照明装置及其光学元件模块的制作方法

专利名称：照明装置及其光学元件模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学照明装置的技术领域，特别是涉及一种应用数个光学元件排 列成光学元件模块来变化光形的照明装置及其光学元件模块。
背景技术：
按，传统以水银灯、高压钠灯或卤素灯等为光源的路灯，其所产生的照明光线都是 由中央向四周发散，而大概呈圆形或椭圆形，这样的路灯照明容易产生光害与光污染的问 题，而且这些传统的光源也都存在着高耗电与低使用寿命的问题。随着环保意识的高涨，欧盟RoHS (电子电机设备限用危害物质指令)的环保新规 定已明定自2006年7月1日起，凡是含有铅、水银、镉、六价铬等重金属以及聚溴二苯醚和 聚溴联苯等阻燃剂的电子电器设备将被禁止进入欧盟消费市场。此举也会牵动其他先进的 国家和地区跟进、以保护自己生存的环境、这使得传统的光源会因为含有管制物质而面临 淘汰的命运。而具有使用寿命长和节能优点的LED新光源也就日渐受到大家的青睐。目前使用LED光源的路灯所产生的照明光形，通常是呈长椭圆形或接近于长矩形 的光形，这两种光形分布均为X方向或Y方向对称的光形。如中国台湾专利公告第1312398 号“具椭圆发光二极管的路灯”专利，即揭示出发光二极管所搭配的发光二极管透镜，其透 射部的长轴与短轴所散射出的光形比值为1.5至5之间。通过透射部于长轴方向的延伸， 使照射光形呈长椭圆状而能扩增光源照射范围，以提升路灯的光效率。中国台湾专利公告第M364866号“光学透镜及其发光二极管照明装置”专利，其揭 示一种利用自由曲面公式设计而成的光学透镜，用于在照射区域产生照度均勻且接近矩形 的光形，以满足特定光形需求，如路灯照明所需的长轴方向的长度相对于短轴方向的宽度 比例为3 1的矩形光形，并且利用数个该等光学透镜以同轴向在一外罩上形成一透镜阵 列搭配一 LED光源的阵列使用，以构成一 LED照明装置，而能适用于路灯、车灯或照相闪光 灯等。另外，美国专利公开第2008/0101063号专利申请案，则揭示采用三种发光角度的 透镜组合成光学单元，再由多数个光学单元组成一个路灯，各种透镜的光形为左右或上下 对称分布的长椭圆形、长圆形以及长矩形等形状，其虽可以任意搭配组合，但依该专利所教 示的技术思想，组合后的光学单元所产生的光形仍是上下或左右对称的分布，并且由数个 光学单元所组成的路灯所产生光形仍是上下或左右对称的分布状态。而不论是使用前述何种专利所揭示的技术，当要提供十字路口的照明时，都需要 设置至少四支的路灯80，才能使十字路口处获得充分的照明。如图1所示，其是十字路口的路灯照明架构示意图，由于每个路灯80所能产生的 光形81都是上下或左右对称的长椭圆形或长矩形分布，因此必须在十字路口的四个方向 分别设置一盏路灯80，方能对十字路口的交会处提供足够的照明亮度。但是，多设置一盏路灯会多一倍安装成本以及维修费用，为了降低安装成本与维修费用，实有必要再针对现有的技术加以改进，使光形能够符合各种特殊的形状，以期能更 降低成本。

发明内容
本发明的主要目的在于解决前述各项问题而提供一种照明装置及其光学元件模 块，光学元件模块由数个光学元件排列成NXl阵列的光学元件模块可依所需由折断部折 断来进行排列，使照明装置的各个发光体均配合有一光学元件，从而可达到调整变化光形 的功效。为达前述目的，本发明的光学元件模块由N个光学元件及M个折断部排列成NX 1 的阵列，而每一折断部位于相邻的两个光学元件之间，其中1彡M彡N-I0再者，本发明的光学元件模块结合于一照明装置中，该照明装置的光源具有呈矩 阵排列的多数个发光体，且对应每一发光体均配合有一光学元件，使各发光体所发出的光 线能通过各光学元件的光学特性而产生所需的光形。由此，使用者可依所需将光学元件模块或自光学元件模块中折断的光学元件进行 排列组合，从而达到调整改变照明装置的光形的目的。在一实施例中，该光学元件模块的各光学元件均为透镜。其中光学元件可选用对 称光形的透镜及非对称光形的透镜。在一实施例中，该光学元件模块的折断部由多数个相邻但间隔的孔所组成，或者 是由一凹槽所构成。在一实施例中，该光源具有一基板以供各发光体设置，且各发光体均为发光二极管。在一实施例中，该光源的顶面结合有一转接元件，转接元件间隔设有多数开口，使 光源的各发光体所发出的光线可分别通过对应的开口射出，而光学元件模块的各光学元件 分别跨置于各开口上。较佳者，该转接元件于各开口两侧对应各发光体的位置分别设有一插孔，而各光 学元件对应各插孔分别具有一插销，使各光学元件可通过各插销分别插入各插孔而跨设于 该开口上。较佳者，该基板于发光体周围对称设有二弧形孔，而各光学元件对应各弧形孔分 别具有一插销，使各光学元件可通过各插销分别插入各弧形孔结合，并使各光学元件可沿 弧形孔转动。在一实施例中，该光源结合有一散热组件，该散热组件为一散热鳍片或一风扇或 两者的结合。在一实施例中，该照明装置罩盖有一透光罩，透光罩可为具有光学特性者或不具 光学特性者。较佳者，该透光罩与一壳体结合，壳体中具有容置部以供该光源与光学元件模块 设置。较佳者，该透光罩与该壳体之间以防水密封方式结合。本发明前述的特点、特性，将从下述实施例的详细说明与附图中，获得深入了解。


图1是十字路口的路灯照明架构示意图； 图2是本发明的照明装置的立体分解图；图3是本发明的照明装置的局部立体分解图；图4A是本发明对称光形光学元件排列组成的光学元件模块的立体外观图； 图4B是本发明对称光形光学元件排列组成的光学元件模块的光形图；图5A是本发明非对称光形光学元件排列组成的光学元件模块的立体外观图； 第5B是本发明非对称光学元件排列组成的光学元件模块的光形图； 图6是本发明中各种光学元件模块的示意图；图7A是本发明所产生的十字光形图；图7B是本发明所产生的十字光形的光学元件模块排列组合示意图； 图8A是本发明产生X形光形的光学元件模块排列组合示意图；图8B是本发明所产生的X形光形图；图9A是本发明产生一字加圆形的光形的光学元件模块排列组合示意图；图9B是本发明所产生的一字加圆形的光形图；图1OA是本发明产生十字加圆形的光形的光学元件模块排列组合示意图；图IOB是本发明所产生的十字加圆形的光形图；图IlA是本发明产生T字光形的光学元件模块排列组合示意图；图IlB是本发明所产生的T形光形图；图12A是本发明产生L光形的光学元件模块列组合示意图；图12B是本发明所产生的L形光形图；图13A是本发明产生V光形的光学元件模块列组合示意图；图13B是本发明所产生的V形光形图；及图14是本发明第二实施例中光学元件与基板的局部立体分解图。主要元件符号说明照明装置1光源10基板 11LED 12转接元件20开口 21插孔22光学元件模块3光学元件30折断部31插销32光学元件模块3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、3I、3J 透镜 30A、30B、30C、30D、30E、30F、30G、30H、30I、30J 散热组件4散热鳍片41风扇42壳体50 容置部51 透光罩52 光源IOA基板IlA LED12A 弧形孔13A 光学元件60A 插销62A
路灯80光形81
具体实施例方式兹配合附图将本发明的实施例详细说明如下。请参考图2至图6，图2是本发明的照明装置的立体分解图；图3是本发明的照明 装置的局部立体分解图；图4A是本发明对称光形光学元件排列组成的光学元件模块的立 体外观图；图4B是本发明对称光形光学元件排列组成的光学元件模块的光形图；图5A是 本发明非对称光形光学元件排列组成的光学元件模块的立体外观图；图5B是本发明非对 称光学元件排列组成的光学元件模块的光形图；图6是本发明中各种光学元件模块的示意 图。本发明的照明装置1由一光源10、一转接元件20、多数光学元件模块3及一散热 组件4所组成，并组设于一壳体50中，该壳体50向内开设有一容置部51以供该光源10、转 接元件20以及光学元件模块3设置，且该壳体50的该容置部51以防水的方式密封结合有 一透光罩52，使本发明的照明装置具有防水的作用。在本实施例中，透光罩52具有光学特 性者，但本发明并不以此为限，也可为不具有光学特性者。该光源10具有一基板11，并在该基板11上以矩阵排列的形式该置多数个发光体， 在本实施例中，各发光体均为一发光二极管(LED) 12。该转接元件20大概呈现板状并结合于该光源10上方，其间隔地开设有多数开口 21，使该光源10的各LED12的所发出的光线可分别通过对应的开口 21射出，并且该转接元 件20于各开口 21两侧对应各LED12分别设有一插孔22，俾供各光学元件模块3跨设于开 21上。在此须注意的是，在其他实施例中，熟此技艺者当知各光学元件模块3可直接设置于 基板11上。而该散热组件4由一散热鳍片41与一风扇42所组成，并结合于该光源10的基板 11的底面，以对该光源10进行散热。在此须注意的是，熟此技艺者当知散热组件4也可仅 有散热鳍片或仅有风扇。本发明的光学元件模块3由N个光学元件30与M个折断部31排列成NX 1的阵 列，每一折断部31位于相邻的二光学元件30之间，且1彡M彡N-1，使该光学元件模块3可 由该折断部31被折断而单独使用，使该光源10的每一 LED12都配合有一个光学元件30。该光学元件模块3可为透镜、反射杯及扩散罩的其中一者或其组合，且折断部31 也有不同形式的结构设计，为便于说明，在图2与图3中各种光学元件与折断部均以相同的 标号来标示与说明，而在图4A之后，则依各种不同形式的光学元件分别予以标号及说明。在本实施例中，该光学元件模块3以十个光学元件30与九个折断部31排列制成 10X1的阵列形态为例说明与绘制图示，但并不以此为限，使各个光学元件30均可被从光 学元件模块3中折断后单独使用。由于各光学元件模块3被制成NX 1的阵列形态，再将各光学元件模块3或折断后 的光学元件30结合于该转接元件20上，使该光源10的各LED12均配合有一光学元件30， 让每个LED 12都经由配合的光学元件30各自产生光形，再经由各个LED 12所产生的光形整 合成整个照明装置的光形。当光学元件30选用透镜形式时，在各光学元件30底面对应该转接元件20的各插孔22分别具有一插销32，使光学元件30可通过各插销32分别插入各插孔22而跨设于该 转接元件20的开口 21上。而为了达到照明装置1的光形可改变调整的目的。本发明可使用数种不同形态的 光学元件模块来达到改变、调整光形的目的。兹将各种不同形态的光学元件模块分别设明于下请参阅图4A，图中各光学元件为对称光形的透镜30A，并由对称光形的透镜30A排 列组成光学元件模块3A，且在相邻的两个透镜30A间设有由多数个相邻但间隔的孔所组成 的折断部31A，而图4A中对称光形的透镜30A可产生对称的长矩形光形，如图4B所示。图5A中所示者各光学元件为非对称光形的透镜30B，并由数个透镜30B组成光学 元件模块3B，且在相邻的两个透镜30B间设有由凹槽所构成的折断部31B，而图5A中的透 镜30B可产生非对称的矩形光形，如图5B所示。当然，除了前述的对称光形的透镜30A与非对称光形的透镜30B以外，也可由各种 不同形态的透镜来组成光学元件模块。请参阅图6，其是多种不同形态的光学元件模块的 外观图。其中，除了由对称光形的透镜30A与非对称光形的透镜30B分别组成光学元件模 块3A与;3B之外，也可将对称光形的透镜旋转一角度(如45°、90° )而制成斜向与横向 的对称光形的透镜30C、30D，并分别组成光学元件模块3C、3D ；或将非对称光形的透镜旋转 一角度(如45°、90°、-45° )而制成斜向与横向的非对称光形的透镜30E、30F、30J，并分 别组成光学元件模块3E、3F及3J ；或是制成一般的圆形透镜30G来组成光学元件模块3G。当然，该光学元件30除了前述的各种透镜形式之外，光学元件也可为反射杯30H， 并由数个反射杯30H组成光学元件模块3H ；或者，光学元件也可为扩散罩301，并由数个扩 散罩301组成光学元件模块31。以上所述各种不同形态的光学元件并非本发明的特征部分，因此未予以详述，而 光学元件的形态并不限于上述的几种态样，或者同一光学元件模块中也可由不同形态的光 学元件来组成。通过本发明将各种形态的光学元件制成NX 1阵列形态的光学元件模块的结构设 计，再搭配本发明照明装置中的转接元件，使本发明可依所需变换、组合不同形态的光学元 件，而达到调整照明装置的所产生的光形的效果。请参阅图7A与图7B，图7A是本发明产生十字光形的光学元件模块排列组合示意 图，图7B是本发明所产生的十字光形图。该照明装置的光学元件模块排列组合，在图中所 示靠左侧五行都使用由10个直向的对称光形的透镜30A组成的光学元件模块3A，而靠右 侧的五行都使用10个横向的对称光形透镜30D组成的光学元件模块3D。光学元件模块3A 会产生直向的长矩形光形，而光学元件模块3D会产生横向的长矩形光形，如此一来，便能 使该照明装置产生十字形的光形，如图7B所示。请参阅图8A与图8B，图8A是本发明产生X形光形的光学元件模块排列组合示意 图，图8B是本发明所产生的X形光形图。该照明装置的光学元件模块排列组合，在图中所 示靠左侧五行都使用由10个直向的对称光形透镜30A组成的光学元件模块3A，而靠右侧的 五行都使用10个斜向的对称光形透镜30C组成的光学元件模块3C。光学元件模块3A会产 生直向的长矩形光形，而光学元件模块3C会产生斜向的长矩形光形，如此一来，便能使该 照明装置产生X形的光形，如图8B所示。
请参阅图9A与图9B，图9A是本发明产生一字加圆形的光形的光学元件模块排列 组合示意图，图9B是本发明所产生的一字加圆形的光形图。该照明装置的光学元件模块排 列组合，在图中所示靠左侧六行都使用由10个横向的对称光形透镜30D组成的光学元件模 块3D，而靠右侧的四行都使用10个圆形透镜30G组成的光学元件模块3G。光学元件模块 3D会产生横向的长矩形光形，而光学元件模块3G会产生圆形光形，如此一来，便能使该照 明装置产生一字加圆形的光形，如图9B所示。请参阅图IOA与图10B，图IOA是本发明产生十字加圆形的光形的光学元件模块排 列组合示意图，图IOB是本发明所产生的十字加圆形的光形图。该照明装置的光学元件模 块排列组合，在图中所示靠左侧四行都使用由10个横向的对称光形透镜30D组成的光学元 件模块3D，而中段四行都使用10个直向的对称光形透镜30A组成的光学元件模块3A，且靠 右侧的二行都使用10个圆形透镜30G组成的光学元件模块3G。横向的对称光形透镜30D 会产生横向的长矩形光形，直向的对称光形透镜30A会产生直向的长矩形光形，而圆形透 镜30G会产生圆形光形，如此一来，便能使该照明装置产生十字加圆形的光形，如图IOB所示。请参阅图IlA与图11B，图IlA是本发明产生T字光形的光学元件模块排列组合 示意图，图IlB是本发明所产生的T形光形图。该照明装置的光学元件模块排列组合，在图 中所示靠左侧七行都使用由10个横向的对称光形透镜30D组成的光学元件模块3D，而靠 右侧的三行都使用10个直向的非对称光形透镜30B组成的光学元件模块:3B。光学元件模 块3D会产生横向的长矩形光形，而光学元件模块:3B会产生非对称直向的矩形光形，如此一 来，便能使该照明装置产生T字形的光形，如图IlB所示。请参阅图12A与图12B，图12A是本发明产生L光形的光学元件模块列组合示意 图，图12B是本发明所产生的L形光形图。该照明装置的光学元件模块排列组合，在图中所 示靠左侧五行都使用由10个横向的非对称光形透镜30F组成的光学元件模块3F，而靠右 侧的五行都使用10个直向的非对称光形透镜30B组成的光学元件模块:3B。光学元件模块 3F会产生非对称横向的矩形光形，而光学元件模块;3B会产生非对称直向的矩形光形，如此 一来，便能使该照明装置产生L形的光形，如图12B所示。请参阅图13A与图13B，图13A是本发明产生V光形的光学元件模块列组合示意 图，图1 是本发明所产生的V形光形图。该照明装置的光学元件模块排列组合，在图中所 示靠左侧五行都使用10个斜向(-45° )的非对称光形透镜30J组成的光学元件模块3J， 而靠右侧的五行都使用由10个斜向)的非对称光形透镜30E组成的光学元件模块 3E。光学元件模块3J会产生斜向-45°的非对称矩形光形，而光学元件模块3E会产生斜向 45°的非对称矩形光形，如此一来，便能使该照明装置产生V形的光形，如图1 所示。本发明的照明装置所能产生的光形除了前述的十、X、T、L、V、一字加圆形以及十字 加圆形之外，尚有许多种可能的变化，但本发明并不以此为限，例如在十、X形的光学元件模 块列组合中加入圆形透镜30G，便能使光形交会处产生圆形的光形。而当LED12的数量更多时，还能通过各种不同形态的透镜组合成各种不同的透镜 阵列，而使整个照明装置可以产生各种不同的光形。此外，在前述几个不同光形的光学元件模块列中，都是在同一行中使用相同的光 学元件模块来排列，实际上本发明的结构还可依照明之所需，而在同一行中组合不同形态的透镜，而产生各种不一样的光形，以期符合各种照明之所需。例如加入反射杯30H可用来 调整光的出射角度，而加入扩散罩301则可以通过将光线扩散，而让光线更为勻化，或者使 光形的边缘适当地晕开，让光形更柔和。最后请参阅图14，其是本发明的第二实施例，在本实施例中并不设置转接元件，而 直接在该光源IOA的基板IlA上的LED12A周围对称设有二弧形孔13A，而各光学元件60A 对应各弧形孔13A分别具有一插销62A，使各光学元件60A可通过各插销62A分别插入各弧 形孔13A中，而结合于该基板IlA上，并使各光学元件60A可沿弧形孔13A转动，用于调整 光形的角度。如此也可达到与前述第一实施例相同的功效。同理，本实施例中的弧形孔也可设置于前述第一实施例中的转接元件上；或者第 一实施例中设置在该转接元件的插孔也可实施于基板上；又或者可以在转接元件或基板上 同时实施插孔与弧形孔。虽然以前述的若干实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉 此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰的等效替换，仍为本发明的专 利保护范围内。
权利要求
1.一种光学元件模块，由N个光学元件及M个折断部排列成的NXl阵列，其特征在于， 每一折断部位于相邻的两个光学元件之间，其中1彡M彡N-1。
2.如权利要求1所述的光学元件模块，其中该光学元件为透镜。
3.如权利要求2所述的光学元件模块，其中该透镜为对称光形的透镜或非对称光形的透镜。
4.如权利要求1所述的光学元件模块，其中该折断部由多数个相邻但间隔的孔所组成。
5.如权利要求1所述的光学元件模块，其中该折断部由一凹槽所构成。
6.如权利要求1所述的光学元件模块，其中该光学元件为反射杯。
7.如权利要求1所述的光学元件模块，其中该光学元件为扩散罩。
8.一种照明装置，包括光源，具有呈矩阵排列的多数个发光体；及至少一个光学元件模块，由N个光学元件及M个折断部排列成的NX 1阵列，每一折断 部位于相邻的两个光学元件之间，其中1 < M < N-1，使该光学元件模块可由该折断部被折 断而单独使用，并使该光源的每一发光体都配合有一个该光学元件。
9.如权利要求8所述的照明装置，其中该光源具有基板，以供设置该多数个发光体。
10.如权利要求8所述的照明装置，其中各发光体均为发光二极管。
11.如权利要求8所述的照明装置，其中该光学元件为透镜。
12.如权利要求11所述的照明装置，其中该透镜为对称光形的透镜或非对称光形的透镜。
13.如权利要求8所述的照明装置，其中该折断部由多数个相邻但间隔的孔所组成。
14.如权利要求8所述的照明装置，其中该折断部由一凹槽所构成。
15.如权利要求8所述的照明装置，其中该光学元件为反射杯。
16.如权利要求8所述的照明装置，其中该光学元件为扩散罩。
17.如权利要求8所述的照明装置，还包括有转接元件，结合于该光源上，该转接元件 间隔地开设有多数个开口，使该光源的各发光体所发出的光线可分别通过对应的开口射 出ο
18.如权利要求17所述的照明装置，其中该光学元件模块结合于该转接元件，使各光 学元件均分别地跨设于该开口上。
19.如权利要求18所述的照明装置，其中该转接元件于各开口两侧对应各发光体的位 置分别设有插孔，而各光学元件对应各插孔分别具有插销，使各光学元件可通过各插销分 别插入各插孔而跨设于该开口上。
20.如权利要求9所述的照明装置，其中该基板于各发光体周围对称设有两个弧形孔， 而各光学元件对应各弧形孔分别具有插销，使各光学元件可通过各插销分别插入各弧形孔 中而设置，并使各光学元件可沿弧形孔转动。
21.如权利要求8所述的照明装置，还包括有散热组件，该散热件结合于该光源。
22.如权利要求21所述的照明装置，其中该散热组件为散热鳍片。
23.如权利要求21所述的照明装置，其中该散热组件为风扇。
24.如权利要求21所述的照明装置，其中该散热组件由散热鳍片与风扇所组成。
25.如权利要求8所述的照明装置，还包括有透光罩，罩盖于该光学元件模块上。
26.如权利要求25所述的照明装置，其中该透光罩为具有光学特性者。
27.如权利要求25所述的照明装置，其中该透光罩为不具光学特性者。
28.如权利要求25所述的照明装置，还包括有壳体，该壳体向内开设有一容置部以供 该光源与光学元件模块设置，且该透光罩密封该容置部。
29.如权利要求28所述的照明装置，其中该壳体与该透光罩之间以防水方式密封结合。
全文摘要
本发明公开一种照明装置及其光学元件模块，其主要是将数个光学元件模块排列组合于照明装置中，光学元件模块由N个光学元件及M个折断部排列成N×1的阵列，使光学元件模块可由折断部被折断而单独使用，且照明装置中的光源具有呈矩阵排列的多数个发光体，对应各发光体均配合有一光学元件，使各发光体所发出的光线能通过各光学元件的光学特性而产生所需的光形。
文档编号F21S2/00GK102135239SQ20101000287
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者林俊全, 林楚勋, 罗欣祥, 陈添源 申请人:财团法人工业技术研究院