CN103278879B - 可控制光型的导光元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可控制光型的导光元件，适用以导引光线并产生一预设光束角。导光元件为一环状锥台，且包含入光面、出光面、第一反射面及第二反射面。入光面具有第一外周缘及第一内周缘。出光面相对入光面，具有第二外周缘及第二内周缘。第一反射面系由第一外形曲线所建构之曲面，且连接第一外周缘及第二外周缘。第一外形曲线系由第一外周缘上之第一起始点与第二外周缘上第一终止点连线所形成。第二反射面系由第二外形曲线所建构之曲面，且连接第一内周缘及第二内周缘。第二外形曲线系由第一内周缘上之第二起始点与第二内周缘上第二终止点连线所形成。

Description

可控制光型的导光元件

技术领域

本发明是有关于一种导光元件，且特别是有关于一种可控制光型的导光元件。

背景技术

传统的灯具主要是由灯泡与反射罩所组成。反射罩主要的功能是用来将灯泡所发出之光导向所需方向并改变灯泡发光时的所产生的光型。然而，透过反射罩来改变光型的变化性不大，其光型通常为聚光的形式，在应用上较受限。

另外一种传统灯具是透过光源搭配二次光学元件，来达到改变光型的目的。然而，此种架构必须在二次光学元件中央设置凹孔，并且将光源放置在凹孔中来达到调整光型之目的。因此，二次光学元件必须配合不同形式或不同数量的光源来改变整个元件架构的设计，因而导致成本的增加。

因此，亟需一种可改变各种光型之导光元件，以解决上述问题。

发明内容

因此，本发明之一态样是在提供一种可控制光型的导光元件，其利用光的全反射特性来控制光的行进方向，借此达到调整导光元件所输出之光型的目的，故此导光元件的应用可符合各种灯光角度照射需求，同时可减少能量损耗。

本发明之另一态样是在提供一种可控制光型的导光元件，其可透过外形曲线来改变第一反射面、第二反射面以及出光面的曲面形状，借此可调整光在导光元件内的行进方向，顺利达到控制输出光型的目的。

本发明之又一态样是在提供一种可控制光型的导光元件，其可透过贝兹曲线来定义各个外形曲线，因此不但简化了各曲面的定义规则，并且可以更直觉的方式控制导光元件之整个外形曲线的形状。

根据本发明之上述目的，提出一种可控制光型的导光元件，适用以导引光线。其中，光线可在导光元件中进行全反射，以产生一预设光束角。导光元件为一环状锥台，包含入光面、出光面、第一反射面以及第二反射面。入光面具有第一外周缘及第一内周缘。出光面相对入光面，且具有第二外周缘及第二内周缘。第一反射面连接第一外周缘及第二外周缘，且第一反射面系由第一外形曲线所建构之曲面。其中第一外形曲线系由第一外周缘上之第一起始点与第二外周缘上第一终止点连线所形成。第二反射面连接第一内周缘及第二内周缘，且第二反射面系由第二外形曲线所建构之曲面。其中第二外形曲线系由第一内周缘上之第二起始点与第二内周缘上第二终止点连线所形成。

依据本发明另一实施例，上述之第一外形曲线系由贝兹曲线函数所定义出，贝兹曲线函数为：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，第一起始点与第一终止点之间具有至少一第一控制点，且第一起始点之位置座标P₀=(X₀，Y₀)，第一控制点之位置座标P₁=(X₁，Y₁)，第一终止点之位置座标P₂=(X₂，Y₂)。其中，贝兹曲线函数的n为第一控制点之总点数+1所得到的值。w为权重。t为一预设点至第一起始点的长度与总长的比值。其中，第一外形曲线之限制条件为：

X₀≦X₁≦X₂，90°≧α₁≧α₂，0≦α₁＝θ₁+θ₂﹣90°，

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right),$ θ₂≧90°﹣θ₁，以及0≦w≦1。

其中，α₁为第一起始点与至少一第一控制点连线与水平线之夹角，α₂为第一起始点与第一终止点连线与水平线之夹角，θ₁为至少一光线由外界进入导光元件中之折射角，θ₂为至少一光线进入导光元件后射向第一反射面之入射角，n_material为导光元件材料之折射率。

依据本发明另一实施例，上述之第二外形曲线系由贝兹曲线函数所定义出，贝兹曲线函数为：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，第二起始点与第二终止点之间具有至少一第二控制点，且第二起始点之位置座标P_0’=(X_0’，Y_0’)，第二控制点之位置座标P_1’=(X_1’，Y_1’)，第二终止点之位置座标P_2’=(X_2’，Y_2’)。其中，贝兹曲线函数中的n为第二控制点之总点数+1所得到的值。w为权重。t为一预设点至第一起始点的长度与总长的比值。其中，第二外形曲线之限制条件为：

X_0’≦X_1’≦X_2’，90°≧α_1’≧α_2’，0≦α_1’＝θ_1’+θ_2’﹣90°，

${\mathrm{\θ}}_{1^{,}}={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right),$ θ_2’≧90°-θ_1’,以及0≦w≦1。

其中，α_1’为第二起始点与至少一第二控制点连线与水平线之夹角，α_2’为第二起始点与第二终止点连线与水平线之夹角，θ_1’为至少一光线由外界进入导光元件中之折射角，θ_2’为至少一光线进入导光元件后射向第一反射面之入射角，n_material为导光元件材料之折射率。

依据本发明又一实施例，上述之又一实施例，上述之第一外形曲线与第二外形曲线可为同一曲线或不同曲线。

依据本发明再一实施例，上述之出光面系由第三外形曲线所建构之曲面，其中第三外形曲线系由第二外周缘上之第三起始点与第二外周缘上之第三终止点连线所形成。

依据本发明再一实施例，上述之第三外形曲线系由贝兹曲线函数所定义出，贝兹曲线定义如下：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，第三起始点与第三终止点之间具有至少一第三控制点，且第三起始点之位置座标P₃=(X₃，Y₃)，第三控制点之位置座标P₄=(X₄，Y₄)，第三终止点之位置座标P₅=(X₅，Y₅)。其中，贝兹曲线函数的n为第三控制点之总点数+1所得到的值。w为权重。t为一预设点至第一起始点的长度与总长的比值。其中，第三外形曲线之限制条件为：X₃=X₅，Y₃≧Y₄≧Y₅，及0≦w≦1。

依据本发明再一实施例，上述之第一反射面系由复数个第一反射曲面所形成。第一反射曲面同样系以第一外形曲线所建构。

依据本发明再一实施例，上述之第二反射面系由复数个第二反射曲面所形成。第二反射曲面同样系以第二外形曲线所建构。

根据本发明之上述目的，亦提出一种灯具，包含导光元件以及光源。导光元件为一环状锥台，包含入光面、出光面、第一反射面以及第二反射面。入光面具有第一外周缘及第一内周缘。出光面相对入光面，且具有第二外周缘及第二内周缘。第一反射面连接第一外周缘及第二外周缘，且第一反射面系由第一外形曲线所建构之曲面。其中第一外形曲线系由第一外周缘上之第一起始点与第二外周缘上第一终止点连线所形成。第二反射面连接第一内周缘及第二内周缘，且第二反射面系由第二外形曲线所建构之曲面。其中第二外形曲线系由第一内周缘上之第二起始点与第二内周缘上第二终止点连线所形成。光源所产生之光线系由入光面进入导光元件中，并且由出光面射出，产生一预设光束角。

附图说明

为让本发明之上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式之说明如下：

第1A图系绘示依照本发明第一实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图；

第1B图系绘示沿着第1A图之AA剖面线剖切的剖面图；

第2A图系绘示依照本发明第二实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图；

第2B图系绘示沿着第2A图之BB剖面线剖切的剖面图；

第2C图系绘示依照本发明第二实施方式的第一外形曲线示意图；

第2D图系绘示依照本发明第二实施方式的导光元件所产生的配光曲线图；

第3A图系绘示依照本发明第三实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图；

第3B图系绘示沿着第3A图之CC剖面线剖切的剖面图；

第3C图系绘示依照本发明第三实施方式的第一外形曲线示意图；

第3D图系绘示依照本发明第三实施方式的导光元件所产生的配光曲线图；

第4A图系绘示依照本发明第四实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图；

第4B图系绘示沿着第4A图之DD剖面线剖切的剖面图；

第4C图系绘示依照本发明第四实施方式的第一外形曲线示意图；

第4D图系绘示依照本发明第四实施方式的导光元件所产生的配光曲线图；

第5A图系绘示依照本发明第五实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图；

第5B图系绘示沿着第5A图之EE剖面线剖切的剖面图；

第5C图系绘示依照本发明第五实施方式的第一外形曲线示意图；

第5D图系绘示依照本发明第五实施方式的导光元件所产生的配光曲线图；

第6A图系绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第一实施例立体图；

第6B图系绘示依照本发明第六实施方式之第一实施例的导光元件所产生的配光曲线图；

第7A图系绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第二实施例立体图；

第7B图系绘示依照本发明第六实施方式之第二实施例的导光元件所产生的配光曲线图；

第8A图系绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第三实施例立体图；

第8B图系绘示依照本发明第六实施方式之第三实施例的导光元件所产生的配光曲线图；

第9A图系绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第四实施例立体图；

第9B图系绘示依照本发明第六实施方式之第四实施例的导光元件所产生的配光曲线图；

第10A图系绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第五实施例立体图；

第10B图系绘示依照本发明第六实施方式之第五实施例的导光元件所产生的配光曲线图。

具体实施方式

请参照第1A图及第1B图，其系分别绘示依照本发明第一实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图、以及沿着第1A图之AA剖面线剖切的剖面图。在本实施方式中，导光元件100适用以导引光线在导光元件100中进行全反射，以使光线产生不同之光束角。在此所指之光线系来自于一光源，例如发光二极体。导光元件100为一环状锥台而具有贯穿孔110。导光元件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，贯穿孔110在入光面112中形成第一开口110a，且入光面112具有第一外周缘112a及第一内周缘112b。出光面114相对入光面112。其中，贯穿孔110在出光面114中形成第二开口110b，且出光面114具有第二外周缘114a及第二内周缘114b

第一反射面116连接第一外周缘112a及第二外周缘114a，且第一反射面116系由第一外形曲线B1所建构之曲面。其中，第一外形曲线B1系由第一外周缘112a上之第一起始点P₀与第二外周缘114a上第一终止点P₂连线所形成。欲陈明者，本实施方式中之第一外形曲线B1，是定义在通过导光元件100之中心并且垂直入光面112的任何剖切面与第一反射面116交集所形成的曲线。第二反射面118，连接第一内周缘112b及第二内周缘114b，且第二反射面118系由第二外形曲线B2所建构之曲面。其中，第二外形曲线B2系由第一内周缘112b上之第二起始点P_0’与第二内周缘114b上第二终止点P_2’连线所形成。同样地，本实施方式中之第二外形曲线B2，是定义在通过导光元件100之中心并且垂直入光面112的任何剖切面与第二反射面118交集所形成的曲线。

在一实施例中，第一外形曲线B1系由贝兹曲线函数所定义出。贝兹曲线主要是利用3个以上的点位置先行定义座标后，再根据不同的权重所绘制出的不同曲线。其中，贝兹曲线函数为：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，在第一起始点P₀与第一终止点P₂之间具有至少一个第一控制点P₁。其中，此至少一第一控制点P₁主要是用来决定第一外形曲线B1的弧度。另外，定义第一起始点P₀之位置座标P₀=(X₀，Y₀)，至少一第一控制点P₁之位置座标P₁=(X₁，Y₁)，第一终止点P₂之位置座标P₂=(X₂，Y₂)。在贝兹曲线函数中，数值n为至少一第一控制点P₁之总点数+1所得到的值。举例而言，当此至少一第一控制点有二个时，数值n即为3。此外，w为第一控制点P₁之权重，其可调节曲线使其趋近于随意形状。如第1B图所示，第一起始点P₀与第一控制点P₁的连线定义权重w=1，第一起始点P₀与第一终止点P₂的连线定义权重w=0。当权重w越接近1，则第一外形曲线B1将会偏向第一起始点P₀与第一控制点P₁的连线。当权重w越接近0，则第一外形曲线B1将会偏向第一起始点P₀与第一终止点P₂的连线。贝兹曲线函数的t为预设点至第一起始点P₀的长度与总长的比值。前述之总长为第一起始点P₀至第一终止点P₂所形成曲线的总长度。由此可知，t可以表示在第一外形曲线B1上位于第一起始点P₀与第一终止点P₂之间的任一点的位置对应值。

在定义完第一起始点P₀、第一控制点P₁及第一终止点P₂后，本发明之实施方式进一步界定第一外形曲线B1之限制如下：

X₀≦X₁≦X₂

90°≧α₁≧α₂

0≦α₁＝θ₁+θ₂﹣90°

$\mathrm{\θ}1={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right)$

θ2≧90°﹣θ1

0≦w≦1

请继续参阅第1B图，α₁为第一起始点P₀与第一控制点P₁连线与水平线之夹角，α₂为第一起始点P₀与第一终止点P₂连线与水平线之夹角。θ₁为光线由外界进入导光元件100中之折射角，θ₂为光线进入导光元件100后射向第一反射面116之入射角，n_material为导光元件100材料之折射率。借此，调整第一外形曲线B1之各参数值可改变整个第一反射面116的形状。

请再次参阅第1A图及第1B图，在一实施例中，第二外形曲线B2可与第一外形曲线B1相同，均系由上述之贝兹曲线函数所定义出。

其中，在第二起始点P_0’与第二终止点P_2’之间具有至少一个第二控制点P_1’。其中，此至少一第二控制点P_1’主要是用来决定第二外形曲线B2的弧度。另外，定义第二起始点P_0’之位置座标P_0’=(X_0’，Y_0’)，至少一第二控制点P_1’之位置座标P_1’=(X_1’，Y_1’)，第二终止点P_2’之位置座标P_2’=(X_2’，Y_2’)。在此贝兹曲线函数中，数值n为至少一第二控制点P_1’之总点数+1所得到的值。另外，w为第二控制点P_1’之权重，其可调节曲线使其趋近于随意形状。如第1B图所示，第二起始点P_0’与第二控制点P_1’的连线定义权重w=1，第二起始点P_0’与第二终止点P_2’的连线定义权重w=0。当权重w越接近1，则第二外形曲线B2将会偏向第二起始点P_0’与第二控制点P_1’的连线。当权重w越接近0，则第二外形曲线B2将会偏向第二起始点P_0’与第二终止点P_2’的连线。贝兹曲线函数的t为预设点至第二起始点P_0’的长度与总长的比值。前述之总长为第二起始点P_0’至第二终止点P_2’所形成曲线的总长度。由此可知，t可以表示在第二外形曲线B2上位于第二起始点P_0’与第二终止点P_2’之间的任一点的位置对应值。

在定义完第二起始点P_0’、第二控制点P_1’及第二终止点P_2’后，本发明之实施方式进一步界定第二外形曲线B2之限制如下：

X_0’≦X_1’≦X_2’

90°≧α_1’≧α_2’

0≦α_1’＝θ_1’+θ_2’﹣90°

${\mathrm{\θ}}_{1^{,}}={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right)$

θ_2’≧90°﹣θ_1’

0≦w≦1

请同时搭配第1B图所示，α_1’为第二起始点P_0’与第二控制点P_1’连线与水平线之夹角，α_2’为第二起始点P_0’与第二终止点P_2’连线与水平线之夹角。θ_1’为光线由外界进入导光元件100中之折射角，θ_2’为光线进入导光元件100后射向第一反射面116之入射角，n_material为导光元件100材料之折射率。借此，调整第二外形曲线B2之各参数值可改变整个第一反射面116的形状。

由上述可知，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1同样是以贝兹曲线函数所定义，且限制范围亦相同。故在一实施例中，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1可为同一曲线，使第一反射面116与第二反射面118呈对称。然，在另一实施例中，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1可透过不同的参数设定，来形成不同的曲线，使第一反射面116与第二反射面118呈现不对称。

请参照第2A图至第2D图，其系分别绘示依照本发明第二实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图、沿着第2A图之BB剖面线剖切的剖面图、导光元件之第一外形曲线示意图、以及导光元件所产生的配光曲线图。

在第二实施方式中，导光元件200之第一外形曲线B1是以第一起始点P₀=(0，0)、第一控制点P₁=(21.3，13)、第一终止点P₂=(36，8.5)及w=0.45为参数条件所形成之曲线(如第2C图所示)。其中，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1为对称。第2B图显示光线由入光面212进入至导光元件200中，在导光元件200中经反射后，由出光面214发射出去。在此实施方式中，经过导光元件200之导引后，出射光所形成之光束角约为82度。

请参照第3A图至第3D图，其系绘示依照本发明第三实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图、沿着第3A图之CC剖面线剖切的剖面图、导光元件之第一外形曲线示意图、以及导光元件所产生的配光曲线图。

在第三实施方式中，导光元件300之第一外形曲线B1是以第一起始点P₀=(0，0)、第一控制点P₁=(7.6，4.6)、第一终止点P₂=(36，8.5)及w=0.45为参数条件所形成之曲线(如第3C图所示)。其中，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1为对称。第3B图显示光线由入光面312进入至导光元件300中，在导光元件300中经反射后，由出光面314发射出去。在此实施方式中，经过导光元件300之导引后，出射光所形成之光束角约为24度。

请参照第4A图至第4D图，其系分别系绘示依照本发明第四实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图、沿着第4A图之DD剖面线剖切的剖面图、导光元件之第一外形曲线示意图、以及导光元件所产生的配光曲线图。

在第四实施方式中，导光元件400之第一外形曲线B1是以第一起始点P₀=(0，0)、第一控制点P₁=(24.6，17.2)、第一终止点P₂=(36，8.5)及w=0.45为参数条件所形成之曲线(如第4C图所示)。其中，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1为对称。第4B图显示光线由入光面412进入至导光元件400中，在导光元件400中经反射后，由出光面414发射出去。在此实施方式中，经过导光元件400之导引后，出射光所形成之光束角约为93度。

请参照第5A图至第5D图，其系分别绘示依照本发明第五实施方式的一种可控制光型的导光元件之立体图、沿着第5A图之EE剖面线剖切的剖面图、导光元件之第一外形曲线示意图、以及导光元件所产生的配光曲线图。

在第五实施方式中，导光元件500之与导光元件100类似，导光元件500包含入光面512、出光面514、第一反射面516以及第二反射面518。其中，第一反射面516以及第二反射面518与导光元件100的第一反射面116及第二反射面118相同，同样是以第一外形曲线B1及第二外形曲线B2所建构而成，故在此不赘述。在本实施方式中，出光面514外周缘514a及内周缘514b，且出光面514系由第三外形曲线B3所建构之曲面。其中，第三外形曲线B3系由外周缘514a上之第三起始点P3与第三终止点P5连线所形成。

欲陈明者，本实施方式中之第三外形曲线B3，是定义在通过导光元件500之中心并且垂直入光面512的任何剖切面与出光面514交集所形成的曲线。在一实施例中，第二外形曲线B3可与第一外形曲线B1相同，均系由上述之贝兹曲线函数所定义出。

其中，在第三起始点P₃与第三终止点P₅之间具有至少一个第三控制点P₄。其中，第三控制点P₄主要是用来决定第三外形曲线B3的弧度。另外，定义第三起始点P₃之位置座标P₃=(X₃，Y₃)，第三控制点P₄之位置座标P₄=(X₄，Y₄)，第三终止点P₅之位置座标P₅=(X₅，Y₅)。在贝兹曲线函数中，数值n、权重w、位置对应值t之定义与前述第一实施方式之定义相同，在此不赘述。在定义完第三起始点P₃、第三控制点P₄及第三终止点P₅后，本发明之实施方式进一步界定第三外形曲线B3之限制：X₃=X₅，Y₃≧Y₄≧Y₅，及0≦w≦1。

请再次参照第5A图至第5D图，在第五实施方式中，第一外形曲线B1及第二外形曲线B2是与第三实施方式的相同定义所形成。第三外形曲线B3是以第三起始点P₃=(0，21)、第三控制点P₄=(10.6，10.6)、第三终止点P₅=(0，0)及w=0.45为参数条件所形成之曲线(如第5C图所示)。第5B图显示光线由入光面512进入至导光元件500中，在导光元件500中经反射后，由出光面514发射出去。在此实施方式中，经过导光元件500之导引后，出射光所形成之光束角约为13度。借此，由上述第一实施方式到第五实施方式可知，透过调整第三外形曲线B3之各参数值可改变整个出光面514的曲面形状。

请参照第6A图及第6B图，其系分别绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第一实施例立体图及其所产生的配光曲线图。在此实施例中，导光元件600同样具有入光面612、出光面614、第一反射面616及第二反射面618。其中，第一反射面616系由六个第一反射曲面所形成，这些第一反射曲面同样系以第一外形曲线B1所建构。同样地，第二反射面618系由六个第二反射曲面所形成，这些第二反射曲面同样系以第二外形曲线B2所建构。

请参照第7A图及第7B图，其系分别绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第二实施例立体图及其所产生的配光曲线图。在此实施例中，导光元件700同样具有入光面712、出光面714、第一反射面716及第二反射面718。其中，第一反射面716系由八个第一反射曲面所形成，这些第一反射曲面同样系以第一外形曲线B1所建构。同样地，第二反射面718系由八个第二反射曲面所形成，这些第二反射曲面同样系以第二外形曲线B2所建构。

请参照第8A图及第8B图其系系分别绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第三实施例立体图及其所产生的配光曲线图。在此实施例中，导光元件800同样具有入光面812、出光面814、第一反射面816及第二反射面818。其中，第一反射面816系由十二个第一反射曲面所形成，这些第一反射曲面同样系以第一外形曲线B1所建构。同样地，第二反射面818系由十二个第二反射曲面所形成，这些第二反射曲面同样系以第二外形曲线B2所建构。

由上述可知，导光元件600、700、800可变化成各种不同的形状，同样可改变进入导光元件600、700、800中之光线之光束角。欲陈明者，在第六实施方式中的之第一反射曲面及第二反射曲面之数量不一定要相对应，亦可为不相同。此外，第一外形曲线B1与第二外形曲线B2亦可为同一曲线或不同曲线。以下将以导光元件600之其他变形作为第六实施方式的其他实施例说明。

请参照第9A图及第9B图，其系分别绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第四实施例立体图及其所产生的配光曲线图。在本实施例中，导光元件600a之第一外形曲线B1是以第一起始点P₀=(0，0)、第一控制点P₁=(10.3，6.2)、第一终止点P₂=(36，8.5)及w=0.45为参数条件所形成之曲线。其中，第二外形曲线B2与第一外形曲线B1为对称。经导光元件600a导引后，出射光所形成之光束角约为47度。

请参照第10A图及第10B图，其系分别绘示依照本发明第六实施方式的一种可控制光型的导光元件之第五实施例立体图及其所产生的配光曲线图。在本实施例中，导光元件600b之第一外形曲线B1是以第一起始点P₀=(0，0)、第一控制点P₁=(32.8，22.9)、第一终止点P₂=(36，8.5)及w=0.45为参数条件所形成之曲线。第二外形曲线B2是以第二起始点P_0’=(0，0)、第二控制点P_1’=(10，15)、第二终止点P_2’=(36，8.5)及w=0为参数条件所形成之曲线。经导光元件600b导引后，出射光所形成之光束角约为63度。

由上述本发明实施方式可知，本发明之优点是透过第一外形曲线、第二外形曲线以及第三外形曲线来改变第一反射面、第二反射面以及出光面的曲面形状，利用光的全反射特性以控制光的行进方向，来调整导光元件所输出之光型，以符合各种灯光角度照射需求，同时可减少能量损耗。此外，本发明系透过贝兹曲线来定义各个外形曲线，不但简化了各曲面的定义规则，并且可以更直觉的方式控制整个外形曲线的形状。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种可控制光型的导光元件，适用以导引至少一光线，其特征在于，该至少一光线可在该导光元件中进行全反射，以产生一预设光束角，该导光元件为一环状锥台，且包含：

一入光面，具有一第一外周缘及一第一内周缘；

一出光面，相对该入光面，且具有一第二外周缘及一第二内周缘；

一第一反射面，连接该第一外周缘及该第二外周缘，且该第一反射面系由一第

一外形曲线所建构之曲面，其中该第一外形曲线系由该第一外周缘上之一第一起始点与该第二外周缘上一第一终止点连线所形成；以及

一第二反射面，连接该第一内周缘及该第二内周缘，且该第二反射面系由一第二外形曲线所建构之曲面，其中该第二外形曲线系由该第一内周缘上之一第二起始点与该第二内周缘上一第二终止点连线所形成；

该第一外形曲线系由一贝兹曲线函数所定义出，该贝兹曲线函数为：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，该第一起始点与该第一终止点之间具有至少一第一控制点，且该第一起始点之位置座标P₀＝(X₀，Y₀)，该至少一第一控制点之位置座标P₁＝(X₁，Y₁)，该第一终止点之位置座标P₂＝(X₂，Y₂)；

其中，该贝兹曲线函数的n为该至少一第一控制点之总点数+1所得到的值，w为权重，t为一预设点至该第一起始点的长度与总长的比值；

其中，该第一外形曲线之限制条件为：

X₀≦X₁≦X₂，

90°≧α₁≧α₂，

0≦α₁＝θ₁+θ₂-90°，

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right),$

θ₂≧90°-θ₁，

0≦w≦1，

其中，α₁为该第一起始点与该至少一第一控制点连线与水平线之夹角，α₂为该第一起始点与该第一终止点连线与水平线之夹角，θ₁为该至少一光线由外界进入该导光元件中之折射角，θ₂为该至少一光线进入该导光元件后射向该第一反射面之入射角，n_material为该导光元件材料之折射率。

2.如权利要求1所述的可控制光型的导光元件，其特征在于，该第二外形曲线系由一贝兹曲线函数所定义出，该贝兹曲线函数为：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，该第二起始点与该第二终止点之间具有至少一第二控制点，且该第二起始点之位置座标P_0’＝(X_0’，Y_0’)，该至少一第二控制点之位置座标P_1’＝(X_1’，Y_1’)，该第二终止点之位置座标P_2’＝(X_2’，Y_2’)；

其中，该贝兹曲线函数中的n为该至少一第二控制点之总点数+1所得到的值，w为权重，t为一预设点至该第一起始点的长度与总长的比值；

其中，该第二外形曲线之限制条件为：

X_0’≦X_1’≦X_2’，

90°≧α_1’≧α_2’，

0≦α_1’＝θ_1’+θ_2’-90°，

${\mathrm{\θ}}_{1^{,}}={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right),$

θ_2’≧90°-θ_1’，

0≦w≦1，

其中，α_1’为该第二起始点与该至少一第二控制点连线与水平线之夹角，α_2’为该第二起始点与该第二终止点连线与水平线之夹角，θ_1’为该至少一光线由外界进入该导光元件中之折射角，θ_2’为该至少一光线进入该导光元件后射向该第一反射面之入射角，n_material为该导光元件材料之折射率。

3.如权利要求1所述的可控制光型的导光元件，其特征在于，该第一外形曲线与该第二外形曲线可为同一曲线或不同曲线。

4.如权利要求1所述的可控制光型的导光元件，其特征在于，该出光面系由一第三外形曲线所建构之曲面，其中该第三外形曲线系由该第二外周缘上之一第三起始点与该第二外周缘上之一第三终止点连线所形成。

5.如权利要求4所述的可控制光型的导光元件，其特征在于，该第三外形曲线系由一贝兹曲线函数所定义出，该贝兹曲线定义如下：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，该第三起始点与该第三终止点之间具有至少一第三控制点，且该第三起始点之位置座标P₃＝(X₃，Y₃)，该至少一第三控制点之位置座标P₄＝(X₄，Y₄)，该第三终止点之位置座标P₅＝(X₅，Y₅)；

其中，该贝兹曲线函数的n为该至少一第三控制点之总点数+1所得到的值，w为权重，t为一预设点至该第一起始点的长度与总长的比值；

其中，该第三外形曲线之限制条件为：X₃＝X₅，Y₃≧Y₄≧Y₅，及0≦w≦1。

6.如权利要求1所述的可控制光型的导光元件，其特征在于，该第一反射面系由复数个第一反射曲面所形成，该些第一反射曲面同样系以该第一外形曲线所建构。

7.如权利要求1所述的可控制光型的导光元件，其特征在于，该第二反射面系由复数个第二反射曲面所形成，该些第二反射曲面同样系以该第二外形曲线所建构。

8.一种灯具，其特征在于，包含：

一导光元件为一环状锥台，包含：

一入光面，具有一第一外周缘及一第一内周缘；

一出光面，相对该入光面，且具有一第二外周缘及一第二内周缘；

一第一反射面，连接该第一外周缘及该第二外周缘，且该第一反射面系由一第一外形曲线所建构之曲面，其中该第一外形曲线系由该第一外周缘上之一第一起始点与该第二外周缘上一第一终止点连线所形成；以及

一第二反射面，连接该第一内周缘及该第二内周缘，且该第二反射面系由一第二外形曲线所建构之曲面，其中该第二外形曲线系由该第一内周缘上之一第二起始点与该第二内周缘上一第二终止点连线所形成；以及

一光源，该光源所产生之光线系由该入光面进入该导光元件中，并且由该出光面射出，产生一预设光束角；

该第一外形曲线系由一贝兹曲线函数所定义出，该贝兹曲线函数为：

$B\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{P}_i{w}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i{(1-t)}^{n-i}{w}_i}$

其中，该第一起始点与该第一终止点之间具有至少一第一控制点，且该第一起始点之位置座标P₀＝(X₀，Y₀)，该至少一第一控制点之位置座标P₁＝(X₁，Y₁)，该第一终止点之位置座标P₂＝(X₂，Y₂)；

其中，该贝兹曲线函数的n为该至少一第一控制点之总点数+1所得到的值，w为权重，t为一预设点至该第一起始点的长度与总长的比值；

其中，该第一外形曲线之限制条件为：

X₀≦X₁≦X₂，

90°≧α₁≧α₂，

0≦α₁＝θ₁+θ₂-90°，

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_{\mathrm{material}}}\right),$

θ₂≧90°-θ₁，

0≦w≦1，

其中，α₁为该第一起始点与该至少一第一控制点连线与水平线之夹角，α₂为该第一起始点与该第一终止点连线与水平线之夹角，θ₁为该至少一光线由外界进入该导光元件中之折射角，θ₂为该至少一光线进入该导光元件后射向该第一反射面之入射角，n_material为该导光元件材料之折射率。