TWI817157B - 可控制光束輸出方向的光學腔 - Google Patents

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Abstract

本發明的光學腔是由透明件、連接件及透明基板或另一個透明件密封包覆而成，內部填充透明流體，外部配置電子傳感與執行配件，並透過該電子執行配件或透過連接件的移動件調整表面狀態、光學腔的位置與傾角，調整光束輸出方向與焦距，複數光學腔透過串接或陣列組合為可控集光器，能輸出一個以上可控匯聚光束或指向性光束，能支援遠距照明、加熱、光能與訊號傳輸、提高發電量、天氣控制等各種光能應用；有設計可調節內部溫度壓力以適應極高功率與極端環境的方案；有設計透過生物技術實現相同結構與功能的態樣。

Description

可控制光束輸出方向的光學腔
本發明係有關一種可將光束的輸出方向及焦距導引至指定位置的光學腔，與由光學腔組成的可控集光器，及其應用。
習知技術的光束收集元件，如台灣專利公告第M304644專利所揭露的，一般係為大面積的集光板提供聚光功能，其材質為玻璃或壓克力，該集光板是由複數個可聚光的集光片排列組成，且每一集光片是對應於該太陽能晶片，使每一太陽能晶片能透過各集光片以高效率聚收太陽光能源，以對太陽能電池提供高能量密度的光線。然習知技術的集光板平面必須精準向日，才得以將光能傳輸至該太陽能晶片，且集光板平面向日時必須透過機械裝置擺動該大面積的集光板，難以避免機械故障風險與相鄰設備之間的遮陰問題，無法在靜態安裝條件下控制光束的輸出方向到應用位置，亦無法有效將太陽能的光伏頻段與光熱頻段在空間上分開並各別集中，以利光能與熱能同時利用並降低技術成本與干擾以提升發電效率與應用靈活度。
另種光束收集元件，如台灣專利公告第I400485專利所揭露的，用以收集一外部光線的稜鏡陣列，包括一第一集光稜鏡組。該第一集光稜鏡組，包括一第一導光稜鏡以及至少一第一反射稜鏡。第一導光稜鏡包括一第一進光面、一第一反光面、一第一集光面、一第一輸光面以及一第一出光面，其中，該外部光線從該第一集光面進入該第一導光稜鏡，被該第一反光面所反射朝向一第一方向，而從該第一出光面離開該第一導光稜鏡。第一反射稜鏡鄰接該第一出光面，其中，該第一反射稜鏡從該第一出光面接收該外部光線，並反射該 外部光線成為一第一光束，該第一光束朝向一第二方向輸出；該種習知的稜鏡陣列用於將日光收集做為室內照明、太陽能電池與其他類型應用之用，也可用於收集其他光源。然，該種習知集光稜鏡組雖可將光束朝向一第二方向輸出，雖可經由調整該集光稜鏡組的擺放位置來調整光束朝該第二方向的輸出位置，但由外部光線與輸出光束的夾角係為固定，仍無法依使用者所需調整光束輸出至指定位置，亦無法有效將太陽能的光伏頻段與光熱頻段在空間上分開並各別集中，以利光能與熱能同時利用並降低技術成本與干擾以提升發電效率與應用靈活度。
有鑑於此，本發明提供一種可將光束的輸出方向導引至指定應用位置的光學腔及由複數光學腔組合的可控集光器，為其主要目的者。
為達上揭目的，本發明的光學腔至少包括：至少一透明基板，具有相對的第一、第二表面；至少一透明件，具有相對的第三、第四表面以及一邊緣；至少一連接件，連接於透明件與透明基板之間，或透明件與透明件之間，或透明基板與透明基板之間；該連接件為移動件及/或支架，使連接物件之間進行墊高固定或可移動與擺向；該光學腔由透明基板與透明件及連接件密封包覆而成，或該光學腔也可由兩個透明件與連接件密封包覆而成；該光學腔形狀種類為圓形、多邊形、長條形等，且內部填充透明流體。
該移動件包括但不限為以下一項或多項的態樣或其他的態樣如：彈性軟膜結構、可撓性軟膜結構、伸縮件、旋轉件、軸承、滑動件、電致活性聚合物等，使光學腔之間可沿規定方向伸縮移動、旋轉移動、擺向移動、滑動等，也使光學腔本身尤其透明件的部分可以改變擺向或曲面狀態；該彈性軟膜結構或可撓性軟膜結構，可自身設置輔助活動預留結構或配置於支架上； 該輔助活動預留結構即於該彈性軟膜結構或可撓性軟膜結構進一步預先彎曲或折疊出預留高度、長度與活動空間；該伸縮件包含但不限於以下種類態樣如：氣球伸縮胞、折疊伸縮胞、或其他氣動、液壓、電動、機械、壓電伸縮元件、電活性聚合物等樣式種類繁多不在此限。
在一較佳態樣中，該連接件與該第二表面或該第三表面的連接處或該支架上或支架與移動件的連接處，有設置至少一處未密封區域，該未密封區域是常開通道或常閉縫隙或專設外接口，連通於複數光學腔之間或該光學腔與外部之間，使其有需要時能流通。
該透明件是具備延展性的彈性軟膜結構或可撓性軟膜結構，或電活性聚合物或薄型板件結構等，相接於、或覆蓋於、或黏著於該連接件上；該薄型板件結構為平面結構的薄板，或該薄型板件結構為具曲面結構的薄板或透鏡，或該薄型板件結構可為具有鋸齒紋路曲面微結構的菲涅爾鏡片。
至少一電子傳感與執行配件，依附於該光學腔或其他結構上，或配置於該透明基板的該第一表面或該第二表面，與該透明件的該第四表面或該第三表面，或未密封區域如常開通道或常閉縫隙或專設外接口等位置，且透明或微型化或接近透明為佳，透過多層列印技術或圖案化薄膜技術將電路與元件製作於表面上，該電子傳感與執行配件包括但不限為以下一項或多項的態樣或其他的態樣如：電容電極、電感線圈、電阻、感光元件或訊號加載元件，且排佈為陣列、環狀或其他排佈方式；電容與電感能透過電場或電磁力執行調整透明件擺向與曲面姿態，或進一步參與訊號加載技術，或控制未密封區域的開關狀態，或進一步用來感應透明件擺向與曲面狀態；電阻能加熱防止起霧或維持液體液態溫度；感光元件排成平面陣列時，能感應光束經過時座標與方向情 況，感光元件的陣列包含感光方向皆相同或若干組感光方向的態樣等；該訊號加載模組包含但不限為液晶模組、電漿模組、壓電模組、偏振模組、電活性聚合物等任何可以控制光學特性的元件。
複數光學腔透過串接組合或陣列組合為可控集光器；該透明基板，或該透明件，皆可排列單層或重複排列多層，各層透明基板之間或各層透明件之間利用連接件使彼此進行固定與連接或可移動與擺向的態樣，使同層與各層的該光學腔之間，依規定位置、數量、大小、傾角、間距排列設置或可進一部移動調整、變形等，態樣種類變化繁多包含但不限於一種或多種以下態樣或其他種類態樣如：某層透明基板為單純平板結構的態樣、某層透明基板呈現多面立體結構或多面立體結構陣列的態樣、某層透明基板劃分出複數自由獨立移動區域的態樣、某層基板可自由獨立移動的態樣、最外層的透明基板可做為封裝用途的上、下封裝透明基板，使整體密封後成為內部光學腔的抗侯封裝架構等。
該專設外接口可裝卸高、低壓外接導管，可提供流體進出該光學腔或該上、下封裝透明基板內部的各層基板之間的空間中，調控溫度與壓力、循環或替換流體等。
在一較佳態樣中，有設置至少一組高、低壓導配管，配置於該支架內部或作為該支架，或配置於該連接件表面上，以執行更快速且低干擾的循環等。
在一較佳態樣中，該高、低壓導配管有設置至少一小微孔、小微管或瓣膜扁管，導向該光學腔或伸縮件等，能協助調控壓力與伸縮狀態。
在一較佳態樣中，該高、低壓導配管內、該小微孔上或小微管 上有設置控流閥，該控流閥係包括但不限於瓣膜扁管、瓣膜塞、電磁機械控流閥、電活性聚合物等。
在一較佳態樣中，該瓣膜扁管或瓣膜塞進一步有設置或無設置電容電極或電感線圈，使其與電磁機械控流閥一樣成為可控的控流閥，以電場或磁場執行開關狀態。
在一較佳態樣中，部分該光學腔的第一或第四表面可鍍上各式光學薄膜作為特殊光學元件，該光學薄膜種類包含但不限於濾波膜、半透膜、反射膜、多能階膜等，或該特殊光學元件直接採用或不採用傳統反光鏡或其他光學元件；該反光鏡態樣包含但不限於平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等。
可控集光器，可以在廣大應用空間中多個使用位置與多種使用項目與裝置之間依指令移動各光學腔的輸出光束的方位，成為一個以上的匯聚光束，並能分配該匯聚光束的組成數量與匯聚光能強弱；匯聚光束經再集中為指向性光束後，可大幅提高應用距離；當系統配合裝設攝像鏡頭及電腦視覺技術或與資料鏈構聯時，也能於動態的目標位置上移動匯聚光束或指向性光束以進行追蹤。
可控集光器可應用於太陽能產業上，可以廉價的把光能與熱能分開在不同位置上聚焦，能使光伏發電裝置與光熱發電裝置在不干擾的情況下同時發電，同時收穫2種發電裝置的產能，且維持各自發電系統最高的發電效率，且採用聚光模式發電能進一步提升發電轉換效率、減少光伏發電模組使用面積，卻不倚賴追日系統可消除機械故障風險。
可控集光器可切割大型物件，例如切割岩石、建物、隧道與地下空間、改造地形等，或加熱砂石等廉價素材為熔岩灌注模板後再冷卻實現鑄 造、建造等，也支援指向性光束通訊、光束探測或光束能源傳輸等；設置該反射膜時，可以將匯聚光束或指向性光束投射往更寬廣的範圍，支援部分航天活動。
在一較佳的態樣中，該可控及光器的整個結構與機械系統改由生物科技結構與系統實現，包含利用生物技術、基因技術、細胞技術等，參照該可控集光器結構及類似變色龍表皮細胞運作機制，製造出人造細胞與組織平面陣列所組成的可控集光器，人造細胞與組織平面陣列可以依附於透明基板上或抗候封裝內部，透明基板可以有分泌營養液或培養基的細微孔洞。
在一較佳的態樣中，將人造光學腔細胞或類似眼球水晶體與睫狀肌的結構排列於人造細胞與組織平面陣列上，並受電極或電子訊號佈線或布置神經細胞進行控制，控制光學腔細胞或水晶體變形，達到個別控制光線輸出方向甚至共同匯聚光線的目的。
在一較佳的態樣中，進一步可由維管束細胞或血液循環系統實現，進行物資輸送與溫度控制；可由光合作用細胞或色素細胞設置於最表層或與光學腔細胞按比例交叉設置，提供運作能源，可具有受控調整受光面積與變形的能力，調整系統透光性或控制反射光線輸出方向與匯聚的功能；其他支持細胞與組織包含但不限於：可由表皮組織防止異物入侵與控制水分蒸散、可由幹細胞或增生組織負責自動修護與可控自動生長來擴大規模、甚至該透明基板可以由細胞組織增生時一併透過生物代謝合成、各種已知血球的運作等。
可控制光束輸出方向的光學腔或光學腔組成的可控集光器或抗侯封裝架構等，其架設型式包含但不限於以下態樣如：直接延展鋪設於、取代為、架設成各式屋頂、或架設於相對高處的靜態位置上、或搭設成多面立體架 構、或架設於移動裝置或移動支架上、或架設於滯空平台或滯空載具上；該移動裝置或移動支架至少包含但不限於設有以下任一項或多項或其他裝置如：支架、光源向量傳感器、移動件等，使動態平台可以移動追日或提升輸出範圍；該滯空平台或滯空載具為熱氣滯空平台如熱氣球與氦氣載具等、機械滯空平台如：戴森球與太空電梯等、軌道滯空平台如衛星與空間站等、或動力滯空平台如無人機等。
在一較佳態樣中，進一步設有複數光導管，該複數光導管的受光端集中排列在一個以上光學腔的輸出側，該複數光導管的終端分別連通至複數光線無法直接到達的遮蔽位置或輸出方向，各光學腔或光學腔串連組成的各鏡組的輸出光束可依指令移動光束對任意該複數光導管進行授光；該受光端與該終端係分別以固定位置的架設形式或裝置於移動裝置或移動支架上成為可移動的架設型式。
在一較佳態樣中，該複數光導管的複數終端進一步配置特殊光學元件如可調反射鏡或柔光結構或散光結構，以調整終端光線輸出方式。
T1:基準方向
1:透明基板
11:第一表面
12:第二表面
2:透明件
2B:連接件
2C:連接處
201:軟膜結構
202:薄型板件結構
21:第三表面
22:第四表面
23:邊緣
25:未密封區域
3:光學腔
31:氣球伸縮胞
32:折疊伸縮胞
4:透明流體
5:電子傳感與執行配件
71:支架
第1圖係為本發明中光學腔第一實施例的結構示意圖；第2圖係為本發明中光學腔第一實施例的使用示意圖；第3圖係為本發明中光學腔第二實施例的結構示意圖；第4圖係為本發明中光學腔第三實施例的結構示意圖；第5圖係為本發明中光學腔第四實施例的結構示意圖；第6圖係為本發明中光學腔第五實施例的結構示意圖；第7圖係為本發明中光學腔第六實施例的結構示意圖； 第8圖係為本發明中光學腔第七實施例的結構示意圖；第9圖係為本發明中光學腔第八實施例的結構示意圖；第10圖係為本發明中電子傳感與執行配件的位置示意圖；第11圖係為本發明中光學腔第九實施例的結構示意圖；以及第12圖係為本發明中光學腔第十實施例的結構示意圖。
為利 貴審查員瞭解本創作的技術特徵、內容與優點及其所能達成的功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例的表達形式詳細說明如下，而其中所使用的圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後的真實比例與精準配置，故不應就所附的圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖所示為本發明中光學腔第一實施例的結構示意圖所示。本發明的光學腔3至少包括：一透明基板1具有相對的第一、第二表面11、12。
一透明件2具有相對的第三、第四表面21、22及邊緣23。
一連接件2B配置於該透明基板1與該透明件2之間、或該複數透明基板1之間、或該複數透明件2之間，使物件彼此固定與連接起來，連接處2C其固定方式可以用加熱、上膠黏合、超音波加壓、固鎖件等方式。
一光學腔3由該第二表面12、該透明件2及該連接件2B所圍成的空間，或是同時參考第12圖所示，該光學腔3由複數透明件2及該連接件2B所圍成的空間，該光學腔3內並填充透明流體4，又同時參考第7、8、9、10圖所示，該光學腔3可以有各種形狀種類包括但不限於圓形、多 邊形、長條形等，同一層相鄰光學腔3之間的該連接處2C上設有至少一未密封區域25，讓複數個光學腔3彼此相通，該複數連接處2C係為條狀結構，亦可以為點狀結構。
一電子傳感與執行配件5是配置於該第一、第二表面11、12或該第三、第四表面21、22上，或同時參考第10圖所示，該電子傳感與執行配件5配置於未密封區域25等位置，未密封區域25結構態樣如常開通道或常閉縫隙或專設外接口。
該電子傳感與執行配件5可以為近乎透明、多層結構且極薄或極細的電路，透過列印或鍍膜工藝技術實現，或額外安裝，其包含但不限定為電容電極、電感線圈、電阻、感光元件的陣列、訊號加載元件或電活性聚合物等。
其中，電容與電感能透過電場或電磁力執行調整透明件2或透明流體4擺向與曲面姿態，或控制透明件2或光學腔3或透明流體4等有電活性聚合物的構造上更明顯的運動反應，或進一步參與通訊訊號加載技術，或控制未密封區域的結構的開關狀態，或進一步用來感應透明件擺向與曲面狀態。
其中，電阻能加熱防止起霧或維持液體液態溫度。
其中，感光元件排成平面陣列時，使其能感應光束經過時的座標範圍，或接收來源光束上加載的通訊訊號等。
其中，感光元件的陣列包含感光方向皆相同或若干組(至少3組)不同感光方向的元件，即於該感光元件陣列周圍或某處設置面向三種以上不同方向的感光元件；或該感光元件陣列本身的每一個微小區域內設 置三種以上不同方向的感光元件，可依各方向的感光元件功率差異換算光源的入射方向或光束輸出方向。
其中，訊號加載元件，透過改變光源光學特性來完成光束的訊號加載，舉凡透過明暗變化、相位變化、頻譜變化、偏振變化、投射位置或聚焦位置變化等手段，該訊號加載模組包含但不限於液晶模組、壓電模組、偏振模組等。
其中，該電活性聚合物，可以是在透明件2上的一薄層，或是整個光學腔本身就構成電活性聚合物，透過電場能改變光學腔形狀，並控制光束輸出方向與聚焦，也能參與訊號加載的應用。
同時參考第2、3、4、5、6、11、12圖，該連接件2B可為移動件或支架71，該移動件包含但不限於彈性軟膜結構201或可撓性軟膜結構201，且設有輔助活動預留結構，態樣為預留高度或長度且如同氣球具伸縮彈性、或折疊可伸縮的結構；該移動件也包含但不限於伸縮件、旋轉件、軸承、滑動件、電活性聚合物等；該伸縮件包含但不限於以下種類態樣如：氣球伸縮胞31、折疊伸縮胞32、或其他氣動、液壓、電動、機械、壓電伸縮元件、電活性聚合物等樣式種類繁多不在此限；利用該移動件可讓該透明件2或光學腔3可以執行擺動與移動或形變。
如第2圖及第3圖所示，光束可經由一基準方向T1與涵蓋90度夾角以內的範圍進入該光學腔3，再由該透明件2的該第四表面22輸出。
當欲改變光束輸出路徑時，透過電子傳感與執行配件5，或移動件等，對該透明件2或透明流體4施力使其改變擺動方向、角度或表面曲面弧 度等形變，也可調整光學腔3或透明流體4傾角或位置，進而調整光學腔3的光束輸出效果，使光束的輸出方向與焦聚導引至任何指定位置。
該透明件2可以是具備延展性的彈性軟膜結構201、可撓性軟膜結構201或是電活性聚合物，可讓該透明件2受力後可形成彎曲或延展等形變，該透明件2可形成由預設平面態樣變至凹陷、凸出或傾斜等構型，受力消失時透過材料彈性或施力變回平面態樣。
如第4、5、12圖所示，該透明件2可為薄型板件結構，該薄型板件結構為平面結構的薄板，或該薄型板件結構為具曲面結構的薄板或透鏡，或該薄型板件結構可為具有鋸齒紋路曲面微結構的菲涅爾鏡片，並且相接於、或覆蓋於、或黏著於該連接件2B上。
在需要溫度與壓力控制的情況時，上述各實施例中可進一步於該未密封區域25或該支架71往外表面的方向上設置至少一個專設外接口，該專設外接口上設有可裝卸的高、低壓外接導管或可裝卸的密封帽蓋，該外接導管可提供液體進出該光學腔3，以便進行溫控循環或壓力控制等。
在一較佳的態樣中，設置至少一條導配管，或設置至少一組高、低壓導配管，配置於該支架內部或作為該支架的一部份，或配置於該連接件2B的表面上，直接相接於、或透過專設外接口接相接於外接導管，以執行更快速且低干擾的循環等。
在一較佳的態樣中，該高、低壓導配管設置至少一小微孔、小微管或瓣膜扁管，導向該光學腔3或伸縮件等，能協助調控壓力與伸縮狀態。
在一較佳的態樣中，該高、低壓導配管內、該小微孔上或小微管上有設置或無設置控流閥，該控流閥係包括但不限於瓣膜扁管、瓣膜塞、電磁機械控流閥、電活性聚合物等，該瓣膜扁管或瓣膜塞可進一步設置電容電極或電感線圈，使其與電磁機械控流閥或電活性聚合物等一樣成為可控的控流閥。
在一較佳的態樣中，部分該光學腔3的第一或第四表面11、22鍍上各式光學薄膜作為特殊光學元件，該光學薄膜種類包含但不限於濾波膜、半透膜、反射膜、多能階膜等，或該特殊光學元件為採用傳統反光鏡或其他光學元件，態樣包含但不限於平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等。
如第6、7、8、9、10、11、12圖所示，複數光學腔3透過串接組合或陣列組合為可控集光器，該透明基板1，或該透明件2，皆可排列單層或重複排列多層，各層透明基板1之間或各層透明件2之間利用該連接件2B使彼此進行固定與連接或可移動與擺向的態樣，使同層與各層的該光學腔3之間，依規定位置、數量、大小、傾角、間距排列設置或可進一部移動調整、變形等，態樣種類變化繁多包含但不限於一種或多種以下態樣或其他種類態樣如：某層透明基板1為單純平面結構的態樣、某層透明基板呈現多面立體結構或多面立體結構陣列的態樣(圖未示)、某層透明基板劃分出複數自由獨立移動區域的態樣(圖未示)、某層基板可自由獨立移動的態樣(圖未示)，也包含最外層的透明基板可做為封裝用途的上、下封裝透明基板(圖未示)，使整體密封後做為內部光學腔的抗侯封裝架構等。
如第10圖所示，該電子傳感與執行配件5至少包含三個相對 位於該光學腔的均分位置上，該電子傳感與執行配件5的範圍大小、形狀、位置、數量不限於第10圖所示的情形，亦可以為其他形狀、陣列排佈、環狀排布、排滿或其他排布方式，且各層的電子傳感與執行配件5的位置、大小、形狀、數量非限定為相同，詳細結構可進一步包含依序堆疊的圖案層、絕緣層、以及佈線層，依製作電路的需要與複雜度可反覆堆疊各層數層，該電子傳感與執行配件5利用該佈線層相互連接或導引至鏡片外圍所設的引線接觸點(圖未示)透過外部引線(圖未示)與外部驅動電路(圖未示)連接。
在一較佳態樣中，該透明流體4或透明件2內部可以含有或不含有特殊分子，可受電磁場誘導改變內部分子的結構與應力，加速加大透明流體4或透明件2的型變效應，是一種電活性聚合物的結構，且透過電子傳感與執行配件5的電容電極或電感線圈陣列化的分布或環狀排布，透明件2各座標可以個別產生控制的電磁場，控制各座標應力大小與彎曲方向，使曲面達到更精細多變的控制。
在一較佳態樣中，該電容與電感可透過RC、LC等震盪電路的震盪頻率變化或小信號電壓、電流的相位等情形來偵測電極板之間或電感線圈之間的距離，換算出透明件2與光學腔3各點厚度及角度方向。
在一較佳態樣中，該電容與電感可透過小信號調整光束輸出方向或焦距位置的顫動或調整光學腔的駐波特性等作為光束加載訊號的手段之一。
本發明利用光學腔3對液體直接包覆於控制系統內，當無氣對液邊界或液對液邊界時穩定性較高，可承受光學腔傾斜，震動，劇烈加 減速等特殊活動環境，並且容易於任何異常情況下校正光學腔壓力與液體含量，阻止任何形式的液體位置故障，如蒸發、內表面冷凝或沾黏、無複數流體間混溶與乳化的風險。
在一較佳態樣中，裝設有特殊光學元件，如該光學腔3的表面可以鍍上各種光學薄膜，光學薄膜包括但不限於濾波膜、半透膜、反射膜、多能階膜等，或採用傳統反光鏡或其他光學元件，該反光鏡態樣包含但不限於平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等，可以使匯聚光束或指向性光束更方便的透射到較大的範圍上，並可調整光束焦距或集中性。
在一較佳的態樣中，該可控集光器中，平面的光學腔3陣列的輸出側可以匯聚一個以上的匯聚光束，透過變成凹面的光學腔3或變成凸面的反射膜或反射鏡將匯聚光束經過再集中變為指向性光束，可以大幅提高傳輸距離，當然，負責再集中輸出的關鍵部件可以透過裝設移動件如改變座標的滑動件或改變傾角的軸承、轉動件、伸縮件等，使關鍵部件可以自由移動與改變角度。
當系統配合裝設攝像鏡頭及電腦視覺技術或與資料鏈構聯時，也能於動態的目標位置上移動匯聚光束或指向性光束以進行追蹤，並可應用於切割大型物件，例如切割岩石、建物、隧道與地下空間、改造地形等，或加熱砂石等廉價素材為熔岩灌注模板後再冷卻實現鑄造、3D列印建造、建築修補與強化等，也支援指向性光束通訊、光束探測或光束能源傳輸等，其中，設置該反射膜時，可以將匯聚光束或指向性光束投射往更寬廣的範圍，支援部分航天活動。
在一較佳的態樣中，整個機械系統改由生物科技系統實 現，包含利用生物技術、基因技術、細胞技術等，參照該可控集光器結構及類似變色龍表皮細胞運作機制，製造出人造細胞與組織平面陣列所組成的可控集光器，人造細胞與組織平面陣列可以依附於透明基板上或抗候封裝內部，透明基板可以有分泌營養液或培養基的細微孔洞。
在一較佳的態樣中，至少有光學腔細胞或類似眼球水晶體與睫狀肌的結構排列於人造細胞與組織平面陣列上，並受電極或電子訊號佈線或布置神經細胞進行控制，控制光學腔細胞或水晶體變形，達到個別控制光線輸出方向甚至共同匯聚光線的目的。
在其他較佳的支持態樣中有：由維管束細胞或血液循環系統進行物資輸送與溫度控制；可由光合作用細胞或色素細胞設置於最表層或與光學腔細胞按比例交叉設置，提供運作能源，可具有受控調整該細胞受光面積與變形的能力，進行調整透光性或控制反射光線輸出方向的功能；可由表皮組織防止異物入侵與控制水分蒸散；可由幹細胞或增生組織負責修護與可控生長，並使其在可控的情況下自動修復與生長擴大規模，甚至該透明基板可以由細胞組織增生時一併透過生物代謝合成。
如上述可控制光束輸出方向的光學腔或光學腔組成的可控集光器或抗侯封裝架構等，其架設型式包含但不限於以下態樣如：直接延展鋪設於、取代為、架設成各式屋頂、或架設於相對高處的靜態位置上、或搭設成多面立體架構、或架設於移動裝置或移動支架上、或架設於滯空平台或滯空載具上，其中，該移動裝置或移動支架至少包含但不限於設有以下任一項或多項或其他裝置如：支架、光源向量傳感器、移動件等，使動態平台可以移動追日或提升輸出範圍，其中，該滯空平台或滯空載具為 熱氣滯空平台如熱氣球與氦氣載具或其平台等、機械滯空平台如：戴森球與太空電梯等、軌道滯空平台如：衛星與空間站等、或動力滯空平台如無人機等。
上述各種架設方式的實施例中，進一步設有複數光導管，該複數光導管的受光端集中排列在一個以上光學腔的輸出側，該複數光導管的終端分別連通至光線無法直接到達的遮蔽位置或輸出方向，各光學腔或光學腔串連組成的各鏡組的輸出光束可依指令移動光束對任意該複數光導管進行授光，該受光端與該終端係分別以固定位置的架設形式或裝置於移動裝置或移動支架上成為可移動的架設型式，該複數光導管的複數終端可以進一步配置特殊光學元件如可調反射鏡或柔光結構或散光結構，以調整終端光線輸出方式。
而本發明的光學腔與可控集光器可具有下列應用：
1、天氣控制
可控集光器可搭配上述的滯空架設方式，可控制空間溫度與高低氣壓，控制風雨，控制對流，並可以促進水氣隨風攜帶，於低氣壓區域成雲降雨且於高氣壓區域帶走水氣，救援水旱災、山林大火、蝗災，沙漠與凍土綠化提升農林水土地的經濟資源，降低二氧化碳溫室效應等，也可驅逐核災、火山、隕石等各類災難空汙的粉塵沉降入海。
當聚焦位置處在中間空域時，中間空域溫度逐漸升高，且地面仍可以保持涼爽；其中，中間空域氣溫升高形成低氣壓，熱氣向上流動，促進附近冷空氣回補，持續補充並積聚水氣，積聚水氣後可以幫助降雨，用於沙漠區域及乾旱節期回復農林生態及水資源，尤其可為城市區域保持涼爽，而沙漠或水庫集水區降雨。其中地面因為光照距離變長，尤其紅外線波段在更長的傳輸距離，以 及中間空域的聚焦後，促進消耗轉成熱能與動能留在中間空域，故仍可維持地面舒適合宜的溫度。
相反的，當持續降低空域光照及溫度時，形成高氣壓，可於暴雨發生區域帶走水氣停止降雨，因此達到控制天氣的作用。
2、滅火應用
可控集光器可搭配上述的滯空架設方式，當發生山林大火時，可以將火場區域太陽光源移至周邊安全區域，可以輔助降低火場溫度；在周邊安全區域的中間空域聚焦形成低氣壓，抑制火場區域與外界對流獲得氧氣，降低火場氧氣濃度；產生的大範圍低氣壓，有助於加速水氣積聚成雲降雨，更進一步阻止火勢擴大並幫助滅火。
3、減少蝗蟲災害
可控集光器可搭配上述的滯空架設方式，蝗蟲在高溫乾燥天氣，會加倍進食農作物以獲取流失水分，造成蟲災與農林生態經濟的損失，經過降溫降雨後可降低蝗蟲過度進食，其次可以間接透過蟲類趨光效應，傾向飛往中間空域焦點，可以在焦點高溫下滅除部分害蟲。
4、太陽能產業
可以廉價的把光、熱分開聚焦並使光伏與光熱發電系統同時發電(收穫2發電系統產能，即相同受光面積下為傳統2倍發電量)，兩系統互不干擾低衰減保持各自領域最高發電效率，分開聚光後降低光伏模組使用面積且提升發電效率，分開聚熱後進一步提升溫度與發電效率，且與其他聚光光伏發電不同是不倚賴追日系統可降低機械故障風險。
完整太陽光能量初步分成2大頻段類型：紅外線頻段43%(具有明顯熱效應以下簡稱熱能)，可見光與紫外線等頻段57%(能量較強且無熱效應，以下簡稱光能)，熱能與光能各佔比約太陽能的一半。
因此，大宗傳統太陽能發電技術基礎分2大類：一種是光伏發電，只對可見光與紫外線的頻率有效，一種是光熱發電，只對紅外線的頻率有效。
等於是上面兩種領域的技術，都在追求效率前，就先直接放棄將近一半的能量來源。
傳統整合發電系統的辦法：A 將不同光伏發電板進行疊加(包含量子井技術)，B 光伏板疊加熱發電系統。
但其實這樣疊加的系統，干擾問題如下：
A 熱能的高溫對光伏發電模組都是會降低發電效率與壽命的。
B 位於下層的光伏板勢必獲得的能量是有被遮陰衰減過的。
C 將它們整合在一起的技術通常也是昂貴的，所以無法普及。
我們從比較中勝出：我們的可控集光器技術，將光能與熱能的焦點分開2處，使2大類發電系統不會互相干擾，也沒有昂貴的整合技術，所以我們廉價的提升發電量，為大宗傳統技術2倍道理在此。
比較傳統聚光型光伏發電系統：其優勢：因為採用聚光的辦法所以真正使用光伏板的面積大幅降低，可以用得起比較高單價與高效率的光伏發電技術，且當光能進行集中時，會進一步提升發電效率。
劣勢問題有：
A 光能與熱能若沒有先進行分開的話聚光意味著聚熱，高溫又是導致光伏板效率下降的原因，有些還要加裝散熱板，甚至主動散熱，都是能源與資源的消耗。
B 必需要裝在動態支架上與追日系統配合精準對日才能發電，系統只要稍 微沒有調教，就不能繼續發電與運作，機械故障風險很高，維護成本高，所以無法普及。
C 模組之間因為是裝置在動態支架上的，裝置密度與遮陰問題是相互取捨的兩難問題。
我們從比較中勝出：
A 我們的聚光、聚熱技術不倚賴追日系統，降低機械故障風險與維護成本，可以在靜置安裝的情況下，享有聚光型光伏發電的成本優勢與效率提升優勢，同時再加上聚光型光熱發電的產能。
B 可控集光器除了單純支援發電，能同持直接且有效率的支援工業照明、加熱、空調，是其他太陽能發電系統無法直接實現的。
5、其他應用
遠距離工程加熱、氣化切割、照明與偵蒐、室內對流與排熱，應用於建材製作、建築建設、地貌建設、通訊、支援蒸氣動力或光壓動力能源等。
在鑄造與建設上，可以加熱砂石等廉價素材成為岩漿，再澆鑄模板冷卻為堅固火成岩高級建材，用來製造模具、建材、列印或加固建築等。
在改造地形上，免重型鑽掘機具，可以低成本快速加熱切割出隧道、地下空間，切割處冷卻後成為火成岩牆，自動阻止地下水入侵(可免建抽水站)，也能焚化與深埋廢棄物。
在偵蒐防禦、搜索小行星上，可主動照明搜索、改變軌道、切割、熔毀、電漿化等，免發射飛彈火箭的成本，也能支援航太活動、採礦、航行等額外能源與動力，並能支援指向性通訊。
以上諸實施例僅供說明本發明之用，而並非對本發明的限制，相關領域的技術人員，在不脫離本發明的技術範圍做出的各種修改或變化也應屬於本發明的保護範疇。
1:透明基板
11:第一表面
12:第二表面
2:透明件
2B:連接件
2C:連接處
21:第三表面
22:第四表面
23:邊緣
3:光學腔
4:透明流體
5:電子傳感與執行配件

Claims (8)

  1. 一種可控制光束輸出方向的光學腔，其中，該光學腔至少包括：至少一透明基板，具有相對的第一、第二表面；至少一透明件，具有相對的第三、第四表面以及一邊緣；至少一連接件，連結於透明件與透明基板之間，或複數透明件之間，或複數透明基板之間；其中，該連接件為移動件及/或支架，使連結的物件之間進行墊高固定或可移動與擺向；其中，該至少一透明基板之間，或該至少一透明件之間，或該至少一透明基板與該至少一透明基板之間，與該至少一連接件，連接密封包覆成為至少一光學腔，該光學腔內部填充至少一透明流體；其中，該透明件是具備延展性的彈性軟膜結構、可撓性軟膜結構，或電活性聚合物，相接於、或覆蓋於、或黏著於該連接件上；至少一電子傳感與執行配件，依附於該光學腔結構上，且透明或微型化或接近透明為佳，該電子傳感與執行配件能透過電場或電磁力執行調整透明件擺向與曲面姿態，或進一步參與通訊訊號加載技術，或控制未密封區域的開關狀態，或進一步用來感應透明件擺向與曲面狀態，或能加熱防止起霧或維持液體液態溫度，或能感應光束經過時座標與方向情況，或感應來源光束加載的訊號，或用以感應來源光束方向；其中，該至少一光學腔透過串接組合或陣列組合時，可稱為可控集光器，其中，該透明基板，或該透明件，皆可排列單層或重複排列多層，各層透明基 板之間或各層透明件之間利用該連接件使彼此進行固定與連接或可移動與擺向的態樣，使同層與各層的該光學腔之間，依規定位置、數量、大小、傾角、間距排列設置或可進一步移動調整、變形。
  2. 一種可控制光束輸出方向的光學腔，其中，該光學腔至少包括：至少一透明基板，具有相對的第一、第二表面；至少一透明件，具有相對的第三、第四表面以及一邊緣；至少一連接件，連結於透明件與透明基板之間，或複數透明件之間，或複數透明基板之間；其中，該連接件為移動件，使連結的物件之間進行墊高固定或可移動與擺向；其中，該至少一透明基板之間，或該至少一透明件之間，或該至少一透明基板與該至少一透明基板之間，與該至少一連接件，連接密封包覆成為至少一光學腔，該光學腔內部填充至少一透明流體；其中，該透明件是具備延展性的彈性軟膜結構、可撓性軟膜結構，或電活性聚合物，或薄型板件結構，相接於、或覆蓋於、或黏著於該連接件上，其中，該薄型板件結構為平面結構的薄板，或該薄型板件結構為具曲面結構的薄板或透鏡，或該薄型板件結構可為具有鋸齒紋路曲面微結構的菲涅爾鏡片；至少一電子傳感與執行配件，依附於該光學腔結構上，且透明或微型化或接近透明為佳，該電子傳感與執行配件能透過電場或電磁力執行調整透明件擺向與曲面姿態，或進一步參與通訊訊號加載技術，或控制未密封區域的開關狀 態，或進一步用來感應透明件擺向與曲面狀態，或能加熱防止起霧或維持液體液態溫度，或能感應光束經過時座標與方向情況，或感應來源光束加載的訊號，或用以感應來源光束方向；其中，該至少一光學腔透過串接組合或陣列組合時，可稱為可控集光器，其中，該透明基板，或該透明件，皆可排列單層或重複排列多層，各層透明基板之間或各層透明件之間利用該連接件使彼此進行固定與連接或可移動與擺向的態樣，使同層與各層的該光學腔之間，依規定位置、數量、大小、傾角、間距排列設置或可進一步移動調整、變形。
  3. 如請求項1所述可控制光束輸出方向的光學腔，整個機械結構與系統改由生物科技結構與系統實現，包含利用生物技術、基因技術、細胞技術，參照該可控集光器結構及類似變色龍表皮細胞運作機制，製造出人造細胞與組織平面陣列所組成的可控集光器，人造細胞與組織平面陣列可以依附於透明基板上或抗候封裝內部，透明基板可以有分泌營養液或培養基的細微孔洞；其中，至少有光學腔細胞或類似眼球水晶體與睫狀肌的結構排列於人造細胞與組織平面陣列上，並受電極或電子訊號佈線或布置神經細胞進行控制，控制光學腔細胞或水晶體變形，達到個別控制光線輸出方向甚至共同匯聚光線的目的。
  4. 如請求項1或2所述可控制光束輸出方向的光學腔，該連接件與該第二表面或該第三表面的連接處或該連接件上，設置至少一處未密封區域，該未密封區域是常開通道或常閉縫隙或專設外接口，連通於複數光學腔之 間或該光學腔與外部之間，使其有需要時能流通，以調控溫度與壓力、循環、替換流體、調整液體位置。
  5. 如請求項1或2所述可控制光束輸出方向的光學腔，部分的該光學腔的第一或第二或第三或第四表面有鍍上各式光學薄膜作為特殊光學元件，該光學薄膜是濾波膜、或半透膜、或反射膜、或多能階膜，或該特殊光學元件為採用傳統反光鏡或凹面反光鏡或凸面反光鏡。
  6. 如請求項1或2或3所述可控制光束輸出方向的光學腔，其中，進一步設有複數光導管，該複數光導管的受光端集中排列在一個以上光學腔的輸出側，該複數光導管的終端分別連通至光線無法直接到達的遮蔽位置或輸出方向，各光學腔或光學腔串連組成的各鏡組的輸出光束可依指令移動光束對任意該複數光導管進行授光；其中，該受光端與該終端係分別以固定位置的架設形式或裝置於移動裝置或移動支架上成為可移動的架設型式；其中，該複數光導管的複數終端進一步有配置或無配置特殊光學元件如可調反射鏡或柔光結構或散光結構，以調整終端光線輸出方式。
  7. 如請求項4所述可控制光束輸出方向的光學腔，其中，進一步設有複數光導管，該複數光導管的受光端集中排列在一個以上光學腔的輸出側，該複數光導管的終端分別連通至光線無法直接到達的遮蔽位置或輸出方向，各光學腔或光學腔串連組成的各鏡組的輸出光束可依指令移動光束對任意該複數光導管進行授光； 其中，該受光端與該終端係分別以固定位置的架設形式或裝置於移動裝置或移動支架上成為可移動的架設型式；其中，該複數光導管的複數終端進一步有配置或無配置特殊光學元件如可調反射鏡或柔光結構或散光結構，以調整終端光線輸出方式。
  8. 如請求項5所述可控制光束輸出方向的光學腔，其中，進一步設有複數光導管，該複數光導管的受光端集中排列在一個以上光學腔的輸出側，該複數光導管的終端分別連通至光線無法直接到達的遮蔽位置或輸出方向，各光學腔或光學腔串連組成的各鏡組的輸出光束可依指令移動光束對任意該複數光導管進行授光；其中，該受光端與該終端係分別以固定位置的架設形式或裝置於移動裝置或移動支架上成為可移動的架設型式；其中，該複數光導管的複數終端進一步有配置或無配置特殊光學元件如可調反射鏡或柔光結構或散光結構，以調整終端光線輸出方式。
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