本實(shí)用新型系與發(fā)光二極管透鏡領(lǐng)域相關(guān)，特別是關(guān)于一種利用二次光學(xué)折射原理改變并調(diào)整原發(fā)光二極管之發(fā)光角度、亮度分布與照度分布，同時(shí)相對(duì)所述發(fā)光源中心處偏移其照明區(qū)域，進(jìn)而使之呈現(xiàn)均勻照明效果且有效照射于被照物之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)相較于一般現(xiàn)有光源而言，系具有較低耗電、高效能、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。例如在同樣亮度下其耗電僅為普通白熾燈的1/10，節(jié)能燈的1/2，而其使用壽命卻可延長(zhǎng)至約100倍。因此，LED 于現(xiàn)今生活中已被廣泛地應(yīng)用于各種需光源提供之特殊相關(guān)領(lǐng)域。例如，運(yùn)用于顯示器之背光模塊，指示燈光源，一般照明設(shè)備等等。其中由于LED具有特別顯著之節(jié)能省電優(yōu)勢(shì)，故在最為普遍運(yùn)用之照明目的下，其實(shí)用性便顯得格外重要。例如將LED光源運(yùn)用于夜間路燈之照明實(shí)施即為其適例。

然，相較于現(xiàn)有光源，發(fā)光二極管之光線發(fā)散角度較小，以致于運(yùn)用于路燈之照明時(shí)，中心光線過(guò)于集中，進(jìn)而導(dǎo)致路燈鄰近處與遠(yuǎn)離處之亮度大小差異甚巨，無(wú)法有效均勻地提供路面照明。且習(xí)知之配光曲線多呈現(xiàn)為廣角度圓周正態(tài)分布，而運(yùn)用于道路照明時(shí)都僅為單側(cè)照明，如此亦會(huì)造成局部光源照明之無(wú)益浪費(fèi)。對(duì)此，嘗有利用二次光學(xué)原理用以改變LED投射出之光學(xué)性能，而對(duì)于各種不同之使用條件下，皆能提供最佳之照明狀態(tài)。以兩側(cè)路燈為例，其照明要求至少需能夠呈現(xiàn)一類矩形區(qū)域之照明效果，用以提供于平行道路走向與垂直道路走向皆能于其照明涵蓋范圍內(nèi)，且在相鄰二路燈間之照明區(qū)域，亦得以相互銜接與匹配，不致產(chǎn)生有照明區(qū)域中斷或照射不均勻之現(xiàn)象，進(jìn)而影響其用路人之安全。再者，雖然LED光源相較白熾燈源具有較長(zhǎng)的使用壽命，但是高瓦數(shù)的LED光源卻也同時(shí)帶來(lái)較高的溫度。現(xiàn)有的路燈結(jié)構(gòu)均是在LED光源搭配使用塑料透鏡(燈殼)達(dá)到保護(hù)LED光源以及防水的目的，如同前述的，LED光源會(huì)產(chǎn)生高溫，此高溫會(huì)造成塑料透鏡(燈殼) 產(chǎn)生黃化或龜裂。因?yàn)楫?dāng)塑料透鏡(燈殼)產(chǎn)生黃化或龜裂后，防水性以及透光效率均會(huì)下降，容易故障或投射照度不足，進(jìn)而造成用路人的不便。因此，如何有效針對(duì)所述LED光源之投射照度、發(fā)光角度，照射光之均勻度以及透鏡的耐用性進(jìn)行改善，系為本領(lǐng)域相關(guān)從業(yè)者極欲改善之課題。

有鑒于此，本實(shí)用新型人感其未臻完善而竭其心智苦心研究，并憑其從事所述項(xiàng)產(chǎn)業(yè)多年之經(jīng)驗(yàn)累積，針對(duì)現(xiàn)行路燈普遍高度及路面長(zhǎng)寬之比例，已陸續(xù)涉及并經(jīng)核準(zhǔn)公告在案之中國(guó)臺(tái)灣公告號(hào)M380480專利，利用非對(duì)稱式之透鏡結(jié)構(gòu)特性，使LED光源經(jīng)所述透鏡二次折射后得以產(chǎn)生偏移照射區(qū)域且對(duì)稱、類矩形又照射區(qū)域均亮之照明效果。于此本實(shí)用新型人系更進(jìn)一步研發(fā)出另一種可利用二次光學(xué)之折射原理而得改變并調(diào)整原發(fā)光二極管之發(fā)光角度與照度，同時(shí)相對(duì)所述發(fā)光源中心處偏移其照明區(qū)域，進(jìn)而均勻呈現(xiàn)照射分布的均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡，徹底將LED光源有效且完整照射于路面，而于加強(qiáng)夜間行車(chē)及用路人安全之際，又能達(dá)到兼具節(jié)能省碳以及增加透鏡耐用程度之環(huán)保要求。

鑒于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型之目的在于提供一種利用二次光學(xué)原理進(jìn)而改變LED之光學(xué)特性之均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡。藉此，用以調(diào)整原發(fā)光二極管之發(fā)光角度、亮度分布與照度分布，使之呈現(xiàn)均勻照射分布，而于加強(qiáng)夜間行車(chē)及用路人安全之際，又能達(dá)到兼具節(jié)能省碳以及增加透鏡耐用程度之環(huán)保要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型系涉及一種均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡，具有一硅膠材質(zhì)透鏡本體，包含：一投射曲面及一底面。其中所述投射曲面系由復(fù)數(shù)個(gè)曲面點(diǎn)所組成，其中所述投射曲面邊緣系形成一基準(zhǔn)面，且所述基準(zhǔn)面具有一長(zhǎng)軸與一短軸，以所述長(zhǎng)軸為X軸方向、所述短軸為Y軸方向，d為一單位坐標(biāo)長(zhǎng)，所述長(zhǎng)軸與所述短軸相交處為三維坐標(biāo)原點(diǎn)，其中所述曲面點(diǎn)于X-Z坐標(biāo)平面上，具有各點(diǎn)(x,z)為(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坐標(biāo)平面上，具有各點(diǎn)(x,y)為(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坐標(biāo)平面上，具有各點(diǎn)(y,z)為(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)；所述曲面點(diǎn)至X、Y、Z軸距離系大于等于零并分別具有一相對(duì)誤差p，且-d/20≦p≦d/20。又所述底面，其邊緣與所述基準(zhǔn)面邊緣相互連接形成所述透鏡本體之外表面，且所述底面中心處向所述投射曲面內(nèi)凹形成一容置室；所述透鏡本體系以Y-Z面為基礎(chǔ)，鏡向?qū)ΨQ于X軸方向，以及以X-Z面為基礎(chǔ)，鏡向?qū)ΨQ于Y軸方向。

將所述均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)等比例放大或縮小亦為本實(shí)用新型所欲達(dá)成其目的之主要技術(shù)特征。而其中當(dāng)所述單位坐標(biāo)長(zhǎng)d 為1mm時(shí)，所述相對(duì)誤差p為-0.05mm≦p≦0.05mm。

本實(shí)用新型之功效在于利用偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡之非球面寬照角度設(shè)計(jì)搭配運(yùn)用硅膠材質(zhì)的透鏡本體，經(jīng)由二次光學(xué)之折射原理而得改變并調(diào)整原發(fā)光二極管之發(fā)光角度、亮度分布與照度分布，使之呈現(xiàn)均勻照射分布，讓光線投射之照明區(qū)域大致對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)短軸方向基準(zhǔn)面而成兩側(cè)對(duì)稱，徹底將LED光源因所述偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡使照射區(qū)域偏移進(jìn)而有效且完整照射于路面，而于加強(qiáng)夜間行車(chē)及用路人安全之際，又能達(dá)到兼具節(jié)能省碳之環(huán)保要求，同時(shí)利用硅膠的高防水性以及不易龜裂的特性進(jìn)一步提高透鏡的耐用性。

附圖說(shuō)明

圖1，為本實(shí)用新型之立體外觀圖；

圖2，為本實(shí)用新型之另一立體外觀圖；

圖3，為本實(shí)用新型于X-Z平面之側(cè)視圖；

圖4，為本實(shí)用新型于X-Y平面之上視圖；

圖5，為本實(shí)用新型于Y-Z平面之剖視圖；

圖6，為本實(shí)用新型于X-Z平面之光線追跡示意圖；

圖7，為本實(shí)用新型于Y-Z平面之光線追跡示意圖；

圖8，為本實(shí)用新型搭載LED使用之照度等照分布圖；以及

圖9，為本實(shí)用新型搭載LED使用之亮度配光曲線圖。

具體實(shí)施方式

為使貴審查委員能清楚了解本實(shí)用新型之內(nèi)容，謹(jǐn)以下列說(shuō)明搭配圖式，敬請(qǐng)參閱。

請(qǐng)參閱圖1-圖5，系分別為本實(shí)用新型之立體外觀圖、本實(shí)用新型之另一立體外觀圖、本實(shí)用新型于X-Z平面之側(cè)視圖、于X-Y平面之上視圖及于Y-Z 平面之剖視圖。由圖觀之，本實(shí)用新型系提供一種均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡，具有一硅膠材質(zhì)透鏡本體1，包含：一投射曲面10及一底面12。其中所述投射曲面10系由復(fù)數(shù)個(gè)曲面點(diǎn)102所組成。利用幾何學(xué)原理，由點(diǎn)構(gòu)成線，線構(gòu)成面之基礎(chǔ)概念，將所述投射曲面10上之所述曲面點(diǎn)102表列，藉此進(jìn)一步定義曲線與曲面，而給定之所述曲面點(diǎn)102多寡亦將決定所述投射曲面10之平滑程度。由于工程上利用所述曲面點(diǎn)102建立曲線及曲面之方式有多種作法，于此并不加以詳述。主要系利用光滑連接之概念，使之得以保證曲線在給定之曲面點(diǎn)102處連接，使切線斜率連續(xù)以及曲線曲率連續(xù)，進(jìn)而再架構(gòu)出所述投射曲面10。因?yàn)楣枘z具有高防水性以及不易龜裂的特性，能夠大幅度提高透鏡的耐用性以及避免現(xiàn)有塑料透鏡所有的技術(shù)問(wèn)題。

于此，本實(shí)用新型所提供之均勻散光之發(fā)光二極管光學(xué)透鏡于空間中，系利用三維坐標(biāo)將各曲面點(diǎn)102表列其相應(yīng)位置。其中所述投射曲面10邊緣系形成一基準(zhǔn)面104，且所述基準(zhǔn)面104具有一長(zhǎng)軸106與一短軸108，以所述長(zhǎng)軸106 為X軸方向、所述短軸108為Y軸方向，d為一單位坐標(biāo)長(zhǎng)，所述長(zhǎng)軸106與所述短軸108相交處為三維坐標(biāo)原點(diǎn)，其中所述曲面點(diǎn)102于X-Z坐標(biāo)平面上，具有各點(diǎn)(x,z)為(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坐標(biāo)平面上，具有各點(diǎn)(x,y)為(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坐標(biāo)平面上,具有各點(diǎn)(y,z)為(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)。因此所述曲面點(diǎn)102至X、Y、Z軸之距離系將所述相應(yīng)之(x,y, z)坐標(biāo)再分別乘以所述單位坐標(biāo)長(zhǎng)d即是，例如(xd,yd,zd)。

又所述曲面點(diǎn)102至X、Y、Z軸距離分別亦可容許具有一相對(duì)誤差p，且 -d/20≦p≦d/20。因此于所述相對(duì)誤差范圍內(nèi)，亦為本實(shí)用新型所欲主張之權(quán)利范圍。但需特別注意者，所述曲面點(diǎn)102至X、Y、Z軸距離系大于等于零，因此若所述相對(duì)誤差p小于零時(shí)，仍限制所述曲面點(diǎn)102至X、Y、Z軸距離大于等于零。

又所述底面12其邊緣與所述基準(zhǔn)面104邊緣系相互連接形成所述透鏡本體1，且所述底面12中心處內(nèi)凹形成一容置室122，供以容置發(fā)光二極管之用。所述透鏡本體1系以Y-Z面為基礎(chǔ)，鏡向?qū)ΨQ于X軸方向，以及以X-Z面為基礎(chǔ)，鏡向?qū)ΨQ于Y軸方向。如此，即構(gòu)成本實(shí)用新型均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡之整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，本實(shí)用新型所提供之均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)上系可等比例放大或縮小，而無(wú)礙于本實(shí)用新型所欲達(dá)到之目的與光學(xué)效果。相同者，當(dāng)所述均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡等比例放大時(shí)，其相對(duì)誤差p亦隨之增大。試舉一例，當(dāng)所述單位坐標(biāo)長(zhǎng)d為 1mm時(shí)，所述相對(duì)誤差p即為-0.05mm≦p≦+0.05mm。

請(qǐng)?jiān)僖徊㈤唸D6及圖7，系分別為本實(shí)用新型于X-Z平面之光線路徑示意圖及于Y-Z平面之光線路徑示意圖。實(shí)施上主要系將LED置于所述容置室122 內(nèi)，而后根據(jù)二次光學(xué)原理，使LED光源穿透所述透鏡本體1并利用折射原理使光線偏移而投射于欲照射區(qū)域。而圖5即為相對(duì)于長(zhǎng)軸方向光線投射區(qū)域之光線追跡表現(xiàn)態(tài)樣；圖6即為相對(duì)于短軸方向光線投射區(qū)域之光線追跡表現(xiàn)態(tài)樣。由圖觀之，原發(fā)光二極管之發(fā)散軌跡因通過(guò)所述均勻散光之偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡而改變其光線追跡表現(xiàn)。

請(qǐng)?jiān)僖徊㈤唸D8及圖9，系分別為本實(shí)用新型搭載LED使用之照度等照分布圖及本實(shí)用新型搭載LED使用之亮度配光曲線圖。于照度等照分布圖上所表示之X軸及Y軸坐標(biāo)單位皆為毫米(millimeter,mm)，左側(cè)為照度量表，其單位為勒克斯(lux)，系用以表示被照射物面呈現(xiàn)的光亮程度。而于亮度配光曲線圖通常系以極坐標(biāo)標(biāo)示，用以表示燈具之發(fā)光強(qiáng)度分布情形，即光源之光強(qiáng)度定義方式，進(jìn)而測(cè)量燈具在各個(gè)角度上的發(fā)光強(qiáng)度分布。如圖所示，所述亮度配光曲線圖外圍之徑向坐標(biāo)為角度，單位為度(°)，軸向坐標(biāo)為光強(qiáng) (luminous intensity)，單位為燭光(cd)。而當(dāng)采用所述單位坐標(biāo)長(zhǎng)d為1mm 時(shí)，所述發(fā)光二極管光學(xué)透鏡單一顆尺寸長(zhǎng)軸約93.5mm、短軸約57.0mm，此透鏡的光學(xué)特點(diǎn)在于可滿足照度均勻度>0.8，輝度均勻度>0.6的高均勻性要求。而由圖8所示之La系為圖7之照明區(qū)域長(zhǎng)軸方向的配光曲線；Lb系為圖7 之短軸方向的配光曲線。

本實(shí)用新型之功效在于利用偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡之非球面寬照角度設(shè)計(jì)，使發(fā)光二極管之光源經(jīng)所述非對(duì)稱式光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)后產(chǎn)生折射效果。藉此，透過(guò)本實(shí)用新型可調(diào)整原發(fā)光二極管之發(fā)光角度、亮度分布與照度分布，使之均勻呈現(xiàn)出一類矩形照明區(qū)域之散光效果，進(jìn)而多元使用于各類照明之運(yùn)用。本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于運(yùn)用硅膠材質(zhì)的透鏡本體。例如使用于路燈照明時(shí)，使其光線投射之照明區(qū)域大致對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)短軸方向基準(zhǔn)面而成兩側(cè)對(duì)稱之照明效果。據(jù)此，確能達(dá)到徹底將LED因所述偏光式發(fā)光二極管光學(xué)透鏡使照射區(qū)域偏移，進(jìn)而有效且完整照射于路面光源有效照射于路面，即得以確實(shí)加強(qiáng)夜間行車(chē)及用路人之安全，且同時(shí)亦得兼具發(fā)光二極管本身所具有之節(jié)能省碳環(huán)保之要求。又本實(shí)用新型之光學(xué)透鏡亦可等比例放大或縮小而不影響其呈現(xiàn)之光學(xué)效果，適用性亦得以大幅提升，并此說(shuō)明。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，利用硅膠的高防水性以及不易龜裂的特性進(jìn)一步提高透鏡的耐用性。

以上所述者，僅為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本實(shí)用新型實(shí)施之范圍，故此等熟習(xí)此技術(shù)所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本實(shí)用新型之精神與范圍下所作之均等變化與修飾，皆應(yīng)涵蓋于本實(shí)用新型之專利范圍內(nèi)。