TW201500692A - Led自行車燈 - Google Patents

Abstract

一種LED自行車燈，LED自行車燈包含半反射面及下方之光源定位部，光源定位部供設置至少一LED光源，LED光源發光方向為向上。半反射面使用間接照明的平滑曲面反射鏡面設計，以調整LED光源之光束。藉由反射面之設計，LED自行車燈將LED光源調控為中心亮度最大及照幅寬廣的光形，且符合德國K-Mark配光標準。

Description

LED自行車燈

本發明是有關於一種LED自行車燈，特別是有關於一種具有半反射式平滑曲面反射面設計之LED自行車燈。

近年來國內與歐洲各國皆掀起一股自行車熱潮，以巴黎市區為例，已有上萬輛單車可供大眾租用，遍布在全市一千四百多個借還站。如果一輛車每天換手率是十次的話，這意味著每天有二十萬人次的通勤需求，會由排碳汽車轉為人力。換算起來那可能是數以十萬輛計的汽車減量，對城市的能源、空污、噪音、廢熱、交通事故和市民健身需求，都有莫大的影響。因此可預期自行車在市區將成為主要代步工具，夜間使用時間增加，自行車頭燈市場需求亦隨之增加，因此如何設計自行車頭燈符合嚴格的德國K-Mark配光標準，以提高產品價值（無法符合配光法規要求的燈具，只能以手電筒名義銷售，一般手電筒售價有限僅數百元，若能符合配光法規要求，就能以自行車頭燈名義銷售，則售價可提高上千元）。

由於LED並非點光源，針對傳統各類照明應用，LED燈具需配合LED特性重新設計，此亦為國內LED照明研究與推廣之未來重點研發方向，而一般自行車為學生在校園內主要代步工具，因此本發明針對高功率白光LED形式應用於自行車頭燈的照明設計、雛型製作、與配光實測比較。

請參閱第1圖，第1圖為一種使用多重曲面反射面燈座之LED自行車燈之立體示意圖。如第1圖所示，習知的中華民國專利I316034 (2009/10/21)為自行車頭燈10，包括本體(未繪示)、反射罩100、LED燈(未繪示)；反射罩100為多重反射面設計方式以控制LED燈的光源朝水平軸下方及前方路面發散射出，減少行車方向水平軸上方照射亮度，以降低來向車道會車時刺眼的眩光產生並提升騎乘安全。請參閱第2圖，第2圖為使用多重曲面反射面燈座之LED自行車燈之模擬亮度分布圖。

由於習知自行車燈的反射鏡面採用多重曲面，而多重曲面的反射鏡片數較多，使得模具製作之人工拋光需較高的技術與成本，造成較高的生產門檻，不利於產品及技術的推廣。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種LED自行車燈，以解決習知LED自行車燈多重曲面的設計及製造問題。

緣是，本發明提出一種LED自行車燈。本發明提出的LED自行車燈包含由半反射面構成的透光鏡座，半反射面下方設有光源定位部，光源定位部可供設置至少一LED光源。半反射面採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整LED光源之光束。

續言之，透光鏡座將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。

續言之，本發明提出的LED自行車燈之LED光源為白光LED。

續言之，本發明提出的LED自行車燈之LED光源位於半反射面之焦點。

續言之，本發明提出的LED自行車燈之LED光源係位於半反射面下方，且以向上擴散方式射出光線，射出之光線經過半反射面反射後向前方射出。

根據本發明之另一目的，又提出另一種LED自行車燈。本發明提出的LED自行車燈包含半反射面及折射透鏡所構成的透光鏡座，半反射面下方設有光源定位部，光源定位部可供設置至少一LED光源。半反射面採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整LED光源之光束。

續言之，透光鏡座將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。

續言之，本發明提出的LED自行車燈之LED光源為白光LED。

續言之，本發明提出的LED自行車燈之LED光源位於半反射面之焦點。

續言之，本發明提出的LED自行車燈之LED光源係位於半反射面下方，且以向上擴散方式射出光線，射出之光線經過半反射面反射後向前方射出。

承上所述，依本發明之LED自行車燈，其可具有一個或多個下述優點：
(1) 此LED自行車燈可以將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。
(2) 此LED自行車燈所發射之光形可符合德國K-Mark配光標準。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。

10‧‧‧使用多重曲面反射面燈座之LED自行車燈
20‧‧‧使用平滑曲面之半反射面燈座之LED自行車燈
30‧‧‧使用平滑曲面之半反射面及折射透鏡燈座之LED自行車燈
100‧‧‧多重曲面反射面
110‧‧‧折射透鏡
200‧‧‧半反射面
210‧‧‧光源定位部
220‧‧‧LED燈
230‧‧‧折射透鏡

第1圖為一種使用多重曲面反射面燈座之LED自行車燈之立體示意圖。
第2圖為使用多重曲面反射面燈座之LED自行車燈之模擬亮度分布圖。
第3圖為本發明第一實施例之使用平滑曲面之半反射面燈座之LED自行車燈之立體示意圖。
第4圖為本發明第一實施例之使用平滑曲面之半反射面燈座之LED自行車燈之模擬亮度分布圖。
第5圖為本發明第二實施例之使用平滑曲面之半反射面及折射透鏡燈座之LED自行車燈之立體示意圖。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文依本發明之LED自行車燈，特舉較佳實施例，並配合所附相關圖示，作詳細說明如下，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

緣是，本發明係揭露一種LED自行車燈，包含由半反射面構成的透光鏡座，半反射面下方設有光源定位部，光源定位部可供設置至少一LED光源。半反射面採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整LED光源之光束。本發明之LED自行車燈可以將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形，並可符合德國K-Mark自行車燈的配光標準。

請參閱第3圖，第3圖為本發明第一實施例之使用平滑曲面之半反射面燈座之LED自行車燈之立體示意圖。第3圖中LED自行車燈20包含半反射面200，半反射面200下方設有光源定位部210，光源定位部210可供設置至少一LED光源220。半反射面200採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整LED光源之光束。

續言之，本發明提出的LED自行車燈20將LED光源220調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。

續言之，本發明提出的LED自行車燈20之LED光源為220白光LED。

續言之，本發明提出的LED自行車燈20之LED光源220位於半反射面200之焦點。

續言之，本發明提出的LED自行車燈20之LED光源220係位於半反射面200下方，且以向上擴散方式射出光線，射出之光線經過半反射面200反射後向前方射出。

請參閱第5圖，第5圖為本發明第二實施例之使用平滑曲面之半反射面及折射透鏡燈座之LED自行車燈之立體示意圖。根據本發明之另一目的，又提出另一種LED自行車燈。本發明提出的LED自行車燈30包含半反射面200及折射透鏡230所構成的透光鏡座，半反射面200下方設有光源定位部210，光源定位部210可供設置至少一LED光源220，前述之折射透鏡230位於光源定位部210前方。半反射面200採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整LED光源220之光束。

續言之，本發明提出的LED自行車燈30將LED光源220調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。

續言之，本發明提出的LED自行車燈30之LED光源為220白光LED。

續言之，本發明提出的LED自行車燈20之LED光源220位於半反射面200之焦點。

續言之，本發明提出的LED自行車燈30之LED光源220係位於半反射面200下方，且以向上擴散方式射出光線，射出之光線經過半反射面200反射後向前方射出。

以下為本發明提出的LED自行車燈與習知一反射面設計的LED自行車燈之模擬效能評估，以及本發明提出的LED自行車燈實體雛型之光強度實際量測結果。其中，燈具反射鏡面幾何形狀設計軟體使用SolidWorks、CATIA及Rhionceros，模擬配光與光學分析軟體為ASAP，採用的光源為Lambertian LED，但不以此為限。

在歐洲自行車使用發達的國家，包括德國、法國、英國等，對自行車燈具均訂有相關法規標準，尤其以德國最為嚴謹。在德國，自行車燈具為強制性認證之產品，其照射出來的亮度、明暗區塊配置等都有一定的光型要求，例如頭燈的中央亮度必須達10 Lux以上，如此才能確保在夜間騎乘時的安全。

德國K-Mark配光規範的要求如第6圖所示，分暗區與亮區、暗區至亮區間有明暗截止線，光型的上方暗區要求不得過亮（以測試區域( zone )最大值限制），而亮區則於下方設定許多測試點最小值的要求。其中，共有7個測試點最小值要求：左右最遠為4度、上下最遠為+3.4～－5度之非對稱分佈，並於HV上方3.4度水平線及以上區域最大值不得超過2 Lux。自行車頭燈配光設計之光域分佈結果，若超過測試區域以外的光束不在配光區域形同浪費，因此對於LED光型分佈角度左右超過4度以上的光束、上下超過+3.4～－5度以外的光束，需藉由照明設計方式調整至配光區域內以提高光源利用率。

依據國際分類，照明器具之配光方式可依其向上光束與向下光束的百分比，區分為五種：
(1) 直接照明：向下光束占90%～100%。
(2) 半直接照明：向下光束占60%～90%。
(3) 全般擴散照明：向下光束占40%～60%。
(4) 半間接照明：向下光束占10%～40%、向上光束占60%～90%。
(5) 間接照明：向下光束占0%～10%、向上光束占90%～100%。
LED的發光強度變化取決於LED的封裝方式，如內建微透鏡將可改變不同視角與相對發光強度的分佈關係，以因應用途需求而強化發光指向性（集中）或擴散（分散），因此LED燈具設計可採用直接照明或間接照明的配光方式設計，本發明將以間接照明設計方式來設計自行車頭燈燈具，並以使用最低的LED流明數為設計目標。

間接照明設計採用反射型照明器具，反射型照明器具係用於控制光源所發出之光束的投射方向，良好的反射鏡設計，不但可以減少燈具吸收光束，並可將光束作定向投射，如此即可提高所謂的照明效率（光源與燈具組合體之總投射光束占發光源總投射光束之比），為了有效控制配光效果，反射型器具可分為五種：特狹照型、狹照型、中照型、廣照型、特廣照型，但由於傳統光源為點光源特性，而LED為面光源，其發光特性非全方位，因此反射鏡面重新設計為本發明之主要設計重點，藉由CAD－SolidWorks、CATIA、Rhinoceros等軟體來設計燈具的反射鏡面幾何形狀，而習知一般自行車燈多採用多重反射鏡面的設計方式，但是反射鏡片數較多使得模具製作之人工拋光需較高的技術與成本，所以本發明採用平滑曲面的設計方式。之後，再以CAE軟體－ASAP以模擬光形分佈與分析光度大小。

請參閱第4圖，第4圖為本發明第一實施例之使用平滑曲面之半反射面燈座之LED自行車燈之模擬亮度分布圖。經過模擬設計之後，本發明之採用半反射面透光鏡座之LED自行車燈之模擬亮度分布圖。其中，Lambertian LED的最低流明數需求為45 Lm。

本發明以間接照明設計方式來設計自行車頭燈燈具，採用平滑曲面的設計方式，將LED主要光束調整至要求的光型範圍內，反射鏡面固定寬30 mm、縱深20 mm，經過模擬設計，得到Lambertian LED需求的最低流明數為45 Lm，各測試點的設計值如表1所示，茲將重要結果與討論分析如下：Lambertian LED採用美國LED大廠Cree生產的1 Watt 白光Lambertian LED：XLamp@XP-C，而LED方向朝上，因此LED主軸與光軸方向垂直，反射鏡面設計經過設計得到最佳情形時的反射鏡面的外形與配光結果如第4圖所示，配光左右分佈8度，上分佈2.5度、下分佈6度，比較各測試點的設計值（LED為45 Lm）與法規要求值，分析得知每個測試點或測試區域皆可符合規範，可見以Lambertian LED搭配反射面的設計方式，可充分符合要求。

本發明提出的LED自行車燈實體雛型之配光實測是藉由配光儀量測LED自行車燈實體雛型光形個別測試點之光度數據。使用Lambertian LED CREE-XPC搭配半反射面的雛形實測與原設計光形之定量比較如表2所示，雛型實測值與設計值雖有少數點略有差異，但大致上呈現近似。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

 

30‧‧‧使用平滑曲面之半反射面及折射透鏡燈座之LED自行車燈

200‧‧‧半反射面

220‧‧‧LED燈

230‧‧‧折射透鏡

Claims (10)

1. 一種LED自行車燈，包含：由一半反射面構成之一透光鏡座，該半反射面下方設有一光源定位部，該光源定位部可供設置至少一LED光源；該半反射面採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整該LED光源之光束。
2. 如申請專利範圍第1項所述之LED自行車燈，其中該透光鏡座將該LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。
3. 如申請專利範圍第1項所述之LED自行車燈，其中該LED光源為白光LED。
4. 如申請專利範圍第1項所述之LED自行車燈，其中該LED光源位於該半反射面之焦點。
5. 如申請專利範圍第1項所述之LED自行車燈，其中該LED光源係位於該半反射面下方，且以向上擴散方式射出一光線，該光線經過該半反射面反射後向前方射出。
6. 一種LED自行車燈，包含：一半反射面及一折射透鏡構成之一透光鏡座；該半反射面下方設有一光源定位部，該折射透鏡位於該光源定位部前方；該光源定位部可供設置至少一LED光源；該半反射面採用平滑曲面之上半反射鏡設計，以調整該LED光源之光束。
7. 如申請專利範圍第6項所述之LED自行車燈，其中該透光鏡座將該LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣、扁平的光形。
8. 如申請專利範圍第6項所述之LED自行車燈，其中該LED光源為白光LED。
9. 如申請專利範圍第6項所述之LED自行車燈，其中該LED光源位於該半反射面之焦點。
10. 如申請專利範圍第6項所述之LED自行車燈，其中該LED光源係位於該半反射面下方，且以向上擴散方式射出一光線，該光線經過該半反射面反射後向前方射出。