可调整照光形状及照光面积的照明系统
技术领域
本发明涉及照明系统的照光调整,且特别是涉及照明系统的照光形状以及照光面积的调整。
背景技术
目前市面上所贩卖的照明系统或舞台特殊设计的灯光(stage light),是可以调整其照光面积的大小或改变其照光的形状。例如有些餐桌灯,若用餐人只有少数,就可调整为较小的照光面积;相反地,若用餐人数较多,就调整为较大的照光面积。以此达到省电以及一物多用的功效。而舞台上的灯光效果其变化更是不在话下,不论是灯光的照明形状或照明面积都随着舞台上表演的人做出适当的调整以期达到完美的声光效果。而改变照明系统的照光面积及照光形状在先前技术中大概可以分为下列几类:
(1)利用二光学组件(optical element)在光源点(light source)所经之入射光轴(optical axis)的旋转或移动以期改变照光面积的大小。例如USP 4101957,其利用移动在入射光轴的透镜位置(lens position)来改变照明面积的大小以及照明的光点亮度(intensity)。又如USP5584568,其光源点透过二透镜后投射照明,利用移动其中一透镜即可造成照光面积的改变。然而上述方式只能改变照光面积的大小,并无法改变照光形状。
(2)调整在入射光轴的光学组件彼此间的相对位置以期改变照明面积的大小以及照明的亮度分布(intensity distribution)。例如USP6986593,其设计的照明系统(此专利的光源点是使用发光二极管模块(Light Emitter Diode Module))通过移动物镜的位置,使得光源点的散射角度变化进而改变光源点所发出的照光面积。又如USP 6866401,其照明系统的光源点亦采用发光二极管模块,并且利用机构滑动或转动带动光源点的前进及后退,以此改变光源点发出的照光面积。然而上述方式只能改变照光面积的大小,并无法改变照光形状。
(3)替换(change)照明系统中的光学组件使光源点的光传递路径改变并进而改变照光形状。如USP 4608622,其利用复杂的机构配件如转盘(turntable)等改变光源点的光传递路径,使得光源点根据转盘所选择的光传递路径改变其最后的照光形状。又如USP 4400765,其亦利用机构改变光源点的光传递路径。其原理是让光源点的光传递路径经过不同的反射体(reflect bodies),使得照光形状随着光传递路径经由不同的反射体改变。然而上述方式利用太多机构配件,使得照明系统不但复杂且花费很多成本。再者,利用上述方式改变照光形状时因机构上的物理限制,照光形状的改变并无法连续且流畅(smooth)。使用者欲调整照光形状时会感觉较不舒服。
(4)控制发光二极管群组使其产生不同的光点形状。以USP3648706、USP 4392187及USP 6796690为例,其照明系统皆是利用大量的发光二极管群组(Light Emitter Diode Group)作为其光源点。利用控制电路再附加上复杂的机构组成照明系统的控制系统。该控制系统则操控这些大量的发光二极管群组以改变照光的形状(shape)、照光面积(size)、照光亮度(intensity)及照光的方向(direction)。但上述方法使用太多光源且控制系统(使用控制电路并结合机构)太复杂。
(5)照明系统中利用一投影光并附加旋转的盘片(其上有不同的图样(pattern))来遮断投影光,以此调整照光形状或照光面积。例如USP5665305其照明系统内建多个旋转的盘片,每一盘片皆带有不同物镜组件(lens element)。光源点的光路径是经由盘片再投射到照光区域。所以当光源点经由不同的盘片投影到照光区域时,照光面积或照光形状会因使用者所选择的盘片上其所附的物镜组件改变。又如USP 6048080其照明系统则内建一可旋转的盘片,且该盘片带有数组相异的物镜组件(lenselement)。光源点的光路径是经由盘片再投射到照光区域。使用者可旋转该盘片选择欲使用的物镜组件。则当光源点经由选择的物镜组件投射到照光区域时,照光面积或照光形状会随着使用者选择的物镜组件改变。上述方法虽可调整照光形状。但利用上述方式调整照光形状时因机构上的物理限制,照光形状的改变并无法连续且流畅(smooth)。使用者欲改变照光形状时会感觉较不舒服。
综观以上的公知技术,其虽可调整照光面积或照光形状,但其中的机构设计或是控制电路的设计非常复杂。更有甚者,上述公知技术有些其中的光源点需使用大量的发光二极管,在现今企业首要目标即是降低成本的考虑下,则上述的公知技术并不符合现今照明系统的设计潮流。所以,照明系统如何连续并流畅地调整其照光面积或照光形状将是本发明的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调整照光形状及照光面积的照明系统,有效改善公知技术利用复杂的机构或电路设计调整照明系统的照光面积或照光形状所造成的昂贵成本及照光切换不流畅的问题。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是:
一种可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中该照明系统包括一光源点、第一折射光学组件及第二折射光学组件。其第一折射光学组件是可在第一方向移动,而该第二折射光学组件是可在第二方向移动。光源点经由该第一折射光学组件及该第二折射光学组件形成照光,当该第一折射光学组件及该第二折射光学组件其相对位置改变时,则照明系统其照光形状及照光面积也跟着调整。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中第一折射光学组件及第二折射光学组件其表面是为一连续的曲面,且该曲面包含凸透镜区域、平面镜区域及凹透镜区域。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中该光源点若经由第一折射光学组件的凸透镜区域及第二折射光学组件的凸透镜区域形成照光,则该照光面积会变小。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中该光源点是经由第一折射光学组件的凹透镜区域及第二折射光学组件的凹透镜区域形成照光,则该照光面积会变大。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中该光源点是经由第一折射光学组件的凸透镜区域及第二折射光学组件的凹透镜区域形成照光,则该照光形状会变成椭圆形。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中该光源点是经由第一折射光学组件的凹透镜区域及第二折射光学组件的凸透镜区域形成照光,则该照光形状会变成椭圆形。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中第一折射光学组件及第二折射光学组件是为长条形。
所述的可调整照光形状及照光面积的照明系统,其中该第一方向是与第二方向垂直。
本发明的优点是在于采用成本较低且控制简单的折射光学组件应用于照明系统。其利用光源点经过折射光学组件上表面不同的曲面以此调整照明系统的照光面积及照光形状,有效节省照明系统的设计成本并简化照明系统的控制系统。本发明依据使用者不同的使用目的或状况,移动折射光学组件的位置调整照光面积或照光形状。因本发明的折射光学组件其表面是为连续的曲面,所以照明系统的照光面积或照光形状其改变是渐进的,使用者比较不会感觉不舒服。
附图说明
图1所绘示为本发明第一实施例的照明系统;
图2所绘示为折射光学组件12的剖面图;
图3所绘示为本发明第二实施例的照明系统;
图4所绘示为本发明第二实施例中的照明系统如何调整其照光面积或照光形状;
图5所绘示为本发明第三实施例的照明系统;
图6所绘示本发明的实施应用。
主要组件符号说明
10第一实施例的照明系统 11光源点
12折射光学组件 13折射光学组件的可移动方向
21凸透镜区域 22平面镜区域
23凹透镜区域 30第二实施例的照明系统
31光源点 32第一折射光学组件
33第二折射光学组件 34第一折射光学组件的可移动方向
35第二折射光学组件的可移动方向
50第三实施例的照明系统 51光源点
52第三折射光学组件 53第四折射光学组件
60棱镜 61光束形状
62光束形状 63光束形状
64光束形状
具体实施方式
为了使能更进一步了解本发明特征及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,然而所附图式仅提供参考与说明,并非用来对本发明加以限制。
照明系统若可调整其照光面积或照光形状,通常照明系统需内建复杂的光学系统及机构再配合控制电路才能达到调整之实。然上述照明系统的配置方式需要较高的成本且在调整时并非连续且流畅地改变其照光面积或照光形状。为了改善上述问题,本发明提出一种可调整照光形状及照光面积的照明系统。
请参考图1,其所绘示为本发明第一实施例的照明系统。该照明系统10包括光源点(light source)11及折射光学组件(refractive opticalelement)12。该折射光学组件是由一连续的曲面(curvature)组成。此照明系统10是可将折射光学组件12往图上所标示的方向13移动。当照明系统10移动折射光学组件12时,照明系统的照光面积会随着光源点11所经过折射光学组件12上的曲面改变。
请参考图2,其所绘示为折射光学组件12的剖面图。实际上此折射光学组件12的左侧曲面是为凸透镜如剖面线A-A所示;中间曲面是为平面如剖面线B-B所示;而右侧曲面则是为凹透镜如剖面线C-C所示。当光源点11经过折射光学组件12的凸透镜区域(convex region)21时,则照光面积因凸透镜会聚焦光源的故缩小;反之当光源点11经过折射光学组件12的凹透镜区域(concave region)23时,则照光面积因凹透镜会发散光源的故变大。而当光源点11经过折射光学组件12的平面镜区域(flatregion)22时,则照光面积因光源点11直接穿透平面镜区域22所以不受影响。因此,当照明系统10将折射光学组件12随方向13移动时,照明系统的照光面积是根随光源点11所经过折射光学组件12上的曲面区域缩放。
请参考图3,其所绘示为本发明第二实施例的照明系统。该照明系统30包括光源点(light source)31、第一折射光学组件32及第二折射光学组件33。如同在第一实施例中的折射光学组件12,第一折射光学组件32及第二折射光学组件33其表面(surface)皆是由一连续的曲面(curvature)组成。亦即第一折射光学组件32及第二折射光学组件33其表面皆各自带有凸透镜区域、平面镜区域及凹透镜区域。再者,第一折射光学组件32及第二折射光学组件33是互相垂直放置。第一折射光学组件32可沿着第一方向(x轴)34移动;而第二折射光学组件33则可沿着第二方向(y轴)35移动。当照明系统30控制第一折射光学组件32及第二折射光学组件33移动,使得第一折射光学组件32及第二折射光学组件33其相对位置改变时,照明系统30的照光面积或照光形状也跟着改变。
请参考图4,其所绘示为本发明第二实施例中的照明系统如何调整其照光面积或照光形状。当光源点31照射在第一折射光学组件32及第二折射光学组件33的平面镜区域时,照光形状是为圆形且照光面积没有太大的改变如图4(A)所示。而当光源点31照射在第一折射光学组件32及第二折射光学组件33的凹透镜区域时,因凹透镜可将光源发散,所以照光形状是为圆形,但照光面积变大如图4(B)所示。请参考图4(C),其所绘示为光源点照射在第一折射光学组件32的凹透镜区域及第二折射光学组件33的凸透镜区域时,照光形状及面积的改变。因第一折射光学组件32是控制第二方向(y轴)的照光面积及照光形状;而第二折射光学组件33则是控制第一方向(x轴)的照光面积及照光形状。所以当光源点照射在第一折射光学组件32的凹透镜区域及第二折射光学组件33的凸透镜区域时,第二方向(y轴)的照光面积及照光形状受到第一折射光学组件32的凹透镜区域影响,其呈现较大的照光面积;而第一方向(x轴)的照光面积及照光形状受到第二折射光学组件33的凸透镜区域影响,其呈现较小的照光面积;所以综合两折射光学组件上的曲面所形成的照光为y轴方向轴长较长的椭圆形(ellipse)。同理,若想形成x轴方向轴长较长的椭圆形的照光形状,则需移动两折射光学组件,使得光源点是照射在第一折射光学组件32的凸透镜区域及第二折射光学组件33的凹透镜区域。
因此,利用第一折射光学组件32沿着第一方向及第二折射光学组件33沿着第二方向的移动,即可改变照明系统的照光面积及照光形状。若想将照光面积调整至最小,则控制使得光源点31照射在第一折射光学组件32及第二折射光学组件33的凸透镜区域。反之,若想将照光面积调整至最大,则控制使得光源点31照射在第一折射光学组件32及第二折射光学组件33的凹透镜区域。再者,若想要调整照光形状时,则控制使得光源点31照射在第一折射光学组件32的凸透镜区域及第二折射光学组件33的凹透镜区域,亦或是控制使得光源点31照射在第一折射光学组件32的凹透镜区域及第二折射光学组件33的凸透镜区域。
需注意的是,因本发明中所使用的折射光学组件其表面(surface)的曲面变化是为连续的(由凸透镜变化为平面镜再变化为凹透镜)。所以当使用者想调整照光面积或照光形状时,控制移动照明系统中的折射光学组件,其照光面积或照光形状的改变是为渐进式。使用者在使用上比较不会有不舒服的感觉。
请再参考图5,其所绘示为本发明第三实施例的照明系统。该照明系统50包括光源点51、第三折射光学组件52及第四折射光学组件53。相较于第一及第二实施例中所采用的折射光学组件是为长条状,此实施例中的折射光学组件则为圆环状。此圆环状的折射光学组件同长条状的折射光学组件其表面的曲面变化是为连续的,且由凸透镜变化为平面镜再变化为凹透镜。而其调整照明系统的照光面积或是照光形状的方式是与第二实施例雷同。例如,若使用者想要将照光面积调整至最小时,则控制使得光源点51照射在第三折射光学组件52及第四折射光学组件53的凸透镜区域。反之,若想将照光面积调整至最大,则控制使得光源点51照射在第三折射光学组件52及第四折射光学组件53的凹透镜区域。再者,若想要调整照光形状时,则控制使光源点51照射在第三折射光学组件52的凸透镜区域及第四折射光学组件53的凹透镜区域,亦或是控制使光源点51照射在第三折射光学组件52的凹透镜区域及第四折射光学组件53的凸透镜区域。
另外,本发明虽是应用在照明系统,然因本发明照明系统中所采用的折射光学组件可改变光源点投射出的照光形状。所以亦可应用做来改善在光学系统中,使用棱镜(prism)改变光束(beam)方向时光束失真(distortion)的问题。请参考图6,其则为本发明的实施应用。在光学系统中,当入射光从棱镜60入射前,其光束形状为圆形如61所示。然而经过棱镜60改变其光束方向后,因为棱镜设计不佳导致光束失真,使得其光束形状变成椭圆形如62所示。若利用本发明的折射光学组件置放在棱镜前,使入射光先行经过折射光学组件并改变其光束形状如63所示以此补偿(compensate)入射光经棱镜改变光束方向后的失真。而补偿完的光束其形状还是可维持与入射光形状原先的圆形相同如64所示。
因此,本发明的优点是在于采用成本较低且控制简单的折射光学组件应用于照明系统。其利用光源点经过折射光学组件上表面不同的曲面藉此调整照明系统的照光面积及照光形状,有效节省照明系统的设计成本并简化照明系统的控制系统。本发明依据使用者其不同的使用目的或状况,移动折射光学组件的位置调整照光面积或照光形状。因吾人是设计折射光学组件其表面是为连续的曲面,所以照明系统的照光面积或照光形状其改变是渐进的,使用者比较不会感觉不舒服。
另外,本发明亦可将实施例中所提及的折射光学组件应用在光学系统中,以此补偿光束经棱镜后光束形状失真的问题。
综上所述,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求保护的范围所界定者为准。