TWI764457B - 照明裝置 - Google Patents
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Abstract
一種照明裝置,具有通訊功能,並包括:一頻率選擇面、一控制電路板,以及至少一發光二極體。頻率選擇面包括至少一第一金屬片和至少一第二金屬片,其中第一金屬片具有一開孔。發光二極體係設置於控制電路板上。
Description
本發明係關於一種照明裝置,特別係關於一種具有通訊功能之照明裝置。
隨著科技演進,未來之路燈裝置(Street Light Device)通常須具有連網功能,以達成智慧化城市之目標。然而,由於路燈內之設計空間往往較侷限,故加入連網相關元件可能會相對困難。因此,有必要提出一種具有通訊功能之照明裝置,以克服傳統技術所面臨之問題。
在較佳實施例中,本發明提出一種照明裝置,包括:一頻率選擇面,包括至少一第一金屬片和至少一第二金屬片,其中該第一金屬片具有一開孔;一控制電路板;以及至少一發光二極體,設置於該控制電路板上。
在一些實施例中,該頻率選擇面涵蓋一中心操作頻率,而該中心操作頻率大致等於28GHz、39GHz,或是60GHz。
在一些實施例中,該第一金屬片係呈現一挖空正方形,而該開孔係呈現一較小正方形。
在一些實施例中,該第一金屬片之一邊緣具有一缺口,而該缺口係與該開孔互相連通,使得該第一金屬片呈現一C字形。
在一些實施例中,該照明裝置更包括:至少一透明鏡片,內嵌於該第一金屬片之該開孔中。
在一些實施例中,該第一金屬片之周長係小於該中心操作頻率之1倍波長。
在一些實施例中,該第二金屬片不具有任何開孔。
在一些實施例中,該第二金屬片係呈現一實心正方形。
在一些實施例中,該第二金屬片之周長係小於該中心操作頻率之1倍波長。
在一些實施例中,該第一金屬片和該第二金屬片之間距係小於該中心操作頻率之0.1倍波長。
在一些實施例中,該照明裝置更包括:一天線元件,鄰近於該頻率選擇面;以及一接地金屬面,其中該天線元件係設置於該頻率選擇面和該接地金屬面之間,或是該頻率選擇面係設置於該天線元件和該接地金屬面之間。
在一些實施例中,該天線元件和該頻率選擇面之間距係小於該中心操作頻率之0.5倍波長。
在一些實施例中,該照明裝置更包括:一接地金屬面;至少一切換元件,選擇性地導通或斷開;以及至少一連接金屬部,其中該第一金屬片係選擇性地經由該連接金屬部和該切換元件耦接至該接地金屬面。
在一些實施例中,該頻率選擇面之該中心操作頻率係藉由控制該切換元件來進行調整。
在一些實施例中,該頻率選擇面之一反射方向係藉由控制該切換元件來進行調整。
在一些實施例中,該第一金屬片之該開孔於該控制電路板上具有一垂直投影,而該發光二極體係完全位於該垂直投影之內部。
在一些實施例中,該頻率選擇面包括複數個第一金屬片和複數個第二金屬片,而該照明裝置包括複數個發光二極體。
在一些實施例中,該等第一金屬片之每一者皆具有一開孔,而該等發光二極體係分別與該等第一金屬片之該等開孔大致互相對齊。
在一些實施例中,該等第一金屬片係大致由該等第二金屬片所包圍。
在一些實施例中,該照明裝置更包括:一透明基板,其中該頻率選擇面係設置於該透明基板上。
在一些實施例中,該照明裝置係實施於一路燈裝置上。
在一些實施例中,該照明裝置更包括:一信號發射源,朝向該頻率選擇面發射一電磁波,其中當該切換元件為導通狀態時,該第一金屬片會接地,使得該電磁波會被該頻率選擇面反射往一第一方向;而當該切換元件為斷開狀態時,該第一金屬片會浮接,使得該電磁波會被該頻率選擇面反射往一第二方向,其中該第二方向係不同於該第一方向。
在一些實施例中,該天線元件係用於產生一電磁波,當該天線元件設置於該頻率選擇面和該接地金屬面之間時,該電磁波之一部份將會穿透該頻率選擇面,而該電磁波之其餘部份則由該頻率選擇面和該接地金屬面所反射。
在一些實施例中,當該頻率選擇面設置於該天線元件和該接地金屬面之間時,該電磁波將由該頻率選擇面和該接地金屬面所反射。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉出本發明之具體實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解,硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式,而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語,故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內,本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題,達到所述基本之技術效果。此外,「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此,若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置,則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置,或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置100之俯視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置100之剖面圖(沿第1A圖之一剖面線LL1)。請一併參考第1A、1B圖。智慧化之照明裝置100可具有通訊功能。例如,照明裝置100可實施於一路燈裝置(Street Light Device)上,但亦不僅限於此。如第1A、1B圖所示,照明裝置100包括:一頻率選擇面(Frequency Selective Surface,FSS)110、一控制電路板(Control Circuit Board)150,以及至少一發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)160。必須理解的是,雖然未顯示於第1A、1B圖中,但照明裝置100更可包括其他元件,例如:一燈座(Light Holder)、一供電模組(Power Supply Module),以及一外殼(Housing)。
頻率選擇面110包括至少一第一金屬片(Metal Piece)120,其中第一金屬片120具有一開孔(Opening)140。例如,第一金屬片120可以大致呈現一挖空正方形,而開孔140則可大致呈現一較小正方形。在另一些實施例中,第一金屬片120及其開孔140之形狀亦可根據不同需求進行調整。頻率選擇面110可涵蓋一中心操作頻率,以實現通訊之功能。例如,前述中心操作頻率可以大致等於28GHz、39GHz,或是60GHz,以對應於5G和WiGig通訊系統,但亦不僅限於此。控制電路板150可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB),或是一軟性電路板(Flexible Circuit Board,FCB)。控制電路板150可用於承載各種電路元件,並提供電力給發光二極體160。發光二極體160係設置於控制電路板150上,其中發光二極體160係與第一金屬片120之開孔140大致互相對齊。亦即,第一金屬片120之開孔140於控制電路板150上具有一垂直投影(Vertical Projection),其中發光二極體160係完全位於開孔140之垂直投影之內部。在此設計下,發光二極體160所產生之光線(如第1B圖中虛線箭號)可穿透過第一金屬片120之開孔140。
以下實施例將介紹頻率選擇面110之各種不同組態(Configuration)。必須理解的是,這些圖式和敘述僅為舉例,而非用於限制本發明之範圍。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一金屬片120之俯視圖。在第2圖之實施例中,照明裝置100更包括一透明鏡片(Transparent Lens)270,其係內嵌於第一金屬片120之開孔140中。在其它實施例中,第一金屬片120亦可以塑膠表面處理金屬電鍍(例如:雷射直接成型Laser Direct Structuring)之方式形成於透明鏡片270上,同時具有開孔140之結構。例如,透明鏡片270可以大致呈現一正方形,以搭配第一金屬片120之開孔140之形狀。透明鏡片270係用於調整發光二極體160之焦距或光線散射程度。在一些實施例中,第一金屬片120之周長L1係小於頻率選擇面110之中心操作頻率之1倍波長(1λ),例如:0.5倍波長(λ/2)或0.25倍波長(λ/4)。
第3A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之第一金屬片320之俯視圖。第一金屬片320可套用至第1圖之頻率選擇面110。在第3A圖之實施例中,第一金屬片320之一邊緣321具有一缺口325,其中此缺口325係與第一金屬片320之一開孔340互相連通,使得第一金屬片320呈現一C字形或一U字形。在一些實施例中,第一金屬片320之周長L2係小於頻率選擇面110之中心操作頻率之1倍波長(1λ),例如:0.5倍波長(λ/2)或0.25倍波長(λ/4)。
第3B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之第一金屬片360之俯視圖。第一金屬片360可套用至第1圖之頻率選擇面110。在第3B圖之實施例中,第一金屬片360具有複數個開孔371、372、373、374,其中該等開孔371、372、373、374之數量並不特別限制。例如,該等開孔371、372、373、374之每一者可大致呈現一小正方形。在另一些實施例中,第一金屬片360及其開孔371、372、373、374之形狀亦可根據不同需求進行調整。發光二極體160可與該等開孔371、372、373、374之任一者大致互相對齊。另外,若照明裝置100包括複數個發光二極體160,則這些二極體160可分別與第一金屬片360之該等開孔371、372、373、374大致互相對齊。在一些實施例中,第一金屬片360之周長L3係小於頻率選擇面110之中心操作頻率之1倍波長(1λ),例如:0.5倍波長(λ/2)或0.25倍波長(λ/4)。
第4A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置400之俯視圖。第4B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置400之剖面圖(沿第4A圖之一剖面線LL2)。請一併參考第4A、4B圖。第4A、4B圖和第1A、1B圖相似。在第4A、4B圖之實施例中,照明裝置400之一頻率選擇面410包括至少一第一金屬片120和至少一第二金屬片430,其中第二金屬片430不具有任何開孔。例如,第二金屬片430可以呈現一實心正方形,且其尺寸可與第一金屬片120之尺寸完全相同。在另一些實施例中,第二金屬片430之形狀亦可根據不同需求進行調整。由於第二金屬片430之等效共振長度(Effective Resonant Length)係與第一金屬片120不同,故第二金屬片430之加入可擴大頻率選擇面410之操作頻寬(Operation Bandwidth)。在一些實施例中,第二金屬片430之周長L4係小於頻率選擇面410之一中心操作頻率之1倍波長(1λ),例如:0.5倍波長(λ/2)或0.25倍波長(λ/4),而第一金屬片120和第二金屬片430之間距D1係小於頻率選擇面410之中心操作頻率之0.1倍波長(λ/10)。必須注意的是,以上周長和間距之範圍係根據多次實驗結果而得出,其有助於最佳化各頻率選擇面之選擇效果。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置500之俯視圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置500之剖面圖(沿第5A圖之一剖面線LL3)。請一併參考第5A、5B圖。第5A、5B圖和第1A、1B圖相似。在第5A、5B圖之實施例中,照明裝置500包括一頻率選擇面510、一控制電路板550,以及複數個發光二極體560,其中該等發光二極體560皆設置於控制電路板550上。頻率選擇面510具有一週期性結構(Periodic Structure)並包括複數個第一金屬片520和複數個第二金屬片530,其中該等第一金屬片520之數量可大於或等於該等發光二極體560之數量。詳細而言,該等第一金屬片520之每一者皆具有一開孔540,而該等發光二極體560係分別與該等第一金屬片520之該等開孔540大致互相對齊,使得該等發光二極體560所產生之光線(如第5B圖中虛線箭號)可穿透過該等第一金屬片520之該等開孔540。在一些實施例中,該等第二金屬片530之組合大致呈現一空心矩形,其中該等第一金屬片520係大致由該等第二金屬片530所包圍。根據實際量測結果,該等第二金屬片530包圍該等第一金屬片520之配置可進一步提升頻率選擇面510之操作頻寬。
第6A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置600之剖面圖。第6A圖和第5B圖相似。在第6A圖之實施例中,照明裝置600包括一頻率選擇面510、一控制電路板550、複數個發光二極體560、一天線元件(Antenna Element)680,以及一接地金屬面(Ground Metal Plane)690。天線元件680之形狀和種類於本發明中並不特別作限制。例如,天線元件680可為一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna),或是一晶片天線(Chip Antenna)。天線元件680係鄰近於頻率選擇面510。必須注意的是,本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如:10mm或更短),但不包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即,前述間距縮短至0)。接地金屬面690可提供一接地電位(Ground Voltage)。天線元件680係設置於頻率選擇面510和接地金屬面690之間。天線元件680可用於產生電磁波(Electromagnetic Waves),其中前述電磁波可以部份穿透頻率選擇面510,且部份由頻率選擇面510和接地金屬面690所反射。在頻率選擇面510之中心操作頻率內,天線元件680之電磁波可因頻率選擇面510而產生建設性干涉(Constructive Interference),從而可提升天線元件680之整體增益(Gain)。為了強化建設性干涉,天線元件680和頻率選擇面510之間距D2可小於頻率選擇面510之中心操作頻率之0.5倍波長(λ/2),例如:0.25倍波長(λ/4)。
第6B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置650之剖面圖。第6B圖和第6A圖相似。在第6B圖之實施例之照明裝置650中,頻率選擇面510係改為設置於天線元件680和接地金屬面690之間,使得天線元件680之電磁波可由頻率選擇面510和接地金屬面690所反射。相似地,在頻率選擇面510之中心操作頻率內,天線元件680之電磁波亦可因頻率選擇面510而產生建設性干涉,從而可提升天線元件680之整體增益。為了強化建設性干涉,天線元件680和頻率選擇面510之間距D3可小於頻率選擇面510之中心操作頻率之0.5倍波長(λ/2),例如:0.25倍波長(λ/4)。
第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置700之剖面圖。第7圖和第5B圖相似。在第7圖之實施例中,照明裝置700更包括一透明基板750,其中一頻率選擇面710之複數個第一金屬片520和複數個第二金屬片530皆設置於透明基板750上。例如,透明基板750可由聚碳酸酯材質(Polycarbonate)所製成。必須注意的是,透明基板750不會阻擋由複數個發光二極體560所產生之光線,也不會干擾任何電磁波之傳遞,故其可作為頻率選擇面710之一良好承載體。
第8圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置800之剖面圖。在第8圖之實施例中,照明裝置800包括一頻率選擇面810、一控制電路板550、至少一發光二極體560、一透明基板750、一接地金屬面690、一切換元件(Switch Element)860,以及一連接金屬部(Connection Metal Element)870。頻率選擇面810包括至少一第一金屬片520,其中第一金屬片520具有一開孔540。第一金屬片520係設置於透明基板750上。發光二極體560係設置於控制電路板550上,而控制電路板550係設置於接地金屬面690上,其中發光二極體560所產生之光線(如第8圖中虛線箭號)可穿透過透明基板750和第一金屬片520之開孔540。連接金屬部870可為一貫通元件(Via Element)、一頂針(Pogo Pin),或是一金屬彈片(Metal Spring),但亦不僅限於此。連接金屬部870和切換元件860可貫穿透明基板750和控制電路板550,其中連接金屬部870係耦接於第一金屬片520和切換元件860之間,而切換元件860係耦接至接地金屬面690。詳細而言,切換元件860係根據一控制信號來選擇性地導通(Closed)或斷開(Open),使得第一金屬片520可選擇性地經由連接金屬部870和切換元件860耦接至接地金屬面690。前述之控制信號可由一處理器(Processor)根據一使用者輸入來產生。在一些實施例中,頻率選擇面810之一中心操作頻率可藉由控制切換元件860來進行調整,除了可以擴大頻率選擇面810之操作頻寬,也可以藉由操作頻率之改變,使得頻率選擇面810具有不同電磁反射特性。必須注意的是,第8圖之切換元件860和連接金屬部870之設計亦可套用至前述每一實施例之頻率選擇面之任一第一金屬片或第二金屬片。
第9圖係顯示根據本發明一實施例所述之頻率選擇面910之示意圖,其中頻率選擇面910包括第8圖之切換元件860和連接金屬部870(未顯示)。一信號發射源,例如:以一天線元件980來實現,其係朝頻率選擇面910發射電磁波。若切換元件860為導通狀態,則頻率選擇面910之一或複數個第一金屬片520會接地(Grounded),使得天線元件980之電磁波會被頻率選擇面910反射往一第一方向991;反之,若切換元件860為斷開狀態,則頻率選擇面910之一或複數個第一金屬片520會浮接(Floating),使得天線元件980之電磁波會被頻率選擇面910反射往一第二方向992,其係異於前述之第一方向991。亦即,頻率選擇面910之一反射方向可藉由控制切換元件680來進行調整。
本發明提出一種新穎之照明裝置,其整合頻率選擇面和發光二極體,以同時提供通訊及照明之功能。大致而言,本發明至少具有小尺寸、高天線增益,以及美化外觀等優勢,故其很適合應用於各種各式之通訊或照明裝置當中。
值得注意的是,以上所述之元件尺寸、元件形狀,以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之照明裝置並不僅限於第1-9圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-9圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之,並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之照明裝置結構當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數,例如「第一」、「第二」、「第三」等等,彼此之間並沒有順序上的先後關係,其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,400,500,600,650,700,800:照明裝置
110,410,510,710,810,910:頻率選擇面
120,320,360,520:第一金屬片
140,340,371,372,373,374,540:第一金屬片之開孔
150,550:控制電路板
160,560:發光二極體
270:透明鏡片
321:第一金屬片之邊緣
325:第一金屬片之缺口
430,530:第二金屬片
680,980:天線元件
690:接地金屬面
750:透明基板
860:切換元件
870:連接金屬部
991:第一方向
992:第二方向
D1,D2,D3:間距
L1,L2,L3,L4:周長
LL1,LL2,LL3:剖面線
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置之俯視圖。
第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一金屬片之俯視圖。
第3A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之第一金屬片之俯視圖。
第3B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之第一金屬片之俯視圖。
第4A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置之俯視圖。
第4B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置之俯視圖。
第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第6A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第6B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第8圖係顯示根據本發明另一實施例所述之照明裝置之剖面圖。
第9圖係顯示根據本發明一實施例所述之頻率選擇面之示意圖。
100:照明裝置
110:頻率選擇面
120:第一金屬片
140:第一金屬片之開孔
150:控制電路板
160:發光二極體
Claims (23)
- 一種照明裝置,包括:一頻率選擇面,包括至少一第一金屬片和至少一第二金屬片,其中該第一金屬片具有一開孔;一控制電路板;以及至少一發光二極體,設置於該控制電路板上;其中該第一金屬片之該開孔於該控制電路板上具有一垂直投影,而該發光二極體係完全位於該垂直投影之內部。
- 如請求項1所述之照明裝置,其中該頻率選擇面涵蓋一中心操作頻率,而該中心操作頻率大致等於28GHz、39GHz,或是60GHz。
- 如請求項1所述之照明裝置,其中該第一金屬片係呈現一挖空正方形,而該開孔係呈現一較小正方形。
- 如請求項1所述之照明裝置,其中該第一金屬片之一邊緣具有一缺口,而該缺口係與該開孔互相連通,使得該第一金屬片呈現一C字形。
- 如請求項1所述之照明裝置,更包括:至少一透明鏡片,內嵌於該第一金屬片之該開孔中。
- 如請求項2所述之照明裝置,其中該第一金屬片之周長係小於該中心操作頻率之1倍波長。
- 如請求項2所述之照明裝置,其中該第二金屬片不具有任何開孔。
- 如請求項7所述之照明裝置,其中該第二金屬片係呈現一實心正方形。
- 如請求項7所述之照明裝置,其中該第二金屬片之周長係小於該中心操作頻率之1倍波長。
- 如請求項7所述之照明裝置,其中該第一金屬片和該第二金屬片之間距係小於該中心操作頻率之0.1倍波長。
- 如請求項2所述之照明裝置,更包括:一天線元件,鄰近於該頻率選擇面;以及一接地金屬面,其中該天線元件係設置於該頻率選擇面和該接地金屬面之間,或是該頻率選擇面係設置於該天線元件和該接地金屬面之間。
- 如請求項11所述之照明裝置,其中該天線元件和該頻率選擇面之間距係小於該中心操作頻率之0.5倍波長。
- 如請求項1所述之照明裝置,更包括:一接地金屬面;至少一切換元件,選擇性地導通或斷開;以及至少一連接金屬部,其中該第一金屬片係選擇性地經由該連接金屬部和該切換元件耦接至該接地金屬面。
- 如請求項13所述之照明裝置,其中該頻率選擇面之該中心操作頻率係藉由控制該切換元件來進行調整。
- 如請求項13所述之照明裝置,其中該頻率選擇面之一反射方向係藉由控制該切換元件來進行調整。
- 如請求項1所述之照明裝置,其中該頻率選擇面包括複數個第一金屬片和複數個第二金屬片,而該照明裝置包括複數個發光二極體。
- 如請求項16所述之照明裝置,其中該等第一金屬片之每一者皆具有一開孔,而該等發光二極體係分別與該等第一金屬片之該等開孔大致互相對齊。
- 如請求項16所述之照明裝置,其中該等第一金屬片係大致由該等第二金屬片所包圍。
- 如請求項1所述之照明裝置,更包括:一透明基板,其中該頻率選擇面係設置於該透明基板上。
- 如請求項1所述之照明裝置,其中該照明裝置係實施於一路燈裝置上。
- 如請求項15所述之照明裝置,更包括:一信號發射源,朝向該頻率選擇面發射一電磁波,其中當該切換元件為導通狀態時,該第一金屬片會接地,使得該電磁波會被該頻率選擇面反射往一第一方向;而當該切換元件為斷開狀態時,該第一金屬片會浮接,使得該電磁波會被該頻率選擇面反射往一第二方向,其中該第二方向係不同於該第一方向。
- 如請求項11所述之照明裝置,其中該天線元件係用於產生一電磁波,當該天線元件設置於該頻率選擇面和該接地金屬面之間時,該電磁波之一部份將會穿透該頻率選擇面,而該電磁波之其餘部份則由該頻率選擇面和該接地金屬面所反射。
- 如請求項11所述之照明裝置,其中當該頻率選擇面設置於該天線元件和該接地金屬面之間時,該電磁波將由該頻率選擇面和該接地金屬面所反射。
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