具有球型调制器的照明装置的制作方法

1.本发明涉及光学装置。更具体地说，本发明涉及具有球型调制器的照明装置。


背景技术：

2.发光二极管(light emitting diode，led)所输出的光子是来自电子从导电带转换到价电带时所释放的能量。发光二极管的光子发射是自发过程，因为每个能带转换都是独立事件，所以发光二极管产生的自发光谱具有相当大的带宽。通过调整发光二极管的结构以及操作条件，此发光装置可以以新的模式运作，并输出波长带宽小鱼0.1纳米的相干光谱。此为激光二极管(laser diode)，亦即通过受激辐射产生的光放大装置(light amplification by stimulated emission of radiation)，其可以直接将电能转换为光。
3.垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel，又译垂直共振腔面射型激光)是一种半导体激光二极管，其激光光束自上表面垂直发出。垂直腔面发射激光器已经应用在大量需要激光装置的产品中，包括电脑鼠标、光纤通讯装置、激光打印机、脸部辨识器、智能眼镜等。
4.一般而言，垂直腔面发射激光器的大小不超过200微米(micrometer，μm)。相似地，控制从激光二极管发出的光的会聚的透镜尺寸也会变小。此小维度下，在组装、调整透镜以及垂直腔面发射激光器的过程中，操作人员都会面临极大的挑战。因此，本领域需要具有较佳良率的垂直腔面发射激光器工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种照明裝置，其用以通過固態光源產生准直光束。
6.本发明所采用的技术方案是：一种照明装置，其用以提供会聚光或准直光。照明装置包括光源、光学器件固定器以及球型调制器。光学器件固定器具有凹陷部以及环绕凹陷部的遮蔽部。凹陷部的底部具有开口。球型调制器具有至少一种材料，且此材料的折射系数落在1.3至2.7的范围。光学器件固定器位于光源以及球型调制器之间。球型调制器配置于光学器件固定器的凹陷部并遮蔽开口。光源朝向开口的方向提供光，且光源以及开口沿着球型调制器的光轴排列。
7.在本发明的一些实施例中，球型调制器的中心和光源之间的距离不超过球型调制器的焦距。遮蔽部在球型调制器的周围形成盘状边缘，且光学器件固定器为不透光或适于反射光。球型调制器的直径和光学器件固定器的直径的比值落在1至100范围。盘状边缘的形状为多边形或圆形。凹陷部形成环绕开口的盘底状外缘，且外缘的曲率半径和球型调制器的外表面的曲率半径相同。光学器件固定器的材质包括半导体材质或聚合物材质。
8.在本发明的实施例中，球型调制器为球体，且球体的直径落在5微米至500微米的范围。
9.在本发明的另一实施例中，球型调制器包括多个第一微球体，且每个第一微球体的直径小于光源所提供的光的波长的至少十倍。
10.在本发明的再一实施例中，球型调制器包括多个第二微球体，且每个第二微球体的直径与每个第一微球体的直径的比值落在0.1至0.9的范围。
11.在本发明的实施例中，第一微球体的材质的折射系数和第二微球体的材质的折射系数不同。
12.在本发明的实施例中，第一微球体的材质为玻璃或聚合物。
附图说明
13.以下关于本发明实施例的详细内容将参照以下图式说明：
14.图1是本发明一些实施例的照明装置的立体示意图；
15.图2是本发明一些实施例的照明装置的剖面示意图；
16.图3是本发明一些实施例的照明装置的另一剖面示意图；
17.图4是本发明一些实施例的光学器件固定器以及光源的上视图；
18.图5是另一光学器件固定器以及光源的上视图；
19.图6是本发明另一实施例的照明装置的剖面示意图；
20.图7是本发明再一实施例的照明装置的剖面示意图；
21.图8是本发明又再一实施例的照明装置的剖面示意图；
22.图9是本发明另一实施例的照明装置的剖面示意图；
23.图10是本发明再一实施例的照明装置的剖面示意图；以及
24.图11是本发明又再一实施例的照明装置的剖面示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
26.本发明实施例提出了一种具有球型调制器以及光学器件固定器的照明装置，且此照明装置用以产生聚集、会聚的光或准直光。
27.参照图1，本实施例的照明装置100包括光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130。光学器件固定器120固定于光源110以及球型调制器130之间。
28.在本发明的一些实施例中，球型调制器130具有一个或多个折射系数落在1.3至2.7的范围的材料。球型调制器130是一个球体型态的调制器，且上述材料占用了球体百分之七十以上的空间，并覆盖了百分之九十以上的球体表面。
29.举例而言，球型调制器130的材料可以是玻璃及/或聚合物。在一些实施例中，此材料可以包括熔融石英(fused silica)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、蓝宝石(sapphire)、钻石或碳化硅(moissanite)、或其他折射系数落在1.3至2.7的范围的光可穿透材料。对于本领于所属具有通常知识的技术人员而言，在不脱离本发明的精神的前提下，不需经过大量的实验即可应用其他材料。
30.光学器件固定器120固定在光源110以及球型调制器130之间。光学器件固定器120位于光源110上方，而球型调制器130配置在光学器件固定器120上。
31.光学器件固定器120具有凹陷部121以及遮蔽部123。遮蔽部123环绕凹陷部121，且凹陷部121的底部具有开口122。在光学器件固定器120上，凹陷部121向内凹陷，而开口122是形成在凹陷部121的中间。
32.球型调制器130具有一个或多个折射系数落在1.3至2.7的范围的材料，而球型调制器130配置在光学器件固定器120的凹陷部121上。球型调制器130覆盖开口122，且光源沿着朝向开口122的方向提供光l。球型调制器130通过光学器件固定器120的开口122接收来自光源110的光l。
33.光源110以及开口112沿着光轴a排列。在一些实施例中，光学器件固定器120露出光源110的上表面(亦即发光表面)，并覆盖光源110的四周区域。
34.参照图2，在本实施例中，光学器件固定器120的开口122可以定义球型调制器130的外表面上的光入射区域，且凹陷部121的形状可以避免球型调制器130移动，而光学器件固定器120的遮蔽部123反射自光源110以大光学角(亦即发射角度和发光表面的法向量之间的夹角)发出的光。因此，光学器件固定器120可以根据光源110调整球型调制器130的位置，使照明设备100可以有效生成聚集、会聚的光。
35.更具体而言，球型调制器130的中心和光源110之间的距离d1不可以超过球型调制器130的焦距。在此实施例中，距离d1小于球型调制器130的焦距，也因此照明设备100可以提供聚集、会聚的光l1。同时，一些具有大光学角的光l2被光学器件固定器120反射。换句话说，球型调制器130可以聚集、会聚光l1，而光学器件固定器120可以进一步控制入射球型调制器130的光，以提供良好聚集、会聚的光。
36.图3是另一照明装置100的侧向剖视图。球型调制器130的中心和光源110之间的距离d2和球型调制器130的焦距相同，也因此照明装置100可以藉由光源110以及球型调制器130提供准直光l3。
37.在本实施例中，光学器件固定器120可以反射光，而一些具有大光学角的光l2会被光学器件固定器120反射。在一些实施例中，光学器件固定器120是不透光的，而这些光l2会被遮蔽。
38.进一步而言，遮蔽部123在球型调制器130的四周形成盘状边缘，而球型调制器130的直径r2和光学器件固定器120的直径r1的比值落在1至100的范围。因此，光学器件固定器120具有足够的宽度、大小来遮蔽不需要的光l2。
39.图4是光学器件固定器120和光源110的上视图。光学器件固定器120还提供足够大小的开孔给光源110。凹陷部121的开口122露出光源110。具体而言，光源110可以例如是垂直腔面发射激光器(vcsel)，而开口122适于露出光源110的发光表面。在本实施例中，光源110的发光表面的宽度r3小于光学器件固定器120的开口122的直径r4。进一步而言，直径r4和宽度r3的比值落在不小于1的范围，也因此开口122可以让大部分来自光源110的且满足需求的光通过。
40.在本实施例中，光学器件固定器120的盘状边缘的形状为圆形。参照图5，在一些实施例中，光学器件固定器120a的盘状边缘的形状可以是多边形。举例而言，光学器件固定器120a的盘状边缘为六边形，而凹陷部121a的边缘以及开口122a也都可以是六边形，且开口122a也可以适当地露出光源110。在其他实施例中，为了让光学器件固定器120可以适当地固定在其他组件上，光学器件固定器120的盘状边缘的形状可以是正方形、三角形、五边形等各种多边形。
41.进一步而言，参照图2以及图3，光学器件固定器120的凹陷部121在开口122四周形成盘底状外缘，且盘底状外缘的曲率半径(亦即凹陷部121的上表面124)和球型调制器130
的外表面131的曲率半径相同。因此，开口122可以容置球类型130的底部。
42.在本实施例中，光学器件固定器120的材质可以包括半导体材质及/或聚合物材质。举例而言，这些材质可以包括硅、多晶硅、pmma或是su-8光阻。
43.本实施例的球型调制器130为一球体，且球体的直径r2落在5微米至500微米范围。如上所述，球型调制器130不但可以会聚、聚集来自光源110的光，且球型调制器130的尺寸也可以和光源的尺寸彼此对应。
44.举例而言，球型调制器130的球体的材质可以是玻璃或聚合物，或任何折射系数落在1.3至2.7的范围的透光材料。
45.参照图6，在另一实施例中，照明设备100a具有光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130a。在光学器件固定器120上的球型调制器130a具有多个微球体135，且每个微球体135的直径至少小于光源110所发出的光的波长的十倍。
46.举例而言，光源110所发出的光的波长可以是700纳米，而微球体135的直径可以是70纳米。
47.具体而言，球型调制器130a具有黏着剂136，且黏着剂136将这些微球体135固定在球型调制器130a中。举例而言，黏着剂136可以包括环氧树脂(epoxy)，而黏着剂136连接全部这些微球体135，且这些微球体135的材料可以包括玻璃或聚合物。
48.在本实施例中，这些微球体135乱数地分布在球型调制器130a中，而黏着剂136填满剩下的区域。进一步而言，黏着剂136的材料的折射系数和微球体135的材料的折射系数不同。举例而言，黏着剂136的材料的折射系数接近1，因此球型调制器130a中的这些微球体135可以提供良好的光折射效果。
49.参照图7，在又另一实施例中，照明设备100b具有光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130b。在光学器件固定器120上的球型调制器130b具有多个微球体135，且这些微球体135以同心圆的方式分布，再藉由黏着剂136连接。藉由沿着球心逐层堆栈，本实施例的球型调制器130b可以在制作过程逐步调整各层分布，进而提升照明装置100b的制作良率。
50.参照图8，在再另一实施例中，照明设备100c具有光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130c。在光学器件固定器120上的球型调制器130c具有多个微球体135，且这些微球体135排列为多个水平层，再藉由黏着剂136连接。藉由逐层堆栈由这些微球体135形成的水平层，本实施例的球型调制器130c可以在制作过程逐步调整各层的厚度，进而提升照明装置100c的制作良率。
51.参照图9，在另一实施例中，照明设备100d具有光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130d。在光学器件固定器120上的球型调制器130d具有多个微球体135以及多个微球体137，且每个微球体137的直径和每个微球体135的直径的比值落在0.1至0.9的范围。
52.具体而言，这些微球体135的材质和这些微球体137的材质可以彼此不同。换句话说，这些微球体135的材质的折射系数和这些微球体137的材质的折射系数彼此不同，且这些微球体135和这些微球体137由黏着剂136固定在一起。
53.在本实施例中，这些微球体135和这些微球体137乱数地分布在球型调制器130d中，而剩下的空间由黏着剂136填满。进一步而言，黏着剂136的材料的折射系数和微球体135以及微球体137的材料的折射系数不同。举例而言，黏着剂136的材料的折射系数接近1，
因此球型调制器130d中的这些微球体135、137可以提供良好的光折射效果。
54.参照图10，在又另一实施例中，照明装置100e具有光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130e。在光学器件固定器120上的球型调制器130e也具有多个微球体135以及多个微球体137，且这些微球体135和这些微球体137以同心圆的方式分布，再藉由黏着剂136将这些微球体135、137固定在一起。藉由沿着球心逐层堆栈，本实施例的球型调制器130e可以在制作过程逐步调整各层分布，进而提升照明装置100e的制作良率。
55.参照图11，在再另一实施例中，照明设备100f具有光源110、光学器件固定器120以及球型调制器130f。在光学器件固定器120上的球型调制器130f也具有多个微球体135以及多个微球体137，且这些微球体135和这些微球体137排列为多个水平层，再藉由黏着剂136连接。藉由逐层堆栈由这些微球体135或这些微球体137形成的水平层，本实施例的球型调制器130f可以在制作过程逐步调整各层的厚度，进而提升照明装置100f的制作良率。
56.在本发明的一些实施例中，来自光源110的光可以被球型调制器中的这些微球体135会聚、聚集。在本发明的另一些实施例中，来自光源110的光可以被球型调制器中的这些微球体135以及这些微球体137会聚、聚集，已提供具有高质量、高效率的聚集光或准直光。
57.在本发明的一些实施例中，来自光源110的光可以被球型调制器中的这些微球体135会聚、聚集。在本发明的另一些实施例中，来自光源110的光可以被球型调制器中的这些微球体135以及这些微球体137会聚、聚集，已提供具有高质量、高效率的聚集光或准直光以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。