TW201546494A - 照明裝置 - Google Patents

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Abstract

一種照明裝置，包括一激發光源、一反射式切換元件、一第一波長轉換元件及一第二波長轉換元件。激發光源發出一激發光束，且反射式切換元件配置於激發光束的傳遞路徑上。當反射式切換元件切換至一第一狀態時，反射式切換元件將激發光束反射至第一波長轉換元件，以激發第一波長轉換元件，發出一第一轉換光束。當反射式切換元件切換至一第二狀態時，反射式切換元件將激發光束反射至第二波長轉換元件，以激發第二波長轉換元件，發出一第二轉換光束。

Description

照明裝置
本發明是有關於一種照明裝置，且特別是有關於一種雷射的照明裝置。
隨著科技的進步與環保概念愈加重視的情況下，光源裝置的架構也在不斷地演進。舉例而言，近年來以發光二極體與雷射二極體等固態光源為主的車用頭燈逐漸在市場上發展。發光二極體的發光效率約為5%至8%，其擁有不同的色溫可供選擇，和優異之省電效益。由於雷射二極體具有高於20%的發光效率，為了突破發光二極體的光源限制，漸漸發展了以雷射光源激發螢光粉而產生可應用的高效率光源。此二種形式為目前固態照明的光源主流。
用雷射光源激發螢光粉發光另具有可機動調整光源數目的優點，來達到各種不同亮度的頭燈照明需求。因此，該方式在頭燈光源模組的架構下具有非常大的潛力，未來將很有機會取代一般傳統高壓汞燈，進而成為新一代主流頭燈照明之光源。
美國專利公開第20110249460號揭露了一種車頭燈。美 國專利第8439537號揭露了一種光固定單元。美國專利公開第20130027962號揭露了一種頭燈系統。
本發明提供一種照明裝置，具有簡單的架構，且可調整不同的轉換光束的比例。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種照明裝置，包括一激發光源、一反射式切換元件、一第一波長轉換元件及一第二波長轉換元件。激發光源發出一激發光束，且反射式切換元件配置於激發光束的傳遞路徑上。當反射式切換元件切換至一第一狀態時，反射式切換元件將激發光束反射至第一波長轉換元件，以激發第一波長轉換元件，發出一第一轉換光束。當反射式切換元件切換至一第二狀態時，反射式切換元件將激發光束反射至第二波長轉換元件，以激發第二波長轉換元件，發出一第二轉換光束。
在本發明的一實施例中，第一波長轉換元件與第二波長轉換元件分別含有螢光粉(phosphor)，且第一波長轉換元件與第二波長轉換元件所含有的螢光粉的濃度彼此不相同。
在本發明的一實施例中，第一波長轉換元件與第二波長轉換元件分別含有不同材質的螢光粉。
在本發明的一實施例中，照明裝置更包括一反射罩，反射第一轉換光束及第二轉換光束的至少其中之一。
在本發明的一實施例中，反射罩包括一第一子反射罩及一第二子反射罩。第一子反射罩反射第一轉換光束，且第二子反射罩反射第二轉換光束，其中反射後，第一轉換光束與第二轉換光束匯聚於一目標區域。
在本發明的一實施例中，第一波長轉換元件配置於第一子反射罩的焦點附近，且第二波長轉換元件配置於第二子反射罩的焦點附近。
在本發明的一實施例中，照明裝置更包括一第一反射器及一第二反射器。當反射式切換元件切換至第一狀態時，反射式切換元件將激發光束反射至第一反射器，且第一反射器將激發光束反射至第一波長轉換元件。當反射式切換元件切換至第二狀態時，反射式切換元件將激發光束反射至第二反射器，且第二反射器將激發光束反射至第二波長轉換元件。
在本發明的一實施例中，第一波長轉換元件與第二波長轉換元件配置於反射罩的焦點附近。
在本發明的一實施例中，反射式切換元件、第一波長轉換元件及第二波長轉換元件均配置於反射罩的焦點附近。
在本發明的一實施例中，反射罩具有一開孔，且來自激發光源的激發光束經由開孔傳遞至反射式切換元件。
在本發明的一實施例中，照明裝置更包括一控制單元， 電性連接至反射式切換元件，以控制反射式切換元件切換至第一狀態與第二狀態的時間比例。
在本發明的一實施例中，激發光源為雷射光源。
在本發明的一實施例中，反射式切換元件為微機電系統(micro-electromechanical system,MEMS)反射鏡或微機電系統反射鏡陣列。
在本發明的一實施例中，照明裝置更包括一透光燈罩，配置於來自反射罩的第一轉換光束與第二轉換光束的傳遞路徑上。
本發明的實施例可以達到下列優點或功效的至少其中之一。在本發明的實施例的照明裝置中，由於採用了可以切換至第一狀態與第二狀態的反射式切換元件，因此可在簡單的架構下，達到第一轉換光束與第二轉換光束之比例的調整。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、100b、100c‧‧‧照明裝置
110‧‧‧激發光源
112‧‧‧激發光束
120、120a‧‧‧反射式切換元件
122‧‧‧底座
124、124a‧‧‧連接部
126、126a‧‧‧反射鏡
130‧‧‧第一波長轉換元件
132‧‧‧第一轉換光束
140‧‧‧第二波長轉換元件
142‧‧‧第二轉換光束
150、150b、150c‧‧‧反射罩
152‧‧‧第一子反射罩
154‧‧‧第二子反射罩
156c‧‧‧開孔
160‧‧‧控制單元
170‧‧‧透光燈罩
180‧‧‧準直透鏡
192‧‧‧第一反射器
194‧‧‧第二反射器
A‧‧‧目標區域
圖1A為本發明之一實施例之照明裝置的架構示意圖。
圖1B為圖1A中的反射式切換元件的結構示意圖。
圖2繪示圖1B之反射式切換元件的另一種變化。
圖3為本發明之另一實施例之照明裝置的架構示意圖。
圖4為本發明之又一實施例的照明裝置的架構示意圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1A為本發明之一實施例之照明裝置的架構示意圖，而圖1B為圖1A中的反射式切換元件的結構示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例之照明裝置100包括一激發光源110、一反射式切換元件120、一第一波長轉換元件130及一第二波長轉換元件140。激發光源110發出一激發光束112。在本實施例中，激發光源110為雷射光源。舉例而言，激發光源110可包括單一顆雷射二極體(laser diode)或多顆排成陣列的雷射二極體，而激發光束112例如為雷射光束。此外，在本實施例中，第一波長轉換元件130與第二波長轉換元件140各含有螢光粉，且第一波長轉換元件130與第二波長轉換元件140所含有的螢光粉的濃度彼此不相同。
反射式切換元件120配置於激發光束112的傳遞路徑上。當反射式切換元件120切換至一第一狀態時(即圖1A與圖1B中所繪示的實線狀態，亦即圖1B中的反射鏡126處於實線所繪示的角度時)，反射式切換元件120(即反射鏡126)將激發光 束112反射至第一波長轉換元件130，以激發第一波長轉換元件130發出一第一轉換光束132。當反射式切換元件120切換至一第二狀態時(即圖1A與圖1B中所繪示的虛線狀態，亦即圖1B中的反射鏡126處於虛線所繪示的角度時)，反射式切換元件120將激發光束112反射至第二波長轉換元件140，以激發第二波長轉換元件140發出一第二轉換光束142。
舉例而言，激發光束112例如為藍色光束，而第一波長 轉換元件130與第二波長轉換元件140分別含有濃度不相同的黃色螢光粉。在本實施例中，第一波長轉換元件130所含有的黃色螢光粉的濃度小於第二波長轉換元件140所含有的黃色螢光粉的濃度。因此，第一波長轉換元件130會將部分的激發光束112轉換為黃色光束，而激發光束112中未被第一波長轉換元件130轉換的部分則維持藍色光束的形式穿透第一波長轉換元件130。此外，激發光束112中未被第一波長轉換元件130轉換的部分與第一轉換光束132混合成白色光束。
另一方面，第二波長轉換元件140會將至少部分的激發 光束112轉換為黃色光束，而激發光束112中未被第二波長轉換元件140轉換的部分則維持藍色光束的形式穿透第二波長轉換元件140。此外，激發光束112中未被第二波長轉換元件140轉換的部分與第二轉換光束142混合成白色光束。
由於第一波長轉換元件130所含有的黃色螢光粉的濃度小於第二波長轉換元件140所含有的黃色螢光粉的濃度，因此來 自第一波長轉換元件130的激發光束112與第一轉換光束132所混合而成的白色光束中的黃色成分小於來自第二波長轉換元件140的激發光束112與第二轉換光束142所混合而成的白色光束中的黃色成分，也就是說來自第一波長轉換元件130的白色光束的色溫高於來自第二波長轉換元件140的白色光束的色溫。此外，反射式切換元件120可以快速地在第一狀態與第二狀態之間切換，藉由調整單位時間中反射式切換元件120於第一狀態與第二狀態的時間比例，便可以調整照明裝置100所發出的白色光束的色溫。
在另一實施例中，第一波長轉換元件130與第二波長轉 換元件140分別含有不同材質的螢光粉。舉例而言，第一波長轉換元件130與第二波長轉換元件140被激發光束112激發後可分別發出不同顏色的第一轉換光束132與第二轉換光束142。藉由調整單位時間中反射式切換元件120於第一狀態與第二狀態的時間比例，便可以調整照明裝置100所發出的光束的顏色。
此外，當第一波長轉換元件130所含有的螢光粉的濃度 很濃而足以全部吸收激發光束112時，則來自第一波長轉換元件130的光只會有第一轉換光束132。然而，當第一波長轉換元件130所含有的螢光粉的濃度不足以使第一波長轉換元件130全部吸收激發光束112時，則部分激發光束112會穿透第一波長轉換元件130，並與第一轉換光束132混合。同理，當第二波長轉換元件140所含有的螢光粉的濃度很濃而足以全部吸收激發光束112時，則 來自第二波長轉換元件140的光只會有第二轉換光束142。然而，當第二波長轉換元件140所含有的螢光粉的濃度不足以使第二波長轉換元件140全部吸收激發光束112時，則部分激發光束112會穿透第二波長轉換元件140，並與第二轉換光束142混合。
反射式切換元件120例如為微機電系統反射鏡(如圖1B 所繪示)，其包括一底座122、一反射鏡126及一連接底座122與反射鏡126的連接部124。藉由施加電壓以使底座122(如底座上的電極，未繪示)與反射鏡126之間產生不同極性的靜電吸附或排斥力，可使反射鏡126於第一狀態與第二狀態之間擺動，而呈現不同的角度。在本實施例中，第一狀態為反射鏡126傾斜+10度，第二狀態為反射鏡126傾斜-10度，但不以此為限。
在另一實施例中，如圖2之反射式切換元件120a來取代 圖1A與圖1B中的反射式切換元件120。請參照圖1A與圖2，圖2之反射式切換元件120a為微機電系統反射鏡陣列，其具有多個排成陣列的反射鏡126a及分別將這些反射鏡126a連接至底座122的多個連接部124a。這些反射鏡126a可在第一狀態與第二狀態之間切換。當這些反射鏡126a切換至第一狀態時，這些反射鏡126a將來自激發光源110的激發光束112反射至第一波長轉換元件130。當這些反射鏡126a切換至第二狀態時，這些反射鏡126a將來自激發光源110的激發光束112反射至第二波長轉換元件140。 如此一來，反射式切換元件120a也可達到反射式切換元件120的效果。反射式切換元件120a可以是數位微鏡元件(digital micro-mirror device)。或者，反射式切換元件120a可以是像素數比一般數位微鏡元件少的微機電系統，其利用靜電來控制反射鏡126a偏轉於第一狀態與第二狀態的原理與數位微鏡元件控制微反射鏡偏轉至不同角度位置的原理相同，只是反射鏡126a的面積較一般數位微鏡元件的微反射鏡的面積大，且反射鏡126a的數量較一般數位微鏡元件的微反射鏡的數量少。此外，反射式切換元件120中切換反射鏡126的原理可與數位微鏡元件切換其微反射鏡的原理相同。
照明裝置100可更包括一反射罩150，反射第一轉換光束 132及第二轉換光束142的至少其中之一。在本實施例中，反射罩150可反射第一轉換光束132、第二轉換光束142及未被轉換的激發光束112(當部分激發光束112未被轉換時的情況)。
在實施例中，反射罩150包括一第一子反射罩152及一 第二子反射罩154。第一子反射罩152反射第一轉換光束132，且第二子反射罩154反射第二轉換光束142，其中反射後，第一轉換光束132與第二轉換光束142匯聚於一目標區域A。當有部分激發光束112未被轉換時，則第一轉換光束132、第二轉換光束142及未被轉換的激發光束112匯聚於目標區域A。
在本實施例中，照明裝置100更包括一控制單元160，電 性連接至反射式切換元件120，以控制反射式切換元件120切換至第一狀態與第二狀態的時間比例。換言之，可藉由控制單元160來控制照明裝置100所發出的光束的色溫或顏色。控制單元160 可利用硬體(如數位邏輯電路)、軟體或韌體的方式來控制反射式切換元件120。
在本實施例中，第一波長轉換元件130配置於第一子反射罩152的焦點附近，且第二波長轉換元件140配置於第二子反射罩154的焦點附近。在本實施例中，第一子反射罩152與第二子反射罩154例如為橢球面反射罩，因此可將第一轉換光束132、第二轉換光束142及未被轉換的激發光束112匯聚於目標區域A。 然而，在其他實施例中，第一子反射罩152與第二子反射罩154亦可以是拋物面反射罩、自由曲面反射罩或其他適當形狀的反射罩。
在本實施例的照明裝置100中，由於採用了可以切換至第一狀態與第二狀態的反射式切換元件120，因此可在簡單的架構下，達到第一轉換光束132與第二轉換光束142之比例的調整，進而達到發光色溫或發光顏色的調整。當激發光源110只含有一個雷射產生元件(如雷射二極體)時，照明裝置100仍可達到發光色溫或發光顏色的調整。然若需將照明裝置100應用在高亮度的場合時，激發光源110可含有多個雷射產生元件，且這些雷射產生元件的數量可以隨使用需求而增減。另外，本實施例之照明裝置100可以不採用合光元件將多道雷射光束合光於螢光粉上，因此較不會產生體積過大、元件對位精準度要求高、合光元件易過熱進而造成散熱不易而使得螢光粉轉換效率不佳等缺點。
在本實施例中，可將一準直透鏡180或一準直透鏡組配 置於來自激發光源110的激發光束112的傳遞路徑上，以使激發光束112準直地射向反射式切換元件120。此外，在本實施例中，照明裝置100更包括一透光燈罩170，配置於來自反射罩150的第一轉換光束132與第二轉換光束142的傳遞路徑上，或者當激發光束112未被完全吸收時，透光燈罩170亦配置於激發光束112的傳遞路徑上。在本實施例中，照明裝置100可作為車用照明裝置，例如車頭燈，而透光燈罩170則為車頭燈的燈罩。此外，目標區域A例如為路面、前車、建築物、路上的障礙物等所在的區域。
圖3為本發明之另一實施例之照明裝置的架構示意圖。 請參照圖3，本實施例之照明裝置100b與圖1A之照明裝置100類似，而兩者的主要差異如下所述。本實施例之照明裝置100b更包括一第一反射器192及一第二反射器194。當反射式切換元件120切換至第一狀態時，反射式切換元件120將激發光束112反射至第一反射器192，且第一反射器192將激發光束112反射至第一波長轉換元件130。當反射式切換元件120切換至第二狀態時，反射式切換元件120將激發光束112反射至第二反射器194，且第二反射器194將激發光束112反射至第二波長轉換元件140。在本實施例中，第一反射器192與第二反射器194例如為反射鏡或反射稜鏡。
此外，在本實施例中，第一波長轉換元件130與第二波 長轉換元件140配置於反射罩150b的焦點附近。在本實施例中， 反射罩150b例如為橢球面反射罩。然而，在其他實施例中，反射罩150b亦可以是拋物面反射罩、自由曲面反射罩或其他適當形狀的反射罩。
圖4為本發明之又一實施例的照明裝置的架構示意圖。 請參照圖4，本實施例之照明裝置100c與圖1A的照明裝置類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例之照明裝置100c中，反射罩150c具有一開孔156c，且來自激發光源110的激發光束112經由開孔156c傳遞至反射式切換元件120。此外，在本實施例中，反射式切換元件120、第一波長轉換元件130及第二波長轉換元件140均配置於反射罩150c的焦點附近。在本實施例中，反射罩150c例如為橢球面反射罩。然而，在其他實施例中，反射罩150c亦可以是拋物面反射罩、自由曲面反射罩或其他適當形狀的反射罩。
綜上所述，本發明的實施例可以達到下列優點或功效的至少其中之一。在本發明的實施例的照明裝置中，由於採用了可以切換至第一狀態與第二狀態的反射式切換元件，因此可在簡單的架構下，達到第一轉換光束與第二轉換光束之比例的調整，以達到色溫的調整。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題 僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
100‧‧‧照明裝置
110‧‧‧激發光源
112‧‧‧激發光束
120‧‧‧反射式切換元件
130‧‧‧第一波長轉換元件
132‧‧‧第一轉換光束
140‧‧‧第二波長轉換元件
142‧‧‧第二轉換光束
150‧‧‧反射罩
152‧‧‧第一子反射罩
154‧‧‧第二子反射罩
160‧‧‧控制單元
170‧‧‧透光燈罩
180‧‧‧準直透鏡
A‧‧‧目標區域

Claims (14)

  1. 一種照明裝置，包括：一激發光源，發出一激發光束；一反射式切換元件，配置於該激發光束的傳遞路徑上；一第一波長轉換元件；以及一第二波長轉換元件，其中當該反射式切換元件切換至一第一狀態時，該反射式切換元件將該激發光束反射至該第一波長轉換元件，以激發該第一波長轉換元件，發出一第一轉換光束，而當該反射式切換元件切換至一第二狀態時，該反射式切換元件將該激發光束反射至該第二波長轉換元件，以激發該第二波長轉換元件，發出一第二轉換光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，其中該第一波長轉換元件與該第二波長轉換元件各含有螢光粉，且該第一波長轉換元件與該第二波長轉換元件所含有的螢光粉的濃度彼此不相同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，其中該第一波長轉換元件與該第二波長轉換元件分別含有不同材質的螢光粉。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，更包括一反射罩，反射該第一轉換光束及該第二轉換光束的至少其中之一。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的照明裝置，其中該反射罩包括：一第一子反射罩，反射該第一轉換光束；以及 一第二子反射罩，反射該第二轉換光束，其中反射後，該第一轉換光束與該第二轉換光束匯聚於一目標區域。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的照明裝置，其中該第一波長轉換元件配置於該第一子反射罩的焦點附近，且該第二波長轉換元件配置於該第二子反射罩的焦點附近。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，更包括：一第一反射器，其中當該反射式切換元件切換至該第一狀態時，該反射式切換元件將該激發光束反射至該第一反射器，且該第一反射器將該激發光束反射至該第一波長轉換元件；以及一第二反射器，其中當該反射式切換元件切換至該第二狀態時，該反射式切換元件將該激發光束反射至該第二反射器，且該第二反射器將該激發光束反射至該第二波長轉換元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的照明裝置，其中該第一波長轉換元件與該第二波長轉換元件配置於該反射罩的焦點附近。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，其中該反射式切換元件、該第一波長轉換元件及該第二波長轉換元件均配置於該反射罩的焦點附近。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，其中該反射罩具有一開孔，且來自該激發光源的該激發光束經由該開孔傳遞至該反射式切換元件。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，更包括一控制單元，電性連接至該反射式切換元件，以控制該反射式切換元件 切換至該第一狀態與該第二狀態的時間比例。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，其中該激發光源為雷射光源。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，其中該反射式切換元件為微機電系統反射鏡或微機電系統反射鏡陣列。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的照明裝置，更包括一透光燈罩，配置於來自該反射罩的該第一轉換光束與該第二轉換光束的傳遞路徑上。
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