CN108954212A - 导光柱与使用其的车用灯具 - Google Patents

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Abstract

一种导光柱与使用其的车用灯具。车用灯具包含散热基座、光源、导光柱与聚焦透镜。光源设置于散热基座上，并提供光束。导光柱设置于散热基座上，且导光柱的入光面设置以接收光源所提供的光束。导光柱设置以使光源所提供的光束自导光柱的出光面与下表面出光，其中出光面与下表面毗邻。聚焦透镜设置以接收自导光柱的出光面所提供的光束。因此，车用灯具所投射的照射区域之中的暗区仍可具有一定亮度而非全黑。

Description

导光柱与使用其的车用灯具
本申请是申请日为2015年08月05日、申请号为201510472843.6、发明名称为“导光柱与使用其的车用灯具”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种导光柱与使用其的车用灯具。
背景技术
随着照明科技的发展，运输工具上所使用的灯具也成为其发展的一大重点。配合现今科技，由于发光二极管(light-emitting diode；LED)的问世，使得通过发光二极管所设计的灯具有高亮度、消耗功率低与稳定发光状态等优点，因此车用灯具的发光源已经从灯泡被置换为LED灯。
然而，于车用灯具的设计之中，碍于发光二极管灯的形状与其面积，发光二极管灯所发射的光束在聚焦的后将会有不符合车辆照明的规范的潜在问题。亦即，当车用灯具透过发光二极管灯提升照明效能的同时，车用灯具所提供的照明光的光型或是其照明范围可能会不符合车辆照明的规范。因此，如何能在符合车辆照明规范的情况下提升车用灯具的照明效率，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。
发明内容
有鉴于此，本发明的一实施方式提供一种车用灯具，其透过导光柱的导光结构使得光源所提供的光束可自导光柱的出光面与下表面出光。自导光柱的出光面与下表面发射的光束将分别投射至照射区域的亮区与暗区之中。因此，车用灯具所投射的照射区域之中的暗区仍可具有一定亮度而非全黑。此外，通过导光柱的凹陷结构，车用灯具所提供的光型可以对明暗截止线附近的检测点作修正，使得光型可符合车用照明的规范。
本发明的一实施方式提供一种用于车用灯具的导光柱。导光柱包含结构本体与导光结构。结构本体具有入光面、出光面以及位于入光面与出光面之间且彼此相对的上表面与下表面。结构本体用以将自入光面进入的光束的一部分导引至出光面。导光结构设置于上表面。导光结构用以将自入光面进入的部分光束，自上表面导引至下表面并穿过下表面。
于部分实施方式中，导光柱还包含凹陷结构。凹陷结构设置于下表面并毗邻出光面。凹陷结构用以定义自出光面所射出的光束的边界形状。
于部分实施方式中，上表面与下表面的其中至少一者为自结构本体向外凸出的曲面。
于部分实施方式中，出光面为朝结构本体内部凹陷的曲面。
于部分实施方式中，入光面与出光面之间的垂直距离，自出光面与上表面邻接的界线至出光面与下表面邻接的界线为渐增或渐减。
于部分实施方式中，导光结构毗邻出光面。
于部分实施方式中，结构本体还包含互相连接的入光部与出光部，其中入光面与出光面分别位于入光部与出光部上，并彼此相对。
于部分实施方式中，导光结构位于出光部上。
于部分实施方式中，入光部与出光部的其中至少一者为根据三维曲线所构成的图形的部分区块。
于部分实施方式中，构成入光部的三维曲线用以使自入光面进入结构本体的光束透过入光部聚焦至出光面，其中，三维曲线可以是三维圆锥曲线。
于部分实施方式中，结构本体为中空结构，且结构本体具有破孔。破孔位于下表面，其中由导光结构导引的部分光束，透过破孔穿过下表面。
于部分实施方式中，结构本体为实心结构，且导光结构为用以定义全反射界面的凹陷式结构。
于部分实施方式中，导光柱还包含定位部。定位部设置于结构本体上，且具有至少一定位孔。
于部分实施方式中，导光柱还包含框架与定位部。框架具有开口，其中结构本体通过置于开口之中而与框架连接。定位部设置于框架上。
本发明的一实施方式提供一种车用灯具，包含散热基座、光源、导光柱与聚焦透镜。光源设置于散热基座上，并提供光束。导光柱设置于散热基座上，且导光柱的入光面设置以接收光源所提供的光束。聚焦透镜设置以接收自导光柱的出光面与下表面所提供的光束。
于部分实施方式中，聚焦透镜具有焦平面，且部分焦平面与出光面重合。
于部分实施方式中，聚焦透镜具有焦平面，且焦平面与出光面至少相交于一直线。
于部分实施方式中，导光柱还包含定位部。定位部设置于结构本体上。定位部具有至少一定位孔。车用灯具还包含至少一定位元件，结构本体透过定位元件穿过定位孔并锁附于散热基座上固定。
附图说明
图1绘示本发明的车用灯具的第一实施方式的侧视示意图；
图2A绘示图1的车用灯具的导光柱的立体示意图；
图2B绘示图1的车用灯具的导光柱的上视示意图；
图2C绘示图1的车用灯具的导光柱的下视示意图；
图2D绘示图2A的导光柱以视角O1观之的示意图；
图2E绘示图2A的导光柱以视角O2观之的示意图；
图3绘示图1的车用灯具所投射的光束的光型示意图；
图4绘示本发明的车用灯具的第二实施方式中的导光柱的侧视示意图；
图5绘示本发明的车用灯具的第三实施方式的侧视示意图；
图6A绘示图5的车用灯具的导光柱的立体示意图；
图6B绘示图5的车用灯具的导光柱的上视示意图；
图6C绘示图6B的导光柱沿线段II’的侧剖面示意图；
图6D绘示图5的车用灯具的导光柱的正视示意图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
有鉴于当车用灯具透过发光二极管提升照明效能时，所提供的照明光的光型或是照明范围可能会不符合车辆照明的规范。本发明的车用灯具透过导光柱的导光结构使得光源所提供的光束可自导光柱的出光面与下表面出光，其中自导光柱的出光面与下表面发射的光束分别投射至照射区域的亮区与暗区。因此，车用灯具所投射的照射区域之中的暗区仍可具有一定亮度而非全黑。
请参照图1，图1绘示本发明的车用灯具100的第一实施方式的侧视示意图。车用灯具100包含散热基座102、光源104、导光柱110与聚焦透镜106。光源104设置于散热基座102上，并提供光束，其中光源104可以具有发光二极管(light-emitting diode；LED)阵列或是发光二极管芯片。导光柱110设置于散热基座102上，且导光柱110的入光面114设置以接收光源104所提供的光束。聚焦透镜106设置以接收自导光柱110的出光面116与下表面119所提供的光束L1、L2与L3。聚焦透镜106具有光轴108，其中导光柱110设置于光轴108的一侧。
图1中，导光柱110位于光轴108的上方。导光柱110用以修正光源104所提供的光束的光型，使得光源104所提供的光束在经过导光柱110的修正后，可以透过聚焦透镜106投射出符合车辆照明规范的光型。以下叙述为先对导光柱110的结构与其对光型的修正作说明。
请参照图2A至图2E。图2A绘示图1的车用灯具100的导光柱110的立体示意图。图2B绘示图1的车用灯具100的导光柱110的上视示意图。图2C绘示图1的车用灯具100的导光柱110的下视示意图。图2D绘示图2A的导光柱110以视角O1观之的示意图。图2E绘示图2A的导光柱110以视角O2观之的示意图。
导光柱110包含结构本体112与导光结构120。本实施方式中，结构本体112为实心结构。结构本体112具有入光面114、出光面116以及位于入光面114与出光面116之间且彼此相对的上表面118与下表面119。结构本体112用以将自入光面114进入的部分光束导引至出光面116，其中自入光面114被导引至出光面116的光束如2E图的光束L1与L2所示。
此外，本实施方式中，上表面118与下表面119为自结构本体112向外凸出的曲面。透过曲面结构的上表面118与下表面119，自入光面114进入的部分光束可以被集中至出光面116上，以增加结构本体112的光学效率，然而不以此为限。例如，于部分实施方式中，上表面118与下表面119是以其中的一者为自结构本体112向外凸出的曲面。
导光结构120设置于上表面118且毗邻出光面116。导光结构120用以将自入光面114进入的另一部分的光束，自上表面118导引至下表面119并穿过下表面119，其中自上表面118被导引至下表面119并穿过下表面119的光束如2E图的光束L3所示。此外，导光结构120为用以定义全反射界面的凹陷式结构。
具体而言，图1中，导光柱110可以使光源104所提供的光束自结构本体112的出光面116与下表面119朝聚焦透镜106发射，其中出光面116与下表面119为结构本体112上的互相毗邻的表面。
请参照图1与图3，其中图3绘示图1的车用灯具100所投射的光束的光型示意图。图3所绘的光型示意图为车用灯具100朝测试屏(例如白屏或是白墙)投射光束时，测试屏上所呈现的照射区域A(或亮度分布区域)，其中此照射区域A具有亮区A1(实线内的区域)、暗区A2(虚线内的区域)以及亮区A1与暗区A2之间的明暗截止线(cut-off line)C。照射区域A的亮区A1主要是通过来自出光面116所提供的光束经聚焦透镜106投射而形成。
图1中，导光柱110所提供的光束L1、L2与L3可以透过聚焦透镜106的折射机制，而分别投射至照射区域A上所对应的位置。于聚焦透镜106的折射机制中，根据几何光学的成像规则，导光柱110所提供的光型的入射面与透过聚焦透镜106投射后的光型的入射面将呈上下颠倒且左右相反的相对关系。
当导光柱110所提供的光束L1与L2是自出光面116朝聚焦透镜106发射时，由于光束L1与L2入射至聚焦透镜106的位置为位于光轴108之上，因此，透过聚焦透镜106的折射机制，自出光面116发射的光束L1与L2可以被投射至亮区A1(即测试屏的下方)。当导光柱110所提供的光束L3是自下表面119朝聚焦透镜106发射时，由于光束L3入射至聚焦透镜106的位置为光轴108之下，透过聚焦透镜106的折射机制，自下表面119发射的光束L3可以被投射至暗区A2(即测试屏的上方)。
亦即，于受本发明的车用灯具100所投射的照射区域A中，明暗截止线C以上的暗区A2仍可具有一定亮度而非全黑。换言之，光源104所提供的一部分的光束可由导光结构120(请见图2A)导引至暗区A2，并作为暗区A2的亮度补强。因此，导光结构120(请见图2A)可以视为一种暗区补光结构。再者，由于作为暗区A2的亮度补强的光束为占光源104所提供的光束的部分，因此暗区A2于受补强后的亮度也不会有不符合规范的状况发生。以下将对结构本体112(请见图2A)上的用以修正所投射的光型的结构作更细节的描述。
请参照图2A至图2E与图3。导光柱110还包含凹陷结构122。凹陷结构122设置于下表面119并毗邻出光面116。凹陷结构122用以定义自出光面116所射出的光束的边界形状。同前所述，照射区域A的亮区A1主要是通过接收来自出光面116所提供的光束而形成，且出光面116所提供的光束的光型与透过聚焦透镜106投射后的光型将呈上下颠倒且左右相反的相对关系。因此，设置于下表面119的凹陷结构122可定义照射区域A的亮区A1的上缘部分的边界B。换言之，设置于结构本体112的下表面119并毗邻出光面116的凹陷结构122可修正照射区域A中接近明暗截止线C的光型，如图3所示。因此，通过凹陷结构122，车用灯具100所提供的光型可以对明暗截止线C附近的检测点作修正，使得所投射的光型可符合车用照明的规范。
请再看到图1与图2A至图2E。出光面116为朝结构本体112内部凹陷的曲面。通过此朝结构本体112内部凹陷的曲面，导光柱110能更有效率的将来自入光面114的光束导引至出光面116。例如，凹陷的曲面可以提供光束聚焦于出光面116。此外，出光面116在水平方向的尺寸可以大于入光面114。
除此之外，本实施方式中，入光面114与出光面116之间的垂直距离，自出光面116与上表面118邻接的界线至出光面116与下表面119邻接的界线为渐增。举例而言，入光面114至出光面116与上表面118邻接的界线的垂直距离为距离D1，入光面114至出光面116与下表面119邻接的界线的垂直距离为距离D2，其中距离D1小于距离D2。亦即，出光面116为非垂直的面。于图1的导光柱110与聚焦透镜106的配置中，出光面116可视为一个后倾的斜面，使得聚焦透镜106所具有的焦平面107可与出光面116至少相交于一直线。换言之，出光面116的配置位置为接近焦平面107而不与焦平面107贴合(或重合)。
于此配置下，车用灯具100所提供的光型可以具有雾化效果。例如，于图3的亮区A1之中，于除了明暗截止线C之外的三个边界上，车用灯具100所提供的亮暗界线可以被雾化。此外，后倾配置的出光面116可用以调整车用灯具100所提供的光束的发射角度，使得车用灯具100所提供的光束的落地点可以被控制以更接近装配有本发明的车用灯具100的车辆。
此外，导光柱110还包含定位部130。定位部130设置于结构本体112上。定位部130具有至少一定位孔132。车用灯具100还包含至少一定位元件138，结构本体112透过定位元件138穿过定位孔132并锁附于散热基座102上固定，如图1所示。本实施方式中，结构本体112与定位部130为一体成形，然而不以此为限。
综上所述，本发明的车用灯具100可透过导光结构120对照射区域A的暗区A2作补光，使得照射区域A的暗区A2仍有一定程度的亮度。此外，车用灯具100所投射的光型可透过导光柱110上的多个结构作修正，以增加车用灯具100的光学效率与使车用灯具100所提供的光型符合车辆照明的规范。
请参照图4，图4绘示本发明的车用灯具100的第二实施方式中的导光柱110的侧视示意图。本实施方式与第一实施方式的差异在于，本实施方式的结构本体112为中空结构。
本实施方式中，中空结构的结构本体112可视为壳体。结构本体112具有破孔128。破孔128位于下表面119。同样地，导光结构120用以将自入光面114进入的另一部分的光束L3，自上表面118导引至下表面119并穿过下表面119。
于此配置下，由导光结构120所导引的光束L3可透过破孔128穿过下表面119。同样地，当透过破孔128穿过下表面119的光束L3由聚焦透镜106(请见图1)收集后，通过聚焦透镜106(请见图1)的折射机制，此光束L3将可以投射至照射区域A中的暗区A2(请见图3)。
请参照图5以及图6A至图6D。图5绘示本发明的车用灯具100的第三实施方式的侧视示意图。图6A绘示图5的车用灯具100的导光柱110的立体示意图。图6B绘示图5的车用灯具100的导光柱110的上视示意图。图6C绘示图6B的导光柱110沿线段II’的侧剖面示意图。图6D绘示图5的车用灯具100的导光柱的110的正视示意图。
车用灯具100的元件的配置与第一实施方式相似，在此不再赘述。本实施方式与第一实施方式的差异在于，本实施方式中的结构本体112还包含互相连接的入光部124与出光部126。
图6A至图6D中，结构本体112可视为由相邻并连接的入光部124与出光部126组成。入光面114与出光面116分别位于入光部124与出光部126上，并彼此相对。
本实施方式中，入光部124与出光部126的其中至少一者为根据三维曲线所构成的图形的部分区块。例如，入光部124的设计可以根据三维椭圆所构成的图形。由于椭圆所构成的图形具有焦点(或焦面)，透过此焦点(或焦面)，入光部124可以有效地将自入光面114进入的光束导引至出光部126之中。换言之，构成入光部124的三维曲线用以使自入光面114进入结构本体112的光束透过入光部124聚焦至出光面116，如图6B与图6C的光束L1与L2所示。于部分实施方式中，此三维曲线可以是三维圆锥曲线，然而不以此为限。
此外，本实施方式的导光结构120是位于出光部126上。同样地，入光部124与出光部126为实心结构，而导光结构120为用以定义全反射界面的凹陷式结构。导光结构120用以将自入光面114进入的另一部分的光束，自上表面118导引至下表面119并穿过下表面119，如图6C的光束L3所示。
本实施方式中，导光柱110还包含凹陷结构122，如图6A与图6D所示。凹陷结构112设置于下表面119并毗邻出光面116，其中凹陷结构122用以定义自出光面116所投射的光型的边界形状。同前所述，透过聚焦透境106(请见图1)的折射机制，导光柱110的出光面116所提供的光型的入射面与透过聚焦透镜投射后的光型的入射面将呈上下颠倒且左右相反的相对关系。因此，设置于下表面119的凹陷结构122可设置以定义照射区域A的亮区A1的上缘部分的边界B(请见图3)，使得车用灯具100所提供的光型可符合车用照明的规范。
除此之外，本实施方式中，入光面114与出光面116之间的垂直距离，自出光面116与上表面118邻接的界线至出光面116与下表面119邻接的界线为渐减，如图6C所示。举例而言，入光面114至出光面116与上表面118邻接的界线的垂直距离为距离D1，入光面114至出光面116与下表面119邻接的界线的垂直距离为距离D2，其中距离D1大于距离D2。
同样地，出光面116为非垂直的面。于图5的导光柱110与聚焦透镜106的配置之中，出光面116可视为一个前倾的斜面，使得聚焦透镜106所具有的部分焦平面107与出光面116重合。换言之，导光柱110的出光面116是落于焦平面107之中。
于此配置下，由于导光柱110的出光面116是落于焦平面107之中，车用灯具100所提供的光型可以具有增强明暗截止的效果。换言之，于车用灯具100的照射区域的亮区之中，亮区与其周遭的区域的明暗对比会受到强化。
然而，应了解到，以上所举的出光面116的前倾配置仅为例示，而非用以限制本实施方式。本发明所属技术领域中具有通常知识者，可依实际需要，弹性选择出光面116的配置，以设计或修正车用灯具100所提供的光型。举例而言，于第一实施方式的导光柱110与聚焦透镜106的配置关系中，出光面116也可以采前倾的方式配置。或者，于第三实施方式的导光柱110与聚焦透镜106的配置关系中，出光面116也可以采后倾的方式配置。
此外，导光柱110还包含框架134与定位部130。框架134具有开口136，其中结构本体112通过置于开口136之中而与框架134连接。结构本体112与框架134可以是一体成形，然而不以此为限。定位部130设置于框架134上，且定位部130包含定位孔132。结构本体112可透过定位元件138穿过定位孔132并锁附于散热基座102上固定。
综上所述，本发明的车用灯具透过导光柱的导光结构使得光源所提供的光束可自导光柱的出光面与下表面出光，其中自导光柱的出光面与下表面发射的光束分别投射至照射区域的亮区与暗区。因此，车用灯具所投射的照射区域之中的暗区仍可具有一定亮度而非全黑。换言之，导光柱的导光结构可以视为一种暗区补光结构，使得车用灯具于照射区域之中所提供的亮度分布可以符合规范。此外，透过聚焦透镜的折射机制，设置于结构本体的凹陷结构可定义照射区域的亮区的上缘部分边界的形状。通过凹陷结构，车用灯具所提供的光型可以对明暗截止线附近的检测点作修正，使得光型可符合车用照明的规范。
虽然本发明已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种导光柱，其特征在于，用于一车用灯具，该导光柱包含：
一结构本体，具有一入光面、一出光面以及位于该入光面与该出光面之间且彼此相对的一上表面与一下表面，该结构本体用以将自该入光面进入的一光束的一部分导引至该出光面，该结构本体还包含互相连接的一入光部与一出光部，该入光面与该出光面分别位于该入光部与该出光部上，并彼此相对，该入光部与该出光部的其中至少一者为根据一三维曲线所构成的图形的部分区块；以及
一导光结构，设置于该上表面，该导光结构用以将自该入光面进入的部分的该光束，自该上表面导引至该下表面并穿过该下表面。
2.根据权利要求1的导光柱，其特征在于，该导光结构位于该出光部上。
3.根据权利要求1的导光柱，其特征在于，构成该入光部的该三维曲线用以使自该入光面进入该结构本体的该光束透过该入光部聚焦至该出光面。
4.根据权利要求1的导光柱，其特征在于，该三维曲线是三维圆锥曲线。
5.一种车用灯具，其特征在于，包含：
一散热基座；
一光源，设置于该散热基座上，并提供一光束；
如权利要求1至4中任一项权利要求所述的导光柱，设置于该散热基座上，该入光面设置以接收该光源所提供的该光束；以及
一聚焦透镜，设置以接收自该导光柱的该出光面与该下表面所提供的该光束。
6.根据权利要求5的车用灯具，其特征在于，该聚焦透镜具有一焦平面，且部分该焦平面与该出光面重合。
7.根据权利要求5的车用灯具，其特征在于，该聚焦透镜具有一焦平面，且该焦平面与该出光面至少相交于一直线。
8.根据权利要求5的车用灯具，其特征在于，该导光柱还包含一定位部，设置于该结构本体上，该定位部具有至少一定位孔，该车用灯具还包含至少一定位元件，该结构本体透过该定位元件穿过该定位孔并锁附于该散热基座上固定。
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