CN101458345A - 可重整光型的光学元件及其光源模组 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种可重整光型的光学元件及其光源模组。该光学元件包含一透镜单元，具有第一与第二区域，第一区域调整第一方向光型，第二区域调整第二方向光型，第一与第二方向夹角为70度至110度。该光源模组包含：复数发光元件；及复数透镜单元，以阵列方式排列，对应设于发光元件上，透镜单元具有第一与第二区域，第一区域调整发光元件第一方向出射光型，第二区域调整发光元件第二方向出射光型，第一与第二方向夹角为70度至110度，经由透镜单元阵列出射总光型为各透镜单元出射光型的加总。透镜单元及发光元件可为阵列方式排列构成光源模组，发射光总光型与光型面积为单一透镜单元发射光光型的加总。本发明可进行光型重整，提升入射光利用率，更增加受照面积上光均匀度。

Description

可重整光型的光学元件及其光源模组

技术领域

本发明涉及一种光学元件及其光源模组，特别是涉及一种可进行光型重整，提升入射光利用率，还可增加受照面积上光均匀度的可重整光型的光学元件及其光源模组。

背景技术

请参阅图1所示，是一现有传统的光源光型的示意图，为显示传统发光二极管光源的光型分布，该光源因光型分布具有下列缺点，包括发现能量过于集中于中央、受照面积上光均匀度不佳，以及在角落会发生照度降低的现象；另外，因为该种光源的光照面积分布不是长方形，故亦不适合用于道路照明之用；另外，光源发出的大角度光线，若未经适当收集，亦会使光源发射光的光利用率与亮度下降。

中国台湾专利第M296481号揭露了一种照明模组，包含一透光镜座及一发光元件，其中，该透光镜座包括：一个邻近该发光元件的基面、一个与基面间隔的出射面、一个连接在出射面及基面间的围绕环面，以及一个由该基面往出射面方向凹设并界定出一灯源组装槽的内槽面。该出射面具有一沿着一第一直线设置的第一浮凸区域，以及一个沿着一第二直线设置的第二浮凸区域，该第一直线及第二直线是垂直设置，且第一浮凸区域及第二浮凸区域垂直相交。藉由在该出射面上设置突出方向垂直的该等浮凸区域，可以将发光元件发射近似圆形的光形改变成椭圆形，藉以扩大照明模组可运用的领域。

中国台湾专利第M290967号揭露了一种可提高光强度及光强度均匀性的灯具，其包含：一基板、一由该基板外缘向下延伸的周壁、至少一设置于该周壁的内表面上并可发出光线的光源模组，以及一设置于该基板的下表面的反射板。该反射板的下表面形成复数间隔设置的光学反射面部，用于使该光源模组所发出的光线，经过该等光学反射面部的反射后，向下且实质上垂直于该基板的方向投射，所呈现出来的投射角度较小且较集中，提高了光强度及光强度的均匀性。

中国台湾专利第I273858号还揭露了一种发光二极管群集灯泡。该发光二极管群集灯泡，包含复数个二极管灯泡构装、一控制电路模组以及一外壳。该复数个二极管灯泡构装包含一导热/散热模组与一发光二极管模组。该控制电路模组是用以控制该等二极管灯泡构装。该外壳是配合能容纳该等二极管灯泡构装以及该控制电路模组。当该发光二极管群集灯泡连接至一电源时，该控制电路模组是选择性地使该等发光二极管模组发光。并且每一个发光二极管模组在发光时所产生的热，是由对应该个发光二极管模组的导热/散热模组传导发散。

中国台湾专利第I273858号另揭露一种发光二极管群集，利用改善散热的方式，提高发光效率。

美国专利第5515253号，揭露了一种发光二极管模组，该模组透镜部分包含一折射镜，且该折射镜后方包含数凸起部，前方包含数个凹透镜与数个凸透镜；该光源模组可产生无暗影区域的发射光。

美国专利第7172319号，还揭露了一种包含抛物线平面、圆锥平面等部分的收光结构，该结构可以近乎完全收集光源，例如发光二极管的发射光。

上述的发明中，中国台湾专利第M296481号仅揭露一种可将圆形光照面积改变为椭圆形光照面积的照明模组；中国台湾专利第M290967号仅揭露的是可提高光强度及光强度均匀性的灯具，该灯具并不能改变发射光的光型；美国专利第5515253号所揭露的光源模组仅可提高发射光均匀度，美国专利第7172319号所揭露的收光结构不能改变光型，亦未提及可提高光均匀度。

由此可见，上述现有的光学元件及其光源模组在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构可重整光型的光学元件及其光源模组，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的光学元件及其光源模组存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，改进一般现有的光学元件及其光源模组，以期创设一种新型结构的可重整光型的光学元件及其光源模组，可用以进行光型重整，与提高入射光的利用率，更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的光学元件及其光源模组存在的缺陷，而提供一种新型结构的可重整光型的光学元件及其光源模组，所要解决的技术问题是使其可以进行光型重整，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种新型结构的可重整光型的光学元件及其光源模组，所要解决的技术问题是使其可以提升入射光的利用率，更加适于实用。

本发明的还一目的在于，提供一种新型结构的可重整光型的光学元件及其光源模组，所要解决的技术问题是使其可以增加受照面积上的光均匀度，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种可重整光型的光学元件，包含一透镜单元，其中：该透镜单元，具有一第一区域与一第二区域；其中，该第一区域用以调整在一第一方向的光型，该第二区域用以调整在一第二方向的光型，该第一方向与该第二方向的一夹角为介于70度至110度。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第一方向与该第二方向呈正交。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第一区域至少包含复数个第一曲面，用以调整该第一方向的光型。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第一曲面用于发生反射。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第一曲面为发生全反射。

前述的可重整光型的光学元件，其更包含一反射元件，用以调整该第一方向的光型。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第二区域至少包含一第二曲面，用以调整该第二方向的光型。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第二曲面为一周期变化。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的第二曲面的最高点或最低点对准一入射光。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述第一区域更包含一反射面，用以调整该第一方向的光型。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的反射面包含一层镀膜或复数层镀膜。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的透镜单元的表面为一线性菲涅耳(Linear Fresnel)结构或一双凸透镜(Lent icular)结构。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的透镜单元具有抗紫外线处理与/或抗红外线与/或高光穿透性特性。

前述的可重整光型的光学元件，其中所述的透镜单元更包含一色片或一彩色镀膜。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种可重整光型的光源模组，其包含：复数个发光元件；以及复数个透镜单元，以阵列方式排列，对应设置于该发光元件之上，该透镜单元具有一第一区域与一第二区域，该第一区域用以调整该发光元件一第一方向的出射光型，该第二区域用以调整该发光元件一第二方向的出射光型，该第一方向与该第二方向的一夹角介于70度至110度，且经由该透镜单元阵列出射的总光型为各该透镜单元出射光型的加总。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的可重整光型的光源模组，其中所述的第一方向与该第二方向呈正交。

前述的可重整光型的光源模组，其中所述的第一区域至少包含复数个第一曲面，用以调整该第一方向的出射光型。

前述的可重整光型的光源模组，其中所述的第二区域至少包含一第二曲面，用以调整该第二方向的出射光型。

前述的可重整光型的光源模组，其中所述的发光元件对准该第二曲面的最高点或最低点。

前述的可重整光型的光源模组，其中所述第一区域更包含一反射面，用以调整该第一方向的出射光型。

前述的可重整光型的光源模组，其中所述的发光元件为一发光二极管。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为了达到上述目的，本发明揭露一种光源模组，包含以阵列方式排列的复数个透镜单元与复数个发光元件，其发射光型与总面积为个别透镜单元的发射光型与面积的加总。

另外，为了达到上述目的，本发明另揭露一种光源模组，包含以阵列方式排列的复数个透镜单元与复数个发光元件，可以降低产品结构复杂性与增加产品组合精确度。

此外，为了达到上述目的，本发明还揭露一种光源模组，包含以阵列方式排列的复数个透镜单元与复数个发光元件，用以改变光源模组出射光型，达到道路照明的需要。

再者，为了达到上述目的，本发明再揭露一种可重整光型的光学元件及其光源模组；该光学元件的特征在于一透镜单元，包含一第一区域与一第二区域，上述第一方向与上述第二方向的一夹角介于70度至110度，其中上述第一区域用以调整在一第一方向的光型，上述第二区域用以调整一第二方向的光型。

另外，为了达到上述目的，本发明更揭露了一种可重整光型的光源模组，其包含复数个发光元件与复数个透镜单元，其中复数个透镜单元，以阵列方式排列，对应设置于上述发光元件之上，其中上述透镜单元具有一第一区域与一第二区域，其中上述第一区域用以调整在第一方向的光型，上述第二区域用以调整第二方向的光型，上述第一方向与该第二方向的一夹角介于70度至110度，且经由上述透镜单元阵列出射的总光型为各透镜单元出射光型的加总。

借由上述技术方案，本发明可重整光型的光学元件及其光源模组至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明可以进行光型重整，非常适于实用。

2、再者，本发明可以提升入射光的利用率，可以更提高光学元件的发光效率，更加适于实用。

3、本发明藉由线性菲涅耳透镜单元(linear fresnel lens)或双凸透镜单元(lent icular lens)结构，利用其聚光特性，优化光型，且使光学元件可以轻量化，并且可以缩小透镜单元的体积。

4、此外，本发明还可以增加受照面积上的光均匀度，更加适于实用。

5、另外，本发明的光源模组是为利用单一种发光元件与透镜单元所组合，因此具有组合维修简单、可降低产品结构的复杂性，以及提高组合精确度的功效。

6、本发明的光源模组，可用以改变光源模组的出射光型，以达到道路照明需要。

综上所述，本发明是有关一种可重整光型的光学元件及其光源模组。该光学元件，包含一透镜单元，该透镜单元至少包含一第一区域与一第二区域，其中上述第一区域用以调整一第一方向的光型，上述第二区域用以调整一第二方向的光型。上述光学元件的一透镜单元及一发光元件可为阵列方式排列构成光源模组，上述光源模组的发射光总光型与光型面积为单一透镜单元发射光光型的加总。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品的结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的光学元件及其光源模组具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是一现有传统的光源光型的示意图。

图2是本发明的可重整光型的光学元件的示意图。

图3是本发明的可重整光型的光学元件的透镜单元的示意图。

图4是本发明的透镜单元与发光元件的侧视图。

图5是本发明的透镜单元阵列的示意图。

图6是本发明的可重整光型的光源模组的示意图。

图7是本发明的可重整光型的光源模组的出射光型的分布图。

1000：光学元件               1010：透镜单元

1021：第二区域               1021D：第二曲面

1022：第一区域                1022A：A面

1022B：B面                   1022C：第一曲面

1023：透镜单元               1023E：E面

1023F：F面                   1023G：G面

1023H：H面                   1024：发光元件

2000：第一透镜单元            2010：第二透镜单元

3000：光源模组

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的可重整光型的光学元件及其光源模组其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，应理解为本发明所有较佳实施例仅为例示之用，因此除说明书中所述较佳实施例与附图外，本发明亦可广泛地应用在其他实施例中。本发明并不受限于任何实施例，并非用来对本发明加以限制。

本发明揭露一种包含一透镜单元的光学元件；其中，该透镜单元包含一第一区域与一第二区域，用以调整光型。

请参阅图2图3所示，图2是本发明的可重整光型的光学元件的示意图，图3是本发明的可重整光型的光学元件的透镜单元的示意图。本发明较佳实施例所揭露的可重整光型的光学元件1000，包含一透镜单元1010，该透镜单元1010包含一第一区域1022及一第二区域1021；其中：该第一区域1022，用以调整照亮区域第一方向光型；该第二区域1021，用以调整照亮区域第二方向的光型。上述第一方向与上述第二方向的夹角为介于70度至110度；在一较佳具体实施例中，上述第一方向与上述第二方向的夹角为90度。

请参阅图2与图3所示，在透镜单元1010的剖面图中显示，上述的透镜单元第一区域1022，包含A面1022A、B面1022B与第一曲面1022C，用于调整照亮区域第一方向的光型。

该A面1022A与该B面1022B，构成上述透镜单元第一区域1022内一凹陷空间；该A面1022A与B面1022B的曲率为利用电脑模拟算出，用以调整照亮区域第一方向的光型。

该透镜单元第一区域1022的第一曲面1022C，构成上述透镜单元第一区域1022的外部；该第一曲面1022C的曲率为利用电脑模拟算出，用以调整照亮区域第一方向光型。在另一较佳具体实施例中，第一曲面1022C的曲率设计为可将入射光全反射，因此利用第一曲面1022C可对大角度入射光线进行收光，提高出射光的利用率。在另一较佳具体实施例中，还包含在第一曲面1022C镀膜，用以将入射光全反射。

在另一具体实施例中，是为省略图2中构成B面1022B与第一曲面1022C部分的透镜单元结构，但是增加一反射元件(未绘出)；该反射元件为一实心或中空块体，面向第一曲面1022C的曲面曲率设计为用以反射入射光以对光学元件内大角度入射光收光，提高入射光的利用率；在另一较佳具体实施例中，该反射元件可将入射光全反射。

在另一具体实施例中，是在图3显示的第一曲面1022C结构的下方加入一反射元件(未绘出)，其中上述反射元件面向第一曲面1022C的曲面的曲率设计为使上述反射元件用以反射入射光，提高入射光反射率，以更提高光学元件的发光效率。

在另一较佳具体实施例中，图3所显示的A面1022A、B面1022B、第一曲面1022C或第二曲面1021D，为一线性线菲涅耳透镜单元(linear fresnellens)或双凸透镜单元(lenticula rlens)结构，利用其聚光特性，优化光型，且使上述光学元件可以轻量化与缩小透镜单元的体积。

请参阅图2与图3所示，上述的透镜单元第二区域1021，包含一第二曲面1021D，用以调整照亮区域第二方向的光型，其中，上述第二曲面的曲率为利用电脑模拟算出，且透镜单元第二区域1021曲面具有周期变化。在一具体实施例中，入射光为对准上述第二曲面1021D的曲面凸起处。在另一较佳具体实施例中，入射光为对准上述第二曲面1021D的曲面凹陷处，可以得到较强的正面光。

在一较佳具体实施例中，透镜单元表面经抗紫外线(UV-cut)或/与抗红外线(IR-cut)处理，以保护内部元件不受紫外光或/与红外光的干扰。在一较佳具体实施例中，透镜单元表面包含高穿透镀膜，用以提高光学元件发光效率；在另一较佳具体实施例中，透镜单元表面包含一彩色镀膜，代替彩色滤光片。在另一具体实施例中，上述透镜单元材料即具有抗紫外线(UV-cut)或/与抗红外线(IR-cut)或/与光高穿透性或/与吸收特定色光的特性，而不需经镀膜处理。

上述光学元件尚能接合组成一单排、或多排阵列，搭配一对应于透镜单元的发光元件光源，组成一光源模组。请参阅图4所示，是本发明的透镜单元与发光元件的侧视图。一光源模组的透镜单元1023与对应于上述透镜单元的发光元件1024，其中，E面1023E与F面1023F为互相平行，G面1023G与H面1023H亦为互相平行；且当各复数透镜单元互相组合成为一阵列，各透镜单元上各曲面形成一平滑连续面。

请参阅图7所示，是本发明的可重整光型的光源模组的出射光型的分布图，为一光型与光强度模拟的结果图。上述供模拟的光源模组，包含一第一光发光元件与一第一透镜单元、一第二发光元件与一第二透镜单元及一第三发光元件与一第三透镜单元。请参阅图4、图5所示，图4是本发明的透镜单元与发光元件的侧视图，图5是透镜单元阵列的示意图。以第一与第二透镜单元为例，第一透镜单元2000的F面为与第二透镜单元2010的E面互相接合，第二透镜单元与第三透镜单元亦以相同的方式接合，请参阅图7所示，所组合出的光源模组中各上述单一透镜单元出射光的光型分布，几乎与未接合前相同，但是上述光源模组的出射光强度为单一透镜单元出射光强度的两倍。在另一具体实施利中，一光源模组亦为包含复数发光元件与复数透镜单元，但是以一透镜单元的H面与另一光学元件的G面互相接合；光型与光强度模拟结果，上述光源模组中各上述单一透镜单元的出射光型分布，几乎与未接合前相同，但是上述光源模组的出射光的光强度为单一透镜单元出射光强度的两倍。

请参阅图6所示，是本发明的可重整光型的光源模组的示意图。在另一较佳具体实施例中，为揭露一种包含有N乘M个发光元件与透镜单元的光源模组3000，其中每一个发光元件均对应于一个透镜单元。上述光源模组3000在一方向剖面包含M行发光元件与透镜单元，且每一行均包含N个发光元件与透镜单元，以构成一包含N乘M个发光元件与透镜单元的阵列；各发光元件与透镜单元之间的组合方式与对应关系，与上述实施例中组成阵列的方式相同。各上述透镜单元内发光元件的排列位置与密度为预留足以容纳各上述透镜单元的空间，并能使光型与光强度模拟结果中，上述光源模组3000的出射光强度比单一透镜单元射出的出射光高N乘M倍，且上述光源模组出射光的光型与照光范围，相当于各上述单一透镜单元射出的出射光型与照光范围的加总。另外，因上述光源模组3000为利用单一种发光元件与透镜单元所组合，因此具有组合维修简单、可降低产品结构的复杂性与提高组合精确度的优点。在关于本发明的另一具体实施例中，上述透镜单元阵列排列的形状亦无限制，其可为矩形、菱形、多边形等等形状。

在另一具体实施例中，上述发光元件为任何可以阵列排列的光源。在一较佳具体实施例中，上述发光元件为一发光二极管。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (21)

1、一种可重整光型的光学元件，包含一透镜单元，其特征在于：

该透镜单元，具有一第一区域与一第二区域；其中，该第一区域用以调整在一第一方向的光型，该第二区域用以调整在一第二方向的光型，该第一方向与该第二方向的一夹角为介于70度至110度。

2、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第一方向与该第二方向呈正交。

3、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第一区域至少包含复数个第一曲面，用以调整该第一方向的光型。

4、根据权利要求3所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第一曲面用于发生反射。

5、根据权利要求4所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第一曲面为发生全反射。

6、根据权利要求3所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其更包含一反射元件，用以调整该第一方向的光型。

7、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第二区域至少包含一第二曲面，用以调整该第二方向的光型。

8、根据权利要求7所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第二曲面为一周期变化。

9、根据权利要求7所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第二曲面的最高点或最低点对准一入射光。

10、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的第一区域更包含一反射面，用以调整该第一方向的光型。

11、根据权利要求10所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的反射面包含一层镀膜或复数层镀膜。

12、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的透镜单元的表面为一线性菲涅耳结构或一双凸透镜结构。

13、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的透镜单元具有抗紫外线处理与/或抗红外线与/或高光穿透性特性。

14、根据权利要求1所述的可重整光型的光学元件，其特征在于其中所述的透镜单元更包含一色片或一彩色镀膜。

15、一种可重整光型的光源模组，其特征在于其包含：

复数个发光元件；以及

复数个透镜单元，以阵列方式排列，对应设置于该发光元件之上，该透镜单元具有一第一区域与一第二区域，该第一区域用以调整该发光元件一第一方向的出射光型，该第二区域用以调整该发光元件一第二方向的出射光型，该第一方向与该第二方向的一夹角为介于70度至110度，且经由该透镜单元阵列出射的总光型为各该透镜单元出射光型的加总。

16、根据权利要求15所述的可重整光型的光源模组，其特征在于其中所述的第一方向与该第二方向呈正交。

17、根据权利要求15所述的可重整光型的光源模组，其特征在于其中所述的第一区域至少包含复数个第一曲面，用以调整该第一方向的出射光型。

18、根据权利要求15所述的可重整光型的光源模组，其特征在于其中所述的第二区域至少包含一第二曲面，用以调整该第二方向的出射光型。

19、根据权利要求18所述的可重整光型的光源模组，其特征在于其中所述的发光元件对准该第二曲面的最高点或最低点。

20、根据权利要求15所述的可重整光型的光源模组，其特征在于其中所述的第一区域更包含一反射面，用以调整该第一方向的出射光型。

21、根据权利要求15所述的可重整光型的光源模组，其特征在于其中所述的发光元件为一发光二极管。

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