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TW201710620A - 非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置 - Google Patents

非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置 Download PDF

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TW201710620A TW104130384A TW104130384A TW201710620A TW 201710620 A TW201710620 A TW 201710620A TW 104130384 A TW104130384 A TW 104130384A TW 104130384 A TW104130384 A TW 104130384A TW 201710620 A TW201710620 A TW 201710620A
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Abstract

一種非球面光學鏡片，該非球面光學鏡片關於一中心軸旋轉對稱，該非球面光學鏡片包括：一光源側光學面；及一成像側光學面，該成像側光學面包括一第一區域，該第一區域為一平面，該第一區域關於中心軸旋轉對稱。本發明還涉及一種含有該非球面光學鏡片的發光裝置。

Description

非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置
本發明涉及光學領域，尤其涉及一種非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置。
現有技術中，普遍為發光二極體（light emitting diode，LED）配備光學鏡片，以達到均勻照明和光型優化的效果。設計時，一般將發光二極體看成是點光源。然而，實際上，LED是一個面光源或體光源而非點光源，故，現有技術中的將LED作為點光源並據此設計得出的光學鏡片在出光均勻性和光型優化方面存在著問題。
有鑑於此，本發明提供一種能夠解決上述問題的非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置。
一種非球面光學鏡片，該非球面光學鏡片關於一中心軸旋轉對稱，該非球面光學鏡片包括：一光源側光學面；及一成像側光學面面，該成像側光學面包括一第一區域，該第一區域為一平面，該第一區域關於中心軸旋轉對稱。
一種發光裝置，該發光元件關於一中心軸旋轉對稱，該發光裝置包括：一如上述所述的非球面光學鏡片；及一發光元件，該發光元件與該光源側光學面位置相對。
本發明提供的非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置，將成像側光學面的第一區域設計成一平面，使得光線在該成像側光學面的射出更加均勻，進一步優化了該非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置的光型。
圖1是本發明提供的發光裝置的剖面示意圖。
圖2是圖1所示的發光裝置的俯視圖。
圖3是當發光元件的發光點位於本發明提供的發光裝置的對稱軸正下方時的發光光線示意圖。
圖4是當發光元件的發光點偏離本發明提供的發光裝置的對稱軸正下方時的發光光線示意圖。
圖5是本發明提供的發光裝置的角度分佈圖。
下面結合圖1~圖4及實施例對本發明提供的一種非球面光學鏡片及其所構成的發光元件作進一步說明。
一種發光裝置100，該發光裝置100關於一中心軸Z旋轉對稱，該發光裝置100包括一非球面光學鏡片10、一封膠層20及發光元件30。該封膠層20位於該發光元件30的表面。
該非球面光學鏡片10包括一光源側光學面11及一成像側光學面12。該光源側光學面11與該發光元件30相對。該成像側光學面12與該光源側光學面11相對且遠離該發光元件30。
該成像側光學面12包括一第一區域121、一第二區域122及一第三區域123，該第一區域121為一平面且關於該中心軸Z旋轉對稱，該第二區域122為一切線斜率大於0的曲面，該第三區域123為一切線斜率小於0的曲面，該第二區域122連接該第一區域121及該第三區域123，該第三區域123連接該第二區域122與該外側面13。
其中，該第一區域121的半徑小於1mm。在本實施例中，該第一區域121為一圓形平面，在其他實施例中，該第一區域121還可以其他形狀的平面。
該非球面光學鏡片10還包括一外側面13及一底面14，該外側面13連接該第三區域123與該底面14，該底面14連接該外側面13及該光源側光學面11。
該封膠層20包括一第一表面21及一與該第一表面21相對的第二表面22。
該封膠層20透明且具有較高的折射率和透光率用於減少光子在介面的損失，提高該發光元件30的出光效率並對該發光元件30進行機械保護。同時，該封膠層20還可作為一種光導結構，以將該發光元件30發出的光導入該非球面光學鏡片10內。
該發光元件30包括一出光面31，該封膠層20塗覆在該出光面31上。該發光元件30與該光源側光學面11位置相對。
該封膠層20的第一表面21與該底面14相接觸，該封膠層20的第二表面22與該出光面31相接觸。在本實施例中，該發光元件30為一發光二極體（light emitting diode，LED），該發光裝置100為一發光二極體元件。在其他實施例中，該發光元件30還可以是鐳射二極體（laser diode，LD），該發光裝置100為一鐳射二極體元件。
請參閱圖3、圖4、表1及表2，定義從該出光面31發出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角為θi ，從該非球面光學鏡片10射出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角為θf ，θ1 為入射光線與該光源側光學面11的法線的夾角，θ2 為入射光線與該成像側光學面12的法線的夾角，其中，θf =θ1 －sin-1 (sinθ1 /n)＋ sin-1 (n sinθ3 )＋θi ，θ1 取決於該光源側光學面11的形狀，θ2 取決於該成像側光學面12的形狀。
請參閱圖3及表1，當該發光元件30的發光點正對該發光裝置100的中心軸Z時，在該第一區域121內，光線32在該發光裝置100的中心軸Z與該第一區域121的相交點（定義該相交點為奇異點）時，會直接透過該奇異點，θi =θf ；光線32入射到除該奇異點之外的該第一區域121內時，會發生折射，θi <θf 。在該第二區域122內，光線32會發生折射，θi <θf 。在該第三區域123內，光線32會發生折射，θi <θf 。
請參閱圖4及表2，當該發光元件30的發光點偏離該發光裝置100的中心軸Z時，在該第一區域121內，光線32會發生折射，θi >θf 。在該第二區域122內，光線32會發生全反射，θi >θf 。在該第三區域123內，光線32會發生折射，θi <θf 。
其中，表1為該發光元件30的發光點正對該發光裝置100的中心軸Z時，從該出光面31發出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角θi 與從該成像側光學面12射出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角θf 之間的關係；表2為該發光元件30的發光點偏離該發光裝置100的中心軸Z時，從該出光面31發出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角θi 與從該成像側光學面12射出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角θf 之間的關係。
請參照圖5，根據上述結構，本發明提供的非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置具有大於70°小於80°的窄照角圓形光型。
本發明提供的非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置，將成像側光學面的第一區域設計成一平面，將第二區域設計成一全反射區，1)使得從該出光面發出的光線32與該發光裝置的中心軸Z的夾角θi 與從該成像側光學面射出的光線32與該發光裝置100的中心軸Z的夾角θf 之間的關係不僅含有θi <θf ，還含有θi =θf 和θi >θf ，光線32在該成像側光學面的射出更加均勻；2)本發明提供的非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置可符合大於70°小於80°的窄照角圓形光型，相比於現有技術，進一步優化了該非球面光學鏡片及其所構成的發光裝置的光型。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧發光裝置
10‧‧‧非球面光學鏡片
11‧‧‧光源側光學面
12‧‧‧成像側光學面
121‧‧‧第一區域
122‧‧‧第二區域
123‧‧‧第三區域
13‧‧‧外側面
14‧‧‧底面
20‧‧‧封膠層
21‧‧‧第一表面
22‧‧‧第二表面
30‧‧‧發光元件
31‧‧‧出光面
32‧‧‧光線
無。
100‧‧‧發光裝置
10‧‧‧非球面光學鏡片
121‧‧‧第一區域
20‧‧‧封膠層
30‧‧‧發光元件
32‧‧‧光線

Claims (9)

  1. 一種非球面光學鏡片，該非球面光學鏡片關於一中心軸旋轉對稱，該非球面光學鏡片包括：
    一光源側光學面；及
    一成像側光學面，該成像側光學面包括一第一區域，該第一區域為一平面，該第一區域關於該中心軸旋轉對稱。
  2. 如請求項第1項所述的非球面光學鏡片，其中，在該第一區域內，當發光元件的發光點正對該中心軸時，θi =θf &θi <θf ；當該發光元件的發光點偏離該中心軸時，θi >θf ，其中，θi 為從該發光元件發出的光線與該中心軸的夾角，θf 為從該成像側光學面射出的光線與該中心軸的夾角。
  3. 如請求項第2項所述的非球面光學鏡片，其中，該成像側光學面還包括一第二區域，該第二區域為一切線斜率大於0的曲面，當該發光元件的發光點正對該中心軸時，該第二區域為非全反射面；當發光元件的發光點偏離該中心軸時，該第二區域為全反射面；當該第二區域為非全反射面時，θi <θf ；當該第二區域為全反射面時，θi >θf 。
  4. 如請求項第2項所述的非球面光學鏡片，其中，該成像側光學面還包括一第三區域，該第三區域為一切線斜率小於0的曲面，該第二區域連接該第一區域及該第三區域，在該第三區域內，θi <θf 。
  5. 如請求項第2項所述的非球面光學鏡片，其中，該非球面光學鏡片還包括一外側面及一底面，該底面與該成像側光學面位置相對，該外側面連接該第三區域及該底面，該底面連接該外側面及該光源側光學面。
  6. 如請求項第1項所述的非球面光學鏡片，其中，該非球面光學鏡片具有大於70°小於80°的窄照角圓形光型。
  7. 如請求項第1項所述的非球面光學鏡片，其中，該第一區域的半徑小於1mm。
  8. 一種發光裝置，該發光裝置關於一中心軸旋轉對稱，該發光元件包括：
    一如請求項第1~7項中任一項所述的非球面光學鏡片；及
    一發光元件，該發光元件與該光源側光學面位置相對。
  9. 如請求項第8項所述的發光裝置，其中，該發光裝置還包括一封膠層，該封膠層透明且具有較高的折射率和透光率，該封膠層塗覆在該發光元件的出光面上。
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