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TW201409096A - 模組化微結構導光裝置 - Google Patents

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江志彬
許日滔
王溫良
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    • F21—LIGHTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

本發明提供一種模組化微結構導光裝置，其係由至少一微結構導光單元所組成，每一微結構導光單元包含一光源；一光耦合元件，用以將光源平行射出；以及一導光體，包含至少二入射面、一微結構均光區、一全反射區及一出射面，其中二入射面分別將光線引導至微結構均光區及全反射區，微結構均光區及全反射區並將光線反射，從出射面射出。

Description

模組化微結構導光裝置
本發明係有關一種導光燈具之技術，特別是指一種應用於車輛導光燈具系統之模組化微結構導光裝置。
按，在夜間行車時，由於LED光源指向性高，LED車燈給予用路人都會感覺一顆一顆的亮點且有刺眼的感覺，給人的視覺感受大同小異，不會有太多的差異性。但隨著車輛設計美觀趨勢，燈具除了提供安全照明及警示功能之外，其視覺效果是否容易引起注意已成為車廠設計時必要之考量，因此車用導光技術已從平面效果演變至2D甚至2.5D之視覺效果。目前市面上LED晝行燈之設計手法大多以透鏡式與反射式設計為大宗，但要達到均勻與柔和的視覺感受，仍以透鏡式較佳。
先前技術或現有的導光裝置大多為大面積導光體或長形的導光條，主要係在導光元件兩端放置光源或在導光條下方排列多顆LED光源，藉此達到均勻發光的視覺效果，但此類做法會造成整體產品製造技術需求高，且光源數量眾多使成本增加。此外，多數燈具外觀造型與燈組結構設計由原廠決定，因此導光裝置的結構需配合燈具一併由原廠提供，導光裝置的應用自由度較低。
有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種模組化微結構導光裝置，以有效克服上述之該等問題。
本發明之主要目的在提供一種模組化微結構導光裝置，其係在導光體 中設置二入射面以將光路切割，分別將光線引導至微結構均光區及全反射區，使出射面發出的光線可產生均勻發光的視覺感。
本發明之另一目的在提供一種模組化微結構導光裝置，其可提升導光燈具的光使用效率，減少導光燈具中光源數量的使用，且將多個本發明的微結構導光單元排列組合，不受導光形狀與燈具外觀的限制，組成不同形狀的圖形，大幅提升造型設計自由度。
為達上述之目的，本發明提供一種模組化微結構導光裝置，其係由至少一微結構導光單元所組成，每一微結構導光單元包含一光源、一光耦合元件與一導光體，其中光源與光耦合元件擺置於導光體結構的側方，用以提供燈具所需之光線；導光體結構分為光線入射面、微結構均光區、全反射區與光線出射面等四個部分，藉由調整光入射面的特性分隔光路，使光源之光線可分佈至微結構均光區與全反射區，再利用微結構均光區的鋸齒結構與全反射區角度設計，搭配光線出射面上的複數不同曲率之擴散透鏡，可達到整體均勻發光與車用燈具的需求。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明是一種模組化微結構導光裝置，用於車燈之導光，可使光線均勻不刺眼，提高夜間行車的安全性，並使車燈產生具有光型的照明效果。
請參考第1圖，其為本發明模組化微結構導光裝置中一個微結構導光單元之示意圖，此微結構導光單元10包含一光源12、一光耦合元件14與一導光體16，其中光源12與光耦合元件14擺置於導光體16結構的側方， 用以提供燈具所需之光線，光源12可為LED；導光體16結構分為二入射面162、164、微結構均光區166、全反射區168與出射面169等四個部分，光耦合元件14用以將光源12的光線平行射出，而第一入射面162及第二入射面164則將光線分成二個光路，其中第一入射面162讓光線繼續直線前進，照射在全反射區168上，被全反射區168反射後從出射面169射出，全反射區168為主照明區，此區域的面積愈大則亮度愈大；第二入射面164係將光線向下折射，此第二入射面164可包含不止一個角度的斜面，將光線分散，而導光體16的下方為微結構均光區166，其靠近出射面169之一側為鋸齒表面，可增加光反射面積，將穿過第二入射面164照射在微結構均光區166上的光線反射，從出射面169射出。其中，微結構均光區166於靠近出射面169之一側表面除可呈鋸齒狀外，亦可呈圓形網點、三角菱鏡、圓錐體、V型溝槽等表面結構。
在出射面169之外表面設有複數擴散透鏡18，包含柱狀透鏡或球狀透鏡，亦或由上述兩者組合而成，每一擴散透鏡18之曲率不盡相同，可使投射出的光線有不同的光型。
當光源12射出光後，經過光耦合元件14將光線平行射出至導光體16，導光體16的第一反射面162將光線導向全反射區168，光線再由全反射區168反射後從出射面169射出，而導光體16的第二反射面164為另一條光路，將光線向下折射至微結構均光區166，經過微結構均光區166之鋸齒結構將光線反射至出射面169；全反射區168及微結構均光區166的反射光從出射面169射出後經擴散透鏡18散射出所需的光型。
第2圖為光耦合元件之數學模型，其係藉由計算線段角度與位置後所 建立，在光耦合元件中心設有一平凸集光透鏡，其座標與角度之方程式如下： y(i+1)=y(i) x(i+1)=(y(i+1)-y0)/tan(θ) y1(i+1)=(x1(i)-x1(i+1))×tan(θ2)+y1(i)而計算光耦合元件之出射面之座標與角度之方程式如下： θn=|θ-θ1| θr1=θrr+θ1 θ4=(θt-θee+90+θr1)/2 y2(i+1)=(x2(i+1)-x0)×tan(θ)+y0 y1(i+1)=(x1(i+1)-x1(i))×tan(θ4)+y1(i)
第3圖為導光體之數學模型，其係藉由計算線段角度與位置後所建立，導光體之光線入射面與微結構均光區特性關係式如下： θ2=90-2×θ3 y(i+1)=y(i)+△y x(i+1)=(△y)/tan(θ1)+x(i) x1(i+1)=x1(i)+△x1 y1(i+1)=(x1(i+1)-x(i+1))×tan(θ2)+y(i+1)
第4圖為本發明中一微結構導光單元10之出光面169的一實施例俯視圖，此實施例中可看出出光面上擴散透鏡的設計，其中一邊為柱狀透鏡182，另一邊為球狀透鏡184，由於球狀透鏡184較為密集，因此照射出的光型在人眼視覺中左邊為柱狀一條一條的光柱，而右邊則是一片密集的光，看不出有十二個光圈。
第5A圖及第5B圖為兩種不同的模組化微結構導光裝置之實施例示意圖，第5A圖中每一車燈20內設有六個微結構導光單元10，將每兩個微結構導光單元10排成一排形成長條狀，並將之以擴散方式擺設，形成一種發光圖樣的導光裝置，因此二車燈20相鄰處為光線最亮處；第5B圖中每一車燈20內設有四個微結構導光單元10，將四個微結構導光單元10以階梯狀排列，又形成另一種特殊發光圖樣的導光裝置。因此，可依照設計者的想法及使用者需求，將微結構導光單元10任意排列組合，以產生不同的發光圖樣與造型。
此外，此模組化微結構導光裝置設計中，更可藉由改變擴散透鏡的曲率與更換不同的LED光色，如紅色、黃色、琥珀色與白色等，可應用符合不同燈種之需求，例如：尾燈、倒車燈、方向燈、側邊方向燈、道路標示與室內閱讀燈等多種用途。
綜上所述，本發明提供之模組化微結構導光裝置係設置一種獨特的導光體，將光源擺放在導光體的側邊，導光體藉由調整光入射面的特性分隔光路，使光源之光線可分佈至微結構均光區與全反射區，微結構均光區的鋸齒結構可使光線散射更均勻，而全反射區則為主要的照明區，在提供均勻發光的視覺感的同時達到照明需求，更減少了光源的數量；小型的微結構導光單元不會受到燈具結構與外觀的限制，將多個微結構導光單元排列組合後可形成不同形狀的圖案，同時藉由改變擴散透鏡的曲率及更換不同的LED光色以因應不同燈種需求，可大幅提升造型設計的自由度。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10‧‧‧模組化微結構導光裝置
12‧‧‧光源
14‧‧‧光耦合元件
16‧‧‧導光體
162‧‧‧第一入射面
164‧‧‧第二入射面
166‧‧‧微結構均光區
168‧‧‧主反射區
169‧‧‧出射面
18‧‧‧擴散透鏡
182‧‧‧柱狀透鏡
184‧‧‧球狀透鏡
20‧‧‧車燈
第1圖為本發明模組化微結構導光裝置一實施例之立體圖。
第2圖為本發明模組化微結構導光裝置中光耦合元件之數學模型。
第3圖為本發明模組化微結構導光裝置中導光體之數學模型。
第4圖為本發明中一微結構導光單元之出光面的一實施例俯視圖。
第5A圖及第5B圖為兩種不同的模組化為結構導光裝置之實施例示意圖。
10‧‧‧模組化微結構導光裝置
12‧‧‧光源
14‧‧‧光耦合元件
16‧‧‧導光體
162‧‧‧第一入射面
164‧‧‧第二入射面
166‧‧‧微結構均光區
168‧‧‧主反射區
169‧‧‧出射面
18‧‧‧擴散透鏡

Claims (7)

  1. 一種模組化微結構導光裝置，其係由至少一微結構導光單元所組成，每一該微結構導光單元包括：一光源；一光耦合元件，用以將該光源平行射出；以及一導光體，包含至少二入射面、一微結構均光區、一全反射區及一出射面，其中該至少二入射面分別將光線引導至該微結構均光區及該全反射區，該微結構均光區及該全反射區並將光線反射，從該出射面射出。
  2. 如請求項1所述之模組化微結構導光裝置，其中該出射面上更包括複數擴散透鏡。
  3. 如請求項2所述之模組化微結構導光裝置，其中該等擴散透鏡具有不同曲率。
  4. 如請求項2所述之模組化微結構導光裝置，其中該等擴散透鏡可為至少一柱狀透鏡或至少一球狀透鏡，亦或由該柱狀透鏡及該球狀透鏡所組成。
  5. 如請求項1所述之模組化微結構導光裝置，其中該微結構均光區於靠近該出射面之一側可為鋸齒、圓形網點、三角菱鏡、圓錐體或V型溝槽等表面結構。
  6. 如請求項1所述之模組化微結構導光裝置，其中該至少二入射面之斜率不同。
  7. 如請求項1所述之模組化微結構導光裝置，其中該至少一微結構導光單元可隨意排列組成，形成不同之發光圖案。
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