CN113574317B - 光学装置以及照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学装置以及照明装置。光学装置(12)包括导电腔体(120)、第一光学模块(122)、第二光学模块(124)以及第三光学模块(126)。导电腔体(120)具有入光端(X1)。第一光学模块(122)、第二光学模块(124)以及第三光学模块(126)固定于导电腔体(120)中，其中第一光学模块(122)邻近入光端(X1)且位于入光端(X1)与第二光学模块(124)之间，且第二光学模块(124)位于第一光学模块(122)与第三光学模块(126)之间。导电腔体(120)、第一光学模块(122)以及第二光学模块(124)共同围设出第一共振空间(SP1)。导电腔体(120)、第二光学模块(124)以及第三光学模块(126)共同围设出第二共振空间(SP2)。

Description

光学装置以及照明装置
技术领域
本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种光学装置以及照明装置。
背景技术
现有的照明装置大多采用反射方式，将光源发出的光束投射到照明装置的外部，藉此增加照明的亮度、光投射的距离或照明的范围等。然而，由于光源大多具有大的发散角，因此随着光投射距离的增加，被照物每单位面积所接收到的光源能量密度会大幅降低。为解决上述缺点，现有技术主要通过使用更大功率的光源来满足照明需求，然而这种方式会耗费更多的能源。
发明内容
本发明是针对一种光学装置，其有助于放大输出光的能量。
本发明还针对一种照明装置，其可在不耗费更多的能源的情况下满足照明需求。
根据本发明的实施例，光学装置包括导电腔体、第一光学模块、第二光学模块以及第三光学模块。导电腔体具有入光端。第一光学模块固定于导电腔体中且邻近入光端。第二光学模块固定于导电腔体中。第一光学模块位于入光端与第二光学模块之间。导电腔体、第一光学模块以及第二光学模块共同围设出第一共振空间。第三光学模块固定于导电腔体中。第二光学模块位于第一光学模块与第三光学模块之间。导电腔体、第二光学模块以及第三光学模块共同围设出第二共振空间。
在根据本发明的实施例中，导电腔体的材质包括导电材料。
在根据本发明的实施例中，导电腔体的入光端具有用于容纳光源的光源容置孔。
在根据本发明的实施例中，第一光学模块为光聚焦模块。
在根据本发明的实施例中，第二光学模块以及第三光学模块的任一个包括让光束部分穿透部分反射的一光学元件。
在根据本发明的实施例中，第三光学模块为透镜或保护盖。
在根据本发明的实施例中，第一光学模块的边缘、第二光学模块的边缘以及第三光学模块的边缘皆固定在导电腔体的侧壁上。
在根据本发明的实施例中，第一光学模块、第二光学模块以及第三光学模块的材质为玻璃或塑料。
在根据本发明的实施例中，第一共振空间与第二共振空间中的光传递介质的折射率为1。
根据本发明的实施例，照明装置包括光源以及光学装置。光源适于输出光束。光学装置设置于光束的传递路径上且包括导电腔体、第一光学模块以及第二光学模块。导电腔体具有入光端。光源设置于入光端。第一光学模块固定于导电腔体中且邻近入光端。第二光学模块固定于导电腔体中。第一光学模块位于入光端与第二光学模块之间。导电腔体、第一光学模块以及第二光学模块共同围设出第一共振空间。
基于上述，在本发明实施例的光学装置中，通过一个或多个共振空间对光束进行共振放大，因此本发明实施例的光学装置有助于放大输出光的能量。此外，本发明实施例的照明装置通过一个或多个共振空间的设置可在不耗费更多的能源的情况下满足照明需求。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例的一种照明装置的剖面示意图；
图2是依照本发明实施例的一种照明装置的上视示意图。
附图标号说明
1：照明装置；
10：发光二极管光源；
100：电路板；
102：发光二极管；
12：光学装置；
120：导电腔体；
122：第一光学模块；
124：第二光学模块；
126：第三光学模块；
A：区域；
B、B1、B2：光束；
O：光源容置孔；
S120：侧壁；
SP1：第一共振空间；
SP2：第二共振空间；
X1：入光端；
X2：出光端。
具体实施方式
实施方式中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。在附图中，各附图示出的是特定示范实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，这些附图不应被解释为界定或限制由这些示范实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域和/或结构的相对尺寸、厚度及位置可能缩小或放大。
在实施方式中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号，且将省略其赘述。此外，不同示范实施例中的特征在没有冲突的情况下可相互组合，且依本说明书或权利要求所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本专利涵盖的范围内。另外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名不同的元件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，也并非用以限定元件的制造顺序或设置顺序。
图1是本发明实施例的一种照明装置1的剖面示意图。请参照图1，照明装置1包括光源10以及光学装置12。
光源10适于输出光束B。光源10可为发光二极管光源、激光光源或上述两者的组合。以发光二极管光源为例，光源10可包括电路板100以及至少一个发光二极管102。电路板100可为印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)、软性印刷电电路板(FlexiblePrinted Circuit，FPC)或任何适于承载线路的基材。
当照明装置1应用于一般照明时，发光二极管102可为白光发光二极管。或者，发光二极管102可为蓝色发光二极管搭配至少一层色转换层(未示出)。色转换层适于吸收短波长的光束(如蓝光)并放出长波长的光束(如黄光、红光或绿光)。举例来说，色转换层的材质可包括荧光粉、量子点或上述两个的组合。
色转换层可覆盖于发光二极管102上，使得发光二极管102位于色转换层与电路板100之间。当光源10包括多个发光二极管102时，多个发光二极管102可共享同一个色转换层，或者，多个发光二极管102可不共享同一个色转换层，例如多个发光二极管102上可分别覆盖有多个色转换层。多个色转换层结构上分离且可被激发出相同颜色或不同颜色的光束。举例来说，多个色转换层可分别被激发出红光、绿光及蓝光，以混合出白光，即光束B的颜色为白色，然而光束B的颜色可依据不同的需求而变，且可依所需的光束B的颜色去调整发光二极管102的具体架构。
在设置有色转换层的架构下，色转换层的形状可为半球状，以提供汇聚光的效果，但不以此为限。在一实施例中，可于色转换层上进一步设置保护层，以隔绝空气及水气对于色转换层的负面影响。在设置有保护层的架构下，保护层的形状可为半球状，以提供汇聚光的效果，如此，色转换层的形状可为也可不为半球状。另外，在未设置有色转换层的架构下，也可于发光二极管102上设置半球状的保护层，以提供汇聚光的效果。
光学装置12设置于光束B的传递路径上且适于放大光射出的能量以及调整光射出的光形等。详细而言，光学装置12包括导电腔体120、第一光学模块122、第二光学模块124以及第三光学模块126。
导电腔体120适于固定光源10、第一光学模块122、第二光学模块124以及第三光学模块126。导电腔体120可为一体成型的单体式结构，也可为由多个片件组装而成的多件式结构，且多个片件可具有相同或不同的材质。导电腔体120除了适于固定光源10、第一光学模块122、第二光学模块124以及第三光学模块126之外，还可作为光电效应(Photoelectriceffect)中接收光子并放出电子的物体，因此导电腔体120的材质包括适于发生光电效应的导电材料，且较佳为导电性佳的材料。举例来说，导电腔体120的材质可包括金属、合金、石墨烯或上述至少两者的组合，但不以此为限。
导电腔体120具有入光端X1以及与入光端X1相对的出光端X2。光源10设置于入光端X1，使得光源10输出的光束B经由入光端X1进入导电腔体120，且光束B经由出光端X2自导电腔体120输出。
在本实施例中，导电腔体120的入光端X1具有用于容纳光源(如所述一个或多个发光二极管102)的光源容置孔O，且发光二极管102设置于光源容置孔O中。然而，导电腔体120与光源10的相对设置关系不以此为限。举例来说，光源10可整体设置于光源容置孔O中，但不以此为限。
应说明的是，导电腔体120的设计参数(如导电腔体120的形状和/或尺寸、光源容置孔O的形状和/或尺寸等)可依需求调整，而不以图1所显示的为限。
第一光学模块122、第二光学模块124以及第三光学模块126固定于导电腔体120中。图1示意性示出第一光学模块122的边缘、第二光学模块124的边缘以及第三光学模块126的边缘皆固定在导电腔体120的侧壁S120上，但光学模块与导电腔体之间的固定方式和/或相对配置关系不以此为限。举例来说，第一光学模块122、第二光学模块124以及第三光学模块126可以卡固、锁固、黏合或其他合适的方式固定于导电腔体120中。当导电腔体120由多个片件组装而成时，多个光学模块可以卡固、锁固、黏合或其他合适的方式固定于相邻的两个片件之间。
第一光学模块122邻近入光端X1且位于入光端X1与第二光学模块124之间，而第二光学模块124位于第一光学模块122与第三光学模块126之间。导电腔体120、第一光学模块122以及第二光学模块124共同围设出第一共振空间SP1，而导电腔体120、第二光学模块124以及第三光学模块126共同围设出第二共振空间SP2。在本实施例中，第一共振空间SP1与第二共振空间SP2中的光传递介质的折射率为1。换句话说，第一共振空间SP1与第二共振空间SP2中的光传递介质可为空气，且第一共振空间SP1与第二共振空间SP2中可不设置填充材料。在一些实施例中，第一共振空间SP1与第二共振空间SP2之间的距离或位置可依需求而调整。此外，也可依需求而增加或减少共振空间。
光源10输出的光束B经由第一光学模块122进入第一共振空间SP1。第一光学模块122可为光聚焦模块，以将光源10输出的光束B汇聚至第一共振空间SP1中。光聚焦模块可包括一个或多个透镜。所述一个或多个透镜的每一个可为球面或非球面透镜。此外，所述一个或多个透镜的每一个的材质可为玻璃或塑料。
第二光学模块124以及第三光学模块126的任一个包括让光束部分穿透部分反射的一光学元件。所述光学元件可为一个或多个透镜或保护盖。具体地，可依实际需求(如应用范畴)选择第二光学模块124以及第三光学模块126的元件，且第二光学模块124的元件种类和/或数量可相同或不同于第三光学模块126的元件种类和/或数量。举例来说，第二光学模块124可为包括一个或多个透镜的光聚焦模块。当第三光学模块126用于增加光投射的距离时，第三光学模块126可为包括一个或多个透镜的光聚焦模块。另一方面，当第三光学模块126用于增加照明的范围时，第三光学模块126可为包括一个或多个透镜的光扩展模块，且所束光扩展模块的屈亮度可为负。再者，第三光学模块126也可为保护盖，以保护位于其下的元件。保护盖的材质可为玻璃或塑料。此外，保护盖可为平面或曲面基材。
进入第一共振空间SP1的光束B的一部分(简称第一部分)经由第二光学模块124自第一共振空间SP1输出至第二共振空间SP2，而进入第一共振空间SP1的光束B的另一部分(简称第二部分)可经由第一共振空间SP1进行共振放大，在累积足够能量后经由第二光学模块124自第一共振空间SP1输出至第二共振空间SP2。
所述第一部分例如可以是进入第一共振空间SP1的光束B的60％，而所述第二部分例如可以是进入第一共振空间SP1的光束B的40％，但所述第一部分以及所述第二部分各自的百分比可依不同的设计需求改变，且可通过调整第一光学模块122以及第二光学模块124的设计参数(如曲率、折射率、与其他元件的距离等)来改变所述第一部分以及所述第二部分各自的百分比。举例来说，可通过调整第一光学模块122的设计参数，来控制光束B传递至第二光学模块124的不同区域(如中心区域跟周边区域)的光能量分布。此外，可通过调整第二光学模块124的设计参数，来控制第一部分(直接穿出第二光学模块124的光束)的百分比以及第二部分(被第二光学模块124反射的光束)的百分比。
在第一共振空间SP1中，第二部分被第二光学模块124反射至导电腔体120的侧壁S120，侧壁S120基于光电效应而将光子转换成电子。此电子最终以可见光的形式释放能量，因而产生闪光。通过第一光学模块122、第二光学模块124以及导电腔体120的设计，可使光束B(光子)在第一共振空间SP1中来回多次反射/冲击/碰撞，而激发出更多的电子逃离原来的轨道，因而达到类似于激光共振腔的光能量放大的效果，使得自第一共振空间SP1输出的光束B1的能量超过进入第一共振空间SP1的光束B的能量。欲达到共振放大的效果，光源10所发出光束B的频率及相位尽可能调整为一致或大部分一致(即达到同调性的特性)。
类似地，经由第二光学模块124进入第二共振空间SP2的光束B1的一部分(简称第三部分)经由第三光学模块126自第二共振空间SP2输出至光学装置12的外部，而进入第二共振空间SP2的光束B1的另一部分(简称第四部分)可经由第二共振空间SP2进行共振放大，在累积足够能量后经由第三光学模块126自第二共振空间SP2输出至光学装置12的外部，使得自第二共振空间SP2输出的光束B2的能量超过进入第二共振空间SP2的光束B1的能量。藉此，自光学装置12输出的光束B2的能量可超过光源10输出的光束B的能量。
所述第三部分例如可以是进入第二共振空间SP2的光束B1的60％，而所述第四部分例如可以是进入第二共振空间SP2的光束B1的40％，但所述第三部分以及所述第四部分各自的百分比可依不同的设计需求改变，且可通过调整第二光学模块124以及第三光学模块126的设计参数(如曲率、折射率、与其他元件的距离等)来改变所述第三部分以及所述第四部分各自的百分比。相关的说明请参考前述，与此不再重述。
图2是本发明实施例的一种照明装置1的上视示意图。在图2中，第三光学模块126的区域A表示的是百分之六十的光束由此区通过，但区域A的输出光束的百分比不以此为限。在另一实施例中，区域A的输出光束的百分比可以是1％至99％。
应说明的是，虽然在图1的照明装置1中，示意性示出光学装置12具有两个共振空间，但光学装置所具有的共振空间的数量不以此为限。由于每一个共振空间皆有助于放大光出射的能量，因此光学装置可仅具有一个共振空间(如第一共振空间)。在此架构下，光学装置可不包括第三光学模块126，而有助于缩减光学装置整体的体积。在又一实施例中，光学装置也可具有三个以上的共振空间。在此架构下，光学装置可包括更多个光学模块，使每一个共振空间由两个相邻的光学模块与导电腔体120共同围设而成。如此，有助于增加光投射的距离或增加照射的范围。
另外，因应不同的光学设计的需要，可搭配不同形状的镜片。因此，所有的光学模块的形状不仅限于某一形状，其可以是圆形、正方形、长方形、椭圆形、单面凸出形、双面凸出形、单面凸出且单面凹陷、一面有纹路(如坑纹)且另一面没纹路的、双面都有纹路的、平面形的、单面是平面而另一面有弧度的、三角形的、多边形的或是其他形体。在一些实施例中，光学模块的材质除了玻璃、塑料之外，也可以是透明或半透明的聚合物(polymer)，甚至也可以使用液体形成光学模块。在一些实施例中，部分光学的材料可依需要而添加各种不同的矿石元素或颜色材料并成型，从而可生产出具有不同颜色的光学输出的照明装置。换句话说，可以不用通过不同颜色的发光元件进行混光，而是在生产光学镜片时添加不同的矿物质或颜色材料，利用光学镜片中的不同矿物质或颜色材料来改变输出光的颜色。在一些实施例中，也可因应不同用途和设计，而在每一个光学模块之间，增加某一形状的镜片，或是减少某一形状的镜片。甚至直接只需一组光学镜片，配合金属的共振腔便可。但亦可能需增加相当数量的光学模块，或镜片，形成原设计的需求而增减。举例来说，也可以参考望远镜的部分原理，修改或增加光学模块的设计。
再者，共振空间可以是以不同的形状来形成，或可能增设某一种附件，如金属的遮光罩或是有反射功能的零配件。零配件的材料可能是金属、陶瓷、塑料、石墨烯或各种矿石等不同的材料制造的。光学模块的材料可能是一般的玻璃，也可能是特殊配方调配而成的光学镜片，也可能是塑料材质(如PC材质)，也可能是陶瓷或石英制成的，或更先进的材料。所有的光学模块配合使用的镜片、高度、宽度或厚度可皆不同，但不限于此。
在一些实施例中，照明装置可具有无线充电功能。在一些实施例中，照明装置可具有中央遥控系统。在一些实施例中，照明装置可由5G网络操控或监测，以节省能源。在一些实施例中，照明装置可以通过太阳能或无线传输充电或供电。
综上所述，在本发明实施例的光学装置中，基于量子光学的原理，首先利用共振空间把发光二极管光源的输出功率放大，增强至更高的能阶，使得电子与光子产生碰撞，而每一次的碰撞，便能产生更多的能量。因此，本发明实施例的光学装置有助于放大输出光的能量。此外，本发明实施例的照明装置通过一个或多个共振空间的设置可在不耗费更多的能源(不增加发光二极管光源的输出功率)的情况下满足照明需求(如增加照明的亮度、光投射的距离或照明的范围等)，或者可通过精密的光学设计调整光源的宽度和距离，以满足使用者的需求。另外，由于自照明装置输出的光束的相位及频率为一致或大部分一致，因此自照明装置输出的光束的光强度可较均一。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：
导电腔体，具有入光端；
第一光学模块，固定于所述导电腔体中且邻近所述入光端；
第二光学模块，固定于所述导电腔体中，其中所述第一光学模块位于所述入光端与所述第二光学模块之间，且所述导电腔体、所述第一光学模块以及所述第二光学模块共同围设出第一共振空间；以及
第三光学模块，固定于所述导电腔体中，其中所述第二光学模块位于所述第一光学模块与所述第三光学模块之间，且所述导电腔体、所述第二光学模块以及所述第三光学模块共同围设出第二共振空间。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述导电腔体的材质包括导电材料。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述导电腔体的所述入光端具有用于容纳光源的光源容置孔。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一光学模块为光聚焦模块。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二光学模块以及所述第三光学模块的任一个包括让光束部分穿透部分反射的光学元件。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第三光学模块为透镜或保护盖。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一光学模块的边缘、所述第二光学模块的边缘以及所述第三光学模块的边缘皆固定在所述导电腔体的侧壁上。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一光学模块、所述第二光学模块以及所述第三光学模块的材质为玻璃或塑料。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一共振空间与所述第二共振空间中的光传递介质的折射率为1。
10.一种照明装置，其特征在于，包括：
光源，适于输出光束；以及
光学装置，设置于所述光束的传递路径上且包括：
导电腔体，具有入光端，所述光源设置于所述入光端；
第一光学模块，固定于所述导电腔体中且邻近所述入光端；以及
第二光学模块，固定于所述导电腔体中，其中所述第一光学模块位于所述入光端与所述第二光学模块之间，且所述导电腔体、所述第一光学模块以及所述第二光学模块共同围设出第一共振空间。
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