CN107448865A - 光反射罩及具有光反射罩的照明装置 - Google Patents

光反射罩及具有光反射罩的照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光反射罩及具有光反射罩的照明装置，光反射罩包含主反射面及凸脊。主反射面为内凹面。凸脊自主反射面突起。凸脊具有相对的光源端、出光端以及延伸于光源端及出光端之间的脊顶反射面。脊顶反射面包含较接近光源端的第一部分以及较接近出光端的第二部分。第一部分与第二部分的相接处具有段差。照明装置包含光反射罩以及光源。光源设置于光反射罩具有主反射面及凸脊的一侧。

Description

光反射罩及具有光反射罩的照明装置
技术领域
本发明是关于一种光反射罩及具有光反射罩的照明装置；具体而言，本发明是关于一种能够提高有效光利用率的光反射罩及照明装置。
背景技术
照明装置可提供夜间活动时对周遭环境的辨识能力，并提高安全性。以自行车活动为例，照明装置可帮助使用者辨识前方是否有障碍物，以及地面的路况。然而，现有自行车照明装置所产生的光线容易在水平面上方的位置分布过量光线，这些光线会影响对向驾驶者的视觉，进而危害使用者的安全。此外，有些自行车照明装置的光源与内部构件(例如反射罩)之间有配合不佳的问题。例如，光源发出的光线未经反射罩而直接出光，不仅使有效的光利用率降低，还可能导致前方光线不足的情形。因此，现有照明装置的结构仍有待改进。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种光反射罩，可增加光线偏折角度。
本发明的一目的在于提供一种照明装置，可提高有效光的利用率。
光反射罩包含主反射面及凸脊。主反射面为内凹面。凸脊自主反射面突起。凸脊具有相对的光源端、出光端以及延伸于光源端及出光端之间的脊顶反射面。脊顶反射面包含较接近光源端的第一部分以及较接近出光端的第二部分。第一部分与第二部分的相接处具有段差。照明装置包含光反射罩以及光源。光源设置于光反射罩具有主反射面及凸脊的一侧。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明光反射罩的一实施例立体图。
图2及图3为本发明凸脊的侧剖视图。
图4为本发明光反射罩的另一实施例立体图。
图5为本发明光反射罩的侧视图。
图6A为本发明照明装置的一实施例立体图。
图6B为照明装置的侧视图。
图6C为照明装置的俯视图。
图7为测试照明装置的示意图。
图8A,8B,8C,8D为光源自照明装置不同位置出光的示意图。
图9为照明装置于参考平面的光型图。
图10为模拟照明装置于参考平面的照度分布图。
其中，附图标记
1 照明装置
10 光反射罩
12 主反射面
14 凸脊
20 光源
22 发光顶面
30 光学镜片
32 入光面
34 顶面
36 出光面
40 参考平面
50 地面
122 外缘
141 光源端
142 脊顶反射面
142A 第一部分
142B 第二部分
143 出光端
145 段差
147 内凹棱线
149 中心点
B11,B12,B13,B14 光线
B21,B22 光线
B31,B32 光线
B41,B42 光线
C 弧长
C2 弧长
D0,D1 投影线
D0’ 延伸线
G1,G2 照光区
h 高度差
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
本发明是有关照明装置，其内部具有光反射罩可改善光线分布。照明装置可用于自行车的车灯或是手持式照明设备，但不限于此。
图1为本发明光反射罩10的一实施例立体图。如图1所示，光反射罩10包含主反射面12及凸脊14。主反射面12为内凹面；在本实施例中，主反射面12的外缘122大部分为圆弧线或椭圆弧线。凸脊14自主反射面12突起，并具有相对的光源端141、出光端143以及延伸于光源端141及出光端143之间的脊顶反射面142。凸脊14的侧面连接主反射面12与脊顶反射面142。
脊顶反射面142包含较接近光源端141的第一部分142A以及较接近出光端143的第二部分142B。第一部分142A与第二部分142B的相接处具有段差145。藉由段差设计可将射向水平位置以上区域的光线导向水平位置以下的区域，使光线导向远端地面，增加照光范围。另外，如图1所示，第一部分142A在靠近光源端141的部分与主反射面142的垂直距离较第一部分142A在远离光源端141的部分与主反射面142的垂直距离来得小。
图2及图3为本发明凸脊14的侧剖视图。如图2所示，于凸脊14自光源端141延伸至出光端143的延伸路径上，第二部分142B所形成弧的弧长C2占脊顶反射面142所形成弧的弧长C的10～30％，以减少水平位置以上的光分布。在其他实施例，第二部分142B所形成弧的弧长C2较佳占脊顶反射面142所形成弧的弧长C的18％，以进一步减少水平位置以上的光分布。
此外，于凸脊14自光源端141延伸至出光端143的延伸路径上，第一部分142A所形成弧的平均曲率大于第二部分142B所形成弧的平均曲率。藉由曲率较小的第二部分可减少水平位置以上的光分布。于一实施例，于凸脊14自光源端141延伸至出光端143的延伸路径上，第二部分142B于出光端143的端点不突出于第一部分142A所形成弧的延伸线外。如图3所示，第二部分142B于出光端143处的端点与第一部分142A所形成弧的延伸线具有高度差h。换言之，第二部分142B其弧线于出光端143的端点相对于延伸线第一部分142A的延伸线内缩(朝z方向)而非突出。在其他实施例，例如，调整第二部分142B所形成的弧具有更小的曲率。藉此，第二部分142B其弧线于出光端143的端点可位在第一部分142A的延伸线上。
图4为本发明光反射罩10的另一实施例立体图。如图4所示，脊顶反射面142具有内凹棱线147自光源端141延伸至出光端143。内凹棱线147将脊顶反射面142分为两个表面。两个表面之间具有夹角小于180°。藉此设计，将光线导向前方时(例如沿y方向)，可使出光光型较为集中，换言之，自脊顶反射面142射出的光束会朝光线前进方向略微收敛。
图5为本发明光反射罩10的侧视图。如图5所示，主反射面具有外缘122，第二部分142B于出光端143的端缘突出于外缘122外。具体言之，第二部分142B于出光端143朝y方向，相对于内凹的主反射面12而突出于外缘122所在的虚拟面外。藉此可将射向外缘上侧的光线利用凸脊的第二部分142B导向水平位置以下的区域。
图6A为本发明照明装置1的一实施例立体图。请参考图4及图6A，照明装置1包含光反射罩10以及光源20。光源20设置于光反射罩10具有主反射面12及凸脊14的一侧。
在本实施例中，光源20具有发光顶面22，发光顶面22较佳可以为平面或为弧面。在以发光顶面22中心为原点定义的球座标系统(r,θ,φ)中，球座标系统以垂直发光顶面22中心的虚拟线作为一法线以定义一基准面。如图6A所示，以xy平面作为基准面，z轴作为通过发光顶面22中心的法线。
在此实施例，球座标系统中的各参数定义为：
r：座标点与原点的连线距离(径向长度)。
θ：座标点与原点的连线与法线间的夹角。
φ：座标点与原点的连线于基准面上的投影线与原点与脊顶反射面中心点的连线于基准面上投影线间的夹角。
如图6A所示，p点与发光顶面22中心的连线距离为r。p点与发光顶面22中心的连线与z轴间的夹角为θ。p点与发光顶面22中心的连线在xy平面具有投影线D1。脊顶反射面中心点149与发光顶面22中心的连线在xy平面具有投影线D0。为方便理解，将投影线D0延长为延伸线D0’。如图6A所示，投影线D1与延伸线D0’(或投影线D0)之间的夹角为φ。于一实施例，脊顶反射面142位于-31°<φ<31°的范围内。
此外，照明装置1还包含光学镜片30。光学镜片30设置于投影线D0上。详言之，以垂直发光顶面22中心的虚拟线作为一法线(如图6A的z轴)以定义基准面(如图6A的xy平面)，发光顶面22中心与脊顶反射面142中心点149的连线于基准面上具有投影线D0，光学镜片30设置于投影线D0上。在其他实施例，可调整光学镜片30沿D0的延伸方向设置。
图6B及图6C分别为照明装置的侧视图及俯视图。如前所述，θ定义为座标点与原点的连线与法线间的夹角(即座标点与发光顶面22中心的连线与z轴间的夹角)，其中，-90°<θ<90°是从座标点与发光顶面22中心的连线与正z轴间的夹角，于正y轴一侧为正值，且于负y轴一侧为负值。于一实施例，脊顶反射面142位于-90°<θ<25°的范围内。第二部分142B位于0°<θ<25°的范围内。
另外，如图6B所示，光学镜片30具有入光面32、顶面34以及出光面36。入光面32至少部分介于光源20与第二部分142B于出光端143的端缘间。如图6C所示，光学镜片30整体位于光反射罩10于基准面(如图6C的xy平面)的投影范围内。在其他实施例，光学镜片30的位置可视光照需求调整，例如将光学镜片30随光源20位置朝远离光反射罩10的方向(沿y方向)移动至部分突出于光反射罩10的投影范围外。
图7为测试照明装置1的示意图。如图7所示，依据德国自行车前灯检测法规(StVZO22A NO.23)的规范，模拟照明装置1于距离地面50一定高度，朝相距10公尺外的参考平面40的照度分布情形。照明装置1在参考平面40及地面50投射形成照光区G1与照光区G2。如图7所示，照光区G1分布于水平位置附近(参考平面的水平虚线)及地面之间。照光区G2分布于地面，自照明装置1朝前方延伸形成狭长型光带。
图8A,8B,8C,8D为光源自照明装置1不同位置出光的示意图。如图8A所示，光线B11,B12,B13,B14的路径是光源20经主反射面12反射后的状态。光源20朝主反射面12发出的光线，经主反射面12反射导向参考平面40(参考图7)。藉由主反射面12的内凹面设计，可将光线导向参考平面40，并使出光光型较为集中。
如图8B所示，光线B21,B22的路径是光源20经脊顶反射面142的第一部份142A反射后的状态。光源20朝凸脊14发出的光线，经第一部份142A反射，将光线导向地面50(参考图7)。藉此设计可将部分光线导向地面，增加照光范围。
如图8C所示，光线B31,B32的路径是光源20经脊顶反射面142的第二部份142B反射后的状态。光源20朝凸脊14发出的光线，经第二部份142B反射，将光线导向参考平面40接近水平虚线或水平虚线下缘的位置。换言之，藉由脊顶反射面的段差设计可增加光线偏向水平位置以下的角度，减少水平位置以上的光分布，提升有效光的利用率使光线导向远端地面，增加地面照光区的范围。
如图8D所示，光线B41,B42的路径是光源20经光学镜片30折射后的状态。光源20朝光学镜片30发出的光线，经内部折射后由出光面36出光，或经由顶面34全反射后由出光面36出光，将光线导向参考平面40或地面50。藉此设计可将朝水平位置上方投射的光线导向接近水平方向及地面，增加地面照光区的范围，并避免刺激对向驾驶者或行人。
图9为照明装置于参考平面的光型图。如图9所示，本发明的照明装置可有效减少水平位置(如图7中的水平虚线)以上的光分布，并且使照光区上缘光线分布较为集中，呈现亮暗分明的界线。藉此可避免水平位置以上的光线刺激对向驾驶者或行人，同时提高光利用率并提高水平位置附近以及水平位置以下区域的照度。
图10为模拟照明装置于参考平面的照度分布图。如图10所示，照明装置于参考平面的不同位置具有不同照度。依StVZO 22A NO.23的规范选取参考平面上的八个不同位置(A、HV、LB、RB、DB、C、LE、RE)，并观察其照度值(参见表1)，其中：
HV-LB-RB的连线为水平位置，其中HV点位于正中心，LB点与RB点分别位于HV点左右各4°的位置；
A点位于HV点上方3.4°的位置，规范明暗截止线所在位置的照度上限；
DB点位于HV点下方1.5°的位置；
C点位于HV点下方5°的位置；
LE点与RE点分别位于C点左右各8°的位置。
表1为对应图10的照明装置的位置-照度值测试结果。
表1
如表1所示，各位置的栏位中分别标示(上至下)：StVZO 22A NO.23的规范上/下限值、模拟照度值、以及测试结果。结果表明采用本发明的照明装置，在参考平面的各位置皆能符合规范。另外，StVZO 22A NO.23规范最大照度值(Emax)需小于1.2HV，而模拟得到Emax照度值为34.43，亦在规范的范围内。由此可知，本发明的照明装置不仅可改善出光分布、有效利用光源的光线，并且能提供照度充足的投射效果。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种光反射罩，其特征在于，包含：
一主反射面，为一内凹面；以及
一凸脊，自该主反射面突起；
其中，该凸脊具有相对的一光源端、一出光端以及一脊顶反射面延伸于该光源端及该出光端之间，该脊顶反射面包含：
一第一部分，较接近该光源端；以及
一第二部分，较接近该出光端；
其中，该第一部分与该第二部分的相接处具有一段差。
2.如权利要求1所述的光反射罩，其特征在于，于该凸脊自该光源端延伸至该出光端的延伸路径上，该第一部分所形成弧的平均曲率大于该第二部分所形成弧的平均曲率。
3.如权利要求1所述的光反射罩，其特征在于，于该凸脊自该光源端延伸至该出光端的延伸路径上，该第二部分所形成弧的弧长占该脊顶反射面所形成弧的弧长的10～30％。
4.如权利要求1所述的光反射罩，其特征在于，于该凸脊自该光源端延伸至该出光端的延伸路径上，该第二部分于该出光端的端点不突出于该第一部分所形成弧的延伸线外。
5.如权利要求1所述的光反射罩，其特征在于，该脊顶反射面具有一内凹棱线自该光源端延伸至该出光端。
6.如权利要求1所述的光反射罩，其特征在于，该主反射面具有一外缘，该第二部分于该出光端的端缘突出于该外缘外。
7.一种照明装置，其特征在于，包含：
如权利要求1至6中任一所述的光反射罩；以及
一光源，设置于该光反射罩具有该主反射面及该凸脊的一侧。
8.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，该光源具有一发光顶面，在以该发光顶面中心为原点定义的一球座标系统(r,θ,φ)中，该脊顶反射面位于-31°<φ<31°的范围内；其中该球座标系统以垂直该发光顶面中心的虚拟线作为一法线以定义一基准面：
θ：座标点与原点的连线与该法线间的夹角；
φ：座标点与原点的连线于该基准面上的投影线与原点与该脊顶反射面中心点的连线于该基准面上投影线间的夹角。
9.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，该脊顶反射面位于-90°<θ<25°的范围内。
10.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，该第二部分位于0°<θ<25°的范围内。
11.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，进一步包含一光学镜片；其中，以垂直该发光顶面中心的虚拟线作为一法线以定义一基准面，该发光顶面中心与该脊顶反射面中心点的连线于该基准面上具有一投影线，该光学镜片设置于该投影线上。
12.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该光学镜片具有一入光面，该入光面至少部分介于该光源与该第二部分于该出光端的端缘间。
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