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TW201506456A - 透鏡組及使用該透鏡組的光源裝置 - Google Patents

透鏡組及使用該透鏡組的光源裝置 Download PDF

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TW201506456A TW102129377A TW102129377A TW201506456A TW 201506456 A TW201506456 A TW 201506456A TW 102129377 A TW102129377 A TW 102129377A TW 102129377 A TW102129377 A TW 102129377A TW 201506456 A TW201506456 A TW 201506456A
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Yi Hung
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Abstract

一種透鏡組，包括透鏡以及與該透鏡配合的微透鏡組，該透鏡包括入光面以及與該入光面相對的出光面，該透鏡具有一中心軸，該透鏡的入光面和出光面分別關於該中心軸對稱，該微透鏡組排列於該透鏡的出光面上，該微透鏡組包括多個逐圈排列於透鏡出光面上的環狀微透鏡單元，每一環狀微透鏡單元包括第一散射面以及與第一散射面交接的第二散射面，每一環狀微透鏡單元的第一散射面與第二散射面分別相對於該透鏡中心軸呈傾斜設置。本發明還涉及一種使用該透鏡組的光源裝置。

Description

透鏡組及使用該透鏡組的光源裝置
本發明涉及一種透鏡組及使用該透鏡組的光源裝置。
發光二極體（light emitting diode，LED）作為一種高效的發光源，具有環保、省電、壽命長等諸多特點已經被廣泛的運用於各種領域，特別係背光照明領域。在背光照明領域，為了均勻光線，LED光源通常會搭配擴散透鏡使用，使LED光源的光線能以較大角度出射，從而達到大面積照明的效果。
然，在實際使用中，LED光源發出的光線經過透鏡的擴散之後，由於光線在LED光源的光軸附近比較集中，並不能完全消除光場中央的亮點（hot spot），當應用於背光照明中時會降低整體出光效果。
有鑒於此，有必要提供一種能獲得均勻出光效果的透鏡組及使用該透鏡組的光源裝置。
一種透鏡組，包括一透鏡以及與該透鏡配合的微透鏡組，該透鏡包括一入光面以及與該入光面相對的出光面，該透鏡具有一中心軸，該透鏡的入光面關於該中心軸對稱，該透鏡的出光面關於該中心軸對稱，該微透鏡組排列於該透鏡的出光面上，該微透鏡組包括多個逐圈排列於透鏡的出光面上的環狀微透鏡單元，每一環狀微透鏡單元包括第一散射面以及與第一散射面交接的第二散射面，每一環狀微透鏡單元的第一散射面與第二散射面分別相對於該透鏡的中心軸呈傾斜設置。
一種光源裝置，包括一LED光源及與該LED光源配合的透鏡組，該透鏡組包括一透鏡以及與該透鏡配合的微透鏡組，該透鏡包括一入光面以及與該入光面相對的出光面，該透鏡具有一中心軸，該透鏡的入光面關於該中心軸對稱，該透鏡的出光面關於該中心軸對稱，該微透鏡組排列於該透鏡的出光面上，該微透鏡組包括多個逐圈排列於透鏡的出光面上的環狀微透鏡單元，每一環狀微透鏡單元包括第一散射面以及與第一散射面交接的第二散射面，每一環狀微透鏡單元的第一散射面與第二散射面分別相對於該透鏡的中心軸呈傾斜設置，該LED光源與該透鏡組的透鏡的入光面正對設置。
與習知技藝相比，本發明中該透鏡的出光面上設置了微透鏡組，LED光源光軸附近區域的光線經由該微透鏡組的微透鏡單元的第一散射面和第二散射面散射出透鏡組後朝向空間的各個方向傳播，從而降低了光場中心區域的能量，消除了光場中央的亮點，並形成了均勻的光場分佈。
1‧‧‧光源裝置
2‧‧‧透鏡
3‧‧‧微透鏡組
4‧‧‧LED光源
10‧‧‧透鏡組
20‧‧‧出光面
21‧‧‧第一圓柱面
22‧‧‧第二出光曲面
23‧‧‧安裝面
24‧‧‧入光面
25‧‧‧容置空間
31‧‧‧微透鏡單元
221‧‧‧平面
311‧‧‧第一散射面
312‧‧‧第二散射面
313‧‧‧凹槽
圖1係本發明第一實施例的光源裝置的立體結構示意圖。
圖2係圖1所示光源裝置中透鏡的倒置立體結構示意圖。
圖3係圖1所示光源裝置沿III-III線方向的剖視示意圖。
圖4係圖1所示光源裝置IV-IV部分的放大示意圖。
圖5係習知技藝中一光源裝置的光強分佈示意圖。
圖6係圖4中所示光源裝置的光強分佈示意圖。
圖7係本發明第二實施例的光源裝置中透鏡組的部分剖面示意圖。
請參閱圖1至圖3，本發明第一實施例的光源裝置1包括一LED光源4以及與該LED光源4配合的透鏡組10。該透鏡組10包括一透鏡2以及位於該透鏡2頂部的微透鏡組3。該微透鏡組3包括多個環狀微透鏡單元31，該等環狀微透鏡單元31由內至外逐圈排列於該透鏡2的頂部。該LED光源4發出的光線中位於光軸附近區域的光線入射至該透鏡2並經由該透鏡2頂部的該微透鏡組3散射出該透鏡組10外。
該透鏡2包括一入光面24以及與該入光面24相對的出光面20。該透鏡2具有一貫穿該透鏡2的中心軸X。該透鏡2的入光面24關於該透鏡2的中心軸X對稱，該透鏡2的出光面20關於該透鏡2的中心軸X對稱。
該透鏡2還包括一連接該透鏡2的入光面24與出光面20的環形的安裝面23。該透鏡2的入光面24位於該安裝面23的中心，該入光面24自該環形的安裝面23的內緣朝向該透鏡2內部凹陷。該透鏡2的入光面24係一內凹的曲面。該透鏡2的入光面24與安裝面23共同圍設出一容置空間25用於收容該LED光源4。該LED光源4收容於該容置空間25內並正對該透鏡組10的透鏡2的入光面24設置。該LED光源4的光軸與該透鏡2的中心軸X重合。
在本實施例中，該透鏡2的入光面24係一橢球面，該入光面24的長軸位於該透鏡2的中心軸X上。在其他實施例中，該透鏡2的入光面24係球面或者抛物面。
該透鏡2的出光面20係一外凸的曲面。該出光面20包括自該環形的安裝面23的外周緣垂直向上延伸的第一圓柱面21以及自該第一圓柱面21的頂緣向內彎曲延伸的第二出光曲面22。該透鏡2的第二出光曲面22正對入光面24的中央係一平面221。該多個環形微透鏡單元31排列於該透鏡2的第二出光曲面22的平面221上。
該透鏡2的出光面20與入光面24間的距離自透鏡2的出光面20的中央朝向該出光面20的外周緣先逐漸增加後逐漸減小，即該透鏡2的厚度沿垂直於該透鏡2的中心軸X的徑向向外先逐漸增加後逐漸減小。
請一併參閱圖4，每一環狀微透鏡單元31包括第一散射面311以及與該第一散射面311連接的第二散射面312。該第一散射面311和第二散射面312均係凹弧面。該第一散射面311和第二散射面312相對於該透鏡2的中心軸傾斜設置。
在本實施例中，每一環狀微透鏡單元31的截面呈等腰三角形。每一環狀的微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312構成的夾角θ係90度。第一散射面311和第二散射面312的寬度約係0.1毫米，即每一環狀微透鏡單元31的等腰三角形截面的腰長係0.1毫米。在其他實施例中，每一環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312構成的夾角θ以及第一散射面311和第二散射面312的寬度可以根據實際的出光需求做調整，比如每一環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312所構成的夾角θ係銳角或鈍角。
該微透鏡組3的多個環狀微透鏡單元31呈同心圓排列於該透鏡2的第二出光曲面22的平面221上。該多個環狀微透鏡單元31的圓心位於該透鏡2的中心軸X上。在本實施例中，該微透鏡組3包括五個環狀微透鏡單元31，其中位於該微透鏡組3中心的一環狀微透鏡單元31的第二散射面312與相鄰的環狀微透鏡單元31的第一散射面311連接。
該微透鏡組3的二相鄰環狀微透鏡單元31間隔設置以暴露出該透鏡2的第二出光曲面22的平面221的一部分，這樣可以使得該LED光源4入射至該透鏡2內的部分光線直接從透鏡2的第二出光曲面22的平面221上折射出透鏡組10而未被該微透鏡組3所散射，以避免因為該微透鏡組3對該LED光源4的光軸附近區域的光線的過度散射導致的光場中央光強過小的現象。所述二相鄰且間隔設置的環狀微透鏡單元31共同圍設出一寬度漸變的環形的凹槽313。該凹槽313的橫截面寬度自該凹槽313的底部朝向開口端逐漸增加。
請參閱圖5和圖6，當該透鏡2的出光面20上未設置微透鏡組3時，該LED光源4的光線經過透鏡2的出光面20後所形成的光場中，位於光場中心區域的部分能量較高（圖5），光場分佈不均勻。當該透鏡2的出光面20上設置了該微透鏡組3時，該LED光源4光軸（即透鏡2的中心軸X）附近區域的光線入射至該透鏡組10的透鏡2中並經由該微透鏡組3的環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312散射出該透鏡組10後朝向空間的各個方向傳播，從而降低了光場中心區域的能量，消除了光場中央的亮點（hot spot），並形成了均勻的光場分佈（圖6）。
請參閱圖7，與圖3所述的光源裝置1之處在於，本發明第二實施例的光源裝置1中，該微透鏡組3的多個環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312所構成的夾角θ並不相同。具體地，該微透鏡組3的多個環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312所構成的夾角θ的大小自該透鏡2的出光面20的中心朝向該透鏡2的出光面20的周緣的方向上逐漸增加，即該多個環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312所構成的夾角θ的大小沿垂直於該透鏡2的中心軸X的徑向向外逐漸增加。
該多個環狀微透鏡單元31中相鄰環狀微透鏡單元31緊密排列在一起，任一微透鏡單元31的第一散射面311與相鄰內圈的微透鏡單元31的第二散射面312連接，任一微透鏡單元31的第二散射面312與相鄰外圈的微透鏡單元31的第一散射面311連接。
由於該LED光源4的出射光場係朗伯型分佈，光場強度隨著出射光線與光軸夾角的增加而迅速衰減。該多個環狀微透鏡單元31的第一散射面311和第二散射面312所構成的夾角θ的大小沿垂直於該透鏡2的中心軸X的徑向向外逐漸增加，該LED光源4光軸（即透鏡2的中心軸X）中心區域較密集的光線經由該微透鏡組3大角度散射出透鏡組10，而位於該LED光源4光軸（即透鏡2的中心軸X）附近區域密度較小的光線經由該微透鏡組3以小角度散射出透鏡組10，即該透鏡組10對LED光源4光軸中心區域的光線散射能力較對LED光源4光軸附近區域光線的散射能力強，該LED光源4出射的光線經過該透鏡組10散射後所形成的光場分佈更加的均勻。
可以理解地，該微透鏡組3可以與該透鏡2一體成型。較佳地，該微透鏡組3和該透鏡2的材質係PMAA塑膠（聚丙烯酸甲酯）、PC塑膠（聚碳酸酯）或玻璃中的一種，該微透鏡組3和該透鏡2藉由注塑的方式一體成型。
無
1‧‧‧光源裝置
2‧‧‧透鏡
3‧‧‧微透鏡組
10‧‧‧透鏡組
20‧‧‧出光面
21‧‧‧第一圓柱面
22‧‧‧第二出光曲面
221‧‧‧平面

Claims (10)

  1. 一種透鏡組，包括一透鏡以及與該透鏡配合的微透鏡組，該透鏡包括一入光面以及與該入光面相對的出光面，該透鏡具有一中心軸，該透鏡的入光面關於該中心軸對稱，該透鏡的出光面關於該中心軸對稱，其改良在於：該微透鏡組排列於該透鏡的出光面上，該微透鏡組包括多個逐圈排列於透鏡的出光面上的環狀微透鏡單元，每一環狀微透鏡單元包括第一散射面以及與第一散射面交接的第二散射面，每一環狀微透鏡單元的第一散射面與第二散射面分別相對於該透鏡的中心軸呈傾斜設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡組，其中該透鏡還包括一連接該透鏡的入光面與出光面的環形的安裝面，該透鏡的入光面位於環形安裝面的中心，該透鏡的入光面自該環形的安裝面的內緣朝向透鏡內部凹陷。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的透鏡組，其中該透鏡的出光面包括自該環形的安裝面的外緣垂直向上延伸的第一圓柱面以及自該第一圓柱面的頂緣向內彎曲延伸的第二出光曲面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的透鏡組，其中該透鏡的的第二出光曲面正對入光面的中央係一平面，所述多個環狀微透鏡單元呈同心圓排列於該第二出光曲面的平面上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡組，其中每一環狀微透鏡單元的第一散射面和第二散射面均係凹弧面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡組，其中至少一環狀微透鏡單元的第二散射面與相鄰環狀微透鏡單元的第一散射面連接。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡組，其中至少二相鄰環狀微透鏡單元間隔設置，所述二間隔設置的微透鏡單元共同圍設出一凹槽，該凹槽的寬度在透鏡的中心軸延伸方向上漸變。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡組，其中每一環狀微透鏡單元的截面係等腰三角形。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的透鏡組，其中該微透鏡組的多個環狀微透鏡單元的第一散射面與第二散射面之間構成的夾角大小自該透鏡的出光面的中心朝向透鏡的出光面的周緣逐漸增加。
  10. 一種光源裝置，包括一LED光源及與該LED光源配合的透鏡組，其改良在於：所述透鏡組係如申請專利範圍第2至9項中任一項所述的透鏡組，該LED光源與該透鏡組的透鏡的入光面正對設置。
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