專利名稱：產(chǎn)生環(huán)形光場的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明用的照明裝置，且特別是有關(guān)于產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的設(shè)計。
背景技術(shù)：
美國專利4770514、 5485317、 5757557和6819506皆是提供光源準(zhǔn)直化的光學(xué)元件設(shè)計的方法，將原本具有發(fā)散性朗伯遜光場分布改變并增加效率，但光場分布的最強處仍在中央?yún)^(qū)域。
美國專利公開號20070091602是利用多個發(fā)光二極管與可造成不同照射散角的光學(xué)元件，將多個光場疊加達成所需的照明區(qū)域大小，如圖1B與圖1C。但此專利采用的光學(xué)元件為透射式光學(xué)元件，如圖1A，易造成大角度的光線損失，使得效率降低。另外，本篇專利并未提及如何設(shè)計產(chǎn)生環(huán)形光場的光學(xué)元件，若欲達成該篇專利所述的目的，產(chǎn)生環(huán)形光場分布的元件顯然為必要零元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的方法。利用改變曲率半徑或是錐面系數(shù)可以達成不同半徑的環(huán)形照明區(qū)域。
本發(fā)明提出兩種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的裝置，其簡述如下 一種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的反射式裝置，包括 一發(fā)光二極管可產(chǎn)生一光束；以及一光學(xué)反射面，可反射該光束以形成一環(huán)形照明區(qū)域，其中該反射面可以為雙曲面、橢圓面或是拋物面。 一種產(chǎn)生環(huán)狀照明區(qū)域的全反射式裝置，包括 一發(fā)光二極管，可產(chǎn)生一光束； 一光學(xué)元件，包含一入射面、 一全反射面以及一出射面；其中該光束的一第一部分可經(jīng)由該入射面直接穿透至該出射面而形成一環(huán)形區(qū)域，且該光束的一第二部分可經(jīng)由該入射面至該全反射面全反射至該出射面而形成該環(huán)形區(qū)域。
4再者，本發(fā)明還提出一種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的方法，包括下列步驟:選定所使用的一光學(xué)反射面，其中該反射面為一雙曲面、 一橢圓面或是一拋物面；根據(jù)所選擇的該反射面，決定該反射面一錐面系數(shù)；以及根據(jù)該錐面系數(shù)找出該反射面相對應(yīng)的一曲率半徑。
為了能還進一步了解本發(fā)明特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1A、圖1B、圖1C所繪示為現(xiàn)有技術(shù)，美國公開號20070091602;圖2A、圖2B、圖2C所繪示為第一種實施例的示意圖與結(jié)果，其中圖2A所繪示為光學(xué)面為雙曲面的設(shè)計；圖2B為實施例1的環(huán)形光場示意圖；圖2C為實施例1的錐面系數(shù)為-2;
圖3A、圖3B、圖3C所繪示為第二種實施例的示意圖與結(jié)果；其中圖3A為所繪示為光學(xué)面為橢圓面的設(shè)計；圖3B為在1. 5米處的照射光場為環(huán)形分布；圖3C為實施例2的錐面系數(shù)為-0. 8;圖4所繪示為第二種實施例形成環(huán)形分布光場的條件；圖5A、圖5B、圖5C所繪示為第三種實施例的示意圖與結(jié)果；其中圖5A為光學(xué)面為拋物面的設(shè)計；圖5B為實施例2的環(huán)形光場示意圖；圖5C為實施例2的錐面系數(shù)為-l;圖6所繪示為第四種實施例的示意圖。圖號說明
10 發(fā)光二極管 20 光學(xué)反射面
30 塑料材料的光學(xué)元件40 全反射面50 入射面 60 出射面
具體實施例方式
一個光學(xué)面可由方程式Jc = ~~, e +1>,/'來表示'其中x
l+〃i-(i+A:)cy
為光軸方向，c為曲率，K為錐面系數(shù)，a,為非球面系數(shù)。當(dāng)不考慮非球面系數(shù)時，不同的錐面系數(shù)形成不同的曲面類型，-1<^"<0為橢圓面，^" = -1為拋物面，1為雙曲面。本發(fā)明利用設(shè)計此光學(xué)面為反射面，可以將發(fā)光二極管原本的朗伯遜光場分布改變成環(huán)形分布，并且通過改變曲
率半徑可以改變環(huán)形的大小與位置。
請參照圖2A，其所繪示為光學(xué)面為雙曲面的設(shè)計，發(fā)光二極管10發(fā)出的光部分經(jīng)過光學(xué)元件的反射光學(xué)面20為雙曲面而反射后，光束集中落在半徑1和半徑2之間的區(qū)域，而直接射出沒經(jīng)過反射面的光因為發(fā)光二極管10具有發(fā)散性，因此落在中心至半徑1之間區(qū)域的光只有極少部分，因此在1.5米處的照射光場為環(huán)形分布。請參照圖2C，本實施例的錐面系數(shù)為-2，由圖中的表格可見，當(dāng)曲率半徑為2.25公分時，環(huán)形光場分布由半徑l為O. 16米至半徑2為0.96米的位置，寬度為0.8米；當(dāng)曲率半徑為2. 5公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0. 2米至半徑2為0. 98米的位置，寬度為0.78米；當(dāng)曲率半徑為2.75公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0.24米至半徑2為1米的位置，寬度為0.76米。由此可知改變反射面的曲率半徑可以改變環(huán)形半徑1和半徑2的大小，在中心點到半徑l之間，仍然會有光線入射至該區(qū)域，但其能量遠低于半徑1至半徑2之間區(qū)域。其中半徑1和半徑2的定義為環(huán)形照明區(qū)域中照度最大值一半的處與原點的距離，圖2B為本實施例的環(huán)形光場示意圖。在本實施例中，當(dāng)曲率半徑增加，環(huán)形分布會遠離中心向外擴張，因此可利用改變曲率半徑來達到所需要的環(huán)形大小與位置。
請參照圖3A，其所繪示為光學(xué)面為橢圓面的設(shè)計，發(fā)光二極管10發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)元件的光學(xué)反射面20為橢圓面，則光束經(jīng)過反射會先在第一聚焦點聚焦后發(fā)散，未經(jīng)過反射面反射而直接出射的光束因為發(fā)光二極管10具有發(fā)散性，因此落在中心至半徑1之間區(qū)域的光只有極少部分，且其能量遠低于半徑1至半徑2之間區(qū)域，因此在1.5米處的照射光
場為環(huán)形分布，如圖3B。本實施例的錐面系數(shù)為-0.8，請參照圖3C，當(dāng)曲率半徑為2. 25公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0. 65米至半徑2為0. 97米的位置，寬度為0.32米；當(dāng)曲率半徑為2.5公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0.56米至半徑2為0.84米的位置，寬度為0.28米；當(dāng)曲率半徑為2. 75公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0. 48米至半徑2為0. 72米的位置，寬度為0.24米，其中半徑1和半徑2的定義為環(huán)形照明區(qū)域中照度最大值一半的處與原點的距離。由此可知改變反射面的曲率半徑可以改變環(huán)形半徑1和半徑2的大小，在本實施例中，當(dāng)曲率半徑增加，環(huán)形
分布會往中心收縮，因此可利用改變曲率半徑來達到所需要的環(huán)形大小與位置。再者，不同的錐面系數(shù)范圍可計算出相對應(yīng)的曲率半徑范圍以達到環(huán)形的照射光場分布，如圖4，當(dāng)錐面系數(shù)介于-0.99至-0.9時，曲率半徑必須小于1. 2公分或是大于9. 4公分才能形成環(huán)形的照射光場。因此通過設(shè)計不同的錐面系數(shù)和曲率半徑可以改變投影區(qū)域的環(huán)形照射光場的大小與位置。
請參照圖5A，其所繪示為光學(xué)面為拋物面的設(shè)計，發(fā)光二極管10發(fā)出的光部分經(jīng)過光學(xué)元件的光學(xué)反射面20為拋物面而反射后，光束集中落在半徑1和半徑2之間的區(qū)域，而直接射出沒經(jīng)過反射面的光因為發(fā)光二極管10具有發(fā)散性，因此落在中心至半徑1之間區(qū)域的光只有極少部分，因此在1.5米處的照射光場為環(huán)形分布。請參照圖5C，本實施例的錐面系數(shù)為-1，由圖中的表格可見，當(dāng)曲率半徑為8公分時，環(huán)形光場分布由半徑l為0.2米至半徑2為0.57米的位置，寬度為0.37米；當(dāng)曲率半徑為9公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0. 28米至半徑2為0. 68米的位置，寬度為0.4米；當(dāng)曲率半徑為10公分時，環(huán)形光場分布由半徑1為0.35米至半徑2為0.78米的位置，寬度為0.43米。由此可知改變反射面的曲率半徑可以改變環(huán)形半徑1和半徑2的大小，在中心點到半徑1之間，仍然會有光線入射至該區(qū)域，但其能量遠低于半徑1至半徑2之間區(qū)域。其中半徑1和半徑2的定義為環(huán)形照明區(qū)域中照度最大值一半的處與原點的距離，圖5B為本實施例的環(huán)形光場示意圖。在本實施例中，當(dāng)曲率半徑增加，環(huán)形分布會遠離中心向外擴張，因此可利用改變曲率半徑來達到所需要的環(huán)形大小與位置。
以上三種設(shè)計皆為反射面，因此能改變的參數(shù)僅有錐面系數(shù)和曲率， 若是將元件改為塑料材料的光學(xué)元件30，雖然光束是穿透元件但可利用全
反射原理達到反射的效果。其中全反射面40同樣可設(shè)計為雙曲面、橢圓 面或是拋物面。在相同的曲率半徑和錐面系數(shù)下，可以通過改變出射面60 的斜率或是曲率，則可達到不同的環(huán)形大小與位置，如圖6，發(fā)光二極管 10發(fā)出的光束通過入射面50進入塑料材料的光學(xué)元件30，該光束一第一 部分的光直接由出射面60穿透射出，而該光束的一第二部分的光由全反 射面40反射后再經(jīng)由出射面60射出，投影至1. 5米遠處時集中在半徑1 和半徑2之間的區(qū)域，在中心點到半徑l之間，仍然會有光線入射至該區(qū) 域，但其能量遠低于半徑1至半徑2之間區(qū)域，因此形成環(huán)形分布。若是 將出射面60設(shè)計為平面時，則可僅通過改變?nèi)肷涿?0的斜率或是曲率， 將集中在中間的光束導(dǎo)向環(huán)形區(qū)域，以增加光學(xué)效率。若是要控制出射面 60的斜率或是曲率，則必須根據(jù)所用的材料特性，考慮光線在元件內(nèi)全反 射的狀況，以提升效率。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點是提供一種產(chǎn)生環(huán)形光場的光學(xué)元件的設(shè)計方 法，并且具有體積小和提升光學(xué)效率的特性。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限 定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作 各種的還動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界 定者為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的反射式裝置，其特征在于包括一發(fā)光二極管，其可產(chǎn)生一光束；以及一光學(xué)反射面，其可反射該光束以形成一環(huán)形照明區(qū)域，其中該反射面可以為雙曲面、橢圓面或是拋物面。
2. 如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的反射式裝置，其特征在 于，該光學(xué)反射面為橢圓面時，其曲率半徑小于5. 1公分或大于9. 4公分。
3. 如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的反射式裝置，其特征在于，該光學(xué)反射面為雙曲面時，其曲率半徑大于4.2公分。
4. 如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的反射式裝置，其特征在 于，該光學(xué)反射面為拋物面時，其曲率半徑小于1公分或大于7公分。
5. —種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的方法，其特征在于包括選定所使用的一光學(xué)反射面，其中該反射面為一雙曲面、 一橢圓面或是一拋物面；根據(jù)所選擇的該反射面，決定該反射面一錐面系數(shù)；以及 根據(jù)該錐面系數(shù)找出該反射面相對應(yīng)的一曲率半徑。
6. —種產(chǎn)生環(huán)狀照明區(qū)域的全反射式裝置，其特征在于包括 一發(fā)光二極管，其可產(chǎn)生一光束；一光學(xué)元件，包含一入射面、 一全反射面以及一出射面； 其中該光束的一第一部分經(jīng)由該入射面直接穿透至該出射面而形成一環(huán)形區(qū)域，且該光束的一第二部分可經(jīng)由該入射面至該全反射面全反射至該出射面而形成該環(huán)形區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的全反射式裝置，其特征在于，該全反射面為雙曲面、橢圓面或是拋物面。
8. 如權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的全反射式裝置，其特征 在于，該入射面對稱于光軸的曲面或是斜面。
9. 如權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的全反射式裝置，其特征在于，該出射面對稱于光軸的曲面或是斜面。
全文摘要
本發(fā)明為一種產(chǎn)生環(huán)形光場的裝置，是一種產(chǎn)生環(huán)形照明區(qū)域的反射式裝置，包括一發(fā)光二極管，其可產(chǎn)生一光束；以及一光學(xué)反射面，其可反射該光束以形成一環(huán)形照明區(qū)域，其中該反射面可以為雙曲面、橢圓面或是拋物面。
文檔編號F21V7/04GK101660709SQ200810146399
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者劉家佑 申請人:建興電子科技股份有限公司