TWI678496B - 導光透鏡及交通工具頭燈 - Google Patents

Abstract

一種導光透鏡，具有底面、出光面、第一反射面以及反射結構。底面具有彼此相對的第一側邊與第二側邊以及入光部。出光面連接於第一側邊。第一反射面相對於底面的局部且連接於出光面，且入光部位於第一反射面往底面垂直投影的投影區域內。反射結構包括多個反射面連接於第二側邊與第一反射面之間。一種包括上述導光透鏡的交通工具頭燈亦被提出。

Description

導光透鏡及交通工具頭燈

本發明是有關一種導光元件，尤其是一種用於導引頭燈的發光元件發出的光線的導光透鏡以及具此導光透鏡的交通工具頭燈。

近年來，交通工具的頭燈已逐漸地採用發光二極體作為光源。

應用於交通工具的頭燈時，發光二極體必須搭配適當的導光元件，才能使頭燈發出所需的光形及角度。發光二極體可配置於導光元件的一個表面外，導光元件更具有一個反射面以反射發光二極體所發出的光線以及一個出光面以出射被反射面所反射的光線。

習知技術的導光元件的反射面是電鍍反射層而形成，如此將增加導光元件的製作複雜度，進而導致製造成本較高。

另外，習知技術的導光元件的反射面在任一截面中僅具單一的曲率，且須以此曲率向上延伸至一定的高度才能接收到所對應截面中發光二極體大部分的光線，這造成了導光元件必須具有對應的厚度，進而導致製造成本無法下降。

此外，電鍍反射層所形成的反射面為金屬反射面，會吸收部分發光二極體發出的光線，而造成光損失。

本發明提供一種導光透鏡，具有較低的製造成本。

本發明提供一種交通工具頭燈，具有較低的製造成本。

本發明所提供的導光透鏡具有底面、出光面、第一反射面以及反射結構。底面具有一第一側邊、相對於第一側邊的第二側邊以及位於第一側邊與第二側邊之間的入光部。出光面連接於底面的第一側邊。第一反射面相對於底面的局部且連接於出光面，且入光部位於第一反射面往底面垂直投影的一投影區域內。反射結構包括多個反射面連接於底面的第二側邊與第一反射面之間。導光透鏡可用於導引發光元件的光線，發光元件對應於入光部且提供第一部分光線經由第一反射面反射而從出光面出射，並提供第二部分光線經由反射結構的多個反射面依序反射而從出光面出射。

本發明所提供的交通工具頭燈包括燈座、光源裝置以及上述導光透鏡。光源裝置包括配置於燈座內的電路板以及配置在電路板上的發光元件。導光透鏡適於導引此發光元件提供的光線。

在本發明的一實施例中，上述的入光部整體位於第一反射面垂直投影於底面的投影區域中。

在本發明的一實施例中，上述的第一反射面是凸拋物面，且底面的通過入光部的中心的法線通過凸拋物面的焦點。

在本發明的一實施例中，上述反射結構的這些反射面包括第二反射面、第三反射面以及第四反射面。第二反射面連接於第一反射面且朝遠離第一反射面及底面的方向向上延伸。第三反射面連接於第二反射面且朝遠離第二反射面的方向向下延伸並凸出於第二側邊。第四反射面連接於第三反射面與第二側邊之間。發光元件提供的第二部分光線經由第二反射面、第三反射面及第四反射面依序反射而從出光面出射。

在本發明的一實施例中，上述的第二反射面、第三反射面與第四反射面在平行於底面的剖面圖中為拋物線。

在本發明的一實施例中，上述的反射結構更包括連接在第三反射面及第四反射面之間的延伸面，且此延伸面平行於底面。

在本發明的一實施例中，上述的第一側邊具有相對的第一端及第二端，由第一端往第二端定義為預設方向，第一反射面包括沿預設方向排列的多個凸面，每一凸面與鄰接的凸面間具有段差，反射結構包括沿預設方向排列的多個反射部，每一反射部與鄰接的反射部間具有段差，且這些凸面的數量與這些反射部的數量相同，且每一凸面分別連接於每一反射部。

在本發明的一實施例中，上述的導光透鏡是由垂直於底面且通過第一側邊與第二側邊的截面沿預設方向直線延伸而成。

在本發明的一實施例中，上述的導光透鏡是由垂直於底面且通過第一側邊與第二側邊的截面沿預設方向彎折延伸而成。

在本發明的一實施例中，上述的底面的入光部包括至少一凹部或至少一凸部。

在本發明的一實施例中，上述的出光面包括第一區域以及連接於第一區域與底面間的第二區域。

在本發明的一實施例中，上述的第一區域與第二區域彼此具有不同的粗糙度或花紋。

在本發明的一實施例中，上述的第一反射面與底面最遠的垂直距離大於反射結構面與底面最遠的垂直距離。

在本發明的一實施例中，上述的第一反射面及反射結構的這些反射面皆為全反射面。

本發明的導光透鏡因具有第一反射面及反射結構分別導引發光元件不同部分的光線，因此發光元件所發出大部分的光線在第一反射面及反射結構的導引下都可由出光面出射，且導光透鏡整體無須電鍍反射層，因而簡化了導光透鏡的製作流程，進而降低製作成本。又，若以第一反射面導引發光元件的所有光線，勢必如習知技術一般將導光透鏡增厚以使第一反射面可充分延伸，然而本發明的導光透鏡是以第一反射面與反射結構分別導引發光元件不同部分的光線，第一反射面無需過度的延伸，使得本發明的導光透鏡的厚度可小於僅有第一反射面的導光透鏡，進一步的降低了製造成本。此外，由於無須電鍍反射層，也可避免發光元件的光線被反射層所吸收而造成的光損失。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧交通工具頭燈

10‧‧‧光源模組

100、100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧導光透鏡

101‧‧‧發光元件

102‧‧‧電路板

103‧‧‧光源裝置

110、110b、110c‧‧‧底面

111‧‧‧第一側邊

112‧‧‧第二側邊

113‧‧‧入光部

120、120d、120e‧‧‧出光面

121‧‧‧第一區域

122‧‧‧第二區域

130‧‧‧第一反射面

131‧‧‧第一凸面

132‧‧‧第二凸面

140‧‧‧反射結構

141‧‧‧第二反射面

142‧‧‧第三反射面

143‧‧‧第四反射面

144‧‧‧延伸面

145‧‧‧第一反射部

146‧‧‧第二反射部

17‧‧‧燈座

A、B、C‧‧‧點

d1、d2‧‧‧最遠距離

f1‧‧‧預設方向

F‧‧‧焦點

L1‧‧‧第一部分光線

L2‧‧‧第二部分光線

N‧‧‧法線

S、S1‧‧‧投影區域

θ‧‧‧夾角

DL‧‧‧虛線

圖1A為本發明一實施例的導光透鏡示意圖。

圖1B為圖1A通過第一側邊與第二側邊且平行XY面的剖面示意圖。

圖2為本發明一實施例的光源模組示意圖。

圖3為本發明一實施例的交通工具頭燈示意圖。

圖4為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。

圖5為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。

圖6為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。

圖7為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。

圖8為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。

圖1A為本發明一實施例的導光透鏡示意圖，圖1B為圖1A通過第一側邊與第二側邊且平行XY面的剖面示意圖，例如為通過圖1A中的A、B與C三點的剖面示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例的導光透鏡100適用於交通工具頭燈(未繪示)以導引發光元件(未繪示)提供的光線，導光透鏡100具有底面110、出光面120、第一反射面130以及反射結構140。底面110具有彼此相對的第一側邊111與第二側邊112以及位於第一側邊111與第二側邊112之間的入光部113。出光面120連接於第一側邊111。第一反射面130相對於底面110的局部且連接於出光面120。入光部113位於第一反射面130往底面110垂直投影的投影區域S內。反射結構140包括多個反射面連接於第二側邊112與第一反射面130之間。

在本實施例中，第一反射面130是凸拋物面，且底面110的通過入光部113的中心的法線N通過此凸拋物面的焦點F，將發光元件置放於焦點F可使第一反射面130匯聚發光元件所發出的光線，但並不以此為限，第一反射面130也可為具有其他功能的曲面。

在本實施例中，反射結構140的這些反射面包括第二反射面141、第三反射面142以及第四反射面143。第二反射面141連接於第一反射面130且朝遠離第一反射面130及底面110的方向向上延伸。第三反射面142連接於第二反射面141且朝遠離第二反射面的141方向向下延伸並凸出於第二側邊112。第四反射面143連接於第三反射面142與第二側邊112之間。雖然本實施例的反射結構包括第二反射面141、第三反射面142以及第四反射面143等三個反射面，但並不僅限於此。

在本實施例中，第二反射面141、第三反射面142及第四反射面143在平行於XZ面(即平行於底面110)的剖面圖中為拋物線，以具有匯聚光線的功能，但並不僅限於此，這些反射面也可為具有其他功能的曲面。

入光部113可與發光元件相對配置，且在本實施例中，入光部可為凹部，但並不僅限於此，入光部113也可為凸部或平面，且入光部113在底面110上可具有圓形、正方形或其他多邊形的輪廓。另應注意的是，雖然本實施例僅繪示一個入光部113，然而入光部113可對應發光元件的數量而設置。在本實施例中，入光部113可整體位於第一反射面130往底面110垂直投影的投影區域S內，但並不僅限於此。在其他實施例中，入光部113也可部分地位於反射結構140的下方。

在本實施例中，第一反射面130與底面110的最遠距離d1可大於反射結構140整體與底面110的最遠距離d2。在本實施例中，第一反射面130為主要反射發光元件光線的反射面，且又連接於出光面120，因此可具有大於反射結構140整體的範圍，進而具有較高的高度，但並不僅限於此。在其他實施例中，第一反射面130也可與反射結構140等高或略低於反射結構140。

圖2為本發明一實施例的光源模組示意圖。請參照圖2，光源模組10包括發光元件101與上述導光透鏡100。發光元件101可為發光二極體封裝元件，但並不僅限於此，發光元件101也可為其他固態發光元件。發光元件101對應於入光部113且提供第一部分光線L1經由第一反射面130反射而從出光面120出射，在本實施例中，第一反射面130為對應發光元件101的第一部分光線L1的全反射面。發光元件101另提供第二部分光線L2經由反射結構140的多個反射面依序反射而從出光面120出射，在本實施例中，第二部 分光線L2依序經由第二反射面141、第三反射面142以及第四反射面143反射後從出光面120出射。

在本實施例中，反射結構140的這些反射面皆可設計為全反射面。第四反射面143與第三反射面142之間可具有一個固定的夾角θ。在一實施例中，夾角θ為82~98度，而在一導光透鏡為聚光透鏡的實施例中，夾角θ為90度。發光元件201發出的第二部分光線L2可被第二反射面141全反射後朝向第三反射面142，而被第三反射面142全反射後再朝向第四反射面143，再被第四反射面143全反射後由出光面120出射。

上述的反射結構140可更包括連接在第三反射面142與第四反射面143之間的延伸面144，且此延伸面144平行於底面110。若底面110接收到來自於第三反射面142的第二部分光線L2，這些第二部分光線L2有很大的比例將會穿出底面110而產生漏光，若第三反射面142可整體凸出於底面110的第二側邊112，可有效地減少直接由第三反射面142射往底面110的第二部分光線L2，以減少漏光。然而，受限於導光透鏡100的設計，當第四反射面143與第三反射面142之間保持夾角θ，且第四反射面143又是直接連接於第三反射面142時，第三反射面142往往無法整體凸出於第二側邊112，如圖2的虛線DL所示，第三反射面142沿著底面110的法線垂直投影的投影區域S1涵蓋了第四反射面143以及部分的底面110。藉由本實施例設於第三反射面142與第四反射面143之間的延伸面144，第四反射面143連接於延伸面144的位置較虛線DL靠近出光面120，連帶使得底面110的第二側邊112可較虛線DL往出光面120的方向退縮，而減少與投影區域S1的重疊部分或完全位於投影區域S1之外，以減少在底面110的漏光量。雖然延伸面144也可能因涵蓋於垂直投影S1中而發生漏光，但射往延伸面144的第二部分光線L2的光 線量遠少於原本會射往底面110的光線量，因此導光透鏡100整體的漏光量可因具有延伸面144而減少。

圖3為本發明一實施例的交通工具頭燈。請參照圖3，本實施例的交通工具頭燈1包括燈座17、光源裝置103以及圖2A的導光透鏡100。光源裝置103包括配置於燈座17內的電路板102以及配置在電路板102上的發光元件101。如前所述，導光透鏡100適於導引此發光元件101提供的光線。交通工具頭燈可為聚光型交通工具頭燈，但並不僅限於此。

本實施例的導光透鏡100因具有第一反射面130及反射結構140分別導引發光元件101所發出不同部分的光線，因此發光元件101發出的大部分光線在第一反射面130及反射結構140的導引下都可由出光面120出射，且導光透鏡100整體無須電鍍反射層，因而簡化了導光透鏡100的製作流程，進而降低製造成本。又，若以第一反射面130導引發光元件101的所有光線，勢必如習知技術一般將導光透鏡100增厚以使第一反射面130可充分延伸，然而本發明的導光透鏡100是以第一反射面130與反射結構140分別導引發光元件101第一部分光線L1與第二部分光線L2，第一反射面無需過度的延伸，使得本發明的導光透鏡100的厚度可小於僅有第一反射面130的導光透鏡，進一步的降低了製造成本。此外，由於無須電鍍反射層，也可避免發光元件的光線被反射層所吸收而造成的光損失。

圖4為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。請參照圖4，本實施例的導光透鏡100a與圖1A的導光透鏡100大致相同，惟本實施例的第一反光面130a與反光結構140a不同於圖1A的第一反光面130及反光結構140。在本實施例中，第一側邊111具有相對的第一端114及第二端115，由第一端114往第二端115定義為預設方向f1，此預設方向f1可例如為垂直XY面。第一反射面130a包括沿預設方向f1排列的多個凸面，每一凸面與鄰接的凸面間具 有段差。反射結構140a包括沿預設方向f1排列的多個反射部，每一反射部與鄰接的反射部間具有段差，且這些凸面的數量與這些反射部的數量相同，且每一凸面分別連接於每一反射部。

例如，第一反射面130a可包括沿預設方向排列的第一凸面131以及位於第一凸面131兩側的兩個第二凸面132，且這些第二凸面132往遠離底面110的方向(例如垂直於XZ面的方向)凸出於第一凸面131。反射結構140a可包括連接於第一凸面131的第一反射部145及位於第一反射部145兩側且往遠離底面110的方向凸出於第一反射部145的兩個第二反射部146。這些第二反射部146個別連接於這些第二凸面132。但並不僅限於此，第一反射面120a可具有其他數量的凸面及不同的凸面排列方式，反射結構140a也可具有其他數量的反射部及反射部的排列方式。

圖5為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。請參照圖5，本實施例的導光透鏡100b與圖1A的導光透鏡100大致相同，惟不同處在於：在本實施例中，導光透鏡100b是由垂直於底面110b(即平行於XY面)且通過第一側邊111與第二側邊112的截面沿預設方向f1(即垂直於XY面的方向)直線延伸而成。本實施例的導光透鏡100b的底面110b下方可配置多個沿預設方向f1排列的發光元件(未繪示)。

圖6為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。請參照圖6，本實施例的導光透鏡100c與圖5的導光透鏡100b大致相同，惟不同處在於：本實施例的導光透鏡100c是由垂直於底面110c(即平行於XY面)且通過第一側邊111與第二側邊112的截面沿預設方向f1(即垂直於XY面的方向)彎折延伸而成，其中導光透鏡100c的彎折變化是平行於XZ面。本實施例的導光透鏡100b的底面110b下方可配置沿預設方向f1且順應導光透鏡100c的彎折排列的多個發光元件(未繪示)。

圖7為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。請參照圖7，本實施例可應用於前述所有實施例，特點在於：本實施例的導光透鏡100d的出光面120d具有花紋。對應所應用的不同交通工具頭燈，導光透鏡100d的出光面120d可具有不同的花紋，以出射不同光形或角度的光線。

圖8為本發明另一實施例的導光透鏡示意圖。請參照圖8，本實施例的導光透鏡100e可相似於圖7的實施例，也可應用於圖1A至圖7的實施例，惟不同處在於：本實施例的導光透鏡100e的出光面120e包括第一區域121以及連接於第一區域121與底面110間的第二區域122，且第一區域121與第二區域122彼此具有不同的粗糙度或花紋。例如第一區域121可為平滑的表面，而第二區域122為具有粗化結構的表面，但並不僅限於此。第一區域121可為前述實施例，例如圖2實施例的第一部分光線L1的主要出光區域，第二區域可為前述實施例，例如圖2實施例的第二部分光線L2的主要出光區域，但並不僅限於此。

綜上所述，本發明的導光透鏡因具有第一反射面及反射結構分別導引發光元件不同部分的光線，因此發光元件所發出大部分的光線在第一反射面及反射結構的導引下都可由出光面出射，且導光透鏡整體無須電鍍反射層，因而簡化了導光透鏡的製作流程，進而降低製作成本。又，若以第一反射面導引發光元件的所有光線，勢必如習知技術一般將導光透鏡增厚以使第一反射面可充分延伸，然而本發明的導光透鏡是以第一反射面與反射結構分別導引發光元件不同部分的光線，第一反射面無需過度的延伸，使得本發明的導光透鏡的厚度可小於僅有第一反射面的導光透鏡，進一步的降低了製造成本。此外，由於無須電鍍反射層，也可避免發光元件的光線被金屬反射面所吸收而造成的光損失。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

1. 一種導光透鏡，適用於一交通工具頭燈以導引一發光元件提供的光線，且具有：一底面，具有一第一側邊、相對於該第一側邊的一第二側邊以及位於該第一側邊與該第二側邊之間的一入光部，該發光元件對應於該入光部；一出光面，連接於該底面的該第一側邊；一第一反射面，相對於該底面的局部且連接於該出光面，且該入光部位於該第一反射面往該底面垂直投影的一投影區域內，該發光元件提供的一第一部分光線經由該第一反射面反射而從該出光面出射；以及一反射結構，包括多個反射面連接於該底面的該第二側邊與該第一反射面之間，該發光元件提供的一第二部分光線經由該些反射面依序反射而從該出光面出射；其中該反射結構的該些反射面包括：一第二反射面，連接於該第一反射面且朝遠離該第一反射面及該底面的方向向上延伸；一第三反射面，連接於該第二反射面且朝遠離該第二反射面的方向向下延伸並凸出於該第二側邊；以及一第四反射面，連接於該第三反射面與該第二側邊之間，其中該發光元件提供的該第二部分光線經由該第二反射面、該第三反射面及該第四反射面依序反射而從該出光面出射。
2. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該入光部整體位於該第一反射面垂直投影於該底面的該投影區域中。
3. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第一反射面是一凸拋物面，且該底面的通過該入光部的中心的一法線通過該凸拋物面的焦點。
4. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第二反射面、該第三反射面與該第四反射面在平行於該底面的剖面圖中為拋物線。
5. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該反射結構更包括一延伸面連接在該第三反射面及該第四反射面之間，且該延伸面平行於該底面。
6. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第一側邊具有相對的第一端及第二端，由該第一端往該第二端定義為一預設方向，該第一反射面包括沿該預設方向排列的多個凸面，每一該些凸面與鄰接的該凸面間具有段差，該反射結構包括沿該預設方向排列的多個反射部，每一該些反射部與鄰接的該反射部間具有段差，且該些凸面的數量與該些反射部的數量相同，且每一該些凸面分別連接於每一該些反射部。
7. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第一側邊具有相對的第一端及第二端，由該第一端往該第二端定義為一預設方向，該導光透鏡是由垂直於該底面且通過該第一側邊與該第二側邊的一截面沿該預設方向直線延伸而成。
8. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第一側邊具有相對的第一端及第二端，由該第一端往該第二端定義為一預設方向，該導光透鏡是由垂直於該底面且通過該第一側邊與該第二側邊的一截面沿該預設方向彎折延伸而成。
9. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該底面的該入光部包括至少一凹部或至少一凸部。
10. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該出光面包括一第一區域以及連接於該第一區域與該底面間的一第二區域。
11. 如請求項10所述的導光透鏡，其中該第一區域與該第二區域彼此具有不同的粗糙度或花紋。
12. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第一反射面與該底面最遠的一垂直距離大於該反射結構面與該底面最遠的一垂直距離。
13. 如請求項1所述的導光透鏡，其中該第一反射面及該反射結構的該些反射面皆為全反射面。
14. 一種交通工具頭燈，包括：一燈座；一光源裝置，包括一電路板配置於該燈座內以及一發光元件配置在該電路板上；以及一導光透鏡，適於導引一發光元件提供的光線，且具有：一底面，具有一第一側邊、相對於該第一側邊的一第二側邊以及位於該第一側邊與該第二側邊之間的一入光部，該發光元件對應於該入光部；一出光面，連接於該底面的該第一側邊；一第一反射面，相對於該底面的局部且連接於該出光面，且該入光部位於該第一反射面往該入光表面垂直投影的一投影區域內，該發光元件提供的一第一部分光線經由該第一反射面反射而從該出光面出射；以及一反射結構，包括多個反射面連接於該底面的該第二側邊與該第一反射面之間，該發光元件提供的一第二部分光線經由該些反射面依序反射而從該出光面出射；其中該反射結構的該些反射面包括：一第二反射面，連接於該第一反射面且朝遠離該第一反射面及該底面的方向向上延伸；一第三反射面，連接於該第二反射面且朝遠離該第二反射面的方向向下延伸並凸出於該第二側邊；以及一第四反射面，連接於該第三反射面與該第二側邊之間，其中該發光元件提供的該第二部分光線經由該第二反射面、該第三反射面及該第四反射面依序反射而從該出光面出射。