CN101655219B - 面光源的照度控制与均匀度提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种面光源的照度控制与均匀度提升方法，包括下列步骤：决定一光源垂直相对于被照物时的一垂直照度值；根据垂直照度值令光源分别以不同的倾斜角度照射被照物以产生多个倾斜照度值，每一倾斜照度值分别包括一最大照度及一最小照度；由各倾斜照度值中选出其最大照度与最小照度比值小于一定比例者，并以所选出倾斜照度值对应的倾斜角度作为该光源对被照物的实际投射角度；藉此，当至少两光源以前述倾斜角度相对设置并提供照明时，因最大照度与最小照度比值小，且照明面积部分重叠后，不仅可提高其照度，更可增进面光源照明时的均匀度。

Description

面光源的照度控制与均匀度提升方法 

技术领域

本发明涉及一种面光源的照度控制与均匀度提升方法，特别是涉及一种可精确控制面光源照明时的照度，并可有效改善均匀度问题的面光源的照度控制与均匀度提升方法。 

背景技术

按灯具在日常生活中是不可或缺的照明设备，其需求并不限于室内或户外。例如一般道路需要路灯照明，室内则由各式灯具提供照明。尽管灯具提供的照明功能十分重要，但就照明器材本身而言，仍有很大的检讨空间，最主要的讨论仍在于电能与光能之间的转换效率，传统钨丝灯泡只用5％的电力转换成光能，其余95％的电力则转换成热能，其不仅用电效率极低，且产生的热能通常衍生了其他用电需求(例如空调、散热)。 

由于传统灯具工作效率低，工作寿命长、低耗电的发光二极管顿时成为灯具界的明日之星，但发光二极管(即二极体，下文均称为二极管)本身亦有不利于照明的因素存在，即发光二极管的发光角度较小，一般只有数十度而已，亦即发光二极管具有高度的方向性，此种特性相对于照明器材要求广角且均匀的照明角度，自是一项负数。 

请参阅图5所示，是由多个面光源(Lambertian)70采等距排列并垂直相对于被照物(例如地面)，假设每一面光源70的面积A及光通量(flux)P为已知，可由下式得知其辉度(N)： 

$N=\frac{P}{\mathrm{\πA}}$

至于被照物在照明面积内的照度分布，请参阅图6所示，每一面光源70相对于被照物中心具有一夹角α，可由下式得知(x：光源的直径，L：面光源到被照物的距离)： 

$\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{2L}\right)$

接着可由下式计算出被照物的中心照度(H₀)及被照物到其他角度(θ)的照度(H_θ)(请参阅图7所示)： 

H₀＝πNsin²α 

H_θ＝H₀cos⁴θ 

在前述照度分布下，被照物的中心照度(H₀)将大于其他角度(θ)的照度 (H_θ)，仍请参阅图5所示，为提供被照物均匀的照明，一面光源70与相邻另一面光源70相对于被照物的照明面积是部分重叠的，该重叠部分亦即为照度较低之处，尽管通过重叠照明面积的方式以缩小中心照度与其他角度照度(H_θ)的差距，但依然存在照度均匀度偏低的问题，有待进一步谋求可行的解决方案。 

由此可见，上述现有的面光源的照度控制与均匀度方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决的道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的面光源的照度控制与均匀度提升方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 

有鉴于上述现有的面光源的照度控制与均匀度方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的面光源的照度控制与均匀度提升方法，能够改进一般现有的面光源的照度控制与均匀度方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。 

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的面光源的照度控制与均匀度方法存在的缺陷，而提供一种新的面光源的照度控制与均匀度提升方法，所要解决的技术问题是使其有效提升面光源的照度并显著改善均匀度。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种面光源的照度控制与均匀度提升方法，其包括以下步骤：令成对光源以相对的倾斜角度呈对向设置；决定一光源垂直相对于被照物时的垂直照度值，该垂直照度值包括一中心照度及一个以上的其他角度照度；根据垂直照度值令面光源分别以不同的倾斜角度照射被照物以产生多个倾斜照度值，每一倾斜照度值分别包括一最大照度及一最小照度；由各倾斜照度值中选出其最大照度与最小照度比值小于4∶1，并以所选出倾斜照度值对应的倾斜角度作为该光源对被照物的实际投射角度。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 

前述的面光源的照度控制与均匀度提升方法，其中该光源倾斜为35度至50度之间。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明面光源的照度控制与均匀度提升方法至少具有下列优点及有益 效果： 

当至少两光源以前述倾斜角度相对设置并提供照明时，因最大照度与最小照度比值小，且照明面积部分重叠后，藉此不仅可提高其照度，更可增进面光源提供照明时的均匀度。 

综上所述，本发明当至少两光源以前述倾斜角度相对设置并提供照明时，因最大照度与最小照度比值小，且照明面积部分重叠后，不仅可提高其照度，更可增进面光源照明时的均匀度。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的面光源的照度控制与均匀度方法具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 

附图说明

图1是本发明令成对光源呈倾斜对向设置的示意图。 

图2是本发明旋转光源而改变照度分布的示意图。 

图3是本发明在不同倾斜角度下的倾斜照度值列表。 

图4是本发明应用于面光源的一较佳实施例剖视图。 

图5是以多个面光源投射于被照物的示意图。 

图6是一面光源与被照物的一相对关系示意图。 

图7是一面光源与被照物又一相对关系示意图。 

10：光源                        20：灯座 

21、22：发光二极管模块          210、220：发光二极管 

70：面光源 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的面光源的照度控制与均匀度提升方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。 

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体 的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。 

本发明主要动机在增进面光源的照度及均匀度，其中均匀度是指有多个光源同时对一被照物提供照明时，照明面积内的照度分布是否均匀，为提高照度与均匀度，本发明采取的技术手段如以下所述： 

主要是令光源10两两成对，并以一设定的倾斜角度呈对向设置，当该光源10以一选定范围内的倾斜角度设置时，可使照度与均匀度均获得显著提升，而前述倾斜角度的选定，由以下方式达成。 

首先先决定光源10相对于被照物的垂直照度值，所谓的垂直照度值具有一中心照度(H₀)与一个以上的其他角度照度(H_θ)，其取得方式与前述者相同： 

当光源10的面积A及光通量(flux)P为已知，可由下式得知其辉度(N)： 

$N=\frac{P}{\mathrm{\πA}}$

又光源10相对于被照物中心具有一夹角α，由下式得知(x：光源的直径，L：面光源到被照物的距离)： 

$\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{2L}\right)$

根据前揭两式配合下式，可计算出被照物的中心照度(H₀)及其他角度照度(H_θ)： 

H₀＝πNsin²α 

H_θ＝H₀cos⁴θ 

至此，当光源10垂直相对于被照物，包括中心照度(H₀)及其他角度照度(H_θ)的垂直照度值即可取得。 

接着旋转光源10相对于被照物的角度，以取得一倾斜照度值，该倾斜照度值分别包括一最大照度及一最小照度，该光源10每变换一个角度，即产生一组倾斜照度值。 

请参阅图2所示，是本发明旋转光源而改变照度分布的示意图。当光源10旋转一角度β，可视为其与被照物之间的距离L改变为L_β，故可利用前列各式计算出一最大照度(H₀’)，并可进一步算出其他角度(H_θ’)的照度，尔后再乘上旋转的角度cosβ，即可得到一最小照度(H_θβ)： 

H₀′＝πNsin²α， $\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{2L_{\mathrm{\β}}}\right)$

H_θ′＝H₀′cos⁴θ 

H_θβ＝H₀′cos⁴θcosβ 

由于光源10每旋转一个不同的角度，即会定义出一组倾斜照度值，故本发明由各倾斜照度值中选出其最大照度与最小照度低于一定比值以下 者，在本实施例中，以最大照度与最小照度的比值低于4∶1者作为选别标准。 

请参阅图3所示，是本发明在不同倾斜角度下的倾斜照度值列表。将增加其他环境条件后的设计数值(例如在光源上加倾斜60度的灯罩、面光源相对被照物的距离为12米、相邻面光源之间的距离为36米)输入电脑并利用软体选别后产生符合条件的倾斜照度值，由表中可以看出，表列的倾斜照度值在倾斜30度时，最大照度为40.71lux，最小照度为9.87lux；倾斜35度时，最大照度为37.065lux，最小照度为9.97lux；倾斜40度时，最大照度为33.523lux，最小照度为10.06lux；倾斜45度时，最大照度为30.775lux，最小照度为10.29lux；倾斜50度时，最大照度为27.596lux，最小照度为11.46lux；其中，倾斜30度的倾斜照度值中，最大照度与最小照度的比值大于4∶1，其他组的倾斜照度值中，最大照度与最小照度的比值均小于4∶1，换言之，倾斜35度至50度间的倾斜照度值均符合本实施例的要求。 

再请参阅图1所示，当两光源10作对向倾斜设置，其相对于被照物的倾斜角度可在35度、40度、45度及50度中任选其一，其中又以50度的比值最低，将可进一步提升照明的均匀度。 

由于本发明令成对的两光源10呈相对的倾斜角度设置，其照明面积具较大的重叠比例，同时因两光源10在特定的倾斜角度时，其在被照物上产生的最大照度与最小照度比值较低，换言之，其照度由最大到最小变化缓和，再配合照明面积的重叠，不仅可有效提升照度，亦可显著增进面光源的均匀度。 

请参阅图4所示，是本发明应用于面光源的一较佳实施例剖视图。揭示有一种运用前述技术的发光二极管照明器，主要在一灯座20上设有多个发光二极管模块21、22，各发光二极管模块21、22分别在一电路板上设有多个发光二极管210、220，并利用该电路板以选定的倾斜角度固定在灯座20上，在此状况下，即可构成一高照度与高均匀度的面光源。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (2)

1.一种面光源的照度控制与均匀度提升方法，其特征在于其包括以下步骤：

令成对光源以相对的倾斜角度呈对向设置；

决定一光源垂直相对于被照物时的垂直照度值，该垂直照度值包括一中心照度及一个以上的其他角度照度；

根据垂直照度值令面光源分别以不同的倾斜角度照射被照物以产生多个倾斜照度值，每一倾斜照度值分别包括一最大照度及一最小照度；

由各倾斜照度值中选出其最大照度与最小照度比值小于4∶1，并以所选出倾斜照度值对应的倾斜角度作为该光源对被照物的实际投射角度。

2.根据权利要求1所述的面光源的照度控制与均匀度提升方法，其特征在于该光源倾斜角度为35度至50度之间。

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