TWI678561B - 混光透鏡 - Google Patents

Abstract

一種混光透鏡，包括入光側、出光側及環形側壁。環形側壁具有凹向上段及凹向下段，凹向上段的第一下緣連接入光側。凹向下段的第二上緣及第二下緣分別連接出光側及凹向上段的第一上緣。凹向上段的第一內反射面及凹向下段的第二內反射面上配置有側凹部，側凹部由第一下緣延伸至第二上緣，側凹部具有第一側緣、第二側緣及連接第一側緣及第二側緣的反射凹面。在側凹部的一剖面上，第一側緣及第二側緣之間的直線的長度為2a，直線上的相異兩點的距離為L1，且相異兩點到反射凹面上的一點的距離分別為L2及L3，L2與L3的和為2a，2a大於L1。

Description

混光透鏡

本發明關於一種透鏡，尤其是指一種混光透鏡。

全內反射透鏡(total internal reflection lens)針對廣照射面積進行設計時，是藉由控制內全反射面的入射角，使得光跡交叉而達到較大的照度半角。混光透鏡的設計理念則是將不同波長的光作疊加以形成白光，故將光跡設計朝同一位置聚集的型態，以將不同波長的光聚焦在同一位置。由於廣照射面積與混光的基本設計原理的不同，使得現有技術的全內反射透鏡在針對多晶片光源或紅綠藍白型彩光光源之廣照射面積的需求進行設計時，會因為光跡交叉過多而導致混光不均勻的問題。因此，現有技術尚未能提供可兼顧混光與廣照射面積的需求的透鏡。

本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種混光透鏡，可兼顧對於多晶片光源或紅綠藍白型彩光光源的混光與廣照射面積的需求。

本發明所提供混光透鏡包括入光側、出光側以及環形側壁。環形側壁連接於入光側及出光側之間且具有凹向上段及凹向下段，凹向上段具有第一上緣、第一下緣及連接於第一上緣及第一下緣之間的第一內反射面，第一下緣連接入光側。凹向下段具有第二上緣、第二下緣及連接於第二上緣及第二下緣之間的第二內反射面，第二上緣連接出光側，第二下緣連接第一上緣。第一內反射面及第二內反射面上配置有多個側凹部，各側凹部由第一下緣延伸至第二上緣，各側凹部具有第一側緣、第二側緣及連接於第一側緣及第二側緣之間的反射凹面。在各側凹部的一剖面上，第一側緣及第二側緣之間形成長度為2a的直線，直線上的相異兩點的距離為L1，且相異兩點到反射凹面上的一點的距離分別為L2及L3，L2與L3的和為2a，且2a大於L1。

在本發明的一實施例中，上述的入光側與出光側沿第一軸排列，第一軸、第二軸及第三軸相交於交點且相互垂直，第二軸與第三軸所構成的平面與各側凹部相交形成上述的各側凹部的剖面。

在本發明的一實施例中，上述的各側凹部的第一側緣與第二側緣之間的距離由出光側朝入光側的方向逐漸增加。

在本發明的一實施例中，上述的第一內反射面、第二內反射面及反射凹面為全反射面。

在本發明的一實施例中，上述的入光側更包括底凹部，底凹部由入光側朝出光側延伸。

在本發明的一實施例中，上述的底凹部更包括頂面及環側面，環側面具有相對兩端，環側面的其中一端與頂面相接，環側面的另一端環繞形成底開口，底開口的孔徑大於頂面的直徑。

在本發明的一實施例中，上述的出光側更包括頂凹部及出光面，頂凹部由出光側朝入光側延伸，且出光面配置於頂凹部的周圍。

在本發明的一實施例中，上述的頂凹部更包括底面及環側面，環側面具有相對兩端，環側面的其中一端與底面相接，環側面的另一端環繞形成頂開口，頂開口的孔徑大於底面的直徑，且出光面配置於頂凹部的頂開口的周圍。

在本發明的一實施例中，上述的混光透鏡更包括多個配置於出光側的光擴散微結構。

在本發明的一實施例中，上述的光擴散微結構排列成蜂巢狀。

藉由環形側壁的凹向上段、凹向下段及側凹部，多晶片光源或紅綠藍白型彩光光源所發出的光線在通過本發明的混光透鏡後可形成混合均勻且具有廣照射面積的射出光。因此，本發明的混光透鏡可兼顧對於多晶片光源或紅綠藍白型彩光光源的混光與廣照射面積的需求。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10‧‧‧混光透鏡

110‧‧‧入光側

111‧‧‧底凹部

1111‧‧‧頂面

1112‧‧‧環側面

1113‧‧‧底開口

120‧‧‧出光側

121‧‧‧頂凹部

1211‧‧‧底面

1212‧‧‧環側面

1213‧‧‧頂開口

122‧‧‧出光面

130‧‧‧環形側壁

131‧‧‧凹向上段

1311‧‧‧第一內反射面

132‧‧‧凹向下段

1321‧‧‧第二內反射面

133‧‧‧側凹部

1331‧‧‧第一側緣

1332‧‧‧第二側緣

1333‧‧‧反射凹面

140‧‧‧光擴散微結構

20‧‧‧光源

A、B、P‧‧‧點

C、E‧‧‧區域

D-D‧‧‧割線

D1、D2‧‧‧直徑

R1、R2‧‧‧孔徑

X‧‧‧第二軸

Y‧‧‧第三軸

Z‧‧‧第一軸

圖1為本發明一實施例的混光透鏡的立體外觀示意圖；圖2為本發明一實施例的混光透鏡的側視平面示意圖；圖3為圖2中C區域的放大圖； 圖4為本發明一實施例的混光透鏡的下視平面示意圖；圖5為沿圖2中D-D割線的剖面圖；圖6為圖5中E區域的放大圖；圖7為本發明一實施例的混光透鏡的使用示意圖；以及圖8為本發明一實施例的混光透鏡的上視平面示意圖。

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、頂、底、側等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為本發明一實施例的混光透鏡的立體外觀示意圖。圖2為本發明一實施例的混光透鏡的側視平面示意圖。圖3為圖2中C區域的放大圖。圖4為本發明一實施例的混光透鏡的下視平面示意圖。圖5為沿圖2中D-D割線的剖面圖。圖6為圖5中E區域的放大圖。圖7為本發明一實施例的混光透鏡的使用示意圖。請參考圖1至7，本實施例的混光透鏡10包括入光側110、出光側120及環形側壁130。環形側壁130連接於入光側110及出光側120之間，且具有凹向上段131及凹向下段132。凹向上段131具有第一上緣、第一下緣及連接於第一上緣及第一下緣之間的第一內反射面1311，第一下緣連接入光側110。凹向下段132具有第二上緣、第二下緣及連接於第二上緣及第二下緣之間的第二內反射面1321，第二上緣連接出光側120，第二下緣連接第一上緣。第一內反射面1311及第二內反射面1321上配置有多個側凹部133，各側凹部133由第一下緣延伸至第二上緣，各側凹部133具有第一側緣1331、第二側緣1332及連接於第一側緣1331及第二側緣1332之間的反射凹 面1333。在各側凹部133的剖面上，第一側緣1331及第二側緣1332之間連接形成直線，直線的長度為2a，直線上的相異A、B兩點的距離為L1(圖未標示)，相異A、B兩點到反射凹面1333上的P點的距離分別為L2(圖未標示)及L3(圖未標示)，L2與L3的和為2a，且2a大於L1；也就是說，在各側凹部133的剖面上，第一側緣1331及第二側緣1332之間連接形成的直線及反射凹面1333之間的關係符合橢圓方程式，在各側凹部133的剖面上，第一側緣1331及第二側緣1332之間連接形成的直線及反射凹面1333構成半橢圓形。此外，第一內反射面1311、第二內反射面1321及反射凹面1333為全反射面。另外，混光透鏡10的材質可為玻璃或塑料。

上述的入光側110與出光側120可沿第一軸Z排列，第一軸Z、第二軸X及第三軸Y相交於一交點且相互垂直，第二軸X與第三軸Y所構成的平面X-Y與各側凹部133相交形成各側凹部133的剖面。此外，各側凹部133的第一側緣1331與第二側緣1332之間的距離L1由出光側120朝入光側110的方向逐漸增加。

上述的入光側110還可包括底凹部111，底凹部111由入光側110朝出光側120延伸。底凹部111的剖面可為矩形、圓形、梯形、三角形等幾何形狀或非幾何形狀。在本實施例中，底凹部111可包括頂面1111及環側面1112，環側面1112具有相對兩端，環側面1112的其中一端與頂面1111相接，環側面1112的另一端環繞形成底開口1113，且底開口1113的孔徑R1大於頂面1111的直徑D1。底開口1113的孔徑R1可例如為9毫米(mm)，頂面1111的直徑D1可例如為8mm，但不以此為限。

上述的出光側120還可包括頂凹部121及出光面122，頂凹部121由出光側120朝入光側110延伸，且出光面122配置於頂凹部121的周圍。頂凹部121的剖面可為矩形、圓形、梯形、三角形等幾何形狀或非幾何形狀。此 外，頂凹部121還可包括底面1211及環側面1212，環側面1212具有相對兩端，環側面1212的其中一端與底面1211相接，環側面1212的另一端環繞形成頂開口1213。詳細而言，在本實施例中，頂開口1213的孔徑R2可大於底面1211的直徑D2，且出光面122配置於頂凹部121的頂開口1213的周圍。頂開口1213的孔徑R2可例如為33mm至35mm，底面1211的直徑D2可例如為31mm至33mm，且環側面1212與底面1211的夾角α可為100°，但不以此為限。

本實施例的混光透鏡10於使用時，光源20可放置於底凹部111內，光源20發出的光線由入光側110進入混光透鏡10中時產生折射形成朝環形側壁130前進的第一折射光，第一折射光受到環形側壁130的凹向上段131及凹向下段132的全反射作用，可形成交叉、準直及發散等光線並由出光面122射出。此外，在第一軸Z與第三軸Y所構成的平面YZ上的第一折射光到達環形側壁130時，還可受到側凹部133的全反射作用而朝平行於第二軸X的方向反射，最終由出光面122射出。由此可見，經過凹向上段131、凹向下段132及側凹部133的作用，當多晶片光源20或紅綠藍白型彩光光源20所發出的光線由入光側110進入本實施例的混光透鏡10後，可以形成如交叉、準直及發散等不同類型或/且朝不同方向前進的光線。據此，多晶片光源20或紅綠藍白型彩光光源20所發出的光線通過本實施例的混光透鏡10後可形成混合均勻且具有廣照射面積的射出光(由出光側122射出)。因此，本實施例的混光透鏡10可兼顧對於多晶片光源20或紅綠藍白型彩光光源20的混光與廣照射面積的需求。此外，藉由頂凹部121，可以減少本實施例的混光透鏡10的整體重量及原料。並且，當本實施例的混光透鏡10的原料為塑料時，成型週期亦可以減少。

圖8為本發明一實施例的混光透鏡的上視平面示意圖。請參考圖1、7及8，本實施例的混光透鏡10還可包括多個配置於出光側120的光擴散微結構140。光擴散微結構140可以印刷或雷射蝕刻出光側120的方式而形成，但不以此為限，光擴散微結構140亦可以射出成型的方式形成於出光側120上。光擴散微結構140的形狀例如可以是半球狀凸點、球冠狀凸點、長方體狀凸點、六方體狀凸點、半球狀凹點、球冠狀凹點、長方體狀凹點、六方體狀凹點等，但本發明不以此為限。詳細而言，在本實施例中，光擴散微結構140配置於出光側120的出光面122上。此外，光擴散微結構140的排列方式可為蜂巢狀，但不以此為限。光擴散微結構140可破壞光線於混光透鏡10的出光面的全反射，提高混光透鏡10內的光線由出光側120出光的比例，從而提高出光側120的亮度，同時光擴散微結構140可改變光線由混光透鏡10的出光面進入空氣的入射角及折射角，達到再次發散及擴大角度的效果。

綜上所述，本發明實施例的混光透鏡，藉由凹向上段、凹向下段及側凹部，可提高多晶片光源或紅綠藍白型彩光光源所發出的光線的混光均勻性及照射面積。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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。

Claims (10)

1. 一種混光透鏡，包括：
   一入光側；
   一出光側；以及
   一環形側壁，連接於該入光側及該出光側之間，且具有一凹向上段及一凹向下段，該凹向上段具有一第一上緣、一第一下緣及一連接於該第一上緣及該第一下緣之間的第一內反射面，該第一下緣連接該入光側，該凹向下段具有一第二上緣、一第二下緣及一連接於該第二上緣及該第二下緣之間的第二內反射面，該第二上緣連接該出光側，該第二下緣連接該第一上緣；
   其中，該第一內反射面及該第二內反射面上配置有多個側凹部，各該些側凹部由該第一下緣延伸至該第二上緣，各該些側凹部具有一第一側緣、一第二側緣及一連接於該第一側緣及該第二側緣之間的反射凹面；以及，在各該些側凹部的一剖面上，該第一側緣及該第二側緣之間形成一直線，該直線的長度為2a，該直線上的相異兩點的距離為L1，該相異兩點到該反射凹面上的一點的距離分別為L2及L3，L2與L3的和為2a，且2a大於L1。
2. 如請求項1所述的混光透鏡，其中該入光側與該出光側沿一第一軸排列，該第一軸、一第二軸及一第三軸相交於一交點且相互垂直，該第二軸與該第三軸所構成的一平面與各該些側凹部相交形成各該些側凹部的該剖面。
3. 如請求項1所述的混光透鏡，其中各該些側凹部的該第一側緣與該第二側緣之間的距離由該出光側朝該入光側的方向逐漸增加。
4. 如請求項1所述的混光透鏡，其中該第一內反射面、該第二內反射面及該反射凹面為全反射面。
5. 如請求項1所述的混光透鏡，其中該入光側更包括一底凹部，該底凹部由該入光側朝該出光側延伸。
6. 如請求項5所述的混光透鏡，其中該底凹部更包括一頂面及一環側面，該環側面具有相對兩端，該環側面的其中一端與該頂面相接，該環側面的另一端環繞形成一底開口，該底開口的孔徑大於該頂面的直徑。
7. 如請求項1所述的混光透鏡，其中該出光側更包括一頂凹部及一出光面，該頂凹部由該出光側朝該入光側延伸，且該出光面配置於該頂凹部的周圍。
8. 如請求項7所述的混光透鏡，其中該頂凹部更包括一底面及一環側面，該環側面具有相對兩端，該環側面的其中一端與該底面相接，該環側面的另一端環繞形成一頂開口，該頂開口的孔徑大於該底面的直徑，且該出光面配置於該頂凹部的該頂開口的周圍。
9. 如請求項1所述的混光透鏡，其中該混光透鏡更包括多個光擴散微結構，該些光擴散微結構配置於該出光側。
10. 如請求項9所述的混光透鏡，其中該些光擴散微結構排列成蜂巢狀。