TWI468618B - 用於光源模組之透鏡元件及其照明燈具 - Google Patents

Description

用於光源模組之透鏡元件及其照明燈具

本發明是有關於一種光源模組，特別是有關於一種運用透鏡元件來增進照明功效之光源模組，以及使用該光源模組之照明燈具。

相較於鎢絲燈或水銀燈的傳統光源，發光二極體(light-emitting diode,LED)提供了較佳的發光效率，可以在相同的耗電量獲得較亮的照明效果。再者，體積較傳統光源小亦為LED光源的優點。

作為道路或停車場用的照明燈具，即俗稱的路燈，由於安裝地點在道路或停車廠周圍，照明光線必需導往道路或是停車區域，並避免路燈光線造成道路旁房屋的「光害」。因此LED光源運用至照明燈具時，必須將LED光源的光藉由路燈機構導往所欲的照明方向，以避免道路旁房屋的光害同時增加所欲之照明方向的照明亮度。

為了達成路燈光源所發出的光線能儘可能的往所欲的照明方向集中並漸少對道路旁房屋的光害影響，發明人提出一種新穎的透鏡結構，應用在光源模組及其照明燈具時可獲得所欲的效果。

本發明之目的是在於提供一種用於光源模組之透鏡元件，可將光源所發出之大部份光線導向所欲的主要照明方 向，而同時儘可能地減少次要照明方向的照明。在本發明中，若使用此透鏡元件的光源模組及其照明燈具應用在路燈時，主要照明方向係指如道路之所欲的照明方向，次要照明方向係指如路旁房屋之不欲的照明方向，即主要照明方向相對於次要照明方向。在本發明中，光源模組中的光源可為發光二極體(LED)，透鏡元件特指使用者額外附加在發光二極體上的光學透鏡，泛稱為次級透鏡，有別於發光二極體在封裝時形成的初級透鏡。

本發明之一實施例提供一種光源模組，包括：一光源，具有一光源光軸；以及一透鏡元件，圍繞該光源，並且具有一透鏡光軸、一內透鏡表面、一外透鏡表面以及一突起反射部。內透鏡表面係位於光源與外透鏡表面之間，突起反射部係形成在外透鏡表面上且不與透鏡光軸交會。內透鏡表面形成有凹陷部以容置光源，且光源的光源光軸與透鏡的透鏡光軸相間隔。外透鏡表面大體上呈一曲面，且突起反射部較外透鏡表面上之任一點為高，使得在透鏡元件內的光線會在突起反射部內形成全反射。因此，光源所發出之光線係依序經由內透鏡表面及外透鏡表面之折射而往一主要照明方向投射，且光源所發出之光線係依序經由內透鏡表面之折射、突起反射部之反射及外透鏡表面的折射而往主要照明方向投射。

透鏡元件更包含有一鏡緣環繞該外透鏡表面，前述突起反射部較外透鏡表面上之任一點為高即以相對於鏡緣所形成之參考平面為基準。

根據上述實施例，透鏡元件之外透鏡表面具有一透鏡 中心、一對稱線、一第一曲線及一第二曲線。對稱線、第一曲線及第二曲線為透鏡表面之假想線。在本說明書中，外透鏡表面之對稱線的定義為：對稱線通過透鏡中心且通過突起反射部，且透鏡元件相對於對稱線為鏡面對稱。

在本說明書中，第一曲線及第二曲線須符合以下定義：第一曲線為一位在外透鏡表面且不通過突起反射部之一假想線，且第一曲線與對稱線之間具有小於90度的第一夾角；以及第二曲線為一位在外透鏡表面且不通過突起反射部之一假想線，且與對稱線之間具有介於90度與180度之間的第二夾角。對稱線上的任一點低於第一曲線及第二曲線在外透鏡表面上的最高點。其中，高低係以鏡緣所形成的參考平面為基準。

根據上述實施例，光源與透鏡元件之間可填充一介質膠。

根據上述實施例，光源模組更包括與光源電連接之一電路板。

根據上述實施例，光源模組更包括一反射板。反射板係設置於光源與電路板之間。

根據上述實施例，突起反射部可為一矩形擋牆，與對稱線相交。突起反射部亦可為一弧形擋牆，該弧形的弧心與透鏡光軸位在相對於突起反射部的同一側。

本發明之另一實施例提供一種照明燈具，包括：一蓋體，具有一開口；一光源模組，連接於蓋體，且包括一光源及一透鏡元件。光源具有一光源光軸，透鏡元件係圍繞光源，並且突出於蓋體之開口。照明燈具更包括一防水橡 皮，設置於光源模組與蓋體之間。

在本實施例的照明燈具中，其光源模組及透鏡元件之特徵與前述之光源模組及透鏡元件相同，於此不再贅述。

根據本實施例，照明燈具更包括一散熱件，連接於光源模組，用以散逸光源模組所產生之熱量。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

以下配合圖式說明本發明之實施態樣。

第1圖表示照明燈具設置於道路旁及其對應之主要照明方向及次要照明方向之示意圖。如第1圖所示，在道路11旁所設置之照明燈具1的出光為11D，11R表示一主要照明方向，以及11H表示一次要照明方向。主要照明方向11R亦可稱之為道路側方向，次要照明方向11H亦可稱之為房屋側方向。為了使道路11具有良好的照明，照明燈具1之出光11D應該儘可能地向主要照明方向11R照射，並且減少次要照明方向11H的照射。

第2A及2B圖分別顯示本發明一實施例之照明燈具的分解示意圖以及組合示意圖。請參閱第2A圖，本發明之照明燈具1包括光源模組100、蓋體200、防水件300及散熱件400。其中光源模組100包括有至少一光源110、至少一透鏡元件120、一反射板130以及一基板140。在本實施例中，光源110安裝在基板140上，反射板130與基板140 貼合並透過反射板130上的開孔131使光源110外露。反射板130的安裝為任擇，用來反射光源110所發出之光線。

光源110可以為發光二極體(LED)，透鏡元件120覆蓋光源110，亦可覆蓋複數個光源110。基板140可以是具有較佳散熱效果之陶瓷電路板或金屬電路板。散熱件400連接至光源模組100。更具體而言，散熱件400係與光源模組100之基板140連接，用以將光源模組100所產生之熱量散逸至外界。在本實施例之中，散熱件400可以是具有散熱鰭片之鋁擠型散熱器。

光源110、透鏡元件120、反射板130以及基板140經組合為光源模組100後覆以防水件300。防水件300係以橡皮或樹脂製成，其上有開口301用以容置透鏡元件120。在本發明中，透鏡元件120具有一鏡緣126，在與防水件300壓合時可固定透鏡元件120。經防水件300覆蓋的光源模組100再覆上蓋體200，蓋體200具有開口201，對應於防水件300的開口301以及透鏡元件120。防水件300是設置於光源模組100與蓋體200之間。更具體而言，防水件300是設置於光源模組100之透鏡元件120與蓋體200之間。防水件300亦可位於透鏡元件120及反射板130之間，即透鏡元件120位於蓋體200及防水件300之間，不限於第2A圖所例示。

透鏡元件120具有複數個定位部125，對應卡合於反射板130的第一定位孔135以及基板140的第二定位孔145， 使得透鏡元件120可固定於基板140之上。

如第2B圖所示，照明燈具1經組裝後，每一個透鏡元件120是突出於蓋體200之開口201之外，因此光源110的光線可透過透鏡元件120導至照明燈具1外，形成出光11D。

第3A及3B圖分別表示本發明之透鏡元件的俯視立體示意圖以及仰視立體示意圖。透鏡元件120具有透鏡光軸O₁₂₀、內透鏡表面121、外透鏡表面122、突起反射部123、凹陷部124、複數個定位部125以及鏡緣126。請一併參考第2A圖，光源110經透鏡元件120覆蓋後位於凹陷部124，光源110的光線經凹陷部124中的內透鏡表面121進入光學透鏡120中，再由外透鏡表面122離開光學透鏡120。突起反射部123形成在外透鏡表面122上且不與透鏡光軸O₁₂₀交會。在第3A圖中，突起反射部123的型態為一矩形擋牆。

第4A圖表示第3A圖所示之透鏡元件的正視圖；以及第4B圖表示第4A圖之透鏡元件經與光源組合後之A-A剖面的示意圖。在第4B圖中，透鏡元件120的透鏡光軸O₁₂₀與光源110的光源光軸O₁₁₀相間隔，即透鏡元件120之透鏡光軸O₁₂₀係從光源光軸O₁₁₀朝向次要照明方向11H偏移一距離G。亦可稱透鏡光軸O₁₂₀係從光源光軸O₁₁₀朝向突起反射部123偏移。內透鏡表面121是位在光源110與外透鏡表面122之間。突起反射部123是形成在外透鏡表面 122上。凹陷部124是形成在內透鏡表面121上，以容置每一個光源110。此外，在每一個光源110與每一個透鏡元件120之間可填充有一介質膠(index matching gel)P，即在透鏡元件120之凹陷部124中填充介質膠P，以提升光源110之出光效率。

如第4B圖所示，每一個光源110還具有一初級透鏡112。且設想透鏡元件120之透鏡光軸O₁₂₀與外透鏡表面122之交點為透鏡中心a，則透鏡中心a至鏡緣126之高度h小於突起反射部123至鏡緣126之高度H。即，突起反射部123較外透鏡表面122上之任一點為高。

第5A圖表示第3A圖所示之透鏡元件的俯視示意圖。一併參考第4B圖，突起反射部123是形成在外透鏡表面122上且不與透鏡中心a(即透鏡光軸O₁₂₀與外透鏡表面122之交點)交會。且以透鏡中心a而言，突起反射部123係位在朝向次要照明方向11H之一側。

第5B圖表示第5A圖之透鏡元件經與光源組合後之B-B剖面的示意圖。透鏡中心a至鏡緣126之高度h等於或略小於透鏡中心a周緣之外表面122至鏡緣126之高度H’。

第6圖係顯示本發明之照明燈具之光源模組之出光示意圖。透鏡元件120之突起反射部123係位在朝向次要照明方向11H之一側，且外透鏡表面122大體上呈一不規則之曲面，且曲面終止於突起反射部123，使得在透鏡元件 120內的光線會在突起反射部123內形成全反射。因此光線R1係依序經由內透鏡表面121之折射及外透鏡表面122之折射而投射至主要照明方向11R，且光源110所發出之光線R2係依序經由內透鏡表面121之折射、突起反射部123之反射及外透鏡表面122之折射而投射至主要照明方向11R。相較於次要照明方向11H，主要照明方向11R獲得較多光源110所發出之出光，因此光源模組若應用在路燈時，對應於次要照明方向11H之道路旁房屋的光害可以減少，且對應於主要照明方向11R的道路或停車場可獲得較多的光量。

第7圖表示本發明之透鏡元件之外透鏡表面的示意圖。外透鏡表面122大體上呈一不規則之曲面且具有一透鏡中心a、一對稱線W、一第一曲線X及一第二曲線Y。突起反射部123係偏離透鏡中心a，對稱線w係通過透鏡中心a以及突起反射部123使之將透鏡元件120劃分為對稱的兩個半部，即透鏡元件120相對於對稱線w為鏡面對稱。第一曲線X係位在外透鏡表面122且不通過突起反射部123之一假想曲線，由透鏡中心a往鏡緣126延伸。第一曲線X與對稱線W之間具有一小於90度之第一夾角θ₁。第一曲線X有一最高點x₁，即距離鏡緣126所形成的參考平面最遠者，對稱線W上任一點至鏡緣126的垂直距離小於點x₁至鏡緣126所形成之參考平面的垂直距離。第二曲線Y係位在外透鏡表面122且不通過突起反射部123之一假想曲線，由透鏡中心a往鏡緣126延伸。第二曲線Y 與對稱線W之間具有一介於90度與180度之間的第二夾角θ₂。第二曲線Y有一最高點y₁，即距離鏡緣126所形成的參考平面最遠者，對稱線W上任一點至鏡緣126的垂直距離小於點y₁至鏡緣126所形成之參考平面的垂直距離。

在本發明中，如第7圖所示之第一曲線X及第二曲線Y的假想曲線並不僅為圖式所示的單一線條，只要與對稱線夾角符合上述定義者即可，如此可構成外透鏡表面122的曲面。

第8圖表示本發明之另一種透鏡元件的立體示意圖。在本圖式中，透鏡元件120’與前述透鏡元件120之差異在於：突起反射部123’為一圓弧形擋牆，該圓弧形的弧心與透鏡中心a位在相對於突起反射部123’的同一側。

此外，如第9圖所示，本發明之照明燈具1亦可以採用由多個透鏡元件120組合而成之一連片式的透鏡模組，即使多個透鏡元件120的鏡緣126一體成型，而同樣可達成上述之照明效果。

雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

1‧‧‧照明燈具

11‧‧‧道路

11D‧‧‧出光

11H‧‧‧次要照明方向

11R‧‧‧主要照明方向

100‧‧‧光源模組

110‧‧‧光源

112‧‧‧初級透鏡

120、120’‧‧‧透鏡元件

121‧‧‧內透鏡表面

122‧‧‧外透鏡表面

123、123’‧‧‧突起反射部

124‧‧‧凹陷部

125‧‧‧定位部

126‧‧‧鏡緣

130‧‧‧反射板

131‧‧‧開孔

135‧‧‧第一定位孔

140‧‧‧基板

145‧‧‧第二定位孔

200‧‧‧蓋體

201‧‧‧開口

300‧‧‧防水件

400‧‧‧散熱件

O₁₁₀‧‧‧光源光軸

O₁₂₀‧‧‧透鏡光軸

A-A‧‧‧剖面線

B-B‧‧‧剖面線

G‧‧‧距離

H、H’、h‧‧‧高度

P‧‧‧介質膠

R、R2‧‧‧光線

W‧‧‧對稱線

X‧‧‧第一曲線

x₁‧‧‧第一曲線之最高點

Y‧‧‧第二曲線

y₁‧‧‧第二曲線之最高點

θ₁‧‧‧第一夾角

θ₂‧‧‧第二夾角

第1圖表示照明燈具設置於道路旁及其對之主要照明方向及次要照明方向之示意圖；第2A圖表示本發明之照明燈具的分解示意圖；第2B圖表示第2A圖之照明燈具的組合示意圖；第3A圖表示本發明之透鏡元件的俯視立體示意圖；第3B圖表示第3A圖所示之透鏡元件的仰視立體示意圖；第4A圖表示第3A圖所示之透鏡元件的正視圖；第4B圖表示第4A圖之透鏡元件經與光源組合後之A-A剖面的示意圖；第5A圖表示第3A圖所示之透鏡元件的俯視示意圖；第5B圖表示第5A圖之透鏡元件經與光源組合後之B-B剖面的示意圖；第6圖表示第4B圖之透鏡元件經與光源組合後之出光示意圖；第7圖表示本發明之透鏡元件之外透鏡表面的示意圖；第8圖表示本發明之另一種透鏡元件的立體示意圖；以及第9圖係顯示本發明之照明燈具之透鏡元件形成模組的立體示意圖。

1‧‧‧照明燈具

11D‧‧‧出光

100‧‧‧光源模組

110‧‧‧光源

120‧‧‧透鏡元件

125‧‧‧定位部

126‧‧‧鏡緣

130‧‧‧反射板

131‧‧‧開孔

135‧‧‧第一定位孔

140‧‧‧基板

145‧‧‧第二定位孔

200‧‧‧蓋體

201‧‧‧開口

300‧‧‧防水件

400‧‧‧散熱件

Claims (18)

1. 一種光源模組，包括：一光源，具有一光源光軸；以及一透鏡元件，圍繞並覆蓋該光源，並且具有一透鏡光軸、一內透鏡表面、一外透鏡表面以及一突起反射部，該內透鏡表面係位於該光源與該外透鏡表面之間，該突起反射部係形成在該外透鏡表面上且不與該透鏡光軸交會；其中該透鏡元件之該外透鏡表面具有一透鏡中心以及一對稱線，該透鏡中心為該透鏡光軸與該外透鏡表面之交會點，該對稱線通過該透鏡中心且通過該突起反射部；以及其中該透鏡元件之該外透鏡表面更具有一第一曲線，該第一曲線為不通過該突起反射部，且該第一曲線與該對稱線之間具有小於90度的一第一夾角，且該對稱線上的任一點低於該第一曲線在該外透鏡表面上的最高點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該內透鏡表面形成有一凹陷部以容置該光源，且該光源光軸與該透鏡光軸相間隔。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該透鏡元件更包含有一鏡緣，環繞於該外透鏡表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光源模組，其中該外透鏡表面大體上呈一曲面，且該突起反射部至該鏡緣的垂直高度較該外透鏡表面上之任一點至該鏡緣的垂直高度為高。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其該透鏡元 件相對於該對稱線為鏡面對稱。
6. 如申請專利範圍第3項所述之光源模組，其中該透鏡中心至該鏡緣之高度等於或小於該透鏡中心周緣之一外表面至該鏡緣之高度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該透鏡元件之該外透鏡表面更具有一第二曲線，該第二曲線為不通過該突起反射部，且該第二曲線與該對稱線之間具有具有介於90度與180度之間的一第二夾角，且該對稱線上的任一點低於該第二曲線在該外透鏡表面上的最高點。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該突起反射部為一矩形擋牆且與該對稱線相交。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該突起反射部為一弧形擋牆且與該對稱線相交，該弧形擋牆的弧心與該透鏡光軸位在相對於該突起反射部的同一側。
10. 如申請專利範圍第3項所述之光源模組，其中該鏡緣係複數組合為一體成型。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該光源模組更包括與該光源電連接之一電路板。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該光源模組更包括一反射板，設置於該光源與該電路板之間。
13. 一種照明燈具，包括：一蓋體，具有一開口；以及一光源模組，該光源模組包括：一光源，具有一光源光軸；以及一透鏡元件，圍繞並覆蓋該光源，並且具有一透 鏡光軸、一內透鏡表面、一外透鏡表面以及一突起反射部，該內透鏡表面係位於該光源與該外透鏡表面之間，該突起反射部係形成在該外透鏡表面上且不與該透鏡光軸交會；其中該透鏡元件之該外透鏡表面具有一透鏡中心以及一對稱線，該透鏡中心為該透鏡光軸與該外透鏡表面之交會點，該對稱線通過該透鏡中心且通過該突起反射部；以及其中該透鏡元件之該外透鏡表面更具有一第一曲線，該第一曲線為不通過該突起反射部，且該第一曲線與該對稱線之間具有小於90度的一第一夾角，且該對稱線上的任一點低於該第一曲線在該外透鏡表面上的最高點。
14. 如申請專利範圍第13項所述之照明燈具，其更包括一基板，該光源安裝在該基板上。
15. 如申請專利範圍第14項所述之照明燈具，其更包括一反射板，該反射板與該基板貼合並透過該反射板上的一開孔使光源該外露。
16. 如申請專利範圍第13項所述之照明燈具，其更包括一防水件，設置於該光源模組與該蓋體之間。
17. 如申請專利範圍第13項所述之照明燈具，其更包括一散熱件與該光源模組連接。
18. 如申請專利範圍第13項所述之照明燈具，其中該透鏡元件之該外透鏡表面更具有一第二曲線，該第二曲線為不通過該突起反射部，且該第二曲線與該對稱線之間具有具有介於90度與180度之間的一第二夾角，且該對稱線上的任一點低於該第二曲線在該外透鏡表面上的最高點。