TWI615581B - 光反射罩及具有光反射罩的照明裝置 - Google Patents

Abstract

本發明光反射罩包含主反射面及凸脊。主反射面為內凹面。凸脊自主反射面突起。凸脊具有相對之光源端、出光端以及延伸於光源端及出光端之間的脊頂反射面。脊頂反射面包含較接近光源端的第一部分以及較接近出光端的第二部分。第一部分與第二部分之相接處具有段差。照明裝置包含光反射罩以及光源。光源設置於光反射罩具有主反射面及凸脊之一側。

Description

光反射罩及具有光反射罩的照明裝置

本發明係關於一種光反射罩及具有光反射罩的照明裝置；具體而言，本發明係關於一種能夠提高有效光利用率之光反射罩及照明裝置。

照明裝置可提供夜間活動時對周遭環境的辨識能力，並提高安全性。以自行車活動為例，照明裝置可幫助使用者辨識前方是否有障礙物，以及地面的路況。然而，現有自行車照明裝置所產生的光線容易在水平面上方的位置分布過量光線，這些光線會影響對向駕駛者的視覺，進而危害使用者的安全。此外，有些自行車照明裝置的光源與內部構件(例如反射罩)之間有配合不佳的問題。例如，光源發出的光線未經反射罩而直接出光，不僅使有效的光利用率降低，還可能導致前方光線不足的情形。因此，現有照明裝置的結構仍有待改進。

本發明之一目的在於提供一種光反射罩，可增加光線偏折角度。

本發明之一目的在於提供一種照明裝置，可提高有效光的利 用率。

光反射罩包含主反射面及凸脊。主反射面為內凹面。凸脊自主反射面突起。凸脊具有相對之光源端、出光端以及延伸於光源端及出光端之間的脊頂反射面。脊頂反射面包含較接近光源端的第一部分以及較接近出光端的第二部分。第一部分與第二部分之相接處具有段差。照明裝置包含光反射罩以及光源。光源設置於光反射罩具有主反射面及凸脊之一側。

1‧‧‧照明裝置

10‧‧‧光反射罩

12‧‧‧主反射面

14‧‧‧凸脊

20‧‧‧光源

22‧‧‧發光頂面

30‧‧‧光學鏡片

32‧‧‧入光面

34‧‧‧頂面

36‧‧‧出光面

40‧‧‧參考平面

50‧‧‧地面

122‧‧‧外緣

141‧‧‧光源端

142‧‧‧脊頂反射面

142A‧‧‧第一部分

142B‧‧‧第二部分

143‧‧‧出光端

145‧‧‧段差

147‧‧‧內凹稜線

149‧‧‧中心點

B11,B12,B13,B14‧‧‧光線

B21,B22‧‧‧光線

B31,B32‧‧‧光線

B41,B42‧‧‧光線

C‧‧‧弧長

C2‧‧‧弧長

D0,D1‧‧‧投影線

D0’‧‧‧延伸線

G1,G2‧‧‧照光區

h‧‧‧高度差

圖1為本發明光反射罩之一實施例立體圖。

圖2及圖3為本發明凸脊之側剖視圖。

圖4為本發明光反射罩之另一實施例立體圖。

圖5為本發明光反射罩的側視圖。

圖6A為本發明照明裝置之一實施例立體圖。

圖6B為照明裝置的側視圖。

圖6C為照明裝置的俯視圖。

圖7為測試照明裝置的示意圖。

圖8A,8B,8C,8D為光源自照明裝置不同位置出光的示意圖。

圖9為照明裝置於參考平面的光型圖。

圖10為模擬照明裝置於參考平面的照度分布圖。

本發明是有關照明裝置，其內部具有光反射罩可改善光線分布。照明裝置可用於自行車的車燈或是手持式照明設備，但不限於此。

圖1為本發明光反射罩10之一實施例立體圖。如圖1所示， 光反射罩10包含主反射面12及凸脊14。主反射面12為內凹面；在本實施例中，主反射面12的外緣122大部分為圓弧線或橢圓弧線。凸脊14自主反射面12突起，並具有相對之光源端141、出光端143以及延伸於光源端141及出光端143之間的脊頂反射面142。凸脊14的側面連接主反射面12與脊頂反射面142。

脊頂反射面142包含較接近光源端141的第一部分142A以及較接近出光端143的第二部分142B。第一部分142A與第二部分142B之相接處具有段差145。藉由段差設計可將射向水平位置以上區域的光線導向水平位置以下的區域，使光線導向遠端地面，增加照光範圍。另外，如圖1所示，第一部分142A在靠近光源端141的部分與主反射面142的垂直距離較第一部分142A在遠離光源端141的部分與主反射面142的垂直距離來得小。

圖2及圖3為本發明凸脊14之側剖視圖。如圖2所示，於凸脊14自光源端141延伸至出光端143的延伸路徑上，第二部分142B所形成弧的弧長C2佔脊頂反射面142所形成弧的弧長C的10~30%，以減少水平位置以上的光分布。在其他實施例，第二部分142B所形成弧的弧長C2較佳佔脊頂反射面142所形成弧的弧長C的18%，以進一步減少水平位置以上的光分布。

此外，於凸脊14自光源端141延伸至出光端143的延伸路徑上，第一部分142A所形成弧的平均曲率大於第二部分142B所形成弧的平均曲率。藉由曲率較小的第二部分可減少水平位置以上的光分布。於一實施例，於凸脊14自光源端141延伸至出光端143的延伸路徑上，第二部分142B於出光端143的端點不突出於第一部分142A所形成弧的延伸線外。如圖3所示，第二部分142B於出光端143處之端點與第一部分142A 所形成弧的延伸線具有高度差h。換言之，第二部分142B其弧線於出光端143的端點相對於延伸線第一部分142A的延伸線內縮(朝z方向)而非突出。在其他實施例，例如，調整第二部分142B所形成的弧具有更小的曲率。藉此，第二部分142B其弧線於出光端143的端點可位在第一部分142A的延伸線上。

圖4為本發明光反射罩10之另一實施例立體圖。如圖4所示，脊頂反射面142具有內凹稜線147自光源端141延伸至出光端143。內凹稜線147將脊頂反射面142分為兩個表面。兩個表面之間具有夾角小於180°。藉此設計，將光線導向前方時(例如沿y方向)，可使出光光型較為集中，換言之，自脊頂反射面142射出的光束會朝光線前進方向略微收斂。

圖5為本發明光反射罩10的側視圖。如圖5所示，主反射面具有外緣122，第二部分142B於出光端143之端緣突出於外緣122外。具體言之，第二部分142B於出光端143係朝y方向，相對於內凹的主反射面12而突出於外緣122所在的虛擬面外。藉此可將射向外緣上側的光線利用凸脊的第二部分142B導向水平位置以下的區域。

圖6A為本發明照明裝置1之一實施例立體圖。請參考圖4及圖6A，照明裝置1包含光反射罩10以及光源20。光源20設置於光反射罩10具有主反射面12及凸脊14之一側。

在本實施例中，光源20具有發光頂面22，發光頂面22較佳可以為平面或為弧面。在以發光頂面22中心為原點定義之球座標系統(r,θ,□)中，球座標系統係以垂直發光頂面22中心之虛擬線作為一法線以定義一基準面。如圖6A所示，以xy平面作為基準面，z軸作為通過發光頂面22中心的法線。

在此實施例，球座標系統中的各參數定義為：

r：座標點與原點之連線距離(徑向長度)。

θ：座標點與原點之連線與法線間之夾角。

□：座標點與原點之連線於基準面上之投影線與原點與脊頂反射面中心點之連線於基準面上投影線間之夾角。

如圖6A所示，p點與發光頂面22中心之連線距離為r。p點與發光頂面22中心之連線與z軸間之夾角為θ。p點與發光頂面22中心之連線在xy平面具有投影線D1。脊頂反射面中心點149與發光頂面22中心之連線在xy平面具有投影線D0。為方便理解，將投影線D0延長為延伸線D0’。如圖6A所示，投影線D1與延伸線D0’(或投影線D0)之間的夾角為□。於一實施例，脊頂反射面142係位於-31°<□<31°之範圍內。

此外，照明裝置1還包含光學鏡片30。光學鏡片30係設置於投影線D0上。詳言之，以垂直發光頂面22中心之虛擬線作為一法線(如圖6A的z軸)以定義基準面(如圖6A的xy平面)，發光頂面22中心與脊頂反射面142中心點149之連線於基準面上具有投影線D0，光學鏡片30係設置於投影線D0上。在其他實施例，可調整光學鏡片30沿D0的延伸方向設置。

圖6B及圖6C分別為照明裝置的側視圖及俯視圖。如前所述，θ定義為座標點與原點之連線與法線間之夾角(即座標點與發光頂面22中心之連線與z軸間之夾角)，其中，-90°<θ<90°是從座標點與發光頂面22中心之連線與正z軸間之夾角，於正y軸一側為正值，且於負y軸一側為負值。於一實施例，脊頂反射面142係位於-90°<θ<25°之範圍內。第二部分142B係位於0°<θ<25°之範圍內。

另外，如圖6B所示，光學鏡片30具有入光面32、頂面34以及出光面36。入光面32至少部分介於光源20與第二部分142B於出光 端143之端緣間。如圖6C所示，光學鏡片30整體係位於光反射罩10於基準面(如圖6C的xy平面)的投影範圍內。在其他實施例，光學鏡片30的位置可視光照需求調整，例如將光學鏡片30隨光源20位置朝遠離光反射罩10的方向(沿y方向)移動至部分突出於光反射罩10的投影範圍外。

圖7為測試照明裝置1的示意圖。如圖7所示，依據德國自行車前燈檢測法規(StVZO 22A NO.23)之規範，模擬照明裝置1於距離地面50一定高度，朝相距10公尺外的參考平面40的照度分布情形。照明裝置1在參考平面40及地面50投射形成照光區G1與照光區G2。如圖7所示，照光區G1分布於水平位置附近(參考平面的水平虛線)及地面之間。照光區G2分布於地面，自照明裝置1朝前方延伸形成狹長型光帶。

圖8A,8B,8C,8D為光源自照明裝置1不同位置出光的示意圖。如圖8A所示，光線B11,B12,B13,B14的路徑係光源20經主反射面12反射後的狀態。光源20朝主反射面12發出的光線，經主反射面12反射導向參考平面40(參考圖7)。藉由主反射面12的內凹面設計，可將光線導向參考平面40，並使出光光型較為集中。

如圖8B所示，光線B21,B22的路徑係光源20經脊頂反射面142的第一部份142A反射後的狀態。光源20朝凸脊14發出的光線，經第一部份142A反射，將光線導向地面50(參考圖7)。藉此設計可將部分光線導向地面，增加照光範圍。

如圖8C所示，光線B31,B32的路徑係光源20經脊頂反射面142的第二部份142B反射後的狀態。光源20朝凸脊14發出的光線，經第二部份142B反射，將光線導向參考平面40接近水平虛線或水平虛線下緣的位置。換言之，藉由脊頂反射面的段差設計可增加光線偏向水平位置以下的角度，減少水平位置以上的光分布，提升有效光的利用率使光線導 向遠端地面，增加地面照光區的範圍。

如圖8D所示，光線B41,B42的路徑係光源20經光學鏡片30折射後的狀態。光源20朝光學鏡片30發出的光線，經內部折射後由出光面36出光，或經由頂面34全反射後由出光面36出光，將光線導向參考平面40或地面50。藉此設計可將朝水平位置上方投射的光線導向接近水平方向及地面，增加地面照光區的範圍，並避免刺激對向駕駛者或行人。

圖9為照明裝置於參考平面的光型圖。如圖9所示，本發明的照明裝置可有效減少水平位置(如圖7中的水平虛線)以上的光分布，並且使照光區上緣光線分布較為集中，呈現亮暗分明的界線。藉此可避免水平位置以上的光線刺激對向駕駛者或行人，同時提高光利用率並提高水平位置附近以及水平位置以下區域的照度。

圖10為模擬照明裝置於參考平面的照度分布圖。如圖10所示，照明裝置於參考平面的不同位置具有不同照度。依StVZO 22A NO.23之規範選取參考平面上的八個不同位置(A、HV、LB、RB、DB、C、LE、RE)，並觀察其照度值(參見表1)，其中：HV-LB-RB的連線為水平位置，其中HV點位於正中心，LB點與RB點分別位於HV點左右各4°的位置；A點位於HV點上方3.4°的位置，規範明暗截止線所在位置的照度上限；DB點位於HV點下方1.5°的位置；C點位於HV點下方5°的位置；LE點與RE點分別位於C點左右各8°的位置。

表1為對應圖10的照明裝置的位置-照度值測試結果。

如表1所示，各位置的欄位中分別標示(上至下)：StVZO 22A NO.23之規範上/下限值、模擬照度值、以及測試結果。結果表明採用本發明的照明裝置，在參考平面的各位置皆能符合規範。另外，StVZO 22A NO.23規範最大照度值(E_max)需小於1.2HV，而模擬得到E_max照度值為34.43，亦在規範的範圍內。由此可知，本發明的照明裝置不僅可改善出光分布、有效利用光源的光線，並且能提供照度充足的投射效果。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

10‧‧‧光反射罩

12‧‧‧主反射面

14‧‧‧凸脊

122‧‧‧外緣

141‧‧‧光源端

142‧‧‧脊頂反射面

142A‧‧‧第一部分

142B‧‧‧第二部分

143‧‧‧出光端

145‧‧‧段差

Claims (12)

1. 一種光反射罩，包含：一主反射面，為一內凹面；以及一凸脊，自該主反射面突起；其中，該凸脊具有相對之一光源端、一出光端以及一脊頂反射面延伸於該光源端及該出光端之間，該脊頂反射面包含：一第一部分，較接近該光源端；以及一第二部分，較接近該出光端；其中，該第一部分與該第二部分之相接處具有一段差。
2. 如請求項1所述之光反射罩，其中於該凸脊自該光源端延伸至該出光端的延伸路徑上，該第一部分所形成弧的平均曲率大於該第二部分所形成弧的平均曲率。
3. 如請求項1所述之光反射罩，其中於該凸脊自該光源端延伸至該出光端的延伸路徑上，該第二部分所形成弧的弧長佔該脊頂反射面所形成弧的弧長的10~30%。
4. 如請求項1所述之光反射罩，其中於該凸脊自該光源端延伸至該出光端的延伸路徑上，該第二部分於該出光端的端點不突出於該第一部分所形成弧的延伸線外。
5. 如請求項1所述之光反射罩，其中該脊頂反射面具有一內凹稜線自該光源端延伸至該出光端。
6. 如請求項1所述之光反射罩，其中該主反射面具有一外緣，該第二部分於該出光端之端緣突出於該外緣外。
7. 一種照明裝置，包含：如請求項1至6中任一所述之光反射罩；以及 一光源，設置於該光反射罩具有該主反射面及該凸脊之一側。
8. 如請求項7所述之照明裝置，其中該光源具有一發光頂面，在以該發光頂面中心為原點定義之一球座標系統(r,θ,□)中，該脊頂反射面係位於-31°<□<31°之範圍內；其中該球座標系統係以垂直該發光頂面中心之虛擬線作為一法線以定義一基準面：θ：座標點與原點之連線與該法線間之夾角□：座標點與原點之連線於該基準面上之投影線與原點與該脊頂反射面中心點之連線於該基準面上投影線間之夾角。
9. 如請求項8所述之照明裝置，其中該脊頂反射面係位於-90°<θ<25°之範圍內。
10. 如請求項8所述之照明裝置，其中該第二部分係位於0°<θ<25°之範圍內。
11. 如請求項7所述之照明裝置，進一步包含一光學鏡片；其中，以垂直該發光頂面中心之虛擬線作為一法線以定義一基準面，該發光頂面中心與該脊頂反射面中心點之連線於該基準面上具有一投影線，該光學鏡片係設置於該投影線上。
12. 如請求項11所述之照明裝置，其中該光學鏡片具有一入光面，該入光面至少部分介於該光源與該第二部分於該出光端之端緣間。