CN102486274A - 光源模块与舞台灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源模块，包括锥状反射器、多个发光元件及中继透镜。锥状反射器具有中心轴以及多个侧面，且这些侧面环绕中心轴设置。锥状反射器包括多个反射元件，其中反射元件分别具有反射面且反射面分别构成锥状反射器的侧面。发光元件相对设置于反射元件一侧并分别具有一发光面。每个发光元件的发光面用于提供光束。每个反射面用于反射对应的发光面所提供的光束，且每个发光面具有发光面积。中继透镜设置于被反射面所反射的光束的传递路径上。其中该光源模块满足A/d²＜0.87，d为第一光束投射至每个反射面上的投射位置与中心轴之间的距离，A为第一发光面积。

Description

光源模块与舞台灯具

技术领域

本发明涉及一种光源模块与舞台灯具，且特别是涉及一种体积小、光强度较均匀以及光照明面积较集中的光源模块与舞台灯具。

背景技术

一般来说，高功率的发光二极管通常具有较大的封装体积用以降低热阻的问题。再者，为了解决其散热的问题，高功率的发光二极管通常都会装设有散热装置，但伴随而来的便是其整体体积无法缩小。因此当使用者欲通过使用多个发光二极管来增加其照明系统的亮度输出时，其中这些发光二极管阵列如果设计于同一平面时，则会产生光源面积过大的问题，而降低照明系统的效率。传统上，为了消除封装所占去没有发光的区域，亦可将发光二极管放置在不同的平面上，之后再利用有屈光力的反射面收集各方向来的光线并将光线反射至被照明物体。

中国台湾实用新型专利第M363559号公开一种舞台灯的照明系统。该照明系统包括有多个光源、反射锥体、底座、凹槽以及反射膜。光源产生的光束会投射至反射锥体的反射膜上，而反射膜会将光束反射至透镜，由透镜将光束集中，不会发散，使舞台的效果更佳。

另外，美国专利公告号第7070301号公开一种照明装置，该照明装置包括光源以及反射体。反射体具有反射表面，其中光源产生光束用于经过反射表面，且由反射表面将光束反射而形成反射光束，而反射光束用于聚集于目标区域。

美国专利公告号第7222968号公开一种投影机照明系统。投影机包含多个光源、对应各光源的积分器、影像形成装置、分光镜与投影镜头。各光源包含六个发光二极管光源以及具有六个反射部的反射体。发光二极管产生光束由反射体将光束反射至照明区域。

美国专利公告号第7101049号公开一种投影机，该投影机包括四个灯源以及三角锥状的棱镜。棱镜具有四个反射面，分别反射灯源所发出的光线，并由此反射出平行光轴的光线。另外，该专利的说明书中也提到「棱镜可以是底面为多边形的圆锥状多面体(polygon-based conicalpolyhedron)」。

发明内容

本发明提供一种光源模块，其体积小并可提供光强度较均匀与光照明面积较集中的光线。

本发明还提供一种舞台灯具，其采用上述的光源模块。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明实施例提出一种光源模块，其包括锥状反射器、多个第一发光元件以及一中继透镜。锥状反射器具有中心轴以及多个相互连接的侧面，且这些侧面环绕中心轴。锥状反射器包括多个反射元件，其中反射元件分别具有一反射面且这些反射面分别构成锥状反射器的侧面。这些第一发光元件相对设置于这些反射元件的一侧并分别具有第一发光面。每个第一发光元件的第一发光面用于提供第一光束。每个反射面用于反射每个对应的第一发光面所提供的第一光束，且每个第一发光面具有第一发光面积。中继透镜设置于被反射面所反射的第一光束的传递路径上。其中光源模块满足A/d²＜0.87，每个第一发光面正投影产生的光束投射至每个反射面上的投射位置且与中心轴之间的距离为d，A为第一发光面积。

在本发明的实施例中，光源模块满足0mm＜d＜30mm。在本发明的另一实施例中，光源模块满足10mm＜d＜30mm。

在本发明的实施例中，光源模块还包括多个聚光透镜，分别设置于每个第一光束的传递路径上并位于每个第一发光元件与对应的反射元件之间。

在本发明的实施例中，锥形反射器还包括容置空间以及出光开口。出光开口连通容置空间并且中心轴通过该出光开口。容置空间与出光开口由互相连接的这些反射元件环绕中心轴所构成。在本发明的实施例中，光源模块还包括第二发光元件，设置于容置空间内并位于中心轴上。第二发光元件具有面向出光开口的第二发光面，其中第二发光面用于提供第二光束。在本发明的实施例中，每个反射面的形状为梯形。在本发明的实施例中，第二发光元件为发光二极管元件。

在本发明的实施例中，反射元件的数量为n，且n为大于等于3的自然数。在本发明的实施例中，锥状反射器包括n角锥状反射器。

在本发明的实施例中，每个反射元件为平面镜。

在本发明的实施例中，每个反射元件与中心轴夹有一角度。在本发明的实施例中，角度实质上落在15度至75度之间。

在本发明的实施例中，每个第一发光面面向对应的每个反射元件的反射面。在本发明的实施例中，这些第一发光面的法向量垂直于中心轴。

在本发明的实施例中，这些第一发光元件分别为发光二极管元件。

本发明的实施例还提出一种舞台灯具，其包括前述的光源模块与图案片。图案片设置于通过中继透镜的这个些第一光束的传递路径上。

本发明实施例具有以下至少其中一个优点。本发明通过使用锥形反射器，使得光源模块可提供亮度更强且更为均匀的光线。另外，由第一发光面产生的光束投射至每一反射面上的投射位置且与中心轴之间的距离为d，且第一发光元件的发光面积的尺寸定义为A，其中光源模块满足A/d²＜0.87时，光源模块可在较小的体积下提供光强度较均匀且光照明面积较集中的光线。

为让本发明上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明实施例的光源模块的立体示意图；

图1B为图1A的光源模块的俯视示意图；

图1C为图1B的AA’线所绘示的光源模块的剖视图；

图2A与图3A分别绘示图1A的光源模块中发光元件提供光束至反射元件上的局部示意图；

图2B与图3B分别为图1A的发光元件等效成像于反射元件的反射面上的俯视示意图；

图4A与图4B是分别绘示光源模块的光束照射于目标平面上的不同轴向(如：x轴与y轴)的光场示意图；

图5为本发明另一实施例的光源模块的剖视图；

图6为本发明又一实施例的光源模块的立体示意图；

图7A与图7B是分别绘示光源模块的光束照射于目标平面上的不同轴向(如：x轴与y轴)的光场示意图；以及

图8为本发明实施例的舞台灯具的示意图。

【主要元件符号说明】

1000、1000’、2000、3100：光源模块

1100、2100：锥状反射器

1120：反射元件

1122：反射面

1140：容置空间

1160：出光开口

1200、1200’、1200”、2200：第一发光元件

1220：第一发光面

1202：电路板

1204：发光二极管芯片

1300、2300：中继透镜

1400：聚光透镜

1500：第二发光元件

1520：第二发光面

1502：电路板

1504：发光二极管芯片

2300：中继透镜

2400：聚光透镜

3000：舞台灯具

3200：图案片

A1：中心轴

S1：侧面

θ：角度

L1：第一光束

L2：第二光束

L3：图案光束

A：第一发光面积

P1：投射位置

d：距离

PL1：目标平面

N1：法向量

R1：反射片

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下参照附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A为本发明实施例的光源模块的立体示意图，图1B为图1A的光源模块的俯视示意图，而图1C为图1B的AA’线所绘示的光源模块的剖视图。同时参照图1A、图1B与图1C，本实施例的光源模块1000包括锥状反射器1100、多个第一发光元件1200及一中继透镜1300。锥状反射器1100具有中心轴A1与多个相互连接的侧面S1，且这些侧面S1环绕中心轴A1。具体而言，锥状反射器1100包括有多个反射元件1120，其中反射元件1120分别具有反射面1122，且这些反射面1122分别构成锥状反射器1100的侧面S1。换言之，本实施例的锥状反射器1100是由多个反射元件1120所组装而成，其中这些反射元件1122是通过拼装成锥状体的侧面S1而构成该锥状反射器1100。

在本实施例中，这些反射元件1120例如是分别采用一个平面镜，由此，由这些反射元件1120所组装而成的锥形反射器1100可包括容置空间1140以及出光开口1160，如图1B与图1C所示。在本实施例中，出光开口1160连通容置空间1140并且中心轴A1通过该出光开口1160。具体而言，由于锥状反射器1100是通过将这些反射元件1120拼装成锥状体的侧面S1，因此容置空间1140与出光开口1160可由互相连接的反射元件1120环绕中心轴A1所构成。在本实施例中，由于锥形反射器1100具有出光开口1160，因此锥状体的每一侧面S1的形状可为梯形，如图1B所示，但不限于此。在其它实施例中，如果锥形反射器1100不具有出光开口1160时，则每一侧面S1可为三角形形状。

另外，本实施例的光源模块1000是以图1A与图1B所示的四角锥形反射器1100作为实施范例，其中反射元件1120的数量可搭配后续提及的第一发光元件1200的数量，因此本实施例的四角锥形反射器1100的反射元件1120的数量为四个。然而，在其它实施例中，如果光源模块1000是采用其它数量的发光元件1200或是有其它考虑时，锥状反射器1100亦可以是设置成n角锥状反射器，其中n为大于等于3的自然数，且n亦代表反射元件1120的数量。另外，由于反射元件1120的反射面1122是构成锥状反射器1100的锥体的侧面S1，因此每一反射元件1120可与锥体的中心轴A1夹有角度θ，如图1C所示。在本实施例中，角度θ实质上落在15度至75度之间，其中本实施例是以45度作为举例说明，但不限于此。

继续参照图1A、图1B与图1C，多个第一发光元件1200分别相对设置于这些反射元件1120的一侧，且这些第一发光元件1200分别具有第一发光面1220。在本实施例中，这些第一发光元件1200分别可为发光二极管元件，其中每一第一发光元件1200包括电路板1202与配置于电路板1202上的发光二极管芯片1204，且发光二极管芯片1204电连接电路板1202。具体而言，每个第一发光元件1200的第一发光面1220用于提供第一光束L1，且使第一光束L1传递至反射元件1120的反射面1122上，而反射面1122用于反射每个对应的第一发光面1220所提供的第一光束L1。

在本实施例中，每个第一发光面1220具有发光面积A，具体而言，第一发光面1220的第一发光面积A是指发光二极管芯片1204上的第一发光面1220，也就是说，第一发光面积A是指发光二极管芯片1204的尺寸。另外，第一发光面1220产生的第一光束L1投射至对应的反射面1122上，在反射面1122上会产生对应该第一光束L1的投射位置P1且与中心轴A1之间的距离为d，当光源模块1000满足A/d²＜0.87时，可使光源模块1000提供单位面积光强度较强的第一光束L1于目标平面PL1上。另外，中继透镜1300设置于被这些反射面1122反射的第一光束L1的传递路径上，如图1A与图1C所示。光源模块1000产生的第一光束L1通过中继透镜1300可均匀化光源模块1000照射于目标平面PL1上的第一光束L1，使得目标平面PL1上的光场分布可呈现如图4A与图4B所示的均匀化的光场强度，其中图4A与图4B是分别绘示光源模块的第一光束照射于目标平面上的不同轴向(如：x轴与y轴)的光场示意图。换言之，光源模块1000具有体积小、光强度较均匀与光照明面积较集中的优点。

以下将以图2A、图2B、图3A及图3B说明光源模块1000满足A/d²＜0.87时，光源模块1000可提供单位面积光强度较强且较均匀的第一光束L1于目标平面PL1的具体实施方式。

图2A绘示图1A的光源模块中发光元件提供第一光束至反射元件上的局部示意图，图2B则为图1A的发光元件等效成像于反射元件的反射面上的俯视示意图。先参照图1C与图2A，由于第一发光面1220是面向对应的反射元件1120的反射面1122，且第一发光面1220的法向量N1垂直于中心轴A1，其中反射元件1122例如是采用前述的平面镜，因此根据光学成像原理，在平面镜的对应成像具有另一虚像的第一发光元件1200’。也就是说，通过反射元件1120的使用，可使得原本是直立面向反射元件的第一发光元件被等效视为水平横摆式的第一发光元件1200’，意即被反射元件1120反射的光束L1的光路可视为是从另一虚像的第一发光元件1200’所提供的。换言之，设置于锥形反射器1100周边的第一发光元件1200便可通过上述的成像原理，而可分别于各自对应的反射面1122上成像，从而形成如图2B所示的等效示意图。

详细而言，第一发光元件1200若是使用高功率之类的发光二极管元件，其通常会具有较大的体积，因此在同一平面上设置多个发光元件时便需要较大的表面积来进行置放，然而如此便会造成单位表面积的发光效益降低。因此，本实施例的光源模块1000可通过反射元件1120的使用，从而使得原本是直立置放的第一发光元件1200被等效视为水平横摆式的第一发光元件1200’，其中由于发光元件1200’是虚像，因此便不需担心第一发光元件1200不提供第一光束L1的区域(意即非第一发光面1220的部分，如：电路板1202)会彼此重叠。换言之，本实施例的光源模块1000可在有限的反射面1122的表面积上形成多个等效第一发光元件1200’的数量，由此，光源模块1000可提供光强度较强的光束L1。

另外，随着距离的d值越小，亦可等效视为第一发光元件1200越往目标平面PL1移动靠近，如图1C与图3A所示。如此一来，在反射面1122上等效成像的第一发光元件1200”相对地会越往靠近中心轴A1移动，如图3B所示。换言之，在有限的反射面1122的表面积上且在靠近中心轴A1的位置上可形成多个等效第一发光元件1200”的数量，意即是靠近中心轴A1的等效第一发光元件1200”的密度会较大，进而可使光源模块1000提供第一光束L1更为集中于中心轴A1上。

需要注意的是，过小的d值将会使得第一发光元件1200往目标平面PL1移动过度，进而使得第一发光元件1200的第一光束L1无法传递至反射元件1120上，意即第一发光元件1200无法有效地成像于反射元件1120上。因此，在本实施例中，光源模块1000需满足0mm＜d＜30mm。在一实施例中，优选地，光源模块1000可满足10mm＜d＜30mm。详细而言，如果d值过大时，如：d值大于30mm，则在有限的反射面1122的表面积上等效成像的第一发光元件1200’的数量会较为分散且不密集，如此一来，光源模块1000提供的第一光束L1的整体光强度会较弱。换言之，光源模块1000的光学效率会降低。

另外，当第一发光元件1200是采用上述的发光二极管元件时，由第一发光面1220产生的第一光束L1的发散角度通常较大，因此本实施例的光源模块1000可包括有多个聚光透镜1400，如图1A、图1B、图1C、图2A与图2B所示。详细而言，这些聚光透镜1400分别设置于每一第一光束L1的传递路径上并位于每个第一发光元件1200与对应的反射元件1120之间，如此一来，便可将第一光束L1会聚并传递至反射元件1120上，其中第一光束L1传递至反射元件1120上的光束面积是依据聚光透镜1400的屈光度而不同。屈光度越大则光束面积会越小，反之，屈光度越小则光束面积会较大。举例而言，在图2A中，第一发光面产生的第一光束投射至反射面上的中间位置，因此聚光透镜1400的屈光度的要求度不需太高，然而，当d值越小从而使得第一光束是投射至反射面上较边缘的位置时，如图3A所示，为了使第一光束可全部地会聚于反射面以提高光线的利用率，因此，聚光透镜1400的屈光度的要求会较高，以使第一光束L1传递至反射元件1120上的光束面积较小，以避免光线的浪费并提高光线的利用率。换言之，聚光透镜1400的屈光度与d值有关，原则上，d值越大，屈光度越小；反之，d值越小，屈光度越大。

图5为本发明另一实施例的光源模块的剖视图。同时参照图1C与图5，本实施例的光源模块1000’与光源模块1000采用相同概念及相似的结构，二者的差异之处在于，在本实施例中，光源模块1000还包括第二发光元件1500，设置于容置空间1140内并位于中心轴A1上，如图5所示。具体而言，第二发光元件1500具有面向出光开口1160的第二发光面1520，其中第二发光面1520用于提供第二光束L2，如此一来，光源模块1000’所提供的光线的整体光强度亦可更进一步地获得提升。在本实施例中，第二发光元件1500可为前述的发光二极管元件，且该第二发光元件1500包括电路板1502与配置于电路板1502上的发光二极管芯片1504，且发光二极管芯片1504电连接电路板1502。

基于上述，由于本实施例的光源模块1000’与前述的光源模块1000采用相同的概念，因此，光源模块1000’同样地具有前述的光源模块1000所提及的优点，在此不再赘述。

图6为本发明又一实施例的光源模块的立体示意图，同时参照图1与图6，本实施例的光源模块2000与光源模块1000采用相同概念及相似的结构，二者的差异之处在于，光源模块2000所采用的锥形反射器2100为六角锥形反射器，相对地，第一发光元件2200与聚光透镜2400的数量需对应地为六个，如图6所示。此外，与光源模块1000的结构略有不同的是，光源模块2000还包括六个反射片R1，分别设置于第一光束(未图示)的传递路径上并位于第一发光元件2200与聚光透镜2400之间，如此一来，第一发光元件2200可以是呈水平式的摆设，而不同于图1所示的为垂直中心轴的摆设。意即第一发光元件2200可以面向目标平面PL1。此外，光源模块2000亦可通过中继透镜2300的使用，均匀化光源模块2000照射于目标平面PL1上的光束，使得目标平面PL1上的光场分布可呈现如图7A与图7B所示的均匀化的光场强度，其中图7A与图7B是分别示出光源模块的光束照射于目标平面上的不同轴向(如：x轴与y轴)的光场示意图。

基于上述，由于本实施例的光源模块2000与前述的光源模块1000采用相同的概念，因此，光源模块2000同样地具有前述的光源模块1000所提及的优点，在此不再赘述。

图8为本发明实施例的舞台灯具的示意图。本实施例的舞台灯具3000包括光源模块3100与图案片3200。在本实施例中，光源模块3100例如是采用前述的光源模块1000、1000’或2000。另外，图案片3200可以是设置于通过中继透镜1300或2300的这些第一光束L1的传递路径上，当第一光束L1(或与第二光束L2)通过图案片3200时可以产生图案光束L3。详细而言，由于舞台灯具3000采用前述的光源模块1000、1000’或2000，因此在进行舞台上的灯光表演时，便可在单位面积下提供亮度较佳的舞台灯光效果。换言之，舞台灯具3000可通过使用光源模块1000、1000’或2000而可具有体积小、光强度较均匀与光照明面积较集中的优点。

综上所述，本发明实施例可达到下列功效的至少一个。首先，本发明通过锥形反射器的使用，使得光源模块可提供亮度更强且更为均匀的光线。另外，第一发光面产生的光束投射至对应的反射面上，而在该反射面上产生一投射位置且与中心轴之间的距离为d，且第一发光元件的发光面的尺寸定义为A，其中光源模块满足A/d²＜0.87时，光源模块可在较小的体积下提供光强度较均匀且光照明面积较集中的光线。此外，本发明的舞台灯具采用此光源模块而同样可具有其优点。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，仍属本发明专利覆盖的范围。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (21)

1.一种光源模块，包括：

锥状反射器，具有中心轴以及多个相互连接的侧面，且这些侧面环绕所述中心轴，其中所述锥状反射器包括：

多个反射元件，分别具有一反射面且这些反射面分别构成所述锥状反射器的侧面；

多个第一发光元件，相对设置于这些反射元件的一侧并分别具有一第一发光面，且每个第一发光元件的所述第一发光面用于提供第一光束，其中每个反射面用于反射对应的第一发光面所提供的所述第一光束，且每个第一发光面具有第一发光面积；以及

中继透镜，设置于被这些反射面所反射的这些第一光束的传递路径上，

其中所述光源模块满足A/d²＜0.87，d为所述第一光束投射至每个反射面上的投射位置与所述中心轴之间的距离，A为所述第一发光面积。

2.根据权利要求1所述的光源模块，其中上述光源模块满足0mm＜d＜30mm。

3.根据权利要求2所述的光源模块，其中所述光源模块满足10mm＜d＜30mm。

4.根据权利要求1所述的光源模块，还包括：

多个聚光透镜，分别设置于每个第一光束的传递路径上并位于每个第一发光元件与对应的反射元件之间。

5.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述锥形反射器还包括：

容置空间；以及

出光开口，连通所述容置空间，其中所述容置空间与所述出光开口由互相连接的这些反射元件环绕所述中心轴所构成。

6.根据权利要求5所述的光源模块，还包括：

第二发光元件，设置于所述容置空间内并位于所述中心轴上，且所述第二发光元件具有面向所述出光开口的第二发光面，其中所述第二发光面用于提供第二光束。

7.根据权利要求6所述的光源模块，其中所述第二发光元件为发光二极管元件。

8.根据权利要求5所述的光源模块，其中每个反射面的形状为梯形。

9.根据权利要求1所述的光源模块，其中这些反射元件的数量为n，且n为大于等于3的自然数。

10.根据权利要求9所述的光源模块，其中所述锥状反射器包括n角锥状反射器。

11.根据权利要求1所述的光源模块，其中每个反射元件为平面镜。

12.根据权利要求1所述的光源模块，其中每个反射元件与所述中心轴夹有一角度。

13.根据权利要求12所述的光源模块，其中所述角度落在15度至75度之间。

14.根据权利要求1所述的光源模块，其中每个第一发光面面向对应的反射元件的所述反射面。

15.根据权利要求14所述的光源模块，其中这些第一发光面的法向量垂直于所述中心轴。

16.根据权利要求1所述的光源模块，其中这些第一发光元件分别为发光二极管元件。

17.一种舞台灯具，包括：

光源模块，包括：

锥状反射器，具有一中心轴以及多个相互连接的侧面，且这些侧面环绕所述中心轴，其中所述锥状反射器包括：

多个反射元件，分别具有一反射面且这些反射面分别构成所述锥状反射器的侧面；

多个第一发光元件，相对设置于这些反射元件的一侧并分别具有一第一发光面，且每个第一发光元件的所述第一发光面用于提供第一光束，其中每个反射面用于反射对应的这些第一发光面所提供的所述第一光束，且每个第一发光面具有第一发光面积A；以及

中继透镜，设置于被这些反射面所反射的这些第一光束的传递路径上，其中所述光源模块满足A/d²＜0.87，d为每个第一光束投射至每个反射面上的投射位置与所述中心轴之间的距离，A为所述第一发光面积；

以及图案片，设置于通过所述中继透镜的这些第一光束的传递路径上。

18.根据权利要求17所述的舞台灯具，其中0mm＜d＜30mm。

19.根据权利要求18所述的舞台灯具，其中10mm＜d＜30mm。

20.根据权利要求17所述的舞台灯具，其中所述锥形反射器还包括：

容置空间；以及

出光开口，连通所述容置空间，其中所述容置空间与所述出光开口由互相连接的这些反射元件环绕所述中心轴所构成。

21.根据权利要求20所述的光源模块，还包括：

第二发光元件，设置于所述容置空间内并位于所述中心轴上，且所述第二发光元件具有面向所述出光开口的第二发光面，其中所述第二发光面用于提供第二光束。

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