TW202020489A

TW202020489A - 光學裝置

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Publication number: TW202020489A
Application number: TW107141694A
Authority: TW
Inventors: 楊博昌; 高孔翔; 尹子璋; 程俊硯; 洪宗甫; 蔣博全
Original assignee: 台灣松下電器股份有限公司
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-06-01

Abstract

一種光學裝置包含一發光模組、一框體及一光學機構。發光模組具有一發光元件，發光元件能受驅動而產生一自發光。框體設置於發光模組，並圍繞於發光元件，框體形成有一鏤空區。光學機構包括一透鏡本體。透鏡本體設置於鏤空區並連接於框體，透鏡本體具有一朝向發光元件且表面呈凹凸狀的入射面、一相反於入射面的出射斜面，以及一環繞壁，其自透鏡本體的入射面的周側朝向發光元件延伸而形成一光通道，光通道將發光元件發出的自發光導引至入射面，並由入射面將自發光導引至出射斜面，再由出射斜面導引自發光沿一第一預定方向射出。

Description

光學裝置

本發明是有關於一種光學裝置，特別是指一種與調整光路徑相關之光學裝置。

在生活中有一種光學裝置是應用於道路上，尤其是應用在高速公路上，也就是當每隔一段路程便會出現的大型電子看板，其用於顯示道路資訊及相關訊息，讓用路人能得知前方道路的狀況以便提早因應。對於這種安裝於道路上，且讓特定行進方向的用路人觀看的光學裝置必須具備以下功能，其一是光學裝置能清楚將資訊傳達給特定行進方向的用路人，其二是光學裝置不能影響到對向車道的用路人，以及光學裝置必須能在長時間日照下維持其功能，因此，如何藉由光學結構針對電子看板上的發光元件去調整其光的路徑，以及延長光學結構的使用壽命，遂成爲重要的研發課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種能達到上述功能之光學裝置。

於是，本發明光學裝置包含一發光模組、一框體及一光學機構。該發光模組具有一發光元件，該發光元件能受驅動而產生一自發光。該框體設置於該發光模組，並圍繞於該發光元件，該框體形成有一鏤空區。該光學機構包括一透鏡本體。該透鏡本體設置於該鏤空區並連接於該框體，該透鏡本體具有一朝向該發光元件且表面呈凹凸狀的入射面、一相反於該入射面的出射斜面，以及一環繞壁，其自該透鏡本體的該入射面的周側朝向該發光元件延伸而形成一光通道，該光通道將該發光元件發出的該自發光導引至該入射面，並由該入射面將該自發光導引至該出射斜面，再由該出射斜面導引該自發光沿一第一預定方向射出。

在一些實施態樣中，該入射面具有一通過自身中心的一軸線，且該入射面具有多數個環繞該軸線且彼此形成凹凸結構的導引面部，該等導引面部接收來自該發光元件發出的該自發光並導引該自發光自該出射斜面沿該第一預定方向射出。

在一些實施態樣中，該出射斜面具有N個相互連接而形成凹凸結構的斜面部，N大於等於5，每一斜面部具有一自鄰近該入射面的一側緣朝遠離該入射面的方向延伸且向下傾斜的第一面部，及一平行於該軸線且連接於該第一面部遠離該入射面的一側緣的第二面部，該第一面部與該第二面部形成有一夾角，該等夾角與一自然光的照射強度及來自該入射面的該自發光強度有關，以減少該自然光的路徑與該自發光的路徑交錯。

在一些實施態樣中，該出射斜面為一弧面結構，以限制該自發光自該出射斜面射出後在一垂直於該軸線的第一方向上相對於該軸線的偏折角度。

在一些實施態樣中，該光學機構的成分包含聚碳酸脂及抗紫外線的組合材料。

於是，本發明光學裝置適用於安裝在一發光模組，該發光模組具有一發光元件，該發光元件能受驅動而產生一自發光，該光學裝置包含一框體及一光學機構。該框體設置於該發光模組，並圍繞於該發光元件，該框體形成有一鏤空區。該光學機構包括一透鏡本體。該透鏡本體具有一朝向該發光元件且表面呈凹凸狀的入射面、一相反於該入射面的出射斜面，以及一環繞壁，其自該透鏡本體的該入射面的周側朝向該發光元件延伸而形成一光通道，該光通道將該發光元件發出的該自發光導引至該入射面，並由該入射面將該自發光導引至該出射斜面，再由該出射斜面導引該自發光沿一第一預定方向射出。

本發明之功效在於：藉由該光學機構安裝於該發光模組，以使得該發光元件所發出的該自發光能經由該入射面及該出射斜面被導向該第一預定方向。另外，透過出射斜面的角度設計將外部的該自然光導向偏離該自發光行進路徑的方向，以減少對該自發光的影響。

參閱圖1，是本發明光學裝置之一實施例，該光學裝置包含一發光模組1、一框體2及一光學機構3。該光學裝置可被應用於高速公路上的電子看板做為一顯示光源。

參閱圖1與圖2，在本實施例中，該發光模組1具有一電路基板11及一設於該電路基板11上的發光元件12，該發光元件12能受驅動而產生一自發光，且該發光元件12舉例為發光二極體，能產生可見光波段的該自發光。

參閱圖1與圖2，該框體2設置於該發光模組1，並圍繞該發光元件12而形成有一個概呈矩形狀的鏤空區21。在本實施例中，該框體2黏固於該電路基板11，且該發光元件12位於該鏤空區21內，該框體2用以作為支撐結構支撐該光學機構3，此外，還能作為罩體保護該發光元件12。

參閱圖2，在本實施例中，該光學機構3的成分包含聚碳酸脂及抗紫外線的組合材料，藉此能在長時間的日照下不易老化，但該光學機構3的成分不以此材料為限。該光學機構3包括一透鏡本體31。

參閱圖2，該透鏡本體31設置於該鏤空區21並與該框體2的內側面連接，該透鏡本體31具有一朝向該發光元件12且表面呈凹凸狀的入射面311，一相反於該入射面311的出射斜面312，以及一環繞壁313，該環繞壁313自該透鏡本體31的該入射面311的周側朝向該發光元件12延伸而形成一光通道3131，該光通道3131將該發光元件12發出的該自發光導引至該入射面311。在本實施例中，該環繞壁313概呈鐘型狀，其一端靠抵於該電路基板11，且讓該發光元件12位於該端的端口，其另一端的端口則連接該入射面311，透過該環繞壁313的內表面形成的該光通道3131，將該發光元件12發出的該自發光導引至該入射面311。在本實施例中，該框體2與該光學機構3是以射出成型的方式製作而成，以此形成一體成型的結構，但該框體2與該光學機構3連接的方式不以射出成型為限。

參閱圖2與圖3，該入射面311接收經由該光通道311傳來之自該發光元件12發出的該自發光，並將該自發光導引至該出射斜面312，再由該出射斜面312導引該自發光自該出射斜面312沿一第一預定方向射出，如圖3中箭頭所示方向。該入射面311具有一通過自身中心的一軸線91，且該入射面311具有多數個環繞該軸線91且彼此形成凹凸結構的導引面部3111，該等導引面部3111接收來自該發光元件12發出的該自發光並導引該自發光至該出射斜面312，以自該出射斜面312沿該第一預定方向射出。在本實施例中，該入射面311概呈圓形，且具有三個環繞該軸線91且彼此形成凹凸結構的導引面部3111，該等導引面部3111共同形成菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)的結構，用以導引來自該光學元件12發出的該自發光朝向該出射斜面312，並自該出射斜面312射出後沿該第一預定方向前進，該第一預定方向例如向下傾斜的方向，藉此讓駛向該電子看板的用路人能接收到電子看板上所顯示的資訊。

參閱圖2與圖4，在本實施例中，該出射斜面312是以具有五個相互連接而形成凹凸結構的斜面部3121為例，為便於說明，由上至下分別將該等斜面部3121命名為一第一斜面部3121a、一第二斜面部3121b、一第三斜面部3121c、一第四斜面部3121d及一第五斜面部3121e，其中，由於該自發光通過該第三斜面部3121c的比例較其餘面部的比例高，因此，將該第三斜面部3121c進一步分成兩個子斜面部3122、3123，並藉由子斜面部3122、3123細微的斜面角度調整以降低對該自發光的干擾，但該斜面部3121的數量不以上述五個為限，也可以大於五個。在本實施例中，每一斜面部3121具有一自鄰近該入射面311的一側緣朝遠離該入射面311的方向延伸且向下傾斜的第一面部3124，及一平行於該軸線91且連接於該第一面部3124遠離該入射面311的一側緣的第二面部3125，該第一面部3124與該第二面部3125形成有一夾角α，該等夾角α與一自然光的照射強度及來自該入射面311的該自發光強度有關，以減少該自然光的路徑與該自發光的路徑交錯。在本實施例中，透過每一斜面部3121的傾斜方式使各斜面部3121的第一面部3124盡量將來自上方的該自然光導引至不入射該出射斜面312與該透鏡本體31內該自發光的行進路徑交錯的路徑，如圖4中箭頭方向所示，進而減少對該自發光的影響(干擾)。特別要說明的是，考量模具製造、光學機構3脫離模具及出射斜面312的傾斜角度等因素，在較佳的實施態樣中，該透鏡本體31的直徑至少大於6mm，本實施例以6.5mm舉例說明，而每一斜面部3121的寬度在平均分配下均為1.3mm，但該透鏡本體31的直徑以及每一斜面部3121的寬度並不以此數值為限，在另一實施態樣中，該出射斜面312也可以具有單一斜面部3121，亦即該斜面部3121的寬度等於該透鏡本體31的直徑。

參閱圖2，在較佳的實施態樣中，該第一斜面部3121a的夾角α1為33.79度，該第二斜面部3121b的夾角α2為73.35度，該第三斜面部3121c之鄰近該第二斜面部3121b的該子斜面部3122的夾角α3為73.35度，該第四斜面部3121d的夾角α5為73.5度，該第五斜面部3121e的夾角α6為40.91度，此外，該第四斜面部3121d還具有一個一側緣連接該第一面部3124的上側緣且另一側緣連接該子斜面部3123的下側緣的第三面部3126，該第三斜面部3121c之鄰近該第四斜面部3121d的該子斜面部3123與該第三面部3126的夾角為113度，也就是說該子斜面部3123的夾角α4為67度。特別要說明的是，各該斜面部3121a~3121e所界定出的夾角α1~α6能依據不同的使用環境而對應調整，並不以此為限。透過上述的角度設計，能讓大部分的該自然光進行反射，未被反射的該自然光也將被進行散射或折射而偏離該自發光的行進路徑，藉此降低對該自發光強度的干擾。

參閱圖2與圖5，該出射斜面312為一弧面結構，以限制該自發光自該出射斜面312射出後在一垂直於該軸線91的第一方向D1上相對於該軸線91的偏折角度。在較佳的實施態樣中，相關於該弧面結構的曲度的半徑為9mm，且自該出射斜面312射出的該自發光在該第一方向D1上分別相對於該軸線91偏向左方，以及相對於該軸線91偏向右方行進，更明確地說，偏向左方行進的該自發光的行進路線與該軸線91之間形成約15度的夾角β1，偏向右方行進的該自發光的行進路線與該軸線91之間形成約15度的夾角β2，但該弧面結構的曲度的半徑不以前述9mm為限，且該偏折角度β1、β2亦不以15度為限。如圖6所示，本實施例的多數個光學裝置組裝成一顯示器，作為高速公路上的電子看板時，藉由控制光學裝置的偏折角度，讓每一車道上的用路人都能接受到車道上方電子看板顯示的資訊，同時又不影響對向車道的用路人。

但該光學裝置的應用範圍不以此為限。且雖然圖6將多數個發光元件12舉例以4X4矩陣的排列方式安裝於該電路基板11上形成該顯示器，但該發光元件12的排列方式以及數量可視該顯示器實際設計之尺寸需求而對應調整。

綜上所述，本發明藉由該光學機構3安裝於該發光模組1，以使得該發光元件12所發出的該自發光能經由該入射面311及該出射斜面312被導向該第一預定方向。另外，透過出射斜面312的角度設計將外部的該自然光導向偏離該自發光行進路徑的方向，以減少對該自發光的影響，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:發光模組11:電路基板12:發光元件2:框體21:鏤空區3:光學機構31:透鏡本體311:入射面3111:導引面部312:出射斜面3121:斜面部3121a:第一斜面部3121b:第二斜面部3121c:第三斜面部3121d:第四斜面部3121e:第五斜面部3122:子斜面部3123:子斜面部3124:第一面部3125:第二面部3126:第三面部313:環繞壁3131:光通道91:軸線D1:第一方向

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明光學裝置的一實施例的一正視示意圖，說明該實施例之一發光模組、一框體與一光學機構間的位置關係；圖2是沿圖1中線II-II所截取的一剖視示意圖，說明該發光模組、該框體與該光學機構的細部結構；圖3是類似圖2的一剖視示意圖，說明該實施例中的一發光元件產生的一自發光的行進路徑；圖4是類似圖2的一剖視示意圖，說明該實施例中的外部的一自然光入射至該出射斜面後的行進路徑；圖5是該實施例的一俯視示意圖，說明該實施例之該出射斜面呈一弧面結構；及圖6是該實施例的一正視示意圖，說明多數個光學裝置能排列成一顯示器。

1:發光模組

11:電路基板

12:發光元件

2:框體

21:鏤空區

3:光學機構

31:透鏡本體

3121c:第三斜面部

3121d:第四斜面部

3121e:第五斜面部

3122:子斜面部

3123:子斜面部

3124:第一面部

3125:第二面部

311:入射面

3111:導引面部

312:出射斜面

3121a:第一斜面部

3121b:第二斜面部

3126:第三面部

313:環繞壁

3131:光通道

91:軸線

Claims

一種光學裝置，包含：一發光模組，具有一發光元件，該發光元件能受驅動而產生一自發光；一框體，設置於該發光模組，並圍繞於該發光元件，該框體形成有一鏤空區；及一光學機構，包括一透鏡本體，設置於該鏤空區並連接於該框體，該透鏡本體具有一朝向該發光元件且表面呈凹凸狀的入射面、一相反於該入射面的出射斜面，以及一環繞壁，其自該透鏡本體的該入射面的周側朝向該發光元件延伸而形成一光通道，該光通道將該發光元件發出的該自發光導引至該入射面，並由該入射面將該自發光導引至該出射斜面，再由該出射斜面導引該自發光沿一第一預定方向射出。
如請求項1所述的光學裝置，其中，該入射面具有一通過自身中心的一軸線，且該入射面具有多數個環繞該軸線且彼此形成凹凸結構的導引面部，該等導引面部接收來自該發光元件發出的該自發光並導引該自發光自該出射斜面沿該第一預定方向射出。
如請求項2所述的光學裝置，其中，該出射斜面具有N個相互連接而形成凹凸結構的斜面部，N大於等於5，每一斜面部具有一自鄰近該入射面的一側緣朝遠離該入射面的方向延伸且向下傾斜的第一面部，及一平行於該軸線且連接於該第一面部遠離該入射面的一側緣的第二面部，該第一面部與該第二面部形成有一夾角，該等夾角與一自然光的照射強度及來自該入射面的該自發光強度有關，以減少該自然光的路徑與該自發光的路徑交錯。
如請求項3所述的光學裝置，其中，該出射斜面為一弧面結構，以限制該自發光自該出射斜面射出後在一垂直於該軸線的第一方向上相對於該軸線的偏折角度。
如請求項1所述的光學裝置，其中，該光學機構的成分包含聚碳酸脂及抗紫外線的組合材料。
一種光學裝置，適用於安裝在一發光模組，該發光模組具有一發光元件，該發光元件能受驅動而產生一自發光，該光學裝置包含：一框體，設置於該發光模組，並圍繞於該發光元件，該框體形成有一鏤空區；及一光學機構，包括一透鏡本體，設置於該鏤空區並連接於該框體，該透鏡本體具有一朝向該發光元件且表面呈凹凸狀的入射面、一相反於該入射面的出射斜面，以及一環繞壁，其自該透鏡本體的該入射面的周側朝向該發光元件延伸而形成一光通道，該光通道將該發光元件發出的該自發光導引至該入射面，並由該入射面將該自發光導引至該出射斜面，再由該出射斜面導引該自發光沿一第一預定方向射出。
如請求項6所述的光學裝置，其中，該入射面具有一通過自身中心的一軸線，且該入射面具有多數個環繞該軸線且彼此形成凹凸結構的導引面部，該等導引面部接收來自該發光元件發出的該自發光並導引該自發光自該出射斜面沿該第一預定方向射出。
如請求項7所述的光學裝置，其中，該出射斜面具有N個相互連接而形成凹凸結構的斜面部，N大於等於5，每一斜面部具有一自鄰近該入射面的一側緣朝遠離該入射面的方向延伸且向下傾斜的第一面部，及一平行於該軸線且連接於該第一面部遠離該入射面的一側緣的第二面部，該第一面部與該第二面部形成有一夾角，該等夾角與一自然光的照射強度及來自該入射面的該自發光強度有關，以減少該自然光的路徑與該自發光的路徑交錯。
如請求項8所述的光學裝置，其中，該出射斜面為一弧面結構，以限制該自發光自該出射斜面射出後在一垂直於該軸線的第一方向上相對於該軸線的偏折角度。
如請求項6所述的光學裝置，其中，該光學機構的成分包含聚碳酸脂及抗紫外線的組合材料。