光引擎装置.pdf

一种光引擎装置，包括一底座、一光源模块、一集光单元、一光学模块与一套筒。该光源模块具有一发光二极管单元与一基板。该集光单元具有一第一开口、一杯体与一第二开口。该第一开口容置该发光二极管单元。该第一开口与该第二开口分别地形成在该杯体的两侧。该光学模块具有一接口部与一透镜部，该接口部的一侧堆叠在该第二开口上，以及在该接口部的另一侧形成该透镜部。该套筒具有一第一通口、一筒体与一第二通口，该第一通口固定在该底座，该筒体包覆该光源模块、该集光单元与至少一部分的该光学模块。该发光二极管单元产生的光线通过一次光学作用与二次光学作用，而调整出射光的光形及光强度。

权利要求书
1.  一种光引擎装置，包括：
一底座；
一光源模块，设置在该底座的一侧，该光源模块具有一发光二极管单元与一基板，该发光二极管单元设置在该基板的一侧；
一集光单元，设置在该光源模块的该发光二极管单元的同侧，该集光单元具有一第一开口、一杯体与一第二开口，该第一开口容置该发光二极管单元，该第一开口与该第二开口分别地形成在该杯体的两侧，其中该第二开口的直径大于该第一开口的直径；
一光学模块，具有一接口部与一透镜部，该接口部的一侧堆叠在该第二开口上，让该接口部连通该第二开口，以及在该接口部的另一侧形成该透镜部；以及
一套筒，具有一第一通口、一筒体与一第二通口，该第一通口固定在该底座，该筒体包覆该光源模块、该集光单元与至少一部分的该光学模块；
其中该发光二极管单元产生的光线经由该集光单元形成一次光学的反射作用，而反射的该光线经由该透镜部形成二次光学的聚焦作用与扩散作用的其中一者。

2.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该发光二极管单元为单一个或多个发光二极管封装体。

3.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该透镜部凸出于该第二通口。

4.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该底座由金属、陶瓷、石墨或钻石的高导热材料所组成。

5.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该集光单元由金属的材料所组成。

6.  根据权利要求5的光引擎装置，其中该集光单元包含一反射层，该反射层形成在该杯体的内壁。

7.  根据权利要求5的光引擎装置，其中该反射层的材料为氧化铝(Al2O3)、YBO3、硫酸钡(BaSO4)、二氧化钛(TiO2)、焦磷酸钙(Ca2P2O7)、卤代磷酸钙与氧化镁(MgO)的至少其一者。

8.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该光学模块由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或玻璃的材料所组成。

9.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该透镜部为一非球面透镜结构或一菲涅耳透镜结构。

10.  根据权利要求1的光引擎装置，其中该套筒为金属或塑料的材料所组成。

11.  根据权利要求1的光引擎装置，还包含一硅胶圈，该硅胶圈设置在该集光单元与该光学模块之间。

说明书光引擎装置
技术领域
本发明是关于照明装置的技术领域，特别是一种具有低损耗与高效率导光的光引擎装置。
背景技术
由于发光二极管具有低耗能、高发光率与使用寿命长等优点，目前许多照明厂商纷纷以该发光二极管取代其他类型光源的发光系统，例如白热灯泡、萤光灯泡或传统的钨丝灯泡。
然而，这些照明厂商几乎以技术导向进行设计，在该等照明厂商彼此之间，并不存在一共同规范，因此，这些照明厂商虽各自拥有许多技术，但规格无法标准化的状况，难以延伸出庞大产业规模。
发光二极管照明系统是由不同构件组装在一起，该照明系统一般包括一光引擎模块、一光学构件与一电源供应器。通常为组装一照明系统，会针对这些个别构件的每一者而前往许多不同供应者处，然后将来自不同供应者的这些不同构件组装在一起。从不同来源购买这些各种构件，存在着不同的规格，难以将其整合在一功能性系统中，此种未经整合方式无法将发光系统有效的发挥。
有鉴于前述问题，在2010年起，遂发展出ZHAGA联盟。该联盟建构一光引擎平台，以及制定一开放式规范，例如该开放式规范包含标准介面及统一规格。
该ZHAGA联盟中所制定的光引擎主要是基于传统灯具为基础而进行设计的。该光引擎主要是利用一发光二极管光源，再结合一收光器来整合光源方向。因此，该光引擎并未充分发挥发光二极管高指向性与发光面积小等特点。
有鉴于此，本发明提出一种光引擎装置，以解决公知技术的缺失。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光引擎装置，让一发光二极管所产生的一光线经由一次光学作用与二次光学作用，而达到低损耗与高效率导光的照明功效。
本发明的另一个目的是根据上述的该光引擎装置，可提高该发光二极管的光强度与轻易地调整该发光二极管射出的光形。
为达上述目的及其他目的，本发明提供一种光引擎装置一种光引擎装置，包括一底座、一光源模块、一集光单元、一光学模块与一套筒。该光源模块设置在该底座之一侧。该光源模块具有一发光二极管单元与一基板。该发光二极管单元设置在该基板的一侧。该集光单元设置在该光源模块的该发光二极管单元的同侧。该集光单元具有一第一开口、一杯体与一第二开口。该第一开口容置该发光二极管单元。该第一开口与该第二开口分别地形成在该杯体的两侧。该第二开口的直径大于该第一开口的直径。该光学模块有一接口部与一透镜部。该接口部的一侧堆叠在该第二开口上，让该接口部连通该第二开口，以及在该接口部的另一侧形成该透镜部。该套筒具有一第一通口、一筒体与一第二通口。该第一通口固定在该底座。该筒体包覆该光源模块、该集光单元与至少一部分的该光学模块。该发光二极管单元产生的一光线经由该集光单元形成一次光学的反射作用，而反射的该光线经由该透镜部形成二次光学的聚焦作用与扩散作用的其中一者。
附图说明
图1为本发明一实施例的光引擎装置的分解示意图。
图2为说明上述实施例的光引擎装置中底座的另一实施例的示意图。
图3为说明图1所述各部件的组合示意图。
图4为说明上述实施例的光引擎装置中杯体的另一实施例的示意图。
图5为说明图4上述实施例的光引擎装置的光路示意图。
图6a-图6e为说明上述实施例的光引擎装置的实验功效图。
其中，附图标记说明如下：
10         光引擎装置
12         底座
122        第一圆柱体
124        第二圆柱体
126        驱动电路
128        连接端子
14         光源模块
142        发光二极管单元
144        基板
16         集光单元
162        第一开口
164、164’ 杯体
1642       反射层
166        第二开口
18         光学模块
182        接口部
184        透镜部
20         套筒
202        第一通口
204        筒体
206        第二通口
BL、BL'    光线
具体实施方式
为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹通过以下数个实施例来解释本发明内容，然而，关于实施例中的说明仅为阐释本发明的技术内容及其目的功效，而非用以直接限制本发明。须说明者，以下实施例以及附图中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示；且图示中各元件的尺寸及相对位置关系仅用以示意俾便了解，非用以限制实施比例及尺寸大小。
请参考图1，为本发明一实施例的光引擎装置的分解示意图。在图1中，该光引擎装置10包含一底座12、一光源模块14、一集光单元16、一光学模块18与一套筒20。
在本实施例中，该底座12以一第一圆柱体122与一第二圆柱体124为例说明。由于该第一圆柱体122的直径大于该第二圆柱体124的直径，使得在该第一圆柱体122形成一阶层突出部。该第一圆柱体122与该第二圆柱体124的材质分别地可由高导热材料所构成，以迅速地散发该光源模块14及/或该集光单元16所产生的热能，例如该高导热材料为一金属、一陶瓷、一石墨或一钻石。
值得注意的是，本领域技术人员应当可以了解到，该底座12还可能包含一驱动电路126及/或一连接端子128，一并可参考图2，图2为说明图1中该光引擎装置10之该底座12的另一实施例的侧视图。在该图2中，该驱动电路126可用于驱动该光源模块14，以产生一光线LB，以及该连接端子128可用于连接例如一传统灯座，于此不赘述。
回到图1，该光源模块14设置在该底座12之上方。该光源模块14包含一发光二极管单元142与一基板144。
该发光二极管单元142设置在该基板144之上方。于本实施例中，该发光二极管单元142可为单一个或多个发光二极管封装体(LED Chip on Board)所组成，该发光二极管封装体是一种Lambertian面光源，具有高发光功率与大发光角度，例如发光角度的范围由15度至140度。
该集光单元16反射该发光二极管单元142的大发光角度所产生该光线BL，让该光线BL通过一次光学的反射而能够产生另一光线BL’。该集光单元16的材料为金属。
该集光单元16包含一第一开口162、一杯体164与一第二开口166。该集光单元16置放于该光源模块14的上方，该第一开口162位于该发光二极管单元142的上侧，以容置该发光二极管单元142。该第一开口162与该第二开口166分别地形成在该杯体164的两侧。于本实施例中，该第二开口166的直径大于该第一开口162的直径，让该杯体164具有一环状的斜面。
值得注意的是，该第一开口162的直径和该第二开口166的直径可依实际需求调整，而对该光线BL的某一发光角度范围施加一次光学的作用。
于本实施例中，该第一开口162的直径尺寸约略等于该发光二极管单元142的直径，该第一开口162可容置该发光二极管单元142。于另一实施例中，该第一开口162的直径尺寸亦可大于该发光二极管单元142的直径。
该光学模块18具有聚焦或扩散来自于该集光单元16的该光线BL’以及来自于该发光二极管单元142且未被该集光单元16反射的该光线BL，亦即该光学模块18在改变光线路径的作用上可以达到极佳的功效。该光学模块18的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或玻璃。
该光学模块18包含一接口部182与一透镜部184。该接口部182与该透镜部184可分离的组件或是一体成型的单一部件。该光学模块18堆叠在第二开口166上，让该接口部182之下侧连通该第二开口166，以及该接口部182之上侧形成该透镜部184。于另一实施例中，该接口部182具有一环状的斜面，该斜面由该接口部182的外缘向该集光单元16的方向延伸。该透镜部184可为一非球面透镜结构或一菲涅耳(Fresnel)透镜结构，视所需该出射光的光形调整。于本实施例中，该透镜部184的形状呈现子弹型。
因此，本发明通过该集光单元16收集该发光二极管单元142的该光线BL，将收集的该光线BL的光路径均一化为较窄的该光线BL,BL’，再利用该光学模块18对该光线BL,BL’进行扩散以及收束，而形成不同的配光曲线。换言之，通过调整该发光二极管单元142、该集光单元16与该光学模块18，可以动态地针对不同的环境而达到快速切换的功效。
于另一实施例中，该集光单元16与该光学模块18之间可设置一硅胶圈(图未示出)，除可增加该集光单元16与该光学模块18的结合紧密度之外，还可提高整个光引擎装置的防水性。
该套筒20包含一第一通口202、一筒体204与一第二通口206。在本实施例中，在该第一通口202之外侧形成为一阶层环盖，但本阶层环盖仅为一例示的实施例，本领域普通技术人员可以轻易改变为其他实施态样。该套筒20的材料可为金属或塑料。
该第一通口202固定在该底座12，让该阶层环盖覆盖在该阶层突出部。该筒体204包覆该光源模块14、该集光单元16与该光学模块18，并让该透镜部184凸出该第二通口206。于另外一实施例中，该透镜部184亦可完全的被包覆在该套筒20。
一并可参考图3，为说明图1所述各部件的组合示意图。在图3中，该光引擎装置10的上部为该透镜部164，该透镜部164具有子弹状的外形，且该透镜部164凸出该第二通口186。该光引擎装置10的下部为一圆形底座。
请参考图4，为说明上述实施例的光引擎装置中杯体的另一实施例的示意图。在图4中，该杯体164’包含一反射层1642。该反射层1642形成在该杯体164’的内壁，以增强该平行光线的光强度，例如该反射层1642的材料可为氧化铝(Al2O3)、YBO3、硫酸钡(BaSO4)、二氧化钛(TiO2)、焦磷酸钙(Ca2P2O7)、卤代磷酸钙与氧化镁(MgO)的至少其一者。
请参考图5，为说明图4上述实施例的光引擎装置的光路示意图。在图5中，位于该底座12上的该发光二极管单元142产生该光线BL，小发光角度的该光线BL直接穿过该集光单元16发射至该接口部182，而大发光角度的该光线BL发射至该杯体164，并且通过该杯体164产生平行的另一光线BL’。二光线BL,BL’皆发射至该接口部182，并经由该透镜部184出射至该光引擎装置10的外部。
请参考第6a-6e图，为说明上述实施例的光引擎装置的实验功效图。在图6a中，显示该发光二极管单元122经驱动后所产生光线的光强度，由图中可以了解到，在该光线的中间部分的光强度最强，约为350cd/klm。
在图6b中，显示该光线经由该集光单元14，该光线的光强度增强至600cd/klm。
在图6c中，显示该光线直接地经由该光学模块16，该光线的光强度提升为680cd/klm。
在图6b与图6c中，光线仅经过一次光学，且该光线的光强度仅约提升一倍。
在图6d中，显示该光线经由该集光单元14与该光学模块16所组成的一次光学作用与二次光学作用，该光线的光强度增强至2200cd/klm，约6～7倍。
此外，本发明的该光学模块18可控制该出射光线的光形，以形成远距投射所需的矩形光型，此为传统发光二极管灯具所无法达成的功效，光形图如第6e图所示。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然本领域普通技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。