TWI738998B - 用於移動載具的光學照明裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示的光學照明裝置包含一光學元件具有一入光面及一出光面，其中該入光面與該出光面至少有一表面包含一第一變形非球面；一第一光源為方形光源且配置在該光學元件一側相對該入光面；該第一光源的光線直接地進入該入光面。該光線經該第一變形非球面產生折射。該光線透出該出光面後，在一照明位置形成具有特定形狀的一照明區塊。該照明區塊的上緣形成一截止線。藉此該光學照明裝置具有結構精簡及高照明效率的功效。

Description

用於移動載具的光學照明裝置
本發明係關於一種照明裝置及應用該照明裝置的技術領域，特別是指用於移動載具的光學照明裝置。
自行車車燈通常具有如下的標準：一是截止線不能有向上的泛光，並且截止線不能過高以免防礙對向車輛或行人的視線；二是照明的寬度要夠寬，該照明寬度要能夠照亮前方左右視線。
一般自行車燈形成截止線的方式是光源的前方配接一燈杯，利用光線在燈杯內反射，使得光線在射出後能夠形成該截止線。然而該方式所產生的光線經過反射及散射後，將造成能量損耗且照明效率降低的缺點。
台灣第201022592號公開案揭示一種光學透鏡及其發光二極體照明裝置。該專利前案利用複曲面公式使照明側的光學面形成軸對稱，且延著軸向為中間內凹二側外凸的M形狀。該照明側的光學面結構具有特殊構造，因此在製作上較不容易。
美國US2015/0330589號專利揭示一種用於交通工具的頭燈。其利用二個透鏡及其表面的曲率設計，使光源的光線經過二該透鏡後可以形成預定的分布態樣。該專利前案雖然没有使用燈杯，但需使用二個不同造形完全不同的透鏡才能滿足使用需求，故結構複雜。
本發明的目的在於解決習知照明裝置構件數量多及結構複雜的缺點。
本發明的目的在於提供一種光學照明裝置，其具有一光源對應一透鏡的組合結構，並且以一次光學的形式產生預定的照明區塊，藉此達到構件數量少及結構精簡的功效。該光學照明裝置應用於移動載具，例如自行車，可以滿足車燈規範及使用性。
為達上述的目的與功效，本發明揭示的光學照明裝置係包含一光學元件具有一入光面，以及一出光面相對該入光面，其中該入光面與該出光面至少有一表面包含一第一變形非球面曲面；一第一光源配置在該光學元件一側相對該入光面；其中該第一光源為方形光源，該第一光源的光線直接地進入該入光面，且藉該第一變形非球面曲面的折射，使該光線透出該出光面後，在一照明位置形成特定形狀的一照明區塊；該照明區塊的一上(外)緣形成一截止線。
10:光學元件
12:入光面
14:出光面
16:中心點
20:第一光源
30:第一變形非球面
32:第二變形非球面
50:照明位置
52:照明區塊
54:截止線
60:第二光源
第1圖係本發明光學元件相對第一光源的結構示意圖一。
第2圖係本發明光學元件相對第一光源的結構示意圖二。
第3圖係本發明光學元件相對第一光源的外觀圖。
第4圖係本發明另一光學元件的結構示意圖。
第5圖係本發明第一光源與光學元件所產生的照明狀態圖。
第6圖係本發明光學元件具有二個變形非球面所產生的照明狀態圖。
第7圖係本發明配置第一光源及第二光源且相對光學元件的結構示意圖。
第8圖係本發明第一光源與第二光源並置相對光學元件所產生的照明狀態圖。
第9圖係本發明配置第一光源及複數第二光源且相對光學元件的結構示意圖。
第10圖係本發明第一光源與第二光源成矩陣排列且相對光學元件所產生的照明狀態圖。
第11圖係本發明光學元件為平凸透鏡的結構示意圖。
請參閱第1、2圖，圖中揭示一種光學照明裝置，其包含一光學元件10，以及一第一光源20相對該光學元件10。該光學元件10係一透鏡，該透鏡具備一入光面12，以及一出光面14相對該入光面12。該第一光源20配置在該光學元件一側相對該入光面12。
值得注意的是，該入光面12與該出光面14至少有一表面包含一第一變形非球面(first anamorphic asphere)30。該第一光源20為方形光源，該第一光源20的光線直接進入該入光面12(即藉一次光學的模式進入該透鏡)，再由該出光面14透出；換言之，該第一光源20的光線係經過該第一變形非球面30折射而透出。
請參閱第3圖，該第一變形非球面30係允許在Y-Z和X-Z平面中具有多個(多階)不同的非球面形狀的表面，但在每個平面中仍然是雙邊對稱。該第一變形非球面30相對X-Y-Z座標軸，符合下述公式：
Figure 107113177-A0305-02-0005-1
 其中係數A 2n 是對稱係數；係數B 2n 是非對稱係數；K x 、K y 是錐常數(conic coefficient)；C x 、C y 為曲率(curvature)。
其次該第一光源20對準該光學元件10的該中心點16，且圖中該第一光源20與該光學元件10的相對位置僅為例示說明之用，並不以此為限。
請參閱第4圖，該光學元件10還包含的一第二變形非球面(second anamorphic asphere)32連接該第一變形非球面30。該第二變形非球面32相對X-Y-Z座標軸，符合下述公式：
Figure 107113177-A0305-02-0006-2
 其中係數A′2n 是對稱係數；係數B′2n 是非對稱係數；K′ x 、K′ y 是錐常數(conic coefficient)；C′ x 、C′ y 為曲率(curvature)。
值得注意的是，依圖所示，該第一變形非球面30與該第二變形非球面32相對相對X-Y-Z座標軸，其一該變形非球面曲面位在Y≧0的方向，另一該變形非球面位在Y≦0的方向。形成該第一變形球面30與該第二變形球面32所採用的對稱係數、非對稱係數、錐常數及曲率中，至少有一個數值是不相同。例如：A 2n =A′2n ；B 2n =B′2n ；C x =C′ x ；K x =K′ x ；C y ≠C′ y ；K y ≠K′ y 。
請參閱第5圖，圖中顯示利用上述實施例所揭示的光學元件(透鏡)相對一方形光源(方形LED)所產生的投射結果。由圖所示，可見該照明區塊52形 成一寬形照明區域，該照明區塊52上緣與照明位置(紅色背景)形成有一條清楚的截止線54。
由於該第一光源20為方形光源，所以由該第一光源20且該光學元件10具備該第一變形非球面30及/或該第二變形非球面32，所以該光線通過該第一變形非球面30及/或該第二變形非球面32所產生的該照明區塊52橫向(寬度)被加大且不需要其他的輔助構件即可形成該截止線54。
根據前述各實施例的教示，本發明提供其他可能實施例如下。
請參閱第4、6圖，該光學元件10包含該第一變形非球面30相接該第二變形非球面32，且該第一變形非球面30與該第二變形非球面32的曲面不同，所以該第一光源20的光線透出該光學元件10後，可使該照明區塊的上緣與下緣的形狀不同(見第6圖)。
請參閱第7圖，本實施例包含至少一第二光源60。該第二光源60配置在該光學元件10一側相對該入光面12，且該第二光源60相對該第一光源20形成並置。請參閱第8圖，圖中顯示係根據第7圖所揭示之該第一光源20與該第二光源60相對該光學元件10所產生的照明形式。由圖可見該照明區塊的橫向長度相較於第7圖所示，明顯加大。
請參閱第9圖，因應使用者的不同需求，本實施例包含複數第二光源60。各該第二光源60與該第一光源20排列成矩陣態樣。請參閱第10圖，圖中顯示係根據第9圖所揭示之該第一光源20與該第二光源60相對該光學元件10所產生的照明形式。由圖可見該照明區塊的橫向長度及縱向高度相較於前述的第5、6，明顯加大。此外，各該第二光源60的啟閉以及亮度，皆可藉由適當的電子電路依實際使用需求來加以控制。
請再參閱第1、2、4圖，該光學元件10係為雙凸透鏡，且至少有一側的表面為非對稱的結構態樣。根據以上的教示，請參閱第11圖，該光學元件10也可以是平凸透鏡，其中曲面側具有該第一變形球面及/或該第二變形球面。
由於本發明採用單一透鏡及單一光源的設計即可達到符合自行車車燈的規範及照明效果，所以本發明具有結構精簡及較低製造成本的功效。此外本發明採用一次光學設計，故可以達到減少構件、降低體積以及降低光能耗損的功效。
上述實施例僅為例示性說明本發明之技術及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技術人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本發明之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。
10:光學元件
12:入光面
14:出光面
20:第一光源
30:非對稱性曲面

Claims (4)

  1. 一種用於移動載具的光學照明裝置，係用以投射光線在一照明位置，其包含：一光學元件，係具有一入光面，以及一出光面相對該入光面，其中該入光面與該出光面至少有一表面包含一第一變形非球面以及一第二變形非球面；一第一光源，係配置在該光學元件一側相對該入光面；其中該第一光源為方形光源，該第一光源的光線直接地進入該入光面，且藉該第一變形非球面以及該第二變形非球面的折射，使該光線透出該出光面後，在該照明位置形成一照明區塊；其中，該第一變形非球面相對X-Y-Z座標軸，在Y≧0的方向，符合下述公式：
    Figure 107113177-A0305-02-0009-3
     其中，係數A 2n 是對稱係數；係數B 2n 是非對稱係數；K x 、K y 是錐常數；C x 、C y 為曲率；該第二變形非球面相對X-Y-Z座標軸，在Y≦0的方向，符合下述公式：
    Figure 107113177-A0305-02-0009-4
     其中，係數A' 2n 是對稱係數；係數B' 2n 是非對稱係數；K' x 、K' y 是錐常數；C' x 、C' y 為曲率；該第一變形球面與該第二變形球面所採用的對稱係數、非對稱係數、錐常數及曲率的對應關係為：A 2n =A' 2n ；B 2n =B' 2n ；C x =C' x ；K x =K' x ；C y ≠C' y ；K y ≠K' y 。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學照明裝置，更包含一第二光源，該第二光源配置在該光學元件一側相對該入光面，且該第二光源相對該第一光源形成並置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學照明裝置，更包含複數第二光源，各該第二光源與該第一光源排列成矩陣態樣，該第一光源與各該第二光源配置在該光學元件一側相對該入光面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學照明裝置，其中該照明區塊的一外緣形成一截止線。
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