TWI525292B - 可控制光型之導光元件及燈具 - Google Patents

Description

可控制光型之導光元件及燈具

本發明是有關於一種導光元件，且特別是有關於一種可控制光型之導光元件。

傳統的燈具主要是由燈泡與反射罩所組成。反射罩主要的功能是用來將燈泡所發出之光導向所需方向並改變燈泡發光時的所產生的光型。然而，透過反射罩來改變光型的變化性不大，其光型通常為聚光的形式，在應用上較受限。

另外一種傳統燈具是透過光源搭配二次光學元件，來達到改變光型的目的。然而，此種架構必須在二次光學元件中央設置凹孔，並且將光源放置在凹孔中來達到調整光型之目的。因此，二次光學元件必須配合不同形式或不同數量的光源來改變整個元件架構的設計，因而導致成本的增加。

因此，亟需一種可改變各種光型之導光元件，以解決上述問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種可控制光型之導光元件，其利用光的全反射特性來控制光的行進方向，藉此達到調整導光元件所輸出之光型的目的，故此導光元件的應用可符合各種燈光角度照射需求，同時可減少能量損耗。

本發明之另一態樣是在提供一種可控制光型之導光元件，其可透過外形曲線來改變第一反射面、第二反射面以及出光面的曲面形狀，藉此可調整光在導光元件內的行進方向，順利達到控制輸出光型的目的。

本發明之又一態樣是在提供一種可控制光型之導光元件，其可透過貝茲曲線來定義各個外形曲線，因此不但簡化了各曲面的定義規則，並且可以更直覺的方式控制導光元件之整個外形曲線的形狀。

根據本發明之上述目的，提出一種可控制光型之導光元件，適用以導引光線。其中，光線可在導光元件中進行全反射，以產生一預設光束角。導光元件為一環狀錐台，包含入光面、出光面、第一反射面以及第二反射面。入光面具有第一外周緣及第一內周緣。出光面相對入光面，且具有第二外周緣及第二內周緣。第一反射面連接第一外周緣及第二外周緣，且第一反射面係由第一外形曲線所建構之曲面。其中第一外形曲線係由第一外周緣上之第一起始點與第二外周緣上第一終止點連線所形成。第二反射面連接第一內周緣及第二內周緣，且第二反射面係由第二外形曲線所建構之曲面。其中第二外形曲線係由第一內周緣上 之第二起始點與第二內周緣上第二終止點連線所形成。

依據本發明另一實施例，上述之第一外形曲線係由貝茲曲線函數所定義出，貝茲曲線函數為：

其中，P _i 代表貝茲曲線函數中第i點的座標。第一起始點與第一終止點之間具有至少一第一控制點，第一起始點之位置座標P₀=(X₀,Y₀)，第一控制點之位置座標P₁=(X₁,Y₁)，第一終止點之位置座標P₂=(X₂,Y₂)。其中，貝茲曲線函數的n為第一控制點之總點數+1所得到的值。W _i 為第i點的權重。t為一預設點至第一起始點的長度與總長的比值。其中，第一外形曲線之限制條件為：X₀≦X₁≦X₂，90°≧α₁≧α₂，0≦α₁=θ₁+θ₂-90°，，θ₂≧90°-θ₁，以及0≦W _i ≦1。

其中，α₁為第一起始點與至少一第一控制點連線與水平線之夾角，α₂為第一起始點與第一終止點連線與水平線之夾角，θ₁為至少一光線由外界進入導光元件中之折射角，θ₂為至少一光線進入導光元件後射向第一反射面之入射角，n _material為導光元件材料之折射率。

依據本發明另一實施例，上述之第二外形曲線係由貝茲曲線函數所定義出，貝茲曲線函數為：

其中，P _i 代表貝茲曲線函數中第i點的座標。第二起始點與第二終止點之間具有至少一第二控制點，且第二起始點之位置座標P₀’=(X₀’,Y₀’)，第二控制點之位置座標P₁’=(X₁’,Y₁’)，第二終止點之位置座標P₂’=(X₂’,Y₂’)。其中，貝茲曲線函數中的n為第二控制點之總點數+1所得到的值。W _i 為第i點的權重。t為一預設點至第二起始點的長度與總長的比值。其中，第二外形曲線之限制條件為：X₀’≦X₁’≦X₂’，90°≧α₁’≧α₂’，0≦α₁’=θ₁’+θ₂’-90°，，θ₂’≧90°-θ₁’，以及0≦W _i ≦1。

其中，α₁’為第二起始點與至少一第二控制點連線與水平線之夾角，α₂’為第二起始點與第二終止點連線與水平線之夾角，θ₁’為至少一光線由外界進入導光元件中之折射角，θ₂’為至少一光線進入導光元件後射向第二反射面之入射角，n _material為導光元件材料之折射率。

依據本發明又一實施例，上述之又一實施例，上述之第一外形曲線與第二外形曲線可為同一曲線或不同曲線。

依據本發明再一實施例，上述之出光面係由第三外形曲線所建構之曲面，其中第三外形曲線係由第二外周緣上之第三起始點與第二內周緣上之第三終止點連線所形成。

依據本發明再一實施例，上述之第三外形曲線係由貝茲曲線函數所定義出，貝茲曲線定義如下：

其中，P _i 代表貝茲曲線函數中第i點的座標。第三起始點與第三終止點之間具有至少一第三控制點，且第三起始點之位置座標P₃=(X₃,Y₃)，第三控制點之位置座標P₄=(X₄,Y₄)，第三終止點之位置座標P₅=(X₅,Y₅)。其中，貝茲曲線函數的n為第三控制點之總點數+1所得到的值。W _i 為第i點的權重。t為一預設點至第三起始點的長度與總長的比值。其中，第三外形曲線之限制條件為：X₃=X₅，Y₃≧Y₄≧Y₅，及0≦W _i ≦1。

依據本發明再一實施例，上述之第一反射面係由複數個第一反射曲面所形成。第一反射曲面同樣係以第一外形曲線所建構。

依據本發明再一實施例，上述之第二反射面係由複數個第二反射曲面所形成。第二反射曲面同樣係以第二外形曲線所建構。

根據本發明之上述目的，亦提出一種燈具，包含導光元件以及光源。導光元件為一環狀錐台，包含入光面、出光面、第一反射面以及第二反射面。入光面具有第一外周緣及第一內周緣。出光面相對入光面，且具有第二外周 緣及第二內周緣。第一反射面連接第一外周緣及第二外周緣，且第一反射面係由第一外形曲線所建構之曲面。其中第一外形曲線係由第一外周緣上之第一起始點與第二外周緣上第一終止點連線所形成。第二反射面連接第一內周緣及第二內周緣，且第二反射面係由第二外形曲線所建構之曲面。其中第二外形曲線係由第一內周緣上之第二起始點與第二內周緣上第二終止點連線所形成。光源所產生之光線係由入光面進入導光元件中，並且由出光面射出，產生一預設光束角。

100‧‧‧導光元件

110‧‧‧貫穿孔

110a‧‧‧第一開口

110b‧‧‧第二開口

112‧‧‧入光面

112a‧‧‧第一外周緣

112b‧‧‧第一內周緣

114‧‧‧出光面

114a‧‧‧第二外周緣

114b‧‧‧第二內周緣

116‧‧‧外表面/第一反射面

118‧‧‧內表面/第二反射面

200‧‧‧導光元件

212‧‧‧入光面

214‧‧‧出光面

300‧‧‧導光元件

312‧‧‧入光面

314‧‧‧出光面

400‧‧‧導光元件

412‧‧‧入光面

414‧‧‧出光面

500‧‧‧導光元件

512‧‧‧入光面

514‧‧‧出光面

514a‧‧‧外周緣

514b‧‧‧內周緣

516‧‧‧第一反射面

518‧‧‧第二反射面

600‧‧‧導光元件

600a‧‧‧導光元件

600b‧‧‧導光元件

612‧‧‧入光面

614‧‧‧出光面

616‧‧‧第一反射面

618‧‧‧第二反射面

700‧‧‧導光元件

712‧‧‧入光面

714‧‧‧出光面

716‧‧‧第一反射面

718‧‧‧第二反射面

800‧‧‧導光元件

812‧‧‧入光面

814‧‧‧出光面

816‧‧‧第一反射面

818‧‧‧第二反射面

B1‧‧‧第一外形曲線

B2‧‧‧第二外形曲線

B3‧‧‧第三外形曲線

P₀‧‧‧第一起始點

P₁‧‧‧第一控制點

P₂‧‧‧第一終止點

P₀’‧‧‧第二起始點

P₁’‧‧‧第二控制點

P₂’‧‧‧第二終止點

P₃‧‧‧第三起始點

P₄‧‧‧第三控制點

P₅‧‧‧第三終止點

α₁‧‧‧夾角

α₂‧‧‧夾角

α₁’‧‧‧夾角

α₂’‧‧‧夾角

θ₁‧‧‧折射角

θ₂‧‧‧入射角

θ₁’‧‧‧折射角

θ₂’‧‧‧入射角

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖係繪示依照本發明第一實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖。

第1B圖係繪示沿著第1A圖之A-A剖面線剖切的剖面圖。

第2A圖係繪示依照本發明第二實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖。

第2B圖係繪示沿著第2A圖之B-B剖面線剖切的剖面圖。

第2C圖係繪示依照本發明第二實施方式的第一外形曲線示意圖。

第2D圖係繪示依照本發明第二實施方式的導光元件 所產生的配光曲線圖。

第3A圖係繪示依照本發明第三實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖。

第3B圖係繪示沿著第3A圖之C-C剖面線剖切的剖面圖。

第3C圖係繪示依照本發明第三實施方式的第一外形曲線示意圖。

第3D圖係繪示依照本發明第三實施方式的導光元件所產生的配光曲線圖。

第4A圖係繪示依照本發明第四實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖。

第4B圖係繪示沿著第4A圖之D-D剖面線剖切的剖面圖。

第4C圖係繪示依照本發明第四實施方式的第一外形曲線示意圖。

第4D圖係繪示依照本發明第四實施方式的導光元件所產生的配光曲線圖。

第5A圖係繪示依照本發明第五實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖。

第5B圖係繪示沿著第5A圖之E-E剖面線剖切的剖面圖。

第5C圖係繪示依照本發明第五實施方式的第一外形曲線示意圖。

第5D圖係繪示依照本發明第五實施方式的導光元件 所產生的配光曲線圖。

第6A圖係繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第一實施例立體圖。

第6B圖係繪示依照本發明第六實施方式之第一實施例的導光元件所產生的配光曲線圖。

第7A圖係繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第二實施例立體圖。

第7B圖係繪示依照本發明第六實施方式之第二實施例的導光元件所產生的配光曲線圖。

第8A圖係繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第三實施例立體圖。

第8B圖係繪示依照本發明第六實施方式之第三實施例的導光元件所產生的配光曲線圖。

第9A圖係繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第四實施例立體圖。

第9B圖係繪示依照本發明第六實施方式之第四實施例的導光元件所產生的配光曲線圖。

第10A圖係繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第五實施例立體圖。

第10B圖係繪示依照本發明第六實施方式之第五實施例的導光元件所產生的配光曲線圖。

請參照第1A圖及第1B圖，其係分別繪示依照本發明第一實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體 圖、以及沿著第1A圖之A-A剖面線剖切的剖面圖。在本實施方式中，導光元件100適用以導引光線在導光元件100中進行全反射，以使光線產生不同之光束角。在此所指之光線係來自於一光源，例如發光二極體。導光元件100為一環狀錐台而具有貫穿孔110。導光元件100包含入光面112、出光面114、外表面116以及內表面118。其中，外表面116與內表面118可以是第一反射面116與第二反射面118，以下說明書內容將以第一反射面116與第二反射面118作為實施形態說明之。貫穿孔110在入光面112中形成第一開口110a，且入光面112具有第一外周緣112a及第一內周緣112b。出光面114相對入光面112。其中，貫穿孔110在出光面114中形成第二開口110b，且出光面114具有第二外周緣114a及第二內周緣114b。也就是說，第一開口110a與第二開口110b互相連通，而第一內周緣112b界定出第一開口110a，第二內周緣114b界定出第二開口110b。如第1A圖及第1B圖所示，第一開口110a的面積大於第二開口110b的面積，且入光面112的面積小於出光面114的面積。

第一反射面116連接第一外周緣112a及第二外周緣114a，且第一反射面116係由第一外形曲線B1所建構之曲面。如第1A圖及第1B圖所示，外表面116是從入光面112的第一外周緣112a向外擴張延伸而連接到出光面114的第二外周緣114a。其中，第一外形曲線B1係由第一外周緣112a上之第一起始點P₀與第二外周緣114a上第一終止 點P₂連線所形成。欲陳明者，本實施方式中之第一外形曲線B1，是定義在通過導光元件100之中心並且垂直入光面112的任何剖切面與第一反射面116交集所形成的曲線。第二反射面118，連接第一內周緣112b及第二內周緣114b，且第二反射面118係由第二外形曲線B2所建構之曲面。其中，第二外形曲線B2係由第一內周緣112b上之第二起始點P₀’與第二內周緣114b上第二終止點P₂’連線所形成。同樣地，本實施方式中之第二外形曲線B2，是定義在通過導光元件100之中心並且垂直入光面112的任何剖切面與第二反射面118交集所形成的曲線。

在一實施例中，第一外形曲線B1係由貝茲曲線函數所定義出。貝茲曲線主要是利用3個以上的點位置先行定義座標後，再根據不同的權重所繪製出的不同曲線。其中，貝茲曲線函數為：

其中，P _i 代表貝茲曲線函數中第i點的座標。在第一起始點P₀與第一終止點P₂之間具有至少一個第一控制點P₁。其中，此至少一第一控制點P₁主要是用來決定第一外形曲線B1的弧度。另外，當第一控制點之總點數為1時，定義第一起始點P₀之位置座標P₀=(X₀,Y₀)，至少一第一控制點P₁之位置座標P₁=(X₁,Y₁)，第一終止點P₂之位置座標P₂=(X₂,Y₂)。在貝茲曲線函數中，數值n為至少一第一控制 點P₁之總點數+1所得到的值。舉例而言，當此至少一第一控制點有二個時，數值n即為3。此外，W ₁為第一控制點P₁之權重，其可調節曲線使其趨近於隨意形狀。如第1B圖所示，第一起始點P₀與第一控制點P₁的連線定義權重W ₁=1，第一起始點P₀與第一終止點P₂的連線定義權重W ₁=0。當權重W ₁越接近1，則第一外形曲線B1將會偏向第一起始點P₀與第一控制點P₁的連線。當權重W ₁越接近0，則第一外形曲線B1將會偏向第一起始點P₀與第一終止點P₂的連線。貝茲曲線函數的t為預設點至第一起始點P₀的長度與總長的比值。前述之總長為第一起始點P₀至第一終止點P₂所形成曲線的總長度。由此可知，t可以表示在第一外形曲線B1上位於第一起始點P₀與第一終止點P₂之間的任一點的位置對應值。

在定義完第一起始點P₀、第一控制點P₁及第一終止點P₂後，本發明之實施方式進一步界定第一外形曲線B1之限制如下：X₀≦X₁≦X₂

90°≧α₁≧α₂

0≦α₁=θ₁+θ₂-90°

θ₂≧90°-θ₁

0≦W _i ≦1

請繼續參閱第1B圖，α₁為第一起始點P₀與第一 控制點P₁連線與水平線之夾角，α₂為第一起始點P₀與第一終止點P₂連線與水平線之夾角。θ₁為光線由外界進入導光元件100中之折射角，θ₂為光線進入導光元件100後射向第一反射面116之入射角，n _material為導光元件100材料之折射率。藉此，調整第一外形曲線B1之各參數值可改變整個第一反射面116的形狀。

請再次參閱第1A圖及第1B圖，在一實施例中，第二外形曲線B2可與第一外形曲線B1相同，均係由上述之貝茲曲線函數所定義出。

其中，在第二起始點P₀’與第二終止點P₂’之間具有至少一個第二控制點P₁’。其中，此至少一第二控制點P₁’主要是用來決定第二外形曲線B2的弧度。另外，當第二控制點之總點數為1時，定義第二起始點P₀’之位置座標P₀’=(X₀’,Y₀’)，至少一第二控制點P₁’之位置座標P₁’=(X₁’,Y₁’)，第二終止點P₂’之位置座標P₂’=(X₂’,Y₂’)。在此貝茲曲線函數中，數值n為至少一第二控制點P₁’之總點數+1所得到的值。另外，W ₁為第二控制點P₁’之權重，其可調節曲線使其趨近於隨意形狀。如第1B圖所示，第二起始點P₀’與第二控制點P₁’的連線定義權重W ₁=1，第二起始點P₀’與第二終止點P₂’的連線定義權重W ₁=0。當權重W ₁越接近1，則第二外形曲線B2將會偏向第二起始點P₀’與第二控制點P₁’的連線。當權重W ₁越接近0，則第二外形曲線B2將會偏向第二起始點P₀’與第二終止點P₂’的連線。貝茲曲線函數的t為預設點至第二起始點P₀’的長度與總長的 比值。前述之總長為第二起始點P₀’至第二終止點P₂’所形成曲線的總長度。由此可知，t可以表示在第二外形曲線B2上位於第二起始點P₀’與第二終止點P₂’之間的任一點的位置對應值。

在定義完第二起始點P₀’、第二控制點P₁’及第二終止點P₂’後，本發明之實施方式進一步界定第二外形曲線B2之限制如下：X₀’≦X₁’≦X₂’

90°≧α₁’≧α₂’

0≦α₁’=θ₁’+θ₂’-90°

θ₂’≧90°-θ₁’

0≦W _i ≦1

請同時搭配第1B圖所示，α₁’為第二起始點P₀’與第二控制點P₁’連線與水平線之夾角，α₂’為第二起始點P₀’與第二終止點P₂’連線與水平線之夾角。θ₁’為光線由外界進入導光元件100中之折射角，θ₂’為光線進入導光元件100後射向第二反射面118之入射角，n _material為導光元件100材料之折射率。藉此，調整第二外形曲線B2之各參數值可改變整個第二反射面118的形狀。

由上述可知，第二外形曲線B2與第一外形曲線B1同樣是以貝茲曲線函數所定義，且限制範圍亦相同。故在一實施例中，第二外形曲線B2與第一外形曲線B1可為同 一曲線，使第一反射面116與第二反射面118呈對稱。然，在另一實施例中，第二外形曲線B2與第一外形曲線B1可透過不同的參數設定，來形成不同的曲線，使第一反射面116與第二反射面118呈現不對稱。

請參照第2A圖至第2D圖，其係分別繪示依照本發明第二實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖、沿著第2A圖之B-B剖面線剖切的剖面圖、導光元件之第一外形曲線示意圖、以及導光元件所產生的配光曲線圖。

在第二實施方式中，導光元件200之第一外形曲線B1是以第一起始點P₀=(0,0)、第一控制點P₁=(21.3,13)、第一終止點P₂=(36,8.5)及W ₁=0.45為參數條件所形成之曲線(如第2C圖所示)。其中，第二外形曲線B2與第一外形曲線B1為對稱。第2B圖顯示光線由入光面212進入至導光元件200中，在導光元件200中經反射後，由出光面214發射出去。在此實施方式中，經過導光元件200之導引後，出射光所形成之光束角約為82度。

請參照第3A圖至第3D圖，其係繪示依照本發明第三實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖、沿著第3A圖之C-C剖面線剖切的剖面圖、導光元件之第一外形曲線示意圖、以及導光元件所產生的配光曲線圖。

在第三實施方式中，導光元件300之第一外形曲線B1是以第一起始點P₀=(0,0)、第一控制點P₁=(7.6,4.6)、第一終止點P₂=(36,8.5)及W ₁=0.45為參數條件所形成之曲線(如第3C圖所示)。其中，第二外形曲線B2與第一外形曲 線B1為對稱。第3B圖顯示光線由入光面312進入至導光元件300中，在導光元件300中經反射後，由出光面314發射出去。在此實施方式中，經過導光元件300之導引後，出射光所形成之光束角約為24度。

請參照第4A圖至第4D圖，其係分別係繪示依照本發明第四實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖、沿著第4A圖之D-D剖面線剖切的剖面圖、導光元件之第一外形曲線示意圖、以及導光元件所產生的配光曲線圖。

在第四實施方式中，導光元件400之第一外形曲線B1是以第一起始點P₀=(0,0)、第一控制點P₁=(24.6,17.2)、第一終止點P₂=(36,8.5)及W ₁=0.45為參數條件所形成之曲線(如第4C圖所示)。其中，第二外形曲線B2與第一外形曲線B1為對稱。第4B圖顯示光線由入光面412進入至導光元件400中，在導光元件400中經反射後，由出光面414發射出去。在此實施方式中，經過導光元件400之導引後，出射光所形成之光束角約為93度。

請參照第5A圖至第5D圖，其係分別繪示依照本發明第五實施方式的一種可控制光型之導光元件之立體圖、沿著第5A圖之E-E剖面線剖切的剖面圖、導光元件之第一外形曲線示意圖、以及導光元件所產生的配光曲線圖。

在第五實施方式中，導光元件500之與導光元件100類似，導光元件500包含入光面512、出光面514、第一反射面516以及第二反射面518。其中，第一反射面516 以及第二反射面518與導光元件100的第一反射面116及第二反射面118相同，同樣是以第一外形曲線B1及第二外形曲線B2所建構而成，故在此不贅述。在本實施方式中，出光面514具有外周緣514a及內周緣514b，且出光面514係由第三外形曲線B3所建構之曲面。其中，第三外形曲線B3係由外周緣514a上之第三起始點P₃與內周緣514b上之第三終止點P₅連線所形成。

欲陳明者，本實施方式中之第三外形曲線B3，是定義在通過導光元件500之中心並且垂直入光面512的任何剖切面與出光面514交集所形成的曲線。在一實施例中，第三外形曲線B3可與第一外形曲線B1相同，均係由上述之貝茲曲線函數所定義出。

其中，在第三起始點P₃與第三終止點P₅之間具有至少一個第三控制點P₄。其中，第三控制點P₄主要是用來決定第三外形曲線B3的弧度。另外，當第三控制點之總點數為1時，定義第三起始點P₃之位置座標P₃=(X₃,Y₃)，第三控制點P₄之位置座標P₄=(X₄,Y₄)，第三終止點P₅之位置座標P₅=(X₅,Y₅)。在貝茲曲線函數中，數值n、權重W _i 、位置對應值t及P _i 之定義與前述第一實施方式之定義相同，在此不贅述。在定義完第三起始點P₃、第三控制點P₄及第三終止點P₅後，本發明之實施方式進一步界定第三外形曲線B3之限制：X₃=X₅，Y₃≧Y₄≧Y₅，及0≦W _i ≦1。

請再次參照第5A圖至第5D圖，在第五實施方式中，第一外形曲線B1及第二外形曲線B2是與第三實施方 式的相同定義所形成。第三外形曲線B3是以第三起始點P₃=(0,21)、第三控制點P₄=(10.6,10.6)、第三終止點P₅=(0,0)及W ₄=0.45為參數條件所形成之曲線(如第5C圖所示)。第5B圖顯示光線由入光面512進入至導光元件500中，在導光元件500中經反射後，由出光面514發射出去。在此實施方式中，經過導光元件500之導引後，出射光所形成之光束角約為13度。藉此，由上述第一實施方式到第五實施方式可知，透過調整第三外形曲線B3之各參數值可改變整個出光面514的曲面形狀。

請參照第6A圖及第6B圖，其係分別繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第一實施例立體圖及其所產生的配光曲線圖。在此實施例中，導光元件600同樣具有入光面612、出光面614、第一反射面616及第二反射面618。其中，第一反射面616係由六個第一反射曲面所形成，這些第一反射曲面同樣係以第一外形曲線B1所建構。同樣地，第二反射面618係由六個第二反射曲面所形成，這些第二反射曲面同樣係以第二外形曲線B2所建構。

請參照第7A圖及第7B圖，其係分別繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第二實施例立體圖及其所產生的配光曲線圖。在此實施例中，導光元件700同樣具有入光面712、出光面714、第一反射面716及第二反射面718。其中，第一反射面716係由八個第一反射曲面所形成，這些第一反射曲面同樣係以第一外形 曲線B1所建構。同樣地，第二反射面718係由八個第二反射曲面所形成，這些第二反射曲面同樣係以第二外形曲線B2所建構。

請參照第8A圖及第8B圖其係係分別繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第三實施例立體圖及其所產生的配光曲線圖。在此實施例中，導光元件800同樣具有入光面812、出光面814、第一反射面816及第二反射面818。其中，第一反射面816係由十二個第一反射曲面所形成，這些第一反射曲面同樣係以第一外形曲線B1所建構。同樣地，第二反射面818係由十二個第二反射曲面所形成，這些第二反射曲面同樣係以第二外形曲線B2所建構。

由上述可知，導光元件600、700、800可變化成各種不同的形狀，同樣可改變進入導光元件600、700、800中之光線之光束角。欲陳明者，在第六實施方式中的之第一反射曲面及第二反射曲面之數量不一定要相對應，亦可為不相同。此外，第一外形曲線B1與第二外形曲線B2亦可為同一曲線或不同曲線。以下將以導光元件600之其他變形作為第六實施方式的其他實施例說明。

請參照第9A圖及第9B圖，其係分別繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第四實施例立體圖及其所產生的配光曲線圖。在本實施例中，導光元件600a之第一外形曲線B1是以第一起始點P₀=(0,0)、第一控制點P₁=(10.3,6.2)、第一終止點P₂=(36,8.5)及 W ₁=0.45為參數條件所形成之曲線。其中，第二外形曲線B2與第一外形曲線B1為對稱。經導光元件600a導引後，出射光所形成之光束角約為47度。

請參照第10A圖及第10B圖，其係分別繪示依照本發明第六實施方式的一種可控制光型之導光元件之第五實施例立體圖及其所產生的配光曲線圖。在本實施例中，導光元件600b之第一外形曲線B1是以第一起始點P₀=(0,0)、第一控制點P₁=(32.8,22.9)、第一終止點P₂=(36,8.5)及W ₁=0.45為參數條件所形成之曲線。第二外形曲線B2是以第二起始點P₀’=(0,0)、第二控制點P₁’=(10,15)、第二終止點P₂’=(36,8.5)及W ₁=0為參數條件所形成之曲線。經導光元件600b導引後，出射光所形成之光束角約為63度。

由上述本發明實施方式可知，本發明之優點是透過第一外形曲線、第二外形曲線以及第三外形曲線來改變第一反射面、第二反射面以及出光面的曲面形狀，利用光的全反射特性以控制光的行進方向，來調整導光元件所輸出之光型，以符合各種燈光角度照射需求，同時可減少能量損耗。此外，本發明係透過貝茲曲線來定義各個外形曲線，不但簡化了各曲面的定義規則，並且可以更直覺的方式控制整個外形曲線的形狀。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧導光元件

110‧‧‧貫穿孔

110a‧‧‧第一開口

110b‧‧‧第二開口

112‧‧‧入光面

112a‧‧‧第一外周緣

112b‧‧‧第一內周緣

114‧‧‧出光面

114a‧‧‧第二外周緣

114b‧‧‧第二內周緣

116‧‧‧外表面/第一反射面

118‧‧‧內表面/第二反射面

Claims (16)

1. 一種可控制光型之導光元件，包含：一入光面，具有一第一外周緣及一第一內周緣；一出光面，相對該入光面，且具有一第二外周緣及一第二內周緣；一外表面，連接該第一外周緣及該第二外周緣；以及一內表面，連接該第一內周緣及該第二內周緣；其中，該入光面的面積小於該出光面的面積。
2. 如請求項1所述之可控制光型之導光元件，其中該外表面是從該入光面的該第一外周緣向外擴張延伸而連接到該出光面的該第二外周緣。
3. 如請求項1或2所述之可控制光型之導光元件，其中該內表面是從該入光面的該第一內周緣向內擴張而連接到該出光面的該第二內周緣。
4. 如請求項1所述之可控制光型之導光元件，其中該第一內周緣界定出一第一開口，該第二內周緣界定出一第二開口，該第一開口與該第二開口互相連通，且該第一開口的面積大於該第二開口的面積。
5. 如請求項1所述之可控制光型之導光元件，其中該外表面係由一第一外形曲線所建構之曲面，且該第一外形曲線係由該第一外周緣上之一第一起始點與該第二外 周緣上一第一終止點連線所形成；以及該內表面係由一第二外形曲線所建構之曲面，且該第二外形曲線係由該第一內周緣上之一第二起始點與該第二內周緣上一第二終止點連線所形成。
6. 如請求項5所述之可控制光型之導光元件，其中該第一外形曲線係由一貝茲曲線函數所定義出，該貝茲曲線函數為： 其中，P _i 代表該貝茲曲線函數中一第i點的座標，該第一起始點與該第一終止點之間具有至少一第一控制點，且該第一起始點之位置座標P₀=(X₀,Y₀)，該至少一第一控制點之位置座標P₁=(X₁,Y₁)，該第一終止點之位置座標P₂=(X₂,Y₂)；其中，該貝茲曲線函數的n為該至少一第一控制點之總點數+1所得到的值，W _i 為該第i點之權重，t為一預設點至該第一起始點的長度與總長的比值；其中，該第一外形曲線之限制條件為：X₀≦X₁≦X₂ 90°≧α₁≧α₂ 0≦α₁=θ₁+θ₂-90° θ₂≧90°-θ₁ 0≦W _i ≦1 其中，α₁為該第一起始點與該至少一第一控制點連線與水平線之夾角，α₂為該第一起始點與該第一終止點連線與水平線之夾角，θ₁為該至少一光線由外界進入該導光元件中之折射角，θ₂為該至少一光線進入該導光元件後射向該外表面之入射角，n _material為該導光元件材料之折射率。
7. 如請求項5所述之可控制光型之導光元件，其中該第二外形曲線係由一貝茲曲線函數所定義出，該貝茲曲線函數為： 其中，P _i 代表該貝茲曲線函數中一第i點的座標，該第二起始點與該第二終止點之間具有至少一第二控制點，且該第二起始點之位置座標P₀’=(X₀’,Y₀’)，該至少一第二控制點之位置座標P₁’=(X₁’,Y₁’)，該第二終止點之位置座標P₂’=(X₂’,Y₂’)；其中，該貝茲曲線函數中的n為該至少一第二控制點之總點數+1所得到的值，W _i 為該第i點之權重，t為一預設點至該第二起始點的長度與總長的比值；其中，該第二外形曲線之限制條件為：X₀’≦X₁’≦X₂’ 90°≧α₁’≧α₂’ 0≦α₁’=θ₁’+θ₂’-90° θ₂’≧90°-θ₁’ 0≦W _i ≦1其中，α₁’為該第二起始點與該至少一第二控制點連線與水平線之夾角，α₂’為該第二起始點與該第二終止點連線與水平線之夾角，θ₁’為該至少一光線由外界進入該導光元件中之折射角，θ₂’為該至少一光線進入該導光元件後射向該內表面之入射角，n _material為該導光元件材料之折射率。
8. 如請求項5所述之可控制光型之導光元件，其中該第一外形曲線與該第二外形曲線可為同一曲線或不同曲線。
9. 如請求項1所述之可控制光型之導光元件，其中該出光面係由一第三外形曲線所建構之曲面，其中該第三外形曲線係由該第二外周緣上之一第三起始點與該第二內周緣上之一第三終止點連線所形成。
10. 如請求項9所述之可控制光型之導光元件，其中該第三外形曲線係由一貝茲曲線函數所定義出，該貝茲曲線定義如下： 其中，P _i 代表該貝茲曲線函數中一第i點的座標，該第 三起始點與該第三終止點之間具有至少一第三控制點，且該第三起始點之位置座標P₃=(X₃,Y₃)，該至少一第三控制點之位置座標P₄=(X₄,Y₄)，該第三終止點之位置座標P₅=(X₅,Y₅)；其中，該貝茲曲線函數的n為該至少一第三控制點之總點數+1所得到的值，W _i 為該第i點之權重，t為一預設點至該第三起始點的長度與總長的比值；其中，該第三外形曲線之限制條件為：X₃=X₅，Y₃≧Y₄≧Y₅，及0≦W _i ≦1。
11. 如請求項1所述之可控制光型之導光元件，其中該外表面係由複數個第一反射曲面所形成，該些第一反射曲面同樣係以該第一外形曲線所建構。
12. 如請求項1所述之可控制光型之導光元件，其中該內表面係由複數個第二反射曲面所形成，該些第二反射曲面同樣係以該第二外形曲線所建構。
13. 一種燈具，包含：一導光元件，包含：一入光面，具有一第一外周緣及一第一內周緣，該第一內周緣界定出一第一開口；一出光面，相對該入光面，且具有一第二外周緣及一第二內周緣；一外表面，連接該第一外周緣及該第二外周緣；以及 一內表面，連接該第一內周緣及該第二內周緣；其中，該入光面的面積小於該出光面的面積；以及一光源，位於該入光面的該第一開口之外，該光源所產生之光線係由該入光面進入該導光元件中，並且由該出光面射出，產生一預設光束角。
14. 如請求項13所述之燈具，其中該外表面是從該入光面的該第一外周緣向外擴張延伸而連接到該出光面的該第二外周緣。
15. 如請求項13或14所述之燈具，其中該內表面是從該入光面的該第一內周緣向內擴張而連接到該出光面的該第二內周緣。
16. 如請求項13所述之燈具，其中該第一開口與該第二開口互相連通，且該第一開口的面積大於該第二開口的面積。