照明设备的制作方法

本发明涉及一种照明设备，其包含用于将光源聚焦到多个焦点的透镜。

背景技术：

照明设备领域内最近发展的一个领域已经是“面板型”照明设备领域，其中跨层状前光输出表面创建有趣的、通常是动态的光效果。这些可以用于比如装饰效果，但是也可以用于功能目的，比如显示或传送信息。

提供这种设备的一种方式是利用所谓的“光学去眩板”，或者，在更具体的示例中，利用“圆锥去眩板”。圆锥去眩板由分布在支撑衬底上的圆锥形结构的透光阵列形成。当光斑被引导到去眩板的表面上时，斑点被板的光学结构转换成对应的环形光图案，其在板的背面上是观察者可见的。

包含这种板的已知设备通常利用它们来提供圆形环和其他闭合弯曲形式的有吸引力的发光显示。在一些情况下，板的结构被配置成使得圆形图案的外观亮度或形状看起来随着用户相对于板的可见表面移动其位置而改变。

然而，使用这种布置来生成具有足够有趣或引人入胜以捕获和保持观察者的注意力的图案的光输出仍然是一挑战。特别是，观察者可能很快对该设备产生的图案变得不感兴趣或厌烦，使得创建在延长的时间段内对旁观者保持完全迷人的显示是远非简单的。

此外，已知设备的显著缺点是，由于设备的物理设置，在生成的图案中可能存在光学失真。特别地，例如，可能合乎期望地是创建包括同心或重叠圆形图案的显示。然而，在已知的设备中，这只能通过使用多个光源来实现，所述多个光源相对于彼此线性对准，并且在距光学去眩板不同的垂直距离处。然而，这样的布置通常在所生成的图案中生成缺陷，其中更靠近去眩板的光源阻挡更远侧放置的光源，从而导致所生成的光图案中的阴影。

因此，需要一种提供从相对于入射表面的不同垂直距离发射的光的多个源的改进的装置，特别地使得可以避免上述阴影效应。还需要能够利用这种装置来提供改进的发光显示的基于光学去眩板的照明设备。

技术实现要素：

本发明由权利要求限定。

依照本发明一方面的示例提供了包括光学去眩板和照明组件的照明设备，该光学去眩板具有用于光学处理接收光的圆锥光学结构阵列。照明组件包括透镜和至少一个相对于透镜布置在限定位置处的光源。透镜包括围绕透镜的中心轴分布的多个成像区域，所述成像区域中的每一个被适配为对至少一个光源进行成像。成像区域中的每一个包括多个子区域，所述多个子区域用于对至少一个光源进行成像，以生成所述成像区域共用的多个虚拟光源。虚拟光源沿着空间路径分布，该空间路径与中心轴具有限定关系并且至少部分地在远离透镜的方向上延伸。透镜被配置成经由所述多个虚拟光源将对应的多个光输出投射到光学去眩板的入射表面上，光输出组合以在所述入射表面上生成发光图案。

照明设备中包括的透镜是由多个成像区域形成的菲涅耳型透镜，每个成像区域被细分成多个子区域。多个子区域使得透镜能够创建多个焦点，并且更特别地，多个焦点被移位到距透镜不同的垂直距离处。以这种方式，可以仅使用单个物理光源来创建多个虚拟光源。因此，透镜提供了一种用于在给定方向上传播源自多个有效源位置的多个光输出的方法，而不需要使用单独的物理光源来创建每个光输出。因此，可以创建多个光输出，而没有任何阴影效应的风险，因为没有物理装置需要布置成插入在虚拟光源中的任一个和给定入射表面之间。

虚拟光源沿其分布的空间路径在示例中可以是与中心轴重合或平行于中心轴延伸的线性路径，或者该路径可以是部分地与所述中心轴重合或至少部分沿所述轴延伸的弧形路径。

线性路径使得能够从透镜生成关于共用线性轴为中心的多个同心重叠光输出，每个光输出由线性对准的虚拟光源中的一个生成。当投射到圆锥去眩板上时，这使得能够在该板的背面上创建同心光环图案。

弧形路径使得能够生成关于一系列点为中心的多个重叠光输出，这些点相对于彼此横向移位（其中横向指示垂直于透镜中心轴方向的方向）。例如，当投射到圆锥去眩板的入射表面上时，这在背面上创建重叠环的图案，当以相对于该板的某个斜角观看时，该重叠环的图案可以看起来完全同心并以共用点为中心。因此，这种配置对于补偿环之间的任何视差可以是有用的。依照进一步的实施例，透镜可以包括成像区域的两个或更多个子集，每个子集被适配为对放置在相对于透镜的不同相应限定位置处的相应光源进行成像，并且每个子集被配置为生成沿着相应空间路径分布的相应多个虚拟光源。

以这种方式，可以创建多个不同的虚拟光源组，其沿着不同的相应路径对准。这对于比如创建供不同观察者观察的光显示可以是有利的，这些观察者比如相对于图案投射到其上的入射表面不同地定位。比如，不同的路径可以被表征为不同的曲率，从而创建适合于以相对于入射表面成相应角度定位的观察者观看的同心光输出图案。

为了实现来自每个成像区域的多个焦点，每个区域被细分成多个子区域，每个子区域被适配为将光聚焦到多个虚拟光源中的不同的一个。这些不同的光输出方向可以通过使每个子区域的折射属性不同来实现，或者通过每个子区域的不同角度的光输出表面来实现。

依照至少一组实施例，成像区域中的每一个可以具有由多个不同角度的光输出面形成的光出射表面，所述面中的每一个为所述子区域中的每一个限定相应的光出射表面。不同的光输出面可以各自成角度，来用于将光引导朝向多个虚拟光源中的用于在该方向上引导光的相应的一个。比如，每个光输出面可以相对于所述中心轴成不同的角度。

在示例中，不同的子区域可以具有相同的折射属性，仅关于界定它们的光出射表面的不同角度来被区分或限定。在这种情况下，光出射表面的角度可以完全确定光射出每个子区域的角度。

依照一个或多个实施例，虚拟光源可以（通过不同的设计）形成虚拟光源的连续体。这些可以是线性或弧形对准的。在线性对准的情况下，这可以使得能够投射光输出的连续同心图案。当投射到圆锥去眩板上时，这可以使得能够在背面上创建同心环的连续图案。通过选择性地激活或去激活虚拟光源中的某些和/或光源的方向场的部分，不同的这些连续环或这些环的部分可以被照射或不被照射。这可以允许使用环来建立图案或图像。下面将更详细地描述用于选择性地激活或去激活不同虚拟光源及其方向场的一部分的方法。

为了实现虚拟光源的连续体，透镜的成像区域中的每一个可以包括弧形光出射表面，所述弧形光出射表面的不同弧形部分为子区域中的每一个限定相应的光出射表面。在示例中，子区域可以具有相同的折射属性，仅由它们相应的光出射表面的不同角度来限定。在弧形光出射表面的情况下，因此有效地提供了子区域的连续体，每个子区域将光引导到焦点连续体中的一个焦点。焦点连续体可以有效地限定焦线或焦散线。

在优选示例中，光学去眩板可以是圆锥去眩板，这意味着去眩板包括圆锥棱镜结构的阵列。因此，圆锥光学结构可以指圆锥棱镜结构。填充板的棱镜结构可以是微棱镜结构。圆锥棱镜结构被成形为使得当布置成阵列形式时，它们对透射通过阵列的光实现去眩效果。附加地，该形状使得来自真实或虚拟点源的光被去眩板处理，以便形成基本圆形或环形的光图案，对于面向板的背面的观察者来说，该光图案看起来与虚拟光源位于板的相同侧。

在使用中，去眩板通常被取向成使得微棱镜结构的基部形成板的一组光入射表面，并且该结构的锥形表面形成板的一组光出射表面。

圆锥意味着具有至少基本上是圆锥的基本形状。圆锥光学结构可以包括截头圆锥结构，包括具有截头或削减截面（例如，分段截头或削减的截面）的结构。在一些情况下，圆锥结构中的一个或多个可以具有被适配的基部形状，例如被适配为呈现多边形形状的基部。这种示例旨在由一般术语“圆锥结构”覆盖。

本公开中的示例可以主要参考这种“圆锥去眩板”来描述，该“圆锥去眩板”意味着如前面段落中阐明的光学去眩板。然而，在所有情况下，对圆锥去眩板的提及应理解为是指依照本申请中描述的实施例的广泛公开内容的光学去眩板。

透镜被布置成与光学去眩板光学连通，并且以便生成沿着至少部分地在远离透镜的方向上延伸的空间路径的所述多个虚拟光源。

每个虚拟光源将相应的光输出投射到光学去眩板的入射表面上。这些光输出的组合在板的入射表面上产生整体发光显示。

在圆锥去眩板的情况下，每个单独的光输出由去眩板处理，以生成在板的可见表面上、前面或后面可见的对应的环形（或弧状）光图案。

依照至少一组实施例，照明设备可以进一步包括光调制元件，该光调制元件布置在所述至少一个光源和多个虚拟光源之间的光路径中，用于调制引导到所述多个虚拟光源的光，使得以便配置所述对应的多个光输出中的每一个的形状或强度轮廓。

光调制元件可以是用于调制在形成所述虚拟光源途中进入透镜、穿过透镜或射出透镜的光的强度或亮度分布的滤光器。光调制元件可以至少部分地由掩模元件形成，掩模元件用于阻挡引导朝向虚拟光源的光的至少一部分的透射。

光调制元件可以被适配为对进入、穿过或射出透镜的光进行操作，以便配置所述虚拟光源中的一个或多个，来将成形光输出投射到光学去眩板上。通过改变由虚拟光源提供的光输出的形状，可以类似地更改在板的背面上生成的可见发光图案的对应形状。

在特定示例中，光调制元件可以被适配为配置虚拟光源，以在光学去眩板上提供扇形光输出。扇形涵盖圆形、椭圆形或类似圆形闭合形状的任何大扇形部分或小扇形部分。例如，它可以是楔形（小扇形部分），或者是具有缺失楔形部分的圆（大扇形部分）。

投射到圆锥去眩板上的扇形光输出在背面上生成弧状发光图案（即，开放的曲线形状），该弧具有与生成它的扇形光输出的外圆周延伸相称的圆周延伸。

依照示例，光调制元件可以与透镜的光输出表面直接相邻地定位。如果源的尺寸不是无限小，则两者之间的任何位移都可能导致光学去眩板上生成的光显示的失真，这是由于透镜和光调制元件之间的所谓的“半阴影效应”。在这种效应中，光调制元件的光调制图案在投射到圆锥去眩板上时有效地变得模糊或分散。图案中的尖锐边界在被成像到板上时失真并变成盘绕（模糊）的边界，并且投射的光源的外观强度在其范围内看起来不均匀。这种模糊的程度或范围由光学系统的几何形状和光源尺寸确定。结果是投射的光调制图案的边缘的模糊，以及整个图案的外边缘和内边缘之间的串扰。

为了缓解这种效应，光调制元件可以与透镜的光输出表面直接相邻地定位。这有助于通过减少透镜成像区域和光调制元件之间的光学路径长度来显著减少任何潜在的这种失真。

直接相邻意味着彼此邻近或直接接界地布置。两者可以接触。在特定示例中，透镜和光调制元件可以物理地彼此耦合。

依照一个或多个实施例，光调制元件可以嵌入在透镜的主体内。透镜可以在制造期间围绕光调制元件形成。

光调制元件可以是静态光调制元件，其被适配为将固定的光调制图案应用于透射穿过它的光，或者是具有可配置光调制效果的动态光调制元件。

依照实施例的至少一个子集，光调制元件可以是或包括像素化光学元件，诸如液晶滤光器或液晶显示器。

在这种情况下，照明设备通常还可以包括控制器，该控制器用于控制由像素化光学元件应用于射出透镜的光的光调制图案，以便从而配置在光学去眩板的所述入射表面上生成的所述发光图案。

可选地，控制器可以被配置成依照极坐标系寻址像素化光学元件的像素。通过依照极坐标寻址像素，特别是在透镜的成像区域围绕透镜的中心轴环形延伸的情况下，像素的几何组织更好地匹配透镜的几何形状。控制由此得以简化。

由于透镜的子区域之间的尖锐过渡或边界附近的半阴影效应（参见上文），在一些情况下，相邻成像区域的最外侧子区域的光线之间可能发生一定程度的交叉。在投射到去眩板上的光图案中，这由于距透镜的最远和最近的虚拟光源的光输出之间的一定程度的交叉耦合而是可见的。

为了规避这个问题，依照一个或多个实施例，光调制元件可以被配置成包括至少一个不透明区域，该不透明区域被布置成与透镜的两个相邻成像区域之间的至少一个边界光学对准。这些可以是提供在光调制元件上的不透明环。通过阻挡从位于相邻成像区域之间的边界处的薄中间区域透射的光，可以避免发光交叉的问题。

依照至少一组实施例，光调制元件可以被配置成对透镜的每个成像区域的不同子区域应用不同的强度调制，以便在每个虚拟光源处实现不同的光强度。改变光强度可以为观察者提供更有趣或变化的发光显示。

优选地，光强度被配置成根据虚拟光源距光学去眩板的距离而增加。距入射表面更远的光源通常可以被预期为在入射表面上提供具有更低光强度的光输出（因为相同的光通量分散在入射表面的更大面积内）。通过根据距入射表面的增加的距离而增加提供给虚拟光源的发光功率，强度的这种下降可以被抵消，从而跨入射表面上的所有输出提供基本均匀的光强度。

依照实施例的另一子集，在每个成像子区域具有由相应的成角度光输出面限定的光出射表面的情况下，每个成角度光输出面用于将光引导朝向所述虚拟光源中的不同相应一个，所述面中的每一个的宽度可以变化，以便改变引导到每个虚拟光源的光强度。

这里，提供给每个虚拟光源的光强度借助于透镜的物理配置而不是借助于光调制元件来改变。通过增加子区域的相应光输出面的宽度，更多的光通量被引导到对应的虚拟光源，从而增加其亮度或强度（并且反之亦然）。再次，优选地，这可以用来根据距光学去眩板的增加的距离来增加虚拟光源的强度。这可以能够实现由不同虚拟光源提供的光输出的亮度的均匀化。

注意，上面的术语“强度”旨在广义上仅意味着亮度或发光功率。它不应被狭义地解释为仅指每单位面积的功率的物理量，尽管在某些背景下它可以意味着这一点。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示意性图示了依照本发明的实施例的包含在照明设备内的示例透镜；

图2示意性图示了图1的透镜的光学功能；

图3示意性地描绘了图1的示例透镜的前视图；

图4示意性图示了依照本发明的实施例的包含在照明设备内的第二示例透镜；

图5示意性图示了图4的透镜的光学功能；

图6示意性地描绘了依照本发明的实施例的示例照明设备；

图7示意性地描绘了依照本发明的实施例的包含在照明设备内的示例光学去眩板；和

图8示意性地描绘了用于投射到光学去眩板上的三个示例光输出以及在该板的背面处生成的对应光图案。

具体实施方式

本发明提供了具有透镜的照明设备，该透镜包括多个成像区域，每个成像区域被适配为对光源进行成像，以生成多个虚拟光源，这些虚拟光源对所有成像区域共用，并且沿着在大致远离透镜的方向上延伸的空间路径分布。每个成像区域包括多个子区域，用于将输入光源聚焦到所有成像区域共用的相应多个焦点。由每个成像区域的子区域引导向焦点的聚焦光组合，诸如在每个焦点处形成虚拟光源。

图1示意性图示了依照本发明的实施例的穿过包含在照明设备内的示例透镜12的截面侧视图。图2示出了穿过透镜的一部分的更近的截面图。该透镜具有光输入表面15和光输出表面18。跨透镜的外围区域16的光输出表面由跨透镜表面分布的棱镜光学结构22的连续阵列的相应倾斜光输出表面24形成。所述棱镜结构中的每一个形成透镜的相应成像区域，用于对相对于透镜位于限定位置28处的光源进行成像。跨透镜的中心区域17，光输出表面形成单个连续凸表面部分。

在优选示例中，透镜的光学功能是折射（与利用全内反射相反）。在本发明的实施例中，全内反射（tir）的使用可能导致借助于透镜生成的任何可观察光效果的部分之间的串扰。

每个成像区域22包括多个成像子区域32（参见图2），每个成像子区域部分地由相应的光输出表面部分34界定，光输出表面部分34相对于成像区域的其他光输出表面部分成不同的角度。每个成像区域被适配为经由其相应的子区域组处理接收光，并将该光聚焦到多个焦点38中的每一个，这些焦点38对于透镜的成像区域中的全部共用，并且沿着大致远离透镜延伸的空间路径40分布。由透镜的全部成像区域引导向每个焦点的组合的聚焦光在每个焦点处形成虚拟光源，用于将光输出引导向位于虚拟光源光学下游的入射目标。

为了说明的清楚性，光被示出为仅被引导到图1的透镜12的成像区域22中的三个成像区域中。然而，应当理解，在实践中，位于限定位置28处的光源将光引导到透镜的所有成像区域中，并且所有区域分别将该光聚焦到多个焦点38中的每一个。在特定示例中，光源28可以进一步被提供有用于优化位置28处的光源和透镜12之间的光学耦合的装置，以最小化光损失。这可以比如包括一个或多个光学元件，用于准直或以其他方式成形或引导位置28处的光源的光输出，以便在透镜的光输入表面15上被最佳地接收。

尽管在图1和图2的特定示例中，每个成像区域的倾斜光输出表面24是凹形弯曲的，但是在可替代示例中，光输出表面24可以是凸形弯曲的。这比如通过反转成像子区域32和它们相应的光输出表面部分34的顺序可以来实现。也可以实现交替的凸形和凹形光输出表面24，这可以具有减少相邻成像区域22之间的串扰的任何效应的效果。然而，在某些情况下，这可能不是优选的，因为随着观察者改变位置，它也可能导致在可观察图案中的伪影的出现。

每个成像区域22的光学结构在图2中更详细地图示出，图2示出了由每个相应的子区域32接收的在每个成像区域中的光的聚焦。为了说明的清楚性，仅示出了单个成像区域对光的聚焦。输入光44通过光输入表面15被接收到透镜12中。光透射通过透镜的透明中心主体部分48，并被接收到形成透镜的成像区域22的相应棱镜结构中的一个中。光平行地透射通过子区域中的每一个，并通过界定子区域中的每一个的一组相应光出射表面部分（光出射面）34中的每一个射出，并随之被折射。光的折射程度和界定子区域32的相应光输出表面部分34的角度一起确定光射出子区域的角度。每个子区域具有光输出表面部分，该光输出表面部分被配置成使得光以足以到达透镜的共用焦点38中的相应一个的角度射出子区域。

光出射表面子部分34中的每一个所需的相应角度可以基于斯涅耳定律并使用透镜材料（和空气）的已知或导出的折射率、光源的已知限定位置（以及因此光源相对于相关子区域的角度位移）以及每个虚拟光源相对于相关子区域的位置的期望空间位置来确定。

依照一个或多个示例，不同子区域32的光出射表面部分34的宽度可以改变，以便改变不同虚拟光源38的强度。光出射表面部分34越宽，所述表面部分被布置成将光引导至的相应虚拟光源的强度越大（并且反之亦然）。这在期望从入射表面处的虚拟光源组生成的光输出都具有均匀强度的情况下可能是有用的，在这种情况下，更靠近透镜的虚拟光源可以被提供有更多的光，以便补偿虚拟光源和任何入射表面之间的更大距离。

图1和图2示出了从透镜的一侧看时穿过透镜12的截面图。图3示出了透镜的前视图，从图3可以更清楚地看到透镜的光输出表面18的结构。如示出的，棱镜结构通常由同心系列棱镜环结构52形成，棱镜环结构52围绕透镜的中心轴42环形延伸。在优选示例中，这些是如图3中示出的圆环。然而，其他形状是可能的，特别地，例如，可以可替代地使用任何闭环形状，包括例如椭圆形、正方形或矩形。

然而，当与光学去眩板组合使用以生成可观察的环图案时（如下面将更详细描述的），非圆形棱镜环结构52的使用可以使环的生成更加复杂。例如，可能需要其他光学元件或适配来实现可观察的环。特别地，可能需要将每个棱镜环适配为包括多个径向延伸的台阶部分。除了增加结构的复杂性之外，这还可以增加透镜的整体高度轮廓，这在优选小形状因子的情况下可能是不合乎期望的。

在图1和图2的示例中，透镜被示出为被配置成生成一系列虚拟光源，这些虚拟光源沿着与透镜的中心轴42平行并重合的线性路径分布。在这种情况下，每个环的光学属性，包括每个光输出表面部分24的角度，可以是关于环的整个圆周范围均匀的。在这种情况下，透镜的光输出表面18的光学属性关于中心轴42是圆形对称的。

然而，依照其他示例，透镜12可以被配置成生成沿着不与透镜的中心轴42平行并重合的空间路径分布的虚拟光源。在一些示例中，空间路径可以是与中心轴平行但不重合的线性路径。在其他示例中，路径可以是与透镜既不平行也不重合的线性路径，但是仍然具有与中心轴的方向平行的延伸分量（即，以便仍然大致远离透镜延伸）。

在空间路径偏离中心轴的位置很远的情况下，提供精确同心的纯圆形棱镜环结构52（参见图3）来聚焦光可能变得不切实际，因为环的所需厚度可能开始超过可实现的制造范围。作为可替代方案，在这些示例中，偏离结构52的精确同心是一种选项，和/或棱镜结构52的形状可以被适配为偏离纯圆形状，和/或该结构可以被适配为包括切线方向上的一个或多个台阶，以便利于将光聚焦到所需的宽视场位置。附加地或可替代地，棱镜环结构52中的一个或多个的宽度可以被适配为围绕其圆周改变。

在其他中，空间路径可以是非线性的，沿着弯曲的轨迹延伸。在一些示例中，非线性路径可以与中心轴的一部分重合，例如，在弧形偏离光学轴之前，沿着中心轴的子部分近似线性地延伸。在其他示例中，非线性路径可以与中心轴不重合，但是至少部分地沿着中心轴延伸，这意味着与中心轴大致趋向共同方向。

在所有情况下，由虚拟光源限定的空间路径优选地在与沿中心轴42的第一点垂直对准的起点和与沿中心轴的第二位移点垂直对准的终点之间单调延伸。以这种方式，所有优选的路径都与透镜的中心轴具有限定的关系，并且都在“大致远离”（或等同地，朝向）透镜的光出射表面的方向上延伸。

在空间路径不与中心轴42平行并重合的情况下，棱镜光学结构22的光学属性通常不关于中心轴对称。这是因为为了生成偏离透镜的（结构的）对称轴（即中心轴42）的一组点，每个环形结构52的不同圆周区域必须以稍微不同的角度组发射光，因为焦点将各自在距相应区域的稍微不同的距离处。

依照图1中示出的透镜12的变型，透镜可以被适配为提供沿着相应空间路径分布的部分重叠的虚拟光源的连续体62。图4中示出了依照该变型的实施例的示例。图5中示出了依照该示例的透镜12的示例成像区域22的结构。

依照该实施例的透镜12在所有方面都类似于图1和2的透镜，除了每个成像区域的光输出表面24由连续的弧形表面形成，而不是由不同角度的光输出面34的连续布置形成。为了本申请的目的，每个成像区域22的不同子区域32可以被认为仅在光射出区域的特定角度方面彼此区分，这是界定该区域的光输出表面部分的角度以及该区域和光源28的限定位置之间的角度位移的出射（emergent）属性。因为在图4和5的示例中，光输出表面24没有明确限定的角度部分，所以每个成像区域可以被有效地认为是由子区域32的平滑连续体组成。

如图4中示出的，每个子区域被适配为处理接收光，并跨焦点38的重叠线将其聚焦，该焦点38的重叠线在该示例中与透镜12的中心轴42平行并重合地延伸。所有成像区域的组合光沿着指示的空间路径形成重叠的虚拟光源的连续体62，有效地创建了线状光源。为了说明的清楚性，在图4中，光被示出为仅聚焦到虚拟光源的连续体的前两个，并且仅被成像区域22中的三个聚焦。然而，应当理解，在实践中，光被所有成像区域聚焦到虚拟光源38中的全部。

尽管在上述示例中，透镜12被示出为被配置成将来自单个限定位置28的光成像到单个焦点组38，但是依照其他示例，透镜可以包括多个成像区域子集，每个子集被适配为将来自相对于透镜的不同的相应限定位置的光成像到沿着不同空间路径分布的不同虚拟光源组。因此，依照这种实施例，可以创建多个虚拟光源组。

上述透镜的示例作为任何系统或设备的一部分具有广泛的应用，在该任何系统或设备中可以使用位于不同焦平面内的多个虚拟光源的提供。这些透镜可以有利地应用于例如任何发光或光学系统，其中当前通过使用位于距给定入射表面的不同相应距离处的多个物理光源来获得该相同的效果。

该透镜的一个特别有利的用途是作为照明设备的一部分，该照明设备利用光学去眩板来生成由多个不同尺寸的光环组成的光效果。现在将参考图6-8详细描述依照本发明的透镜的这种特定应用的示例。

图6示出了依照本发明的实施例的第一示例照明设备70的分解示意图。照明设备包括照明组件74和光源76，照明组件74包括依照本发明的实施例的透镜12，光源76相对于透镜布置在限定位置28处。光学去眩板82面向透镜布置，由限定的间隔空间78分离。透镜12被适配为接收来自位于所述限定位置处的光源76的光，并依照上面给出的描述光学处理所述光，以便在所述间隔空间内形成多个虚拟光源38，所述多个虚拟光源38沿着至少部分地在透镜12和光学去眩板82之间延伸的空间路径40分布。

每个虚拟光源38将相应的发光输出86投射到光学去眩板82的入射表面88上。投射的发光输出一起在去眩板的入射表面上生成发光图案。光学去眩板包括圆锥光学结构92的阵列，用于光学处理生成的发光图案，以便从而在板的背面上生成结果得到的光显示。在优选实施例中，光学去眩板是“圆锥去眩板”，如本公开的前面部分所描述的，其由圆锥光学结构阵列构成。圆锥去眩板具有将来自点源的任何入射光输出转换成对应的环或弧或光的效果，该弧或环的半径与点源和光学去眩板之间的距离相称，该弧的圆周范围与撞击光学去眩板的光锥扇区中的光的存在或缺失相称，并且该弧或环的形状与包括光学去眩板的圆锥光学结构的形状相称。

尽管在图6的示例中，空间路径40仅部分地朝向去眩板82延伸，但是在一个或多个有利的示例中，空间路径40可以一直延伸到光学去眩板82。在这种情况下，该系列虚拟光源以对应的一系列完整的可观察环形状的形式被光学处理。

在可替代的一组示例中，多个虚拟光源38可以恰好在光学去眩板82处开始，并远离该板延伸朝向观察者，也生成可观察的圆盘形状。

再次可替代地，多个虚拟光源可以在光学去眩板的一侧处开始，并在另一侧处结束。这种配置生成由两个圆盘叠加形成的可观察图案，两个圆盘不一定是相同尺寸的。完全在光学去眩板的一侧的空间路径（并且没有延伸到到达该板）将被处理以形成可观察的环形。在光源后面的虚拟光源的位置也是可能的。

透镜12通常可以依照本发明的任何实施例，包括但不限于前面段落中详细描述的实施例中的任一个。依照图6的示例，该透镜在所有方面都类似于图1和2的示例透镜12，除了包括光调制元件或光调制层80的附加部件之外，光调制元件或光调制层80嵌入在透镜主体内在透镜的光输出表面18处的棱镜结构22的阵列和透镜的中心主体部分48之间。从中心主体部分传递到棱镜结构22中的任一个的光穿过光调制层80，光调制层80依照限定的光调制功能或操作对光进行操作。光调制层被适配为调制进入到每个成像子区域32中的光使得以便配置由每个相应虚拟光源38生成的光输出的形状或强度轮廓。因此，通过配置光调制层80的光学属性，可以对应地配置由虚拟光源投射到圆锥去眩板上的发光图案的配置，并因此配置在该板的背面上生成的结果得到的光显示。

依照至少一组实施例，光调制层80可以是静态滤光层，被适配为将固定的光调制图案应用于进入透镜12的每个成像子区域32的光。滤光器可以用来调制进入每个成像子区域的光的强度。这可以是应用于进入子区域的光的均匀强度调制，或者可以是空间非均匀调制，将光调制图案或分布应用于进入子区域的光。滤光器可以用来选择性地阻挡进入一个或多个子区域的光的特定空间部分，以便从而将形状应用于进入子区域的光。

依照一个示例，滤光器可以是掩模层，用于阻挡进入一个或多个子区域的光的某些空间部分，其比如至少部分由铬形成。然而，在其他示例中，滤光器可以由用于更改穿过滤光器的光的强度或其他光学属性的任何合适的材料形成。

依照另一组实施例，光调制层80可以是被适配为应用动态可配置光调制效果的动态光调制层。在这些情况下，照明设备可以进一步包括与光调制层可操作地耦合的控制器，用于控制由光调制层应用的光调制图案。动态光调制层优选地是像素化光学元件，并且特别是包括可单独寻址的像素的液晶滤光器或液晶显示器。液晶滤光器可以借助于合适的控制器而被数字地控制，以跨其像素化表面呈现可配置的光调制图案。

为了优化由液晶滤光器或显示器提供的光调制效果的可配置性，优选地，液晶滤光器或显示器的像素与透镜12的成像区域22和/或子区域32对准。以这种方式，可以独立地配置进入到每个成像区域或子区域中的光的调制。在这种情况下，将控制器配置成根据极坐标（依照成像区域22的节距限定）而不是笛卡尔坐标来寻址液晶滤光器或显示器的像素可以提高处理效率。

通过以极坐标寻址像素，像素的几何组织更好地匹配透镜的几何形状，特别是在透镜的成像区域围绕透镜的中心轴环形延伸的情况下（如图3的示例中）。控制从而得以简化。

如上所讨论的，在优选实施例中，从形成每个成像区域22的多个子区域32中的相应一个子区域向每个虚拟光源提供光。因此，对引导向给定虚拟光源的光的调制需要关于跨透镜的每个成像区域的子区域采取平行调制动作。因此，为了简化在这种情况下对液晶滤光器或显示器的控制，控制器可以根据特定的虚拟光源38对lcd滤光器或显示器的像素进行分组，该特定的虚拟光源38与像素对准的子区域光学地相关联。因此，可以简化对引导向给定虚拟光源的光的调制的控制，因为控制器可以同时对给定组中的所有像素应用相同的调制图案或动作。

可替代地，可以通过根据lcd滤光器或显示器的给定像素相对于透镜的中心轴42设置的圆周（即，极）角度进一步分解组来实现更复杂的控制。根据该方案，所有与和相同虚拟光源38相关联的子区域对准并与中心轴成相同圆周（即，极）角度设置的像素被控制器分组并控制为一个。这种增加的角度组织使得光调制的角度图案能够应用于虚拟光源，以便比如生成给定圆周范围的弧。这将在下面更详细地描述。

依照以上讨论的方案中的任一个寻址像素可以通过适配控制器的编程来实现，和/或可以通过适配控制器和液晶显示器或滤光器之间的物理布线来实现。特别地，在像素如上所讨论地被分组的情况下，lcd显示器或滤光器的布线可以被显著简化，因为可以使用单个共用线路来寻址整个像素组，而不是提供单独的线路。这既简化了系统70的构造，又简化了控制器所需的控制操作，从而提高了处理效率。

光被引导通过液晶显示器或滤光器的不同单元或像素的角度取决于单元相对于限定光源位置28的位置。以更倾斜角度通过单元的光在穿过单元时行进更大的路径长度，从而比以更小倾斜角度穿过的光经历更大的相对光调制效果。这可能导致液晶滤光器或显示器的调制效果的差异，这取决于滤光器或显示器内的单元的位置。因此，依照光穿过的平均角度来改变液晶滤光器的单元或像素的厚度可能是优选的，以便从而补偿这种变化。

尽管在图6的示例中，光调制层80被提供嵌入在透镜12内，但是在其他示例中，光调制层可以被布置成与透镜的光输入表面15或光出射表面18相邻。优选地，光调制层和透镜之间存在尽可能小的间隔（即，光学路径长度），以便防止引导向虚拟光源38的光的光学失真。因此，光调制层可以物理耦合到透镜的光出射表面18或光入射表面15。

在其他示例中，将比如平坦的光学调制层嵌入透镜主体内而不是将这种层耦合到光学表面可能是更有利的。平坦层通常比设置在透镜光输出表面18上的层更简单且更容易制造。此外，嵌入层有利地确保透镜的棱镜光学结构52和光调制层之间的最小可能光学路径长度（从而降低半阴影效应——详见上文）。附加地，在这种情况下，透镜-空气界面处的不期望的菲涅耳反射的数量也被最小化。

图7示意性地图示了根据本发明的包含在照明设备内的圆锥去眩板的光学结构，该图描绘了示例圆锥去眩板82的基侧视图。依照该示例的板包括以平面形式分布的圆锥光学结构92的阵列。在示例中，去眩板可以是整体形成的主体。该板可以仅由圆锥光学结构的阵列形成，例如，圆锥彼此相接地结合以形成该板的结构。可替代地，相邻的圆锥结构可以彼此分开设置，由一部分中间材料分离。这可以是透光材料，但是更有利地可以是不透明材料，以便防止虚拟光源38的直接视野（通常非常亮的）被暴露给观察者，这出于舒适、安全和美学的原因将是不合乎期望的。在其他示例中，圆锥去眩板可以包括光学基片，在该光学基片上排列有多个光学结构92。

尽管图7的特定示例去眩板包括圆锥结构的平面形式，但是在可替代的示例中，该板可以呈现一些曲率，从而限定连续弯曲的光学表面，而不是平面表面。

图7示出了示例去眩板82的基侧视图。在操作中，光被引导到板的“上”表面（图7中可见的表面的背面），入射到圆锥光学结构中的一个或多个的基部上。来自点源的光在其穿过结构时被处理，导致在板82前面或后面被照射的环的虚拟图像或印象的生成，或者看起来位于板82中的点的生成。

德国olpe的karljungbeckergmbh&co.在商业上提供了具有依照本发明要求的结构的一个示例圆锥去眩板82（称为“圆锥去眩棱镜”）。

在下面的示例中，可以特别地参考对圆锥去眩板的使用。这将被解释为是指如在广义上依照本申请的实施例描述的以及如以上描述所阐明的光学去眩板：包括用于光学处理所生成的发光图案的圆锥光学结构的阵列的光学去眩板。因此，该术语不应被解释为引入对本发明范围的任何附加限制。

如上所述，光调制层80对在光源76和虚拟光源38之间穿过的光进行操作，使得以便配置由圆锥去眩板82的入射表面88上的每个虚拟光源生成的光输出的形状或强度轮廓。

通过控制由虚拟光源38提供的光输出的形状，可以类似地控制在板的背面上生成的可见发光图案的对应形状。

在特定示例中，光调制元件80可以被适配为配置虚拟光源，以将扇形光输出提供到光学去眩板上。术语扇形涵盖圆形、椭圆形或类似圆形的闭合形状的任何大扇形部分或小扇形部分。例如，它可以是楔形（小扇形部分），或者是没有楔形部分的圆（大扇形部分）。

投射到圆锥去眩板上的扇形光输出在该板的背面上生成弧形发光图案（即，开放的曲线形状），该弧具有与生成该弧的扇形光输出的外圆周延伸相称的圆周延伸。

这种效果在图8中示意性地图示出，图8示出了用于投射到圆锥去眩板的入射表面上的（顶部）一组三个扇形光输出102、104、106，以及当三个光输出同时投射到该板上时在去眩板的背面上生成的（底部）对应的弧形光效果112、114、116。针对图8的示例的目的，光输出102被视为源自距光学去眩板最远的虚拟光源，并且光输出106来自距光学去眩板最近的虚拟光源。在这种情况下，虚拟光源被视为沿着平行于透镜中心轴42延伸的线性空间路径对准。

如示出的，扇形光效果由于虚拟光源38的线性布置而同心布置，并且由于每个虚拟光源距圆锥去眩板82的变化位移而具有不同的尺寸。如上面解释的，定位更远的光源（相对于去眩板）将在去眩板的可见表面上产生相对更大的光图案。定位更近的光源产生相对更小的光图案。因此，轴向对准的三个光源的组生成同心布置（在这种情况下为弧形）的发光图案。

扇形光输出的生成和对应的弧形处理的光效果（诸如图8中示出的那些）可以通过选择性掩蔽透镜12的对应光输出表面部分34的适当圆周区域来实现。现在将参考图2详细解释这一点。

在图2中，示出了通过透镜的示例成像区域22对光的处理，该成像区域包括五个成像子区域32，每个成像子区域32具有相应的光输出表面部分34，该光输出表面部分34成角度以将光引导到五个虚拟光源38（在图1和6中示出）中的相应一个。此外，假设每个成像区域作为近似圆形棱镜环结构52的一部分围绕透镜圆周地延伸（参见图3和以上描述）。

在没有对引导到每个虚拟光源的光的调制的情况下，每个源将完整的圆的（例如近似圆形）光输出引导到光学去眩板82的入射表面88上，该光输出由该板处理以生成可见的环形光效果。五个虚拟光源的组合产生一组同心的五个环。

以示例的方式，考虑到期望环1、2、4和5是完整的环，而环3减小到180°弧。在这种情况下，第三个（即中间）光输出表面部分34应该在其围绕透镜12的整个圆周的180°上覆盖有不透明调制层。此外，对于透镜的每个成像区域中的每个对应的光输出表面部分34（即，第三个表面部分）应该进行相同的操作。以这种方式，被布置成将光引导到第三个虚拟光源38的每个成像子区域跨其围绕透镜的圆周的相同的180°以相同的方式被覆盖。结果是光仅从透镜的一半被有效地引导到第三个虚拟光源，并且作为结果在虚拟光源处产生的光源18的图像在一半上被抑制。当该被抑制或削减的虚拟光源被引导到圆锥去眩板上时，产生近似半圆形的光输出，而不是圆形的光输出，其然后由该板处理以生成对应的180°弧形光效果。总的结果是两个可见环形、接着是180°弧、接着是另外两个环的同心布置。

该原理可以应用于生成任何期望圆周的弧以及任何期望图案或配置的环和弧的同心布置。如上指出的，尽管图中仅示出了五个虚拟光源（和对应的光输出表面部分），但这只是为了说明的清楚性。一般来说，提供足以生成更大数量的虚拟光源的透镜，利用上述原理可以从这些虚拟光源生成更复杂的环和弧的图案。在产生虚拟光源的连续体的情况下（参见上面的描述），使得生成连续的同心环，甚至有可能通过如上所述地适当地成形每个弧生成的弧形状来创建图像（参见下面的进一步细节）。通过使用液晶滤光器作为光调制层，可以容易地实现比如实现图像或一串图像所必需的复杂光调制图案。

在大量成像子部分和虚拟光源的情况下（诸如在源的连续体的情况下），半阴影效应（参见上文）可能意味着每个生成的环和弧的分辨率不完美，使得相邻的环可能模糊到一定程度。对于环的最清晰分辨率，光源76应该尽可能小，并且光调制元件80应该被提供尽可能靠近透镜的成像区域（即，在它们之间具有最小的光学路径长度）。

在光调制层是具有控制器的液晶滤光器或显示器的情况下，控制器可以被配置成控制滤光器或显示器依照某个控制方案选择性地激活或去激活多个虚拟光源的某些部分或全部，以便从而跨光学去眩板的可见表面创建动态光效果。通过增加液晶滤光器的部分的不透明度，该液晶滤光器覆盖与给定虚拟光源光学相关联的成像子区域的组的适当圆周区域，可以如上所述地实现单独虚拟光源（部分或全部）的选择性激活或去激活。以这种方式，先前被引导到给定焦点以生成相应虚拟光源的一些或所有光被阻挡。在光的全部被阻挡的情况下，虚拟光源被有效地完全去激活，结果是对应于该源40的照亮环将从由光学去眩板生成的可见图案中消失。如上所述，这将需要以相同方式阻挡被布置成将光引导到给定虚拟光源的每个光输出表面部分34。

液晶滤光器的控制器可以用控制指令编程，所述控制指令用于执行选择的虚拟光源的激活和去激活的某种控制机制。以这种方式，可以在光学去眩板的背面上创建动态光效果，该动态光效果被配置成例如保持观察者的注意力或传递信息。

这种动态控制可以与上述光成形效果相组合，以例如创建变化的圆周延伸的弧形的动态显示。这些延伸可以通过适当更改由液晶滤光器应用的调制图案来动态地改变，以增加或减少投射到圆锥去眩板82上的扇形光输出的圆周延伸。

如上所讨论的，依照一组实施例，透镜可以被适配为生成虚拟光源的连续体62。以下是有可能的：配置虚拟光源的连续体，以便在光学去眩板82上创建光输出的同心布置，该光输出的同心布置足以在该板的（可见）背面上生成一组恰好连续的同心环，这些同心环一起完全覆盖去眩板的圆形区域（创建完全照射的圆盘形状）。在提供液晶滤光器的情况下，然后有可能执行对该连续环组的动态控制、选择性地激活或去激活不同的环和/或更改环中的一个或多个的圆周范围，以便形成特定尺寸和取向的弧形。由于整个环组被配置成完全覆盖光学去眩板的整个区域，所以有可能通过对液晶滤光器的适当动态控制，来通过控制同心环组中的每一个的适当部分照射同时去激活剩余部分，来跨该区域生成任何期望的图案、形状或者甚至图像。

为了实现该实施例，相邻的同心环必须精确地彼此邻接，以便形成连续的光区域。如果在某些情况下相邻环之间不存在重叠，则这可以通过跨每个成像区域应用小的径向表面波纹来补救。“波纹”意味着成像区域的光输出表面中的轻微的波状起伏，该起伏具有特定的“波长”（即，波纹的峰与峰距离）。

波纹具有径向加宽每个生成的虚拟光源的效果，使得对应生成的环和弧的图案更紧密地镶嵌。一个示例比如是两阶锯齿形波纹。通过具有这种波纹的透明材料观察到的源看起来是两个明显重叠的源，一个在其位置上正偏移，而另一个负偏移。与光源的投射尺寸（例如直径）相比，波纹应该具有小的“波长”（峰与峰距离），例如是十分之一，或者更优选地是百分之一，以便避免随着观察者相对于光学去眩板82移动时投射源的外观位置的不连续跳跃。

为了改进由透镜12生成的所有环之间的重叠或镶嵌，应该将类似的这种波纹应用于每个成像区域表面部分34以及每个成像区域22的整个圆周范围周围。应当根据每个成像子区域32距透镜中心的距离、以及虚拟光源所需的位置和输入光源28的已知位置来（基于斯涅耳定律）调节每个波纹和波纹“波长”（峰与峰距离）的梯度或倾斜角。

现在将描述制造依照图6的实施例的透镜的一种可能的方法。

将一层光敏二丙烯酸单体流体涂敷在透镜所需（光输出）表面结构的阴模上。当硬化时，这将形成棱镜光学结构22的阵列。在透镜的光调制层80比如是静态铬掩模层的情况下，然后涂敷包括铬掩模并被玻璃层覆盖的掩模结构。玻璃层形成完成透镜的透明中心主体部分48。当施加滤光器结构时，它必须小心地定位，以便确保滤光器的图案与透镜的光学结构22正确对准。

紫外光然后被用来硬化二丙烯酸。uv透明模具可以被用来使得光能够渗透到二丙烯酸，或者滤光器图案的透明部分可以被利用来将uv光透射到二丙烯酸。

尽管在该示例中特别地使用二丙烯酸，但这仅仅是以说明的方式，并且在其他示例中，可以使用类似地能够被光聚合以便形成棱镜光学结构阵列的其他单体。

硬化后，模具和透镜分离。

作为使用uv光的可替代方案，可以可替代地使用其他硬化工艺，诸如温度和/或化学引发硬化。

在示例中，附加的粘合促进层或模具松动层可以被利用来改进制造工艺。

除了上述方法之外，用于形成菲涅耳状表面的其他方法（诸如热压印）对于技术人员来说将是公知的，并且可以适当地适用于制造依照本发明的透镜。

尽管以上示例方法关于包含静态铬掩模层的透镜来描述，但是可以使用相同的方法来提供具有液晶滤光器的透镜。铬掩模的应用可以简单地由液晶滤光器的应用来代替。

以示例的方式，包括由玻璃层覆盖的静态铬掩模层的前述方法的滤光器结构可以如下地制造。

可以首先形成透镜基部（透明中心主体部分48），并且这用作滤光器的玻璃载体。然后在玻璃上蒸发铬层。涂敷uv敏感的光刻胶。然后，通常使用合适的对应uv掩模，依照铬掩模层的期望蚀刻图案，将uv光施加到光刻胶。然后显影剩余的光刻胶，产生蚀刻掩模。然后蚀刻铬。用于蚀刻铬的合适的化学方法对技术人员来说将是清楚明白的。

虽然上面已经描述了包括液晶滤光器或显示器的示例，但是在其他示例中，可以采用可替代的动态光调制方法，诸如例如电润湿。

依照本发明的例如照明设备的应用是众多的，并且以示例的方式，包括：在贸易交易会中的应用（为了吸引眼球并吸引经过者的兴趣），在商店内使用来用于品牌成像或在商店橱窗内使用以吸引经过者，用于娱乐排队等候的顾客或游客，用于娱乐隧道、通道、电梯、自动扶梯、机械人行道（例如在火车站处）内的经过者，用于机场以使旅客消遣或显示信息，用于游泳池处的滑水道内或作为主题公园冒险行程的部分（例如，以提供来自行程的移动汽车的视野或显示），用于示出形成奥林匹克运动会标志的环，或用于照射迪斯科舞蹈地板。

在另一组应用中，照明设备可以被包含在某些对象内或者作为其他设备的一部分。比如，照明设备可以被包含在照明器的外部可见表面内（以为光照功能提供附加的美学效果），或者在例如由电池供电的透明花瓶的壁内。例如，它们可以类似地被包含在香槟或白葡萄酒冷却器的壁中。这里，冷凝水可能影响光学效果。为了防止这一点，该设备可以安装在双壁腔内。在这种情况下，该设备还可以进一步包括温度计或者与温度计连接，并且被控制以根据温度改变生成的发光图案。附加地，设备的供电可以通过热电堆或另一形式的能量收集来实现，使得不需要更换电池，并且因此可以更好地提供气密密封。

该设备在示例中可以安装在饮料容器内，例如玻璃咖啡杯。这里，用于为设备供电的能量可以例如从饮料的热量中收集。具有玻璃正面的建筑物也可以利用该设备来显示装饰性或信息性的光显示，该光显示例如从公路或铁路线路可以看到。

该设备的示例可以被包含在机场附近的温室中，并且被适配为比如从飞机上可见地竖直地照射，来用于辅助导航。

该设备的示例可以用作交通标志的一部分（显示消息或信息）或者用作交通灯的一部分以提供交通信号。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。