專利名稱：光束轉(zhuǎn)形器的制作方法
光束轉(zhuǎn)形器
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可將點狀光源之投映光束轉(zhuǎn)換成矩形投映面的一種 光學轉(zhuǎn)形器。
背景技術(shù)：
有關(guān)照明器它發(fā)射的光束照射角度必須受到規(guī)范，才能將其光通量有 效集結(jié)在需求光照的投射面，如傳統(tǒng)之燈泡，它必須利用燈罩作為背向光 的反射，使該光束能集結(jié)朝向需求的照射面(投映面)，以及新近由二極管 發(fā)光器發(fā)生之光束，在二極管發(fā)光晶粒本體內(nèi)背向，先行設(shè)有一微小型的 反射面，祈將晶球所發(fā)生的光束能往正面投射，也由于該反射面的曲率規(guī)
范，使LED發(fā)生之光束可有效控制在祈許的角度如15、 30、 45、 60度等，
各個放射角度則以使用現(xiàn)場需求而決定采用。
無論傳統(tǒng)的燈泡或新近二極管LED光源，它的激光點為一點狀光源， 經(jīng)由反射罩反射出之后，其光形為圓錐狀體，且照明投映面皆映射為一圓 型面積或橢球形的面積，而若實施在特殊的場合，如街道表面或居家方型 地板空間，若為了將光源的光通量有效集結(jié)利用，則必須經(jīng)過光束轉(zhuǎn)形， 如轉(zhuǎn)成方錐狀，因此它的底面(投映面)，可規(guī)范出矩形或方形。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種可將點狀光源之投映光束轉(zhuǎn)換成矩形 投映面的一種光束轉(zhuǎn)形器。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的， 一種光束轉(zhuǎn)形器，尤指可將點狀光源轉(zhuǎn)形出矩
形投映面之光形轉(zhuǎn)形器，其中該轉(zhuǎn)換器為一折射本體，具有一入射面及出射面，其中該入射面為一內(nèi)凹球面，出射面為多數(shù)光學面復合而成，該 多數(shù)復合面包含有 一折射平面，其光學軸心與內(nèi)凹球面光學工作軸心重 迭；二光學曲面，沿著折射平面子午線方向平面邊線交接，及二軸心延伸 交點為位在入射面方向，并相交在上述光學工作軸心線；二反射面，在出
射面相關(guān)子午線二側(cè)位置，并與折射平面二側(cè)呈一角度交接。
本發(fā)明之轉(zhuǎn)形器為一出射面為由多個光學面復合的折射本體，入光面 采內(nèi)凹球面，利用該球面曲率，可提供點狀光源所發(fā)生光束進入時可避開 折射臨界角度而能全量進入折射本體，以及初步光擴散作用，出射面由多 個光學面所構(gòu)成，基本上在出射面的正中央為一折射平面，折射平面往子 午線方向交結(jié)有二工作光軸相交于折射平面光軸的光學曲面，以及在子午 線的兩側(cè)設(shè)有具反射能力的反射面，利用兩側(cè)反射面可限縮二反射光束相 對之夾角角度，讓反射之光通量可以縮限投射在投映面需求照明面積的平 行兩側(cè)，以及由二光學曲面及折射平面交互作用，拉長投映面底邊長度， 而可將點狀光源的照明光束，分布成一接近矩形的光照投映面。
本發(fā)明之折射本體出射面之子午線二側(cè)所設(shè)之反射面為垂直于折射平 面之角度，并且二反射面為內(nèi)反射作用，它可復合有向內(nèi)之反射層膜或反 射鏡。
本發(fā)明能將立體圓錐狀照明光形轉(zhuǎn)換為方錐狀，祈使照射投映面趨近 矩形面。能將點狀光源之投映光束轉(zhuǎn)換成矩形投映面。
圖1為本發(fā)明之折射本體外觀圖。
圖2為本發(fā)明之折射本體組合激光單元構(gòu)成投光單元之結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。 圖3為本發(fā)明之折射本體組合激光單元構(gòu)成投光單元之光束行進示意圖。
圖4為本發(fā)明之折射本體子午線位置之側(cè)視圖。圖5為本發(fā)明之折射本體子午線位置之正視圖。
圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)形器轉(zhuǎn)形后之矩形投映面分布照度區(qū)塊示意圖。
圖7為本發(fā)明實施在燈具的放光面示意圖。
圖8為圖7實施之側(cè)視圖。
圖9為本發(fā)明模擬道路應用示意圖。
圖10為圖9作用后之照度區(qū)塊分布圖。
圖11為本發(fā)明將多數(shù)投映面以交迭的方式取得高均勻及高輝度之單 投映面方式示意圖。
元件符號說明
1…-折射本體10—-轉(zhuǎn)形器100----投光單元
ll----底盤12—--組合部121-…卡榫
2…-出射面21 —--折射平面210-…邊線
22—-光學曲面23—--反射面231---反射元件
24——內(nèi)凹球面3—々敫光單元4隱—-燈具
41----放光面 .42—--連接部43—-散熱孔
5…-電路板51 —--結(jié)合元件
6、 601、 602、 603、604…-投映面B、Bn----光束
Bt----折射光束Br-隱--反射光束---長邊
b-陽--短邊S—-光學軸心
S「-光學軸L——-光程距離
具體實施方式
有關(guān)本發(fā)明之詳細實施內(nèi)容，首先請參閱圖l、 2所示，本發(fā)明之轉(zhuǎn)形 器10，主要是由一高透光率之折射本體1，輻向周邊結(jié)合一底盤11所構(gòu)成， 底盤ll具有向外連結(jié)作用，作為安裝依據(jù)，該折射本體l外表為一出射面 2，它由多數(shù)光學面復合而成，其中該出射面2之多數(shù)光學面包含中央之一與底盤11相同方向之水平折射平面21，該折射平面21表面相關(guān)子午線方 向，依折射平面21之平面為基準，由其邊線210為交線而各別交接有兩光 學曲面22，以及折射本體1相關(guān)子午線的兩側(cè)各別相關(guān)折射平面21的角度 垂直設(shè)有二反射面23，相反出射面2所設(shè)折射平面21的背面為一入射面， 該入射面為一內(nèi)凹球面24，且內(nèi)凹球面24之光學軸心S與折射平面21光 行進光學軸心S重迭，內(nèi)凹球面24外部同光學軸心S迎接一激光單元3。
在底盤11的底部設(shè)有一組合部12，該組合部12與電路板5可經(jīng)由結(jié) 合元件51所結(jié)合，該結(jié)合元件51可作用在組合部12所設(shè)的卡榫121，形 成干式組合，另該組合部12與電路板5之間更可采用膠合或其它鎖固方式 所達成，主要是要維持折射本體1的光學軸心S可對正在激光單元3的光 束出射部之中心。
本發(fā)明之轉(zhuǎn)形器10結(jié)合激光單元3之后形成一投光單元100，另該激 光單元3與電路板5之間關(guān)系著電性連結(jié)，使激光單元3能獲得驅(qū)動電力， 該電力由電路板5向外導通電源，該導通方式為一般之技術(shù)，于此請容不 再予贅述。
經(jīng)由上述轉(zhuǎn)形器10與激光單元3組合之后形成一投光單元100 (如圖 3所示)，則激光單元3所發(fā)生之光束會作用在轉(zhuǎn)形器10的內(nèi)凹球面24， 利用該內(nèi)凹球面24的曲率包圍激光單元3的激光出射角度，因此激光單元 3所發(fā)生之光束會經(jīng)由該內(nèi)凹球面24的曲率規(guī)范，能全量進入轉(zhuǎn)形器10里 部，以避免折射臨界角的問題而發(fā)生光束無謂反射損耗，使其光通量可全 量作用在轉(zhuǎn)形器10里部，若設(shè)激光單元3為一點狀光源，具有一放射角度， 如Z60。，并因光源與內(nèi)凹球面24光程距離L不踰越的情況下，放射角度 之二斜邊會就位在內(nèi)凹球面24的球面范圍內(nèi)，使激光之光束Bn可全量經(jīng) 由內(nèi)凹球面24進入折射本體1 ，另其發(fā)生之光束經(jīng)由內(nèi)凹球面24的法線關(guān) 系，會在轉(zhuǎn)形器10內(nèi)部依照折射原理達成初步擴散，并作象限均勻的發(fā)散， 經(jīng)由轉(zhuǎn)形器10的折射后從出射面2折射出。上述折射平面21光行進光學軸心S與內(nèi)凹球面24之光學軸心重迭， 二光學曲面22的二光學軸S,為相交在入射面方向并與折射平面21光行進 光學軸心S重迭。
請再參閱圖4、 5所示，本發(fā)明之轉(zhuǎn)形器10結(jié)合激光單元3之后形成 一投光單元100，而該轉(zhuǎn)形器10在子午線的側(cè)視方向，其出射面2為由折 射平面21及兩側(cè)所交接的光學曲面22所聯(lián)構(gòu)而成，形成三個光學面，因 此激光單元3所發(fā)生的點狀光源由內(nèi)凹球面24進入轉(zhuǎn)形器10里部，經(jīng)折 射傳遞后由出射面2穿出，其依據(jù)了折射平面21的平面作用及光學曲面22 的曲率作用，它會將激光單元3所發(fā)生的光束折射成一擴開狀的折射光束 Bt，并藉由三個光學面擴展成接近120度的投光角度，投映在投映面6的 時候，依據(jù)為投映面6的矩形之長邊a。
請再配合圖5所示，轉(zhuǎn)形器10結(jié)合激光單元3之后形成投光單元100， 激光單元3所發(fā)生的光束經(jīng)由內(nèi)凹球面24而進入轉(zhuǎn)形器10的內(nèi)部做折射， 相關(guān)轉(zhuǎn)形器10的兩側(cè)所設(shè)反射面23的反射角度限縮規(guī)范，使激光單元3 所發(fā)生的光束會經(jīng)由反射面23的反射作用形成一反射光束Br，該反射光束 Br限縮后作用在投映面6的表面依據(jù)為矩形投映面6之短邊b，則其投映 面積為長邊乘以短邊所得。
轉(zhuǎn)形器10的出射面2，在圖5方向它是由折射平面21及兩側(cè)的反射面 23所構(gòu)成，基本上該反射面23為具反射率高的光學面，并可經(jīng)由電鍍鍍膜 或附加反射鏡(圖上未示)的方式結(jié)合反射元件231，強化向內(nèi)反射率，使 激光單元3所發(fā)生的光束能在反射面23可得全反射，發(fā)生之光束可經(jīng)由反 射面23的作用，而將其光通量完全的反射作用出一反射光束Br，或是經(jīng)由 折射平面21的作用而直接折射出。
請再參閱圖6所示，本發(fā)明之轉(zhuǎn)形器10結(jié)合激光單元3形成一投光單 元IOO，它可安排兩組以上，在一定高度可拼裝出更大的投映面6，如在一 定高度下，該投映面6的長度甚至寬度可經(jīng)由多數(shù)的投光單元100矩陣排列構(gòu)成，而且構(gòu)成的投映面6它也可形成交迭的狀態(tài)，以增加投映面6的
照射輝度，并使其輝度更為均勻，其中該投映面經(jīng)由圖3、 4的作用之后形 成矩形投映面積，該矩形的投映面積可使用在街道表面，或投映于室內(nèi)矩 形地表空間使用。
該投映面6經(jīng)由圖5及圖6的規(guī)范后，其光密度會集結(jié)在投映面6的 中央縱向線及長邊兩側(cè)，并粗略區(qū)分出基本有三種不同流明的區(qū)塊，如在 兩側(cè)為40 (Lx)的照度，往中央遞減為30 (Lx)及20 (Lx)三種照度的 區(qū)塊，三區(qū)塊之間經(jīng)由另一投光單元100的投映面6重迭之后，它會加強 光密度及均勻的輝度。
本發(fā)明利用上述的原理，而以累積流明的方式實施在照明器使用，如 圖7、 8所示，在燈具4的放光面41表面，以矩陣方式排列有多數(shù)的投光 單元100，多數(shù)的投光單元100各別有其所屬的激光單元3發(fā)生如圖6的投 映面6之光學照明作用，多數(shù)的投光單元100相同如圖2集結(jié)在一電路板5， 而且它也必須有散熱的機制，因此在燈具4的放光面41周邊可各別設(shè)有散 熱孔43，使內(nèi)部之熱可與外部之冷空氣做交換，達成散熱效果，燈具一側(cè) 設(shè)有連接部42以供墻面或高空架置以對地面投光照明。
請再參閱圖8所示，多數(shù)的投光單元100經(jīng)由矩陣排列之后，從側(cè)視 可看出燈具4內(nèi)部分布多數(shù)的投光單元100，各別作用出所屬的光束B照 射角度為120度角，它以前后序列鄰近并排的方式組合，因此每一投光單 元100各別折射出之光束角度相同，光束B行進路徑為鄰靠依序交迭，且 集合多數(shù)的投光單元100之后，燈具4整體的放射角度相同為在120度角， 以此類推燈具4的子午線方向也如同第5圖之規(guī)范為總體照角為60度角， 利用了圖7的實施之后，它可累積多數(shù)的投光單元100，形成較高的流明度， 作用在室外照明。
請再參閱圖9所示，本發(fā)明適用于具有二平行邊線的地表面積使用， 如使用在道路上，依據(jù)本發(fā)明之試作，在標準四線道為16.5公尺寬的馬路上，以24公尺的距離各別設(shè)有互對的燈具4，該燈具4發(fā)光高度為在8公尺。
請再參閱圖10所示，經(jīng)由圖9的實施之后，在道路表面它會照映出需 求的投映面601、 602、 603、 604,藉由多數(shù)投映面601、 602、 603、 604組 成的光照面積，可并合滿足路表面積要求。
每一燈具4(如圖9、 IO所示)，所投映出各別所屬之投映面601、 602、 603、 604，其光密度的分布也同理可推如圖6的投映面6之三種不同明暗 區(qū)塊效應。
燈具4的照明角度為可調(diào)變，使每一個投映面601、 602、 603、 604產(chǎn) 生重迭，因此本發(fā)明之試作可在投映面601、 602、 603、 604調(diào)校出較規(guī)則 的光密度投映區(qū)塊，使在道路中央結(jié)合較大光密度，它的照度可達40(Lx)， 以及在道路兩側(cè)相同有達到40 (Lx)的照度，使實施在16.5公尺寬的四線 道標準道路上，它可滿足了夜間駕駛?cè)说难埠叫枨螅玫揭痪唧w的道路 或街道照明實施，由于本發(fā)明是利用16.5公尺寬的四線道標準道路模擬試 作，若在街道其寬度不足16.5公尺甚至8公尺寬的街道，它在路線上可采 單側(cè)實施燈具4即可，而無須以對稱方式實施在道路兩側(cè)。
本發(fā)明如圖6的投映面6之狀態(tài)下，若實施多數(shù)的燈具4及各別的投 映面6能夠集結(jié)的情況之下，則使投映面6它會形成一輝度非常均勻的光 學表現(xiàn)(如圖ll所示)，在單一的投映面6它可實施多個燈具4，并且將每 個燈具4投射角度做變換之后，它會重迭交結(jié)出輝度非常均勻及累積高流 明的投映效果，如將投映面601、 602、 603、 604以接近同一角位交迭，因 此藉由圖6的投映區(qū)塊，經(jīng)由投映面601、 602、 603、 604的交迭，使在實 際需求的投映面6它可得到非常均勻輝度及高密度的光學照射面。
權(quán)利要求
1、一種光束轉(zhuǎn)形器，尤指可將點狀光源轉(zhuǎn)形出矩形投映面之光形轉(zhuǎn)形器，其特征在于該轉(zhuǎn)換器為一折射本體，具有一入射面及出射面，其中該入射面為一內(nèi)凹球面，出射面為多數(shù)光學面復合而成，該多數(shù)復合面包含有一折射平面，其光學軸心與內(nèi)凹球面光學工作軸心重迭；二光學曲面，沿著折射平面子午線方向平面邊線交接，及二軸心延伸交點為位在入射面方向，并相交在上述光學工作軸心線；二反射面，在出射面相關(guān)子午線二側(cè)位置，并與折射平面二側(cè)呈一角度交接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束轉(zhuǎn)形器，其特征為反射面與折射平面垂直。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束轉(zhuǎn)形器，其特征為反射面依附有反射元件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束轉(zhuǎn)形器，其特征為折射本體輻向結(jié)合有一底盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光束轉(zhuǎn)形器，尤指可將點狀光源轉(zhuǎn)射出矩形投映面之光形轉(zhuǎn)換器，其主要是由一出射面為復合光學面，入射面為凹入內(nèi)球面之光學折射本體，該出射面為由一折射平面，及在子午線二側(cè)設(shè)有二反射面，和子午線前后由折射平面相對邊交接二光學曲面所構(gòu)成，入射面為能使光通量能完全作用入折射本體之內(nèi)球面，諸等光學面交互作用，使點狀光源輻射光束各別可受到行進角度規(guī)范，以轉(zhuǎn)換光形放射出接近矩形光學投映面。
文檔編號F21V5/04GK101545611SQ20091003887
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者周建林 申請人:廣東明家科技股份有限公司