CN102192471A - 光学透镜及包含该光学透镜的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光学透镜及包含该光学透镜的照明装置。照明装置具有一光学透镜，该照明装置包含一发光二极管灯泡，适以提供一光线。该光学透镜包含一堆叠构件、一容置部以及一凹陷部。其中，该堆叠构件具有多个堆叠层，各该堆叠层具有一外凸弧形曲面，该容置部设置于该堆叠构件的一底面，适以容置该发光二极管灯泡，而该凹陷部则设置于该堆叠构件的一顶面。藉此，该光线可通过这些外凸弧形曲面及该凹陷部射出，并提供均匀的照明效果。

Description

光学透镜及包含该光学透镜的照明装置

技术领域

本发明是关于一种用于一照明装置的光学透镜；特别是关于一种提升照明装置的照明均匀度的光学透镜。

背景技术

随着发光二极管(light emitting diode，LED)制造技术的进步以及其具有发光效率高、使用寿命长以及反应时间快等优点，现今照明装置已广泛的应用LED作为发光光源，并搭配光学透镜的使用，以使LED所产生的光线能投射于一预定区域，而获得照明的效果。由于LED的光照具有方向性，绝大部分的光照均集中朝一特定方向照射，因此，应用于照明装置时，光线强度的过度集中将形成极不均匀的照明效果，即沿该特定方向上的光线强度将远远大于周围区域，若针对作为环境照明的照明装置而言，不均匀的照明效果，将造成使用者极为不适的视觉感受。

如图1所示，现有的一光学透镜10，是用于一照明装置1，而照明装置1包含以LED作为光源的LED灯泡14。光学透镜10的外形实质上是一截圆锥体(truncatedcone)，具有一顶面11、一底面12、一侧壁13以及一容置部(图未示出)。其中容置部设置于底面12，适以容置LED灯泡14。藉此，LED灯泡14所发出的光线可透过顶面11以及侧壁13射出。由于LED灯泡14的主要光照方向是朝向顶面11方向投射，使透过顶面11中心所照射出的光线强度最强，并以该中心方向为基准，越往外侧的区域则光线强度越弱，使受照区域的光线强度形成同心圆状而不均匀的分布，因此使用现有的光学透镜10的照明装置1将无法提供均匀强度的照明效果，而受到光线照射区域内的亮度对比极高，将无法提供使用者舒适的照明效果。

有鉴于此，提供一种光学透镜，使利用LED灯泡作为光源的照明装置的照明均匀度能够有效提升，这是此一业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种光学透镜，该光学透镜用于以发光二极管(lightemitting diode，LED)灯泡作为光源的照明装置，该光学透镜能够使LED灯泡所提供的光线形成多个均匀光环(annular light)，并控制这些均匀光环朝一受照区域投射，通过这些均匀光环以部份相互重叠的方式照射于该受照区域，而使受照区域的照明均匀度提升并降低受照区域内的亮度对比差。

为达上述目的，本发明揭露一种照明装置，具有一光学透镜，该照明装置包含一LED灯泡，适以提供一光线，该光学透镜包含一堆叠构件、一容置部以及一凹陷部。其中，该容置部设置于该堆叠构件的一底面，适以容置该LED灯泡，该堆叠构件具有多个堆叠层，各该堆叠层具有一外凸弧形曲面，而该凹陷部设置于该堆叠构件的一顶面。藉此，该光线可通过这些外凸弧形曲面及该凹陷部射至一受照区域。

本发明的有益技术效果是：该凹陷部适可均匀的发散该LED灯泡所提供的光线，避免于受照区域中形成光线强度过于集中的部分，且该光线可同时透过这些堆叠层的外凸弧形曲面形成多个强度均匀的光环，以至少部分重叠的方式照射至该受照区域，相较于现有的照明装置，可提升受照区域的照明均匀度并降低亮度对比差。

附图说明

图1是一现有的照明装置的示意分解立体图；

图2是依据本发明的一实施例的光学透镜的示意图；

图3是依据本发明的一实施例的照明装置具有图2的光学透镜的分解立体图；以及

图4是依据本发明的一实施例的照明装置于一平面的光线强度分布曲线图。

具体实施方式

请合并参阅图2及图3，图中示出本发明的一实施例，其中，具有一光学透镜2的一照明装置3，于图3中部份相同于图2的元件标号予以省略。照明装置3包含以发光二极管(light emitting diode，LED)为光源的一LED灯泡31，适以提供一光线。光学透镜2包含一堆叠构件21、一容置部22以及一凹陷部23。其中，堆叠构件21具有多个堆叠层211，各堆叠层211分别具有一外凸弧形曲面211a。其次，容置部22设置于堆叠构件21的一底面212，适以容置LED灯泡31，而凹陷部23则设置于堆叠构件21的一顶面213。藉此，LED灯泡31所提供的光线适可通过多个外凸弧形曲面211a及凹陷部23射出，并照射至一受照区域(图未示出)。

基于LED的光照特性，使LED灯泡31具有一主要光照方向，其主要的光线能量均沿该主要方向散射，即沿该主要方向上具有较大的光线强度。于本实施例中，该主要方向是通过LED灯泡31并朝凹陷部23延伸的一方向。因此，本实施例中，凹陷部23实质上设计为一内凹圆弧曲面。藉此，可使能量较大的光线透过凹陷部23发散后射出，避免光线强度过于集中，于受照区域中形成不均匀的照明效果。

其次，堆叠构件21的多个堆叠层211实质上分别具有相同的一环形轮廓，适以接受LED灯泡31自各方向所散射出的光线，且多个堆叠层211是由大至小依序自底面212朝顶面213的一方向平行叠置，以使光线可通过多个堆叠层211分层射出，以照射于受照区域中。进一步而言，多个堆叠层211的各外凸弧形曲面211a分别具有一曲率，适以控制自LED灯泡31散射出的光线由各外凸弧形曲面211a以一预定角度射出。然而，并不仅限于此，于其它实施例中，各外凸弧形曲面211a的曲率实质上均不相等，适以配合各式不同波长范围及灯泡外形的LED灯泡31，控制光线由各外凸弧形曲面211a依不同角度射出。而各外凸弧形曲面211a的曲率可利用模拟软件而设计，而该模拟软件是依据光学基本原理定义各曲率。

通过上述多个堆叠层211的构成，自LED灯泡31所散射出的光线，适可通过各堆叠层211分别形成多个光线强度均匀的光环(图未示出)。其中，由较上层(即较小比例的环形轮廓)的堆叠层211所射出的光环由于较靠近LED灯泡31的主要发光方向，因此，其光线强度将高于通过较下层(即较大比例的环形轮廓)的堆叠层211所形成的光环。而通过多个堆叠层211的各外凸弧形曲面211a所具有的不同曲率，适可控制各光环投射的位置及范围，使各光环以至少部份相互重叠的方式照射，而于受照区域中形成光线强度平均的一范围。同时，配合凹陷部23将LED灯泡31的主要发光方向的光线以散射方式射出，避免于该受照区域中造成部分光线强度过于集中。因此，通过本实施例所形成的多个光环，以及将主要发光方向的光线散射后，可于受照区域形成均匀的照明效果，并降低亮度对比差异。

如图4所示，为依据本发明的照明装置3于一平面上的光线强度相对于视角的曲线图，其中该平面是通过堆叠构件21的顶面213及底面212的中心，而堆叠构件21具有七层堆叠层211。于图4中，横轴代表视角(view angle)，纵轴代表光线相对强度(relative intensity of light)，其中视角的定义为于该平面上，于LED灯泡31的正上方沿通过LED灯泡31的方向定义视角为0°，并以顺时针及逆时针方向各旋转四分之一圆，而分别定义出视角为90°及-90°。藉此，通过图4可进一步了解LED灯31的光线投射时于各视角的光线强度分布的情形。如图所示，包括0°视角及其于一范围内的相邻视角，实质上约为LED灯泡31的主要发光方向，该方向上的光线由于通过凹陷部23的内凹圆弧曲面而后射出，因此可有效使光线发散，避免于受照区域中形成强度过于集中的光线，而形成一光线相对强度较低的波谷曲线区域(如图4中虚线范围所示)。其次，相对于图4中所显示的多个波峰曲线，则分别代表自七堆叠层211的各外凸弧形曲面211a所射出的光线强度，其中，靠近0°视角的二波峰因距离LED灯泡31的主要发光方向较近，因此其光线相对强度为最大。由于堆叠构件21的各堆叠层211是平行叠置，各堆叠层211于同一视角(如30°与-30°)上接受实质上相同强度的光线，因此于图4中是形成多个相对于0°视角而对称的波峰曲线，即各对称的波峰曲线的光线强度相等。多个对称的波峰曲线则实质上代表自多个堆叠层211的各外凸弧形曲面211a所射出的多个光环具有均匀的强度，并配合凹陷部23将主要光照方向的光线强度发散，而于受照区域形成均匀的光照效果。详细均匀的光照效果的形成方式已于上述提及，于此不再赘述。且于其它实施例中，堆叠构件21还可具有其它数量的堆叠层211，并形成相应数量的光环。

本发明光学透镜2的多个堆叠层211至少其中之一具有一内壁211b，内壁211b用以界定容置部22。容置部22则具有相应于LED灯泡31的一外形，适以使光学透镜2与LED灯泡31紧密贴合。藉此，使得光线得以直接透过光学透镜2射出，以减少自LED灯泡31所射出的光线经过空气或其它介质而使光线强度衰减。较佳地，于本实施例中，堆叠构件21还为一体成型结构，以避免各堆叠层211之间产生缝隙，造成光线自缝隙射出，而无法投射至预定的受照区域。

本实施例中，堆叠构件21的材质是选自聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)及聚碳酸酯(polycarbonate，PC)所组成的群组，其中聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯的材质可实质上分别提供95％及90％的光线穿透率，以提升受照区域的整体光线强度。然而，堆叠构件21并不仅限由上述材料所制成，其它具高光线穿透率的材料亦可适用于堆叠构件21。

本实施例中，照明装置3还具有一灯座32，且光学透镜2还具有一连结构件24，其中，LED灯泡31设置于灯座32上，而连结构件24适以与灯座32连结。藉此，光学透镜2得以与LED灯泡31紧密贴合，避免光线损失。于实际应用上，连结构件24是可以嵌合、贴合及螺合等方式与灯座32结合。然而，光学透镜2与LED灯泡31的结合方式不仅限于上述，本领域具通常知识者应可轻易推知其它实施态样，于此不再加以赘述。

综上所述，本发明提供一照明装置，具有一光学透镜，相较于现有的照明装置所形成不均匀的照明效果，本发明的光学透镜通过凹陷部适以将LED灯泡的主要光线强度予以发散，并通过多个堆叠层的各外凸弧形曲面控制光线强度均匀的光环的投射方向，进而提升照明装置的照明均匀度，并减少受照区域的亮度对比差，使其可广泛的应用于各式环境照明，如桌灯、路灯等，以提供均匀的照明效果。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (22)

1.一种用于一照明装置的光学透镜，该照明装置包含一发光二极管(LED)灯泡适以提供光线，其特征在于，该光学透镜包含：

一堆叠构件，具有多个堆叠层，各该堆叠层具有一外凸弧形曲面；

一容置部，设置于该堆叠构件的一底面，适以容置该LED灯泡；以及

一凹陷部，设置于该堆叠构件的一顶面；

其中该光线是通过这些外凸弧形曲面及该凹陷部射出。

2.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，各该堆叠层是由大至小依序自该底面朝该顶面的一方向叠置。

3.根据权利要求2所述的光学透镜，其特征在于，各该外凸弧形曲面具有一曲率。

4.根据权利要求3所述的光学透镜，其特征在于，各该曲率实质上均不相等。

5.根据权利要求4所述的光学透镜，其特征在于，这些堆叠层实质上分别具有相同的一环形轮廓。

6.根据权利要求5所述的光学透镜，其特征在于，该凹陷部是实质上为一内凹圆弧曲面。

7.根据权利要求6所述的光学透镜，其特征在于，这些堆叠层至少其中之一具有一内壁，用以界定该容置部。

8.根据权利要求7所述的光学透镜，其特征在于，该容置部具有相应于该LED灯泡的一外形。

9.根据权利要求8所述的光学透镜，其特征在于，该堆叠构件的材质是选自聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯所组成的群组。

10.根据权利要求9所述的光学透镜，其特征在于，该堆叠构件是一体成型结构。

11.根据权利要求10所述的光学透镜，其特征在于，该照明装置还具有一灯座，该光学透镜还具有一连结构件，该LED灯泡设置于该灯座上，而该连结构件适以与该灯座连结。

12.一种照明装置，其特征在于，包含：

一发光二极管(LED)灯泡，适以提供一光线；以及

一光学透镜，包含：

一堆叠构件，具有多个堆叠层，各该堆叠层具有一外凸弧形曲面；

一容置部，设置于该堆叠构件的一底面，适以容置该LED灯泡；以及

一凹陷部，设置于该堆叠构件的一顶面；

其中该光线是通过这些外凸弧形曲面及该凹陷部射出。

13.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于，各该堆叠层是由大至小依序自该底面朝该顶面的一方向叠置。

14.根据权利要求13所述的照明装置，其特征在于，各该外凸弧形曲面具有一曲率。

15.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于，各该曲率实质上均不相等。

16.根据权利要求15所述的照明装置，其特征在于，这些堆叠层实质上分别具有相同的一环形轮廓。

17.根据权利要求16所述的照明装置，其特征在于，该凹陷部实质上为一内凹圆弧曲面。

18.根据权利要求17所述的照明装置，其特征在于，这些堆叠层至少其中之的一具有一内壁，用以界定该容置部。

19.根据权利要求18所述的照明装置，其特征在于，该容置部具有相应于该LED灯泡的一外形。

20.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，该堆叠构件的材质是选自聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯所组成的群组。

21.根据权利要求20所述的照明装置，其特征在于，该堆叠构件是一体成型结构。

22.根据权利要求21所述的照明装置，其特征在于，该照明装置还具有一灯座，该光学透镜还具有一连结构件，该LED灯泡设置于该灯座上，而该连结构件适以与该灯座连结。

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