CN110007450B

CN110007450B - 含半菲涅尔透镜和平面镜的隐形设备及包括该设备的车辆

Info

Publication number: CN110007450B
Application number: CN201910005931.3A
Authority: CN
Inventors: C·季; 李圭泰; D·班纳吉
Original assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Current assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2039-01-04
Also published as: JP2019168672A; CN110007450A; JP6908581B2; US20190210527A1; US10351063B1

Abstract

本申请涉及含半菲涅尔透镜和平面镜的隐形设备及包括该设备的车辆。一种隐形设备，包括物侧、像侧以及物侧和像侧之间的隐形区域。包括物侧半菲涅尔透镜、像侧半菲涅尔透镜以及定位在物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间的平面反射边界。物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜各自包括面向内的表面和面向外的菲涅尔表面。平面反射边界包括面向内的镜表面。来自定位在隐形设备的物侧上并被隐形区域遮挡的物体的光被物侧半菲涅尔透镜、平面反射边界和像侧半菲涅尔透镜重定向绕过隐形区域，以在隐形设备的像侧上形成物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过隐形区域。

Description

含半菲涅尔透镜和平面镜的隐形设备及包括该设备的车辆

技术领域

本说明书一般涉及用于使物体看起来透明的设备和方法，并且更具体地涉及用于车辆支柱的隐形设备和用于使车辆支柱看起来透明的方法。

背景技术

已经公布了对看起来使车辆支柱透明的隐形设备的研究。这种研究公开了使用超材料或使用摄像机与显示屏组合，以允许车辆的乘客表面上“看穿”车辆支柱，由此减少车辆中的盲点。但是，超材料和视频技术使用复杂的材料设计和装备。

因而，需要看起来使车辆支柱透明的替代设备。

发明内容

在一个实施例中，隐形设备包括物侧、像侧、物侧和像侧之间的隐形区域，以及从物侧向像侧延伸的参考光轴。包括物侧半菲涅尔透镜(Fresnel lens)和像侧半菲涅尔透镜。物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜各自包括面向内的表面、面向外的菲涅尔表面、第一端和第二端。面向内的表面和面向外的菲涅尔表面在第一端和第二端之间延伸。包括定位在物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间的平面反射边界。平面反射边界包括平行于参考光轴定向的面向内的镜表面。来自定位在隐形设备的物侧上并被隐形区域遮挡的物体的光被物侧半菲涅尔透镜、平面反射边界和像侧半菲涅尔透镜重定向绕过隐形区域，以在隐形设备的像侧上形成物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过隐形区域。在实施例中，物侧半菲涅尔透镜的第二端和像侧半菲涅尔透镜的第二端定位在参考光轴的近侧，并且物侧半菲涅尔透镜的第一端和像侧半菲涅尔透镜的第一端定位在参考光轴的远侧。而且，平面反射边界的面向内的镜表面可以定位在物侧半菲涅尔透镜的焦线处。物侧半菲涅尔透镜被定向为将来自定位在隐形设备的物侧上的物体的光聚焦到平面反射边界的面向内的镜表面上，并且平面反射边界的面向内的镜表面被定向为将来自从物侧半菲涅尔透镜的光反射到像侧半菲涅尔透镜。像侧半菲涅尔透镜被定向为聚焦来自平面反射边界的面向内的镜表面的光，并在隐形设备的像侧上形成物体的图像。

在另一个实施例中，隐形设备组件包括物侧、像侧、隐形区域、定位在隐形区域内的隐形物品，以及从物侧向像侧延伸的参考光轴。包括物侧半菲涅尔透镜对和像侧半菲涅尔透镜对，并且物侧半菲涅尔透镜对中的每一个和像侧半菲涅尔透镜对中的每一个包括面向内的表面和面向外的菲涅尔表面。物侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第一侧上，并且物侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的与第一侧相对的第二侧上。类似地，像侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第一侧上，并且像侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第二侧上。物侧半菲涅尔透镜对中的每一个和像侧半菲涅尔透镜对中的每一个包括第一端和第二端，并且物侧半菲涅尔透镜对中的每一个和像侧半菲涅尔透镜对中的每一个的面向内的表面和面向外的菲涅尔表面在第一端和第二端之间延伸。物侧半菲涅尔透镜对中的每一个的第二端和像侧半菲涅尔透镜对中的每一个的第二端可以定位在参考光轴的近侧，并且每个第一端可以定位在参考光轴的远侧。在一些实施例中，物侧半菲涅尔透镜对中的每一个的第一端的厚度相等。在其它实施例中，物侧半菲涅尔透镜对中的每一个的第一端的厚度不相等。包括平面反射边界对，并且该平面反射边界对中的每一个包括平行于参考光轴定向的面向内的镜表面。平面反射边界对中的一个定位在位于参考光轴的第一侧上的物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间，并且该平面反射边界对中的另一个定位在位于参考光轴的第二侧上的物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间。来自定位在隐形设备组件的物侧上并被隐形区域遮挡的物体的光被物侧半菲涅尔透镜对、平面反射边界对和像侧半菲涅尔透镜对重定向绕过隐形物品，以在隐形设备组件的像侧上形成物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过隐形物品。

在另一个实施例中，车辆包括A支柱，其具有定位在A支柱上的隐形设备。隐形设备包括物侧、像侧、隐形区域和从物侧向像侧延伸的参考光轴。A支柱定位在隐形区域内，物侧定位在车辆外部，而像侧定位在车辆内部。包括物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜。物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜各自包括面向内的表面、面向外的菲涅尔表面、第一端和第二端。物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜的面向内的表面和面向外的菲涅尔表面在其第一端和第二端之间延伸。包括定位在物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间的平面反射边界。平面反射边界包括平行于参考光轴定向的面向内的镜表面。来自定位在车辆外部并被隐形区域遮挡的物体的光经由光通过物侧半菲涅尔透镜传播到平面反射边界上、光通过平面反射边界反射到像侧半菲涅尔透镜上以及光通过像侧半菲涅尔透镜的传播而被重定向绕过A支柱。光在车辆内部形成车辆外部的物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过A支柱。

鉴于以下结合附图的详细描述，将更全面地理解由本文描述的实施例提供的这些特征和附加特征。

附图说明

附图中阐述的实施例本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解说明性实施例的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记指示，并且其中：

图1示意性地描绘了根据本文公开和描述的一个或多个实施例的隐形设备的顶视图；

图2A示意性地描绘了根据本文公开和描述的一个或多个实施例的用于隐形设备的半柱面菲涅尔透镜；

图2B示意性地描绘了根据本文公开和描述的一个或多个实施例的用于隐形设备的由柱面菲涅尔透镜形成的半柱面菲涅尔透镜对；

图3示意性地描绘了根据本文公开和描述的一个或多个实施例的隐形设备的顶视图；

图4示意性地描绘了根据本文公开和描述的一个或多个实施例的图1的隐形设备的顶部透视图，其中第一物体在隐形设备的一侧上，并且第二物体在隐形设备的隐形区域内；

图5示意性地描绘了图1的隐形设备的侧视图，其中第一物体在隐形设备的一侧上，并且第二物体在隐形设备的隐形区域内；

图6示意性地描绘了根据本文描述和图示的一个或多个实施例的使车辆的车辆A支柱隐形的隐形设备；

图7A描绘了根据图1的实施例的用于隐形组件的计算机模拟隐形图像，其中在参考光轴和隐形组件的视角之间具有0°未对准；

图7B描绘了根据图1的实施例的用于隐形组件的计算机模拟隐形图像，其中在参考光轴和隐形组件的视角之间具有1°未对准；

图7C描绘了根据图1的实施例的用于隐形组件的计算机模拟隐形图像，其中在参考光轴和隐形组件的视角之间具有2°未对准；

图7D描绘了根据图1的实施例的用于隐形组件的计算机模拟隐形图像，其中在参考光轴和隐形组件的视角之间具有3°未对准；以及

图7E描绘了根据图1的实施例的用于隐形组件的计算机模拟隐形图像，其中在参考光轴和隐形组件的视角之间具有5°未对准。

具体实施方式

根据本文描述的一个或多个实施例，隐形设备一般可以包括指引入射光绕过隐形区域的半菲涅尔透镜对和平面镜。本文描述的隐形设备可以利用柱面半菲涅尔透镜结合平面镜来聚焦、反射、发散和重新聚焦来自物体的光。隐形设备可以用于使车辆物品(诸如车辆A支柱、B支柱、C支柱、D支柱等等)隐形，并移除由车辆物品造成的“盲点”。盲点是指车辆的可能阻挡乘客视野的区域。半菲涅尔透镜和平面镜的使用允许驾驶员感知如果没有隐形设备则将被车辆支柱阻挡的图像。隐形设备的各种实施例及其使用方法将在本文中具体参考附图进一步详细描述。

图1一般地描绘了隐形设备的一个实施例。隐形设备包括至少部分地由两个半菲涅尔透镜以及定位在这两个半菲涅尔透镜之间的一个平面反射边界界定的隐形区域。如本文所使用的，术语“半菲涅尔透镜”是指沿着垂直于透镜光轴的方向具有减小的长度的菲涅尔透镜。如本文所使用的，术语“菲涅尔透镜”是指柱面菲涅尔透镜，即，具有由多个同心环形部分形成的凸表面的柱面透镜。术语“多个边界”和“边界”是指物理表面。半菲涅尔透镜中的一个可以是物侧半菲涅尔透镜，并且半菲涅尔透镜中的一个可以是像侧半菲涅尔透镜。平面反射边界可以定位在物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间。物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜各自具有面向内的表面、面向外的菲涅尔表面、第一端和第二端。如本文所使用的，术语“面向内的表面”是指面向隐形区域或靠近隐形区域的表面，术语“面向外的表面”是指背向隐形区域或远离隐形区域的表面，并且术语“菲涅尔表面”是指具有多个同心凹槽的表面，该多个同心凹槽提供可以将光线折射(弯曲)到共同焦距的各个折射表面。物侧半菲涅尔透镜被定向为将来自定位在隐形设备的物侧上的物体的入射光聚焦到平面反射边界上。平面反射边界被定向为将来自物侧半菲涅尔透镜的聚焦入射光反射和发散到像侧半菲涅尔透镜的面向内的表面上。像侧半菲涅尔透镜被定向为聚焦来自平面反射边界的发散入射光并在隐形设备的像侧上提供图像。

仍然参考图1，隐形设备的实施例包括具有物侧12、像侧14以及四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的隐形组件10。隐藏区域CR定位在半菲涅尔透镜100、140和半菲涅尔透镜120、160之间。四个半菲涅尔透镜100、120、140、160中的每一个具有沿如图所示的坐标轴的X轴的长度、沿如图所示的坐标轴的Y轴的厚度和沿如图所示的坐标轴的Z的高度。即，图中所示的X轴沿着四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的长度延伸，图中所示的Y轴沿着四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的厚度延伸，并且图中所示的Z轴沿着四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的高度延伸。两个半菲涅尔透镜100、140可以定位在隐形组件10的物侧12上以面向物体“O”，并且在本文中可以被称为物侧半菲涅尔透镜100、140。两个半菲涅尔透镜120、160可以定位在隐形组件10的像侧14上以提供由隐形组件10形成的图像“I”，并且在本文中可以被称为像侧半菲涅尔透镜120、160。

半菲涅尔透镜100、120、140、160各自分别具有面向内的表面102、122、142、162和面向外的菲涅尔表面104、124、144、164。而且，半菲涅尔透镜100、120、140、160各自分别具有第一端106、126、146、166和第二端108、128、148、168。面向内的表面102、122、142、162和面向外的菲涅尔表面104、124、144、164分别在第一端106、126、146、166和第二端108、128、148、168之间延伸。

图2A中描绘了半菲涅尔透镜160的示例。特别地，半菲涅尔透镜160包括面向内的表面162和面向外的菲涅尔表面164。面向内的表面162和面向外的菲涅尔表面164在第一端166和第二端168之间延伸。面向内的表面162具有沿X方向的长度“l”，并且第一端166具有沿Y方向的厚度“t”。半菲涅尔透镜160具有高度“h”和在Z方向延伸的光轴(未示出)。在实施例中，半菲涅尔透镜160可以由如图2B中所描绘的全柱面菲涅尔透镜形成。即，图2B中所描绘的具有长度“L”(X方向)的柱面菲涅尔透镜8可以沿着平面9被切割或剖开，以形成两个半菲涅尔透镜，例如，图2B中所描绘的两个半菲涅尔透镜120、160。应当理解的是，半菲涅尔透镜100和140可以以类似的方式形成，即，由单个柱面菲涅尔透镜形成的半菲涅尔透镜对。还应当理解的是，由单个菲涅尔透镜形成半菲涅尔透镜对可以减少本文所述的隐形设备的制造成本。虽然图2B描绘了剖开柱面菲涅尔透镜8以形成相等尺寸的两个半菲涅尔透镜(即，两个半菲涅尔透镜120、160的长度“l”等于“L/2”)，但应当理解的是，如本文描述的“半菲涅尔透镜”可以不是透镜的确切一半，即，半菲涅尔透镜的长度“l”可以小于或大于柱面菲涅尔透镜8的“L/2”。

半菲涅尔透镜160和本文公开的其它半菲涅尔透镜可以由适于聚焦光线的任何透镜材料形成。合适的菲涅尔透镜材料的非限制性示例包括玻璃、丙烯酸聚合物、聚碳酸酯聚合物和刚性乙烯基聚合物。应当理解的是，与具有由玻璃形成的透镜的隐形设备组件相比，由聚合物材料形成半菲涅尔透镜可以提供具有降低的成本和重量的隐形设备组件。

返回去参考图1，在实施例中，四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的第二端108、128、148、168定位在从物侧12向像侧14延伸的参考光轴15的近侧或邻近处。在此类实施例中，四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的第一端106、126、146、166定位在参考光轴15的远侧或与参考光轴15间隔开。虽然图1分别描绘了物侧半菲涅尔透镜100、140的第二端108、148定位成彼此接触，以及分别描绘了像侧半菲涅尔透镜120、160的第二端128、168定位成彼此接触，但应当理解的是，第二端108、148和/或第二端128、168可以沿X轴彼此间隔开，使得在间隔开的第二端108、148和/或间隔开的第二端128、168之间存在未被隐形的区域或间隙(未示出)。在此类实施例中，物体O的定位在未被隐形的区域的上方(+Y方向)的部分的图像不在隐形组件10的像侧14上提供。

平面反射边界110可以定位在参考光轴15的第一侧(+X方向)上的物侧半菲涅尔透镜100和像侧半菲涅尔透镜120之间，并且平面反射边界150可以定位在参考光轴15的与第一侧相对的第二侧(-X方向)上的物侧半菲涅尔透镜140和像侧半菲涅尔透镜160之间。在实施例中，平面反射边界110从物侧半菲涅尔透镜100的面向内的表面102向像侧半菲涅尔透镜120的面向内的表面122延伸，并且平面反射边界150从物侧半菲涅尔透镜140的面向内的表面142向像侧半菲涅尔透镜160的面向内的表面162延伸，如图1中所描绘的。在其它实施例中，平面反射边界110可以不从物侧半菲涅尔透镜100的面向内的表面102向像侧半菲涅尔透镜120的面向内的表面122延伸，和/或平面反射边界150可以不从物侧半菲涅尔透镜140的面向内的表面142向像侧半菲涅尔透镜160的面向内的表面162延伸。在此类实施例中，平面反射边界110和/或平面反射边界150可以定位在二等分轴16上，二等分轴16将物侧12和像侧14二等分并且在物侧12和像侧14之间延伸。即，平面反射边界110可以与物侧半菲涅尔透镜100的面向内的表面102和像侧半菲涅尔透镜120的面向内的表面122间隔开，和/或平面反射边界150可以与物侧半菲涅尔透镜140的面向内的表面142和像侧半菲涅尔透镜160的面向内的表面162间隔开。平面反射边界110可以包括面向内的镜表面112，并且平面反射边界150可包括面向内的镜表面152。面向内的镜表面112、152可以平行于参考光轴15定向，并且可以由全向光子晶体或镜子制成。

平面反射边界110相对于物侧半菲涅尔透镜100定位，使得在参考光轴15的第一侧(+X方向)上入射到隐形组件10上的来自物体O的光(在图1中被示为箭头“1”)传播通过(在图1中被示为箭头“2”)物侧半菲涅尔透镜100并且被物侧半菲涅尔透镜100聚焦到面向内的镜表面112上(在图1中被示为箭头“3”)。在实施例中，光3被物侧半菲涅尔透镜100聚焦到在Z方向上延伸的焦线f₁。在此类实施例中，面向内的镜表面112可以定位在焦线f₁处。应当理解的是，焦线f₁和本文描述的其它焦线由本文描述的物侧半菲涅尔透镜的形状提供。例如，焦线f₁是由物侧半菲涅尔透镜100的面向外的菲涅尔表面104中的多个同心凹槽(未标记)引起或提供的。光3被面向内的镜表面112反射并从其发散(在图1中被示为箭头“4”)。像侧半菲涅尔透镜120相对于平面反射边界110定位，使得由面向内的镜表面112反射并从其发散的光3入射在面向内的表面122上。光4传播通过像侧半菲涅尔透镜120并由其聚焦(在图1中被示为箭头“5”)，并且光6在隐形组件10的像侧14上提供图像“I”在参考光轴15的第一侧(+X方向)上的一部分。

入射在面向外的菲涅尔表面104上的光1作为光2传播通过物侧半菲涅尔透镜100到达面向内的表面102。光2一般被物侧半菲涅尔透镜100聚焦到平面反射边界110的面向内的镜表面112上的焦线f₁作为光3，之后被反射并作为光4发散到像侧半菲涅尔透镜120的面向内的表面122上。光5传播通过像侧半菲涅尔透镜120到达面向外的菲涅尔表面124。像侧半菲涅尔透镜120将光5平行于其原始路径(即，平行于光1)聚焦(在图1中被示为箭头“6”)，以在隐形组件10的像侧14上形成图像“I”的第一侧部分(+X方向)。因而，参考光轴15的第一侧(+X方向)上的来自物体O的光1经由以下光路径传播到像侧，以形成在参考光轴15的第一侧上的图像I：物体——物侧半菲涅尔透镜100——平面反射边界110——像侧半菲涅尔透镜120——图像。即，参考光轴15的第一侧(+X方向)上的来自物体O的光1经由以下光路径传播：物体O——物侧半菲涅尔透镜100的面向外的菲涅尔表面104——物侧半菲涅尔透镜100的面向内的表面102——平面反射边界110的面向内的镜表面112——像侧半菲涅尔透镜120的面向内的表面122——像侧半菲涅尔透镜120的面向外的菲涅尔表面124——图像I。

平面反射边界150相对于物侧半菲涅尔透镜140定位，使得在参考光轴15的第二侧(-X方向)上入射到隐形组件10上的来自物体O的光1传播通过(光2)物侧半菲涅尔透镜140并被其聚焦在面向内的镜表面152上作为光3。在实施例中，光3被物侧半菲涅尔透镜140聚焦到在Z方向延伸的焦线f₂。在此类实施例中，面向内的镜表面152可以定位在焦线f₂处。光3被面向内的镜表面152反射并从其发散作为光4。像侧半菲涅尔透镜160相对于平面反射边界150定位，使得被面向内的镜表面152反射并从其发散作为光4的光3入射在面向内的表面162上。光4传播通过(光5)像侧半菲涅尔透镜160并被像侧半菲涅尔透镜160聚焦作为光6，以在隐形组件10的像侧14上提供图像“I”在参考光轴15的第二侧上的一部分。

入射在面向外的菲涅尔表面144上的光1作为光2传播通过物侧半菲涅尔透镜140到达面向内的表面142。光2一般被物侧半菲涅尔透镜140聚焦到平面反射边界150的面向内的镜表面152上的焦线f₂作为光3，之后被反射并作为光4发散到像侧半菲涅尔透镜160的面向内的表面162上。光5传播通过像侧半菲涅尔透镜160到达面向外的菲涅尔表面164。像侧半菲涅尔透镜160将光5平行于其原始路径聚焦作为光6，以在隐形组件10的像侧14上形成图像“I”的第二侧部分(-X方向)。因而，参考光轴15的第二侧(-X方向)上的来自物体O的光1经由以下光路径传播到像侧，以形成在参考光轴15的第二侧上的图像I：物体——物侧半菲涅尔透镜140——平面反射边界150——像侧半菲涅尔透镜160——图像。即，参考光轴15的第二侧(-X方向)上的来自物体O的光1经由以下光路径传播：物体O——物侧半菲涅尔透镜140的面向外的菲涅尔表面144——物侧半菲涅尔透镜140的面向内的表面142——平面反射边界150的面向内的镜表面152——像侧半菲涅尔透镜160的面向内的表面162——像侧半菲涅尔透镜160的面向外的菲涅尔表面164——图像I。

组合起来，即，参考光轴15的第一侧(+X方向)和第二侧(-X方向)上的来自隐形组件10的物侧12上的物体O的光1经由以下光路径传播到像侧14：物体——物侧半菲涅尔透镜100、140——平面反射边界110、150——像侧半菲涅尔透镜120、160——图像。即，来自物体O的光1经由以下光路径传播：物体O——分别到物侧半菲涅尔透镜100、140的面向外的菲涅尔表面104、144——分别到物侧半菲涅尔透镜100、140的面向内的表面102、142——分别到平面反射边界110、150的面向内的镜表面112、152——分别到像侧半菲涅尔透镜120、160的面向内的表面122、162——分别到像侧半菲涅尔透镜120、160的面向外的菲涅尔表面124、164——图像I。

虽然图1描绘了四个半菲涅尔透镜100、120、140、160具有相同的尺寸，即，面向内的表面102、122、142、162的长度相等并且第一端106、126、146、166的厚度相等，但是在一些实施例中，四个半菲涅尔透镜100、120、140、160的尺寸不同。特别地，图3描绘了具有不同尺寸的半菲涅尔透镜的隐形组件20。隐形组件20包括物侧22、像侧24和四个半菲涅尔透镜200、220、240、260。参考光轴25的第一侧(+X方向)上的两个半菲涅尔透镜200、220小于参考光轴25的第二侧(-X方向)上的两个半菲涅尔透镜240、260，如下面更详细地讨论的。隐形区域CR定位在半菲涅尔透镜200、240和半菲涅尔透镜220、260之间。四个半菲涅尔透镜200、220、240、260中的每一个具有图中所示的沿X轴的长度、沿Y轴的厚度以及沿Z轴的高度。两个半菲涅尔透镜200、240可以定位在隐形组件20的物侧22上以面向物体“O”，并且在本文中可以被称为物侧半菲涅尔透镜200、240。两个半菲涅尔透镜220、260可以定位在隐形组件20的像侧24上以提供由隐形组件20形成的图像“I”，并且在本文中可以被称为像侧半菲涅尔透镜220、260。

半菲涅尔透镜200、220、240、260各自分别具有面向内的表面202、222、242、262和面向外的菲涅尔表面204、224、244、264。而且，半菲涅尔透镜200、220、240、260各自分别具有第一端206、226、246、266和第二端208、228、248、268。面向内的表面202、222、242、262和面向外的菲涅尔表面204、224、244、264分别在第一端206、226、246、266和第二端208、228、248、268之间延伸。

如图3中所描绘的，物侧半菲涅尔透镜200的面向内的表面202可以具有比物侧半菲涅尔透镜240的面向内的表面242的长度小的长度(X方向)，并且像侧半菲涅尔透镜220的面向内的表面222可以具有比像侧半菲涅尔透镜260的面向内的表面262的长度小的长度。在替代方案中，或者除此之外，物侧半菲涅尔透镜200的第一端206可以具有比物侧半菲涅尔透镜240的第一端246的厚度小的厚度(Y方向)，并且像侧半菲涅尔透镜220的第一端226可以具有比像侧半菲涅尔透镜260的第一端266的厚度小的厚度。在实施例中，半菲涅尔透镜200、220、240、260是半菲涅尔透镜200、220、240、260。

在实施例中，第二端208、228、248、268定位在从物侧22向像侧24延伸的参考光轴25的近侧或邻近处。在此类实施例中，第一端206、226、246、266定位在参考光轴25的远侧或与参考光轴25间隔开。虽然图3分别描绘了物侧半菲涅尔透镜200、240的第二端208、248定位成彼此接触，和分别描绘了像侧半菲涅尔透镜220、260的第二端228、268定位成彼此接触，但应当理解的是，第二端208、248和/或第二端228、268可以沿X轴彼此间隔开，使得在间隔开的第二端208、248之间和/或间隔开的第二端228、268之间存在未被隐形的区域或间隙(未示出)。在此类实施例中，物体O的定位在未被隐形区域上方(+Y方向)的一部分的图像不在隐形组件20的像侧24上提供。

平面反射边界210可以定位在参考光轴25的第一侧(+X方向)上的物侧半菲涅尔透镜200和像侧半菲涅尔透镜220之间，并且平面反射边界250可以定位在参考光轴25的与第一侧相对的第二侧(-X方向)上的物侧半菲涅尔透镜240和像侧半菲涅尔透镜260之间。在实施例中，平面反射边界210从物侧半菲涅尔透镜200的面向内的表面202向像侧半菲涅尔透镜220的面向内的表面222延伸，并且平面反射边界250从物侧半菲涅尔透镜240的面向内的表面242向像侧半菲涅尔透镜260的面向内的表面262延伸，如图3中所描绘的。在其它实施例中，平面反射边界210可以不从物侧半菲涅尔透镜200的面向内的表面202向像侧半菲涅尔透镜220的面向内的表面222延伸，以及平面反射边界250可以不从物侧半菲涅尔透镜240的面向内的表面242向像侧半菲涅尔透镜260的面向内的表面262延伸。在此类实施例中，平面反射边界210和/或平面反射边界250可以定位在二等分轴26上，二等分轴26将物侧22和像侧24二等分并且在物侧22和像侧24之间延伸。即，平面反射边界210可以与物侧半菲涅尔透镜200的面向内的表面202和/或像侧半菲涅尔透镜220的面向内的表面222间隔开，和/或平面反射边界250可以与物侧半菲涅尔透镜240的面向内的表面242和/或像侧半菲涅尔透镜260的面向内的表面262间隔开。平面反射边界210可以包括面向内的镜表面212，并且平面反射边界250可以包括面向内的镜表面252。面向内的镜表面212、252可以平行于参考光轴25定向，并且可以由全向光子晶体或镜子制成。

平面反射边界210相对于物侧半菲涅尔透镜200定位，使得在参考光轴25的第一侧(+X方向)上入射到隐形组件20上的来自物体O的光(在图3中被示为箭头“1”)传播通过(在图3中被示为箭头“2”)物侧半菲涅尔透镜200并被物侧半菲涅尔透镜200聚焦到面向内的镜表面212上(在图3中被示为箭头“3”)。在实施例中，光3被物侧半菲涅尔透镜200聚焦到在Z方向上延伸的焦线f₃。在此类实施例中，面向内的镜表面212可以定位在焦线f₃处。光3被面向内的镜表面212反射并从其发散(在图3中被示为箭头“4”)。像侧半菲涅尔透镜220相对于平面反射边界210定位，使得由面向内的镜表面212反射并从其发散的光3入射在面向内的表面222上。光4传播通过(在图3中被示为箭头“5”)像侧半菲涅尔透镜220，并由像侧半菲涅尔透镜220聚焦(在图3中被示为箭头“6”)，以在隐形组件20的像侧24上提供图像“I”在参考光轴25的第一侧上的一部分。

入射在面向外的菲涅尔表面204上的光1作为光2传播通过物侧半菲涅尔透镜200到达面向内的表面202。光2一般被物侧半菲涅尔透镜200聚焦到平面反射边界210的面向内的镜表面212上的焦线f₃作为光3，之后被反射并作为光4发散到像侧半菲涅尔透镜220的面向内的表面222上。光5传播通过像侧半菲涅尔透镜220到达面向外的菲涅尔表面224。像侧半菲涅尔透镜220将光5平行于其原始路径(即，平行于光1)聚焦(在图3中被示为箭头“6”)，以在隐形组件20的像侧24上形成图像“I”的第一侧部分(+X方向)。因而，参考光轴25的第一侧(+X方向)上的来自物体O的光1经由以下光路径传播到像侧，以形成在参考光轴25的第一侧上的图像I：物体——物侧半菲涅尔透镜200——平面反射边界210——像侧半菲涅尔透镜220——图像。即，参考光轴25的第一侧(+X方向)上的来自物体O的光1经由以下光路径传播：物体O——物侧半菲涅尔透镜200的面向外的菲涅尔表面204——物侧半菲涅尔透镜200的面向内的表面202——平面反射边界210的面向内的镜表面212——像侧半菲涅尔透镜220的面向内的表面222——像侧半菲涅尔透镜220的面向外的菲涅尔表面224——图像I。

平面反射边界250相对于物侧半菲涅尔透镜240定位，使得在参考光轴25的第二侧(-X方向)上入射到隐形组件20上的来自物体O的光1'传播通过(光2')物侧半菲涅尔透镜240并且被物侧半菲涅尔透镜240聚焦到面向内的镜表面252上作为光3'。在实施例中，光3'被物侧半菲涅尔透镜240聚焦到在Z方向延伸的焦线f₄。在此类实施例中，面向内的镜表面252可以定位在焦线f₄处。光3'被面向内的镜表面252反射并从其发散作为光4'。像侧半菲涅尔透镜260相对于平面反射边界250定位，使得被面向内的镜表面252反射并从其发散作为光4'的光3'入射在面向内的表面262上。光4'传播通过(光5')像侧半菲涅尔透镜260并且由像侧半菲涅尔透镜260聚焦作为光6'，以在隐藏组件20的像侧24上提供图像“I”在参考光轴25的第二侧上的一部分。

入射在面向外的菲涅尔表面244上的光1'作为光2'传播通过物侧半菲涅尔透镜240到达面向内的表面242。光2'一般被物侧半菲涅尔透镜240聚焦到平面反射边界250的面向内的镜表面252上的焦线f₄作为光3'，之后作为发散光4'被反射到像侧半菲涅尔透镜260的面向内的表面262上。光5'传播通过像侧半菲涅尔透镜260到达面向外的菲涅尔表面264。像侧半菲涅尔透镜260将光5'平行于其原始路径聚焦作为光6'，以在隐形组件20的像侧24上形成图像“I”的第二侧部分(-X方向)。因而，参考光轴25的第二侧(-X方向)上的来自物体O的光1'经由以下光路径传播到像侧，以形成在参考光轴25的第二侧上的图像I：物体——物侧半菲涅尔透镜240——平面反射边界250——像侧半菲涅尔透镜260——图像。即，参考光轴25的第二侧(-X方向)上的来自物体O的光1'经由以下光路径传播：物体O——物侧半菲涅尔透镜240的面向外的菲涅尔表面244——物侧半菲涅尔透镜240的面向内的表面242——平面反射边界250的面向内的镜表面252——像侧半菲涅尔透镜260的面向内的表面262——像侧半菲涅尔透镜260的面向外的菲涅尔表面264——图像I。

组合起来，即，参考光轴25的第一侧(+X方向)和第二侧(-X方向)上的来自隐形组件20的物侧22上的物体O的光1经由以下光路径传播到像侧24：物体——物侧半菲涅尔透镜200、240——平面反射边界210、250——像侧半菲涅尔透镜220、260——图像。即，来自物体O的光1经由以下光路径传播：物体O——分别到物侧半菲涅尔透镜200、240的面向外的菲涅尔表面204、244——分别到物侧半菲涅尔透镜200、240的面向内的表面202、242——分别到平面反射边界210、250的面向内的镜表面212、252——分别到像侧半菲涅尔透镜220、260的面向内的表面222、262——分别到像侧半菲涅尔透镜220、260的面向外的菲涅尔表面224、264——图像I。

现在参考图1、图4和图5，分别在图4和图5中示出了根据如关于图1所讨论的实施例的隐形设备的顶部透视图和侧视图。具体而言，图4是在隐形组件10的隐形区域CR内的以柱“C”形式的物品和在+Y方向上定位在隐形组件10的物侧12上的柱C后面的汽车“A”的顶部透视图。柱C在Z方向上的高度维度(在+Z方向上增加高度)大于隐形设备的高度h(图5)。图5是图1中所示的隐形组件10的从+Y方向的侧视图，并且示出了柱C的在隐形区域内的部分是不可见的，并且在+Y方向上定位在柱C的后面的汽车A对于在+Y方向上观察隐形组件10的观察者是可见的。因而，定位在隐形区域内的柱C对于观察隐形组件10的像侧14的观察者是不可见的，并且汽车A的图像对于观察像侧14的观察者是可见的。虽然在图4和图5中的柱C与面向内的表面(例如，隐形组件10的面向内的表面102、122、142、162)分开，即，柱C是与隐形组件10分开的物体，但应当理解的是，柱C可以是隐形组件10的结构上的一部分并且具有提供或等同于半菲涅尔透镜的面向内的表面的外表面。

参考图6，示出了车辆的由隐形设备隐形的A支柱的实施例。特别地，图6示出了如本文所述的隐形设备19，其使车辆V的A支柱P的一部分隐形。A支柱P的一部分定位在隐形设备19的隐形区域(未示出)内，并且A支柱P的一部分超出隐形设备延伸并且被装饰件(trim)T覆盖。在隐形设备19的物侧上图示的车辆V的外部是以行人形式的目标物体“O”。行人O的一部分通过车辆V的侧窗是可见的，并且行人的一部分“通过”被隐形设备19隐形的A支柱P是可见的。隐形设备19将从行人O反射的光重定向绕过定位在隐形设备19的隐形区域内的A支柱P，并且在隐形设备19的像侧上在车辆内部形成行人O的图像I，其对于朝着行人O看的车辆的乘客是可见的。因而，来自行人O的光看起来穿过A支柱P，并且通常由A支柱P产生的盲点不像当A支柱P的该部分不定位在隐形设备19的隐形区域内时那样存在。在实施例中，A支柱P本身用作隐形区域，即，A支柱P具有带有一个或多个面向内的表面的外表面，该一个或多个面向内的表面辅助重定向来自行人的光绕过A支柱P。应当认识到的是，在不使用超材料、视频图像、相机、精密电子产品等等的情况下，执行利用隐形设备19使A支柱P隐形并绕开由A支柱P产生的盲点。

示例

现在参考图7A-图7E，描绘了使用商业软件程序(Zemax OpticStudio)模拟的定位在隐形组件10的物侧12上并且从像侧14观察的以徽标形式的物体的图像。物侧半菲涅尔透镜100、140和像侧半菲涅尔透镜120、160是由丙烯酸聚合物制成的半菲涅尔透镜。物侧半菲涅尔透镜100、140和像侧半菲涅尔透镜120、160的焦距为31mm，并且厚度t为1.5mm。整个设备区域和被隐藏区域的纵横比分别为0.77和0.81，其中隐形比(即，被隐藏区域/总设备区域)为大约48％。图7A描绘了在参考光轴15与从+Y方向的隐形组件10的视角之间没有未对准(0°)的情况下物体的图像。即，如本文所使用的，术语“未对准”是指由隐形组件的参考光轴和如图中的+Y方向所描绘的从像侧观察隐形组件的观察者的视线(本文也称为“视角”)定义的角度。图7B描绘了在参考光轴15与隐形组件10的视角之间存在1°未对准的情况下物体的图像。图7C描绘了在参考光轴15与隐形组件10的视角之间存在2°未对准的情况下物体的图像。图7D描绘了在参考光轴15与隐形组件10的视角之间存在3°未对准的情况下物体的图像。图7E描绘了在参考光轴15与隐形组件10的视角之间存在5°未对准的情况下物体的图像。如图7A-图7E中的图像所示，隐形组件10的物侧12上的物体的图像在高达5°未对准的情况下可以被清楚地看见。

当从车辆内部观察时，本文描述的隐形设备可以被用于使车辆物品(诸如车辆A支柱、B支柱、C支柱、D支柱等等)隐形，并绕开由车辆物品造成的盲点。术语“物体”和“物品”可以互换地指反射光或透射光的可视物体或图像(2D或3D)，并且术语“来自...的光”可以指“从...反射的光”或“从...透射的光”。术语“一般”和“大约”可以在本文中用来表示可归因于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有不确定程度。这些术语在本文中还用来表示定量表示可以从所述参考变化而不导致所讨论主题的基本功能发生变化的程度。

虽然在附图中公开和描述的实施例描绘了具有由四个半菲涅尔透镜和两个平面反射边界界定的隐形区域的隐形组件，但提供了具有由两个半菲涅尔透镜和一个平面反射边界界定的隐形区域的隐形组件。例如但不限于，隐形区域可以在物侧半菲涅尔透镜、平面反射边界和像侧弯曲CR边界之间被界定。

如本文使用的方向术语(例如向上、向下、向右、向左、向前、向后、向顶部、向底部、垂直、水平)仅仅参考所绘制的图进行，并且不旨在暗示绝对方向，除非另有明确说明。

虽然在本文已经说明和描述了特定实施例，但应当理解的是，可以在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下做出各种其它改变和修改。而且，虽然本文已经描述了所要求保护的主题的各个方面，但是这些方面不需要组合使用。因此，所附权利要求旨在覆盖在要求保护的主题的范围内的所有此类改变和修改。

Claims

1.一种隐形设备，包括：

物侧、像侧、物侧和像侧之间的隐形区域，以及从物侧向像侧延伸的参考光轴；

物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜，物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜各自包括面向内的表面、面向外的菲涅尔表面、第一端和第二端，其中面向内的表面和面向外的菲涅尔表面在第一端和第二端之间延伸；

平面反射边界，定位在物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间，平面反射边界包括平行于参考光轴定向的面向内的镜表面；以及

其中来自定位在隐形设备的物侧上并被隐形区域遮挡的物体的光被物侧半菲涅尔透镜、平面反射边界和像侧半菲涅尔透镜重定向绕过隐形区域，以在隐形设备的像侧上形成物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过隐形区域。

2.如权利要求1所述的隐形设备，其中物侧半菲涅尔透镜的第二端和像侧半菲涅尔透镜的第二端定位在参考光轴的近侧，并且物侧半菲涅尔透镜的第一端和像侧半菲涅尔透镜的第一端定位在参考光轴的远侧。

3.如权利要求1所述的隐形设备，其中平面反射边界的面向内的镜表面定位在物侧半菲涅尔透镜的焦线处。

4.一种车辆，包括：

A支柱；以及

定位在A支柱上的如权利要求1至3中任一项所述的隐形设备，其中

A支柱定位在隐形区域内，

物侧定位在车辆外部，

像侧定位在车辆内部，以及

来自定位在隐形设备的物侧上并被隐形区域遮挡的物体的光经由光通过物侧半菲涅尔透镜传播到平面反射边界上、来自物侧半菲涅尔透镜的光通过平面反射边界反射到像侧半菲涅尔透镜上以及来自平面反射边界的光通过像侧半菲涅尔透镜传播而被重定向绕过A支柱，以在隐形设备的像侧上形成物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过隐形区域。

5.如权利要求1所述的隐形设备，其中物侧半菲涅尔透镜被定向为将来自定位在隐形设备的物侧上的物体的光聚焦到平面反射边界的面向内的镜表面上，平面反射边界的面向内的镜表面被定向为将来自物侧半菲涅尔透镜的光反射到像侧半菲涅尔透镜，其中从平面反射边界的面向内的镜表面反射的光是发散光，并且像侧半菲涅尔透镜被定向为聚焦来自平面反射边界的面向内的镜表面的发散光，以在隐形设备的像侧上形成物体的图像。

6.如权利要求1所述的隐形设备，其中来自隐形设备的物侧上的物体的光经由以下光路径被重定向绕过隐形区域：物体——物侧半菲涅尔透镜的面向外的菲涅尔表面——物侧半菲涅尔透镜的面向内的表面——平面反射边界的面向内的镜表面——像侧半菲涅尔透镜的面向内的表面——像侧半菲涅尔透镜的面向外的菲涅尔表面——图像。

7.如权利要求1所述的隐形设备，其中：

物侧半菲涅尔透镜包括物侧半菲涅尔透镜对，其中所述物侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第一侧上，并且所述物侧半菲涅尔透镜对中的另一个定位在参考光轴的与第一侧相对的第二侧上；

像侧半菲涅尔透镜包括像侧半菲涅尔透镜对，其中所述像侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第一侧上，并且所述像侧半菲涅尔透镜对中的另一个定位在参考光轴的第二侧上；

平面反射边界包括平面反射边界对，其中所述平面反射边界对中的一个定位在位于参考光轴的第一侧上的物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间，并且所述平面反射边界对中的另一个定位在位于参考光轴的第二侧上的物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间；以及

来自定位在隐形设备的物侧上并被隐形区域遮挡的物体的光被所述物侧半菲涅尔透镜对、所述平面反射边界对和所述像侧半菲涅尔透镜对重定向绕过隐形区域，以在隐形设备的像侧上形成物体的图像，使得来自物体的光看起来穿过隐形区域。

8.如权利要求7所述的隐形设备，其中所述物侧半菲涅尔透镜对的第一端的厚度相等。

9.如权利要求7所述的隐形设备，其中所述物侧半菲涅尔透镜对的第一端的厚度不相等。

10.如权利要求7所述的隐形设备，其中

所述物侧半菲涅尔透镜对中的每一个包括面向内的表面和面向外的菲涅尔表面，其中所述物侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第一侧上，并且所述物侧半菲涅尔透镜对中的另一个定位在参考光轴的与第一侧相对的第二侧上；

所述像侧半菲涅尔透镜对中的每一个包括面向内的表面和面向外的菲涅尔表面，其中所述像侧半菲涅尔透镜对中的一个定位在参考光轴的第一侧上，并且所述像侧半菲涅尔透镜对中的另一个定位在参考光轴的第二侧上；以及

所述平面反射边界对中的每一个包括平行于参考光轴定向的面向内的镜表面，其中所述平面反射边界对中的一个定位在位于参考光轴的第一侧上的物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间，并且所述平面反射边界对中的另一个定位在位于参考光轴的第二侧上的物侧半菲涅尔透镜和像侧半菲涅尔透镜之间。