TW201546399A - 混光裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種混光裝置，其包含入光部、出光部以及透鏡本體。入光部與出光部之間形成前述透鏡本體，而透鏡本體之部分邊側壁係為反射面。出光部更包含第一出光面、第二出光面以及第三出光面。第一出光面係鄰設於出光部之一端，而第二出光面則是鄰設於出光部之另一端，第一出光面以及第二出光面係分別包含至少一個平面，第三出光面則設於第一出光面以及第二出光面之間，並沿入光部方向於透鏡本體內凹設形成。前述之入光部沿出光部方向於透鏡本體內形成入光空間。本發明之混光裝置係於入光部接收複數個光源，並得以在出光部提供混合之輸出光。

Description

混光裝置

本發明係一種光學裝置，尤指一種可對複數個輸入光源進行混光，以調整輸出特定色溫、演色性之輸出光源之混光裝置。

習知之LED燈具之多將輸入光源預設成單一輸入光，而當需要LED燈具提供特定輸出光時，例如輸出特定之色溫、演色性之輸出光源時，多在光源元件之製造製程上進行設定，如在晶片內摻雜特定的螢光粉等方式來製造出指定之光源。然而此種方式在當使用者需要燈具提供另一輸出光時，則必需重新製程參數來製造出新的光源元件，使得光源在變動上需要耗費大量的成本。

為能彈性的產生指定之輸出光，習知技術又在燈具之入光部設置多個不同顏色之光源，並透過設定各個顏色光源之擺設位置、光強度等，以便出光部提供特定的混光光線。由於現有之燈具在設計時皆僅考量具有單一輸入光之情況下進行設計，因此當入光部設置多個光源時，各個光源會經由出光部輸出到多個方向，而無法在出光對多個光線進行混合，使得此種方案之輸出特性無法滿足混光之需求。

綜上所述，如何提供一種可透過設置入光部光源之顏色、設置位置、光強度即能得在出光部得到指定之混合光之混光裝置乃本領域亟須解決之技術問題。

為解決前揭之技術問題，本發明之目的係提供一種在多個輸入光源之情形下達到最小聚光角度、提高演色性、可變色溫、最佳均勻混色的混光裝置。

為達上述目的，本發明提出一混光裝置。其混光裝置包含一入光部、一出光部、一透鏡本體。入光部與出光部之間形成一透鏡本體，透鏡本體之部分邊側壁係為反射面。前述之出光部更包含一第一出光面、一第二出光面以及一第三出光面。第一出光面係鄰設於出光部之一端，而第二出光面則是鄰設於出光部之另一端，第三出光面則設於第一出光面以及第二出光面之間，第三出光面係沿入光部方向於透鏡本體內凹設形成。前述之入光部沿出光部方向於透鏡本體內形成一入光空間。而第一出光面以及第二出光面係分別包含至少一個平面。

綜上所述，本發明提出之混光裝置當接收到複數個輸入光源時，透過透鏡本體之配置後，可在出光部得到重疊混光源，並得以調整混光源之演色度以及色溫等特性。

1‧‧‧混光裝置

11‧‧‧入光部

12‧‧‧出光部

121‧‧‧第一出光面

122‧‧‧第二出光面

123‧‧‧第三出光面

13‧‧‧透鏡本體

131‧‧‧邊側壁

14‧‧‧入光空間

141‧‧‧第一入光面

142‧‧‧第二入光面

143‧‧‧第三入光面

21‧‧‧第一光源

22‧‧‧第二光源

23‧‧‧第三光源

第1圖係為本發明第一實施例之混光裝置。

第2圖係為本發明第二實施例之混光裝置。

第3圖係為本發明第一實施例之光路圖。

第4圖係為本發明第一實施例之光源特性參數圖。

第5~6圖係為本發明第一實施例之光源分佈圖。

第7圖係為本發明第一實施例其第一光源之輸出特性圖。

第8圖係為本發明第一實施例其第二光源之輸出特性圖。

第9圖係為本發明第一實施例其第三光源之輸出特性圖。

第10圖係為本發明第一實施例其第一、二、三光源之重疊輸出特性圖。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱第1圖，其為本發明之第一實施例之混光裝置之剖面圖。混光裝置1包含了入光部11、出光部12、第一出光面121、第二出光面122、第三出光面123、透鏡本體13以及入光空間14。第一出光面121與第二出光面122為實質相同，入光部11與出光部12之間形成透鏡本體13，其透鏡本體13之寬度係由入光部11沿著出光部12方向逐漸變寬。而透鏡本體13之邊側壁131係為反射面，第一出光面121係鄰設於出光部12之一端，而第二出光面122則是鄰設於出光部12之另一端，第三出光面123係設於第一出光面121以及第二出光面122之間，第一出光面121以及第二出光面122係分別包含至少一個平面，第三出光面123係沿入光部11方向於透鏡本體13內凹設形成。入光部11沿出光部12方向於透鏡本體13內形成一入光空間14。

前述之入光空間14係包含第一入光面141、第二入光面142以及第三入光面143。第一入光面141係相鄰入光部11之一端。而第二入光面142則是相鄰入光部11之另一端，第一入光面141係與第二入光面142相對面設置，其第一入光面141以及第二入光面142同屬於該入光空間14形成之內側壁。第三入光面143則是設置於第一入光面141以及第二入光面142之 間。前述之第一出光面121、第二出光面122、第三出光面123、第一入光面141、第二入光面142以及第三入光面143係用以接收外部之入射光，並可在各個入光面上分別設置至少一個光學微結構，以配置入射光之光路。

前述第一入光面141與鄰近透鏡本體13之邊側壁131之夾角範圍為10度~60度之間。第二入光面141與第三入光面13之夾角範圍為70度 ~150度之間。當第三出光面123為球面時，其弧度為間。

前述之第三出光面123係可為平面、曲面、球面、或設置微結構之非球面結構，例如菲涅耳透鏡(Fresnel lens)等。

前述透鏡本體13可透過設定材質之折射率以及與第一、第二入光面142之入射光夾角，其透鏡本體之材質可為透明壓克力、玻璃、樹脂、透明塑膠等讓光線入射之材質，並透過調整入射光之夾角，例如在透鏡本體13之部分邊側壁131設置光學微結構來調整反射之角度，使得透鏡本體13之邊側壁131產生全反射效應，來形成反射面。除此之外，邊側壁131更可選擇塗佈反射材質(例如：鋁、鎳等材質)來形成反射面。

請參閱第2圖，其為本發明之第二實施例之混光裝置1之剖面圖。第二實施例與第一實施例相似，惟其差異在於第二實施例之第一出光面121之至少一個平面，以及第二出光面122之至少一個平面係呈現階梯狀，以等效形成第一實施例其第一出光面121以及第二出光面122之光學效果。由於第一出光面121以及第二出光面122係與輸出光線路徑垂直，因此可在不產生折射角度之條件下，將第一出光面121以及第二出光面122分割成如第2圖之多段之階梯狀結構。

於本發明之技術領域中，其色溫(Color Temperature，單位： K)係由物理性、客觀性的尺度來表現光源的色調，為決定照明場所氣氛的重要因素。一般在色溫低的情況下，表示具有暖意的光；而隨著色溫變高，就變成如正午太陽一般為帶有白色的光，當再變高時則變成帶有藍色等具有清爽的光。

於本發明之技術領域中，演色性係定義物體的顏色與自然光下所看見的顏色近似程度，演色性係使用平均演色性評價指數(Ra)進行評估。平均演色性評價指數係是指被照物體分別在光源與近似自然光源照射下，被照物體所顯示各種頻色比值的平均數，其方法乃是測定所規定的8種試驗色彩，其目的在比較在被測定的光源下所看見的顏色與標準光源下所看見的顏色間，色彩差異度。然後計算這8種差異顏色之平均值後再將其歸納為平均演色評價數(Ra)。

請參閱第3圖，本發明以第一實施例之混光裝置1為說明，當入光部11設置複數個光源時，例如第一光源21為綠光、第二光源22為藍光，第三光源23為紅光，其光源之特性參數如第4圖所示(由左至右依序為藍光、綠光以及紅光之波長/光强度對照圖，第4圖之x軸為波長(nm)、y軸為正規化後之光強度)，混光裝置1可透過順向追跡或逆向追跡來分析其光路分佈，請參閱第3圖係透過逆向追跡準直光路來分析混光裝置1，由光路圖可得知，本發明之第一實施例之混光裝置1在入光部11設置3個光源時，可在出光部得到準直之光線。

請參閱第5~6圖，各個顏色之光源亦可係依據第5圖之方式佈建，各個光源係沿設置位置之中心依序向外設置。請參閱第6圖，第6圖為第5圖之剖面圖，第一光源21(藍光光源)之位置為座標原點，第二光源 22(紅光光源)之水平座標為2.25mm、第三光源23(綠光光源)與第一光源21之水平座標為4.5mm，其光源第一光源21、第二光源22、第三光源23之光通量分佈為1：3：6，惟光源顏色、距離之配置並不在此限。

請參閱第7~9圖，其分別為第一光源21、第二光源22、第三光源23之輸出之光源之角度/相對發光強度之對照圖，各個光源之半光角皆為15度。

請再參閱第10圖，第10圖為第7~9圖曲線之重疊示意圖。由第10圖可知，第一光源21、第二光源22、第三光源23三個光源之位置在最大差異值於12%發光強度下，第一光源21之角度為12.7度、第二光源22之角度為12.7度、第三光源23之角度為12.2度，而最大差異角度為Max-Min=12.7-12.2=0.5度，換言之，在任一發光強度下，三個位置之最大角度差異值不大於0.5度。據此，本案之混光裝置1能讓多個位於不同位置，以及不同波長之光源，在出光部12皆能形成良好的重疊效果，以提供欲求之混光效果。

於本實施中，出光部12之輸出光其色溫為5500K、Ra=85，由於本實施例之混光裝置1其發光強度與空間分佈具備一致性，故可任意調整光源達到控制色溫及演色性(此僅為其中一種實施例，而不在此限)。

由前述之資料可得知，本發明之混光裝置1可接收位於不同發光位置以及不同波長之光源，並輸出發光角度以及發光強度具備一致性之輸出光，據以調整光源的頻譜分佈及光通量比例，而達到「調變色溫」、「提高演色性」的技術功效。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟 該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧混光裝置

11‧‧‧入光部

12‧‧‧出光部

121‧‧‧第一出光面

122‧‧‧第二出光面

123‧‧‧第三出光面

13‧‧‧透鏡本體

131‧‧‧邊側壁

14‧‧‧入光空間

141‧‧‧第一入光面

142‧‧‧第二入光面

143‧‧‧第三入光面

Claims (10)

1. 一種混光裝置，包含：一入光部；一出光部，該入光部與該出光部之間形成一透鏡本體，該透鏡本體之部分邊側壁係為反射面，該出光部更包含：一第一出光面，鄰設於該出光部之一端；一第二出光面，鄰設於該出光部之另一端；一第三出光面，設於該第一出光面以及該第二出光面之間，該第三出光面係沿該入光部方向於該透鏡本體內凹設形成；其中，該入光部沿該出光部方向於該透鏡本體內形成一入光空間；其中，該第一出光面以及該第二出光面係分別包含至少一個平面。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該第一出光面之該至少一平面係呈階梯狀，以與該第三出光面連接。
3. 如請求項1所述之裝置，其中該第二出光面之該至少一平面係呈階梯狀，以與該第三出光面連接。
4. 如請求項1所述之裝置，其中該第三出光面包含平面、曲面、球面、非球面、菲涅耳透鏡面其中之一，或擇二以上之組合。
5. 如請求項1所述之裝置，其中該第三出光面更包含複數個微結構體。
6. 如請求項1所述之裝置，其中該入光空間與該透鏡本體形成內壁，該內壁包含：一第一入光面，相鄰該入光部之一端；一第二入光面，相鄰該入光部之另一端，該第一入光面係與該第二入光 面相對面設置；以及一第三入光面，設置於該第一入光面以及該第二入光面之間；其中，該第一入光面、該第二入光面以及該第三入光面係用以接收外部之入射光。
7. 如請求項1所述之裝置，其中該第一出光面、該第二出光面、該第三出光面、該第一入光面、第二入光面，或第三入光面其中之一個，或擇二以上之入光面係各別包含至少一個微結構體，以置入光面之光路。
8. 如請求項1所述之裝置，其中該透鏡本體之部分邊側壁係設置複數個微結構體。
9. 一種混光裝置組，包含：如請求項1至8任一項所述之一混光裝置；以及複數個光源，該等光源係匹該混光裝置之一入光部。
10. 如請求項9所述之混光裝置組，其中該等光源係沿設置位置之中心向外設置。