[發明專利]光學輸出設備和設計方法

有效

• 申請號: 201780030662.5
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN109154682B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: O·德羅斯;M·C·J·M·維森伯格
• 申請（專利權）人: 昕諾飛控股有限公司
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;F21V5/00;G02B5/02;G02B27/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;李春輝

光學輸出設備包括板，該板具有形成為鑲嵌透鏡陣列的至少一個表面。鑲嵌透鏡包括正六邊形透鏡鑲嵌的至少第一區域和第二區域，其中第一區域和第二區域相對于彼此傾斜。通過以這種方式去除全周期性、但保持局部周期性，在顏色和強度兩者中都減少了可見的非均一性。光學輸出設備不需要被均一地照射以產生不具有可見的強度或顏色邊緣的輸出。

技術領域

本發明涉及用于對從光源輸出的光進行波束成形的光學輸出設備。例如，本發明涉及光準直器的一部分或者燈的光出射表面。

背景技術

使用小的透鏡(經常稱為小透鏡或者微透鏡)的陣列來提供光輸出功能是眾所周知的。這種透鏡陣列可以用在準直光源的輸出處。的確，許多準直器利用在單獨的窗口元件上或者集成在介電準直器的出射表面中的漫射器或者微透鏡陣列。目的是提供對波束角度的調整，和/或削弱顏色偽影(特別是當與中功率LED(或者RGB LED)一起使用時)，和/或消除或者平滑掉強度偽影。

已知在透明板的一面上使用透鏡的周期性陣列，例如形成方形或六邊形網格。備選地，可以使用雙面積分透鏡對。然而，積分透鏡對特別傾向于在圖案的邊緣產生多邊形偽影，因為光分布是第一陣列的透鏡的輪廓的相對清晰的圖像的疊加。

六邊形或者方形透鏡陣列在波束中產生六邊形或者方形偽影。例如，當利用平行光照射時，單個球形透鏡產生類似于具有陡峭的斜率的平頂形狀的強度分布。如果鑲嵌這種透鏡，那么每個透鏡的一部分被截斷，使得鑲嵌透鏡的強度分布呈現與透鏡相同的形狀，因而在邊緣具有陡峭的梯度。這對于波束成形和顏色混合通常是不需要的并且不是最佳的，因為圓的無偽影的波束是優選的。

問題已經受到公認，并且存在一些部分解決方案。例如，US 7 441927作為現有技術公開了旋轉對稱螺旋圖案，并且作為新的設計公開了去除旋轉對稱的鑲嵌設計。它是基于葉序螺旋圖案。然而，如果沒有均勻地照射每處，那么這種設計可能會引起偽影。

圖1示出US 7 441 927的設計。如果該設計是由多個光源照射的，那么輸出波束的形狀不是圓形的，如圖2中由光線追蹤圖像所示。這是基于當通過四個單獨的準直器照射時，對來自透鏡設計的輸出進行建模。

因此，周期性鑲嵌存在問題，并且產生可見的顏色或強度非均一性的許多已知的不規則透鏡鑲嵌也存在問題。在均一地照射時，試圖解決該問題的已知的不規則透鏡鑲嵌可以產生平滑的圓波束，但是當利用多個光源(例如，準直器陣列)照射時，它們仍然可能產生偽影。

因此，需要使能來自光源或者多個光源的無偽影輸出以及能夠提供所期望的波束成形或者波束操縱的透鏡設計。

發明內容

根據參照本發明的一個方面的示例，提供了用于接收入射光和提供輸出光的光學輸出設備，該光學輸出設備包括：

板，具有用于接收入射光的第一主表面和用于提供輸出光的第二相對表面(56)，其中第一表面和第二表面中的至少一個表面包括鑲嵌透鏡的鑲嵌表面，

其中鑲嵌透鏡至少包括第一區域和第二區域，其中在每個區域內，所有的六邊形是具有相同的尺寸和相對于彼此相同的角度定向的正六邊形，其中第一區域和第二區域在它們之間具有關于鑲嵌表面的法線的透鏡的相對旋轉θ，其中0度θ30度，其中第一區域和第二區域相對于彼此隨機對準，并且其中每個區域包括至少七個鑲嵌透鏡。

該設計提供了正六邊形鑲嵌的區域，但是其中區域相對于彼此旋轉。注意，在任一角度方向上的低于30度的相對旋轉意味著：在一個角度方向上存在高達60度的相對角度。這種小于30度(并且大于零)的最接近的相對角度意味著：一個六邊形圖案相對于另一個六邊形圖案傾斜任意量。因為該限定允許在任一角度方向上允許相對旋轉，因此相對旋轉角度是在一個六邊形圖案的邊和另一個六邊形圖案的最對準的邊之間的最小角度。通過創建許多這種旋轉區域，從而去除全周期性，在顏色和強度兩者中都減少了可見的非均一性。這還意味著光學輸出設備不需要被均一地照射以產生不具有可見的強度或顏色邊緣的輸出。可以獲得光輸出的任何所期望的外部形狀。