TWM508040U - 光學元件 - Google Patents

Description

光學元件

本新型是關於發光元件，且特別是適用於改變發光二極體元件產生之光源發光角度、光度分佈及照度分佈的光學元件，藉以調整照明面積而符合各式燈具之不同需求。

近年來，照明市場因發光二極體(Light Emitting Diode，LED)具有低耗電、高效能及壽命長等特性而吹起一陣改革風潮，使得發光二極體大舉取代傳統光源而廣泛應用於顯示器及室內外照明，如：路燈、檯燈或裝飾光源。

相較於傳統光源，發光二極體的出光角度小，以致於應用於燈具時，整個照明範圍受限制；或者，因正向出光強度高於側邊出光強度而無法提供均勻的照明效果。

因此，必須透過二次光學以改善發光二極體光源之出光角度小及正向光強所產生之投射照度、發光角度及光均勻度問題。

本新型揭示內容之一技術態樣在於提供一種光學元件，所述光學元件用以改變發光二極體的照度、發光角度及光均勻度。

在本技術態樣的一實施方式中，提供一種光學元件，其包含一光學透鏡，光學透鏡具有一入光部及一連接於入光部的出光部，出 光部的外徑大於入光部的外徑，入光部的外徑隨著遠離出光部而遞減，入光部在相反連接出光部處由內而外形成有一凹槽、複數導光區及一全反射區，導光區呈同心圓狀環繞凹槽，全反射區環繞導光區。

導光區可以設計使具有相同高度或不同高度；當導光區設計具有相同高度時，導光區的底端與一底面間的距離可以隨著遠離光學透鏡的中心軸線遞增，或者導光區的底端與底面間的距離可以隨著遠離光學透鏡的中心軸線遞減；而當導光區設計具有不同高度時，導光區的底端與底面間的距離可為一定值。其次，導光區還可以經設計而使具有相同寬度或不同寬度。

另外，光學透鏡的凹槽包含一頂壁，其可以經設計而為平面、凸面或凹面，其中當頂壁為凸面時，可以會聚通過的光線，而當頂壁設計為凹面時，可以發散通過的光線。

又，入光部更包含一環繞壁，為全反射區與導光區相鄰接的表面，環繞壁由複數相鄰接的微透鏡組成，微透鏡分別呈凸弧柱狀，藉以提供混光效果並增加視覺的美觀度。

藉由本新型的設計，可以有效地改變通過之光線的照度、發光角度及光均勻度。

1、1a、1b、3‧‧‧光學透鏡

10、10a、10b、30‧‧‧入光部

100、100a、100b、300‧‧‧凹槽

101‧‧‧底面

102、102a、102b、302‧‧‧導光區

103、303‧‧‧全反射區

104、104a、104b、304‧‧‧頂壁

108、308‧‧‧環繞壁

110‧‧‧微透鏡

111、311‧‧‧第一連接壁

112、312‧‧‧第二連接壁

12、32‧‧‧出光部

313‧‧‧次透鏡

4‧‧‧反射環

5‧‧‧發光二極體

θ‧‧‧夾角

d1‧‧‧第一距離

d2‧‧‧第二距離

d3‧‧‧第三距離

h1‧‧‧第一高度

h2‧‧‧第二高度

h3‧‧‧第三高度

w1‧‧‧第一寬度

w2‧‧‧第二寬度

w3‧‧‧第三寬度

圖1繪示本新型第一實施方式之光學元件之立體圖。

圖2繪示本新型第一實施方式之光學元件之剖視圖。

圖3繪示本新型第二實施方式之光學元件之立體圖。

圖4繪示本新型第二實施方式之光學元件之剖視圖。

圖5繪示本新型第三實施方式之光學元件之剖視圖。

圖6繪示本新型第四實施方式之光學元件之立體圖。

圖7繪示本新型第四實施方式之光學元件之剖視圖。

請參考隨附圖示，本新型揭示內容之以上及額外目的、特徵及優點將透過本揭示內容之較佳實施例之以下闡釋性及非限制性詳細描敘予以更好地理解。

配合參閱圖1及圖2，分別為本新型第一實施例之光學元件之立體圖及剖視圖。光學元件(未另標號)適用於至少一發光二極體上，藉以改變發光二極體所發出之光線的光強度分布(即改變發光二極體發出之光線的光型)。

光學元件包含光學透鏡1，光學透鏡1是使用塑膠、玻璃、矽膠(silicone)或其他可透光材料製作而成，並具有一入光部10及一連接於入光部10的出光部12。出光部12呈圓盤狀，出光部12的外徑大於入光部10的外徑，入光部10的外徑隨著遠離出光部12而遞減，入光部10在相反連接出光部12處由內而外形成有一凹槽100、複數導光區102及一全反射區103，導光區102呈同心圓狀環繞凹槽100，全反射區103環繞導光區102。入光部10更包含一底面101，凹槽100及導光區102分別由底面101朝向出光部12的方向凹陷。入光部10及出光部12為一體成型。

導光區102的厚度隨著遠離出光部12遞減，從光學透鏡1的側剖面 觀之，導光區102大致呈錐形。發光元件設置於入光部10，並位於凹槽100下方。導光區102用以使發光元件產生的呈發散狀的光線得以朝向出光部12的方向傳遞，其中，導光區102主要是藉由全反射原理而改變光線的傳遞方向。

在本實施方式中，光學透鏡1包含三個導光區102，然在實際實施時，導光區102的數量可以依據實際需求的照度、發光角度及光均勻度而調整。如圖2所示，最靠近凹槽100的導光區102的底端與底面101兩者之間具有第一距離d1，並具有第一寬度w1及第一高度h1；次靠近凹槽100的導光區102的底端與底面101兩者之間具有一第二距離d2，並具有第二寬度w2及第二高度h2；最遠離凹槽100的導光區102的底端與底面101兩者之間具有一第三距離為d3，並具有第三寬度w3及第三高度h3。

第二寬度w2相同於第一寬度w1，第三寬度w3亦相同於第一寬度w1；換言之，該些導光區102具有相同寬度。第二高度h2相同於第一高度h1，第三高度h3亦相同於第一高度h1；換言之，該些導光區102具有相同高度。第一距離d1小於第二距離d2，第二距離d2小於第三距離d3；換言之，該些導光區102與底面101的距離隨著遠離光學透鏡1的一中心軸線而遞增。

入光部10包含頂壁104及環繞壁108，環繞壁108為全反射區103與導光區102相鄰接的表面，環繞壁108由複數相鄰接的微透鏡110組成。在本實施方式中，微透鏡110分別呈凸弧柱狀，並可與中心軸線平行或夾一角度，且朝向光學透鏡1的中心軸線方向輻射狀凸設。其中，前述中心軸線可例如為光學透鏡1的光線，且光學透鏡1以中心軸線為中心並對稱於中心軸線設置。微透鏡110的 設計可以改變光線的傳遞路徑，進而提供混光效果，並可有效地增加視覺的美觀度。入光部10更包含交錯排列於頂壁104及環繞壁108之間的第一連接壁111及第二連接壁112。頂壁104與其中之一第一連接壁111相鄰接，且頂壁104與第一連接壁之間的夾角θ為大於九十度的鈍角。在實際應用時，夾角θ也可以依據實際需求而設計為直角。

配合參閱圖3及圖4，為本創作第二實施例之光學元件之立體圖及剖視圖。圖3及圖4所示之光學元件中，光學透鏡1a與第一實施例的光學透鏡1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於入光部10的設計。

在本實施方式中，入光部10a的的凹槽100a的頂壁104a設計為凸面，並朝向相反於出光部12的方向凸出，藉此，可以有效地會聚通過的光線。

此外，在本實施方式中，導光區102a分別具有不同的寬度及不同的高度。其中，最鄰近凹槽100a的導光區102a具有第一寬度w1及第一高度h1，次鄰近凹槽100a的導光區102a具有第二寬度w2及第二高度h2，最遠離凹槽100a的導光區102a具有第三寬度w3及第三高度h3。該些導光區102a具有不同寬度，第二寬度w2大於第一寬度w1，第三寬度w3大於第一寬度w1。該些導光區102a具有不同高度，其中第二高度h2大於第一高度h1，第一高度h1小於第三高度h3。又，該些導光區102a的底端與底面101兩者之間的距離皆為d。

導光區102a主要是藉由全反射原理以改變光線的傳遞方向，因導 光區102a具有不同的寬度及高度，可以讓傳遞於其上的光線的全反射角度具差異性，故能有效地改變通過之光線的均勻度。光學透鏡1a的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學透鏡1相同，在此不予贅述。

配合參閱圖5，為本創作第三實施例之光學元件剖視圖。圖5所示之光學元件中，光學透鏡1b與第一實施例的光學透鏡1類似，且相同的元件標示以相同的符號。值得注意的是，兩者的差異在於入光部10b的設計。

在本實施方式中，入光部10b(未圖示)的凹槽100b的頂壁104b設計為凹面，並朝向出光部12的方向凹陷，藉此，可以發散通過的光線。

最鄰近凹槽100b的導光區102b具有第一寬度w1及第一高度h1，次鄰近凹槽100b的導光區102b具有第二寬度w2及第二高度h2，最遠離凹槽100b的導光區102b具有第三寬度w3及第三高度h3。第二寬度w2相同於第一寬度w1，第三寬度w3亦相同於第一寬度w1；換言之，該些導光區102b具有相同寬度。第二高度h2大於第一高度h1，第三高度h3大於第一高度h1；換言之，該些導光區102b的高度隨著遠離凹槽100b而增加。第一距離d1大於第二距離d2，第二距離d2大於第三距離d3；換言之，該些導光區102與底面101的距離隨著遠離光學透鏡1b的中心軸線而遞減。光學透鏡1b的其他元件之功用與相關說明，實際上與第一實施例的光學透鏡1相同，在此不予贅述。

配合參閱圖6及圖7，分為為本新型第四實施方式之光學元件之立 體圖及剖視圖。光學元件(未另標號)適用於至少一發光二極體5上，藉以改變發光二極體所發出之光線的光強度分布。光學元件包含光學透鏡3及反射環4。

光學透鏡3是使用塑膠、玻璃、矽膠或其他可透光材料製作而成，並具有一入光部30及一連接於入光部30的出光部32。出光部32的外徑大於入光部30的外徑，入光部30的外徑隨著遠離出光部32而遞減，入光部30在相反連接出光部32處由內而外形成有一凹槽300、複數導光區302及一全反射區303，導光區302呈同心圓狀環繞凹槽300，全反射區303環繞導光區302。

凹槽300具有頂壁304，頂壁304朝向相反於出光部32的方向呈圓弧狀凸出設。從光學透鏡3的側剖面觀之，導光區302呈截頭錐形；在本實施方式中，光學透鏡3包含二個導光區302，且導光區302具有大致相同的高度及寬度。

發光二極體5設置於入光部30，並位於凹槽300下方。反射環4設於入光部30並環繞發光二極體5，用以反射發光二極體5發出的光線以改善大角度的雜散光現象。

入光部30包含頂壁304、環繞壁308，以及交錯排列於頂壁304及環繞壁308之間的第一連接壁311及第二連接壁312，頂壁304連接於其中之一第一連接壁311，環繞壁308鄰接於其中之一第二連接壁312。

第一連接壁311上設有複數次透鏡313，其呈凸弧柱狀或凹弧狀，並主要用以改變光線的傳遞路徑，進而提供混光效果，並可有效地增加視覺的美觀度。

然以上所述者，僅為本新型之較佳實施例，當不能限定本新型實施之範圍，即凡依本新型申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本新型之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

1‧‧‧光學透鏡

10‧‧‧入光部

100‧‧‧凹槽

104‧‧‧頂壁

101‧‧‧底面

102‧‧‧導光區

108‧‧‧環繞壁

110‧‧‧微透鏡

12‧‧‧出光部

Claims (15)

1. 一種光學元件，適用於與一發光元件組成一發光模組，該光學元件包含一光學透鏡，該光學透鏡具有一入光部及一連接於該入光部的出光部，該出光部的外徑大於該入光部的外徑，該入光部的外徑隨著遠離該出光部而遞減，該入光部在相反連接該出光部處由內而外形成有一凹槽、複數導光區及一全反射區，該等導光區呈同心圓狀環繞該凹槽。
2. 如請求項第1項所述之光學元件，其中該等導光區分別具有相同高度。
3. 如請求項第2項所述之光學元件，其中該入光部更包含一底面，遠離該出光部，該等導光區的底端與該底面間的距離隨著遠離該光學透鏡之一中心軸線遞增。
4. 如請求項第2項所述之光學元件，其中該入光部更包含一底面，遠離該出光部，該等導光區的底端與該底面間的距離隨著遠離該光學透鏡之一中心軸線遞減。
5. 如請求項第1項所述之光學元件，其中該等導光區分別具有不同高度。
6. 如請求項第2項所述之光學元件，其中該入光部更包含一底面，遠離該入光部，該等導光區的底端與該底面間的距離為一定值。
7. 如請求項第3項或第4項或第6項所述之光學元件，其中該等導光區具有相同寬度。
8. 如請求項第3項或第4項或第6項所述之光學元件，其中該等導光 區具有不同寬度。
9. 如請求項第1項所述之光學元件，其中該入光部更包含一環繞壁，為全反射區與導光區相鄰接的表面，該環繞壁上形成有複數相鄰接的微透鏡。
10. 如請求項第9項所述之光學元件，其中該等微透鏡分別呈凸弧柱狀或凹弧狀。
11. 如請求項第9項所述之光學元件，其中該入光部更包含一頂壁，以及連接於該頂壁及該環繞壁之間並呈交錯排列之複數第一連接壁及複數第二連接壁，其中之一第一連接壁連接該頂壁，其中之一第二連接壁連接該環繞壁。
12. 如請求項第11項所述之光學元件，其中該頂壁為平面、凸面或凹面。
13. 如請求項第11項所述之光學元件，其中該其中之至少一第一連接壁上形成有複數相鄰接的次透鏡。
14. 如請求項第13項所述之光學元件，其中各該次透鏡呈凸弧柱狀或凹弧狀。
15. 如請求項第1項所述之光學元件，更包含一反射環，對應該凹槽設置，並環繞該發光元件。