TW201702521A - 透鏡及其發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種發光裝置，其包括一光源以及一透鏡，該透鏡具有一發光面、一頂面、四邊側面以及一底面，該發光面包括一中央凹部以及二凸出部，該二凸出部連接該中央凹部並位於該中央凹部的相對兩側，使該發光面相對於該中央凹部是對稱的。該透鏡進一步具有一受光空間位於該底面內部以及位於該底面上的四定位銷，該受光空間包括一光入射面，該發光面的該二凸出部以及該光入射面均為非球面。本發明該發光裝置提供一廣角的光散射作用，其中位於該光源與該光入射面之間的一最大間距小於該光入射面與該發光面之間的一最大距離。

Description

透鏡及其發光裝置

一種透鏡及其發光裝置，尤指對應各種不同的光源，通過該透鏡的光學設計，使該光源產生廣角的發散光效能的一種透鏡及其發光裝置。

目前發光裝置在照明應用的層面非常廣泛，例如一般的發光燈具、汽車頭燈、路燈等等，該等發光裝置為了增加照明的效能，除了針對光源的部分進行改善以外，通常會增加透鏡設置，通過該透鏡的光學設計，對該光源的照明光線進行優化，用以適應該照明的需求。因此，該透鏡的光學設計將直接影響光照的效能，需要依據特定的需求進行設計，否則難以達到使用的目的。

有鑑於此，有必要提供具有光學設計的透鏡，使該發光裝置的光照效能符合特定需求的一種透鏡及其發光裝置。

本發明一種透鏡具有一發光面、一頂面、四邊側面以及一底面，該發光面包括一中央凹部以及二凸出部，該二凸出部連接該中央凹部並位於該中央凹部的相對兩側，使該發光面相對於該中央凹部是對稱的。該透鏡進一步具有一受光空間位於該底面內部以及四定位銷位於該底面上，該受光空間包括一光入射面，該發光面的該二凸出部以及該光入射面均為非球面。

相較現有技術，本發明透鏡的該光入射面與該發光面之間的一最大間距，是大於該光源與該光入射面之間的一最大距離，使該發光裝置提供一廣角的光散射功能。

圖1係本發明透鏡一具體實施例的示意圖。

圖2a係圖1透鏡的上視圖。

圖2b係圖1 透鏡的左側視圖。

圖2c係圖1透鏡的正視圖。

圖2d係圖1透鏡的底視圖。

圖3a係圖1透鏡的PQ線段與OA_i 線段間距離關係之剖視圖。

圖3b係圖1透鏡的光入射面與發光面上的點曲率半徑關係之剖視圖。

圖4係圖1透鏡與LED光源依圖2的X’-X和Y’-Y線的光強度分佈示意圖。

圖5係圖1透鏡的發光裝置依圖2的X’-X和Y’-Y線的光角度分佈示意圖。

下面將結合附圖對本發明作一具體介紹。

請參閱圖1係本發明透鏡一具體實施例的示意圖。該透鏡10，包括一發光面11、一頂面12、四側面13以及一底面14。該發光面11位於該頂面12中央，該四側面13連接該頂面12和該底面14。該發光面11可設定輸出光線的方向，該發光面11包括二凸出部111以及一中央凹部112，該二凸出部111連接該中央凹部112並位於該中央凹部112的相對兩側，使該發光面11相對於該中央凹部112是一對稱的結構。

請再參閱圖2a至2d所示，係圖1透鏡的各側視圖。該透鏡10進一步包括一受光空間15以及四定位銷16，該受光空間15位於該底面14的內部，由該底面14朝向該頂面12凹陷形成。本實施例中，該受光空間15為球面。該四定位銷16位於該底面14上，並朝向遠離該頂面12的方向凸伸。該受光空間15包括一光入射面151、一光源定位表面152以及一連接面153，該連接面153連接該光源定位表面152與該底面14。本實施例中，該透鏡10的該頂面12具有一頂面長度L₁ 以及一頂面寬度L₂ ，且該頂面長度L₁ 大於該頂面寬度L₂ 。該受光空間15設有一開口直徑D₀ ，該光入射面151具有一投射長度D₁ 以及一投射寬度D₂ ，該投射長度D₁ 與該投射寬度D₂ 是該光入射面以垂直該頂面12並平行一光軸O” 法線的直線光在該頂面12的投射長度。其中，該投射長度D₁ 的方向平行於該透鏡10的該頂面長度L₁ 方向，該投射寬度D₂ 的方向平行於該透鏡10的該頂面寬度L₂ 方向，且該投射寬度D₂ 大於該投射長度D₁ 。另外，該光入射面151與該發光面11的該凸出部111之間的一最大間距是大於從該光入射面151的中心點與垂直於該頂面12向著該光軸O” 法線方向在該光源定位表面152的平面上投射到該光入射面151的投射面之垂直距離。當該光線由該透鏡10的該光入射面151發射時，該光線將由該透鏡10的該發光面11以超過一廣泛的角度重新分配。在至少一實施例中，該受光空間15僅包括一光入射面151且該光入射面151直接與該底面14連接。

圖3a與3b係圖1透鏡的剖視圖並包括有一光源20。該光源20的發射面具有一光源中心點O。該發光面11的該二凸出部111以及該透鏡10的該光入射面151，都是非球面。該光入射面151上的一點Q與該發光面11上的一點P之間的間距是D_pq ，該間距D_pq 的最大值是D_m ，該最大值D_m 是該發光面11上的一點P’與該光入射面151上的一點Q’之間的距離(如圖3a所示)。該光源20的該光源中心點O與該光入射面151上以一光入射角懲_i 形成的一點A_i 間的距離是d_i 。該光入射角懲_i 定義為入射光的光路徑與該光軸O” 法線之間的角度。該距離d_i 的最大值是d_n ，該距離d_n 係該光入射面151上的中心點A_n 與該光源20的該光源中心點O間的距離。本實施例中，該間距D_pq 的最大值可以由該點Q’位於該中心點A_n 處獲得。該透鏡10的該間距D_pq 具有一最大值，該間距D_pq 最大值大於該距離d_i 的最大值用以延伸光的發散。因此，該最大值D_m 是大於該最大值d_n 。

請再參閱圖3b，該發光面11的該凸出部111上的一點P有一曲率半徑是R_p ，而該光入射面151上的一點A_i 有一曲率半徑是r_i 。由於該光入射面151是一橢圓形狀，當該點A_i 越靠近該光軸O” 法線時該曲率半徑是r_i 會越小，而該點A_i 越遠離該光軸O” 法線時該曲率半徑r_i 會越大。該發光面11的該凸出部111上的一點P_m 有一最小曲率半徑是R_m ，而該光入射面151上的一點A_n 有一最小曲率半徑是r_n ，其中該曲率半徑R_m 是大於該曲率半徑r_n 。

圖3a與3b也顯示圖1透鏡的發光裝置，該發光裝置1包括該透鏡10以及該光源20，該發光裝置1的該光源20可以是一發光二極體(LED)、一雷射二極體或是一點光源。該透鏡10進一步包括一受光空間15以及四定位銷16，該受光空間15位於該底面14的內部，該四定位銷16位於該底面14上。該受光空間15包括一光入射面151。

該透鏡10具有一頂面長度L₁ 以及一頂面寬度L₂ ，且該頂面長度L₁ 大於該頂面寬度L₂ 。該受光空間15設有一開口直徑D₀ ，該光入射面151具有一投射長度D₁ 以及一投射寬度D₂ ，該投射長度D₁ 與該投射寬度D₂ 是該光入射面151以垂直該頂面12並平行一光軸O” 法線的光路徑在該頂面12的投射距離。該投射長度D₁ 的方向平行於該透鏡10的該頂面長度L₁ 方向，該投射寬度D₂ 的方向平行於該透鏡10的該頂面寬度L₂ 方向，其中該投射寬度D₂ 大於該投射長度D₁ 。

該光入射面151上的一點Q與該發光面11上的一點P之間的間距是D_pq ，該間距D_pq 的最大值是D_m ，該最大值D_m 是該發光面11上的一點P’與該光入射面151上的一點Q’之間的距離(如圖3a所示)。該光源20的該光源中心點O與該光入射面151上以一光入射角懲_i 形成的一點A_i 間的距離是d_i 。該光入射角懲_i 定義為入射光的光路徑與該光軸O”法線之間的角度。該距離d_i 的最大值是d_n ，該距離d_n 係該光入射面151上的中心點A_n 與該光源20的該光源中心點O間的距離。本實施例中，該間距D_pq 的最大值可以由該點Q’位於該中心點A_n 處獲得。該透鏡10的該間距D_pq 具有一最大值，該間距D_pq 最大值大於該距離d_i 的最大值用以延伸光的發散。因此，該最大值D_m 是大於該最大值d_n 。

該發光面11的該二凸出部111以及該透鏡10的該光入射面151，都是非球面。該發光面11的該凸出部111上的一點P有一曲率半徑是R_p ，而該光入射面151上的一點A_i 有一曲率半徑是r_i 。該光入射面151上的該點A_i 自該光軸O” 法線遠離時該曲率半徑r_i 的值是增加。該發光面11的該凸出部111上的一點P_m 有一最小曲率半徑是R_m ，而該光入射面151上的一點A_n 有一最小曲率半徑是r_n ，其中該曲率半徑是R_m 大於該曲率半徑r_n 。

該透鏡10可以是以模組化或是附加而具有該光源20。該發光裝置1進一步包括一基座(圖中未標示)，該基座承載該光源20以及該透鏡10。

圖4與5顯示圖1透鏡的發光裝置的光強度分佈示意圖，該發光裝置1依據圖2中的X’-X線在光強度分佈圖上具有一蝙蝠翼的發散形狀。該圖2中的X’-X線有一最大光強度的峰值是位於光入射角68度，而一般峰值會位於光入射角60度至80度之間，最佳的峰值是在65度至70度之間。該發光裝置1依據圖2中的Y’-Y線在光強度分佈圖上是一朗伯特(Lambertian)發散。該圖2中的Y’-Y線有一最大光強度的峰值是位於光入射角0度。因此，該發光裝置1依據該X’-X線具有一廣角的光散射功能，用以因應不同的需求提供一改方向和廣角度的光散射。

本發明透鏡10及其發光裝置1，通過該光入射面151與該發光面11之間的該間距D_pq 的最大值D_m ，大於該光源20與該光入射面151之間的該距離d_i 的最大值d_n ，提供一廣角的光散射功能。

應該指出，上述實施例僅為本發明的較佳實施例，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化。這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

1‧‧‧發光裝置

10‧‧‧透鏡

11‧‧‧發光面

111‧‧‧凸出部

112‧‧‧中央凹部

12‧‧‧頂面

13‧‧‧側面

14‧‧‧底面

15‧‧‧受光空間

151‧‧‧光入射面

152‧‧‧光源定位表面

153‧‧‧連接面

16‧‧‧定位銷

20‧‧‧光源

L₁‧‧‧頂面長度

L₂‧‧‧頂面寬度

D₀‧‧‧開口直徑

D₁‧‧‧投射長度

D₂‧‧‧投射寬度

O”‧‧‧光軸

Q、P、Q’、 P’、A_i‧‧‧點

A_n‧‧‧中心點

O‧‧‧光源中心點

D_{p q}‧‧‧間距

d_i‧‧‧距離

D_m、d_n‧‧‧最大值

R_p、r_i‧‧‧曲率半徑

R_m、r_n‧‧‧最小曲率半徑

_i‧‧‧光入射角

無

10‧‧‧透鏡

11‧‧‧發光面

111‧‧‧凸出部

112‧‧‧中央凹部

12‧‧‧頂面

13‧‧‧側面

14‧‧‧底面

Claims (10)

1. 一種透鏡，其包括一發光面、至少一側面、一頂面以及一底面，其特徵在於；
   發光面，包括一中央凹部以及二凸出部，該二凸出部連接該中央凹部並位於該中央凹部的相對兩側；
   頂面，連接該二凸出部以及該至少一側面，該頂面具有一頂面長度以及一頂面寬度，且該頂面長度大於該頂面寬度；
   底面，包括設有一開口直徑的一受光空間，該受光空間具有一光入射面，該光入射面具有一投射長度以及一投射寬度，該投射長度與該投射寬度是該光入射面以垂直該頂面並平行一光軸的直線光在該頂面的投射距離，該投射長度與該投射寬度分別與該頂面的該頂面長度與該頂面寬度方向平行，且該投射長度小於該投射寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該發光面的該二凸出部以及該光入射面，都是非球面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該受光空間進一步具有一光源定位表面以及一連接面，該連接面連接該光源定位表面與該底面，該光入射面與該發光面的該凸出部之間的一最大間距是大於從該光入射面的中心點與垂直於該頂面向著該光軸方向在該光源定位表面上投射到該光入射面的垂直距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該發光面的該凸出部的一最小曲率半徑是大於該光入射面的一最小曲率半徑。
5. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該透鏡是一具有該光源的模組。
6. 一種發光裝置，其包括一光源以及一透鏡，其特徵在於；
   光源，包括一發射表面及一光源中心點；
   透鏡，包括一發光面、至少一側面、一頂面以及一底面，其中；
   發光面，包括一中央凹部以及二凸出部，該二凸出部連接該中央凹部並位於該中央凹部的相對兩側；
   頂面，連接該二凸出部以及該至少一側面，該頂面具有一頂面長度以及一頂面寬度，且該頂面長度大於該頂面寬度；
   底面，包括設有一開口直徑的一受光空間，該受光空間具有一光入射面，該光入射面具有一投射長度以及一投射寬度，該投射長度與該投射寬度是該光入射面以垂直該頂面並平行一光軸的直線光在該頂面的投射距離，該投射長度與該投射寬度分別與該頂面的該頂面長度與該頂面寬度方向平行，且該投射長度小於該投射寬度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中，該發光面的該二凸出部以及該光入射面，都是非球面。
8. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中，該光入射面與該發光面的該凸出部之間的一最大間距是大於該光入射面的中心點與該光源的該發射表面的該光源中心點之間的距離。
9. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中，該發光面的該凸出部的一最小曲率半徑是大於該光入射面的一最小曲率半徑。
10. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中，該發光裝置進一步包括一基座，該基座承載該光源以及該透鏡。