TWI471500B - 光學組件 - Google Patents

Description

光學組件

本發明係關於一種光學組件，尤其是可均勻聚集光線之光學組件。

光學組件可應用於多種領域，當應用於照明燈具時，可調整該燈具之出光角度，使該燈具擁有較佳之聚光效果。請參照第1圖所示，習知光學組件9係包含一發光元件91、一反射鏡92及一自由透鏡93。該發光元件91係以發散之方式將光線射出，當該光線接觸到該反射鏡92時，該反射鏡92可將光線反射至該自由透鏡93，此時，該自由透鏡93會同時接收到該反射鏡92反射之光線，以及該發光元件91直接射出之光線，透過該自由透鏡93本身之聚焦功能，使該光線以平行或聚集之狀態射出。

該自由透鏡93習知可為一雙凸透鏡或平凸透鏡等型態。該自由透鏡93雖能適度的進行光線之聚焦，惟該聚焦效果仍不甚理想，由於該發光元件91係以發散型態發出數光線，故該數光線係各自挾帶著不同之入射角射至該自由透鏡93，尤其該自由透鏡93中央與邊緣所承接之光線的入射角具有極大差異，當該自由透鏡93係以相同曲率之曲面承接光線時，無法個別的針對不同入射角之光線進行調整，使得光線通過該自由透鏡93後，無法使各光線達到均勻之平行或聚集出光。有鑑於此，必須針對習知光學組件之缺點進行改良。

本發明之主要目的係提供一種光學組件，該光學組件具有不同曲率之折射面，可針對不同入射角之光線調整至較佳出射方向。

為達到前述發明目的，本發明之光學組件，係包含：一反射件，具有一透射部及一反射面，該反射面朝向該透射部，且該透射部在該反射件之一側表面形成一透射端；一光電元件，設置於該透射部內；及一折射聚光件，結合於該透射端，該折射聚光件具有相對設置之一內表面及一外表面，該內表面朝向該透射部，該外表面具有一第一折射區及一第二折射區，該第二折射區環設於該第一折射區之周圍，且該第二折射區為一環狀錐面。

本發明之光學組件，其中該第一折射區為一弧凸狀曲面。

本發明之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸係同時通過該折射聚光件與該第一折射區之物理中心，由該第一折射區與第二折射區之交界至該中心軸係具有一第一長度，而由該第一折射區與第二折射區之交界至該外表面之邊緣則具有一第二長度，該第一長度與第二長度之比例範圍為1：0.836~1：0.898。

本發明之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸通過該折射聚光件之物理中心，且具有一水平參考面垂直該中心軸，該第二折射區之一側表面與該水平參考面具有一第一夾角，該第一夾角設於6.53°~16.53°。

本發明之光學組件，其中該內表面具有一第三折射區及一第四折射區，該第四折射區環設於該第三折射區之周圍，且該第四折射區為一環狀錐面。

本發明之光學組件，其中該第三折射區為一平面。

本發明之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸係同時通過該折射聚光件與該第三折射區之物理中心，由該第三折射區與第四折射區之交界至該中心軸係具有一第三長度，而由該第三折射區與第四折射區之交界延伸至該內表面之邊緣具有一第四長度，該第三長度與第四長度之比例範圍為0.035：1~0.287：1。

本發明之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸通過該折射聚光件之物理中心，且具有一水平參考面垂直該中心軸，該第四折射區之一側表面與該水平參考面具有一第二夾角，該第二夾角設於1.26°~11.26°。

本發明之光學組件，其中該折射聚光件具有一側壁，該側壁設於該內表面與外表面之間，且該側壁由該外表面朝向該內表面漸縮。

本發明之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸通過該折射聚光件之物理中心，且具有一水平參考面垂直該中心軸，該側壁之表面與該水平參考面具有一第三夾角，該第三夾角設於84.5°~72.5°。

本發明之光學組件，其中該透射部係用以供一光線穿梭行進，該透射端係作為該光線穿出該反射件之一出口端。

本發明之光學組件，其中該反射件之反射面為一拋物曲面，並具有一拋物曲面焦點於該透射部內。

本發明之光學組件，其中該光電元件設於該反射面之拋物曲面焦點。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，本發明之光學組件一較佳實施例，係包含一反射件1、一光電組件2及一折射聚光件3。該光電組件2設置於該反射件1內，該折射聚光件3設置於該反射件1之一端。

該反射件1具有一透射部11及一反射面12。該透射部11係用以供一光線穿梭行進。該反射面12朝向該透射部11，可承接穿梭於該透射部11之光線，並將該光線反射回該透射部11，以改變該光線於透射部11內之行進方向。該透射部11在該反射件1之一側表面形成一透射端13，以作為該光線穿出該反射件1之一出口端。其中，該反射面12之形狀在此並不設限，較佳為一拋物曲面，並具有一拋物曲面焦點於該透射部11內，當數光線由該拋物曲面焦點發出後，可經由該反射面12之反射，朝向該透射端13平行出光。

該光電組件2設置於該透射部1內。該光電組件2之種類在此並不設限，可視本發明光學組件之應用場合而定。當應用於照明設備時，該光電組件2可為一LED等發光元件；當應用於集光設備時，該光電組件2可為一太陽能電池等光電轉換元件。在本實施例中，該光電元件係作為該發光元件，並可散發出數光線。該光電組件2較佳設於該反射面12之拋物曲面焦點，當該光電組件2以發散之型態發出數光線時，該數光線可透過該反射面12之拋物曲面的反射，朝向該透射端13平行出光。

請參照第2及3圖所示，該折射聚光件3，係為一透光材質組成，且結合於該反射件1之透射端13。該折射聚光件3具有相對設置之一外表面31及一內表面32，並具有一側壁33。

該外表面31具有一第一折射區311及一第二折射區312。該第一折射區311位於該外表面31之中央且為一弧凸狀曲面，該曲面可針對由該光電元件2直接朝該第一折射區311射出之光線，進行光線行進方向之調整。該第二折射區312環設於該第一折射區311之周圍，且該第二折射區312自該外表面31之邊緣延伸至該第一折射區311形成一環狀錐面。該環狀錐面可針對經由該反射面12反射而朝該第二折射區312前進之光線，以及從該光電元件2直接朝向該第二折射區312射出之光線，進行光線行進方向之調整。

其中，該折射聚光件3具有一中心軸S，且該中心軸S係同時通過該折射聚光件3與該第一折射區311之物理中心，且一水平參考面H係垂直於該中心軸S。由該第一折射區311與第二折射區312之交界至該中心軸S係具有一第一長度L1，而由該第一折射區311與第二折射區312之交界至該外表面31之邊緣則具有一第二長度L2，且該第一長度L1與第二長度L2之比例範圍為1：0.836~1：0.898，較佳可如本實施例中為1：0.875，以求達到較佳之聚光效果。此外，該第二折射區312之一側表面與該水平參考面H具有一第一夾角θ1，且該第一夾角θ1之範圍可設於6.53°~16.53°，較佳可如本實施例中為11.03°~12.03°，以求達到較佳之聚光效果。

該內表面32朝向該透射部11，並具有一第三折射區321與一第四折射區322。該第三折射區321位於該內表面32之中央且為一平面，該第三折射區321可針對由該光電元件2直接朝該第三折射區321射出之光線，進行聚集出光前之出光方向調整。該第四折射區322環設於該第三折射區321之周圍，且該第四折射區322自該內表面32之邊緣延伸至該第三折射區321形成一環狀錐面。該環狀錐面可針對經由該反射面12反射而朝該第四折射區322前進之光線，以及從該光電元件2直接朝向該第四折射區322射出之光線，進行聚集出光前之出光方向調整。

其中，該折射聚光件3之中心軸S，係同時通過該折射聚光件3與該第三折射區321之物理中心。由該第三折射區321與第四折射區322之交界至該中心軸S係具有一第三長度L3，而由該第三折射區321與第四折射區322之交界延伸至該內表面32之邊緣具有一第四長度L4，而該第三長度L3與第四長度L4之比例範圍為0.035：1~0.287：1，較佳可如本實施例為0.18：1，以求達到較佳之聚光效果。此外，該第四折射區322之一側表面與該水平參考面H具有一第二夾角θ2，且該第二夾角θ2之範圍可設於1.26°~11.26°，較佳可如本實施例中為5.763°~6.7636°，以求達到較佳之聚光效果。

該側壁33設於該外表面31與內表面32之間，在本實施例中，該側壁33係由該外表面31朝向該內表面32漸縮，且該側壁33之表面與該水平參考面H具有一第三夾角θ3，為使原本由該光電組件2發出且朝該側壁33前進之光線，可藉由該側壁33之表面反射為平行出光，該第三夾角θ3之範圍可設於84.5°~72.5°，較佳可如本實施例中為79.19°~78.19°，以達到較佳之聚光效果。

更詳言之，當該光電組件2以發散之方式射出數光線，該數光線會包含直接射向該折射聚光件3之內表面32的光線，以及射向該反射面12並反射至該折射聚光件3之內表面32的光線。該折射聚光件3之內表面32可提供該數光線通過該透射端13前的第一次出光方向調整，其中，該第三折射區321可調整由該光電組件2直接發出至該第三折射區321之光線行進方向，該第四折射區322可調整由該光電組件2直接發出至該第四折射區322之光線，以及自該反射面12反射之光線的行進方向。

當數光線通過該折射聚光件3之內表面32後，會接著通過該折射聚光件3之外表面31，以進行第二次的出光方向調整。其中，該第一折射區311可針對由該光電組件2直接朝該第一折射區311射出之光線，進行光線行進方向之調整，該第二折射區312可針對經由該反射面12反射而朝該第二折射區312前進之光線，以及從該光電元件2直接朝向該第二折射區312射出之光線，進行光線行進之調整。此外，該側壁33也可將由該光電組件2直接發出至該側壁33之光線進行反射，並將該光線調整為平行或聚集出光，使該折射聚光件3具有較佳之聚光效果。

本發明之光學組件，該內表面與外表面皆具有二不同曲面之折射區，可分別針對不同入射角之光線進行調整，可具有較佳之調整光線行進方向之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。

[本發明]

1．．．反射件

11．．．透射部

12．．．反射面

13．．．透射端

2．．．光電元件

3．．．折射聚光件

31．．．外表面

311．．．第一折射區

312．．．第二折射區

32．．．內表面

321．．．第三折射區

322．．．第四折射區

33．．．側壁

θ1．．．第一夾角

θ2．．．第二夾角

θ3．．．第三夾角

L1．．．第一長度

L2．．．第二長度

L3．．．第三長度

L4．．．第四長度

S．．．中心軸

H．．．水平參考面

[習知]

9．．．光學組件

91．．．發光元件

92．．．反射鏡

93．．．自由透鏡

第1圖：習知光學組件之側視圖。

第2圖：本發明光學組件之側視圖。

第3圖：本發明光學組件之折射聚光件結構圖。

第4圖：本發明光學組件之折射聚光件局部放大圖。

1．．．反射件

11．．．透射部

12．．．反射面

13．．．透射端

2．．．光電元件

3．．．折射聚光件

31．．．外表面

311．．．第一折射區

312．．．第二折射區

32．．．內表面

321．．．第三折射區

322．．．第四折射區

33．．．側壁

L1．．．第一長度

L2．．．第二長度

L3．．．第三長度

L4．．．第四長度

S．．．中心軸

H．．．水平參考面

Claims (13)

1. 一種光學組件，係包含：一反射件，具有一透射部及一反射面，該反射面朝向該透射部，且該透射部在該反射件之一側表面形成一透射端；一光電元件，設置於該透射部內；及一折射聚光件，結合於該透射端，該折射聚光件具有相對設置之一內表面及一外表面，該內表面朝向該透射部，該外表面具有一第一折射區及一第二折射區，該第二折射區環設於該第一折射區之周圍，且該第二折射區為一環狀錐面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該第一折射區為一弧凸狀曲面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸係同時通過該折射聚光件與該第一折射區之物理中心，由該第一折射區與第二折射區之交界至該中心軸係具有一第一長度，而由該第一折射區與第二折射區之交界至該外表面之邊緣則具有一第二長度，該第一長度與第二長度之比例範圍為1：0.836~1：0.898。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸通過該折射聚光件之物理中心，且具有一水平參考面垂直該中心軸，該第二折射區之一側表面與該水平參考面具有一第一夾角，該第一夾角設於6.53°~16.53°。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該內表面具有一第三折射區及一第四折射區，該第四折射區環設於該第三折射區之周圍，且該第四折射區為一環狀錐面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學組件，其中該第三折射區為一平面。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸係同時通過該折射聚光件與該第三折射區之物理中心，由該第三折射區與第四折射區之交界至該中心軸係具有一第三長度，而由該第三折射區與第四折射區之交界延伸至該內表面之邊緣具有一第四長度，該第三長度與第四長度之比例範圍為0.035：1~0.287：1。
8. 如申請專利範圍第5項所述之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸通過該折射聚光件之物理中心，且具有一水平參考面垂直該中心軸，該第四折射區之一側表面與該水平參考面具有一第二夾角，該第二夾角設於1.26°~11.26°。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該折射聚光件具有一側壁，該側壁設於該內表面與外表面之間，且該側壁由該外表面朝向該內表面漸縮。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學組件，其中該折射聚光件具有一中心軸，該中心軸通過該折射聚光件之物理中心，且具有一水平參考面垂直該中心軸，該側壁之表面與該水平參考面具有一第三夾角，該第三夾角設於84.5°~72.5°。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該透射部係用以供一光線穿梭行進，該透射端係作為該光線穿出該反射件之一出口端。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學組件，其中該反射件之反射面為一拋物曲面，並具有一拋物曲面焦點於該透射部內。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學組件，其中該光電元件設於該反射面之拋物曲面焦點。