TWI384178B - 光累加裝置 - Google Patents

Description

光累加裝置

本發明係關於一種光累加裝置，其讓複數光源所射出之光線以光軸重疊的方式一起前進。

專利文獻1揭示一種高光量光源裝置，其將複數LED密集配置在同一平面上，並將各LED所射出光線匯集朝同一方向前進。

然而，若將LED密集配置，則LED所產生的熱能會降低發光效率，進而導致故障等問題發生。又，為了獲得更高光量的光源，則必須在表面上排列更多LED，故光源本身以光軸為基準的徑向構造會變大。因此，這樣的光源不適合用在需要高光量且以光軸為基準的半徑方向空間受到限制的情況上。

又，專利文獻2揭示一種光累加裝置，具備：第1LED，其射出某波長的第1光線；第2LED，其射出與該第1LED不同波長的第2光線，且其光軸與第1LED的光軸垂直；以及分光鏡，其配置在該等光軸的交叉點上，且對各光軸傾斜。該裝置利用分光鏡讓第1LED所射出的第1光線透射，並讓第2LED所射出的第2光線反射，藉此讓第1光線與第2光線的光軸重疊並一起前進，而製作出高光量的光。

然而，為了利用分光鏡有效率地讓光線透射或反射，必須讓適當波長的光線射入分光鏡的透射面以及反射面，因此必須準備複數種類的LED，以分別射出各種不同波長的光。換句話說，並無法累加相同波長的光線。

又，即使讓適當波長的光線射入分光鏡，射入透射面的光線有相當的部分會被反射，而射入反射面的光線有相當的部分會透射掉，故很難以高效率製作出高光量的光線。

專利文獻1：日本特開2005-108544號公報

專利文獻2：日本特開2006-139044號公報

有鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種光累加裝置，其可適當地散發光源的熱量，使用光源所射出之光線的波長並無限定，可精簡以主光軸為基準的徑向構造，進而製作出高光量的光線。

亦即，本發明之光累加裝置具備：反射鏡，其正面形成有反射面，中央設有貫通孔，該貫通孔的中心軸線與主光軸重疊，且該反射面相對主光軸傾斜；第1光源，其從該反射鏡的背面側向正面側射出光軸與該主光軸重疊的第1光線；以及第2光源，其設置在偏離主光軸的位置上，並射出中心部形成低光量區域且周邊部形成高光量區域的第2光線；該第2光線的低光量區域射入貫通孔，高光量區域射到反射面上，使被反射面反射的第2光線以光軸與該主光軸重疊的方式與第1光線一起前進。

若依該等裝置，光軸與該主光軸重疊的第1光線，會通過反射鏡中央的貫通孔，從反射鏡的背面側前進到正面側，該第2光源所射出的第2光線，會被該反射面反射，而以光軸與主光軸重疊的方式與第1光線一起前進，故能集中第1光線與第2光線，進而製作出高光量的光線。

再者，由於除了設置可射出光軸與該主光軸重疊之第1光線的第1光源以外，更在偏離主光軸的位置上設置可射出第2光線的第2光源，故各光源配置的位置互相遠離，光源所發生的熱能比較容易發散。因此，可防止光源所產生的熱降低發光效率，並防止故障等問題發生。

另外，由於無須為了製作出高光量的光線而將複數光源並排配置在同一平面上以匯集光射出方向，故能精簡以主光軸為基準的徑向構造。

又，由於第1光線通過反射鏡中央的貫通孔，並從反射鏡的背面側沿著主光軸向正面側前進，第2光線則被反射鏡反射，故第1光源以及第2光源所射出的光的波長並無限定，第1光源、第2光源可使用相同波長的光。因此，可藉由使用同一種類的光源而達到降低成本之目的。

再者，由於第1光線通過反射鏡的貫通孔，第2光線的低光量區域通過反射鏡的貫通孔，高光量區域則射到反射面上，故第1光線以及第2光線的光量幾乎沒有損失，可以有效率的集中光線。

只要該第1光源具備第1發光元件以及使該第1發光元件所射出的該第1光線的光束收斂到該貫通孔大小的第1光學元件，該第1光源所射出的第1光線就不會被反射鏡遮住，而會從背面側貫通到正面側，讓光線更有效率的集中。

只要該第2光源具備第2發光元件以及使該第2發光元件所射出的該第2光線形成該低光量區域與該高光量區域的第2光學元件，便可使該第2光線折射分開成低光量區域與高光量區域。

該第2光學元件的具體實施態樣例如中央部有凹部的凸透鏡。若依該等構件，射入凸透鏡中央部的光會被折射而偏到周邊部去，故可在中心部形成低光量區域，在周邊部形成高光量區域。

只要該第2發光元件的定向特性為中心部低光量而周邊部高光量，便可將該第2光線折射分開成低光量區域與高光量區域。

只要該第2光線的全部光量都集中到該高光量區域，就能在儘可能不浪費第2光線的光量的情況下，集中第1光線與第2光線。

若欲製作出更高光量的光線，可沿著主光軸設置複數個該反射鏡，並對應各反射鏡設置對其反射面射出光線的光源，該光線在中心部形成低光量區域，在周邊部形成高光量區域，低光量區域射入貫通孔，高光量區域射到反射面上，被反射面反射的光線其光軸與該主光軸重疊而與該第1光線一起前進。

該第1發光元件或該第2發光元件可以是例如LED，作為該第1光源以及該第2光源的具體實施態樣。

將光累加裝置當作1個單元，在同一平面上並排複數個單位以構成照明裝置，則由於1個單元中以主光軸為基準的徑向構造更精簡，故該照明裝置除了能製作出高光量的光線之外，更能精簡以主光軸為基準的徑向構造。

本發明之光累加裝置若用於前燈，便能獲得高光量，並能防止發熱所產生的問題。再者，由於本發明之光累加裝置以主光軸為基準的徑向構造更精簡，故適用於以光軸為基準的徑向空間受到限制的前燈。

若依該等構造的光累加裝置，則由於係讓複數光源所射出之光線以光軸重疊的方式一同前進，故能製作出高光量的光線。又，因為第1光線通過貫通孔，第2光線的低光量區域射入貫通孔，高光量區域射到反射面上，讓大部分光線被反射，故能以高效率集中光線。再者，第1光源與第2光源係分開配置，故能防止光源發熱所產生的問題。另外，由於無須將複數光源以對齊光射出方向的方式並排配置在同一平面上，故可精簡以主光軸為基準的徑向構造。

以下，參照圖面說明本發明一實施形態。

本實施形態之光累加裝置100，可用來當作汽車前燈的光源。

具體而言本實施形態之光累加裝置100，如圖1所示的，具備：第1反射鏡M1，其正面的反射面M12相對主光軸L呈傾斜狀態，且設有中心軸線與主光軸L重疊的貫通孔M11；第1光源1，其從該第1反射鏡M1的背面側朝正面側射出光軸L1與主光軸L重疊的第1光線；以及第2光源2，其設置在偏離主光軸L的位置上，可朝該反射鏡M1的反射面M12射出垂直主光軸L的第2光線。然後，該反射面M12所反射的第2光線以其光軸L2與該主光軸L重疊的方式與第1光線一起前進。

該反射鏡M1為圓形薄板狀，其中心設有橢圓形的貫通孔M11。又，該反射鏡M1的該反射面M12與主光軸L的傾斜角度為銳角45度。

該第1光源1具備：第1LED11，其為第1發光元件；以及第1光學元件12，其將該第1LED11所射出的第1光線的光束收斂聚焦成該貫通孔M11的大小。

該第1光學元件12具備：第1LED透鏡121，其集中第1LED11所射出的光線，以縮小光束的大小；以及第1平凸透鏡122，其設置在離開該第1LED透鏡121之光射出端若干距離的位置上，如圖2所示的，讓第1LED透鏡121所集中的第1光線變成平行光束貫通該貫通孔M11。

該第2光源2具備：第2LED21，其為第2發光元件；第2光學元件22，其在該第2LED21所射出的第2光線的中心部形成低光量區域Lo，並在周邊部形成高光量區域Hi。又，第2LED21與第1LED11為同種類的LED，可射出相同波長的光線。

該第2光學元件22具備：第2LED透鏡221，其將該第2LED21所射出的第2光線變成平行光；以及第2雙凸透鏡222，其設置在離開該第2LED透鏡221之光射出端若干距離的位置上。如圖2所示的，藉由偏移調整該第2雙凸透鏡222的焦點，而在該第2光線的中央部形成低光量區域Lo，在周邊部形成高光量區域Hi，使低光量區域Lo射入貫通孔M11，高光量區域Hi則射到反射面M12上。如是，占第2光線大部分光量的高光量區域Hi的光線，被反射面M12反射之後，以光軸L2與主光軸L重疊的方式與第1光線一起前進。

若依上述構造之本實施形態的光累加裝置100，則由於第1光線以其光軸L1與主光軸L重疊的方式射出，並通過第1反射鏡M1的貫通孔M11，而第2光線由反射面M12反射之後，其光軸L2與主光軸L重疊，並與第1光線一起前進，故能集中第1光線與第2光線而形成高光量的光線。

再者，由於利用第1光學元件12將第1光線的光束大小縮小到貫通孔M11大小而使其能通過貫通孔M11，故約略全部的光線都可通過。第2光線由於高光量區域Hi的光被反射面M12反射，故僅喪失低光量區域Lo所含極小部分的光而已，而與第1光線一起前進。因此，可將第1LED11以及第2LED21所射出來的光幾乎全部集中，以高效率形成高光量的光。

再者，由於只有第1光線通過貫通孔M11，而第2光線被反射面M12反射，故第1光線與第2光線所使用的波長並無限定。因此，可以使用相同種類的光源，以降低成本。

又，由於第1光源1以其光軸與主光軸L重疊的方式配置，而第2光源2以偏離主光軸L並對主光軸L垂直射出第2光線的方式配置，故第1LED11與第2LED21以互相隔離的方式配置，散熱比較容易。因此，可以防止第1LED11以及第2LED21因為所發散的熱而導致發光效率降低或發生故障等問題。

再者，由於無須為了製造高光量的光而將第1光源1以及第2光源2並排配置在同一面上使其光射出方向對齊一致，故可精簡以主光軸L為基準的徑向構造。因此，可適用於前燈，不但能獲得高光量的光，更能縮小以光軸為基準的徑向空間。

其次就本發明其他實施形態說明之。在以下說明中對應上述實施形態的構件會賦予相同符號。

如圖3所示的，亦可將上述實施形態的光累加裝置當作1個光源，並再另外設置集中其他光源的光累加裝置100。具體而言，光累加裝置100具備：第2反射鏡M2，其相對主光軸L傾斜設置，且中央部上設有貫通孔M21；集光元件C，其集中第1光線以及第2光線，使其貫通該貫通孔M21；以及第3光源3，其設置於偏離主光軸L的位置上，讓第3光線射到該第2反射鏡M2的反射面M22上。

第2反射鏡M2，其形成圓形薄板狀，且反射面M22傾斜設置，而與主光軸L夾銳角45度，中央部的貫通孔M21的中心軸線與主光軸L重疊。第2反射鏡M2與第1反射鏡M1相比，其直徑比較大。

該集光元件C，係由2個平凸透鏡C1、C2所構成，讓集中過的第1光線以及第2光線變成平行光，使其光束大小集中而與該第2反射鏡M2的貫通孔M21的大小相同。因此，可讓第1光線與第2光線全部的光通過第2反射鏡M2的貫通孔M21。

該第3光源3以射出時第3光線的光軸L3垂直主光軸L的方式設置。該第3光源3具備：第3LED31；以及第3光學元件32，其讓該第3LED31所射出的第3光線在中心部形成低光量區域Lo，並在周邊部形成高光量區域Hi。

第3光學元件32具備：第3LED透鏡321，其讓該第3LED31所射出的第3光線變成平行光；第3雙凸透鏡322，其設置在與該第3LED透鏡321的光射出端間隔若干距離的位置上；以及凹透鏡323，其設置在第3雙凸透鏡322與第2反射鏡M2之間。偏移該第3雙凸透鏡322與凹透鏡323的焦點，以調整出在第3光線的中央部形成低光量區域Lo，在周邊部形成高光量區域Hi，讓低光量區域Lo射入貫通孔M21，並讓高光量區域Hi照射到反射面M22上的狀態。

若依該等裝置，則由於在光軸L1、L2與主光軸L重疊一起前進的第1光線與第2光線上，再讓第3光線以光軸L3與主光軸L重疊的方式一起前進，故能製作出更高光量的光線。

再者，由於係沿著主光軸L追加光源，故可在以主光軸L為基準的徑向構造維持精簡的情況下，製作出更高光量的光。

此外，本發明並非僅限於上述實施態樣而已。

例如，可以把光累加裝置當作一個單元，然後在同一平面上並排複數個單元，作出可射出高光量光線的巨大光源。由於每1個單元中以主光軸L為基準的徑向構造很精簡，故即使像這樣並排製作出高光量的光線，也能夠精簡以大光源S的主光軸L為基準的徑向構造。

又，如圖4所示的，在第2光學元件22中，亦可使用中央部設有凹部2221的雙凸透鏡222。利用此等構件，入射到雙凸透鏡222中央部的光會向周邊部折射，如是便能在中央部形成低光量區域Lo，在周邊部形成高光量區域Hi。另外，射出光線的LED可以是面光源，也可以是點光源。

雖然第2光線在中央部形成低光量區域，在周邊部形成高光量區域，惟亦可利用第2LED21的配光特性而在中央部形成低光量，在周邊部形成高光量。

亦可讓第2光線的中央部的低光量區域Lo內完全沒有光量，讓全部的光都集中到周邊部的高光量區域Hi。這樣的話，便能以最高效率集中第1光線與第2光線形成高光量的光線。

若欲製作出更高的光量，可用跟第3光源同樣的方式進一步設置第4光源、第5光源......第N光源，讓各光源所射出之光線以光軸與主光軸重疊的方式一起前進。

第2光源或第3光源亦可用在光射出時光軸方向相對主光軸呈傾斜的方式設置。這樣的話，便能在以主光軸為基準的半徑方向上更進一步精簡光累加裝置的構造。

反射鏡並不限於圓形薄板狀而已，只要具備反射面與貫通孔就可以了。例如，反射鏡亦可形成從斜向切斷圓筒側面的形狀，該切斷面具有反射面，並具有從底面中央部向切斷面中央貫通的貫通孔。

又，反射鏡的貫通孔的形狀並非僅限於橢圓形。例如，也可以是長方形等的各種形狀。

光學元件並不限於透鏡。例如，亦可使用繞射光柵，將第1光線的光束形成貫通孔大小，並且把第2光線折射成低光量區域以及高光量區域。

發光元件並不限於LED，也可以是有機EL、氙燈、氪燈、冷陰極管等。

光累加裝置除了用於前燈以外，亦可用作投影機等的光源。

又，在本說明書中，所謂光線包含可見光、紅外線、紫外線、電磁波等在內。

另外，亦可適當組合上述實施態樣或變化實施態樣的一部或全部，本發明並非僅限於上述實施態樣而已，在未超出發明精神的範圍內可以有各種變化態樣，自不待言。

【產業利用性】

本發明以高效率將複數光源所射出的光線集中於主光軸上，並可精簡以主光軸方向為基準的半徑方向構造。

100．．．光累加裝置

1．．．第1光源

2．．．第2光源

3．．．第3光源

M1．．．第1反射鏡

M2．．．第2反射鏡

M11．．．貫通孔

M12．．．反射面

M21．．．貫通孔

M22．．．反射面

L1、L2、L3．．．光軸

L．．．主光軸

11．．．第1發光元件(第1LED)

12．．．第1光學元件

121．．．第1LED透鏡

122．．．第1平凸透鏡

21．．．第2發光元件(第2LED)

22．．．第2光學元件

221．．．第2LED透鏡

222．．．第2雙凸透鏡

2221．．．凹部

31．．．第3LED

32．．．第3光學元件

321．．．第3LED透鏡

322．．．第3雙凸透鏡

323．．．凹透鏡

C．．．集光元件

C1、C2．．．平凸透鏡

Hi．．．高光量區域

Lo．．．低光量區域

圖1係本實施形態之光累加裝置的示意圖。

圖2係示意圖，表示在相同實施形態中從各光源射出之光線的光束。

圖3係另一實施形態之光累加裝置的示意圖。

圖4係再另一實施形態之第2光源的示意圖。

100．．．光累加裝置

1．．．第1光源

2．．．第2光源

M1．．．第1反射鏡

M11．．．貫通孔

M12．．．反射面

L1、L2．．．光軸

L．．．主光軸

11．．．第1發光元件(第1LED)

12．．．第1光學元件

121．．．第1LED透鏡

122．．．第1平凸透鏡

21．．．第2發光元件(第2LED)

22．．．第2光學元件

221．．．第2LED透鏡

222．．．第2雙凸透鏡

Claims (12)

1. 一種光累加裝置，其特徵為包含：反射鏡，正面形成有反射面，反射面的中央設有貫通孔，以該貫通孔的中心軸線與主光軸重疊且該反射面對主光軸傾斜的方式配置；第1光源，從該反射鏡的背面側向正面側射出光軸與該主光軸重疊的第1光線；第2光源，設置在偏離主光軸的位置上，並射出中心部形成低光量區域且周邊部形成高光量區域的第2光線，在該第2光線中，低光量區域的光線射入該貫通孔，高光量區域的光線照射到該反射面上，被該反射面所反射的第2光線以光軸與該主光軸重疊的方式隨同第1光線一起前進；第2反射鏡，正面形成有反射面，反射面的中央設有貫通孔，以該反射面相對於該主光軸傾斜之方式設置，來自該反射鏡，從其背面側向正面側射出之該第1光線與該第2光線貫通該貫通孔；凸平透鏡，將以光軸與該主光軸重疊的方式一起前進之該第1光線及該第2光線加以集中；平凸透鏡，讓因該凸平透鏡而被集中的光線變成平行光束，使其通過該第2反射鏡之該貫通孔；及第3光源，設置在偏離主光軸的位置上，使第3光線入射到該第2反射鏡的反射面而被該反射面所反射，並以光軸與該主光軸重疊的方式隨同該第1光線及該第2光線一起前進。
2. 如申請專利範圍第1項之光累加裝置，其中，該第1光源包含：第1發光元件；以及第1光學元件，其將該第1發光元件所射出之該第1光線的光束收斂到該貫通孔的大小。
3. 如申請專利範圍第1項之光累加裝置，其中，該第2光源包含：第2發光元件；以及第2光學元件，其讓該第2發光元件所射出之該第2光線形成該低光量區域以及該高光量區域。
4. 如申請專利範圍第3項之光累加裝置，其中，該第2光學元件為中央部設有凹部的凸透鏡。
5. 如申請專利範圍第3項之光累加裝置，其中，該第2發光元件的配光特性為在中心部形成低光量，在周邊部形成高光量。
6. 如申請專利範圍第1項之光累加裝置，其中，該第2光線全部的光量都在該高光量區域內。
7. 如申請專利範圍第1項之光累加裝置，其中，沿著該主光軸設置複數個該反射鏡，並對應於各反射鏡設置對其反射面射出光線的光源；該光線在中心部形成低光量區域，在周邊部形成高光量區域；低光量區域的光線射入貫通孔，高光量區域的光線照射到反射面上；被反射面所反射的光線以光軸與該主光軸重疊的方式隨同該第1光線一起前進。
8. 如申請專利範圍第2項之光累加裝置，其中，該第1發光元件為LED。
9. 如申請專利範圍第3項之光累加裝置，其中，該第2發光元件為LED。
10. 一種照明裝置，其特徵為包含：第1反射鏡，正面形成有反射面，反射面的中央設有貫通孔，以該貫通孔的中心軸線與主光軸重疊且該反射面對主光軸傾斜的方式配置；第1光源，從該第1反射鏡的背面側向正面側射出光軸與該主光軸重疊的第1光線；第2光源，設置在偏離主光軸的位置上，並射出中心部形成低光量區域且周邊部形成高光量區域的第2光線，在該第2光線 中，低光量區域的光線射入該貫通孔，高光量區域的光線照射到該反射面上，被該反射面所反射的第2光線以光軸與該主光軸重疊的方式隨同第1光線一起前進；第2~N-1(N係3以上之既定整數)之N-2個反射鏡，分別於正面形成有反射面，反射面的中央設有貫通孔，以各該反射面相對於該主光軸傾斜之方式設置，來自前段反射鏡，從其背面側向正面側射出之光線貫通該貫通孔；及第3~N之N-2個光源，設置在偏離該主光軸的位置上，分別使中心部形成低光量區域且周邊部形成高光量區域的第3~N光線入射到該第2~N-1反射鏡；且在鄰接之該反射鏡之間具有：凸平透鏡，將因前段反射鏡而被集中之光線加以集中；及平凸透鏡，讓因該凸平透鏡而被集中的光線變成平行光束，使其通過後段反射鏡之該貫通孔。
11. 一種前燈，其特徵為：使用了申請專利範圍第1項之光累加裝置。
12. 如申請專利範圍第10項之照明裝置，其中，該第3~第N光源分別包含：發光元件；及雙凸透鏡與凹透鏡，遠離該發光元件之光射出端；調整該雙凸透鏡與該凹透鏡，俾在分別從該第3~N光源出射之光線中央部形成低光量區域，在周邊部形成高光量區域，低光量區域照射貫通孔，高光量區域照射反射面。