专利名称：光均匀化集光透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种透镜，尤其涉及一种可将发光二极管(LED)光源所发出的光线加以均匀化，并具有破坏像射与集光功能的具有光均匀化效果的光均匀化集光透镜。
背景技术：
LED光源由于具有体积小、产热性低、耗电量低、使用寿命长的特性，加上近来制造技术的进步，其发光亮度不断提升，且其制造成本也逐渐降低，在可预见的将来，LED光源将取代目前灯泡或日光灯源，而成为照明设备中最重要的发光组件。目前所利用的照明用光源中，以白色光为主，但由于目前并未有直接发射白光的LED晶粒，所以必须利用不同色光混合后以形成白光，其发光方式如图1所示，利用一蓝光LED晶粒(LED chip)11，配合黄色荧光粉层12，借由蓝光LED晶粒11所发出的蓝光15激化黄色荧光质121，产生黄光16，蓝光与黄光由于是互补光，二者混合后即可形成白光。白光LED光源10中，倘由LED晶粒11所发出的光线(如光线14)在所述荧光粉层12中的路径较长，则其所激发的黄光比光线13所激发的多，因此造成光线投射后形成一光照区域由中心向外逐渐偏黄且色度不均的现象。特别的是，将其作为一般投射照明利用时，通常会在所述LED光源10前装设一凸透镜，借以集中LED光源10所发射的光线，或同时将所述LED光源10置放于一反光罩17中(如图2所示)，将散射角度较大的光线14加以反射，以提高投射区域的亮度。然而使用凸透镜或反光罩的结果，不但会使投射光亮度分布不均，容易于光投射区域的外围形成光晕，且反光罩的反射集中效果也有限。另一方面，则由于LED光源结构的特性，也会造成投射区域外围区域颜色偏黄而色度不一致的缺点。此外，仅使用一般透镜罩覆于LED光源上时，可清楚看见所述LED晶粒以及其所耦接的电路板，甚至是其上所印刷的文字，在某些较为精致的装置上，将显得较不美观。
实用新型内容本实用新型的目的在于为使LED光源所发射出的光线在经过透镜集中后，仍能够色度均匀，同时免除光晕所产生光度不均的缺点，并增加反射光照强度，提供一种分布有数个配光镜的透镜，借由其配光与混光的特性，克服LED光源结构原本所存在的光照外围色度不均的缺点，并大幅改善原本凸透镜所产生的光晕困扰，产生一分布均匀且光色一致的投射光线；同时也可借由所述些配光镜破坏像射的特性，使得所述LED光源在未发光时，仍能保持美观。另一方面，则是透过侧壁的全内反射，将LED光源散射角度较大的光线加以集中，提高整体投射的亮度。
本实用新型的光均匀化集光透镜包括一入光镜面，所述入光镜面为一凸透镜面；一出光镜面，所述出光镜面设于所述透镜上所述入光镜面相对的另一端，且所述出光镜面上同时分布有数个配光镜，所述配光镜并排列形成一镜面群；以及一侧壁，所述侧壁为所述入光镜面与所述出光镜面间的透镜周壁；光源的光线由所述入光镜面入射后，可借由侧壁的反射，以及所述出光镜面上所设所述配光镜的配光与混光，而投射出光度与色度均匀且亮度较高的光线。
其中，所述出光镜面的镜面曲率可为零，或是为正或负的凸透镜面或凹透镜面，而所述出光镜面上所形成的所述配光镜，其垂直与水平镜面曲率相同，其可以矩阵、蜂巢状或是同心圆等排列方式，平均分布于所述出光镜面的表面上，形成一镜面群。构成所述镜面群的各所述配光镜，其镜面曲率可皆同为正曲率或是负曲率，或是由正曲率、负曲率的所述配光镜相互混合所组成。此外，各所述配光镜其水平与垂直曲率半径可为一致或相异。
LED光源所发出的光线，首先由所述入射镜面射入所述透镜中，无论所述光线是由LED晶粒垂直射出或是以其它角度射出，或是因所述光线所激发的他色光线，其散射角度较大者，可初步借由侧壁的全内反射作用，进行反射集中，随后再与其它光线一同透过所述出光镜面所设的数个配光镜，将个别光线偏向镜面中心集中，同时改变原各色光的投射路径，以达到光线集中而增加亮度的目的，并借由各色光光径的重新分配与混合，使得光线分布更为均匀，光色更为一致，而能够大幅改进以往光晕现象与光色不均的缺陷。
由以上技术方案可知，采用所述的光均匀化集光透镜，克服了LED光源结构原本所存在的光照外围色度不均的缺点，并大幅改善原本凸透镜所产生的光晕困扰，产生一分布均匀且光色一致的投射光线；同时也可借由所述些配光镜破坏像射的特性，使得所述LED光源在未发光时，仍能保持美观。另一方面，则是透过侧壁的全内反射，将LED光源散射角度较大的光线加以集中，提高整体投射的亮度。
以下将配合附图进一步说明本实用新型的实施方式，下述所列举的实施例用以阐明本实用新型，并非用以限定本实用新型的范围，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，所做的变更与润饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
图1为LED光源的光径示意图；图2为将LED光源置于反光罩中的光径示意图；图3为本实用新型实施例的立体示意图；图4为本实用新型实施例的仰视立体示意图；图5为图3沿A-A线的剖视图；图6为本实用新型实施例以LED光源照射的光径示意图；图7为本实用新型实施例以LED光源照射的另一光径示意图；图8为本实用新型实施例以LED光源照射后光线反射与混光的示意图。
图号说明10 LED光源11 LED晶粒12 荧光粉层
121 荧光质 13 光线14 光线 15 蓝光16 黄光 17 反光罩18 光线20 透镜21 出光镜面 211 配光镜22 入光镜面 24 蓝光25 黄光具体实施方式
请参阅图3与图4，所述二图为本实用新型实施例的立体示意图。本实用新型实施例的透镜20包括一入光镜面22、一出光镜面21与一侧壁23。所述入光镜面22与所述出光镜面21设于所述透镜20相对的两端，而所述入光镜面22与所述出光镜面21间的透镜周壁即为所述侧壁23，其中所述出光镜面21上并设有数个配光镜211。LED光源所发出的光线，可由所述入光镜面22投射进入所述透镜20中，并由所述出光镜面21投射出来，照射至标的物上。本实用新型实施例中所利用的LED光源为一由蓝光LED晶粒加上黄色荧光粉层的白光LED，其也可为蓝光LED晶粒发出蓝光激发红蓝绿三色荧光质的白光LED、由紫外光LED晶粒发出紫外光激发红蓝绿三色荧光质的白光LED以及将蓝光LED晶粒与黄光LED晶粒或将蓝光LED晶粒、绿光LED晶粒与红光LED晶粒封装在一起的白光LED，或利用其它方式而得发出白光的LED光源。
本实用新型实施例透镜20的出光镜面21上(请参阅图5)，设置有数个配光镜211，所述配光镜211排列分布于所述出光镜面21上，并形成一镜面群，用以将出射光线加以均匀化；其并设有一侧壁23，用以集中LED光源其散射角度较大的光线。请再参阅图6，本实用新型实施时，可将LED光源10，或是装设于反光罩17的LED光源10，置于所述透镜20的后方。蓝光LED晶粒11所发射出的蓝光24光线，其中散射角度较大者即可初步借由所述反光罩17的反射加以集中，以减少漏失，而所述各发射出与反射的光线进一步则由所述入光镜面22射入所述透镜20中。由于所述入光镜面22为一凸透镜面，因此可将LED晶粒11散射的蓝光24光线(包括反射光线14)往镜面中心集中靠拢，因此可减少所述各蓝光24光线整体散射的角度，而提升投射区域的亮度。所述各蓝光24光线其后在透镜20中行进，其中所述散射角度不足以由反光罩17所反射，且其角度不至于小到可由所述出光镜面21加以折射处理的光线18，即可利用入射角大于临界角的全内反射特性，透过侧壁23，反射后向镜面中心集中，而有着集中加强亮度的效果。随后，所述各蓝光24(包括全内反射的光线18)即准备由所述出光镜面21端，向外投射出去。由于所述出光镜面21上满布有数个配光镜211，且当所述配光镜211为正镜面曲率的凸透镜面时，所述各蓝光24光线将再一次经过聚集分布，使原本呈放射状而不相交错的光线得以交集，并借由各光线的交集混光作用，使LED光源所投射出的光线光度更加均匀。同时借由所述配光镜211的作用，使经过所述出光镜面21其镜面外围区域的光线，也得经过配光而能散布照射，消除以往利用单纯凸透镜所产生的光晕问题。
另一方面，请参阅图7，蓝光LED晶粒11所发出的蓝光，还会激发荧光粉层中所含有的黄色荧光质，因而可同时产生黄光25。所述黄光25也如前所述，可经由所述配光镜211的混光作用，而投射出均匀的黄光25，同样也可借由所述配光镜211的重新配光，避免掉投射区域外围光晕的产生。因此，经由蓝光LED晶粒11所发出的蓝光以及由黄色荧光粉层所激发的黄光，二者间因是相互补的色光，混合后即可产生白光。请参阅图8，当蓝光24与黄光25经过所述配光镜211的配光以及混光作用，即使所述蓝光LED晶粒11所发出的光线于荧光粉层中的光径较长(如图1，光线14)，而于LED光源10外围处产生偏黄的投射光时，都可借由所述配光镜211，将部分黄光25偏向镜面中心折射，而得与蓝光24进行混光，因而产生色度较以往均匀的投射光。此外，加上由侧壁所反射集中的光线，也提高了LED光源整体的投射亮度。
本实用新型实施例的出光镜面21，除为利用镜面曲率为零的镜面外，也可利用正或负镜面曲率的凸透镜面或凹透镜面，而所述出光镜面21上所分布的配光镜211，也可皆为正或负镜面曲率的小透镜，或是由正、负镜面曲率的配光镜相混合所组成。无论是所述出光镜面21或所述配光镜211，当为利用负镜面曲率的凹透镜面时，虽会将由入光镜面22所聚集的光线加以散射，但其散射的效果也如同利用凸透镜面时的效果，除可将个别蓝光24或个别黄光25加以均匀化外，也可将所述二色光加以混光，产生均匀的白光。若以投射照明为目的，期望光照区域较集中、亮度较高的投射需求时，可利用零或正镜面曲率的出光透镜与正镜面曲率的配光镜为佳。另一方面，所述配光镜211本身也是一小透镜，其垂直与水平方向的曲率可为一致或相异。此外，所述配光镜211的排列方式，可以矩阵方式、蜂巢状方式或是同心圆的方式，排列分布于所述出光镜面21上，以形成一镜面群。所述镜面群除具有配光与混光的功能外，尚可借由此配光与混光的功能，达到破坏像射的目的。利用一般透镜或平面镜罩覆于LED光源上时，可清楚看见所述LED晶粒以及其所耦接的电路板，甚至是其上所印刷的文字，在某些较为精致的装置上，显得较不美观。因此，透过本实用新型，即可将所述些LED晶粒或文字等影像，经过配光与混光，破坏掉其原本的像射，使呈现一模糊均化的影像，而可提升LED光源整体的美观性。
权利要求1.一种光均匀化集光透镜，其特征在于包括一入光镜面，所述入光镜面为一凸透镜面；一出光镜面，所述出光镜面设于所述透镜上所述入光镜面相对的另一端，且所述出光镜面上同时分布有数个配光镜，所述配光镜并排列形成一镜面群；以及一侧壁，所述侧壁为所述入光镜面与所述出光镜面间的透镜周壁。
2.根据权利要求1所述的光均匀化集光透镜，其特征在于所述出光镜面是镜面曲率为零的镜面。
3.根据权利要求2所述的光均匀化集光透镜，其特征在于所述出光镜面所设所述配光镜为凸透面镜。
4.根据权利要求2所述的光均匀化集光透镜，其特征在于所述出光镜面所设所述配光镜为凹透面镜。
5.根据权利要求3或4所述的光均匀化集光透镜，其特征在于各所述配光镜的垂直与水平镜面曲率相同。
6.根据权利要求3或4所述的光均匀化集光透镜，其特征在于各所述配光镜的垂直与水平镜面曲率相异。
7.根据权利要求3或4所述的光均匀化集光透镜，其特征在于所述配光镜以矩阵方式排列。
8.根据权利要求3或4所述的光均匀化集光透镜，其特征在于所述配光镜以蜂巢状方式排列。
9.根据权利要求3或4所述的光均匀化集光透镜，其特征在于所述配光镜以同心圆方式排列。
专利摘要本实用新型涉及一种可将发光二极管光源所发出的光线加以均匀化，并具有破坏像射与集光功能的光均匀化集光透镜。本实用新型包括一入光镜面，所述入光镜面为一凸透镜面；一出光镜面，所述出光镜面设于所述透镜上所述入光镜面相对的另一端，且所述出光镜面上同时分布有数个配光镜，所述配光镜并排列形成一镜面群；以及一侧壁，所述侧壁为所述入光镜面与所述出光镜面间的透镜周壁；光源的光线由所述入光镜面入射后，可借由侧壁的反射，以及所述出光镜面上所设所述配光镜的配光与混光，而投射出光度与色度均匀且亮度较高的光线。
文档编号G02B3/00GK2763827SQ20052000152
公开日2006年3月8日 申请日期2005年1月25日 优先权日2005年1月25日
发明者谢启堂, 林长青, 黄博亮 申请人:巨虹电子股份有限公司