TWI725837B - 用於光束塑形之選擇性磨砂光學元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種裝置，其可包含一透鏡，該透鏡可對自一發光二極體(LED)發出之光進行塑形。來自該LED之該出射光可實質上以一LED軸為中心。該透鏡之一入射表面可經定位以面對該LED。該入射表面可包含一凹形部分。該凹形部分可為實質上光滑的，以免實質上散射照射在該凹形部分之光。該凹形部分可實質上以與該LED軸非同軸之一凹形部分軸為中心。該入射表面可包含定位成遠離該凹形部分之一散射部分，該散射部分可經紋理化以散射照射在該散射部分之光。該透鏡之一出射表面可視情況包含至少部分包圍一實質上光滑凸形部分之一大體上平坦部分。

Description

用於光束塑形之選擇性磨砂光學元件
本發明係關於一種包含一透鏡之裝置及方法，該透鏡經組態以對自一發光二極體(LED)發出之一光束進行塑形。
在一些應用(諸如用於自動駕駛車輛之感測器)中，提供一或多個紅外波長之照明。在某些情況下，諸如在夜間，一人眼可將紅外照明感知為紅光。
相關申請案及優先權主張
本申請案主張2019年8月6日申請之美國申請案序號16/533,466之優先權利，該案主張2019年5月1日申請之標題為「System And Method Using Selectively Frosted Optical Element」之美國臨時專利申請案第62/841,518號及2019年10月28日申請之歐洲專利申請案第19205688.5號之優先權，該等案之全部內容以引用的方式併入本文中。
存在有關放置於車輛外部之燈之色彩之政府法規(諸如汽車工程師協會(SAE) J578，即，由國際汽車工程師協會定義及頒布之一標準)。一般而言，針對典型客車，政府法規要求一車輛前方之燈僅發射白光，一車輛左側及右側之燈僅發射琥珀色光，且一車輛後方之燈僅發射紅光。在世界上不遵守SAE J578標準之其他國家中，其他可見色彩之光在一車輛之各個位置中可為可接受的。
一車輛上之現代安全系統可產生車輛周圍環境之影像，或擷取有關車輛周圍環境之資料，以用於事故預防及物件躲避。另外，自動駕駛或輔助駕駛應用亦可擷取有關車輛周圍環境之資料。因為政府法規對自車輛發射之波長高達780 nm之光提出要求，且對以長於780 nm之波長發射之紅外光沒有要求，所以使用此紅外光來照明車輛周圍環境可使車輛上之安全系統受益。
例如，照明周圍環境而非依靠環境光之反射係有益的，因為照明可容許安全系統在夜間操作。使用紅外光用於照明而非運用可見光來照明係有益的，因為紅外光在很大程度上係人眼不可見的且不會給其他車輛駕駛員帶來麻煩。此外，使用一特定且相對較窄之波長范圍用於照明及偵測可能係有益的，因為照明及偵測可以可能顯著地大於周圍陽光下存在之亮度位準之一亮度位準發生。例如，若照明及偵測發生在以約940 nm (或另一合適紅外波長)為中心之一相對較窄紅外波長范圍內，則可直截了當地以足夠功率進行照明以淹沒由環境陽光或周圍環境中之其他發光元件引起之任何照明效果。用於此窄帶照明及偵測之功率可足夠小以避免損害周圍環境中之眼組織或其他活組織。
然而，運用紅外光照明周圍環境可能致使一意外問題。作為人類視覺之一偽影，來自一紅外光源之發射可能被人眼假性地感知為紅色。具體而言，雖然自周圍環境反射之紅外光可處於足夠低使得人眼不可見之一強度，但直接看向紅外光源之一觀看者可能將光源之相對高強度視為假性地發出紅光。隨著發射波長增加(且因此，移動更遠離可見光譜之長波長端，通常被視為在700 nm附近)，假效應減小，但仍存在。
因此，簡單地將一紅外源放置於一車輛前方或側面可能成問題，因為對於人眼而言，此一源將被感知為一紅光，而該紅光被政府法規禁止。為了克服定位於一車輛外部前方或側面之紅外光源被感知為一紅光之問題，一許可色彩之一可見光源可經定位而緊靠紅外光源。自可見光源發射之可見光可與自紅外光源發射之紅外光重疊且掩蓋自紅外光源發射之紅外光。紅外及可見光源一起被人眼感知為具有可見光源之一色彩之一單一光發射器。因此，可在車輛前方使用一白色光源，而可在車輛側面使用一琥珀色光源。
本文中所論述之裝置可適於提供上文所論述之紅外光及可見光。該裝置可包含一透鏡，該透鏡可對自一LED輸出之一光束進行塑形。在一些實例中，該LED可發射在電磁光譜之紅外部分中之光。在一些實例中，該透鏡可視情況在角度上加寬來自一額外LED之一輸出，該額外LED亦可發射在電磁光譜之紅外部分中之光。在一些實例中，該透鏡可視情況將來自一額外可見LED之光引導穿過該透鏡，視情況具有不同於紅外LED之加寬性質。在一些實例中，該透鏡可視情況組態為一蓋，該蓋可具有一出射表面，該出射表面亦可為該裝置之一外面。
一種裝置可包含一透鏡，該透鏡可對自一LED發出之光進行塑形。來自該LED之出射光可實質上以一LED軸為中心。該透鏡之一入射表面可經定位以面對該LED。該入射表面可包含一凹形部分。該凹形部分可為實質上光滑的，以免實質上散射照射在該凹形部分之光。該凹形部分可實質上以與該LED軸非同軸之一凹形部分軸為中心。該入射表面可包含定位成遠離該凹形部分之一散射部分，該散射部分可經紋理化以散射照射在該散射部分之光。該透鏡之一出射表面可視情況包含至少部分包圍一實質上光滑凸形部分之一大體上平坦部分。如本文中所使用，片語大體上平坦意欲意謂在典型製造容限及/或典型對準容限內平坦。
圖1至圖10展示根據一些實施例之一裝置100之各種視圖，其包含可對自一發光二極體(LED)發出之光進行塑形之一透鏡。在本文中所呈現之視圖中，假定光自該透鏡前方發出，使得LED可定位至透鏡後方。術語「前方」、「後方」、「頂部」、「側面」及其他方向性術語僅出於方便描述透鏡及其他元件之目的而使用，且不應被解釋為以任何方式進行限制。
圖1展示根據一些實施例之一透鏡之一後視圖，其中交叉影線指示一紋理化部分。
圖2展示根據一些實施例之圖1之透鏡之一前視圖。
圖3A展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一前視圖。
圖3B展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一仰視圖。
圖3C展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一側視圖。
圖4展示根據一些實施例之沿圖3A中所展示之一斷截面截取之具有一控制器、電路及LED之圖1及圖2之透鏡之一底面截面圖。
圖5展示根據一些實施例之沿圖3A中所展示之一截面截取之具有一控制器、電路及一LED之圖1及圖2之透鏡之一(右)側視截面圖。
圖6展示根據一些實施例之具有一LED之圖4之截面圖之一第一部分之一特寫圖，該第一部分延伸穿過透鏡之一凹形表面之一中心。
圖7展示根據一些實施例之圖4之截面圖之一第二部分之一特寫圖，該第二部分相對於透鏡之凹形表面偏心。
圖8A展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一後視圖。
圖8B展示根據一些實施例之沿圖8A中所展示之一截面截取之圖1及圖2之透鏡之一側視截面圖。
圖9展示根據一些實施例之沿圖8A中所展示之一截面截取之圖1及圖2之透鏡之一仰視截面圖。
圖10展示根據一些實施例之圖5之(右)側視截面圖之一特寫圖。
圖11展示根據一些實施例之可包含圖1至圖10之裝置100之系統1100之一實例。
一LED 102 (參見圖5)可發射實質上以一LED軸104 (參見圖5)為中心之光。在一些實例中，LED軸104可實質上正交於LED 102之一發射表面106 (參見圖5)延伸。在一些實例中，LED軸104可在LED 102之發射表面106之一中心處與LED 102相交。在一些實例中，LED 102之發射可具有一發射圖案，該發射圖案沿著平行於LED軸104之一方向達到峰值，且沿著正交於LED軸104 (例如，平行於LED 102之發射表面106)之一方向下降至實質上零。在一些實例中，發射圖案可為朗伯(Lambertian)形狀(例如，發射圖案可遵循朗伯餘弦定律)。亦可使用其他合適發射圖案。在一些實例中，LED 102可發射在一相對較窄波長范圍內之光，諸如在一中心波長之約1%至約2%之範圍內。在一些實例中，窄範圍可包含僅在電磁光譜之紅外部分內(例如，在可見光譜外)之波長。在其他實例中，窄波長范圍可延伸至電磁光譜之可見部分中。
電路108 (參見圖5)可為LED 102供電。在一些實例中，電路108可容許一控制器110 (參見圖5)或耦合至電路108之至少一個處理器在指定時間接通或切斷LED 102，且視情況控制LED 102之一強度。例如，控制器110可產生可在兩個電壓之間切換之一觸發信號，其中切換在接通或切斷LED 102之時發生。在此實例中，電路108可接收觸發信號，且將電功率供應至LED 102以與在切換時間LED 102之接通或切斷一致。在其他實例中，控制器110可供應可具有指定數目個離散值之一者之一電壓，該等離散值可對應於LED 102之指定離散功率位準。在又其他實例中，控制器110可供應可在一連續範圍內變動、對應於LED 102之功率位準之一連續變動之一電壓。
一透鏡112可對自LED 102發射之光進行塑形。在一些實例中，透鏡112可具有一負光焦度(optical power)使得透鏡112可在角度上加寬自LED 102發射之光。在一些實例中，透鏡112可在一指定角度範圍或一指定視場內產生均勻或幾乎均勻之照明。在一些實例中，透鏡112及LED 102可與一第二LED及一第二透鏡部分配對以在一指定角度範圍或一指定視場內產生均勻或幾乎均勻之照明。在其他實例中，透鏡112可包含多個透鏡部分，且LED 102可為複數個LED之一者，所有該等LED在一起或以一指定組合操作時可在一指定角度範圍或一指定視場內產生均勻或幾乎均勻之照明。在任何或所有此等實例中，指定視場可視情況對應於可擷取一車輛之周圍環境之視訊影像之一相機之一視場。
透鏡112可包含經定位以面對LED 102之一入射表面114 (參見圖5)。入射表面114可被分成若干部分，其中各部分執行一指定功能。下文說明數個此等部分。
入射表面114可包含一凹形部分116 (參見圖5)。在一些實例中，凹形部分116可具有負光焦度使得凹形部分116可在角度上加寬自LED 102發出之一光分佈。
凹形部分116之表面可為實質上光滑的以免實質上散射照射在凹形部分116之光(至少與一粗糙表面相比)。特定言之，意欲照射在凹形部分116之光可在凹形部分116之表面處折射而非散射。例如，照射在凹形部分116之光滑表面之一單一光線可根據斯涅爾定律(Snell’s Law)在表面處之應用在該表面處折射且沿著一單一方向射出該表面。在實踐中，污染物及表面缺陷可能致使少量無意散射，通常小於入射於光滑表面上之光焦度之1%。出於本文件之目的，可忽略此無意散射，且支援鏡面(例如，非漫射)反射或折射之任何表面可被視為實質上光滑。
凹形部分116可與LED軸104相交，諸如在位置118 (參見圖5)處。具體而言，LED軸104可自LED 102之發射表面106延伸，且可在入射表面114之凹形部分116內之位置118處照射在透鏡112之入射表面114。凹形部分116與LED軸104相交之幾何形狀可確保凹形部分116接收自LED 102發射之光之一基本上中央部分。因此，凹形部分116可接收由LED 102發射之大部分光。遠離基本上中央部分(例如，一周邊部分)發射之光可視情況遠離中央部分照射在入射表面114，或針對角度分佈之非常周邊處之射線，可視情況完全未照射在入射表面114。以此方式將周邊部分與中央部分分離可改良自透鏡112發出之光之一均勻性。
凹形部分116可實質上以與LED軸104非同軸之一凹形部分軸120為中心。因此，LED 102及凹形部分116一起可能並非關於一共同軸旋轉對稱。此可導致自透鏡112發出之光之一有意非對稱性。在一些實例中，藉由使用多個LED 102及多個透鏡112，可組合有意非對稱性以形成一指定照明圖案。在一些實例中，凹形部分軸120可平行於LED軸104且自LED軸104偏移。在其他實例中，凹形部分軸120可相對於LED軸104成角度(或成角度地傾斜)。
在一些實例中，凹形部分116可關於凹形部分軸120旋轉非對稱。此一非對稱性之效應係凹形部分116可沿著不同方向將來自LED 102之光加寬達不同量。在一些實例中，此非對稱性可能因凹形部分116之不同截面方向之不同曲率半徑而產生(例如，凹形部分116之不同切片，各切片係包含凹形部分軸120之一平面)。在一些實例中，此非對稱性可能因沿著不同截面方向之不同表面凹陷而產生，其中表面凹陷可被定義為凹形部分軸120及凹形部分116之交點處之零及遠離交點之一縱向距離分量(例如，平行於凹形部分軸120之一距離分量)。在一些實例中，凹形部分116可具有沿著一第一方向之一第一曲率半徑(或一第一表面凹陷)及沿著一第二方向之一第二曲率半徑(或一第二表面凹陷)，該第二方向通常正交於該第一方向。在一些實例中，凹形部分116可為變形的或圓柱形的。替代地，凹形部分116可視情況關於凹形部分軸120旋轉對稱。
入射表面114可包含一散射部分122 (參見圖5及圖9)。散射部分122可有意地在散射部分122之表面處散射光，而非折射或鏡面反射光。例如，照射在散射部分122之一單一光線可散射成一出射角範圍。在一些實例中，散射可相對較小，其中出射角範圍以將發生一折射或鏡面反射之角度為中心(或至少包含該角度)。在一些實例中，散射可更加強烈，其中散射光具有一朗伯圖案，而與入射角無關。在一些實例中，散射部分122可為凹形的，其中一彎曲邊緣(例如，在一截面圖中表現為一拐角)在凹形部分116與散射部分122之間延伸。在一些實例中，散射部分122可為凹形的，其中一彎曲邊緣在凹形部分116與散射部分122之間延伸，且一大體上平坦區域靠近一第三LED 150 (下文論述)。
在一些實例中，散射部分122可經紋理化以散射照射在散射部分122之光。在一些實例中，紋理可包含一表面粗糙度，諸如散射部分122之一表面上之一磨砂。因為磨砂可存在於入射表面114之一或多個部分上且不存在於入射表面114之一或多個其他部分上，所以透鏡112可被視為選擇性地磨砂。在一些實例中，紋理可包含散射部分122處之一或多個微透鏡，該一或多個微透鏡可成角度地重引導照射在該等微透鏡之光。在一些實例中，紋理可包含一或多個表面特徵，諸如劃痕、凸塊或點，其等可向照射在該等表面特徵之光賦予一合適角度重引導。亦可使用其他合適產生散射機構，視情況彼此組合。
透鏡112可進一步包含與入射表面114相對且經定位以背對LED 102 (參見圖5)之一出射表面124。一般而言，來自LED 102之大部分光可透過入射表面114進入透鏡112且透過出射表面124射出透鏡112，儘管一部分光可跟隨穿過透鏡112之其他路徑，如下文說明。
出射表面124可包含一凸形部分126 (參見圖5)。在一些實例中，凸形部分126可具有正光焦度，以部分(但不完全)抵消入射表面114之凹形部分116之負焦度。一般而言，以此方式使用凹形部分116及凸形部分126可增加自透鏡112發出之光之一均勻性。
凸形部分126可為實質上光滑的以免光實質上散射照射在凸形部分126之光。光滑之條件可相同於上文所論述之凹形部分116。
凸形部分126可與LED軸104及凹形部分軸120相交。具體而言，LED軸104可自LED 102之發射表面106延伸，且可在出射表面124之凸形部分126內之位置128 (參見圖5)處照射在透鏡112之出射表面124。類似地，凹形部分軸120可自入射表面114之凹形部分116延伸，且可在出射表面124之凸形部分126內之位置130 (參見圖5)處照射在透鏡112之出射表面124。此幾何形狀可確保凹形部分116及凸形部分126定位於一光學元件之大體上相對之面上，而非在彼此成大角度之面上，諸如一直角稜鏡之相鄰面。
凸形部分126可實質上以與LED軸104非同軸之一凸形部分軸132為中心。因此，LED 102及凸形部分126一起可能並非關於一共同軸旋轉對稱。此可導致自透鏡112發出之光之一有意非對稱性。在一些實例中，藉由使用多個LED 102及多個透鏡部分，可組合有意非對稱性以形成一指定照明圖案。在一些實例中，凸形部分軸132可平行於LED軸104且自LED軸104偏移。在其他實例中，凸形部分軸132可相對於LED軸104成角度(或成角度地傾斜)。
凸形部分軸132可在位置134 (參見圖5)處與凹形部分116相交。如上文所說明，此幾何形狀可確保凹形部分116及凸形部分126定位於一光學元件之大體上相對之面上，而非在相對於彼此成大角度之面上，諸如一直角稜鏡之相鄰面。
在一些實例中，LED軸104、凹形部分軸120及凸形部分軸132可彼此平行、共面且彼此偏移。在一些此等實例中，LED軸104可定位於凹形部分軸120與凸形部分軸132之間。在其他此等實例中，凹形部分軸120可定位於LED軸104與凸形部分軸132之間。在又其他此等實例中，凸形部分軸132可定位於LED軸104與凹形部分軸120之間。
在一些實例中，凸形部分126可關於凸形部分軸132旋轉非對稱。此非對稱性之條件相同於上文所論述之凹形部分116之可選非對稱性。
出射表面124可進一步包含至少部分包圍凸形部分126之一實質上平坦部分136。在一些實例中，平坦部分136可包含在典型製造及對準容限內平坦之一表面。在一些實例中，平坦部分136可亦在典型製造及對準容限內大體上正交於LED軸104。在其他實例中，平坦部分136可視情況相對於LED軸104成角度。
在一些實例中，出射表面124之平坦部分136可為實質上光滑的以免實質上散射照射在平坦部分136之光。平坦部分136實質上光滑之條件相同於入射表面114之凹形部分116或出射表面124之凸形部分126實質上光滑之條件，如上文所論述。在一些實例中，將平坦部分136形成為實質上光滑可容許未照射在凸形部分126之光(例如，相對於LED軸104成相對較高傳播角之光)朝向入射表面114之散射部分122鏡面(或幾乎鏡面)反射，以在入射表面114之散射部分122處散射。以此方式引導高傳播角之光可改良射出透鏡112之光之一均勻性。
在其他實例中，出射表面124之平坦部分136可經紋理化以散射照射在平坦部分136之光。以此方式散射光亦可改良射出透鏡112之光之一均勻性。
在一些實例中，與凹形部分116相比，凸形部分126可在透鏡112之一更大區域內延伸。更具體而言，凹形部分116可延伸至距LED軸104之一最大第一徑向距離138，凸形部分126可延伸至距LED軸104之一最大第二徑向距離140，且第二徑向距離140可大於第一徑向距離138。(參見圖10)。
在一些實例中，入射表面114及出射表面124可包含周邊142 (參見圖5)，周邊142經塑形以形成大體上正交於LED軸104之一大體上平坦凸緣。凸緣可用來將透鏡緊靠一參考表面固定，諸如一殼體之一大體上平坦表面。在一些實例中，凸緣可朝向透鏡112之入射表面114偏移。在其他實例中，凸緣可朝向透鏡112之出射表面124偏移，或居中於入射表面114與出射表面124之間。
在一些實例中，裝置可包含透過透鏡112引導光之額外LED。在一些實例中，透鏡112可修改多個LED之角度輸出以在一指定角度範圍或一指定視場內產生一均勻、一大體上均勻或一以其他方式指定之輸出。針對包含多個LED之組態，入射表面114可進一步包含與凹形部分116分離之一第二凹形部分144 (參見圖9)。針對此等實例，散射部分122可自凹形部分116延伸至第二凹形部分144。針對此等實例，出射表面124可包含與凸形部分126分離之一第二凸形部分146。針對此等實例，平坦部分136可包圍第二凸形部分146。針對此等實例，第二凹形部分144及第二凸形部分146可對自可與LED 102隔開之一第二LED 148 (參見圖4)發出之光進行塑形。針對一些此等組態，LED 102及第二LED 148可發射紅外光。視情況定位於LED 102與第二LED 148之間的一第三LED 150 (參見圖4)可透過透鏡112發射可見光以經由入射表面114之散射部分122進入透鏡112。
在一些實例中，當裝置100在操作時，為LED 102、第二LED 148及第三LED 150供電，且來自第三LED 150之可見光可經由出射表面124之平坦部分136、凸形部分126及第二凸形部分146射出透鏡112。在一些實例中，當裝置100未在操作時，不為LED 102、第二LED 148及第三LED 150供電，且散射部分122之磨砂及平坦部分136之可選磨砂可幫助掩蓋第三LED 150，使得在環境照明下可不容易透過透鏡112看到第三LED 150。合適電路108 (參見圖4)可為LED 102、第二LED 148及第三LED 150供電。
圖12展示根據一些實施例之用於對來自一發光二極體(LED)之一光束進行塑形之一方法1200之一實例。方法1200適用於圖1至圖10之裝置100、圖11之系統1100以及其他合適器件、裝置零件及系統。方法1200僅為一種用於對來自一LED之光進行塑形之方法；亦可使用其他合適方法。
在操作1202，裝置可運用一發光二極體(LED)產生第一光。第一光可實質上以一LED軸為中心。
在操作1204，裝置可將至少一些第一光自LED傳播至一透鏡之一入射表面之一凹形部分。經傳播第一光可作為第二光到達凹形部分處。凹形部分可實質上以與LED軸非同軸之一凹形部分軸為中心。
在操作1206，裝置可透過入射表面之凹形部分折射至少一些第二光以在透鏡內部形成第三光。
在操作1208，裝置可將至少一些第三光自入射表面之凹形部分傳播至透鏡之一出射表面之一凸形部分。經傳播第三光可作為第四光到達凸形表面處。凸形部分可實質上以與LED軸非同軸之一凸形部分軸為中心。
在操作1210，裝置可透過出射表面之凸形部分折射至少一些第四光以在透鏡外部形成第五光。
在操作1212，裝置可將第五光傳播遠離透鏡。
在一些實例中，方法1200可視情況進一步包含自出射表面之凸形部分反射至少一些第四光以在透鏡內部形成第六光。
在一些實例中，方法1200可視情況進一步包含將至少一些第六光自出射表面之凸形部分傳播至透鏡之入射表面之一散射部分，經傳播第六光作為第七光到達散射部分處。
在一些實例中，方法1200可視情況進一步包含運用散射部分散射至少一些第七光。
為了進一步繪示本文中所揭示之裝置及相關方法，下文提供一非限制性實例清單。以下非限制性實例之各者可獨立存在，或可與其他實例之任一或多個者以任何排列或組合組合地使用。
在實例1中，一種裝置可包含：一發光二極體(LED)，其經組態以發射實質上以一LED軸為中心之光；一透鏡，其經組態以對自該LED發射之該光進行塑形，該透鏡包含經定位以面對該LED之一入射表面，該入射表面包含：一實質上光滑凹形部分，其實質上以與該LED軸非同軸之一凹形部分軸為中心；及一紋理化散射部分，其定位成相鄰於該凹形部分。
在實例2中，實例1之裝置可視情況進一步經組態使得該凹形部分與該LED軸相交。
在實例3中，實例1至2中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該凹形部分關於該凹形部分軸旋轉非對稱。
在實例4中，實例1至3中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該透鏡進一步包含與該入射表面相對之一出射表面，該出射表面包含一凸形部分。
在實例5中，實例1至4中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該凸形部分係實質上光滑的。
在實例6中，實例1至5中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該凸形部分與該LED軸及該凹形部分軸相交。
在實例7中，實例1至6中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得：該凸形部分實質上以與該LED軸非同軸之一凸形部分軸為中心；且該凸形部分軸與該凹形部分相交。
在實例8中，實例1至7中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得：該LED軸、該凹形部分軸及該凸形部分軸彼此平行、共面且偏移。
在實例9中，實例1至8中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該凸形部分關於該凸形部分軸旋轉非對稱。
在實例10中，實例1至9中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該出射表面進一步包含至少部分包圍該凸形部分之一實質上平坦部分。
在實例11中，實例1至10中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該平坦部分大體上正交於該LED軸。
在實例12中，實例1至11中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該平坦部分係實質上光滑的。
在實例13中，實例1至12中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該平坦部分經紋理化。
在實例14中，實例1至13中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得：該凹形部分延伸至距該LED軸之一最大第一徑向距離；該凸形部分延伸至距該LED軸之一最大第二徑向距離；且該第二徑向距離大於該第一徑向距離。
在實例15中，實例1至14中任一實例之裝置可視情況進一步經組態使得該入射表面及該出射表面包含經塑形以形成大體上正交於該LED軸之一大體上平坦凸緣之周邊。
在實例16中，實例1至15中任一實例之裝置可視情況進一步包含與該LED隔開且經組態以發射實質上以一第二LED軸為中心之光之一第二LED，該第二LED軸實質上平行於該LED軸，該第一LED及該第二LED進一步經組態以發射紅外光，其中：該入射表面進一步包含與該凹形部分分離之一第二凹形部分；該散射部分自該凹形部分延伸至該第二凹形部分；該出射表面包含與該凸形部分分離之一第二凸形部分；該平坦部分包圍該第二凸形部分；且該第二凹形部分及該第二凸形部分經組態以對自該第二LED發出之光進行塑形；且進一步包括定位於該LED與該第二LED之間的一第三LED，該第三LED經組態以透過該透鏡發射可見光以經由該入射表面之該散射部分進入該透鏡。
在實例17中，實例1至16中任一實例之裝置可視情況進一步包含經組態以為該LED、該第二LED及該第三LED供電之電路。
在實例18中，一種方法可包含：運用一發光二極體(LED)產生第一光，該第一光實質上以一LED軸為中心；將至少一些之該第一光自該LED傳播至一透鏡之一入射表面之一凹形部分，該經傳播第一光作為第二光到達該凹形部分處，該凹形部分實質上以與該LED軸非同軸之一凹形部分軸為中心；透過該入射表面之該凹形部分折射至少一些之該第二光以在該透鏡內部形成第三光；將至少一些之該第三光自該入射表面之該凹形部分傳播至該透鏡之一出射表面之一凸形部分，該經傳播第三光作為第四光到達該凸形表面處，該凸形部分實質上以與該LED軸非同軸之一凸形部分軸為中心；透過該出射表面之該凸形部分折射至少一些之該第四光以在該透鏡外部形成第五光；及將該第五光傳播遠離該透鏡。
在實例19中，實例18之方法可視情況進一步包含：自該出射表面之該凸形部分反射至少一些之該第四光以在該透鏡內部形成第六光；將至少一些之該第六光自該出射表面之該凸形部分傳播至該透鏡之該入射表面之一散射部分，該經傳播第六光作為第七光到達該散射部分處；及運用該散射部分散射至少一些之該第七光。
在實例20中，一種系統可包含：一第一發光二極體(LED)，其經組態以發射實質上以一第一LED軸為中心之紅外光；一第二LED，其經組態以發射實質上以一第二LED軸為中心之紅外光，該第二LED軸實質上平行於該第一LED軸；一第三LED，其定位於該第一LED與該第二LED之間，該第三LED經組態以發射實質上以一第三LED軸為中心之可見光，該第三LED軸實質上平行於該第一LED軸；電路，其經組態以為該第一LED、該第二LED及該第三LED供電；及一透鏡，其經組態以對自該第一LED、該第二LED及該第三LED發射之光進行塑形，該透鏡包含經定位以面對該第一LED、該第二LED及該第三LED之一入射表面，該入射表面包含一第一凹形部分，該第一凹形部分係實質上光滑的以免實質上散射照射在該第一凹形部分之光，該第一凹形部分與該第一LED軸相交，該第一凹形部分實質上以平行於該第一LED軸且自該第一LED軸偏移之一第一凹形部分軸為中心，該第一凹形部分關於該第一凹形部分軸旋轉非對稱，該入射表面包含定位成遠離該第一凹形部分之一第二凹形部分，該第二凹形部分係實質上光滑的以免實質上散射照射在該第二凹形部分之光，該第二凹形部分與該第二LED軸相交，該第二凹形部分實質上以平行於該第二LED軸且自該第二LED軸偏移之一第二凹形部分軸為中心，該第二凹形部分關於該第二凹形部分軸旋轉非對稱，該入射表面包含定位成遠離該第一凹形部分及該第二凹形部分之一散射部分，該散射部分經紋理化以散射照射在該散射部分之光，該第三LED經組態以透過該透鏡發射該可見光以經由該散射部分進入該透鏡，該透鏡進一步包含與該入射表面相對之一出射表面，該出射表面包含一凸形部分，該凸形部分係實質上光滑的以免實質上散射擊中該凸形部分之光，該凸形部分與該第一LED軸、該第二LED軸、該第三LED軸、該第一凹形部分軸及該第二凹形部分軸相交，該凸形部分實質上以平行於該第一LED軸並自該第一LED軸偏移且平行於該第二LED軸並自該第二LED軸偏移之一凸形部分軸為中心，該凸形部分軸與該第一凹形部分及該第二凹形部分相交，該第一LED軸、該第一凹形部分軸及該第一凸形部分軸彼此平行、共面且偏移，該第一LED軸定位於該第一凹形部分軸與該第一凸形部分軸之間，該第二LED軸、該第二凹形部分軸及該第二凸形部分軸彼此平行、共面且偏移，該第二LED軸定位於該第二凹形部分軸與該第二凸形部分軸之間，該凸形部分關於該凸形部分軸旋轉非對稱，該出射表面進一步包含至少部分包圍該凸形部分之一實質上平坦部分，該平坦部分大體上正交於該第一LED軸，該入射表面及該出射表面包含經塑形以形成大體上正交於該LED軸之一大體上平坦凸緣之周邊。
雖然本文中已展示及描述當前所揭示標的物之例示性實施例，但對於熟習此項技術者而言將顯而易見的是，此等實施例僅以實例方式提供。在不背離所揭示標的物之情況下，在閱讀及理解本文中所提供之材料後，熟習此項技術者將想到眾多變動、變化及替換。應理解，可在實踐標的物之各項實施例時採用本文中所描述之所揭示標的物之實施例之各種替代方案。意欲下文發明申請專利範圍定義所揭示標的物之範疇且藉此涵蓋此發明申請專利範圍及其等效物之範疇內之方法及結構。
100:裝置 102:發光二極體(LED) 104:LED軸 106:發射表面 108:電路 110:控制器 112:透鏡 114:入射表面 116:凹形部分 118:位置 120:凹形部分軸 122:散射部分 124:出射表面 126:凸形部分 128:位置 130:位置 132:凸形部分軸 134:位置 136:平坦部分 138:最大第一徑向距離 140:最大第二徑向距離 142:周邊 144:第二凹形部分 146:第二凸形部分 148:第二LED 150:第三LED 1100:系統 1200:方法 1202:操作 1204:操作 1206:操作 1208:操作 1210:操作 1212:操作
圖1至圖10展示根據一些實施例之一裝置之各種視圖，其包含可對自一發光二極體(LED)發出之光進行塑形之一透鏡。在本文中所呈現之視圖中，假定光自透鏡前方發出，使得該LED可定位至透鏡後方。術語「前方」、「後方」、「頂部」、「側面」及其他方向性術語僅出於方便描述透鏡及其他元件之目的而使用，且不應被解釋為以任何方式進行限制。
圖1展示根據一些實施例之一透鏡之一後視圖，其中交叉影線指示一紋理化部分。
圖2展示根據一些實施例之圖1之透鏡之一前視圖。
圖3A展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一前視圖。
圖3B展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一仰視圖。
圖3C展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一側視圖。
圖4展示根據一些實施例之沿圖3A中所展示之一斷截面截取之具有一控制器、電路及LED之圖1及圖2之透鏡之一底面截面圖。
圖5展示根據一些實施例之沿圖3A中所展示之一截面截取之具有一控制器、電路及一LED之圖1及圖2之透鏡之一(右)側視截面圖。
圖6展示根據一些實施例之具有一LED之圖4之截面圖之一第一部分之一特寫圖，該第一部分延伸穿過透鏡之一凹形表面之一中心。
圖7展示根據一些實施例之圖4之截面圖之一第二部分之一特寫圖，該第二部分相對於透鏡之凹形表面偏心。
圖8A展示根據一些實施例之圖1及圖2之透鏡之一後視圖。
圖8B展示根據一些實施例之沿圖8A中所展示之一截面截取之圖1及圖2之透鏡之一側視截面圖。
圖9展示根據一些實施例之沿圖8A中所展示之一截面截取之圖1及圖2之透鏡之一仰視截面圖。
圖10展示根據一些實施例之圖5之(右)側視截面圖之一特寫圖。
圖11展示根據一些實施例之可包含圖1至圖10之裝置之系統之一實例。
圖12展示根據一些實施例之用於對來自一LED之光進行塑形之一方法之一實例。
貫穿數個視圖，對應元件符號指示對應部件。圖式中之元件不一定按比例繪製。圖式中所展示之組態僅為實例且不應被解釋為以任何方式限制所揭示標的物之範疇。
100:裝置
102:發光二極體(LED)
104:LED軸
106:發射表面
108:電路
110:控制器
112:透鏡
114:入射表面
116:凹形部分
118:位置
120:凹形部分軸
122:散射部分
124:出射表面
126:凸形部分
128:位置
130:位置
132:凸形部分軸
134:位置
136:平坦部分
142:周邊

Claims (20)

  1. 一種照明裝置，其包括：一透鏡，其經組態以對自一發光二極體(LED)發射之光進行塑形，該發射光實質上以一LED軸為中心，該透鏡包含經定位以面對該LED之一入射表面，該入射表面包含：一實質上光滑凹形部分，其實質上以與該LED軸非同軸之一凹形部分軸(concave portion axis)為中心；及一紋理化散射部分，其定位成相鄰於該凹形部分，該透鏡進一步包含與該入射表面相對之一出射表面，該出射表面包含一凸形部分，該凸形部分實質上以與該LED軸非同軸之一凸形部分軸為中心，該凸形部分軸與該凹形部分相交，及該LED軸、該凹形部分軸及該凸形部分軸彼此平行、共面且彼此偏移。
  2. 如請求項1之照明裝置，其中該凹形部分與該LED軸相交。
  3. 如請求項1之照明裝置，其中該凹形部分關於該凹形部分軸旋轉非對稱。
  4. 如請求項1之照明裝置，其中該凸形部分係實質上光滑的。
  5. 如請求項1之照明裝置，其中該凸形部分與該LED軸及該凹形部分軸相交。
  6. 如請求項1之照明裝置，其中該凸形部分關於該凸形部分軸旋轉非對稱。
  7. 如請求項1之照明裝置，其中該出射表面進一步包含至少部分包圍該凸形部分之一實質上平坦部分。
  8. 如請求項7之照明裝置，其中該實質上平坦部分大體上正交於該LED軸。
  9. 如請求項7之照明裝置，其中該實質上平坦部分係實質上光滑的。
  10. 如請求項7之照明裝置，其中該實質上平坦部分經紋理化。
  11. 如請求項1之照明裝置，其中該凹形部分延伸至距該LED軸之一最大第一徑向距離；該凸形部分延伸至距該LED軸之一最大第二徑向距離；且該第二徑向距離大於該第一徑向距離。
  12. 如請求項1之照明裝置，其中該入射表面及該出射表面包含經塑形以形成大體上正交於該LED軸之一大體上平坦凸緣之周邊。
  13. 一種用於對來自一發光二極體(LED)之光進行塑形之方法，其包括：運用一LED產生第一光，該第一光實質上以一LED軸為中心；將至少一些之該第一光自該LED傳播至一透鏡之一入射表面之一凹形部分，該經傳播第一光作為第二光到達該凹形部分處，該凹形部分實質上以與該LED軸非同軸之一凹形部分軸為中心；透過該入射表面之該凹形部分折射至少一些之該第二光以在該透鏡內部形成第三光；將至少一些之該第三光自該入射表面之該凹形部分傳播至該透鏡之一出射表面之一凸形部分，該經傳播第三光作為第四光到達該凸形表面處，該凸形部分實質上以與該LED軸非同軸之一凸形部分軸為中心；透過該出射表面之該凸形部分折射至少一些之該第四光以在該透鏡外部形成第五光；及將該第五光傳播遠離該透鏡。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括：自該出射表面之該凸形部分反射至少一些之該第四光以在該透鏡內部形成第六光。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括：將至少一些之該第六光自該出射表面之該凸形部分傳播至該透鏡之該入射表面之一散射部分，該經傳播第六光作為第七光到達該散射部分處。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包括：運用該散射部分散射至少一些之該第七光。
  17. 一種照明裝置，其包括：一第一發光二極體(LED)，其經組態以發射光；一第二LED，其與該第一LED隔開且經組態以發射光；一第三LED，其定位成相鄰於該第一LED或該第二LED之至少一者，該第三LED經組態以發射具有不同於由該第一LED發射之該光之一波長及不同於由該第二LED發射之該光之一波長之光；及一透鏡，其經組態以對自該第一LED、該第二LED及該第三LED發射之光進行塑形，該透鏡包含經定位以面對該第一LED、該第二LED及該第三LED之一入射表面，該入射表面包含一第一凹形部分、一第二凹形部分及一散射部分，該透鏡進一步包含與該入射表面相對之一出射表面，該出射表面包含一第一凸形部分、第二凸形部分及包圍該第一凸形部分及該第二凸形部分之一平坦部分，該第一凹形部分及該第一凸形部分經組態以對自該第一LED發出之光進行塑形，該第二凹形部分及該第二凸形部分經組態以對自該第二LED發出之光進行塑形，及該散射部分經組態以自該第三LED接收光。
  18. 如請求項17之照明裝置，其中該第一LED及該第二LED經組態以發射紅外光。
  19. 如請求項17之照明裝置，其中該第三LED經組態以發射可見光。
  20. 如請求項17之照明裝置，其中該第三LED定位於該第一LED與該第二LED之間。
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