照明装置

摘要

一种照明装置包括发光元件、光收敛单元以及透镜。发光元件适于提供照明光束。光收敛单元至少覆盖发光元件的一部分。光收敛单元用以将照明光束反射回发光元件以形成收敛光束，其中收敛光束的发散程度小于照明光束的发散程度。透镜至少覆盖发光元件的另一部分。收敛光束透过透镜传递至照明装置外。

权利要求

1.一种照明装置，包括：

发光元件，适于提供照明光束；

光收敛单元与透镜，分别配置于所述发光元件的相对两侧；

其中所述透镜仅覆盖所述发光元件的一部分，所述光收敛单元覆盖所述发光元件的另一部分且部分重叠于所述透镜上方，所述光收敛单元具有曲面，用以将所述照明光束反射回所述发光元件以形成收敛光束，其中所述曲面为面向所述发光元件的凹面，所述收敛光束的发散程度小于所述照明光束的发散程度，来自所述光收敛单元的所述收敛光束再从所述发光元件反射至所述透镜，并透过所述透镜传递至所述照明装置外。

2.如权利要求1所述的照明装置，其中所述曲面为球面、非球面、双曲面与自由曲面的其中之一。

3.如权利要求1所述的照明装置，其中所述透镜配置于所述发光元件与所述光收敛单元之间。

说明书

照明装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光学装置，且特别涉及一种照明装置。

背景技术

[0002] 由于路灯的照明范围较广，因此在设计光形时，路灯多会被设计成有较大的照射角。若路旁有建筑物，路灯难免照到建筑物，从而影响到室内人们的生活。尤其在晚上的时候，入侵光(trespass light)所造成的高亮度环境光常使得居住在建筑物内的人们无法安稳的休息。如何有效控制路灯光形的分布以避免光线入侵建筑物实为一重要课题。为此，几种控制光形分布的技术便陆续提出。

[0003] 举例来说，美国专利号7891835与7854536所揭露的照明装置藉由反射镜将部分光线反射至其它方向，以阻挡特定方向光线的穿透。另外，美国专利号7637630亦揭露一种照明装置，其仅在特定方向预留开口供光线的穿透，并在其余方向配置阻挡片以阻隔大部分的光线。除此之外，中国台湾专利公开号201105902亦揭露于光源的周围设置反射件，以透过反射件将光源所发出的光束导往光源上方。中国台湾专利公开号201032359则是揭露于光源上方配置透镜部的技术。

[0004] 然而，上述方法仅是直接把特定方向的光线反射出照明装置，以避免背光或部分光束在特定方向的穿透，但却无法有效利用背光或被反射的光束。换句话说，目前的技术无法有效利用反射后的背光，从而导致光使用效率的低落。

发明内容

[0005] 本发明提供一种照明装置，其能有效利用被反射的光束，以提升光使用效率。

[0006] 本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

[0007] 为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明之一实施例提出一种照明装置，包括：发光元件，适于提供照明光束；光收敛单元与透镜，分别配置于所述发光元件的相对两侧；其中所述透镜仅覆盖所述发光元件的一部分，所述光收敛单元覆盖所述发光元件的另一部分且部分重叠于所述透镜上方，所述光收敛单元具有曲面，用以将所述照明光束反射回所述发光元件以形成收敛光束，其中所述曲面为面向所述发光元件的凹面，所述收敛光束的发散程度小于所述照明光束的发散程度，来自所述光收敛单元的所述收敛光束再从所述发光元件反射至所述透镜，并透过所述透镜传递至所述照明装置外。

[0008] 本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。在本发明的实施例中，光收敛单元能将照明光束反射回发光元件以形成收敛光束，其中收敛光束的发散程度小于照明光束的发散程度。因此，本实施例的光收敛单元能阻挡部分照明光束的穿透，且从发光元件传递至透镜的收敛光束亦能被有效利用，故照明装置的光使用效率能获得提升。

[0009] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。

附图说明

[0010] 图1A为本发明第一实施例的照明装置的剖面示意图；

[0011] 图1B为本发明另一实施例的照明装置的剖面示意图；

[0012] 图2A与图2B分别为说明照明光束L1与收敛光束L1’的发散程度的示意图；

[0013] 图3为说明照明光束L3与光束L3’的发散程度的示意图；

[0014] 图4A为图1A的照明装置移去光收敛单元后照射在道路上的光学仿真图；

[0015] 图4B为图1A的照明装置照射在道路上的光学仿真图；

[0016] 图5为本发明第二实施例的照明装置的剖面示意图；

[0017] 图6为本发明第三实施例的照明装置的剖面示意图。

具体实施方式

[0018] 有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下结合附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

[0019] 第一实施例

[0020] 图1A为本发明第一实施例的照明装置的剖面示意图。请参照图1A，照明装置100包括发光元件110、光收敛单元120以及透镜130。发光元件110适于提供照明光束L1、L2，其中发光元件110例如为发光二极管(light emitting diode,LED)。光收敛单元120至少覆盖发光元件110的一部分。光收敛单元120用以将照明光束L1反射回发光元件110以形成收敛光束L1’，其中收敛光束L1’的发散程度小于照明光束L1的发散程度。透镜130至少覆盖发光元件110的另一部分，且收敛光束L1’透过透镜130传递至照明装置100外。

[0021] 在本实施例中，光收敛单元120配置于发光元件110与透镜130之间，且透镜130至少覆盖光收敛单元120的一部分。以本实施例而言，光收敛单元120包覆发光元件110的右半部分，且透镜130包覆光收敛单元120与发光元件110的大部分。然而，本发明不以上述设计为限制。

[0022] 如图1A所示，光收敛单元120具有曲面S1，且曲面S1将照明光束L1反射回发光元件110以形成收敛光束L1’。另外，曲面S1为面向发光元件110的凹面。在本实施例中，曲面S1可为球面、非球面、双曲面与自由曲面的其中之一。如图1A所示，曲面S1的剖面为弧状，且弧状的两侧122a、122b的延伸线形成夹角θ1，其中夹角θ1的范围为大于0度小于等于90度。在本实施例中，夹角θ1的例如为90度。应注意的是，在本实施例中，藉由于照明装置100中配置光收敛单元120，能使收敛光束L1’的发散程度小于照明光束L1的发散程度，详细内容描述如下。

[0023] 图2A与图2B分别为说明照明光束L1与收敛光束L1’的发散程度的示意图。如图2A所示，当照明光束L1的发散角度θ2为45度时，如图2B所示，收敛光束L1’的发散角度θ3例如为-45度(即收敛角度为45度)。换句话说，在本实施例中，收敛光束L1’的发散程度小于照明光束L1的发散程度。进一步而言，由于本实施例的光收敛单元120能收敛被曲面S1反射的照明光束L1以形成收敛光束L1’，并使收敛光束L1’往发光元件110的方向汇聚，故本实施例的收敛光束L1’的发散程度会小于照明光束L1的发散程度。为了使本领域技术人员更明白本实施例的光收敛单元120所能达到的功效，以下将以另一照明装置作为对照组加以说明。

[0024] 图3为说明照明光束L3与光束L3’的发散程度的示意图。于图3中，图2A与图2B的光收敛单元120被置换为平面反射镜140，且透镜130配置于发光元件110与平面反射镜140之间。如图3所示，当图1的光收敛单元120被置换为平面反射镜140，被平面反射镜140反射的光束L3’为发散光束。举例来说，当照明光束L3的发散角度θ4为45度时，光束L3的发散角度θ5亦为45度。亦即，于图3中，光束L3’的发散程度等于照明光束L3的发散程度。由此可知，图3的平面反射镜140并没有收敛光束的效果。应注意的是，透镜130的光学设计通常是针对照明光束L3的光路来设计，而由于图3中被平面反射镜140的光束L3’与照明光束L3的光路并不相同且差异甚大，故光束L3’将难以藉由透镜130的最佳化而被有效地利用，从而降低光使用效率。

[0025] 然而，如图1A所示，本实施例的光收敛单元120能将照明光束L1反射回发光元件110以形成收敛光束L1’，其中收敛光束L1’的发散程度小于照明光束L1的发散程度。应注意的是，由于收敛光束L1’是朝向发光元件110的方向汇聚，故收敛光束L1’会再从发光元件
110射向透镜130，并透过透镜130传递至照明装置100外，且收敛光束L1’的光路与直接从发光元件110发出的照明光束L2的光路相近。如此一来，针对照明光束L1、L2的光路所设计的透镜130便能控制收敛光束L1’的出光角度，进而提升照明装置100的光使用效率。除此之外，光收敛单元120还能避免照明光束L1从位于光收敛单元120的一侧射出，故本实施例的照明装置100适合作为路灯使用，其能有效地降低现有技术中光线入侵住宅的问题。

[0026] 在本实施例中，位于透镜130与发光元件110之间的光收敛单元120可为反射罩，且反射罩的材质例如为金属。值得一提的是，藉由控制光收敛单元120的大小或曲率，能调整照明装置100的出光光形，从而达到减少现有路灯所造成的入侵光。

[0027] 图4A为图1A的照明装置100移去光收敛单元120后，照射在道路上的光学仿真图；图4B为图1A的照明装置100照射在道路上的光学仿真图。详言之，图4A与图4B为等光量图，其中曲线C1、C2、C3、C4与C5分别对应20％、40％、60％、80％与100％的光量，区域A为光源的主要照射区(例如对应道路)，区域B1与B2则为主要照射区的两侧(例如为草地或房屋住宅所在之处)。比较图4A与图4B可知，使用包含光收敛单元120的照明装置100时(对应图4B)，光量的分布较移去光收敛单元120时(对应图4A)更为均匀。而在光形部分，由于当图1A的照明光束L1被光收敛单元120反射而形成收敛光束L1’时，收敛光束L1’的光路与直接从发光元件110发出的照明光束L2的光路相近，故图4A与图4B的光形类似，即便使用光收敛单元
120，也不会破坏原本预期的光源设计。

[0028] 除此之外，图4A的区域B2的平均光量也从7.9％降至图4B的1.6％，同时图4A的区域A的平均光量也从51.6％上升至图4B的55.9％。换言之，当以图1A的含有光收敛单元120的照明装置100作为路灯使用时，入侵住宅的光量可从7.9％降至1.6％。另一方面，由于本实施例的照明装置100还提供了光回收(light recycle)机制，使光收敛单元120所反射的收敛光束L1’再次被利用，故路灯照射在道路上的光量可从51.6％上升至55.9％。换句话说，本实施例的照明装置100不但能避免部分光束在特定方向的穿透，还能有效利用反射光束(即收敛光束L1’)，从而提升照明装置100的光使用效率。

[0029] 图1B为本发明另一实施例的照明装置的示意图。在图1B中，亦可将光收敛单元120’涂布于透镜130的面向发光元件110的凹面S2上。其中光收敛单元120’的材质可为具反射特性的材料或镀膜，例如：金属反射层、介电质反射层，但是本发明不受限于此。类似地，藉由调整透镜130的凹面S2的曲率与大小，也能使涂布在凹面S2上的光收敛单元120’达到将照明光束L1反射并汇聚至发光元件110的效果。如此一来，便能避免部分光束在特定方向的穿透，并藉由收敛光束L1’的再利用来提升照明装置100’的光使用效率。

[0030] 第二实施例

[0031] 图5为本发明第二实施例的照明装置的剖面示意图。图5的照明装置200与图1A的照明装置100类似，但是二者主要差异之处在于：图5的透镜230配置于发光元件110与光收敛单元220之间，且光收敛单元220覆盖透镜230的一部分。详细而言，本实施例的透镜230包覆发光元件110的大部分，而光收敛单元220则是包覆透镜230的右半部分。

[0032] 在本实施例中，光收敛单元220例如为反射罩，且反射罩的材质可为金属。类似地，藉由调整光收敛单元220的大小或曲率，能控制照明装置200的出光光形。因此，当使用照明装置200做为路灯时，不但能减少现有光线入侵住宅的程度，还能藉由利用反射光来提供高亮度的照明效果。另外，如图5所示，透镜230具有入光面S3与相对入光面S3的表面S4。因此，在另一实施例中，设计者亦可藉由调整表面S4的曲率或大小，并将光收敛单元220涂布于表面S4上，来达到控制出光光形的效果。详细相关于照明装置200的叙述与变化可参阅第一实施例，在此不加赘述。

[0033] 第三实施例

[0034] 图6为本发明第三实施例的照明装置的剖面示意图。图6的照明装置300与图5的照明装置200类似，但是二者主要差异之处在于：光收敛单元320与透镜330分别配置于发光元件110的相对两侧。

[0035] 详细而言，光收敛单元320覆盖发光元件110的右半部分，而透镜330覆盖发光元件110的左半部分。另外，本实施例的光收敛单元320是部分重迭于透镜330上方，以避免漏光。
然而，在其它实施例中，光收敛单元320与透镜330亦可彼此不重迭，本发明并不受限于图6。

[0036] 在本实施例中，光收敛单元320例如为反射罩，且反射罩的材质可为金属。类似地，藉由调整光收敛单元320的大小或曲率，能控制照明装置300的出光光形。进一步而言，当光收敛单元320越大时，能提升照明装置300的出光光形的集中度，故能提升欲照射区的光量。反之，当光收敛单元320越小时，照明装置300的出光光形会越发散。除此之外，照明装置300的照射方向亦可透过改变光收敛单元320的曲率来调整。因此，当使用照明装置300做为路灯时，不但能减少现有光线入侵住宅的程度，还能藉由利用反射光来提供高亮度的照明效果，并可透过改变光收敛单元320的曲率来调整照射方向。详细相关于照明装置200的叙述与变化可参阅第一实施例，在此不加赘述。

[0037] 综上所述，本发明的实施例包括以下优点或功效的至少其中之一。在本发明的实施例中，光收敛单元能将照明光束反射回发光元件以形成收敛光束，其中收敛光束的发散程度小于照明光束的发散程度。因此，光收敛单元能阻挡部分照明光束的穿透，且从发光元件传递至透镜的收敛光束亦能被有效利用，从而能提升照明装置的光使用效率。换句话说，当本实施例的照明装置作为路灯使用时，不但能降低光线入侵住宅的程度，还能藉由收敛光束的再利用来提供高亮度的照明效果。

[0038] 以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。