TWM563631U - 指揮棒 - Google Patents

Abstract

一種指揮棒，包含出光與控制單元、電池單元、擴散單元，以及端部反射單元。電池單元電性連接出光與控制單元。出光與控制單元將其內置之發光元件所產生的光，藉其內置透鏡結合內置底反射杯之二次光學組合將光重新分配、導引，使其大部分的光被均勻傳遞至擴散單元，其餘被傳遞至端部反射單元，再由端部反射單元反射重新回收傳遞至擴散單元，最終光經過擴散單元的穿透、擴散而向外部發射出，達成指揮棒向外更均勻且更有效率發光的效果。

Description

指揮棒

本創作是關於一種用於指揮、警示等功能的指揮棒。

「指揮棒」(或「導引棒」)的用途相當廣泛，例如，可做為交通指揮、工地、救難、社區巡守等場合之警示與引導。

一個好的指揮棒應符合亮度足夠、發光均勻，以及低製造成本等要求。然而，現今市場上的指揮棒無法全面滿足上述條件。

由於亮度不夠且不均勻，因此有一些業者開發出在軸向上具有多個光源的指揮棒。例如，台灣專利M267575所揭露的指揮棒，其發光段部上具有多個發光元件，例如，多個發光二極體(LED)。

以發光二極體作為光源，具有效率高、不易破損、反應速度快、可靠性高等優點。而缺點之一是其發光效率受高溫影響而急劇下降。其次，因發光二極體所發出的光具有高度指向性，需藉由二次光學將光重新導引分配來提昇在空間立體角的分佈均勻度。因此，具有多個發光二極體的指揮棒，通常需要反光片，使得徑向上的發光較為均勻。例如，台灣專利298334所揭露的指揮棒，在同一平面的不同半徑方向上分別設置發光二極體，並利用反光片使多個發光二極體所發出的光，反射到環狀的色板上。

此外，在軸向上具有多個LED光源的指揮棒，不僅製作成本較高，還且有散熱的問題。例如，台灣專利M467986提到發光二極體的散熱不易，容易損壞。因此，其設計的指揮棒的殼本體具有散熱鰭片和導熱作用壁，以協助消散多個發光二極體所產生的熱，但這同時也導致物料成本的上昇。

有鑑於多個光源的缺點，也有業者開發單個光源的指揮棒。例如，台灣專利TW M547741提到具有多個燈泡的指揮棒，其耗電量大，維修不易。該專利揭露一種指揮棒，其包含燈座及導光元件。燈座上設置有單一燈泡，導光元件是以壓克力所製成的實心透明柱體，其內部植設有若干光纖條。此外，台灣專利570255所揭露的指揮棒，具有發光二極體、凸透鏡、光纖、導光棒體，保護罩等元件。然而，在實務上，以實心透明柱體、光纖等作為導光元件，恐因模具成本高、成型良率難控制而造成推廣之困難。

圖1A為剖面圖，圖1B為局部立體圖，顯示一種習知的指揮棒1與其單側光源。該指揮棒1具有透明管狀的外殼10，多個發光二極體11設置於外殼10內接近電池的一端；此外，增亮膜12設置於外殼10的內部，其目的在提昇外殼10內部之光的回收 (Recycling) 效應，。但由於增亮膜12對外的光擴散性不顯著，還必須另設置反光膜13於增亮膜12的外圍，以改善發光，使看起來較像一均勻發光的柱體。

採用增亮膜12與反光膜13的指揮棒，將使得製造成本提高。此外，於生產時，增亮膜12與反光膜13是透過剪裁再捲成長筒狀後，再置入指揮棒1的外殼10中。如此，捲成長筒狀的增亮膜12與反光膜13，於接合處一定會有部分重疊。此重疊的部分的出光量將明顯低於未重疊處，更使得指揮棒1的徑向發光均勻度不佳。

鑒於以上缺點，有必要提出一種新的指揮棒結構，可維持足夠的亮度、提升發光均勻度，並降低成本。

本創作是關於一種符合亮度足夠、發光均勻，以及低製造成本等要求的指揮棒。

根據本創作實施例，一種指揮棒，其結構依序包含一電池單元、一出光與控制單元、一擴散單元，以及一端部反射單元，且前後兩兩機構性接合。該電池單元包含一電池組，該電池組提供電力以驅動該出光與控制單元中的一發光元件。該出光與控制單元包含該發光元件、一透鏡，以及一底反射杯，該透鏡位於該發光元件上方，該底反射杯環繞於該發光元件側方，該發光元件所發出的光，將直接經該透鏡折射、穿透出，或經該底反射杯反射回該透鏡後再經該透鏡折射、穿透出，最終大部分抵達該擴散單元、小部分抵達端部反射單元，該透鏡與該底反射杯係構成一種二次光學（Secondary Optics）組合，其目的在將該發光元件所發出的光進行路徑上的重新導引暨能量上的重新分配，裨使該指揮棒最終達到更有效率、更均勻的對外出光效果。該擴散單元包含一擴散管，該擴散管的一第一端連接該出光與控制單元並面向該透鏡，該擴散管的一第二端連接該端部反射單元，該擴散管將來自該透鏡穿透出的光與來自該端部反射單元的反射光，於其管壁構造內遂行充分的散射（Scattering）效應後向外部「擴散（Diffusion）」，使該擴散管之外表面呈現出均勻的輝度（Luminance），以提昇該指揮棒的警示效果。該端部反射單元連接該擴散管的一第二端，且包含一頂反射罩，以將傳遞至該端部反射單元的光反射至該擴散管，該頂反射罩藉由適當的材料選用與幾何設計，可將原先無法有效抵達該擴散管的光重新分配、導引至該擴散管，以提昇該指揮棒的出光效率並改善出光均勻度。

在一實施例中，於一暗房中進行照度測試，該擴散管置於一遮光袖套中，該遮光袖套具有一直徑為6 mm的遮光袖套出光口，該遮光袖套出光口對準該暗房的一暗房入光口，一照度計置於該暗房的底部，該照度計與該遮光袖套出光口的距離為110 mm，該擴散管在軸向上每個位置所發出的光，其照度均大於0.2 lux。

在一實施例中，該擴散管在同一軸向位置、不同徑向角度所發出的光，其標準偏差小於3%。

在一實施例中，該擴散管的材質包含聚碳酸酯。

在一實施例中，該擴散管摻雜有擴散劑。

在一實施例中，該擴散管摻雜有有色染劑。

在一實施例中，該端部反射單元包含一頂蓋以及一頂反射罩，該頂蓋連接該擴散管的第二端，該頂反射罩位於該頂蓋內，該頂反射罩的材質包含塑膠。

在一實施例中，該頂反射罩的厚度大於1.2 mm。

在一實施例中，該頂反射罩的材質包含聚碳酸酯。

在一實施例中，該底反射杯的材質為塑膠，厚度大於1.2 mm。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本創作還可以廣泛地實行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本創作有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本創作可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的程序步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本創作不必要之限制。

圖2為立體圖，圖3為剖面圖，顯示根據本創作較佳實施例的指揮棒2。如圖2至圖3所示，指揮棒2的主要元件，包含出光與控制單元20、擴散單元22、端部反射單元24，以及電池單元26。出光與控制單元20電性連接電池單元26，用於發出光，並控制光的發光模式以及開啟與關閉。擴散單元22的第一端連接出光與控制單元20，以吸收、反射，以及穿透(擴散)由出光與控制單元20所發出的光。端部反射單元24設置於擴散單元22的第二端，並將傳遞至端部反射單元24的光，再反射回擴散單元22。

為了符合亮度足夠、發光均勻，以及低製造成本的要求，本較佳實施例的指揮棒2提出一種新的光機(opto-mechanical)設計，通過重新分配布置光的路徑，以達到上述要求。

如圖2至圖3所示，根據本實施例的指揮棒2，出光與控制單元20所產生的光，其大部分被傳導至擴散單元22，並且有一部分被傳遞至端部反射單元24，再由端部反射單元24反射至擴散單元22。以下詳述細節。

圖4至圖5為立體圖，顯示根據本創作較佳實施例中的出光與控制單元20。參考圖2至圖5，出光與控制單元20包含發光元件201、透鏡202、底反射杯203、電路板204、按鈕開關205、支架208等。發光元件201的數量可以是一或多個。在本較佳實施例，發光元件201僅包含一個發光二極體。採用單個發光二極體，能簡化發光二極體產生的散熱問題、並降低成本。由於高效能的光機設計，單個發光二極體所提供的亮度也足夠。更重要的是，不同於習知技術以多個發光二極體環繞著軸設置，本實施例單個發光二極體可使得在擴散單元22的出光具有較好的徑向均勻度。

參考圖2至圖5，發光元件201設置於電路板204上，而電路板204設置於支架208上。此外，在發光元件201的上方，亦即，在發光元件201與擴散單元22之間，具有透鏡201；環繞在發光元件201的側方，具有漏斗狀的底反射杯203。底反射杯203可由高反射性材料所構成，以將發光元件201發射至底面以及側面的光，反射至透鏡201，再穿過透鏡201，傳遞至擴散單元22。底反射杯203的厚度將影響光反射率。在本實施例，底反射杯203的材質為塑膠(例如聚碳酸酯)，其厚度大於1.2 mm。較佳的，底反射杯203的反射率大於95%或99%。

參考圖2至圖3，出光與控制單元20電性連接電池單元26。在本實施例，電池單元26包含電池室外殼262，兩個串聯的1.5V電池構成的電池組261置於電池室外殼262內，電池室背蓋263與電池室外殼262螺接固定，並與彈簧連片266及彈簧267藉由電池室背蓋螺絲264鎖附。出光與控制單元20的正電極片206與電池組261的正極連接，出光與控制單元20的負電極片207與電池室負電極片265連接，而電池室負電極片265透過彈簧連片266及彈簧267與電池組261的負極連接。

參考圖2至圖5，此外，出光與控制單元20的發光元件201電性連接電路板204，而電路板204電性連接按鈕開關205與電池單元26。使用者可通過按壓按鈕209使其機械連動按鈕開關205，來控制發光元件201的開啟、關閉，以及發光模式。例如，壓下按鈕209一次，可使發光元件201持續發光。接著，再壓下按鈕209一次，可轉變發光的模式或顏色，例如：使發光元件201發出閃爍的光。接著，再壓下按鈕209一次，可使發光元件201停止發光。上述控制模式僅作為例示，並不限制於此。值得注意的是，參照圖5，在本創作較佳實施例，將發光元件201、按鈕開關205、控制晶片(未圖示)及相關電路整合於單一個電路板204上，而習知的作法是發光元件與控制電路各具有分別的電路板，如圖1B所示。在本實施例，電路板204可以是具有可撓性的鋁基板。根據本創作實施例，電路板204的設計，使得指揮棒2的製程簡化，良率和產量得以提高。

參考圖2至圖3，與習知技術比較，本創作實施例的擴散單元2並不具有增亮膜以及反光膜。擴散單元22僅由單一個擴散管221所構成。如圖2至圖3所示，為有效攔截由透鏡202所穿透出的光並重新分配光的路徑，擴散管221的材料及結構被設計，使得擴散管221的霧度(haze)被提高。習知指揮棒的外殼10(圖1A)是透明無色的。如圖2至圖3所示，在本實施例，為了增加擴散效果，可在擴散管221內添加擴散劑(diffuser)及染劑。擴散劑可以是有機光擴散劑或無機光擴散劑，利用其特殊構造與粒徑，達到良好的光擴散性及霧度的效果。除此之外，擴散劑的物性佳，具有優越的耐酸鹼性、耐光性及耐候性。此外，可添加染劑，以改變或微調指揮棒2最終出光的色度，例如橘色或橘紅色。在本實施例，擴散管的材質包含聚碳酸酯（Polycarbonate）。根據上述設計，擴散單元22可以將出光與控制單元10所發出的光的其中大部分，以高效率的方式，通過擴散管221的擴散而發出二次光線。

圖8A至8D顯示本創作較佳實施例指揮棒2的端部反射單元24，其中圖8A為俯視圖，圖8B為圖8A中A―A方向的剖面圖，圖8C為圖8A中B―B方向的剖面圖，圖8D為從下方視角的立體圖。參考圖2至圖3以及圖8A至8D，端部反射單元24包含頂蓋241與頂反射罩242。頂蓋241連接擴散管221的第二端，而頂反射罩242設置於頂蓋241內。頂反射罩242由申請人所研發的高反射性塑膠材料(例如聚碳酸酯)所製成，而光的反射率與其厚度有關。在本實施例，頂反射罩242的厚度大於1.2 mm。較佳的，頂反射罩242的反射率大於95%或99%。頂反射罩242可具有階梯2420(或鋸齒2420)的結構；亦可設一或多個孔2422讓光穿過並向頂蓋241流洩。此外，在本實施例中，頂反射罩242利用頂反射罩螺絲2424與頂蓋241固定，但固定的方式不限於此。

參考圖2至圖3以及圖8A至8D，由於端部反射單元24的頂反射罩242具有高的反射率，可將傳遞至端部反射單元24的光，回收、反射至擴散單元22，再經由擴散管221向外擴散發光。如此，擴散管221末端的發光亮度，可以被有效地提高。

為驗證本創作實施例指揮棒的特性，創作人設計出照度測量系統3，如圖6所示。圖6為照度測量系統3的剖面圖與局部立體示意圖。參考圖6，照度測量系統3包含遮光袖套30、暗房32，以及照度計34。指揮棒2的擴散管221置於遮光袖套30內。遮光袖套30具有遮光袖套出光口301，其對準暗房32的暗房入光口321。遮光袖套出光口301的直徑為6 mm。照度計34設置於暗房32的底部，照度計34與遮光袖套出光口301的距離為110 mm。

圖7為根據照度測量結果所繪製的曲線圖，顯示根據本創作較佳實施例指揮棒2以及習知指揮棒1(圖1A)在軸向與徑向發光的比較。參考圖7，橫坐標為擴散管221的軸向位置(cm)，距離0為擴散管221連接出光與控制單元20的那一端，距離40為連接端部反射單元24的那一端。縱坐標為測量的照度(lux)。在軸向上共測量8個不同位置。同時，為比較徑向上的出光均勻性，同一個軸向位置上，還測量兩個徑向相對角度的照度，亦即，徑向θ=0度以及徑向θ=180度兩個角度的照度。

如圖7所示，本創作較佳實施例的指揮棒2，其軸向上的照度絕大部分優於習知指揮棒1的照度，僅有一個數據點低於習知指揮棒1在該同一軸向位置數據之較高值、但仍高於其徑向另一角度的較低值。並且，本實施例指揮棒2在任一量測點的照度至少可達0.2 lux，而習知指揮棒1則在接近軸向末端至少長達10cm的區段其照度不足0.18 lux、甚至不足0.1 lux。再者，習知指揮棒1的照度，在徑向上的分布不均勻，其變異(variation)或標準偏差可超過15%。相較之下，本實施例的指揮棒2，其徑向發光的均勻度良好，標準偏差低於3%，甚至可低於2.5%。

根據本創作實施例的指揮棒2，具有良好的光機設計，可有效的重新導引、分配發光元件201所發出的光。此外，由於擴散管221不具有增亮膜以及反光膜，不會產生重疊部分對外出光不足的問題，徑向發光的均勻度極佳；並且，還能減少製造工時、降低材料成本。再者，端部反射單元24使得擴散管221的末端的發光被有效提升，從而導致擴散管221於軸向上的每個位置皆有足夠的照度。綜上所述，本創作所提供的指揮棒2，符合亮度足夠、發光均勻，以及低製造成本的要求。

本說明書所揭露的每個/全部實施例，本領域熟悉技藝人士可據此做各種修飾、變化、結合、交換、省略、替代、相等變化，只要不會互斥者，皆屬於本創作的概念，屬於本創作的範圍。可對應或與本案所述實施例特徵相關的結構或方法，及/或創作人或受讓人任何申請中、放棄，或已核准的申請案，皆併入本文，視為本案說明書的一部分。所併入的部分，包含其對應、相關及其修飾的部分或全部，(1)可操作的及/或可建構的(2)根據熟悉本領域技藝人士修飾成可操作的及/或可建構的(3)實施/製造/使用或結合本案說明書、本案相關申請案，以及根據熟悉本領域技藝人士的常識和判斷的任何部分。

除非特別說明，一些條件句或字詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。

本文前述的文件，其內容皆併入本文，視為本案說明書的一部分。本創作提供的實施例，僅作為例示，不是用於限制本創作的範圍。本創作所提到的特徵或其他特徵包含方法步驟與技術，可與相關申請案所述的特徵或結構做任何結合或變更，部分的或全部的，其可視為本案不等的、分開的、不可替代的實施例。本創作所揭露的特徵與方法其對應或相關者，包含可從文中導出不互斥者，以及熟悉本領域技藝人士所做修飾者，其部分或全部，可以是(1)可操作的及/或可建構的(2)根據熟悉本領域技藝人士的知識修飾成可操作的及/或可建構的(3)實施/製造/使用或結合本案說明書的任何部分，包含(I)本創作或相關結構與方法的任何一個或更多部分，及/或(II)本創作所述任何一或多個創作概念及其部分的內容的任何變更及/或組合，包含所述任何一或多個特徵或實施例的內容的任何變更及/或組合。

1‧‧‧指揮棒

2‧‧‧指揮棒

3‧‧‧照度測量系統

10‧‧‧外殼

11‧‧‧發光二極體

12‧‧‧增亮膜

13‧‧‧反光膜

20‧‧‧出光與控制單元

22‧‧‧擴散單元

24‧‧‧端部反射單元

26‧‧‧電池單元

30‧‧‧遮光袖套

32‧‧‧暗房

34‧‧‧照度計

201‧‧‧發光元件

202‧‧‧透鏡

203‧‧‧底反射杯

204‧‧‧電路板

205‧‧‧按鈕開關

206‧‧‧正電極片

207‧‧‧負電極片

208‧‧‧支架

209‧‧‧按鈕

221‧‧‧擴散管

241‧‧‧頂蓋

242‧‧‧頂反射罩

261‧‧‧電池組

262‧‧‧電池室外殼

263‧‧‧電池室背蓋

264‧‧‧螺絲

265‧‧‧電池室負電極片

266‧‧‧彈簧連片

267‧‧‧彈簧

301‧‧‧遮光袖套出光口

302‧‧‧暗房入光口

2420‧‧‧階梯/鋸齒

2422‧‧‧孔

2424‧‧‧頂反射罩螺絲

圖1A為剖面圖，顯示根據習知技術具有單側光源的指揮棒。

圖1B為立體圖，顯示圖1A中指揮棒的單側光源暨其電路模組。

圖2為立體圖，顯示根據本創作較佳實施例的指揮棒。

圖3為剖面圖，顯示根據本創作較佳實施例的指揮棒。

圖4為立體圖，顯示根據本創作較佳實施例指揮棒的出光與控制單元。

圖5為局部放大圖，顯示根據本創作較佳實施例指揮棒的出光與控制單元的內部。

圖6為示意圖，顯示根據本創作較佳實施例指揮棒的照度測試架構。

圖7為實驗數據，顯示根據本創作較佳實施例指揮棒的軸向與徑向的照度與均勻性。

圖8A至8D為俯視圖、剖面圖、剖面圖，以及立體圖，顯示根據創作較佳實施例指揮棒的端部反射單元。

Claims (10)

1. 一種指揮棒，其結構依序包含一電池單元、一出光與控制單元、一擴散單元，以及一端部反射單元，且前後兩兩機構性接合： 該電池單元包含一電池組，該電池組提供電力以驅動該出光與控制單元中的一發光元件； 該出光與控制單元包含該發光元件、一透鏡，以及一底反射杯，該透鏡位於該發光元件上方，該底反射杯環繞於該發光元件側方，該發光元件所發出的光，將直接經該透鏡折射、穿透出，或經該底反射杯反射回該透鏡後再經該透鏡折射、穿透出，最終大部分抵達該擴散單元、小部分抵達端部反射單元，該透鏡與該底反射杯係構成一種二次光學（Secondary Optics）組合，其目的在將該發光元件所發出的光進行路徑上的重新導引暨能量上的重新分配，裨使該指揮棒最終達到更有效率、更均勻的對外出光效果； 該擴散單元包含一擴散管，該擴散管的一第一端連接該出光與控制單元並面向該透鏡，該擴散管的一第二端連接該端部反射單元，該擴散管將來自該透鏡穿透出的光與來自該端部反射單元的反射光，於其管壁構造內遂行充分的散射（Scattering）效應後向外部「擴散（Diffusion）」，使該擴散管之外表面呈現出均勻的輝度（Luminance），以提昇該指揮棒的警示效果； 該端部反射單元連接該擴散管的一第二端，且包含一頂反射罩，以將傳遞至該端部反射單元的光反射至該擴散管，該頂反射罩藉由適當的材料選用與幾何設計，可將原先無法有效抵達該擴散管的光重新分配、導引至該擴散管，以提昇該指揮棒的出光效率並改善出光均勻度。
2. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中於一暗房中進行照度測試，該擴散管置於一遮光袖套中，該遮光袖套具有一直徑為6 mm的遮光袖套出光口，該遮光袖套出光口對準該暗房的一暗房入光口，一照度計置於該暗房的底部，該照度計與該遮光袖套出光口的距離為110 mm，該擴散管在軸向上每個位置所發出的光，其照度均大於0.2 lux。
3. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中該擴散管在同一軸向位置、不同徑向角度所發出的光，其標準偏差小於3%。
4. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中該擴散管的材質包含聚碳酸酯。
5. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中該擴散管摻雜擴散劑。
6. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中該擴散管摻雜染劑。
7. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中該端部反射單元包含一頂蓋以及一頂反射罩，該頂蓋連接該擴散管的第二端，該頂反射罩位於該頂蓋內，該頂反射罩的材質包含聚碳酸酯。
8. 如申請專利範圍第7項的指揮棒，其中該頂反射罩的底面具有階梯或鋸齒的結構。
9. 如申請專利範圍第7項的指揮棒，其中該頂反射罩的厚度大於1.2 mm。
10. 如申請專利範圍第1項的指揮棒，其中該底反射杯的材質為塑膠，厚度大於1.2 mm。