CN101545611A - 光束转形器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光束转形器，尤指可将点状光源转射出矩形投映面之光形转换器，其主要是由一出射面为复合光学面，入射面为凹入内球面之光学折射本体，该出射面为由一折射平面，及在子午线二侧设有二反射面，和子午线前后由折射平面相对边交接二光学曲面所构成，入射面为能使光通量能完全作用入折射本体之内球面，诸等光学面交互作用，使点状光源辐射光束各别可受到行进角度规范，以转换光形放射出接近矩形光学投映面。

Description

光束转形器

【技术领域】

本发明涉及一种可将点状光源之投映光束转换成矩形投映面的一种光学转形器。

【背景技术】

有关照明器它发射的光束照射角度必须受到规范，才能将其光通量有效集结在需求光照的投射面，如传统之灯泡，它必须利用灯罩作为背向光的反射，使该光束能集结朝向需求的照射面(投映面)，以及新近由二极管发光器发生之光束，在二极管发光晶粒本体内背向，先行设有一微小型的反射面，祈将晶球所发生的光束能往正面投射，也由于该反射面的曲率规范，使LED发生之光束可有效控制在祈许的角度如15、30、45、60度等，各个放射角度则以使用现场需求而决定采用。

无论传统的灯泡或新近二极管LED光源，它的激光点为一点状光源，经由反射罩反射出之后，其光形为圆锥状体，且照明投映面皆映射为一圆型面积或椭球形的面积，而若实施在特殊的场合，如街道表面或居家方型地板空间，若为了将光源的光通量有效集结利用，则必须经过光束转形，如转成方锥状，因此它的底面(投映面)，可规范出矩形或方形。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种可将点状光源之投映光束转换成矩形投映面的一种光束转形器。

本发明是这样实现的，一种光束转形器，尤指可将点状光源转形出矩形投映面之光形转形器，其中：该转换器为一折射本体，具有一入射面及出射面，其中该入射面为一内凹球面，出射面为多数光学面复合而成，该多数复合面包含有：一折射平面，其光学轴心与内凹球面光学工作轴心重迭；二光学曲面，沿着折射平面子午线方向平面边线交接，及二轴心延伸交点为位在入射面方向，并相交在上述光学工作轴心线；二反射面，在出射面相关子午线二侧位置，并与折射平面二侧呈一角度交接。

本发明之转形器为一出射面为由多个光学面复合的折射本体，入光面采内凹球面，利用该球面曲率，可提供点状光源所发生光束进入时可避开折射临界角度而能全量进入折射本体，以及初步光扩散作用，出射面由多个光学面所构成，基本上在出射面的正中央为一折射平面，折射平面往子午线方向交结有二工作光轴相交于折射平面光轴的光学曲面，以及在子午线的两侧设有具反射能力的反射面，利用两侧反射面可限缩二反射光束相对之夹角角度，让反射之光通量可以缩限投射在投映面需求照明面积的平行两侧，以及由二光学曲面及折射平面交互作用，拉长投映面底边长度，而可将点状光源的照明光束，分布成一接近矩形的光照投映面。

本发明之折射本体出射面之子午线二侧所设之反射面为垂直于折射平面之角度，并且二反射面为内反射作用，它可复合有向内之反射层膜或反射镜。

本发明能将立体圆锥状照明光形转换为方锥状，祈使照射投映面趋近矩形面。能将点状光源之投映光束转换成矩形投映面。

【附图说明】

图1为本发明之折射本体外观图。

图2为本发明之折射本体组合激光单元构成投光单元之结构侧视图。

图3为本发明之折射本体组合激光单元构成投光单元之光束行进示意图。

图4为本发明之折射本体子午线位置之侧视图。

图5为本发明之折射本体子午线位置之正视图。

图6为本发明转形器转形后之矩形投映面分布照度区块示意图。

图7为本发明实施在灯具的放光面示意图。

图8为图7实施之侧视图。

图9为本发明模拟道路应用示意图。

图10为图9作用后之照度区块分布图。

图11为本发明将多数投映面以交迭的方式取得高均匀及高辉度之单一投映面方式示意图。

元件符号说明：

1----折射本体        10----转形器         100----投光单元

11----底盘           12----组合部         121----卡榫

2----出射面          21----折射平面       210----边线

22----光学曲面       23----反射面         231----反射元件

24----内凹球面       3----激光单元        4----灯具

41----放光面         42----连接部         43----散热孔

5----电路板          51----结合元件

6、601、602、603、604----投映面           B、Bn----光束

Bt----折射光束       Br----反射光束       a----长边

b----短边            S----光学轴心

S₁----光学轴         L----光程距离

【具体实施方式】

有关本发明之详细实施内容，首先请参阅图1、2所示，本发明之转形器10，主要是由一高透光率之折射本体1，辐向周边结合一底盘11所构成，底盘11具有向外连结作用，作为安装依据，该折射本体1外表为一出射面2，它由多数光学面复合而成，其中该出射面2之多数光学面包含中央之一与底盘11相同方向之水平折射平面21，该折射平面21表面相关子午线方向，依折射平面21之平面为基准，由其边线210为交线而各别交接有两光学曲面22，以及折射本体1相关子午线的两侧各别相关折射平面21的角度垂直设有二反射面23，相反出射面2所设折射平面21的背面为一入射面，该入射面为一内凹球面24，且内凹球面24之光学轴心S与折射平面21光行进光学轴心S重迭，内凹球面24外部同光学轴心S迎接一激光单元3。

在底盘11的底部设有一组合部12，该组合部12与电路板5可经由结合元件51所结合，该结合元件51可作用在组合部12所设的卡榫121，形成干式组合，另该组合部12与电路板5之间更可采用胶合或其它锁固方式所达成，主要是要维持折射本体1的光学轴心S可对正在激光单元3的光束出射部之中心。

本发明之转形器10结合激光单元3之后形成一投光单元100，另该激光单元3与电路板5之间关系着电性连结，使激光单元3能获得驱动电力，该电力由电路板5向外导通电源，该导通方式为一般之技术，于此请容不再予赘述。

经由上述转形器10与激光单元3组合之后形成一投光单元100(如图3所示)，则激光单元3所发生之光束会作用在转形器10的内凹球面24，利用该内凹球面24的曲率包围激光单元3的激光出射角度，因此激光单元3所发生之光束会经由该内凹球面24的曲率规范，能全量进入转形器10里部，以避免折射临界角的问题而发生光束无谓反射损耗，使其光通量可全量作用在转形器10里部，若设激光单元3为一点状光源，具有一放射角度，如∠60°，并因光源与内凹球面24光程距离L不踰越的情况下，放射角度之二斜边会就位在内凹球面24的球面范围内，使激光之光束Bn可全量经由内凹球面24进入折射本体1，另其发生之光束经由内凹球面24的法线关系，会在转形器10内部依照折射原理达成初步扩散，并作象限均匀的发散，经由转形器10的折射后从出射面2折射出。

上述折射平面21光行进光学轴心S与内凹球面24之光学轴心重迭，二光学曲面22的二光学轴S₁为相交在入射面方向并与折射平面21光行进光学轴心S重迭。

请再参阅图4、5所示，本发明之转形器10结合激光单元3之后形成一投光单元100，而该转形器10在子午线的侧视方向，其出射面2为由折射平面21及两侧所交接的光学曲面22所联构而成，形成三个光学面，因此激光单元3所发生的点状光源由内凹球面24进入转形器10里部，经折射传递后由出射面2穿出，其依据了折射平面21的平面作用及光学曲面22的曲率作用，它会将激光单元3所发生的光束折射成一扩开状的折射光束Bt，并藉由三个光学面扩展成接近120度的投光角度，投映在投映面6的时候，依据为投映面6的矩形之长边a。

请再配合图5所示，转形器10结合激光单元3之后形成投光单元100，激光单元3所发生的光束经由内凹球面24而进入转形器10的内部做折射，相关转形器10的两侧所设反射面23的反射角度限缩规范，使激光单元3所发生的光束会经由反射面23的反射作用形成一反射光束Br，该反射光束Br限缩后作用在投映面6的表面依据为矩形投映面6之短边b，则其投映面积为长边乘以短边所得。

转形器10的出射面2，在图5方向它是由折射平面21及两侧的反射面23所构成，基本上该反射面23为具反射率高的光学面，并可经由电镀镀膜或附加反射镜(图上未示)的方式结合反射元件231，强化向内反射率，使激光单元3所发生的光束能在反射面23可得全反射，发生之光束可经由反射面23的作用，而将其光通量完全的反射作用出一反射光束Br，或是经由折射平面21的作用而直接折射出。

请再参阅图6所示，本发明之转形器10结合激光单元3形成一投光单元100，它可安排两组以上，在一定高度可拼装出更大的投映面6，如在一定高度下，该投映面6的长度甚至宽度可经由多数的投光单元100矩阵排列构成，而且构成的投映面6它也可形成交迭的状态，以增加投映面6的照射辉度，并使其辉度更为均匀，其中该投映面经由图3、4的作用之后形成矩形投映面积，该矩形的投映面积可使用在街道表面，或投映于室内矩形地表空间使用。

该投映面6经由图5及图6的规范后，其光密度会集结在投映面6的中央纵向线及长边两侧，并粗略区分出基本有三种不同流明的区块，如在两侧为40(Lx)的照度，往中央递减为30(Lx)及20(Lx)三种照度的区块，三区块之间经由另一投光单元100的投映面6重迭之后，它会加强光密度及均匀的辉度。

本发明利用上述的原理，而以累积流明的方式实施在照明器使用，如图7、8所示，在灯具4的放光面41表面，以矩阵方式排列有多数的投光单元100，多数的投光单元100各别有其所属的激光单元3发生如图6的投映面6之光学照明作用，多数的投光单元100相同如图2集结在一电路板5，而且它也必须有散热的机制，因此在灯具4的放光面41周边可各别设有散热孔43，使内部之热可与外部之冷空气做交换，达成散热效果，灯具一侧设有连接部42以供墙面或高空架置以对地面投光照明。

请再参阅图8所示，多数的投光单元100经由矩阵排列之后，从侧视可看出灯具4内部分布多数的投光单元100，各别作用出所属的光束B照射角度为120度角，它以前后序列邻近并排的方式组合，因此每一投光单元100各别折射出之光束角度相同，光束B行进路径为邻靠依序交迭，且集合多数的投光单元100之后，灯具4整体的放射角度相同为在120度角，以此类推灯具4的子午线方向也如同第5图之规范为总体照角为60度角，利用了图7的实施之后，它可累积多数的投光单元100，形成较高的流明度，作用在室外照明。

请再参阅图9所示，本发明适用于具有二平行边线的地表面积使用，如使用在道路上，依据本发明之试作，在标准四线道为16.5公尺宽的马路上，以24公尺的距离各别设有互对的灯具4，该灯具4发光高度为在8公尺。

请再参阅图10所示，经由图9的实施之后，在道路表面它会照映出需求的投映面601、602、603、604，藉由多数投映面601、602、603、604组成的光照面积，可并合满足路表面积要求。

每一灯具4(如图9、10所示)，所投映出各别所属之投映面601、602、603、604，其光密度的分布也同理可推如图6的投映面6之三种不同明暗区块效应。

灯具4的照明角度为可调变，使每一个投映面601、602、603、604产生重迭，因此本发明之试作可在投映面601、602、603、604调校出较规则的光密度投映区块，使在道路中央结合较大光密度，它的照度可达40(Lx)，以及在道路两侧相同有达到40(Lx)的照度，使实施在16.5公尺宽的四线道标准道路上，它可满足了夜间驾驶人的巡航需求，而得到一具体的道路或街道照明实施，由于本发明是利用16.5公尺宽的四线道标准道路模拟试作，若在街道其宽度不足16.5公尺甚至8公尺宽的街道，它在路线上可采单侧实施灯具4即可，而无须以对称方式实施在道路两侧。

本发明如图6的投映面6之状态下，若实施多数的灯具4及各别的投映面6能够集结的情况之下，则使投映面6它会形成一辉度非常均匀的光学表现(如图11所示)，在单一的投映面6它可实施多个灯具4，并且将每个灯具4投射角度做变换之后，它会重迭交结出辉度非常均匀及累积高流明的投映效果，如将投映面601、602、603、604以接近同一角位交迭，因此藉由图6的投映区块，经由投映面601、602、603、604的交迭，使在实际需求的投映面6它可得到非常均匀辉度及高密度的光学照射面。

Claims (4)

1、一种光束转形器，尤指可将点状光源转形出矩形投映面之光形转形器，其特征在于：该转换器为一折射本体，具有一入射面及出射面，其中该入射面为一内凹球面，出射面为多数光学面复合而成，该多数复合面包含有：一折射平面，其光学轴心与内凹球面光学工作轴心重迭；二光学曲面，沿着折射平面子午线方向平面边线交接，及二轴心延伸交点为位在入射面方向，并相交在上述光学工作轴心线；二反射面，在出射面相关子午线二侧位置，并与折射平面二侧呈一角度交接。

2、根据权利要求1所述的光束转形器，其特征为反射面与折射平面垂直。

3、根据权利要求1所述的光束转形器，其特征为反射面依附有反射元件。

4、根据权利要求1所述的光束转形器，其特征为折射本体辐向结合有一底盘。

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