TWI607181B - 導光柱與使用其的車用燈具 - Google Patents

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Description

導光柱與使用其的車用燈具
本發明是有關於一種導光柱與使用其的車用燈具。
隨著照明科技的發展，運輸工具上所使用的燈具也成為其發展的一大重點。配合現今科技，由於發光二極體(light-emitting diode；LED)的問世，使得藉由發光二極體所設計的燈具有高亮度、消耗功率低與穩定發光狀態等優點，因此車用燈具的發光源已經從燈泡被置換為LED燈。
然而，於車用燈具的設計之中，礙於發光二極體燈的形狀與其面積，發光二極體燈所發射之光束在聚焦之後將會有不符合車輛照明之規範的潛在問題。亦即，當車用燈具透過發光二極體燈提升照明效能的同時，車用燈具所提供之照明光的光型或是其照明範圍可能會不符合車輛照明的規範。因此，如何能在符合車輛照明規範的情況下提升車用燈具的照明效率，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。
有鑑於此，本發明之一實施方式提供一種車用燈具，其透過導光柱的補光結構使得光源所提供之光束可自導光柱的出光面與下表面出光。自導光柱的出光面與下表面發射之光束將分別投射至照射區域的亮區與暗區之中。因此，車用燈具所投射的照射區域之中的暗區仍可具有一定亮度而非全黑。此外，藉由導光柱的凹陷結構，車用燈具所提供之光型可以對明暗截止線附近的檢測點作修正，使得光型可符合車用照明之規範。
本發明之一實施方式提供一種用於車用燈具的導光柱。導光柱包含結構本體與補光結構。結構本體具有入光面、出光面以及位於入光面與出光面之間且彼此相對的上表面與下表面。結構本體用以將自入光面進入之光束的一部分導引至出光面。補光結構設置於上表面。補光結構用以將自入光面進入之部分光束，自上表面導引至下表面並穿過下表面。
於部分實施方式中，導光柱更包含凹陷結構。凹陷結構設置於下表面並毗鄰出光面。凹陷結構用以定義自出光面所射出之光束的邊界形狀。
於部分實施方式中，上表面與下表面之其中至少一者為自結構本體向外凸出的曲面。
於部分實施方式中，出光面為朝結構本體內部凹陷的曲面。
於部分實施方式中，入光面與出光面之間的垂直距離，自出光面與上表面鄰接之界線至出光面與下表面鄰接之 界線為漸增或漸減。
於部分實施方式中，補光結構毗鄰出光面。
於部分實施方式中，結構本體更包含互相連接的入光部與出光部，其中入光面與出光面分別位於入光部與出光部上，並彼此相對。
於部分實施方式中，補光結構位於出光部上。
於部分實施方式中，入光部與出光部之其中至少一者為根據三維曲線所構成之圖形的部分區塊。
於部分實施方式中，構成入光部之三維曲線用以使自入光面進入結構本體之光束透過入光部聚焦至出光面，其中，三維曲線可以是三維圓錐曲線。
於部分實施方式中，結構本體為中空結構，且結構本體具有破孔。破孔位於下表面，其中由補光結構導引之部分光束，透過破孔穿過下表面。
於部分實施方式中，結構本體為實心結構，且補光結構為用以定義全反射界面的凹陷式結構。
於部分實施方式中，導光柱更包含定位部。定位部設置於結構本體上，且具有至少一定位孔。
於部分實施方式中，導光柱更包含框架與定位部。框架具有開口，其中結構本體藉由置於開口之中而與框架連接。定位部設置於框架上。
本發明之一實施方式提供一種車用燈具，包含散熱基座、光源、導光柱與聚焦透鏡。光源設置於散熱基座上，並提供光束。導光柱設置於散熱基座上，且導光柱之入光面設 置以接收光源所提供之光束。聚焦透鏡設置以接收自導光柱之出光面與下表面所提供之光束。
於部分實施方式中，聚焦透鏡具有焦平面，且部分焦平面與出光面重合。
於部分實施方式中，聚焦透鏡具有焦平面，且焦平面與出光面至少相交於一直線。
於部分實施方式中，導光柱更包含定位部。定位部設置於結構本體上。定位部具有至少一定位孔。車用燈具更包含至少一定位元件，結構本體透過定位元件穿過定位孔並鎖附於散熱基座上固定。
100‧‧‧車用燈具
102‧‧‧散熱基座
104‧‧‧光源
106‧‧‧聚焦透鏡
107‧‧‧焦平面
108‧‧‧光軸
110‧‧‧導光柱
112‧‧‧結構本體
114‧‧‧入光面
116‧‧‧出光面
118‧‧‧上表面
119‧‧‧下表面
120‧‧‧補光結構
122‧‧‧凹陷結構
124‧‧‧入光部
126‧‧‧出光部
128‧‧‧破孔
130‧‧‧定位部
132‧‧‧定位孔
134‧‧‧框架
136‧‧‧開口
138‧‧‧定位元件
A‧‧‧照射區域
A1‧‧‧亮區
A2‧‧‧暗區
B‧‧‧邊界
C‧‧‧明暗截止線
II’‧‧‧線段
D1、D2‧‧‧距離
O1、O2‧‧‧視角
L1、L2、L3‧‧‧光束
第1圖繪示本發明之車用燈具的第一實施方式的側視示意圖。
第2A圖繪示第1圖之車用燈具的導光柱的立體示意圖。
第2B圖繪示第1圖之車用燈具的導光柱的上視示意圖。
第2C圖繪示第1圖之車用燈具的導光柱的下視示意圖。
第2D圖繪示第2A圖之導光柱以視角O1觀之的示意圖。
第2E圖繪示第2A圖之導光柱以視角O2觀之的示意圖。
第3圖繪示第1圖之車用燈具所投射之光束的光型示意圖。
第4圖繪示本發明之車用燈具的第二實施方式中的導光柱的側視示意圖。
第5圖繪示本發明之車用燈具的第三實施方式的側視示意圖。
第6A圖繪示第5圖之車用燈具的導光柱的立體示意圖。
第6B圖繪示第5圖之車用燈具的導光柱的上視示意圖。
第6C圖繪示第6B圖之導光柱沿線段II’的側剖面示意圖。
第6D圖繪示第5圖之車用燈具的導光柱的正視示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
有鑑於當車用燈具透過發光二極體提升照明效能時，所提供之照明光之光型或是照明範圍可能會不符合車輛照明的規範。本發明之車用燈具透過導光柱的補光結構使得光源所提供之光束可自導光柱的出光面與下表面出光，其中自導光柱的出光面與下表面發射之光束分別投射至照射區域的亮區與暗區。因此，車用燈具所投射的照射區域之中的暗區仍可具有一定亮度而非全黑。
請參照第1圖，第1圖繪示本發明之車用燈具100的第一實施方式的側視示意圖。車用燈具100包含散熱基座102、光源104、導光柱110與聚焦透鏡106。光源104設置於 散熱基座102上，並提供光束，其中光源104可以具有發光二極體(light-emitting diode；LED)陣列或是發光二極體晶片。導光柱110設置於散熱基座102上，且導光柱110之入光面114設置以接收光源104所提供之光束。聚焦透鏡106設置以接收自導光柱110之出光面116與下表面119所提供之光束L1、L2與L3。聚焦透鏡106具有光軸108，其中導光柱110設置於光軸108之一側。
第1圖中，導光柱110位於光軸108之上方。導光柱110用以修正光源104所提供之光束的光型，使得光源104所提供之光束在經過導光柱110之修正後，可以透過聚焦透鏡106投射出符合車輛照明規範的光型。以下敘述為先對導光柱110之結構與其對光型之修正作說明。
請參照第2A圖至第2E圖。第2A圖繪示第1圖之車用燈具100的導光柱110的立體示意圖。第2B圖繪示第1圖之車用燈具100的導光柱110的上視示意圖。第2C圖繪示第1圖之車用燈具100的導光柱110的下視示意圖。第2D圖繪示第2A圖之導光柱110以視角O1觀之的示意圖。第2E圖繪示第2A圖之導光柱110以視角O2觀之的示意圖。
導光柱110包含結構本體112與補光結構120。本實施方式中，結構本體112為實心結構。結構本體112具有入光面114、出光面116以及位於入光面114與出光面116之間且彼此相對的上表面118與下表面119。結構本體112用以將自入光面114進入之部分光束導引至出光面116，其中自入光面114被導引至出光面116之光束如2E圖之光束L1與L2所示。
此外，本實施方式中，上表面118與下表面119為自結構本體112向外凸出的曲面。透過曲面結構的上表面118與下表面119，自入光面114進入之部分光束可以被集中至出光面116上，以增加結構本體112的光學效率，然而不以此為限。例如，於部分實施方式中，上表面118與下表面119是以其中之一者為自結構本體112向外凸出的曲面。
補光結構120設置於上表面118且毗鄰出光面116。補光結構120用以將自入光面114進入之另一部分的光束，自上表面118導引至下表面119並穿過下表面119，其中自上表面118被導引至下表面119並穿過下表面119之光束如2E圖之光束L3所示。此外，補光結構120為用以定義全反射界面的凹陷式結構。
具體而言，第1圖中，導光柱110可以使光源104所提供之光束自結構本體112之出光面116與下表面119朝聚焦透鏡106發射，其中出光面116與下表面119為結構本體112上之互相毗鄰的表面。
請參照第1圖與第3圖，其中第3圖繪示第1圖之車用燈具100所投射之光束的光型示意圖。第3圖所繪的光型示意圖為車用燈具100朝測試屏(例如白屏或是白牆)投射光束時，測試屏上所呈現之照射區域A(或亮度分布區域)，其中此照射區域A具有亮區A1(實線內之區域)、暗區A2(虛線內之區域)以及亮區A1與暗區A2之間的明暗截止線(cut-off line)C。照射區域A的亮區A1主要是藉由來自出光面116所提供之光束經聚焦透鏡106投射而形成。
第1圖中，導光柱110所提供之光束L1、L2與L3可以透過聚焦透鏡106的折射機制，而分別投射至照射區域A上所對應的位置。於聚焦透鏡106的折射機制中，根據幾何光學的成像規則，導光柱110所提供之光型的入射面與透過聚焦透鏡106投射後之光型的入射面將呈上下顛倒且左右相反之相對關係。
當導光柱110所提供之光束L1與L2是自出光面116朝聚焦透鏡106發射時，由於光束L1與L2入射至聚焦透鏡106之位置為位於光軸108之上，因此，透過聚焦透鏡106的折射機制，自出光面116發射的光束L1與L2可以被投射至亮區A1(即測試屏的下方)。當導光柱110所提供之光束L3是自下表面119朝聚焦透鏡106發射時，由於光束L3入射至聚焦透鏡106之位置為光軸108之下，透過聚焦透鏡106的折射機制，自下表面119發射的光束L3可以被投射至暗區A2(即測試屏的上方)。
亦即，於受本發明之車用燈具100所投射的照射區域A中，明暗截止線C以上的暗區A2仍可具有一定亮度而非全黑。換言之，光源104所提供之一部分的光束可由補光結構120(請見第2A圖)導引至暗區A2，並作為暗區A2的亮度補強。因此，補光結構120(請見第2A圖)可以視為一種暗區補光結構。再者，由於作為暗區A2之亮度補強的光束為占光源104所提供之光束的部分，因此暗區A2於受補強後的亮度也不會有不符合規範的狀況發生。以下將對結構本體112(請見第2A圖)上之用以修正所投射之光型的結構作更細節的描述。
請參照第2A圖至第2E圖與第3圖。導光柱110更包含凹陷結構122。凹陷結構122設置於下表面119並毗鄰出光面116。凹陷結構122用以定義自出光面116所射出之光束的邊界形狀。同前所述，照射區域A的亮區A1主要是藉由接收來自出光面116所提供之光束而形成，且出光面116所提供之光束的光型與透過聚焦透鏡106投射後之光型將呈上下顛倒且左右相反的相對關係。因此，設置於下表面119的凹陷結構122可定義照射區域A之亮區A1的上緣部分的邊界B。換言之，設置於結構本體112之下表面119並毗鄰出光面116的凹陷結構122可修正照射區域A中接近明暗截止線C的光型，如第3圖所示。因此，藉由凹陷結構122，車用燈具100所提供之光型可以對明暗截止線C附近的檢測點作修正，使得所投射之光型可符合車用照明之規範。
請再看到第1圖與第2A圖至第2E圖。出光面116為朝結構本體112內部凹陷的曲面。藉由此朝結構本體112內部凹陷的曲面，導光柱110能更有效率的將來自入光面114之光束導引至出光面116。例如，凹陷的曲面可以提供光束聚焦於出光面116。此外，出光面116在水平方向的尺寸可以大於入光面114。
除此之外，本實施方式中，入光面114與出光面116之間的垂直距離，自出光面116與上表面118鄰接之界線至出光面116與下表面119鄰接之界線為漸增。舉例而言，入光面114至出光面116與上表面118鄰接之界線的垂直距離為距離D1，入光面114至出光面116與下表面119鄰接之界線的垂 直距離為距離D2，其中距離D1小於距離D2。亦即，出光面116為非垂直之面。於第1圖之導光柱110與聚焦透鏡106之配置中，出光面116可視為一個後傾的斜面，使得聚焦透鏡106所具有的焦平面107可與出光面116至少相交於一直線。換言之，出光面116之配置位置為接近焦平面107而不與焦平面107貼合(或重合)。
於此配置下，車用燈具100所提供之光型可以具有霧化效果。例如，於第3圖的亮區A1之中，於除了明暗截止線C之外的三個邊界上，車用燈具100所提供之亮暗界線可以被霧化。此外，後傾配置的出光面116可用以調整車用燈具100所提供之光束的發射角度，使得車用燈具100所提供之光束的落地點可以被控制以更接近裝配有本發明之車用燈具100的車輛。
此外，導光柱110更包含定位部130。定位部130設置於結構本體112上。定位部130具有至少一定位孔132。車用燈具100更包含至少一定位元件138，結構本體112透過定位元件138穿過定位孔132並鎖附於散熱基座102上固定，如第1圖所示。本實施方式中，結構本體112與定位部130為一體成形，然而不以此為限。
綜上所述，本發明之車用燈具100可透過補光結構120對照射區域A的暗區A2作補光，使得照射區域A的暗區A2仍有一定程度的亮度。此外，車用燈具100所投射的光型可透過導光柱110上的多個結構作修正，以增加車用燈具100的光學效率與使車用燈具100所提供之光型符合車輛照明之規 範。
請參照第4圖，第4圖繪示本發明之車用燈具100的第二實施方式中的導光柱110的側視示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式之結構本體112為中空結構。
本實施方式中，中空結構的結構本體112可視為殼體。結構本體112具有破孔128。破孔128位於下表面119。同樣地，補光結構120用以將自入光面114進入之另一部分的光束L3，自上表面118導引至下表面119並穿過下表面119。
於此配置下，由補光結構120所導引之光束L3可透過破孔128穿過下表面119。同樣地，當透過破孔128穿過下表面119之光束L3由聚焦透鏡106(請見第1圖)收集後，藉由聚焦透鏡106(請見第1圖)的折射機制，此光束L3將可以投射至照射區域A中的暗區A2(請見第3圖)。
請參照第5圖以及第6A圖至第6D圖。第5圖繪示本發明之車用燈具100的第三實施方式的側視示意圖。第6A圖繪示第5圖之車用燈具100的導光柱110的立體示意圖。第6B圖繪示第5圖之車用燈具100的導光柱110的上視示意圖。第6C圖繪示第6B圖之導光柱110沿線段II’的側剖面示意圖。第6D圖繪示第5圖之車用燈具100的導光柱的110的正視示意圖。
車用燈具100之元件的配置與第一實施方式相似，在此不再贅述。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式中的結構本體112更包含互相連接的入光部124與出光部126。
第6A圖至第6D圖中，結構本體112可視為由相鄰並連接的入光部124與出光部126組成。入光面114與出光面116分別位於入光部124與出光部126上，並彼此相對。
本實施方式中，入光部124與出光部126之其中至少一者為根據三維曲線所構成之圖形的部分區塊。例如，入光部124之設計可以根據三維橢圓所構成之圖形。由於橢圓所構成之圖形具有焦點(或焦面)，透過此焦點(或焦面)，入光部124可以有效地將自入光面114進入之光束導引至出光部126之中。換言之，構成入光部124之三維曲線用以使自入光面114進入結構本體112之光束透過入光部124聚焦至出光面116，如第6B圖與第6C圖之光束L1與L2所示。於部分實施方式中，此三維曲線可以是三維圓錐曲線，然而不以此為限。
此外，本實施方式之補光結構120是位於出光部126上。同樣地，入光部124與出光部126為實心結構，而補光結構120為用以定義全反射界面的凹陷式結構。補光結構120用以將自入光面114進入之另一部分的光束，自上表面118導引至下表面119並穿過下表面119，如第6C圖之光束L3所示。
本實施方式中，導光柱110更包含凹陷結構122，如第6A圖與第6D圖所示。凹陷結構112設置於下表面119並毗鄰出光面116，其中凹陷結構122用以定義自出光面116所投射之光型的邊界形狀。同前所述，透過聚焦透境106(請見第1圖)的折射機制，導光柱110之出光面116所提供之光型的入射面與透過聚焦透鏡投射後之光型的入射面將呈上下顛倒且左右相反的相對關係。因此，設置於下表面119的凹陷結構122可 設置以定義照射區域A之亮區A1的上緣部分之邊界B(請見第3圖)，使得車用燈具100所提供之光型可符合車用照明之規範。
除此之外，本實施方式中，入光面114與出光面116之間的垂直距離，自出光面116與上表面118鄰接之界線至出光面116與下表面119鄰接之界線為漸減，如第6C圖所示。舉例而言，入光面114至出光面116與上表面118鄰接之界線的垂直距離為距離D1，入光面114至出光面116與下表面119鄰接之界線的垂直距離為距離D2，其中距離D1大於距離D2。
同樣地，出光面116為非垂直之面。於第5圖之導光柱110與聚焦透鏡106的配置之中，出光面116可視為一個前傾的斜面，使得聚焦透鏡106所具有的部分焦平面107與出光面116重合。換言之，導光柱110的出光面116是落於焦平面107之中。
於此配置下，由於導光柱110的出光面116是落於焦平面107之中，車用燈具100所提供之光型可以具有增強明暗截止的效果。換言之，於車用燈具100之照射區域的亮區之中，亮區與其週遭之區域的明暗對比會受到強化。
然而，應了解到，以上所舉之出光面116的前傾配置僅為例示，而非用以限制本實施方式。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇出光面116的配置，以設計或修正車用燈具100所提供之光型。舉例而言，於第一實施方式之導光柱110與聚焦透鏡106的配置關係中，出光面116也可以採前傾的方式配置。或者，於第三實施方式之導光柱110與聚焦透鏡106的配置關係中，出光面116也可以 採後傾的方式配置。
此外，導光柱110更包含框架134與定位部130。框架134具有開口136，其中結構本體112藉由置於開口136之中而與框架134連接。結構本體112與框架134可以是一體成形，然而不以此為限。定位部130設置於框架134上，且定位部130包含定位孔132。結構本體112可透過定位元件138穿過定位孔132並鎖附於散熱基座102上固定。
綜上所述，本發明之車用燈具透過導光柱的補光結構使得光源所提供之光束可自導光柱的出光面與下表面出光，其中自導光柱的出光面與下表面發射之光束分別投射至照射區域的亮區與暗區。因此，車用燈具所投射的照射區域之中的暗區仍可具有一定亮度而非全黑。換言之，導光柱的補光結構可以視為一種暗區補光結構，使得車用燈具於照射區域之中所提供的亮度分布可以符合規範。此外，透過聚焦透鏡的折射機制，設置於結構本體的凹陷結構可定義照射區域之亮區的上緣部分邊界的形狀。藉由凹陷結構，車用燈具所提供之光型可以對明暗截止線附近的檢測點作修正，使得光型可符合車用照明之規範。
雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，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‧‧‧車用燈具
102‧‧‧散熱基座
104‧‧‧光源
106‧‧‧聚焦透鏡
107‧‧‧焦平面
108‧‧‧光軸
110‧‧‧導光柱
114‧‧‧入光面
116‧‧‧出光面
119‧‧‧下表面
132‧‧‧定位孔
138‧‧‧定位元件
L1-L3‧‧‧光束

Claims (18)

  1. 一種導光柱，用於一車用燈具，包含：一結構本體，具有一入光面、一出光面以及位於該入光面與該出光面之間且彼此相對的一上表面與一下表面，該結構本體用以將自該入光面進入之一光束的一部分導引至該出光面，其中該出光面為朝該結構本體內部凹陷的曲面；以及一補光結構，設置於該上表面，該補光結構用以將自該入光面進入之部分的該光束，自該上表面導引至該下表面並穿過該下表面。
  2. 如申請專利範圍第1項之導光柱，更包含一凹陷結構，設置於該下表面並毗鄰該出光面，該凹陷結構用以定義自該出光面所射出之該光束的邊界形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項之導光柱，其中該上表面與該下表面之其中至少一者為自該結構本體向外凸出的曲面。
  4. 如申請專利範圍第1項之導光柱，其中該入光面與該出光面之間的垂直距離，自該出光面與該上表面鄰接之界線至該出光面與該下表面鄰接之界線為漸增或漸減。
  5. 如申請專利範圍第1項之導光柱，其中該補光結構毗鄰該出光面。
  6. 如申請專利範圍第1項之導光柱，其中該結構本體更包含互相連接的一入光部與一出光部，該入光面與該出光面分別位於該入光部與該出光部上，並彼此相對。
  7. 如申請專利範圍第6項之導光柱，其中該補光結構位於該出光部上。
  8. 如申請專利範圍第6項之導光柱，其中該入光部與該出光部之其中至少一者為根據一三維曲線所構成之圖形的部分區塊。
  9. 如申請專利範圍第8項之導光柱，其中構成該入光部之該三維曲線用以使自該入光面進入該結構本體之該光束透過該入光部聚焦至該出光面。
  10. 如申請專利範圍第8項之導光柱，其中該三維曲線是三維圓錐曲線。
  11. 如申請專利範圍第1項之導光柱，其中該結構本體為中空結構，且該結構本體具有一破孔，該破孔位於該下表面，其中由該補光結構導引之部分的該光束，透過該破孔穿過該下表面。
  12. 如申請專利範圍第1項之導光柱，其中該結構本體為實心結構，且該補光結構為用以定義一全反射界面的一凹陷式結構。
  13. 如申請專利範圍第1項之導光柱，更包含：一定位部，設置於該結構本體上，該定位部具有至少一定位孔。
  14. 如申請專利範圍第1項之導光柱，更包含：一框架，具有一開口，其中該結構本體藉由置於該開口之中而與該框架連接；以及至少一定位部，設置於該框架上。
  15. 一種車用燈具，包含：一散熱基座；一光源，設置於該散熱基座上，並提供一光束；如請求項1至12中任一項所述之導光柱，設置於該散熱基座上，該入光面設置以接收該光源所提供之該光束；以及一聚焦透鏡，設置以接收自該導光柱之該出光面與該下表面所提供之該光束。
  16. 如申請專利範圍第15項之車用燈具，其中該聚焦透鏡具有一焦平面，且部分該焦平面與該出光面重合。
  17. 如申請專利範圍第15項之車用燈具，其中該聚焦透鏡具有一焦平面，且該焦平面與該出光面至少相交於一直線。
  18. 如申請專利範圍第15項之車用燈具，其中該導光柱更包含一定位部，設置於該結構本體上，該定位部具有至少一定位孔，該車用燈具更包含至少一定位元件，該結構本體透過該定位元件穿過該定位孔並鎖附於該散熱基座上固定。
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