用于光源模块的透镜元件及其照明灯具的制作方法
【专利摘要】本发明揭示一种用于光源模块的透镜元件及其照明灯具，该光源模块包括一光源及一透镜元件。光源具有一光源光轴。透镜元件覆盖光源，并且具有一透镜光轴、一内透镜表面、一外透镜表面及一突起反射部。透镜光轴间隔于光源光轴，内透镜表面位于光源与外透镜表面之间，且突起反射部形成在外透镜表面上。光源所发出的光线依序经由内透镜表面及外透镜表面的折射而投射至一主要照明方向中。同时，光源所发出的光线依序经由内透镜表面的折射、突起反射部的反射及外透镜表面的折射而投射至主要照明方向中。
【专利说明】用于光源模块的透镜元件及其照明灯具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光源模块，特别涉及一种运用透镜元件来增进照明功效的光源模块，以及使用该光源模块的照明灯具。
【背景技术】
[0002]相较于鹤丝灯或水银灯的传统光源，发光二极管(light-emitting diode, LED)提供了较佳的发光效率，可以在相同的耗电量获得较亮的照明效果。再者，体积较传统光源小亦为LED光源的优点。
[0003]作为道路或停车场用的照明灯具，即俗称的路灯，由于安装地点在道路或停车厂周围，照明光线必需导往道路或是停车区域，并避免路灯光线造成道路旁房屋的“光害”。因此LED光源运用至照明灯具时，必须将LED光源的光通过路灯机构导往所欲的照明方向，以避免道路旁房屋的光害同时增加所欲的照明方向的照明亮度。
[0004]为了达成路灯光源所发出的光线能尽可能的往所欲的照明方向集中并渐少对道路旁房屋的光害影响，发明人提出一种新颖的透镜结构，应用在光源模块及其照明灯具时可获得所欲的效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于提供一种用于光源模块的透镜元件及其照明灯具，透镜元件可将光源所发出的大部份光线导向所欲的主要照明方向，而同时尽可能地减少次要照明方向的照明。在本发明中，若使用此透镜元件的光源模块及其照明灯具应用在路灯时，主要照明方向是指如道路的所欲的照明方向，次要照明方向是指如路旁房屋的不欲的照明方向，即主要照明方向相对于次要照明方向。在本发明中，光源模块中的光源可为发光二极管(LED)，透镜元件特指使用者额外附加在发光二极管上的光学透镜，泛称为次级透镜，有别于发光二极管在封装时形成的初级透镜。
[0006]本发明的一实施例提供一种光源模块，包括:一光源，具有一光源光轴；以及至少一透镜元件，围绕该光源，并且每一透镜元件具有一透镜光轴、一内透镜表面、一外透镜表面以及一突起反射部。内透镜表面位于光源与外透镜表面之间，突起反射部形成在外透镜表面上且不与透镜光轴交会。
[0007]因此，光源所发出的光线依序经由内透镜表面及外透镜表面的折射而往一主要照明方向投射，且光源所发出的光线依序经由内透镜表面的折射、突起反射部的反射及外透镜表面的折射而往主要照明方向投射。
[0008]其中，内透镜表面形成有凹陷部以容置光源，且光源的光源光轴与透镜的透镜光轴相间隔。外透镜表面大体上呈一曲面，且突起反射部高于外透镜表面上的任一点，使得在透镜元件内的光线会在突起反射部内形成全反射。
[0009]透镜元件还包含有一环绕该外透镜表面的镜缘，前述突起反射部较外透镜表面上的任一点为高即以相对于镜缘所形成的参考平面为基准。[0010]根据上述实施例，透镜元件的外透镜表面具有一透镜中心、一对称线、一第一曲线及一第二曲线。对称线、第一曲线及第二曲线为透镜表面的假想线。在本说明书中，外透镜表面的对称线的定义为:对称线通过透镜中心且通过突起反射部，且透镜元件相对于对称线为镜面对称。
[0011]在本说明书中，第一曲线及第二曲线须符合以下定义:第一曲线为一位于外透镜表面且不通过突起反射部的一假想线，且第一曲线与对称线之间具有小于90度的第一夹角；以及第二曲线为一位于外透镜表面且不通过突起反射部的一假想线，且与对称线之间具有介于90度与180度之间的第二夹角。对称线上的任一点低于第一曲线及第二曲线在外透镜表面上的最高点。其中，高低是以镜缘所形成的参考平面为基准。
[0012]根据上述实施例，光源与透镜元件之间可填充一介质胶。
[0013]根据上述实施例，光源模块还包括与光源电连接的一电路板。
[0014]根据上述实施例，光源模块还包括一反射板。反射板设置于光源与电路板之间。
[0015]根据上述实施例，突起反射部可为一矩形挡墙，与对称线相交。突起反射部亦可为一弧形挡墙，该弧形的弧心与透镜光轴位于相对于突起反射部的同一侧。
[0016]本发明的另一实施例提供一种照明灯具，包括:一盖体，具有一开口 ；一光源模块，连接于盖体，且包括一光源及至少一透镜元件。光源具有一光源光轴，透镜元件围绕光源，并且突出于盖体的开口。照明灯具还包括一防水橡皮，设置于光源模块与盖体之间。
[0017]在本实施例的照明灯具中，其光源模块及透镜元件的特征与前述的光源模块及透镜元件相同，于此不再赘述。
[0018]根据本实施例，照明灯具还包括一散热件，其连接于光源模块，用以散逸光源模块所产生的热量。
[0019]为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1表示照明灯具设置于道路旁及其对的主要照明方向及次要照明方向的示意图；
[0021]图2A表示本发明的照明灯具的分解示意图；
[0022]图2B表示图2A的照明灯具的组合示意图；
[0023]图3A表示本发明的透镜元件的俯视立体示意图；
[0024]图3B表示图3A所示的透镜元件的仰视立体示意图；
[0025]图4A表示图3A所示的透镜元件的主视图；
[0026]图4B表示图4A的透镜元件经与光源组合后的A-A剖面的示意图；
[0027]图5A表示图3A所示的透镜元件的俯视示意图；
[0028]图5B表示图5A的透镜元件经与光源组合后的B-B剖面的示意图；
[0029]图6表示图4B的透镜元件经与光源组合后的出光示意图；
[0030]图7表示本发明的透镜元件的外透镜表面的示意图；
[0031]图8表示本发明的另一种透镜元件的立体示意图；以及
[0032]图9表示本发明的照明灯具的透镜元件形成模块的立体示意图。[0033]其中，附图标记说明如下:
[0034]I照明灯具
[0035]11 道路
[0036]IlD 出光
[0037]IlH次要照明方向
[0038]IlR主要照明方向
[0039]100光源模块
[0040]110 光源
[0041]112初级透镜
[0042]120、120’ 透镜元件
[0043]121内透镜表面
[0044]122外透镜表面
[0045]123、123’突起反射部
[0046]124凹陷部
[0047]125定位部
[0048]126 镜缘
[0049]130反射板
[0050]131 开孔
[0051]135第一定位孔
[0052]140 基板
[0053]145第二定位孔
[0054]200 盖体
[0055]201 开口
[0056]300防水件
[0057]400散热件
[0058]O110光源光轴
[0059]O120透镜光轴
[0060]A-A剖面线
[0061]B-B剖面线
[0062]G 距离
[0063]H、H’、h 高度
[0064]P介质胶
[0065]R、R2 光线
[0066]W对称线
[0067]X第一曲线
[0068]Xl第一曲线的最高点
[0069]Y第二曲线
[0070]yl第二曲线的最高点
[0071]91第一夹角[0072]θ 2第二夹角【具体实施方式】
[0073]以下配合图式说明本发明的实施形式。
[0074]图1表示照明灯具设置于道路旁及其对应的主要照明方向及次要照明方向的示意图。如图1所示，在道路11旁所设置的照明灯具I的出光为11D，IlR表示一主要照明方向，以及IlH表示一次要照明方向。主要照明方向IlR亦可称的为道路侧方向，次要照明方向IlH亦可称的为房屋侧方向。为了使道路11具有良好的照明，照明灯具I的出光IlD应该尽可能地向主要照明方向IlR照射，并且减少次要照明方向IlH的照射。
[0075]图2Α及图2Β分别显示本发明一实施例的照明灯具的分解示意图以及组合示意图。请参阅图2Α，本发明的照明灯具I包括光源模块100、盖体200、防水件300及散热件400。其中光源模块100包括有至少一光源110、至少一透镜元件120、一反射板130以及一基板140。在本实施例中，光源110安装在基板140上，反射板130与基板140贴合并通过反射板130上的开孔131使光源110外露。反射板130的安装为任择，用来反射光源110所发出的光线。
[0076]光源110可以为发光二极管(LED)，透镜元件120覆盖光源110，亦可覆盖多个光源110。基板140可以是具有较佳散热效果的陶瓷电路板或金属电路板。散热件400连接至光源模块100。更具体而言，散热件400与光源模块100的基板140连接，用以将光源模块100所产生的热量散逸至外界。在本实施例的中，散热件400可以是具有散热鳍片的铝挤型散热器。
[0077]光源110、透镜元件120、反射板130以及基板140经组合为光源模块100后覆以防水件300。防水件300以橡皮或树脂制成，其上有开口 301用以容置透镜元件120。在本发明中，透镜元件120具有一镜缘126，在与防水件300压合时可固定透镜元件120。经防水件300覆盖的光源模块100再覆上盖体200，盖体200具有开口 201，对应于防水件300的开口 301以及透镜元件120。防水件300是设置于光源模块100与盖体200之间。更具体而言，防水件300是设置于光源模块100的透镜元件120与盖体200之间。防水件300亦可位于透镜元件120及反射板130之间，即透镜元件120位于盖体200及防水件300之间，不限于图2A所例示。
[0078]透镜元件120具有多个定位部125，所述多个定位部125对应卡合于反射板130的第一定位孔135以及基板140的第二定位孔145，使得透镜元件120可固定于基板140上。
[0079]如图2B所示，照明灯具I经组装后，每一个透镜元件120突出于盖体200的开口201外，因此光源110的光线可透过透镜元件120导至照明灯具I外，形成出光11D。
[0080]图3A及图3B分别表示本发明的透镜元件的俯视立体示意图以及仰视立体示意图。透镜元件120具有透镜光轴O12tl、内透镜表面121、外透镜表面122、突起反射部123、凹陷部124、多个定位部125以及镜缘126。请一并参考图2A，光源110经透镜元件120覆盖后位于凹陷部124，光源110的光线经凹陷部124中的内透镜表面121进入光学透镜120中，再由外透镜表面122离开光学透镜120。突起反射部123形成在外透镜表面122上且不与透镜光轴O12tl交会。在图3A中，突起反射部123的型态为一矩形挡墙。
[0081]图4A表示图3A所示的透镜元件的主视图；以及图4B表示图4A的透镜元件经与光源组合后的A-A剖面的示意图。在图4B中，透镜元件120的透镜光轴O12tl与光源110的光源光轴Olltl相间隔，即透镜兀件120的透镜光轴O12tl从光源光轴Olltl朝向次要照明方向IlH偏移一距离G。亦可称透镜光轴O12tl从光源光轴Olltl朝向突起反射部123偏移。内透镜表面121是位于光源110与外透镜表面122之间。突起反射部123是形成在外透镜表面122上。凹陷部124是形成在内透镜表面121上，以容置每一个光源110。此外，在每一个光源110与每一个透镜元件120之间可填充有一介质胶(index matching gel)P,即在透镜元件120的凹陷部124中填充介质胶P，以提升光源110的出光效率。
[0082]如图4B所示，每一个光源110还具有一初级透镜112。且设想透镜元件120的透镜光轴O12tl与外透镜表面122的交点为透镜中心a，则透镜中心a至镜缘126的高度h小于突起反射部123至镜缘126的高度H。即，突起反射部123高于外透镜表面122上的任一点。
[0083]图5A表示图3A所示的透镜元件的俯视示意图。一并参考图4B,突起反射部123是形成在外透镜表面122上且不与透镜中心a (即透镜光轴O12tl与外透镜表面122的交点)交会。且以透镜中心a而言，突起反射部123位于朝向次要照明方向IlH的一侧。
[0084]图5B表示图5A的透镜元件经与光源组合后的B-B剖面的示意图。透镜中心a至镜缘126的高度h等于或略小于透镜中心a周缘的外表面122至镜缘126的高度H’。
[0085]图6表示本发明的照明灯具的光源模块的出光示意图。透镜元件120的突起反射部123位于朝向次要照明方向IlH的一侧，且外透镜表面122大体上呈一不规则的曲面，且曲面终止于突起反射部123，使得在透镜元件120内的光线会在突起反射部123内形成全反射。因此光线Rl依序经由内透镜表面121的折射及外透镜表面122的折射而投射至主要照明方向11R，且光源110所发出的光线R2依序经由内透镜表面121的折射、突起反射部123的反射及外透镜表面122的折射而投射至主要照明方向11R。相较于次要照明方向11H，主要照明方向IlR获得较多光源110所发出的出光，因此光源模块若应用在路灯时，对应于次要照明方向IlH的道路旁房屋的光害可以减少，且对应于主要照明方向IlR的道路或停车场可获得较多的光量。
[0086]图7表示本发明的透镜元件的外透镜表面的示意图。外透镜表面122大体上呈一不规则的曲面且具有一透镜中心a、一对称线W、一第一曲线X及一第二曲线Y。突起反射部123偏尚透镜中心a,对称线w通过透镜中心a以及关起反射部123使之将透镜兀件120划分为对称的两个半部，即透镜元件120相对于对称线w为镜面对称。第一曲线X位于外透镜表面122且不通过突起反射部123的一假想曲线，由透镜中心a往镜缘126延伸。第一曲线X与对称线W之间具有一小于90度的第一夹角Qltj第一曲线X有一最高点X1,即距离镜缘126所形成的参考平面最远，对称线W上任一点至镜缘126的垂直距离小于点X1至镜缘126所形成的参考平面的垂直距离。第二曲线Y位于外透镜表面122且不通过突起反射部123的一假想曲线，由透镜中心a往镜缘126延伸。第二曲线Y与对称线W之间具有一介于90度与180度之间的第二夹角θ2。第二曲线Y有一最高点yi，即距离镜缘126所形成的参考平面最远者，对称线W上任一点至镜缘126的垂直距离小于点yi至镜缘126所形成的参考平面的垂直距离。
[0087]在本发明中，如图7所示的第一曲线X及第二曲线Y的假想曲线并不仅为图式所示的单一线条，只要与对称线夹角符合上述定义即可，如此可构成外透镜表面122的曲面。[0088]图8表示本发明的另一种透镜元件的立体示意图。在本图式中，透镜元件120’与前述透镜元件120的差异在于:突起反射部123’为一圆弧形挡墙，该圆弧形的弧心与透镜中心a位于相对于突起反射部123’的同一侧。
[0089]此外，如图9所示，本发明的照明灯具I亦可以采用由多个透镜元件120组合而成的一连片式的透镜模块，即使多个透镜元件120的镜缘126 —体成型，而同样可达成上述的照明效果。
[0090]虽然本发明已以较佳实施例揭露于上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种光源模块，包括: 一光源，具有一光源光轴；以及 至少一透镜元件，其围绕并覆盖该光源，并且每一透镜元件具有一透镜光轴、一内透镜表面、一外透镜表面以及一突起反射部，该内透镜表面位于该光源与该外透镜表面之间，该突起反射部形成在该外透镜表面上且不与该透镜光轴交会。
2.如权利要求1所述的光源模块，其中该内透镜表面形成有一凹陷部以容置该光源，且该光源光轴与该透镜光轴相间隔。
3.如权利要求1所述的光源模块，其中每一透镜元件还包含有一环绕于该外透镜表面的镜缘。
4.如权利要求3所述的光源模块，其中该外透镜表面大体上呈一曲面，且该突起反射部至该镜缘的垂直高度高于该外透镜表面上的任一点至该镜缘的垂直高度。
5.如权利要求3所述的光源模块，其中该透镜元件的该外透镜表面具有一透镜中心以及一对称线，该透镜中心为该透镜光轴与该外透镜表面的交会点，该对称线通过该透镜中心且通过该突起反射部，以及该透镜元件相对于该对称线为镜面对称。
6.如权利要求5所述的光源模块，其中该透镜中心至该镜缘的高度等于或小于该透镜中心周缘的一外表面至该镜缘的高度。
7.如权利要求5所述的光源模块，其中该透镜元件的该外透镜表面还具有一第一曲线，该第一曲线不通过该突起反射部，且该第一曲线与该对称线之间具有小于90度的一第一夹角，且该对称线上的任一点低于该第一曲线在该外透镜表面上的最高点。
8.如权利要求7所述的光源模块，其中该透镜元件的该外透镜表面还具有一第二曲线，该第二曲线不通过该突起反射部，且该第二曲线与该对称线之间具有介于90度与180度之间的一第二夹角，且该对称线上的任一点低于该第二曲线在该外透镜表面上的最高点。
9.如权利要求5所述的光源模块，其中该突起反射部为一矩形挡墙且与该对称线相交。
10.如权利要求5所述的光源模块，其中该突起反射部为一弧形挡墙且与该对称线相交，该弧形挡墙的弧心与该透镜光轴位于相对于该突起反射部的同一侧。
11.如权利要求3所述的光源模块，其中所述透镜元件为多个，所述多个透镜元件的镜缘组合为一体成型。
12.如权利要求1所述的光源模块，其中该光源模块还包括与该光源电连接的一电路板。
13.如权利要求12所述的光源模块，其中该光源模块还包括一设置于该光源与该电路板之间的反射板。
14.一种照明灯具，包括: 一盖体，具有一开口 ；以及 一光源模块，该光源模块包括: 一光源，具有一光源光轴；以及 至少一透镜元件，其围绕并覆盖该光源，并且每一透镜元件具有一透镜光轴、一内透镜表面、一外透镜表面以及一突起反射部，该内透镜表面位于该光源与该外透镜表面之间，该突起反射部形成在该外透镜表面上且不与该透镜光轴交会。
15.如权利要求14所述的照明灯具，其中该照明灯具还包括一基板，该光源安装在该基板上。
16.如权利要求15所述的照明灯具，其中该照明灯具还包括一反射板，该反射板与该基板贴合并透过该反射板上的一开孔使光源该外露。
17.如权利要求14所述的照明灯具，其中该照明灯具还包括一设置于该光源模块与该盖体之间的防水件。
18.如权利要求14所述的照明灯具，其中该照明灯具还包括一与该光源模块连接的散 热件。
【文档编号】F21S2/00GK103453338SQ201210175654
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】吴享珍 申请人:台达电子工业股份有限公司