均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜的制作方法

本实用新型系与发光二极管透镜领域相关，特别是关于一种利用二次光学折射原理改变并调整原发光二极管之发光角度、亮度分布与照度分布，同时相对所述发光源中心处偏移其照明区域，进而使之呈现均匀照明效果且有效照射于被照物之偏光式发光二极管光学透镜。

背景技术：

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)相较于一般现有光源而言，系具有较低耗电、高效能、寿命长等优点。例如在同样亮度下其耗电仅为普通白炽灯的1/10，节能灯的1/2，而其使用寿命却可延长至约100倍。因此，LED 于现今生活中已被广泛地应用于各种需光源提供之特殊相关领域。例如，运用于显示器之背光模块，指示灯光源，一般照明设备等等。其中由于LED具有特别显着之节能省电优势，故在最为普遍运用之照明目的下，其实用性便显得格外重要。例如将LED光源运用于夜间路灯之照明实施即为其适例。

然，相较于现有光源，发光二极管之光线发散角度较小，以致于运用于路灯之照明时，中心光线过于集中，进而导致路灯邻近处与远离处之亮度大小差异甚巨，无法有效均匀地提供路面照明。且习知之配光曲线多呈现为广角度圆周正态分布，而运用于道路照明时都仅为单侧照明，如此亦会造成局部光源照明之无益浪费。对此，尝有利用二次光学原理用以改变LED投射出之光学性能，而对于各种不同之使用条件下，皆能提供最佳之照明状态。以两侧路灯为例，其照明要求至少需能够呈现一类矩形区域之照明效果，用以提供于平行道路走向与垂直道路走向皆能于其照明涵盖范围内，且在相邻二路灯间之照明区域，亦得以相互衔接与匹配，不致产生有照明区域中断或照射不均匀之现象，进而影响其用路人之安全。再者，虽然LED光源相较白炽灯源具有较长的使用寿命，但是高瓦数的LED光源却也同时带来较高的温度。现有的路灯结构均是在LED光源搭配使用塑料透镜(灯壳)达到保护LED光源以及防水的目的，如同前述的，LED光源会产生高温，此高温会造成塑料透镜(灯壳) 产生黄化或龟裂。因为当塑料透镜(灯壳)产生黄化或龟裂后，防水性以及透光效率均会下降，容易故障或投射照度不足，进而造成用路人的不便。因此，如何有效针对所述LED光源之投射照度、发光角度，照射光之均匀度以及透镜的耐用性进行改善，系为本领域相关从业者极欲改善之课题。

有鉴于此，本实用新型人感其未臻完善而竭其心智苦心研究，并凭其从事所述项产业多年之经验累积，针对现行路灯普遍高度及路面长宽之比例，已陆续涉及并经核准公告在案之中国台湾公告号M380480专利，利用非对称式之透镜结构特性，使LED光源经所述透镜二次折射后得以产生偏移照射区域且对称、类矩形又照射区域均亮之照明效果。于此本实用新型人系更进一步研发出另一种可利用二次光学之折射原理而得改变并调整原发光二极管之发光角度与照度，同时相对所述发光源中心处偏移其照明区域，进而均匀呈现照射分布的均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，彻底将LED光源有效且完整照射于路面，而于加强夜间行车及用路人安全之际，又能达到兼具节能省碳以及增加透镜耐用程度之环保要求。

鉴于上述问题，本实用新型之目的在于提供一种利用二次光学原理进而改变LED之光学特性之均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜。藉此，用以调整原发光二极管之发光角度、亮度分布与照度分布，使之呈现均匀照射分布，而于加强夜间行车及用路人安全之际，又能达到兼具节能省碳以及增加透镜耐用程度之环保要求。

技术实现要素：

为达上述目的，本实用新型系涉及一种均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，具有一硅胶材质透镜本体，包含：一投射曲面及一底面。其中所述投射曲面系由复数个曲面点所组成，其中所述投射曲面边缘系形成一基准面，且所述基准面具有一长轴与一短轴，以所述长轴为X轴方向、所述短轴为Y轴方向，d为一单位坐标长，所述长轴与所述短轴相交处为三维坐标原点，其中所述曲面点于X-Z坐标平面上，具有各点(x,z)为(0,25.07)、(6.81,25.60)、 (11.81,26.15)、(16.81,26.33)、(21.81,26.01)、(26.81,25.08)、(31.81, 23.33)、(36.81,20.39)、(41.81,15.40)、(46.79,0)；于X-Y坐标平面上，具有各点(x,y)为(0,29.48)、(4.95,29.67)、(10.15,30.24)、(15.35, 30.72)、(20.55,30.83)、(25.75,30.31)、(30.95,28.92)、(36.15,26.31)、 (41.35,21.30)、(46.69,0)以及(0,-22.44)、(4.89,-23.38)、(10.11, -24.99)、(15.28,-25.94)、(20.48,-26.19)、(25.68,-25.62)、(30.89, -24.13)、(36.10,-21.42)、(41.33,-17.35)、(46.75,0)；于Y-Z坐标平面上，具有各点(y,z)为(0,26.74)、(3.00,26.63)、(6.00,26.36)、(9.00, 25.77)、(12.00,24.84)、(15.00,23.58)、(18.00,21.88)、(21.43,19.06)、 (24.79,14.92)、(28.52,0)以及(-3.00,26.48)、(-6.00,26.04)、(-9.00, 25.39)、(-12.00,24.33)、(-15.00,22.94)、(-18.19,20.88)、(-21.37, 17.85)、(-24.76,12.89)、(-28.52,0)；所述曲面点至X、Y、Z轴距离系大于等于零并分别具有一相对误差p，且-d/20≦p≦d/20。又所述底面，其边缘与所述基准面边缘相互连接形成所述透镜本体之外表面，且所述底面中心处向所述投射曲面内凹形成一容置室；所述透镜本体系以Y-Z面为基础，镜向对称于X轴方向，以及以X-Z面为基础，镜向对称于Y轴方向。

将所述均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜结构等比例放大或缩小亦为本实用新型所欲达成其目的之主要技术特征。而其中当所述单位坐标长d 为1mm时，所述相对误差p为-0.05mm≦p≦0.05mm。

本实用新型之功效在于利用偏光式发光二极管光学透镜之非球面宽照角度设计搭配运用硅胶材质的透镜本体，经由二次光学之折射原理而得改变并调整原发光二极管之发光角度、亮度分布与照度分布，使之呈现均匀照射分布，让光线投射之照明区域大致对应于长短轴方向基准面而成两侧对称，彻底将LED光源因所述偏光式发光二极管光学透镜使照射区域偏移进而有效且完整照射于路面，而于加强夜间行车及用路人安全之际，又能达到兼具节能省碳之环保要求，同时利用硅胶的高防水性以及不易龟裂的特性进一步提高透镜的耐用性。

附图说明

图1，为本实用新型之立体外观图；

图2，为本实用新型之另一立体外观图；

图3，为本实用新型于X-Z平面之侧视图；

图4，为本实用新型于X-Y平面之上视图；

图5，为本实用新型于Y-Z平面之剖视图；

图6，为本实用新型于X-Z平面之光线追迹示意图；

图7，为本实用新型于Y-Z平面之光线追迹示意图；

图8，为本实用新型搭载LED使用之照度等照分布图；以及

图9，为本实用新型搭载LED使用之亮度配光曲线图。

具体实施方式

为使贵审查委员能清楚了解本实用新型之内容，谨以下列说明搭配图式，敬请参阅。

请参阅图1-图5，系分别为本实用新型之立体外观图、本实用新型之另一立体外观图、本实用新型于X-Z平面之侧视图、于X-Y平面之上视图及于Y-Z 平面之剖视图。由图观之，本实用新型系提供一种均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜，具有一硅胶材质透镜本体1，包含：一投射曲面10及一底面12。其中所述投射曲面10系由复数个曲面点102所组成。利用几何学原理，由点构成线，线构成面之基础概念，将所述投射曲面10上之所述曲面点102表列，藉此进一步定义曲线与曲面，而给定之所述曲面点102多寡亦将决定所述投射曲面10之平滑程度。由于工程上利用所述曲面点102建立曲线及曲面之方式有多种作法，于此并不加以详述。主要系利用光滑连接之概念，使之得以保证曲线在给定之曲面点102处连接，使切线斜率连续以及曲线曲率连续，进而再架构出所述投射曲面10。因为硅胶具有高防水性以及不易龟裂的特性，能够大幅度提高透镜的耐用性以及避免现有塑料透镜所有的技术问题。

于此，本实用新型所提供之均匀散光之发光二极管光学透镜于空间中，系利用三维坐标将各曲面点102表列其相应位置。其中所述投射曲面10边缘系形成一基准面104，且所述基准面104具有一长轴106与一短轴108，以所述长轴106 为X轴方向、所述短轴108为Y轴方向，d为一单位坐标长，所述长轴106与所述短轴108相交处为三维坐标原点，其中所述曲面点102于X-Z坐标平面上，具有各点(x,z)为(0,25.07)、(6.81,25.60)、(11.81,26.15)、(16.81,26.33)、 (21.81,26.01)、(26.81,25.08)、(31.81,23.33)、(36.81,20.39)、(41.81, 15.40)、(46.79,0)；于X-Y坐标平面上，具有各点(x,y)为(0,29.48)、(4.95, 29.67)、(10.15,30.24)、(15.35,30.72)、(20.55,30.83)、(25.75,30.31)、 (30.95,28.92)、(36.15,26.31)、(41.35,21.30)、(46.69,0)以及(0, -22.44)、(4.89,-23.38)、(10.11,-24.99)、(15.28,-25.94)、(20.48, -26.19)、(25.68,-25.62)、(30.89,-24.13)、(36.10,-21.42)、(41.33, -17.35)、(46.75,0)；于Y-Z坐标平面上,具有各点(y,z)为(0,26.74)、 (3.00,26.63)、(6.00,26.36)、(9.00,25.77)、(12.00,24.84)、(15.00, 23.58)、(18.00,21.88)、(21.43,19.06)、(24.79,14.92)、(28.52,0) 以及(-3.00,26.48)、(-6.00,26.04)、(-9.00,25.39)、(-12.00,24.33)、(-15.00,22.94)、(-18.19,20.88)、(-21.37,17.85)、(-24.76,12.89)、 (-28.52,0)。因此所述曲面点102至X、Y、Z轴之距离系将所述相应之(x,y, z)坐标再分别乘以所述单位坐标长d即是，例如(xd,yd,zd)。

又所述曲面点102至X、Y、Z轴距离分别亦可容许具有一相对误差p，且 -d/20≦p≦d/20。因此于所述相对误差范围内，亦为本实用新型所欲主张之权利范围。但需特别注意者，所述曲面点102至X、Y、Z轴距离系大于等于零，因此若所述相对误差p小于零时，仍限制所述曲面点102至X、Y、Z轴距离大于等于零。

又所述底面12其边缘与所述基准面104边缘系相互连接形成所述透镜本体1，且所述底面12中心处内凹形成一容置室122，供以容置发光二极管之用。所述透镜本体1系以Y-Z面为基础，镜向对称于X轴方向，以及以X-Z面为基础，镜向对称于Y轴方向。如此，即构成本实用新型均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜之整体结构。同时，本实用新型所提供之均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜结构上系可等比例放大或缩小，而无碍于本实用新型所欲达到之目的与光学效果。相同者，当所述均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜等比例放大时，其相对误差p亦随之增大。试举一例，当所述单位坐标长d为 1mm时，所述相对误差p即为-0.05mm≦p≦+0.05mm。

请再一并参阅图6及图7，系分别为本实用新型于X-Z平面之光线路径示意图及于Y-Z平面之光线路径示意图。实施上主要系将LED置于所述容置室122 内，而后根据二次光学原理，使LED光源穿透所述透镜本体1并利用折射原理使光线偏移而投射于欲照射区域。而图5即为相对于长轴方向光线投射区域之光线追迹表现态样；图6即为相对于短轴方向光线投射区域之光线追迹表现态样。由图观之，原发光二极管之发散轨迹因通过所述均匀散光之偏光式发光二极管光学透镜而改变其光线追迹表现。

请再一并参阅图8及图9，系分别为本实用新型搭载LED使用之照度等照分布图及本实用新型搭载LED使用之亮度配光曲线图。于照度等照分布图上所表示之X轴及Y轴坐标单位皆为毫米(millimeter,mm)，左侧为照度量表，其单位为勒克斯(lux)，系用以表示被照射物面呈现的光亮程度。而于亮度配光曲线图通常系以极坐标标示，用以表示灯具之发光强度分布情形，即光源之光强度定义方式，进而测量灯具在各个角度上的发光强度分布。如图所示，所述亮度配光曲线图外围之径向坐标为角度，单位为度(°)，轴向坐标为光强 (luminous intensity)，单位为烛光(cd)。而当采用所述单位坐标长d为1mm 时，所述发光二极管光学透镜单一颗尺寸长轴约93.5mm、短轴约57.0mm，此透镜的光学特点在于可满足照度均匀度>0.8，辉度均匀度>0.6的高均匀性要求。而由图8所示之La系为图7之照明区域长轴方向的配光曲线；Lb系为图7 之短轴方向的配光曲线。

本实用新型之功效在于利用偏光式发光二极管光学透镜之非球面宽照角度设计，使发光二极管之光源经所述非对称式光学透镜结构后产生折射效果。藉此，透过本实用新型可调整原发光二极管之发光角度、亮度分布与照度分布，使之均匀呈现出一类矩形照明区域之散光效果，进而多元使用于各类照明之运用。本实用新型的特点在于运用硅胶材质的透镜本体。例如使用于路灯照明时，使其光线投射之照明区域大致对应于长短轴方向基准面而成两侧对称之照明效果。据此，确能达到彻底将LED因所述偏光式发光二极管光学透镜使照射区域偏移，进而有效且完整照射于路面光源有效照射于路面，即得以确实加强夜间行车及用路人之安全，且同时亦得兼具发光二极管本身所具有之节能省碳环保之要求。又本实用新型之光学透镜亦可等比例放大或缩小而不影响其呈现之光学效果，适用性亦得以大幅提升，并此说明。在现有的基础上，利用硅胶的高防水性以及不易龟裂的特性进一步提高透镜的耐用性。

以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型实施之范围，故此等熟习此技术所作出等效或轻易的变化者，在不脱离本实用新型之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本实用新型之专利范围内。