TW201339475A - 光學耦合模組 - Google Patents

Abstract

一種光學耦合模組。光學耦合模組包括數個光源裝置、一橢圓反射鏡模組及一光導元件。各個光源裝置包括一第一指向性光源。第一指向性光源用以提供一光線。橢圓反射鏡模組用以反射光線。光導元件用以接收反射後之光線。

Description

光學耦合模組

本案是有關於一種光學耦合模組。

隨著光學技術的進步，發展出各種光學產品。光學產品的開發主要有幾個方向，包含光源系統的技術、光線導引系統的技術、影像擷取系統的技術等。

其中部份的光學產品同時結合上述各種型態的技術，例如內視鏡或顯微鏡等光學系統需要整合光源系統、光線導引系統及影像擷取系統的開發，其複雜程度相當的高。

此類型的光學產品由於複雜度較高，許多的技術瓶頸阻礙著產業的發展。研究人員正致力投入這方面的技術研究來推動產業發展。

本案係有關於一種光學耦合模組。

根據本案之第一方面，提出一種光學耦合模組。光學耦合模組包括數個光源裝置、一橢圓反射鏡模組及一光導元件。各個光源裝置包括一第一指向性光源。第一指向性光源用以提供一光線。橢圓反射鏡模組用以反射光線。光導元件用以接收反射後之光線。

為了對本案之上述及其他方面更瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第一實施例

請參照第1圖，其繪示第一實施例之光學耦合模組100之示意圖。光學耦合模組100包括至少一光源裝置110、一橢圓反射鏡模組120及一光導元件130。光源裝置110係為由至少一發光二極體晶片所組成之模組，用以提供一光線。橢圓反射鏡模組120係為由至少一橢圓鏡所組成之模組，用以反射光線。光導元件130用以導引光線，例如是光纖。舉例來說，前述光學耦合模組100可以作為內視鏡、顯微鏡等應用。

在本實施例中，光源裝置110包括一第一指向性光源111。第一指向性光源111具有一第一出光面1111。第一出光面1111可以由單一發光二極體晶片所組成、或者由同色的數個發光二極體晶片所組成、或者由多色的數個發光二極體晶片所組成。

此外，光導元件130具有一入光面131。橢圓反射鏡模組120包括一第一橢圓鏡121。第一橢圓鏡121具有一第一焦點121a及一第二焦點121b。根據橢圓的特性，第一焦點121a的光線經過第一橢圓鏡121的反射後，會聚焦於第二焦點121b。第一出光面111位於第一焦點121a，光導元件130之入光面131則位於第二焦點121b之附近，所以第一出光面1111射出之光線將聚焦於光導元件130之入光面131，使得光導元件130之入光面131可以順利接收光源裝置110大部分的光線。

在一實施例中，若不採用橢圓反射鏡模組120，而直接將第一指向性光源111對準光導元件130時，只有直接射向光導元件130之光線能夠被接收，而其他角度之光線則無法被接收。在本實施例中，採用橢圓反射鏡模組120之設計，可以讓各種方向之光線皆被光導元件130所接收。

如第1圖所示，本實施例之光導元件130傾斜於第一焦點121a及第二焦點121b之連線L1。如此一來，大部份的光線均能夠以接近垂直的角度射入光導元件130，進而增加光導元件130的收光效率。

就傾斜之方向及角度而言，第一出光面1111係朝上射出光線，而光導元件130也朝上傾斜。也就是說，第一出光面1111及入光面131朝向第一焦點121a及第二焦點121b之連線L1的同一側。光導元件130具有一數值孔徑值(numerical arperture)NA，光導元件130之傾斜角度θ在小於數值孔徑NA之正弦角度(sin NA)時，可以使第一出光面1111大部分的光線均以接近垂直之方式射入光導元件130，進而增加光導元件130的收光效率。

此外，第一出光面1111實質上平行於第一焦點121a及第二焦點121b之連線L1。位於第一焦點121a之第一出光面1111將在第二焦點121b形成一第一聚焦面1111’，第一聚焦面1111’之寬度大於第一出光面1111之寬度。光導元件130設置於第一聚焦面1111’之任一位置上均可獲得不錯的收光效果。

在一實施例中，若將光導元件130採用虛線130’之方式垂直擺設，此時的光導元件130之口徑必須等於第一聚焦面1111’之寬度。在本實施例中，光導元件130採用傾斜之方式設置，使得光導元件130之口徑在小於第一聚焦面1111’之寬度的情況下，仍可獲得不錯的收光效果。

第二實施例

請參照第2圖，其繪示第二實施例之光學耦合模組200之示意圖。本實施例之光學耦合模組200與第一實施例之光學耦合模組100不同之處在於光源裝置210包括一第一指向性光源211及一第二指向性光源212，並且橢圓反射鏡模組220包括一第一橢圓鏡221及一第二橢圓鏡222，其餘相同之處不再重複敘述。

如第2圖所示，第一指向性光源211具有一第一出光面2111，第二指向性光源212具有一第二出光面2121。第一出光面2111及第二出光面2121可以分別由單一發光二極體晶片所組成、或者分別由同色的數個發光二極體晶片所組成、或者分別由多色的數個發光二極體晶片所組成。第一橢圓鏡221具有一第一焦點221a及一第二焦點221b，第二橢圓鏡222具有一第三焦點222a及一第四焦點222b。第一出光面2111位於第一焦點221a，第二出光面2121位於第三焦點222a。根據橢圓的特性，第一焦點221a的光線經過第一橢圓鏡221的反射後，會聚焦於第二焦點221b。第三焦點222a的光線經過第二橢圓鏡222的反射後，會聚焦於第四焦點222b。第一出光面2111所在之第一焦點221a與第二出光面2121所在之第三焦點222a鄰近，光導元件130之入光面131則位於第二焦點221b與第四焦點222b之鄰近處，所以第一出光面2111及第二出光面2121射出之光線將聚焦於光導元件130之入光面131，使得光導元件130之入光面131可以順利接收光源裝置210大部分的光線。

本實施例之第一出光面2111及第二出光面2121實質上相互平行且平行於第一焦點221a及第二焦點221b之連線L1’。並且，第一出光面2111背向於第二出光面2121。

此外，本實施例之光導元件130實質上平行於第一焦點221a及第二焦點221b之連線L1”。連線L1’實質上平行於連線L1”。光導元件130之入光面131實質上垂直於連線L1’、L1”。如此一來，光導元件130可以同時接收第一出光面2111及第二出光面2121的光線。

同樣的，位於第一焦點221a之第一出光面2111將在第二焦點221b形成一第一聚焦面2111’，位於第三焦點222a之第二出光面2121將在第四焦點222b形成一第二聚焦面2121’。本實施例之光導元件130設置於第一聚焦面2111’、第二聚焦面2121’之任一位置上均可獲得不錯的收光效果。

第三實施例

請參照第3圖，其繪示第三實施例之光學耦合模組300之示意圖。本實施例之光學耦合模組300與第一實施例之光學耦合模組100不同之處在於光源裝置310及反射鏡模組320之配置方式，其餘相同之處不再重複敘述。

如第3圖所示，本實施例之橢圓反射鏡模組320包括數個第一橢圓鏡321。各個第一橢圓鏡321具有一第一焦點321a及一第二焦點321b。各個第二焦點321b實質上重疊。

本實施例之光學耦合模組100包括數個光源裝置310。此些光源裝置310環繞光導元件130之一中心軸之一延長線。各個光源裝置310包括一第一指向性光源311。各個指向性光源311具有一第一出光面3111。此些第一出光面3111可以分別由單一發光二極體晶片所組成、或者由同色的數個發光二極體晶片所組成、或者由多色的數個發光二極體晶片所組成。

各個第一焦點321a的光線經過各個第一橢圓鏡321的反射後，會聚焦於各個第二焦點321b。各個第一出光面3111位於各個第一焦點321a。光導元件130位於各個第二焦點321b之重疊處。所以各個第一出光面3111射出之光線將聚焦於光導元件130之入光面131，使得光導元件130之入光面131可以順利接收光源裝置310大部分的光線。

在其他實施例中，在空間許可的情況下，第一指向性光源之第一出光面及橢圓鏡之數量可以是兩個或三個以上，只要各個第一出光面均位於各個橢圓鏡之其中之一焦點，且光導元件位於所有的橢圓鏡之其中之另一焦點的重疊處即可使光導元件接收到所有第一出光面的光線。

第四實施例

請參照第4圖，其繪示第四實施例之光學耦合模組400之示意圖。本實施例之光學耦合模組400與第一實施例之光學耦合模組100不同之處在於在於光源裝置410及反射鏡模組420之配置方式，其餘相同之處不再重複敘述。

如第4圖所示，本實施例之橢圓反射鏡模組420包括兩個第一橢圓鏡421及一個第二橢圓鏡422。各個第一橢圓鏡421具有一第一焦點421a及一第二焦點421b，第二橢圓鏡422具有一第三焦點422a及一第四焦點422b。第二焦點421b及第三焦點422a實質上重疊。

光學耦合模組400包括數個光源裝置410，各個光源裝置410包括一第一指向性光源411。各個指向性光源411具有一第一出光面4111。此些第一出光面4111可以分別由單一發光二極體晶片所組成、或者由同色的數個發光二極體晶片所組成、或者由多色的數個發光二極體晶片所組成。

各個第一焦點421a的光線經過第一橢圓鏡421的反射後，會聚焦於第二焦點421b(即第三焦點422a)。第三焦點422a的光線經過第二橢圓鏡422的反射後，會聚焦於第四焦點422b。各個第一出光面4111位於第一焦點421a。光導元件130位於第四焦點422b。所以各個第一出光面4111射出之光線將聚焦於光導元件130之入光面131，使得光導元件130之入光面131可以順利接收光源裝置410大部分的光線。

在其他實施例中，在空間許可的情況下，第一指向性光源之數量可以是一個或三個以上，橢圓鏡之數量可以是兩個或四個以上，只要各個第一指向性光源之第一出光面均位於外圍之各個橢圓鏡之其中之一焦點，外圍之各個橢圓鏡之其中之另一焦點與中央之橢圓鏡之一焦點實質上重疊，且光導元件位於中央之橢圓鏡之另一焦點即可使光導元件接收到所有出光面的光線。

第五實施例

請參照第5圖，其繪示第五實施例之光學耦合模組500之示意圖。本實施例之光學耦合模組500與第一實施例之光學耦合模組100不同之處在於光學耦合模組500更包括一耦光轉接模組540，其餘相同之處不再重複敘述。

如第5圖所示，本實施例之光源裝置510包括一第一指向性光源511及一第二指向性光源512。第一指向性光源511具有一第一出光面5111，第二指向性光源512具有一第二出光面5121。第一出光面5111及第二出光面5121可以分別由單一發光二極體晶片所組成、或者由同色的數個發光二極體晶片所組成、或者由多色的數個發光二極體晶片所組成。

光學耦合模組500包括耦光轉接模組540。耦光轉接模組540用以聚集並傳導第一出光面5111及第二出光面5121之光線至光導元件130。如此一來，可以幫助不同方向之光線耦合至光導元件130的效率有效提升。

其中，第5圖之耦光轉接模組540可以應用於第一～第四實施例之光學耦合模組100、200、300、400，故未繪示出橢圓鏡反射模組，各種搭配方式可以視設計需求而定。

此外，本實施例之耦光轉接模組540具有一第一濾光面541及一第二濾光面542。第一濾光面541及第二濾光面542分別用以過濾第一出光面5111及第二出光面5121之光線。當第一出光面5111及第二出光面5121之光線為白色光時，第一出光面5111之光線經過第一濾光面512之後將被過濾為第一色光，第二出光面5121之光線經過第二濾光面542之後將被過濾為第二色光。如此一來，可以提供光導元件130各種不同顏色的色光。

上述各種實施例之實施方式係可互相搭配，舉例來說，第二實施例之出光面的擺放方式可以應用於第三實施例或第四實施例。第三實施例之橢圓反射鏡模組之擺設方式可以應用於第四實施例。各種實施方式接不脫離本案所屬之技術範圍。

綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400、500．．．光學耦合模組

110、210、310、410、510．．．光源裝置

111、211、311、411、511．．．第一指向性光源

1111、2111、3111、4111、5111．．．第一出光面

1111’、2111’．．．第一聚焦面

120、220、320、420．．．橢圓反射鏡模組

121、221、321、421．．．第一橢圓鏡

121a、221a、321a、421a．．．第一焦點

121b、221b、321b、421b．．．第二焦點

130．．．光導元件

130’．．．虛線

131．．．入光面

212、512．．．第二指向性光源

2121、5121．．．第二出光面

2121’．．．第二聚焦面

222、422．．．第二橢圓鏡

222a、422a．．．第三焦點

222b、422b．．．第四焦點

540．．．耦光轉接模組

541．．．第一濾光面

542．．．第二濾光面

L1、L1’、L1”．．．連線

θ．．．傾斜角度

第1圖繪示第一實施例之光學耦合模組之示意圖。

第2圖繪示第二實施例之光學耦合模組之示意圖。

第3圖繪示第三實施例之光學耦合模組之示意圖。

第4圖繪示第四實施例之光學耦合模組之示意圖。

第5圖繪示第五實施例之光學耦合模組之示意圖。

100．．．光學耦合模組

110．．．光源裝置

111．．．第一指向性光源

1111．．．第一出光面

1111’．．．第一聚焦面

120．．．橢圓反射鏡模組

121．．．第一橢圓鏡

121a．．．第一焦點

121b．．．第二焦點

130．．．光導元件

130’．．．虛線

131．．．入光面

L1．．．第一焦點與第二焦點之連線

θ．．．傾斜角度

Claims (16)

1. 一種光學耦合模組，包括：複數個光源裝置，各該光源裝置包括：一第一指向性光源，用以提供一光線；一橢圓反射鏡模組，用以反射該光線；以及一光導元件，用以接收反射後之該光線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學耦合模組，其中該橢圓反射鏡模組包括一第一橢圓鏡，該第一橢圓鏡具有一第一焦點及一第二焦點，該第一指向性光源具有一第一出光面，該第一出光面位於該第一焦點，該光導元件位於該第二焦點。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學耦合模組，其中該光導元件傾斜於該第一焦點及該第二焦點之連線。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學耦合模組，其中該些光源裝置環繞該光導元件之一中心軸之一延長線。
5. 如申請專利範圍第2項所述之光學耦合模組，其中該第一出光面實質上平行於該第一焦點及該第二焦點之連線。
6. 如申請專利範圍第2項所述之光學耦合模組，其中該橢圓反射鏡模組更包括一第二橢圓鏡，該第二橢圓鏡具有一第三焦點及一第四焦點，各該光源裝置更包括一第二指向性光源，該第二指向性光源具有一第二出光面，該第二出光面位於該第三焦點，該光導元件位於該第四焦點。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學耦合模組，其中該第一焦點與該第三焦點重疊，該第二焦點與該第四焦點重疊。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學耦合模組，其中該第二出光面背向於該第一出光面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光學耦合模組，其中該光導元件實質上平行於該第一焦點及該第二焦點之連線。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學耦合模組，其中該橢圓反射鏡模組包括一第一橢圓鏡及一第二橢圓鏡，該第一橢圓鏡具有一第一焦點及一第二焦點，該第二橢圓鏡具有一第三焦點及一第四焦點，該第二焦點實質上重疊於該第三焦點，該第一指向性光源具有一第一出光面，該第一出光面位於該第一焦點，該光導元件位於該第四焦點。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學耦合模組，其中各該光源裝置更包括一第二指向性光源，該第一指向性光源具有一第一出光面，該第二指向性光源具有一第二出光面，各該光源裝置更包括：一耦光轉接模組，用以聚集並傳導該第一出光面及該第二出光面之光線至該光導元件。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學耦合模組，其中該耦光接模組具有一第一濾光面及一第二濾光面，該第一濾光面及該第二濾光面分別用以過濾該第一出光面及該第二出光面之光線。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光學耦合模組，其中該第一指向性光源之一第一出光面係由單一發光二極體晶片所組成。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光學耦合模組，其中該第一指向性光源之一第一出光面係由複數個發光二極體晶片所組成。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光學耦合模組，其中該些發光二極體晶片係為同色。
16. 如申請專利範圍第14項所述之光學耦合模組，其中該些發光二極體晶片係為多色。