TWM492444U - 光學透鏡裝置 - Google Patents

Description

光學透鏡裝置

本創作有關於一種光學透鏡裝置，尤指一種可以側發光之光學透鏡裝置。

由於發光二極體具有體積小、使用壽命長、驅動電壓低、反應速度快等等特點，其容易與生活週遭的各類型產品進行結合，而作為照明或顯示之用途。由於發光二極體的發光是單方向射出，對於手電筒、探照燈、檯燈等等單方向的光源燈來說應用效果不錯。但，如果被應用設計成可以側發光的燈具或螢幕之上仍有許多技術上之問題需要克服。

請參閱第1圖，為習用側發光之光學透鏡裝置之結構示意圖。如圖所示，光學透鏡裝置100包括一光學透鏡11、一發光二極體模組13及一基板15。

光學透鏡11具有一中心軸101，係以中心軸101為基準對稱設置光學透鏡11之結構。光學透鏡11包括有一漏斗狀之頂面111、一側面113及一底面115。發光二極體模組13位在中心軸101之延伸位置上且設置在基板15之上。發光二極體模組13發光時，會發出許多不同角度的光線，例如：光線L1、L2。與中心軸101夾角較小之小角度光線L1將會經由頂面111全反射，再經由側面113出光，光線L1之出光角度趨近於水平方向，而達到側發光或 大角度發光之效果。另，與中心軸101夾角較大之大角度光線L2先經由側面113全反射，再經由頂面111出光，此光線L2之出光角度將會與中心軸101具有較小的夾角，以致無法達到側發光之功效。

有鑑於此，本創作將提出一創新的光學透鏡裝置，其發光二極體模組所發出的大角度或小角度光線在進入光學透鏡內部後，都可以在光學透鏡內部進行全反射並從光學透鏡之側面出光，藉以增加側發光之光線，而達到側發光之發光功效提升的目的。

本創作之一目的，在於提供一種光學透鏡裝置，光學透鏡包括一頂面、一底面及一側面，底面之中心位置凸設有一導光裝置，發光二極體模組所發出的光線經由導光結構進入光學透鏡之內部，部分的大角度光線於導光結構之側邊產生全反射而導引至頂面，再經由頂面全反射後從側面出光，如此，導引大角度光線從側面出光，將可以增加側發光之光線，而提升側發光之發光功效。

本創作之一目的，在於提供一種光學透鏡裝置，其中光學透鏡之中心軸附近區域的部分頂面設置成一折射面，則，發光二極體模組發出靠近於中心軸之小角度光線時，小角度光線將可經由折射面之折射或反射而達到大角度出光之目的。

本創作之一目的，在於提供一種光學透鏡裝置，其中光學透鏡之中心軸附近區域的部分頂面設置為一鋸齒狀或粗糙狀之折射面，發光二極體模組所發出的小角度光線將可以在鋸齒狀或粗糙狀之折射面上進行折射而發散出光，致使達到散光的效果。

本創作之一目的，在於提供一種光學透鏡裝置，其中光學透鏡之側面上設置有一鋸齒狀或粗糙狀之之折射面，以使側發光也能達到散光之功效。

為達成上述目的，本創作提供一種光學透鏡裝置，包括：一發光二極體模組；及一光學透鏡，具有一中心軸，以中心軸為基準形成出對稱結構，且發光二極體模組設置在中心軸之延伸位置之上，光學透鏡包括：一頂面，其延著中心軸形成出一漏斗狀表面；一底面，其中心位置凸設有一導光結構；及一側面，連接底面與頂面；其中，發光二極體模組所發出的光線經由導光結構進入光學透鏡之內部，部分光線於導光結構之側邊產生全反射而導引至頂面，再經由頂面全反射後從側面射出。

本創作一實施例中，其中頂面為全反射之曲面或斜面。

本創作一實施例中，其中頂面沿著中心軸環設有一反射面及一折射面，反射面及折射面為曲面或斜面，反射面設置在光學透鏡之側面與折射面間，折射面設置在反射面與中心軸間，折射面與中心軸之夾角大於反射面與中心軸之夾角。

本創作一實施例中，其中發光二極體模組之發光面之寬度為W，折射面之半徑為P，設定0≦P≦W。

本創作一實施例中，其中發光二極體模組之發光面之寬度為W，導光結構之寬度為R，設定W≦R。

本創作一實施例中，其中頂面沿著中心軸環設有一反射面及一折射面，反射面為曲面或斜面，而折射面為鋸齒面或粗糙面，反射面設置在光學透鏡之側面與折射面間，折射面設置在反射面與中心軸間。

本創作一實施例中，光學透鏡裝置尚包括一基板，發光二極體模組設置在一基板上，而光學透鏡之底面透過複數個支柱以設置在基板上。

本創作一實施例中，其中發光二極體模組設置於導光結構之下方，發光二極體模組與導光結構間存在一折射率低於光學透鏡材質之折射率之介質。

本創作一實施例中，其中導光結構之側邊為垂直面、斜面或曲面。

本創作一實施例中，其中光學透鏡之側面為垂直面、斜面、 曲面或垂直面、斜面、曲面之組合表面。

本創作一實施例中，其中光學透鏡之側面設有一鋸齒態樣或粗糙態樣之折射面。

本創作一實施例中，其中導光結構之入光面為平面、凹狀面、凸狀面或粗糙面。

100‧‧‧光學透鏡裝置

101‧‧‧中心軸

11‧‧‧光學透鏡

111‧‧‧頂面

113‧‧‧側面

115‧‧‧底面

13‧‧‧發光二極體模組

15‧‧‧基板

200‧‧‧光學透鏡裝置

201‧‧‧中心軸

21‧‧‧光學透鏡

211‧‧‧頂面

2111‧‧‧折射面

2112‧‧‧折射面

2113‧‧‧反射面

213‧‧‧側面

2131‧‧‧折射面

215‧‧‧底面

2151‧‧‧凹陷區

23‧‧‧發光二極體模組

25‧‧‧基板

251‧‧‧支柱

27‧‧‧導光結構

271‧‧‧側邊

272‧‧‧側邊

273‧‧‧側邊

275‧‧‧入光面

第1圖：習用側發光之光學透鏡裝置之結構示意圖。

第2A圖：本創作光學透鏡一實施例之之立體示意圖。

第2B圖：本創作光學透鏡一實施例之之立體剖面圖。

第3圖：本創作光學透鏡裝置一實施例之結構示意圖。

第4A圖：本創作光學透鏡裝置一實施例之結構俯視圖。

第4B圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構俯視圖。

第5圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第6圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第7圖：本創作光學透鏡裝置之發光面、折射面及導光結構之尺寸標示圖。

第8圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第9圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第10圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第11圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第12圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第13圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第14圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第15圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

第16圖：本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。

請參閱第2A圖及第2B圖分別為本創作光學透鏡一實施例之之立體示意圖及剖面示意圖，以及配合參閱第3圖為本創作光學透鏡裝置一實施例之結構示意圖。如圖所示，光學透鏡裝置200包括一光學透鏡21及一發光二極體(LED)模組23。

光學透鏡21之材質係由壓克力、PMMA、玻璃或其他可見光可以穿透出光的材質所製作而成。光學透鏡21具有一中心軸201，以中心軸201為基準對稱形成光學透鏡21之結構。光學透鏡21包括一頂面211、一側面213及一底面215。頂面211沿著中心軸201凹陷形成出一漏斗狀之表面，此頂面211亦可為全反射之曲面或斜面。底面215的底側中心位置凸設有一導光結構27。側面213連接頂面211與底面215。

發光二極體模組23設置在中心軸201之延伸位置上，且位在導光結構27的下方。發光二極體模組23由複數個發光二極體所組成，其可以發出許多不同角度之光線。在本創作中，發光二極體模組23所發出的光線將會經由導光結構27進入光學透鏡21之內部。

當發光二極體模組23發出有與中心軸201夾角較小之小角度光線L1時，光線L1經由頂面211全反射，再經由側面213出光，光線L1之出光角度趨近於水平方向，而達到側發光之功效。

另，當發光二極體模組23發出有與中心軸201夾角較大之大角度光線L2時，若光學透鏡21未設置有導光結構27，則，光線L2將會發射至側面213之上產生全反射，再經由頂面211出光，此光線L2之出光角度將會與中心軸201具有較小的夾角，只能向上發光。

於是，本創作光學透鏡21在設置有導光結構27後，大角度光線L2’會先發射至導光結構27之垂直側邊271之上產生全反射，之後，再導引至頂面211，以在頂面211全反射後再經由側面213出光。此光線L2’之出光角度即可趨近於水平方向，而達到側發光之功效。

在此，藉由導光結構27之增設，發光二極體模組23所發 出的部分大角度光線L2’將從原本頂面211出光，調整為側面213出光，如此即可增加側發光或大角度出光之光線，而提升側發光之發光功效。

又，本創作發光二極體模組23可以設置在基板25上，而光學透鏡21之底面215透過複數個支柱251(如第4A圖之三個支柱、如第4B圖之四個支柱或四個以上數量之支柱)以固設在基板25上，各支柱251將會對稱地設置在中心軸201之兩側。並且，發光二極體模組23與導光結構27間存在一折射率低於光學透鏡21材質之折射率之介質，例如：空氣。

請參閱第5圖為本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。如圖所示，本實施例光學透鏡21之頂面211沿著中心軸201環設有一折射面2111及一反射面2113。

折射面2111及反射面2113係為不同角度的曲面或斜面。反射面2113設置在側面213與折射面2111間，而折射面2111設置在反射面2113與中心軸201間。在本創作一實施例中，折射面2111與中心軸201間之夾角將大於反射面2113與中心軸201間之夾角。

再度參閱第3圖，當發光二極體模組23發出靠近於中心軸201並與中心軸201正角度之小角度光線L3時，光線L3將會經由全反射的頂面211的折射，而以趨近於垂直方向從頂面211出光。

相較於第3圖實施例，第5圖實施例之光學透鏡21將中心軸201附近區域的部分頂面211設置成折射面2111。當發光二極體模組23發出有靠近於中心軸201並與中心軸201呈現正夾角之小角度光線L3’時，光線L3’將會發射至折射面2111之上，並經過折射面2111之折射而以較大的出光角度從頂面211出光。則，光線L3’即可以經由折射面211之折射從原本垂直的小角度出光調整為大角度出光，而達到大角度出光之目的。

此外，發光二極體模組23尚可發出有靠近於中心軸201並與中心軸201呈現負夾角之小角度光線L4，此光線L4將會發射至中心軸201之另一側的折射面2111之上，並經過折射面2111之反射而以較大的 出光角度從側面213出光。

請參閱第6圖為本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。本實施例光學透鏡21之底面215尚設置有一凹陷區2151，導光結構27可以選擇凸設在凹陷區2151之中。在此，導光結構27直接凸設於底面215之底側或凸設於底面215之凹陷區2151之中，皆為本創作各實施例欲主張之權利範圍。

請參閱第7圖為本創作光學透鏡裝置之發光面、折射面及導光結構之尺寸標示圖。如圖所示，本創作發光二極體模組23之發光面寬度為W，折射面2111之半徑為P，而導光結構27之寬度為R。

本創作一實施例中，設定0≦P≦W，使小角度光線都可以經由折射面2111之折射或反射而進行大角度出光，設定W≦R，使發光二極體模組23之發光面所發出的光線皆可經由導光結構27進入光學透鏡21內部。再者，上述對於發光面寬度(W)、折射面2111之半徑(P)及導光結構27之寬度(R)之間的尺寸設定規範僅為本創作一較佳實施例而已，實際設計並不侷限於此。

請參閱第8圖為本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。如圖所示，本實施例光學透鏡21之頂面211沿著中心軸201環設有一折射面2112及一反射面2113。

折射面2112為鋸齒面或粗糙面，反射面2113為曲面或斜面。反射面2113設置在側面213與折射面2112間，而折射面2112設置在反射面2113與中心軸201間。當發光二極體模組23發出靠近於中心軸201之小角度光線時，光線將會發射至折射面2112之上，並在折射面2112之上進行折射而發散出光，以達到散光的效果。

此外，參閱第3圖、第5圖至第8圖，本創作導光結構27可以設計有一垂直的側邊271。或者，參閱第9圖，本創作導光結構27可以設計有一斜面的側邊272。或者，參閱第10圖，本創作導光結構27可以設計有一曲面的側邊273。

又，參閱第3圖、第5圖至第10圖，本創作光學透鏡21 之側面213可以設計為一垂直面。或者，參閱第11圖，本創作光學透鏡21之側面213可以設計為一斜面。或者，參閱第12圖，本創作光學透鏡21之側面213可以設計為一曲面。或者，參閱第13圖及第14圖，本創作光學透鏡21之側面213可以設計為垂直面、斜面及曲面的組合表面。

或者，參閱第15圖所示，光學透鏡21之側面213尚設有一鋸齒態樣或粗糙態樣之折射面2131。利用側面213之折射面2131以對於頂面211全反射而至的光線進行折射而發散出光，以令側發光也能達到散光之功效。

再者，上述的頂面211、側面213或導光結構27之形體變化均可以相互搭配使用而組合出不同的實施例，於此，不再一一重複闡述。

請參閱第16圖為本創作光學透鏡裝置又一實施例之結構示意圖。上述各實施例中，導光結構27之入光面設計為一水平面態樣；或者，在本實施例中，導光結構27之入光面275設計為凹狀面、凸狀面或粗糙面。

當發光二極體模組23所產生的光線發射至鋸齒或粗糙態樣之入光面275時，其光線將在入光面275進行折射而發散，此發散的入射光線將會經由導光結構27進入光學透鏡21內部而在頂面211產生更多的折射光線，以令光學透鏡21可以達到更好的散光效果

當發光二極體模組23所產生的光線發射至鋸齒或粗糙態樣之入光面275時，其光線將在入光面275進行折射而發散，此發散的入射光線將會經由導光結構27進入光學透鏡21內部而在頂面211產生更多的折射光線，以令光學透鏡21可以達到更好的散光效果

以上所述者，僅為本創作之一較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本創作之申請專利範圍內。

200‧‧‧光學透鏡裝置

201‧‧‧中心軸

21‧‧‧光學透鏡

211‧‧‧頂面

213‧‧‧側面

215‧‧‧底面

23‧‧‧發光二極體模組

25‧‧‧基板

251‧‧‧支柱

27‧‧‧導光結構

271‧‧‧側邊

Claims (12)

1. 一種光學透鏡裝置，包括：一發光二極體模組；及一光學透鏡，具有一中心軸，以中心軸為基準形成出對稱結構，且發光二極體模組設置在中心軸之延伸位置之上，光學透鏡包括：一頂面，其延著中心軸形成出一漏斗狀表面；一底面，其中心位置凸設有一導光結構；及一側面，連接底面與頂面；其中，發光二極體模組所發出的光線經由導光結構進入光學透鏡之內部，部分光線於導光結構之側邊產生全反射而導引至頂面，再經由頂面全反射後從側面射出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該頂面為全反射之曲面或斜面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該頂面沿著該中心軸環設有一反射面及一折射面，該反射面及該折射面為曲面或斜面，該反射面設置在該光學透鏡之該側面與該折射面間，該折射面設置在該反射面與該中心軸間，該折射面與該中心軸之夾角大於該反射面與該中心軸之夾角。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡裝置，其中該發光二極體模組之發光面之寬度為W，該折射面之半徑為P，設定0≦P≦W。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該發光二極體模組之發光面之寬度為W，該導光結構之寬度為R，設定W≦R。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該頂面沿著該中心軸環設有一反射面及一折射面，該反射面為曲面或斜面，而該折射面為鋸齒面或粗糙面，該反射面設置在該光學透鏡之該側面與該折射面間，該折射面設置在該反射面與該中心軸間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，尚包括一基板，該發光二極體模組設置在一基板上，而該光學透鏡之該底面透過複數個支柱 以設置在該基板上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學透鏡裝置，其中該發光二極體模組設置於該導光結構之下方，該發光二極體模組與該導光結構間存在一折射率低於該光學透鏡材質之折射率之介質。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該導光結構之側邊為垂直面、斜面或曲面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該光學透鏡之該側面為垂直面、斜面、曲面或垂直面、斜面、曲面之組合表面。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該光學透鏡之該側面設有一鋸齒態樣或粗糙態樣之折射面。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡裝置，其中該導光結構之入光面為平面、凹狀面、凸狀面或粗糙面。