CN101097052B - 照明装置及其组合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将光线成像于一区域的组合结构，该组合结构包括本体与多个照明装置。多个照明装置设置于本体之上。照明装置的其中之一包括光源(发光二极管)、第一反射单元与第二反射单元。光源产生初始光束。第一反射单元包括第一反射面，第一反射面对初始光束进行反射而形成第一反射光束。第二反射单元包括第二反射面，第二反射面对初始光束与第一反射光束进行反射而形成第二反射光束，第二反射光束于实质上在所述区域产生一投射模式。本发明提供的照明装置不必使用透镜，完全由两组反射单元组成。采用本发明的照明装置的出光效率可接近100％，不存在色差、光圈等问题，容易制造且可降低成本。

Description

照明装置及其组合结构
技术领域
本发明涉及一种照明装置及其组合结构，尤其涉及一种出光效率高、不具色差与光圈的利用发光二极管的照明装置及其组合结构。
背景技术
随着半导体技术及封装技术的发展，发光二极管的发光效率越来越高，从最初的1lm/W，到目前的红光的100lm/W、绿光的50lm/W，发光二极管的应用也越来越广。就目前车灯的应用而言，发光二极管广泛被应用于煞车灯或方向灯上，并且随着白光发光二极管的亮度越来越高、体积小、重量轻、反应时间短、寿命长、耐震动等多项特性，利用发光二极管作为车大灯的光源已是未来的趋势。
一般而言，发光二极管的封装方式所产生的光形分布是余弦衰减形式。若要以简单的反射罩对光线进行反射，则反射罩的体积将非常大，由于车配置空间的限制，不能将其无法装于车上。
US 6948836披露了一种相对于小系车灯所提出的车大灯的专利，其中，使用椭圆反射罩为主要的反射镜，将发光二极管置于反射罩的第一个焦点上，其放置方向与最后的出光轴垂直，再配合前方的挡板及透镜制造出所需的灯形。整组灯是由十组照明装置组成，其包括远灯、近灯、雾灯。
在实际状态下，在US 6948836中，除了由椭圆反射镜第一焦点出射的光源之外，大部分光不能依照理想状态的点光源汇聚于第二焦点，特别是小角度的光更为严重，如此将造成车灯聚光效率不高，必须利用更多的照明装置来达到法定的亮度要求，同时其所造成的散热问题及车体是否有足够空间容纳如此多的照明装置等问题皆难以解决。
此外，由于使用了透镜，但因为fresnel loss效应使得光穿透率大约只有90％，而且仍存在色差、光圈的问题。再者，透镜必须具有相当高的公差要求，除了增加制造工时外，亦不能有效降低成本。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提供一种组合结构，用以将光线成像于一区域。本发明利用发光二极管为灯源的照明装置，并利用照明装置组合排列成为一车灯结构。本发明的特点为利用发光二极管体积小的特性，开发出体积小的照明装置，并且最终的车灯结构所发出的光形与亮度均可符合相关的车灯法规的要求。此外，因为车灯结构为许多照明装置所组成，所以在照明装置的排列组合方式上，还提出了具有散热器的组合方式。
本发明的目的在于提供多种光学设计，经由这些光学设计后的反射罩配合发光二极管可以组成大小合理的照明装置，再将多个照明装置组合起来可以作为车的近灯、远灯或雾灯。如果将灯体中的反射罩设计成多重反射罩(Multi-Reflector，MR)，法规中的截止线(cut-off line)也可以清楚呈现。另外，照明装置的排列方式亦可与散热器或其它散热装置结合，借此以减少散热机构的组数并简化其排列方式。
本发明的组合结构包括本体与多个照明装置。多个照明装置设置于本体之上。照明装置的其中之一包括光源与导引装置。导引装置包括第一反射单元与第二反射单元。光源产生初始光束。第一反射单元包括第一反射面，第一反射面用以对初始光束进行反射而形成第一反射光束。第二反射单元包括第二反射面，第二反射面用以对初始光束与第一反射光束进行反射而形成第二反射光束，第二反射光束实质上在区域产生一投射模式。
光源可为发光二极管。第一反射单元的第一反射面可包括至少一平面镜，光源邻接于该平面镜。
第一反射单元的第一反射面包括一曲面镜，光源邻接于该曲面镜。第二反射单元的第二反射面包括一曲面镜。所述曲面可为抛物面镜。第二反射单元的第二反射面可包括一多重反射面。第二反射单元的第二反射面可包括主反射部与次反射部，主反射部与次反射部之间具有一阶级。投射模式可包括近灯模式、远灯模式与雾灯模式。组合结构还可包括散热器，散热器连接于光源。
本发明的照明装置并未使用透镜，完全由两组反射单元组成。本发明的照明装置的出光效率可接近100％，不存在色差、光圈的问题，容易制造且可降低成本。
附图说明
为使本发明的所述和其它目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举一些优选实施方式并结合附图对本发明进行详细说明。
图1为本发明一组合结构L1的立体图；
图2A-2C分别为本发明的组合结构L1中的多个照明装置E1、E1a的不同组合状态的示意图；
图3A-3C分别为相对于图2A-2C所示的多个照明装置E1、E1a的不同组合状态所得到的三种不同投射模式的光形分布示意图；
图4A为本发明第一实施方式中的照明装置E1的示意性立体图；
图4B表示沿图4A中线段c1-c1对照明装置E1进行局部剖切的放大剖面图；
图4C为图4A所示的照明装置E1的一变型例E1’的示意性立体图；
图5A为本发明组合结构L1的照明装置E1a的示意性立体图；
图5B为沿图5A中线段c1a-c1a对照明装置E1a进行局部剖切的放大剖面图；
图5C表示图5A所示的照明装置E1a的一变型例E1a’的示意立体图；
图6A为本发明第一实施方式的另一变型例的照明装置E1b的示意图；
图6B为图6A所示的照明装置E1b所产生的投射光形Wa、Wb、Wc、Wd、We的示意图；
图7A为本发明的第二实施方式中的照明装置E2的示意立体图；
图7B为沿图7A中线段c2-c2对照明装置E2进行局部剖切的剖面图；
图8A为本发明第三实施方式中的照明装置E3的示意立体图；
图8B为沿图8A中线段c3-c3对照明装置E3进行局部剖切的剖面图；
图9为本发明一组合结构L2的示意立体图。
附图标记说明
100-1、100-2、100-3           第一反射面
101、102                      半月型构件
1-1、1-2、1-3                 第一反射单元
200-1a、200-1b                第二反射面
200a1                         主反射部
200a2                         次反射部
200e31、200e32                      端部
2-1、2-1’、2-2、2-3                第二反射单元
2-1a、2-1a’、2-1b                  第二反射单元
2-4                                 锥筒状反射单元
30                                  接脚
3                                   散热器
B1、B2                              基座
c1a-c1a                             线段
c1-c1、c2-c2、c3-c3                 线段
E1、E1’、E1a、E1a’                照明装置
E1b                                 照明装置
E2、E3                              照明装置
E4                                  锥筒状照明装置
f1                                  平面镜
G1、G1a、G1b、G2、G3                导引装置
h                                   水平轴
I                                   区域
i1、i2、i3、i4                      象限
k                                   阶级
L1、L2                              组合结构
M1、M2                              本体
s0                                  初始光束
s01                                 第一反射光束
S1、S2、S3、S4                      光源
ta、tb、tc、td、te                  段部
u                                   垂直轴
X1-X2                               坐标
X1                                  第一方向
X2                                  第二方向
W01                                 近灯模式
W02                                 远灯模式
W03                      雾灯模式
Wa、Wb、Wc、Wd、We       投射光形
θ                       夹角
具体实施方式
图1为本发明的组合结构L1的立体图。在本实施方式中，组合结构L1为车灯(Vehicle Lamp)。
组合结构L1包括本体M1与多个照明装置E1、E1a。多个照明装置E1、E1a设置于本体M1之上，利用多个照明装置E1、E1a及其相互间的排列方式对其前方的物件进行照射。
图2A-2C分别为本发明组合结构L1中的多个照明装置E1、E1a的不同组合状态的示意图，其中，图2A中的组合体可得到近灯模式W01，图2B中的组合体可得到远灯模式W02，图2C中的组合体可得到雾灯模式W03。
值得注意的是，每一照明装置E1、E1a可相对于光出射轴进行上、下、左、右的角度调整，并且照明装置E1、E1a的数量、排列方式不受图2A-2C所示之限。以图2A为例，近灯模式W01利用了五个照明装置E1a，其中，位于右上角的照明装置E1a相对于另四个水平放置的照明装置E1a具有一夹角θ。于本实施方式中，夹角θ约为或等于15°，借此五个照明装置E1a的排列方式可产生近灯模式W01。图2B所示的多个照明装置E1、图2C所示的多个照明装置E1a均以水平方式排列。图3A-3C分别为相对于图2A-2C的多个照明装置E1、E1a的不同组合状态下，本发明组合结构L1在区域I(例如：距离出光面25m的位置)所产生的三种不同投射模式(近灯模式W01、远灯模式W02、雾灯模式W03)的光形分布示意图。区域I包括水平轴h、垂直轴u与四个象限i1、i2、i3、i4，其中，第一、二、三、四象限i1、i2、i3、i4由水平轴h与垂直轴u所分隔。
由图3A-3C可知，分布在区域I的第一、二、三、四象限i1、i2、i3、i4的近灯模式W01、远灯模式W02、雾灯模式W03的光形的大小与状态均可符合于车灯法规的规范。
图4A为本发明第一实施方式中的照明装置E1的示意性立体图，图4B为沿图4A中线段c1-c1对照明装置E1进行局部剖切的放大剖面图。图4B所示的坐标X1-X2为直角坐标，其中，X1表示第一方向，X2表示第二方向，第一方向X1与第二方向X2之间相互垂直。
照明装置E1包括基座B1、光源S1与导引装置G1。导引装置G1包括第一反射单元1-1与第二反射单元2-1。光源S1、第一反射单元1-1与第二反射单元2-1设置于基座B1之上。于本实施方式中，光源S1为发光二极管LED。
光源S1用以产生初始光束s0，并且初始光束s0沿第一方向X1移动。第一反射单元1-1包括第一反射面100-1，第一反射面100-1用以对来自光源S1的初始光束s0进行反射而形成第一反射光束s01。于本实施方式中，第一反射面100-1由具有倾角且相互间隔的两平面镜f1组成，并且光源S1邻接于两平面镜f1之间。
第二反射单元2-1为具有第二反射面200-1的曲型构件，第二反射面200-1用以对光源S1的初始光束s0与第一反射面100-1所反射形成的第一反射光束s01进行反射而形成第二反射光束s02，第二反射光束s02沿第二方向X2移动。于本实施方式中，第二反射单元2-1的第二反射面200-1为曲面镜(例如抛物面镜)。
当第二反射面200-1对光源S1的初始光束s0、第一反射面100-1所反射形成的第一反射光束s01进行反射而形成第二反射光束s02时，第二反射光束s02成像于区域I，如此便可在区域I产生上述各种投射模式W01、W02、W03。
图4C为图4A所示的照明装置E1的一变型例E1’的示意性立体图。照明装置E1’的第二反射单元2-1’于结构上更具有流线与圆角的外型。
图5A为本发明组合结构L1的照明装置E1a的示意性立体图，图5B为沿图5A中线段c1a-c1a对照明装置E1a进行局部剖切的放大剖面图。
照明装置E1a与照明装置E1的不同之处在于：导引装置G1a的第二反射单元2-1a的第二反射面200-1a是由一主反射部200a1与一次反射部200a2构成，并且次反射部200a2凹陷形成于主反射部200a1上，于主反射部200a1与次反射部200a2之间具有阶级k。于本实施方式中，主反射部200a1为曲面镜，次反射部200a2为具有抛物曲线的柱状反射镜。
当第二反射面200-1a的主反射部200a1与次反射部200a2对于光源S1的初始光束s0、第一反射面100-1所反射形成的第一反射光束s01进行反射而形成第二反射光束s02时，第二反射光束s02成像于区域I，如此便可在区域I产生上述的各种投射模式W01、W02、W03。
图5C为图5A的照明装置E1a的一变型例E1a’的示意性立体图。照明装置E1a’的第二反射单元2-1a’于结构上更具有流线与圆角的外型。
图6A为本发明第一实施方式的另一变型例的照明装置E1b的示意图，图6B为图6A所示的照明装置E1b所产生的投射光形Wa、Wb、Wc、Wd、We的示意图。
照明装置E1b与照明装置E1的不同之处在于：导引装置G1a的第二反射单元2-1b的第二反射面200-1b由相互邻接的多个段部ta、tb、tc、td、te(于此仅列举出其中的五个段部)构成。
当第二反射面200-1b的多个段部ta、tb、tc、td、te对于光源S1的初始光束s0、第一反射面100-1所反射形成的第一反射光束s01进行反射而形成第二反射光束s02时，第二反射光束s02成像于区域I，每一段部ta、tb、tc、td、te可分别对应一投射光形We、Wd、Wc、Wb、Wa，利用这些投射光形Wa、Wb、Wc、Wd、We的组合便可在区域I中产生上述的各种投射模式W01、W02、W03，如此以设计出符合近灯法规中截止线的要求。在此变型例中，第二反射单元2-1b的第二反射面200-1b为多重反射面。
值得注意的是，在具有第二反射单元2-1b的多重反射面200-1b的作用下，利用此单一照明装置E1b便可达到近灯模式W01。
图7A为本发明第二实施方式中的照明装置E2的示意性立体图，图7B为沿图7A中线段c2-c2对照明装置E2进行局部剖切的剖面图。
照明装置E2包括基座B2、光源S2与导引装置G2。导引装置G1a包括第一反射单元1-2与第二反射单元2-2。光源S2、第一反射单元1-2与第二反射单元2-2设置于基座B2之上，并且光源S2设置于第一反射单元1-2之中。第二反射单元2-2为具有第二反射面200-2的曲型构件，此第二反射面200-2为抛物面镜。
与第一实施方式中的照明装置E1所不同的是，第二实施方式的导引装置G2的第一反射单元1-2为形成于基座B2上的圆锥状贯穿孔，并且第一反射单元1-2的第一反射面100-2为曲面镜。于本实施方式中，第一反射面100-2为椭圆面镜。于其它优选实施方式中，第一反射面100-2亦可以为其它数学形式的曲面镜。
当第二反射单元2-2的第二反射面200-2对于光源S2的初始光束s0、第一反射面100-2所反射形成的第一反射光束s01进行反射而形成第二反射光束s02时，第二反射光束s02成像于区域I，如此便可在区域I产生上述各种投射模式W01、W02、W03。
图8A为本发明第三实施方式中的照明装置E3的示意立体图，图8B为沿图8A中线段c3-c3对照明装置E3进行局部剖切的剖面图。
照明装置E3包括基座B3、光源S3与导引装置G3。导引装置G3包括第一反射单元1-3与第二反射单元2-3。光源S3设置于第一反射单元1-3之中。第二反射单元2-3为具有第二反射面200-3与两端部200e31、200e32的曲型构件，其中，第二反射面200-3为抛物面镜，并且两端部200e31、200e32分别邻接于第二反射面200-3。
与图7A所示的照明装置E2不同的是，第三实施方式的导引装置G3的第一反射单元1-3由两个半月型构件101、102构成，并且此两个半月型构件101、102设置于基座B3之上，第一反射单元1-3的第一反射面100-3为形成于两个半月型构件101、102的相对表面上的两曲面镜，光源S3设置于第一反射单元1-3的两个半月型构件101、102之间。
当第二反射单元2-3的第二反射面200-3对于光源S3的初始光束s0、第一反射面100-3所反射形成的第一反射光束s01进行反射而形成第二反射光束s02时，第二反射光束s02成像于区域I，如此便可在区域I产生上述各种投射模式W01、W02、W03。
图9为本发明的组合结构L2的示意立体图。
组合结构L2由具有不同尺寸的多个照明装置E3、锥筒状照明装置E4与散热器3组成。照明装置E4被设置于组合结构L2的中央位置，多个照明装置E3相互连接且环绕在照明装置E4的周围而形成花朵状结构。多个照明装置E3的各第二反射单元2-3之间利用其两端部200e31、200e32的相互连接而构成本体M2，并且各照明装置E3的第一反射单元1-3与光源S3相对于其所对应的第二反射单元2-3而设置。锥筒状照明装置E4包括锥筒状反射单元2-4与光源S4，其中，光源S4设置于锥筒状反射单元2-4之中。散热器3设置于本体M2的另一侧，并且散热器3的各接脚30分别连接于多个光源S3、S4，利用单一散热器3可同时对于多个光源S3、S4进行散热。
当各第二反射单元2-3的第二反射面200-3对于光源S3的光束、第一反射面100-3所反射形成的光束共同反射形成另一反射光束时，此另一反射光束成像于区域I，如此便可在区域I产生上述各种投射模式W01、W02、W03。
从以上所述的各实施方式可知，本发明利用第一、二反射单元将沿第一方向X1移动的初始光束s0进行导引且转向成为沿第二方向X2移动的第二反射光束s02，也就是说，利用第一、二反射单元可将光源(LED)的输入光线(初始光线)以侧向的方式进行输出(输入光线与输出光线之间具有90°的夹角)，如此可减小第二反射单元的体积而降低其组合结构的总体积。
虽然已以优选实施方式对本发明披露如上，但本发明并不限于这些实施方式，本领域任何技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下，可作出变换与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求界定的范围为准。

Claims (40)

1.一种对一光源所产生的一初始光束进行导引的导引装置，所述导引装置包括：
一第一反射单元，其包括一第一反射面，该第一反射面用以对沿一第一方向移动的所述初始光束进行反射而形成一第一反射光束，并且该第一反射单元的第一反射面的开口朝向所述第一方向；及
一第二反射单元，其包括一第二反射面，该第二反射面用以对所述初始光束与所述第一反射光束进行反射而形成一第二反射光束，其中，所述第二反射光束沿一第二方向移动且产生一投射模式，并且该第二反射单元的第二反射面的开口朝向所述第二方向，该第一反射单元的第一反射面的开口所朝向的所述第一方向与该第二反射单元的第二反射面的开口所朝向的所述第二方向实质上相互垂直。
2.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述第一反射单元的所述第一反射面包括至少一平面镜，所述光源邻接于所述平面镜。
3.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述第一反射单元的所述第一反射面包括一曲面镜，所述光源邻接于所述曲面镜。
4.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一曲面镜。
5.如权利要求4所述的导引装置，其中，所述曲面镜为一抛物面镜。
6.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一多重反射面。
7.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一主反射部与一次反射部，所述主反射部与所述次反射部之间具有一阶级。
8.如权利要求7所述的导引装置，其中，所述主反射部包括一曲面镜。
9.如权利要求7所述的导引装置，其中，所述次反射部为具有抛物曲线的柱状反射镜。
10.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述投射模式包括近灯模式、远灯模式、雾灯模式及其相互之间的组合。
11.如权利要求1所述的导引装置，其中，所述第一反射单元与所述第二反射单元为一体成型构件。
12.一种照明装置，包括：
一光源，其产生一初始光束；及
一导引装置，其包括一第一反射单元与一第二反射单元，其中，所述第一反射单元包括一第一反射面，该第一反射面的开口朝向于一第一方向且用以对所述初始光束进行反射而形成一第一反射光束，所述第二反射单元包括一第二反射面，该第二反射面的开口朝向于一第二方向且用以对所述初始光束与所述第一反射光束进行反射而形成一第二反射光束，该第一反射单元的第一反射面的开口所朝向的所述第一方向与该第二反射单元的第二反射面的开口所朝向的所述第二方向实质上相互垂直，所述第二反射光束产生一投射模式。
13.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述光源包括一发光二极管。
14.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述第一反射单元的所述第一反射面包括至少一平面镜，所述光源邻接于所述平面镜。
15.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述第一反射单元的所述第一反射面包括一曲面镜，所述光源邻接于所述曲面镜。
16.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一曲面镜。
17.如权利要求16所述的照明装置，其中，所述曲面镜为一抛物面镜。
18.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一多重反射面。
19.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一主反射部与一次反射部，所述主反射部与所述次反射部之间具有一阶级。
20.如权利要求19所述的照明装置，其中，所述主反射部包括一曲面镜。
21.如权利要求19所述的照明装置，其中，所述次反射部为具有抛物曲线的柱状反射镜。
22.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述投射模式包括近灯模式、远灯模式、雾灯模式及其相互之间的组合。
23.如权利要求12所述的照明装置，其中，还包括一散热器，所述散热器连接于所述光源。
24.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述照明装置还包括一基座，所述光源、所述导引装置的第一反射单元与所述第二反射单元共同设置在所述基座上。
25.一种用以成像于一区域的组合结构，所述组合结构包括：
一本体；及
至少一照明装置，其被设置于所述本体之上，所述照明装置包括：
一光源，其产生一初始光束；
一导引装置，其包括一第一反射单元与一第二反射单元，其中，所述第一反射单元包括一第一反射面，该第一反射面的开口朝向于一第一方向且用以对所述初始光束进行反射而形成一第一反射光束，所述第二反射单元包括一第二反射面，该第二反射面的开口朝向于一第二方向且用以对所述初始光束与所述第一反射光束进行反射而形成一第二反射光束，该第一反射单元的第一反射面的开口所朝向的所述第一方向与该第二反射单元的第二反射面的开口所朝向的所述第二方向实质上相互垂直，所述第二反射光束在所述区域产生一投射模式。
26.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述光源包括一发光二极管。
27.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述第一反射单元的所述第一反射面包括至少一平面镜，所述光源邻接于所述平面镜。
28.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述第一反射单元的所述第一反射面包括一曲面镜，所述光源邻接于所述曲面镜。
29.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一曲面镜。
30.如权利要求29所述的组合结构，其中，所述曲面镜为一抛物面镜。
31.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一多重反射面。
32.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述第二反射单元的所述第二反射面包括一主反射部与一次反射部，所述主反射部与所述次反射部之间具有一阶级。
33.如权利要求32所述的组合结构，其中，所述主反射部包括一曲面镜。
34.如权利要求32所述的组合结构，其中，所述次反射部为具有抛物曲线的柱状反射镜。
35.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述投射模式包括近灯模式、远灯模式、雾灯模式及其相互之间的组合。
36.如权利要求25所述的组合结构，其中，还包括一散热器，所述散热器连接于所述光源。
37.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述照明装置的数量至少为二，这些照明装置之间相对地具有一夹角，以产生所述投射模式。
38.如权利要求37所述的组合结构，其中，所述夹角约为15°。
39.如权利要求37所述的组合结构，其中，所述夹角约为15°，并且所述投射模式包括近灯模式。
40.如权利要求25所述的组合结构，其中，所述照明装置还包括一基座，所述光源、所述导引装置的第一反射单元与所述第二反射单元共同设置在所述基座上。
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