可控制光束角的導光元件及燈具的製作方法
2023-04-25 09:11:01
可控制光束角的導光元件及燈具的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種可控制光束角的導光元件，適用以導引光線，以產生預設光束角。導光元件為環狀錐臺並具有一長度及一全反射角，且導光元件包含入光面、出光面、第一反射面及第二反射面。入光面具有第一外周緣及第一內周緣。第一外周緣與第一內周緣之間具有一間距。出光面相對入光面，且出光面的面積大於入光面。出光面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。第二反射面連接第一內周緣及第二內周緣。其中第一反射面與第二反射面的延伸線形成一夾角。其中，夾角＜全反射角，且長度＞預設距離/tan(全反射角)。
【專利說明】可控制光束角的導光元件及燈具
【技術領域】
[0001]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束角的導光元件。【背景技術】
[0002]傳統的燈具主要是由燈泡與反射燈杯所組成。反射燈杯主要的功能是用來反射光並改變燈泡所發出的光場。為使反射燈杯達到反射的效果，通常會在反射燈杯表面鍍上一層高反射的金屬膜。然而，透過鍍膜的方式來改變光型的變化性不大，且成本較高，在應用上較受限。
[0003]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的目的。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。
[0004]因此，亟需一種可改變光束角的導光元件，以解決上述問題。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的一態樣是在提供一種可控制光束角的導光元件，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的光束角的目的。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。
[0006]本發明的另一態樣是在提供一種可控制光束角的導光元件，其可透過改變第一反射面及第二反射面延伸線的夾角角度以及導光元件的長度，來調整光在導光元件內的行進方向，順利達到控制輸出光束角的目的。
[0007]根據本發明的上述目的，提出一種可控制光束角的導光元件，適用以導引光線。其中光線可在導光元件中進行全反射，以產生預設光束角。導光元件為環狀錐臺並具有一長度及一全反射角，且導光元件包含入光面、出光面、第一反射面及第二反射面。入光面具有第一外周緣及第一內周緣。第一外周緣與第一內周緣之間具有一間距。出光面相對入光面，且出光面的面積大於入光面。其中出光面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。第二反射面連接第一內周緣及第二內周緣。其中第一反射面與第二反射面的延伸線形成一夾角。其中，夾角 預設距離/tan (全反射角)。
[0008]依據本發明一實施例，上述的預設距離為間距的一半。
[0009]依據本發明一實施例，上述的導光元件為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)導光元件，全反射角為42.16度。
[0010]依據本發明另一實施例，上述的導光元件為聚碳酸樹脂(PC)導光元件，全反射角為38.97度。
[0011]依據本發明又一實施例，上述的出光面為粗糙面、霧面或具有網點的表面。
[0012]依據本發明再一實施例，上述的出光面為斜面或弧面。[0013]依據本發明再一實施例，上述的第一反射面平行於導光元件的中心線，第二反射面則相對於中心線呈傾斜。
[0014]依據本發明再一實施例，上述的第二反射面平行於導光元件的中心線，第一反射面則相對於中心線呈傾斜。
[0015]依據本發明再一實施例，上述的第一反射面及第二反射面均相對於導光元件的中心線呈傾斜。
[0016]根據本發明的上述目的，另提出一種燈具包含導光元件及光源。導光元件為環狀錐臺並具有一長度及一全反射角，且導光元件包含入光面、出光面、第一反射面及第二反射面。入光面具有第一外周緣及第一內周緣。第一外周緣與第一內周緣之間具有一間距。出光面相對入光面,且出光面的面積大於入光面。其中出光面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。第二反射面連接第一內周緣及第二內周緣。其中第一反射面與第二反射面的延伸線形成一夾角。光源所產生的光線是由入光面進入導光元件中，並且由出光面射出，產生預設光束角。其中，光源與第一外周緣之間的水平距離為預設距離。其中，夾角預設距離/tan(全反射角)。光源所產生的光線是由入光面進入導光元件中，並且由出光面射出，產生預設光束角。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]為讓本發明的上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下:
圖1A是繪示依照本發明第一實施方式的一種可控制光束角的導光元件的立體圖。
圖1B是繪示依照本發明第一實施方式的一種可控制光束角的導光元件的剖面圖。
圖2是繪示依照本發明第二實施方式的一種可控制光束角的導光元件的剖面圖。
圖3是繪示依照本發明第叄實施方式的一種可控制光束角的導光元件的剖面圖。
圖3A是繪示依照本發明第叄實施方式的一種聚甲基丙烯酸甲酯的導光元件的光場強度分布圖。
圖3B是繪示依照本發明第叄實施方式的一種聚碳酸樹脂的導光元件的光場強度分布圖。
圖4是繪示依照本發明第四實施方式的一種可控制光束角的導光元件的剖面圖。
圖5是繪示依照本發明一實施方式的一種燈具的示意圖。
其中，圖中各標示的名稱為:100導光元件；100a中心線；110貫穿孔；110a第一開口 ；IlOb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第一反射面；118第二反射面；200導光元件；200a中心線；210第一反射面；230第二反射面；300導光兀件；300a中心線；310第一反射面；330第二反射面；400導光兀件；410第一反射面；412出光面；412a第一外周緣；430第二反射面；450貫穿孔；450a垂直段；450b斜面段；Θ夾角；A間距；D預設距離；L長度。
【具體實施方式】
[0018]請參照圖1A及圖1B，其是分別繪示依照本發明第一實施方式的一種可控制光束角的導光元件的立體圖及剖面圖。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，以使光線產生不同的光束角。在此所指的光線是來自於一光源，例如發光二極體。導光元件100為一環狀錐臺而具有貫穿孔110。
[0019]導光元件100為環狀錐臺，並具有長度L及全反射角θτ。在此所指的長度為導光元件100平行於中心線IOOa的垂直高度。導光元件100包含入光面112、出光面114、第一反射面116以及第二反射面118。其中，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。第一外周緣112a及第一內周緣112b之間具有間距A。出光面114及入光面112位於導光元件100的相對兩側，且出光面114的面積大於入光面112的面積。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。
[0020]第一反射面116連接第一外周緣112a及第二外周緣114a。第二反射面118連接第一內周緣112b及第二內周緣114b。光線從入光面112進入導光兀件100後,會在第一反射面116及第二反射面118產生全反射，而由出光面114射出。其中，第一反射面116與第二反射面118的延伸線形成一夾角Θ。為了達到控制光束角的目的，在本發明的實施方式中，定義夾角Θ 預設距離D/tan (全反射角θ τ)。其中，預設距離D可定義為光源設置位置到第一外周緣112a的水平距離。在一實施例中，出光面114可為粗糙面、霧面或具有網點的表面，以引導光線出光。
[0021]在一實施例中，導光元件100的全反射角θ τ是依據導光元件100的材質不同而不同。當導光元件100為聚甲基丙烯酸甲酯的導光元件時，全反射角θτ* 42.16度。當導光元件100為聚碳酸樹脂的導光元件時，全反射角θτ* 38.97度。請參照下表1，其是分別以聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸樹脂為導光元件100的材料，並且改變長度L及夾角Θ等參數，所得的對應光束角。其中，表1所使用的光源本身的光束角為120度。其中，在此實施例中，是將光源設置在間距A的中間，因此預設距離D=間距Α/2。也就是說，光源是放置在第一外周緣112a及第一內 周緣112b的中間。欲陳明者，光源的位置是可以任意調整，以符合實際使用需求。
表1:不同材質的導光元件量測數據
材質__聚甲基丙烯酸曱酯__聚碳酸樹脂_
折射率η= 1.49折射率η=1.59
特f生
全反射角θτ=42.16°全反射角θτ=38.97°
間距 A 3.5mra3.5mm
(A/2)/tanOT 1.93 mm2.16 mm 長度 L 3 O ni m 3 O m m 1.9 m m I.9 i n m30m m 3 0 i n in 1.9 m m 1.9 ra m
央角 θ 18。 43° 18° 4318° 43。 18° 43°
光束角 60。 120。 120° 120°70。 120。 120 120°[0022]由表1可知，當導光元件100的材料為聚甲基丙烯酸甲酯時，在夾角Θ小於全反射角θτ，長度L大於(A/2)/tan 01的條件下，產生的光束角為60度，確實可達到縮減光型的效果。當導光元件100的材料為聚碳酸樹脂時，在夾角Θ小於全反射角θτ，長度L大於(A/2)/tan 0 1的條件下，產生的光束角為70度，同樣可達到縮減光型的效果。同時，表I也呈現了不論是聚甲基丙烯酸甲酯或是聚碳酸樹脂的導光元件，在長度L小於(A/2)/tan θτ，或是夾角Θ大於全反射角情況下，導光元件100所產生的光束角仍為原本光源的光束角120度。這表示，若要改變導光元件100的光束角，可將導光元件100限定在夾角Θ (間距A/2)/tan (全反射角θ τ)的條件下。[0023]欲陳明者，表1的數據是以圖1B所示的導光元件100所量測的數據。圖1B所呈現的導光元件100的第一反射面116是平行於導光元件100的中心線100a，且第二反射面118是相對於中心線IOOa呈傾斜的實施方式，但本發明並不以此為限。而且，光源設置的位置亦不以間距A的中間為限。
[0024]請參閱圖2，其是繪示依照本發明第二實施方式的一種可控制光束角的導光元件的剖面圖。圖2所示的導光元件200的第二反射面230平行於導光元件200的中心線200a，第一反射面210則相對於中心線200a呈傾斜。另請搭配參考表2，表2是依據此種結構的導光元件200分別以聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸樹脂為材料，改變長度L及夾角Θ等參數，所測得的對應光束角。其中，表2所使用的光源本身的光束角為120度。其中，在此實施例中，是將光源設置在間距A的中間，因此預設距離D=間距A/2。欲陳明者，光源的位置是可以任意調整，以符合實際使用需求。
表2:不同材質的導光元件量測數據
【權利要求】
1.一種可控制光束角的導光元件，適用以導引至少一光線，其特徵在於，該至少一光線可在該導光元件中進行全反射，以產生一預設光束角，該導光元件為一環狀錐臺並具有一長度及一全反射角，且該導光元件包含: 一入光面，具有一第一外周緣及一第一內周緣，其中該第一外周緣與該第一內周緣之間具有一間距； 一出光面，相對該入光面，且該出光面的面積大於該入光面，其中該出光面具有一第二外周緣及一第二內周緣； 一第一反射面，連接該第一外周緣及該第二外周緣；以及 一第二反射面，連接該第一內周緣及該第二內周緣，其中該第一反射面與該第二反射面的延伸線形成一夾角； 其中，該夾角一預設距離/tan (全反射角)。
2.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該預設距離為該間距的一半。
3.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該導光元件為一聚甲基丙烯酸甲酯導光元件，該全反射角為42.16度。
4.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該導光元件為一聚碳酸樹脂導光元件，該全反射角為38.97度。
5.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該出光面為粗糙面、霧面或具有網點的表面。
6.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該出光面為斜面或弧面。
7.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該第一反射面平行於該導光元件的一中心線，該第二反射面則相對於該中心線呈傾斜。
8.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該第二反射面平行於該導光元件的一中心線，該第一反射面則相對於該中心線呈傾斜。
9.如權利要求1所述的可控制光束角的導光元件，其特徵在於，該第一反射面及該第二反射面均相對於該導光元件的一中心線呈傾斜。
10.一種燈具,其特徵在於,包含: 一導光元件，該導光元件為一環狀錐臺並具有一長度及一全反射角，且該導光元件包含: 一入光面，具有一第一外周緣及一第一內周緣，其中該第一外周緣與該第一內周緣之間具有一間距； 一出光面，相對該入光面，且該出光面的面積大於該入光面，其中該出光面具有一第二外周緣及一第二內周緣； 一第一反射面，連接該第一外周緣及該第二外周緣；以及 一第二反射面，連接該第一內周緣及該第二內周緣，其中該第一反射面與該第二反射面的延伸線形成一夾角；以及 一光源，其中該光源所產生的光線是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，其中，該光源與該第一外周緣之間的水平距離為一預設距離；其中，該夾角該預設距離/tan (全反射角)。
【文檔編號】F21V8/00GK103574516SQ201310308887
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月22日 優先權日:2013年7月22日
【發明者】戴永輝, 陳蔚軒, 賴俊豪 申請人:瑞儀光電股份有限公司