專利名稱：光學透鏡、光學透鏡模塊及光學透鏡的曲面形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種光學透鏡、光學透鏡模塊及光學透鏡的曲面形成方法，特別關(guān)于一種適用于照明裝置的光學透鏡、光學透鏡模塊及光學透鏡的曲面形成方法。
背景技術(shù)：
由于人類對于能源危機意識逐漸提升，世界各國紛紛投入大量人力與資金以研發(fā)綠色能源，使得太陽能產(chǎn)業(yè)與發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,LED)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展備受矚目。其中，發(fā)光二極管具有省電、低污染電、體積小、耐碰撞、發(fā)熱量低、反應速度快與壽命長等優(yōu)勢，使得發(fā)光二極管成為新世代的節(jié)能光源。目前發(fā)光二極管除了應用于顯示器與指示燈外，也逐漸被應用于照明設(shè)備上，例如手電筒、路燈、臺燈與投射燈。發(fā)光二極管應用于路燈時需要滿足高亮度、低耗電與特定照明范圍(亦稱為光形)等要求。在特定照明范圍這一項，各地方政府對于路燈所產(chǎn)生的照明光形都有不同的規(guī)定。此處所稱的光形指的是從燈具投射出來照射在路面后所形成的照射范圍。然而，隨著照明光形的不同，以發(fā)光二極管為光源所設(shè)計的照明裝置于形狀與樣式上亦隨之改變。目前市場上百分之九十的發(fā)光二極管照明裝置皆具有各自的形狀與樣式，使得使用者可依各環(huán)境照明亮度不同的需求，選擇適合的光源規(guī)格進行應用。但每發(fā)展一種不同規(guī)格的發(fā)光二極管照明裝置就必須投入大量的人力與資金進行研發(fā)，不符合產(chǎn)品化的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上問題，本發(fā)明提出一種光學透鏡、光學透鏡模塊與光學透鏡的曲面形成方法，藉以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在研發(fā)成本過高的問題。依據(jù)本發(fā)明所揭露的光學透鏡適用于接收光線。在一實施例中，光學透鏡包括第一曲面與第二曲面。其中，第一曲面用以接收光線，且第一曲面包括第一曲線、第二曲線、第一對稱曲線、第二對稱曲線、第三曲線與第四曲線。第一曲線、第二曲線、第一對稱曲線與第二對稱曲線配置于第一平面上，第三曲線與第四曲線配置于第三平面上。第一曲線與第一對稱曲線的曲率由第一權(quán)重因子控制，第二曲線與第二對稱曲線的曲率由第二權(quán)重因子控制，第三曲線的曲率由第三權(quán)重因子控制，第四曲線的曲率由第四權(quán)重因子控制。第一曲面于第二平面上的第一剖面形狀與第一曲面于第三平面上的第二剖面形狀不同，第一平面、 第二平面與第三平面相互垂直。第二曲面與第一曲面相對(opposite)，且第二曲面包括第五曲線、第六曲線、第五對稱曲線、第六對稱曲線、第七曲線與第八曲線，第五曲線與第六曲線配置于第一平面上， 第七曲線與第八曲線配置于第三平面上。第五曲線與第五對稱曲線的曲率由第五權(quán)重因子控制，第六曲線與第六對稱曲線的曲率由第六權(quán)重因子控制，第七曲線的曲率由第七權(quán)重因子控制，第八曲線的曲率由第八權(quán)重因子控制，第二曲面于第二平面上的第三剖面形狀與第二曲面于第三平面上的第四剖面形狀不同。光線經(jīng)過第一曲面與第二曲面后可入射于一預定區(qū)域。依據(jù)本發(fā)明所揭露的光學透鏡的另一實施例中，光學透鏡包括第一曲面與第二曲面。第一曲面用以接收光線，第一曲面包括第一曲線、第一對稱曲線與第二曲線。第一曲線與第一對稱曲線配置于第一平面上，第一曲線以第一方向軸為對稱軸而與第一對稱曲線相對稱。第一曲線符合第一曲線方程式:y = -0. Ollx6-O. 0004x5+0. 0771x4+0. 0025x 3-0. 2892x2-0. 0024X+2. 79680第二曲線配置于第三平面上，第二曲線符合第二曲線方程式ζ = 0. 0085Χ6-0· 0095Χ5-0. 1592Χ4-0. 0469Χ3+0. 3032Χ2+0. 8129Χ+3. 1422。其中，第一平面與第三平面相垂直。第一曲線與第二曲線于同一χ值時藉由第一曲線擬合方程式
__y_
a = (l + 2x(jvy2_ -0 5 獲得第三曲線，第一對稱曲線與第二曲線于同一X值時藉由第
二曲線擬合方程式β’= ^ + 2χ{(-ψ y _ο 5》獲得第四曲線。第一曲線、第二曲線、
多個第三曲線與多個第四曲線構(gòu)成第一曲面。其中，X為第一方向軸上的參數(shù)，y為第二方向軸上的參數(shù)，Z為第三方向軸上的參數(shù)。第一平面為第一方向軸與第二方向軸所構(gòu)成的平面，第三平面為第一方向軸與第三方向軸所構(gòu)成的平面。第一方向軸、第二方向軸與第三方向軸的交會于一原點，wy_z為每一第三曲線的一第一權(quán)重因子，-wy_z為每一第四曲線的一第二權(quán)重因子。每一第三曲線上任一點的切線于第二方向軸上的交點與原點之間具有一距離為a，每一第四曲線上任一點的切線于第二方向軸上的交點與原點之間具有一距離為a’。第二曲面與第一曲面相對(opposite)，且包括第五曲線、第五對稱曲線與第六曲線。第五曲線與第五對稱曲線配置于第一平面上，第五曲線以第一方向軸為對稱軸而與第五對稱曲線相對稱，第五曲線符合第三曲線方程式y(tǒng) = -0. 001x6+0. 0029x4-0. 0002x3-0. 12 98x2-0. 0004X+7. 0511。第六曲線配置于第三平面上，第六曲線符合第四曲線方程式z = 0. 0003x4-0. 0002X3-0. 0305X2+0. 005X+8. 5870。第五曲線與第六曲線于同一χ值時藉由第三曲
y
線擬合方程式6= (1 + 2χ(『,2獲得第七曲線，第五對稱曲線與第六曲線于同
h,_y
一X值時藉由第四曲線擬合方程式“~(1 + 2x((-fF' J-O 5))獲得第八曲線。第五
曲線、第六曲線、多個第七曲線與多個第八曲線構(gòu)成第二曲面。其中w’ y_z為每一第七曲線的一第三權(quán)重因子，-w’ y_z為每一第八曲線的一第四權(quán)重因子。每一第七曲線上任一點的切線于第二方向軸上的交點與原點之間具有一距離為b，每一第八曲線上任一點的切線于第二方向軸上的交點與原點之間具有一距離為b’。依據(jù)本發(fā)明所揭露的光學透鏡模塊適用于燈具，燈具具有多個光源。在一實施例中，光學透鏡模塊包括基板與多個光學透鏡。每一光學透鏡配置于基板上，且每一光學透鏡與每一光源相對應。每一光學透鏡包括包括第一曲面與第二曲面。其中，第一曲面用以接收光線，且第一曲面包括第一曲線、第二曲線、第一對稱曲線、第二對稱曲線、第三曲線與第四曲線，第一曲線與第二曲線配置于第一平面上，第三曲線與第四曲線配置于第三平面上。 第一曲線與第一對稱曲線的曲率由第一權(quán)重因子控制，第二曲線與第二對稱曲線的曲率由
8第二權(quán)重因子控制，第三曲線的曲率由第三權(quán)重因子控制，第四曲線的曲率由第四權(quán)重因子控制。第一曲面于第二平面上的第一剖面形狀與第一曲面于第三平面上的第二剖面形狀不同，第一平面、第二平面與第三平面相互垂直。第二曲面與第一曲面相對(opposite)且第二曲面包括第五曲線、第六曲線、第五對稱曲線、第六對稱曲線、第七曲線與第八曲線。第五曲線與第六曲線配置于第一平面上， 第七曲線與第八曲線配置于第三平面上。第五曲線與第五對稱曲線的曲率由第五權(quán)重因子控制，第六曲線與第六對稱曲線的曲率由第六權(quán)重因子控制，第七曲線的曲率由第七權(quán)重因子控制，第八曲線的曲率由第八權(quán)重因子控制。第二曲面于第二平面上的第三剖面形狀與第二曲面于第三平面上的第四剖面形狀不同。光線經(jīng)過第一曲面與第二曲面后可入射于一預定區(qū)域。依據(jù)本發(fā)明所揭露的光學透鏡模塊的另一實施例中，光學透鏡模塊適用于燈具， 燈具具有多個光源，光學透鏡模塊包括基板與多個光學透鏡。多個光學透鏡配置于基板上，每一光學透鏡與每一光源相對應。每一光學透鏡包括第一曲面與第二曲面。第一曲面用以接收光線，第一曲面包括第一曲線、第一對稱曲線與第二曲線。第一曲線與第一對稱曲線配置于第一平面上，第一曲線以第一方向軸為對稱軸而與第一對稱曲線相對稱。第一曲線符合第一曲線方程式:y = -0. Ollx6-O. 0004x5+0. 0771x4+0. 0025x3-0. 2892x2-0. 0024 x+2. 7968。第二曲線配置于第三平面上，第二曲線符合第二曲線方程式z = 0. 0085x6-0. 0 095x5-0. 1592X4-0. 0469X3+0. 3032X2+0. 8129X+3. 1422。其中，第一平面與第三平面相垂直。
第一曲線與第二曲線于同一χ值時藉由第一曲線擬合方程式
權(quán)利要求
1.一種光學透鏡，適用于接收一光線，其特征在于，該光學透鏡包括一第一曲面，用以接收該光線，該第一曲面包括一第一曲線、一第二曲線、一第一對稱曲線、一第二對稱曲線、一第三曲線與一第四曲線，該第一曲線、該第二曲線、該第一對稱曲線與該第二對稱曲線配置于一第一平面上，該第三曲線與該第四曲線配置于一第三平面上，該第一曲線與該第一對稱曲線的曲率由一第一權(quán)重因子控制，該第二曲線與該第二對稱曲線的曲率由一第二權(quán)重因子控制，該第三曲線的曲率由一第三權(quán)重因子控制，該第四曲線的曲率由一第四權(quán)重因子控制，該第一曲面于一第二平面上的一第一剖面形狀與該第一曲面于該第三平面上的一第二剖面形狀不同，該第一平面、該第二平面與該第三平面相互垂直；以及一第二曲面，與該第一曲面相對，該第二曲面包括一第五曲線、一第六曲線、一第五對稱曲線、一第六對稱曲線、一第七曲線與一第八曲線，該第五曲線、該第六曲線、該第五對稱曲線與該第六對稱曲線配置于該第一平面上，該第七曲線與該第八曲線配置于該第三平面上，該第五曲線與該第五對稱曲線的曲率由一第五權(quán)重因子控制，該第六曲線與該第六對稱曲線的曲率由一第六權(quán)重因子控制，該第七曲線的曲率由一第七權(quán)重因子控制，該第八曲線的曲率由一第八權(quán)重因子控制，該第二曲面于該第二平面上的一第三剖面形狀與該第二曲面于該第三平面上的一第四剖面形狀不同，該光線經(jīng)過該第一曲面與該第二曲面后入射于一預定區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學透鏡，其特征在于，該第一曲面更滿足下列條件式0 ^ wx_y ^ 1 ；其中，Wx_y為該第一曲面于該第一平面中一第一方向軸大于零的該第一權(quán)重因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學透鏡，其特征在于，該第一曲面更滿足下列條件式0. 1 < -wy_z < 0. 3 ；以及0 < ffy_z < 100 ；其中，Wy_z為該第一曲面于該第二平面中一第二方向軸大于零的該第三權(quán)重因子，-wy_z 為該第一曲面于該第二平面中該第二方向軸小于零的該第四權(quán)重因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學透鏡，其特征在于，該第二曲面更滿足下列條件式O^W x_y ^ 1 ；其中，W' x_y為該第二曲面于該第一平面中一第一方向軸大于零的該第五權(quán)重因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學透鏡，其特征在于，該第二曲面更滿足下列條件式0. 5 ^ W' y_z ^ 2 ；其中，W' y_z為該第二曲面于該第二平面中一第二方向軸大于零的該第六權(quán)重因子。
6.一種光學透鏡模塊，適用于一燈具，該燈具具有多個光源，每一該光源發(fā)出一光線， 其特征在于，該光學透鏡模塊包括一基板；以及多個光學透鏡，配置于該基板上，每一該光學透鏡與每一該光源相對應，每一該光學透鏡包括一第一曲面，用以接收該光線，該第一曲面包括一第一曲線、一第二曲線、一第一對稱曲線、一第二對稱曲線、一第三曲線與一第四曲線，該第一曲線、該第二曲線、該第一對稱曲線與該第二對稱曲線配置于一第一平面上，該第三曲線與該第四曲線配置于一第三平面上，該第一曲線與該第一對稱曲線的曲率由一第一權(quán)重因子控制，該第二曲線與該第二對稱曲線的曲率由一第二權(quán)重因子控制，該第三曲線的曲率由一第三權(quán)重因子控制，該第四曲線的曲率由一第四權(quán)重因子控制，該第一曲面于一第二平面上的一第一剖面形狀與該第一曲面于該第三平面上的一第二剖面形狀不同，該第一平面、該第二平面與該第三平面相互垂直；以及一第二曲面，與該第一曲面相對，該第二曲面包括一第五曲線、一第六曲線、一第五對稱曲線、一第六對稱曲線、一第七曲線與一第八曲線，該第五曲線、該第六曲線、該第五對稱曲線與該第六對稱曲線配置于該第一平面上，該第七曲線與該第八曲線配置于該第三平面上，該第五曲線與該第五對稱曲線的曲率由一第五權(quán)重因子控制，該第六曲線與該第六對稱曲線的曲率由一第六權(quán)重因子控制，該第七曲線的曲率由一第七權(quán)重因子控制，該第八曲線的曲率由一第八權(quán)重因子控制，該第二曲面于該第二平面上的一第三剖面形狀與該第二曲面于該第三平面上的一第四剖面形狀不同，且該光線經(jīng)過該第一曲面與該第二曲面后入射于一預定區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學透鏡模塊，其特征在于，該第一曲面更滿足下列條件式0 ^ wx_y ^ 1 ；其中，Wx_y為該第一曲面于該第一平面中一第三方向軸大于零的該第一權(quán)重因子。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學透鏡模塊，其特征在于，該第一曲面更滿足下列條件式 0. 1 < -wy_z < 0. 3 ；以及0 < ffy_z < 100 ；其中，Wy_z為該第一曲面于該第二平面中一第二方向軸大于零的該第三權(quán)重因子，-wy_z 為該第一曲面于該第二平面中該第二方向軸小于零的該第四權(quán)重因子。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學透鏡模塊，其特征在于，該第二曲面更滿足下列條件式 O^W x_y ^ 1 ；其中，W' x_y為該第二曲面于該第一平面中一第一方向軸大于零的該第五權(quán)重因子。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學透鏡模塊，其特征在于，該第二曲面更滿足下列條件式0. 5 ^ W' y_z ^ 2 ；其中，W' y_z為該第二曲面于該第二平面中一第二方向軸大于零的該第六權(quán)重因子。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學透鏡模塊，其特征在于，該基板具有多個穿孔，每一該光學透鏡分別具有二卡合部，每一該光學透鏡藉由該些卡合部與該些穿孔的扣合而配置于該基板上。
12.一種光學透鏡的曲面形成方法，其特征在于，包括接收一原點參數(shù)、一第一端點參數(shù)、一第二端點參數(shù)、一第三端點參數(shù)與二第一控制點參數(shù)，其中該原點參數(shù)為一第一方向軸、一第二方向軸與一第三方向軸的交點，該第一端點參數(shù)與該第二端點參數(shù)配置于該第一方向軸上、該第三端點參數(shù)配置于該第二方向軸上， 該些第一控制點參數(shù)配置于一第一平面上，該第一平面為該第一方向軸與該第二方向軸所構(gòu)成的平面，該第一方向軸、該第二方向軸與該第三方向軸相互垂直；利用一第一權(quán)重因子與一第二權(quán)重因子獲得一第一曲線與一第二曲線，該第一曲線與該第二曲線配置于該第一平面上；以該第一方向軸為一對稱軸，使該第一平面獲得一第三對稱點、一第一對稱曲線與一第二對稱曲線，其中該第三對稱點與該第三端點參數(shù)相對稱，該第一對稱曲線與該第一曲線相對稱，該第二對稱曲線與該第二曲線相對稱，一第三平面為該第二方向軸與該第三方向軸所構(gòu)成的平面；接收一第四端點參數(shù)與二第二控制點參數(shù)，其中該第四端點參數(shù)配置于該第三方向軸上，該些第二控制點參數(shù)配置于該第三平面上；利用一第三權(quán)重因子與一第四權(quán)重因子獲得一第三曲線與一第四曲線，該第三曲線與該第四曲線配置于該第三平面上，該第一平面與該第三平面相互垂直；以及利用曲面擬合的方式使該第一曲線、該第二曲線、該第一對稱曲線、該第二對稱曲線、 該第三曲線與該第四曲線構(gòu)成一第一曲面。
13. 一種光學透鏡，其特征在于，包括一第一曲面，用以接收一光線，該第一曲面包括一第一曲線、一第一對稱曲線與一第二曲線，該第一曲線與該第一對稱曲線配置于一第一平面上，該第一曲線以一第一方向軸為對稱軸而與該第一對稱曲線相對稱，該第二曲線配置于一第三平面上，該第一平面與該第三平面相垂直，該第一曲線符合一第一曲線方程式y(tǒng) = -0. Ollx6-O. 0004x 5+0. 0771x4+0. 0025X3-0. 2892X2-0. 0024X+2. 7968，該第二曲線符合一第二曲線方程式 ζ = 0. 0085Χ6-0· 0095Χ5-0. 1592Χ4-0. 0469Χ3+0. 3032Χ2+0. 8129Χ+3. 1422，該第一曲線與y該第二曲線于同一 Χ值時藉由一第一曲線擬合方程式
14. 一種光學透鏡模塊，適用于一燈具，該燈具具有多個光源，其特征在于，該光學透鏡模塊包括一基板；以及多個光學透鏡，配置于該基板上，每一該些光學透鏡與每一該些光源相對應，每一該些光學透鏡包括一第一曲面，用以接收一光線，該第一曲面包括一第一曲線、一第一對稱曲線與一第二曲線，該第一曲線與該第一對稱曲線配置于一第一平面上，該第一曲線以一第一方向軸為對稱軸而與該第一對稱曲線相對稱，該第二曲線配置于一第三平面上，該第一平面與該第三平面相垂直，該第一曲線符合一第一曲線方程式y(tǒng) = -0. Ollx6-O. 0004x 5+0. 0771x4+0. 0025X3-0. 2892X2-0. 0024X+2. 7968，該第二曲線符合一第二曲線方程式 ζ = 0. 0085Χ6-0· 0095Χ5-0. 1592Χ4-0. 0469Χ3+0. 3032Χ2+0. 8129Χ+3. 1422，該第一曲線與該第二曲線于同一 χ值時藉由一第一曲線擬合方程式
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學透鏡模塊，其特征在于，該基板具有多個穿孔，每一該些光學透鏡分別具有二卡合部，每一該些光學透鏡藉由該些卡合部與該些穿孔的扣合而配置于該基板上。
16.一種光學透鏡的曲面形成方法，其特征在于，包括繪制一第一曲線方程式 y = -0. Ollx6-O. 0004x5+0. 0771x4+0. 0025x3-0. 2892x2-0. 0024 x+2. 7968于一第一平面而獲得一第一曲線，其中χ為一第一方向軸上的參數(shù)，y為一第二方向軸上的參數(shù)，該第一平面為該第一方向軸與該第二方向軸所構(gòu)成的平面； 以該第一方向軸為一對稱軸，使該第一平面獲得一第一對稱曲線； 繪制一第二曲線方程式 z = 0. 0085x6-0. 0095x5-0. 1592x4-0. 0469x3+0. 3032x2+0. 8129 x+3. 1422于一第三平面而獲得一第二曲線，其中ζ為一第三方向軸上的參數(shù)，該第三平面為該第一方向軸與該第三方向軸所構(gòu)成的平面，該第一平面與該第三平面相垂直，該第一方向軸、該第二方向軸與該第三方向軸的交會于一原點；_y_藉由一第一曲線擬合方程式β = (i + 2x(w2 _o 5))擬合該第一曲線與該第二曲線于同一 χ值時的一第三曲線，其中wy_z為每一該第三曲線的一第一權(quán)重因子，每一該第三曲線上任一點的切線于該第二方向軸上的交點與該原點之間具有一距離為a ；y藉由一第二曲線擬合方程式β’= (1 + 2χ((—% J — G 5))擬合該第一對稱曲線與該第二曲線于同一 χ值時的一第四曲線，其中，-Wy_z為每一該第四曲線的一第二權(quán)重因子， 每一該第四曲線上任一點的切線于該第二方向軸上的交點與該原點之間具有一距離為a’ ； 以及利用一曲面擬合方程式使該第一曲線、該第一對稱曲面、該第二曲線、該些第三曲線與該些第四曲線構(gòu)成一第一曲面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學透鏡包括第一曲面與第二曲面。第一曲面用以接收光線，且第一曲面包括配置于第一平面的第一曲線、第二曲線、第一對稱曲線與第二對稱曲線及配置于第三平面的第三曲線與第四曲線。第二曲面與第一曲面相對(opposite)，第二曲面包括配置于第一平面的第五曲線、第六曲線、第五對稱曲線與第六對稱曲線及配置于第三平面的第七曲線與第八曲線。其中，第一平面與該第三平面相互垂直，所有曲線的曲率由一權(quán)重因子控制，以使得光線經(jīng)過光學透鏡后可入射于預定區(qū)域。因此，可藉由權(quán)重因子的設(shè)計控制光線經(jīng)過光學透鏡的路徑，提高光線的使用效率。
文檔編號F21V5/04GK102537839SQ201110289889
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者于慶潭, 李麗玲 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院