种可利用二次光学之折射原理而得改变并调整原发光二极管之发光角度与照度，同时相对该发光源中心处偏移其照明区域，进而均匀呈现照射分布的均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，彻底将LED光源有效且完整照射于路面，而于加强夜间行车及用路人安全之际，又能达到兼具节能省碳之环保要求。 

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型之目的在于提供一种利用二次光学原理进而改变LED之光学特性之均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜。用以调整原发光二极管之发光角度、光度分布与照度 分布，使之呈现均匀照射分布，而于加强夜间行车及用路人安全之际，又能达到兼具节能省碳之环保要求。 

为达上述目的，本实用新型提出一种均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，具有一透镜本体，包含：一投射曲面及一底面。其中该投射曲面由复数个曲面点所组成，其中该投射曲面边缘形成一基准面，且该基准面具有一长轴与一短轴，以该长轴为X轴方向、该短轴为Y轴方向，d为一单位坐标长，该长轴与该短轴相交处为三维坐标原点，其中该等曲面点于X-Z坐标平面上，具有各点(x，z)为(0，7.71)、(1.57，7.70)、(2.76，7.59)、(4.12，7.16)、(5.32，6.33)、(6.20，5.16)、(6.66，3.93)、(6.86，2.50)、(6.90，1.16)、(6.88，0)；于X-Y坐标平面上，具有各点(x，y)为(0，6.44)、(1.12，6.47)、(2.61，6.53)、(3.99，6.38)、(5.13，5.98)、(6.36，5.15)、(7.23，4.02)、(7.67，2.54)、(7.71，1.16)、(7.65，0)以及(0，-4.82)、(0.91，-4.92)、(2.03，-5.10)、(3.27，-5.09)、(4.40，-4.77)、(5.39，-4.19)、(6.28，-3.32)、(6.80，-2.52)、(7.28，-1.38)、(7.65，0)；于Y-Z坐标平面上，具有各点(y，z)为(0，6.62)、(1.15，6.84)、(2.66，6.85)、(3.82，6.51)、(4.90，5.82)、(5.76，4.80)、(6.29，3.49)、(6.50，2.34)、(6.65，1.07)、(6.47，0)以及(0，6.62)、(-0.98，6.29)、(-1.98，5.76)、(-2.79，5.16)、(-3.63，4.33)、(-4.23，3.49)、(-4.67，2.55)、(-4.94，1.61)、(-4.94，0.79)、(-5.11，0)；该等曲面点至X、Y、Z轴距离大于等于零并分别具有一相对误差p，且-d/20≤p≤d/20。又该底 面，其边缘与该基准面边缘相互连接形成该透镜本体之外表面，且该底面中心处向该投射曲面内凹形成一容置室；该透镜本体以Y-Z面为基础，镜向对称于X轴方向，以及以X-Z面为基础，镜向对称于Y轴方向。 

将该均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜结构等比例放大或缩小亦为本实用新型所欲达成其目的之主要技术特征。而其中当该单位坐标长d为1mm时，该相对误差p为-0.05mm≤p≤0.05mm。又为了加强将该均匀散光之发光二极管光学透镜安装至一LED基板上，于该底面处更可包含二卡合部，供以相对该LED基板相互卡合固定。其中各该卡合部，包含：一第一固块与相邻该第一固块之一第二固块，且该第二固块上设有对应该LED基板相互卡合固定之一柱型结构，可将该均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜与该LED基板相互卡合固定。 

本实用新型之功效在于利用偏光式发光二极管光学透镜之非球面宽照角度设计，经由二次光学之折射原理而得改变并调整原发光二极管之发光角度、光度分布与照度分布，使之呈现均匀照射分布，让光线投射之照明区域大致对应于长短轴方向基准面而成两侧对称，彻底将LED光源因该偏光式发光二极管光学透镜使照射区域偏移进而有效且完整照射于路面，而于加强夜间行车及用路人安全之际，又能达到兼具节能省碳之环保要求。 

附图说明

图1，为本实用新型之立体外观图。 

图2，为本实用新型于X-Z平面之侧视图。 

图3，为本实用新型于X-Y平面之上视图。 

图4，为本实用新型于Y-Z平面之剖视图。 

图5，为本实用新型于X-Z平面之光线追迹示意图。 

图6，为本实用新型于Y-Z平面之光线追迹示意图。 

图7，为本实用新型搭载LED使用之照度等照分布图。 

图8，为本实用新型搭载LED使用之光度配光曲线图。 

图9，为本实用新型具卡合部之立体外观图。 

具体实施方式

请参阅图1、2、3及图4，分别为本实用新型之立体外观图、本实用新型于X-Z平面之侧视图、于X-Y平面之上视图及于Y-Z平面之剖视图。由图观之，本实用新型提供一种均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，具有一透镜本体1，包含：一投射曲面10及一底面12。其中该投射曲面10系由复数个曲面点102所组成。利用几何学原理，由点构成线，线构成面之基础概念，将该投射曲面10上之该等曲面点102表列，进一步定义曲线与曲面，而给定之该等曲面点102多少亦将决定该投射曲面10之平滑程度。由于工程上利用该等曲面点102建立曲线及曲面之方式有多种作法，于此并不加以详述。主要利用光滑连接之概念，使之得以保证曲线在给定之曲面点102处连接，使切线斜率连续以及曲 线曲率连续，进而再架构出该投射曲面10。 

于此，本实用新型所提供之均匀散光之发光二极管光学透镜于空间中，利用三维坐标将各曲面点102表列其相应位置。其中该投射曲面10边缘形成一基准面104，且该基准面104具有一长轴106与一短轴108，以该长轴106为X轴方向、该短轴108为Y轴方向，d为一单位坐标长，该长轴106与该短轴108相交处为三维坐标原点，其中该等曲面点102于X-Z坐标平面上，具有各点(x，z)为(0，7.71)、(1.57，7.70)、(2.76，7.59)、(4.12，7.16)、(5.32，6.33)、(6.20，5.16)、(6.66，3.93)、(6.86，2.50)、(6.90，1.16)、(6.88，0)；于X-Y坐标平面上，具有各点(x，y)为(0，6.44)、(1.12，6.47)、(2.61，6.53)、(3.99，6.38)、(5.13，5.98)、(6.36，5.15)、(7.23，4.02)、(7.67，2.54)、(7.71，1.16)、(7.65，0)以及(0，-4.82)、(0.91，-4.92)、(2.03，-5.10)、(3.27，-5.09)、(4.40，-4.77)、(5.39，-4.19)、(6.28，-3.32)、(6.80，-2.52)、(7.28，-1.38)、(7.65，0)；于Y-Z坐标平面上，具有各点(y，z)为(0，6.62)、(1.15，6.84)、(2.66，6.85)、(3.82，6.51)、(4.90，5.82)、(5.76，4.80)、(6.29，3.49)、(6.50，2.34)、(6.65，1.07)、(6.47，0)以及(0，6.62)、(-0.98，6.29)、(-1.98，5.76)、(-2.79，5.16)、(-3.63，4.33)、(-4.23，3.49)、(-4.67，2.55)、(-4.94，1.61)、(-4.94，0.79)、(-5.11，0)。因此该等曲面点102至X、Y、Z轴之距离将该相应之(x，y，z)坐标再分别乘以该单位坐标长d即是，例如(xd，yd，zd)。 

又该等曲面点102至X、Y、Z轴距离分别亦可容许具有一相对误差p，且-d/20≤p≤d/20。因此于该相对误差范围内，亦为 本实用新型权利范围。但需特别注意者，该等曲面点102至X、Y、Z轴距离大于等于零，因此若该相对误差p小于零时，仍限制该等曲面点102至X、Y、Z轴距离大于等于零。 

又该底面12其边缘与该基准面104边缘相互连接形成该透镜本体1，且该底面12中心处内凹形成一容置室122，供以容置发光二极管之用。该透镜本体1以Y-Z面为基础，镜向对称于X轴方向。如此，即构成本实用新型均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜之整体结构。同时，本实用新型所提供之均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜结构上可等比例放大或缩小，而无碍于本实用新型所欲达到之目的与光学效果。相同者，当该均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜等比例放大时，其相对误差p亦随之增大。试举一例，当该单位坐标长d为1mm时，该相对误差p即为-0.05mm≤p≤+0.05mm。 

请再一并参阅图5及图6，分别为本实用新型于X-Z平面之光线路径示意图及于Y-Z平面之光线路径示意图。实施上主要系将LED置于该容置室122内，而后根据二次光学原理，使LED光源穿透该透镜本体1并利用折射原理使光线偏移而投射于欲照射区域。而图5即为相对于长轴方向光线投射区域之光线追迹表现态样；图6即为相对于短轴方向光线投射区域之光线追迹表现态样。由图观之，原发光二极管之发散轨迹因通过该均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜而改变其光线追迹表现。 

请再一并参阅图7及图8，分别为本实用新型搭载LED使用 之照度等照分布图及本实用新型搭载LED使用之光度配光曲线图。于照度等照分布图上所表示之X轴及Y轴坐标单位皆为毫米(millimeters，mm)，左侧为照度量表，其单位为勒克斯(lux)，用以表示被照射物面呈现的光亮程度。而于光度配光曲线图通常以极坐标标示，用以表示灯具之发光强度分布情形，即光源之光强度定义方式，进而测量灯具在各个角度上的发光强度分布。如图所示，该光度配光曲线图外围之径向坐标为角度，单位为度(°)，轴向坐标为光强(luminous intensity)，单位为烛光(cd)。而当采用该单位坐标长d为1mm时，该发光二极管光学透镜单一颗尺寸长轴约15.3mm、短轴约11.3mm，而于长轴方向之照射范围约可达4500mm，短轴方向约可达2500mm；同时由于光源经本实用新型之透镜后具有方向性，进而在不同之角度上相应呈现不同之光度，平均照度值为2.79勒克斯(lux)；至于其光源体单位时间内发出之所有光通量为69.763流明(lm)。而由图8所示之La为图7之照明区域长轴方向的配光曲线；Lb为图7之短轴方向的配光曲线。而其中本实用新型之光源光度最大可达约50.56烛光(cd)。 

请再参阅图9，为本实用新型具卡合部之立体外观图。由图观之，该发光二极管光学透镜更可包含二卡合部2，设置于该底面12处，供以相对于一LED基板(图未显示)相互卡合固定之用。如此一来，在后端安装上，即可快速装设或拆换该对称式路灯光学透镜。进一步言，其中各该卡合部，可包含一第一固块与相邻该第一固块21之一第二固块22，且该第二固块22上设有对应该LED基板相 互卡合固定之一柱型结构23，进而相对于该LED基板而固定于上。 

本实用新型之功效在于利用偏光式发光二极管光学透镜之非球面宽照角度设计，使发光二极管之光源经该非对称式光学透镜结构后产生折射效果。因此，透过本实用新型可调整原发光二极管之发光角度、光度分布与照度分布，使之均匀呈现出一类矩形照明区域之散光效果，进而多元使用于各类照明之运用。例如使用于路灯照明时，使其光线投射之照明区域大致对应于长短轴方向基准面而成两侧对称之照明效果。据此，确能达到彻底将LED因该偏光式发光二极管光学透镜使照射区域偏移，进而有效且完整照射于路面光源有效照射于路面，即得以确实加强夜间行车及用路人之安全，且同时亦得兼具发光二极管本身所具有之节能省碳环保之要求。又本实用新型之光学透镜亦可等比例放大或缩小而不影响其呈现之光学效果，适用性亦得以大幅提升，并此说明。 

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。 

Claims (4)

1.一种均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，具有一透镜本体，包含： 

一投射曲面，由复数个曲面点所组成，其中该投射曲面边缘形成一基准面，且该基准面具有一长轴与一短轴，以该长轴为X轴方向、该短轴为Y轴方向，d为一单位坐标长，该长轴与该短轴相交处为三维坐标原点，其中该等曲面点于X-Z坐标平面上，具有各点(x，z)为(0，7.71)、(1.57，7.70)、(2.76，7.59)、(4.12，7.16)、(5.32，6.33)、(6.20，5.16)、(6.66，3.93)、(6.86，2.50)、(6.90，1.16)、(6.88，0)；于X-Y坐标平面上，具有各点(x，y)为(0，6.44)、(1.12，6.47)、(2.61，6.53)、(3.99，6.38)、(5.13，5.98)、(6.36，5.15)、(7.23，4.02)、(7.67，2.54)、(7.71，1.16)、(7.65，0)以及(0，-4.82)、(0.91，-4.92)、(2.03，-5.10)、(3.27，-5.09)、(4.40，-4.77)、(5.39，-4.19)、(6.28，-3.32)、(6.80，-2.52)、(7.28，-1.38)、(7.65，0)；于Y-Z坐标平面上，具有各点(y，z)为(0，6.62)、(1.15，6.84)、(2.66，6.85)、(3.82，6.51)、(4.90，5.82)、(5.76，4.80)、(6.29，3.49)、(6.50，2.34)、(6.65，1.07)、(6.47，0)以及(0，6.62)、(-0.98，6.29)、(-1.98，5.76)、(-2.79，5.16)、(-3.63，4.33)、(-4.23，3.49)、(-4.67，2.55)、(-4.94，1.61)、(-4.94，0.79)、(-5.11，0)；该等曲面点至X、Y、Z轴距离大于等于零并分别具有一相对误差p，且-d/20≤p≤d/20，及 

一底面，其边缘与该基准面边缘相互连接形成该透镜本体之外表面，且该底面中心处向该投射曲面内凹形成一容置室；该透镜本体以Y-Z面为基础，镜向对称于X轴方向，以及以X-Z面为基础，镜向对称于Y轴方向。 

2.根据权利要求1所述均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，其特征在于：单位坐标长d为1mm，该相对误差p为-0.05mm≤p≤0.05mm。 

3.根据权利要求1或2所述均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，其特征在于：更包含二卡合部，设置于该底面，供以相对于一LED基板相互卡合固定。 

4.根据权利要求3所述均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，其特征在于：各该卡合部，包含，一第一固块与相邻该第一固块之一第二固块，且该第二固块上设有对应该LED基板相互卡合固定之一柱型结构。 

Images