本發(fā)明涉及一種光學(xué)組件以及光學(xué)裝置，尤其涉及一種透鏡以及光源裝置。

背景技術(shù)：

隨著光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多光源裝置所能提供的照明光形被開發(fā)出來。對(duì)于光源裝置中的發(fā)光組件(例如發(fā)光芯片或燈芯)而言，其本身所能提供的照明光形的變化較小。為了提供更多光形的可能性，將各種適當(dāng)形狀的透鏡配置在發(fā)光組件的發(fā)光路徑上以提供適當(dāng)?shù)墓庑蔚募夹g(shù)，便成為照明領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)。

近年來，隨著發(fā)光二極管(lightemittingdiode,led)的發(fā)光效率與壽命提升，加上具備低耗能、低污染、高效率、高反應(yīng)速度、體積小、重量輕與可在各種表面設(shè)置等組件特色與優(yōu)勢，發(fā)光二極管目前亦已被積極應(yīng)用于各光學(xué)領(lǐng)域中。一般而言，發(fā)光二極管可應(yīng)用于日常生活中的各式照明裝置以及各種平面顯示器例如液晶顯示器(liquidcrystaldisplay,lcd)的光源上。由于發(fā)光二極管具有上述體積小、壽命長與低耗能等特性下，因此將發(fā)光二極管應(yīng)用于背光模塊之中，可有效提升背光模塊的系統(tǒng)效能。

然而，由于發(fā)光二極管是一種具有指向性的光源，所以位于發(fā)光二極管光源前方的光直射區(qū)通常具有較高的亮度，而非光直射區(qū)域的亮度便較低于光直射區(qū)域的亮度。因此當(dāng)發(fā)光二極管光源應(yīng)用于背光模塊之中時(shí)，將可能會(huì)影響有效照明區(qū)域內(nèi)的亮度均勻，進(jìn)而影響顯示器的畫面質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種透鏡以及光源裝置，透鏡可增大光源的發(fā)散角度；光源裝置具有大的光線發(fā)散角度。

本發(fā)明的一種透鏡具有光軸以及入光面，光束經(jīng)由入光面進(jìn)入透鏡中， 光束包括以相對(duì)于光軸的第一夾角入射于透鏡的第一子光束、以相對(duì)于光軸的第二夾角入射于透鏡的第二子光束以及以相對(duì)于光軸的一第三夾角入射于透鏡的第三子光束，其中第三夾角大于第二夾角，第二夾角大于第一夾角。透鏡包括第一組空腔區(qū)域、第二組空腔區(qū)域以及第三組空腔區(qū)域。第一組空腔區(qū)域包括相向的第一反射曲面與第二反射曲面。第二組空腔區(qū)域包括相向的第三反射曲面與第一反射平面。第三組空腔區(qū)域包括折射曲面與折射平面，其中第一反射平面分別與折射曲面與折射平面相向。第一子光束依序穿透入光面、被第一反射曲面全反射及被第二反射曲面全反射后，透射出透鏡，第二子光束依序穿透入光面、被第三反射曲面全反射、被第一反射平面全反射，并且經(jīng)由折射平面折射后，透射出透鏡，且第三子光束穿透入光面，并經(jīng)由折射曲面折射后，透射出透鏡。

本發(fā)明的一種光源裝置包括上述的透鏡以及發(fā)光組件。發(fā)光組件發(fā)出上述光束。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第一組空腔區(qū)域包括具有第一反射曲面的第一空腔區(qū)域以及具有第二反射曲面的第二空腔區(qū)域，第二組空腔區(qū)域包括具有第三反射曲面的第三空腔區(qū)域以及具有第一反射平面的第四空腔區(qū)域，第三組空腔區(qū)域包括具有折射曲面的第五空腔區(qū)域以及具有折射平面的第六空腔區(qū)域，其中，第一組空腔區(qū)域、第二組空腔區(qū)域與第三組空腔區(qū)域相對(duì)于光軸為軸對(duì)稱。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第一組空腔區(qū)域包括具有第一反射曲面的第一空腔區(qū)域以及具有第二反射曲面的第二空腔區(qū)域，第二組空腔區(qū)域包括具有第三反射曲面的第三空腔區(qū)域以及具有第一反射平面的第四空腔區(qū)域，第三組空腔區(qū)域包括具有折射曲面的第五空腔區(qū)域以及具有折射平面的第六空腔區(qū)域，其中，第一組空腔區(qū)域、第二組空腔區(qū)域與第三組空腔區(qū)域相對(duì)于光軸為軸對(duì)稱，且發(fā)光組件配置于光軸上。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第一夾角的角度大小落在0度至30度的范圍內(nèi)，第二夾角的角度大小落在30度至60度的范圍內(nèi)，且第三夾角的角度大小落在60度至80度的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的光軸通過第一空腔區(qū)域，第一空腔區(qū)域的邊緣至透鏡的光軸的距離與透鏡的邊緣至透鏡的光軸的距離的比值是落在0.35至0.45的范圍內(nèi)，且第一空腔區(qū)域的頂部與底部至透鏡的底部的距離與 透鏡的最大高度的比值分別是落在0.8至0.9的范圍內(nèi)與0.6至0.75的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第二空腔區(qū)域的兩端至透鏡的光軸的距離與透鏡的邊緣至透鏡的光軸的距離的比值分別是落在0.35至0.45的范圍內(nèi)與0.6至0.75的范圍內(nèi)，且第二空腔區(qū)域的頂部與底部至透鏡的底部的距離與透鏡的最大高度的比值分別是落在0.6至0.75的范圍內(nèi)與0.5至0.65的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第三空腔區(qū)域的兩端至透鏡的光軸的距離與透鏡的邊緣至透鏡的光軸的距離的比值分別是落在0.14至0.22的范圍內(nèi)與0.35至0.45的范圍內(nèi)，且第三空腔區(qū)域的頂部與底部至透鏡的底部的距離與透鏡的最大高度的比值分別是落在0.37至0.47的范圍內(nèi)與0.25至0.35的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第四空腔區(qū)域的兩端至透鏡的光軸的距離與透鏡的邊緣至透鏡的光軸的距離的比值分別是落在0.35至0.45的范圍內(nèi)與0.83至0.93的范圍內(nèi)，且第四空腔區(qū)域的頂部與底部至透鏡的底部的距離與透鏡的最大高度的比值分別是落在0.05至0.2的范圍內(nèi)與0.03至0.08的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第三組空腔區(qū)域的兩端至透鏡的光軸的距離與透鏡的邊緣至透鏡的光軸的距離的比值分別是落在0.45至0.6的范圍內(nèi)與0.9至0.99的范圍內(nèi)，且第三組空腔區(qū)域的頂部與底部至透鏡的底部的距離與透鏡的最大高度的比值分別是落在0.4至0.55的范圍內(nèi)與0.55至0.2的范圍內(nèi)。

基于上述，本發(fā)明的實(shí)施例的光源裝置藉由透鏡內(nèi)空腔區(qū)域的配置，將可增大光源裝置的側(cè)邊發(fā)光角度，而具有大的光線發(fā)散角，并達(dá)到較為均勻的整體光能量分布。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的一種光源裝置的架構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的光源裝置的光跡圖；

圖3a至圖3c是圖2的不同角度的光線的光跡圖；

圖4是圖1的光源裝置的光形分布圖。

附圖標(biāo)記：

60：光束

61：第一子光束

63：第二子光束

65：第三子光束

100：透鏡

110：第一組空腔區(qū)域

111：第一空腔區(qū)域

s111：第一反射曲面

112：第二空腔區(qū)域

s112：第二反射曲面

120：第二組空腔區(qū)域

121：第三空腔區(qū)域

s121：第三反射曲面

122：第四空腔區(qū)域

s122：第一反射平面

130：第三組空腔區(qū)域

131：第五空腔區(qū)域

s131：折射曲面

132：第六空腔區(qū)域

s132：折射平面

140：入光面

200：光源裝置

210：發(fā)光組件

o：光軸

γ1、γ2、γ3：夾角

d、d1、d2a、d2b、d3a、d3b、d4a、d4b、d5、d6、h1a、h1b、h2a、h2b、h3a、h3b、h4a、h4b、h5、h6：距離

h：高度

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的一種光源裝置的架構(gòu)示意圖。圖2是圖1的光源裝置的光跡圖。請參照圖1，在本實(shí)施例中，在本實(shí)施例中，光源裝置200包括一透鏡100以及一發(fā)光組件210。此外，本實(shí)施例的透鏡100的形狀例如是半球形，且其材料例如為聚碳酸酯(polycarbonate，pc)，其制造方式例如是以三維打印(threedimensionalprinting)的方式制造而成。本實(shí)施例的發(fā)光組件210例如為發(fā)光二極管，但本發(fā)明不以此為限。

詳細(xì)而言，在本實(shí)施例中，透鏡100包括光軸o、入光面140、第一組空腔區(qū)域110、第二組空腔區(qū)域120以及第三組空腔區(qū)域130。第一組空腔區(qū)域110包括相向的第一反射曲面s111與第二反射曲面s112。第二組空腔區(qū)域120包括相向的一第三反射曲面s121與第一反射平面s122。第三組空腔區(qū)域130包括折射曲面s131與折射平面s132，其中第一反射平面s122分別與折射曲面s131與折射平面s132相向。具體而言，如圖1所示，第一組空腔區(qū)域110包括具有第一反射曲面s111的第一空腔區(qū)域111以及具有第二反射曲面s122的第二空腔區(qū)域112。第二組空腔區(qū)域120包括具有第三反射曲面s121的第三空腔區(qū)域121以及具有第一反射平面s122的第四空腔區(qū)域122。第三組空腔區(qū)域130包括具有折射曲面的第五空腔區(qū)域131以及具有折射平面的第六空腔區(qū)域132。此外，在本實(shí)施例中，第一組空腔區(qū)域110、第二組空腔區(qū)域120與第三組空腔區(qū)域130相對(duì)于光軸o為軸對(duì)稱，且發(fā)光組件210配置于光軸o上。此外，在本實(shí)施例中，上述的空腔區(qū)域內(nèi)例如是空氣，本發(fā)明并不以此為限。

進(jìn)一步而言，如圖1及圖2所示，在本實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)光組件210發(fā)光時(shí)，發(fā)光組件210可發(fā)出光束60。在本實(shí)施例中，由于發(fā)光組件210具有指向性，所以光束60會(huì)朝上行進(jìn)而經(jīng)由入光面140進(jìn)入透鏡100中。更具體而言，在本實(shí)施例中，光束60包括以不同角度入射至透鏡100中的第一子光束61、第二子光束63以及第三子光束65。具體而言，第一子光束61以相對(duì)于光軸o的第一夾角γ1入射于透鏡100、第二子光束63以相對(duì)于光軸o的第二夾角γ2入射于透鏡100以及第三子光束65以相對(duì)于光軸o的第三夾角γ3 入射于透鏡100，其中第三夾角γ3大于第二夾角γ2，第二夾角γ2大于第一夾角γ1。舉例而言，在本實(shí)施例中，第一夾角γ1的角度大小落在0度至30度的范圍內(nèi)，第二夾角γ2的角度大小落在30度至60度的范圍內(nèi)，而第三夾角γ3的角度大小落在60度至80度的范圍內(nèi)。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

更進(jìn)一步而言，在本實(shí)施例中，由于第一子光束61、第二子光束63以及第三子光束65以不同角度入射至透鏡100中，因此在經(jīng)過透鏡100內(nèi)部的不同組空腔區(qū)域的反射及折射作用后，第一子光束61、第二子光束63以及第三子光束65亦將由自透鏡100的不同處出光。以下將搭配圖3a至圖3c進(jìn)行進(jìn)一步解說。

圖3a至圖3c是圖2的不同角度的光線的光跡圖。舉例而言，在本實(shí)施例中，如圖1及圖3a所示，光軸o通過第一組空腔區(qū)域110的第一空腔區(qū)域111，而第一空腔區(qū)域111的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d1與透鏡100的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d的比值是落在0.35至0.45的范圍內(nèi)，且第一空腔區(qū)域111的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h1a、h1b與透鏡100的最大高度h的比值分別是落在0.8至0.9的范圍內(nèi)與0.6至0.75的范圍內(nèi)。另一方面，第二空腔區(qū)域112的兩端至透鏡100的光軸o的距離d2b、d2a與透鏡100的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d的比值分別是落在0.35至0.45的范圍內(nèi)與0.6至0.75的范圍內(nèi)，且第二空腔區(qū)域112的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h2a、距離h2b與透鏡100的最大高度h的比值分別是落在0.6至0.75的范圍內(nèi)與0.5至0.65的范圍內(nèi)。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。如此，以較小角度(第一夾角γ1)入射透鏡100的第一子光束61將可依序穿透入光面140、被第一反射曲面s111全反射及被第二反射曲面s112全反射后，再透射出透鏡100。

另一方面，如圖1及圖3b所示，第二組空腔區(qū)域120的第三空腔區(qū)域121的兩端至透鏡100的光軸o的距離d3a、距離d3b與透鏡100的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d的比值分別是落在0.14至0.22的范圍內(nèi)與0.37至0.47的范圍內(nèi)，且第三空腔區(qū)域121的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h3a、距離h3b與透鏡100的最大高度h的比值分別是落在0.35至0.45 的范圍內(nèi)與0.25至0.35的范圍內(nèi)。第四空腔區(qū)域122的兩端至透鏡100的光軸o的距離d4a、距離d4b與透鏡100的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d的比值則分別是落在0.35至0.45的范圍內(nèi)與0.83至0.93的范圍內(nèi)，且第四空腔區(qū)域122的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h4b、距離h4a與透鏡100的最大高度h的比值分別是落在0.05至0.2的范圍內(nèi)與0.03至0.08的范圍內(nèi)。此外，如圖1及圖3c所示，在本實(shí)施例中，第三組空腔區(qū)域130的兩端至透鏡100的光軸o的距離d5、距離d6與透鏡100的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d的比值分別是落在0.45至0.6的范圍內(nèi)與0.9至0.99的范圍內(nèi)，且第三組空腔區(qū)域130的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h5、距離h6與透鏡100的最大高度h的比值分別是落在0.4至0.55的范圍內(nèi)與0.05至0.2的范圍內(nèi)。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

在本實(shí)施例中，透鏡100的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d的數(shù)值例如是14.2毫米(mm)，透鏡100的最大高度h的數(shù)值例如是11.2毫米(mm)。第一空腔區(qū)域111的邊緣至透鏡100的光軸o的距離d1的數(shù)值范圍例如是落在5毫米(mm)至6毫米(mm)的范圍內(nèi)。第一空腔區(qū)域111的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h1a、距離h1b的數(shù)值范圍分別例如是落在9毫米(mm)至10毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在7毫米(mm)至8毫米(mm)的范圍內(nèi)。第二空腔區(qū)域112的兩端至透鏡100的光軸o的距離d2a、距離d2b的數(shù)值范圍分別例如是落在9毫米(mm)至10毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在5毫米(mm)至6毫米(mm)的范圍內(nèi)。第二空腔區(qū)域112的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h2a、距離h2b分別例如是落在7毫米(mm)至8毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在6毫米(mm)至7毫米(mm)的范圍內(nèi)，其中h2a大于h2b。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

在本實(shí)施例中，第三空腔區(qū)域121的兩端至透鏡100的光軸o的距離d3a、距離d3b分別例如是落在2毫米(mm)至3毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在5.5毫米(mm)至6.5毫米(mm)的范圍內(nèi)。第三空腔區(qū)域121的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h3a、距離h3b分別例如是落在4毫米(mm)至5毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在3毫米(mm)至4毫米(mm) 的范圍內(nèi)，其中h3a大于h3b。第四空腔區(qū)域122的兩端至透鏡100的光軸o的距離d4a、距離d4b分別例如是落在5毫米(mm)至6毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在12毫米(mm)至13毫米(mm)的范圍內(nèi)。第四空腔區(qū)域122的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h4a、距離h4b分別例如是落在0.4毫米(mm)至0.8毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在1毫米(mm)至2毫米(mm)的范圍內(nèi)。第三組空腔區(qū)域130的兩端至透鏡100的光軸o的距離d5、d6分別例如是落在7毫米(mm)至8毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在13毫米(mm)至14毫米(mm)的范圍內(nèi)。第三組空腔區(qū)域130的頂部與底部至透鏡100的底部的距離h5、距離h6分別例如是落在5毫米(mm)至6毫米(mm)的范圍內(nèi)以及落在1毫米(mm)至2毫米(mm)的范圍內(nèi)。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以限定本發(fā)明。

如此，以中角度(第二夾角γ2)入射透鏡100的第二子光束63將可依序穿透入光面140、被第三反射曲面s121全反射、被第一反射平面s122全反射，并且經(jīng)由第六空腔區(qū)域132的折射平面s132折射后，再透射出透鏡100。另一方面，以大角度(第二夾角γ3)入射透鏡100的第三子光束65在穿透入光面140后，會(huì)經(jīng)由第五空腔區(qū)域131的折射曲面s131折射后再透射出透鏡100。

如此一來，如圖3a至圖3c所示，光源裝置200將可藉由透鏡100的不同組空腔區(qū)域的配置，使第一子光束61、第二子光束63以及第三子光束65往光源裝置200的側(cè)邊出射的角度，進(jìn)而可增大光束60的發(fā)散角度，進(jìn)而達(dá)到較為均勻的整體光能量分布。

圖4是圖1的光源裝置的光形分布圖。在圖4中，0度方向是對(duì)應(yīng)至圖1的沿著光軸o往上的方向，+90度的方向是對(duì)應(yīng)至圖1的與光軸o垂直且往右的方向，而-90度的方向是對(duì)應(yīng)至圖2的與光軸o垂直且往左的方向，且徑向方向?qū)?yīng)至發(fā)光強(qiáng)度(luminousintensity)，且越遠(yuǎn)離圓心發(fā)光強(qiáng)度越大。如圖4所示，在本實(shí)施例中，光源裝置200具有大的光線發(fā)散角度，且亦具有較為均勻的整體光能量分布。更詳細(xì)而言，如圖4所示，在本實(shí)施例中，光源裝置200的光形主要是分布在介于20度至110度以及-20度至-110度的范圍。應(yīng)注意的是，此處的數(shù)值范圍皆僅是作為例示說明之用，其并非用以 限定本發(fā)明。

綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例的光源裝置藉由透鏡內(nèi)空腔區(qū)域的配置，將可增大光源裝置的側(cè)邊發(fā)光角度，而具有大的光線發(fā)散角，并達(dá)到較為均勻的整體光能量分布。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的改動(dòng)與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求界定范圍為準(zhǔn)。