(57)【要約】  ハウジングと、ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源に面する内面（Ａ）と、内面とは反対側の外面（Ｂ）とを含み、光源からの光を透過するように構成される、光学素子（３００）と、光学素子の前記内面または内側に形成され、光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部（３０２）とを含む、ハンドヘルドデバイス（１００）。
2021510325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、
該少なくとも１つの光源に面する内面と、該内面とは反対側の外面とを含み、前記光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、
前記内面にまたは前記光学素子の内側に形成され、前記光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む、
ハンドヘルドデバイス。
【請求項２】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項３】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項４】
前記光学素子は、光が前記光学素子を通過するときに光のバルク材料散乱効果を生成するバルク散乱材料を含み、前記複数のレーザ誘起修正部は、光が前記光学素子を通過するときに光の表面散乱をもたらす、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項５】
前記複数のレーザ誘起修正部は、ディンプル形状の１つまたはそれよりも多くのマーキングを含む、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項６】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記内面に亘って可変に分配される、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項７】
前記複数のレーザ誘起修正部は、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットを含む、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項８】
前記１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、前記少なくとも１つの光源から放射される光の１つまたはそれよりも多くのそれぞれの部分が前記光学素子を通じて透過されるのを阻止する、請求項７に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項９】
前記１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、１つまたはそれよりも多くのポリマ添加剤との組み合わせにおいてレーザエネルギによって形成される、請求項７に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光源は、発光ダイオードである、請求項１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項１１】
ハウジングと、
該ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、
該少なくとも１つの光源に面する内面と、該内面とは反対側の外面と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に面する頂面と、該頂面とは反対側の底面とを含み、前記光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、
前記頂面にまたは前記光学素子の内側に形成され、前記光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む、
ハンドヘルドデバイス。
【請求項１２】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される、請求項１１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項１３】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される、請求項１１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項１４】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルから離れる方向に光を方向付けるように構成されるリブを含む、請求項１１に記載のハンドヘルドデバイス。
【請求項１５】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルで中心化される円形のラインを含む、請求項１１に記載のハンドヘルドデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、限定的な空間内で十分に分配された光を提供するために、レーザ強化された光学素子(optical  element)を用いてハンドヘルド(手持ち式)デバイスのハウジング内の１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光を分配するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルケアデバイス(personal  care  devices)は、ある形態の通信をユーザに提供するための照明要素を含む。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む幾つかの歯ブラシは、発光された光をデバイスの内側に沿って内部的に反射し、拡散されたグロー(glow)をデバイスの外側覆い(outer  covering)内の所定の露出領域を通じて放射してユーザにフィードバックを提供する、ように構成される。他のデバイスは、視覚的なキュー(cue)を提供する１つまたはそれよりも多くの光リングを含む。
【０００３】
しかしながら、コストおよび空間制約の故に、そのようなシステムは、光源および光学素子の種類および／または数において制限されており、ＬＥＤ光は、バルク散乱によって十分に分配されることができない。従って、異なる視角からの光強度の不均一性が存在する。例えば、デバイスがその一次軸に沿って回転させられると、交互のホットスポット(hot  spot)およびダークスポット(dark  spot)が見える。ダークスポットは、ＬＥＤ間の空間を示す。加えて、軽量の調整構成(tailoring  features)を容易に追加することができない。
【０００４】
典型的には、ＬＥＤ光の分配を容易にするために、追加的なＬＥＤ、別個の光学系、蒸着反射層、またはスクリーンおよび／またはマスクが利用される。しかしながら、そのようなシステムは、高価であり、製造能性のために有意な空間およびスクリーンおよび／またはマスク領域への触覚アクセスを必要とする。そのような典型的なシステムは、製造中にスクリーンまたはマスクを容易に変更し得ないように、特定のツーリング(工具類)および製造プロセスも必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、可視的に均一な光を生成するために十分に分配された光を達成するように構成された最小数の光源および光学素子を含むハンドヘルドデバイスを提供するシステムおよび方法についての必要が当該技術分野にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、レーザ誘起修正によって強化された光学素子を使用してハンドヘルドデバイスのハウジング内の１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光の透過を変更する発明的なシステムおよび方法に関する。例えば、光学素子は、光リングであることができ、光源に面する光リングの内面は、ＬＥＤから入射する光線の光入射角を変更するように修正されてよい。修正された表面は、光学素子内のバルク材料散乱によって生成される光の散乱を増加させ得る入射面での光散乱を引き起こす。レーザから十分な量の熱エネルギを加えて表面をリフローさせる(reflow)ことによって光学素子のポリマ表面を修正することができる。修正された表面は、例えば、１つまたはそれよりも多くのディンプル形状の修正部を含むことができる。近接近するディンプル形状のレーザ誘起修正部のアレイが、入射するＬＥＤ光線の散乱を促進する複数の小さな凸レンズとして作用する。別の例として、（暗くされていない領域よりも）多くの光を吸収する暗くされた領域を含むように内面を修正して、光が光学素子を通過するのを部分的に阻止することができる。１つまたはそれよりも多くの適切なポリマ添加剤との組み合わせにおいてレーザエネルギおよび周波数によって暗くされた領域を形成して、炭化(charring)としても知られる熱化学的炭化(thermal  chemical  carbonization)を生成することができる。１つまたはそれよりも多くのリフロー領域および／または１つまたはそれよりも多くの暗くされた領域を含むように光学素子を修正して、光学素子の透明性および散乱効果を変化させることができる。
【０００７】
本明細書に記載するシステムおよび方法の利点は、レーザ強化された光学素子が、厳格な空間制約の範囲内で、コストのかかる追加的な構成要素なしに、ＬＥＤ光源に関する不均一性の懸念を伴う問題を解決できることである。
【０００８】
本明細書に記載するシステムおよび方法の別の利点は、従来的なアセンブリ解決策が可能でない非常に小さな空間内に光を調整するレーザ誘起修正を加え得ることである。
【０００９】
本明細書に記載するシステムおよび方法の更に別の利点は、レーザ強化された光学素子が、最終出力をほぼ直ちに修正する柔軟性を提供して、製造される各製品において特異な光性能を可能にすることである。
【００１０】
一般的に、１つの態様において、ハンドヘルドデバイスが提供される。ハンドヘルドデバイスは、ハウジングと、ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源に面する内面と、内面とは反対側の外面とを含み、光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、内面にまたは光学素子の内側に形成され、光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む。
【００１１】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される。
【００１２】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される。
【００１３】
ある実施形態によれば、光学素子は、光が光学素子を通過するときに光のバルク材料散乱効果を生成するバルク散乱材料を含み、複数のレーザ誘起修正部は、光が光学素子を通過するときに光の表面散乱をもたらす。
【００１４】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、ディンプル形状の修正部を含む。
【００１５】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、内面に亘って可変に分配される。
【００１６】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットを含む。
【００１７】
ある実施形態によれば、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、少なくとも１つの光源から放射される光の１つまたはそれよりも多くのそれぞれの部分が光学素子を通じて透過されるのを阻止する。
【００１８】
ある実施形態によれば、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、１つまたはそれよりも多くのポリマ添加剤との組み合わせにおいてレーザエネルギによって形成される。
【００１９】
ある実施形態によれば、少なくとも１つの光源は、発光ダイオードである。
【００２０】
一般的に、別の態様において、ハンドヘルドデバイスが提供される。ハンドヘルドデバイスは、ハウジングと、ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源に面する内面と、内面とは反対側の外面と、第１の方向とは異なる第２の方向に面する頂面と、頂面とは反対側の底面とを含み、光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、頂面にまたは光学素子の内側に形成され、光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む。
【００２１】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される。
【００２２】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される。
【００２３】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルから離れる方向に光を方向付けるように構成されるリブ(ribs)を含む。
【００２４】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルで中心化される円形のライン(線)を含む。
【００２５】
本開示の目的のために本明細書において使用するとき、「コントローラ」という用語は、概して、パーソナルハンドヘルドデバイス、システム、または方法の動作に関連する様々な装置を記述するために使用される。コントローラは、本明細書で議論する様々な機能を実行するために、（例えば、専用ハードウェアを用いるような）様々な方法で実装されることができる。「プロセッサ」は、本明細書で議論する様々な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされることがある１つまたはそれよりも多くのマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを利用してあるいは利用しないで実装されてよく、幾つかの機能を実行する専用ハードウェアと他の機能を実行するプロセッサ（例えば、１つまたはそれよりも多くのプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連する回路）との組み合わせとして実装されてよい。本開示の様々な実施形態において利用されることがあるコントローラ構成要素の例は、従来的なマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されない。
【００２６】
様々な実装では、プロセッサまたはコントローラが、（本明細書では、一般的に、「メモリ」、例えば、揮発性および不揮発性コンピュータメモリと呼ぶ）１つまたはそれよりも多くの記憶媒体に関連付けられることがある。幾つかの実装において、記憶媒体は、１つまたはそれよりも多くのプロセッサおよび／またはコントローラで実行されるときに、本明細書で議論する機能のうちの少なくとも一部を実行する、１つまたはそれよりも多くのプログラムで符号化されてよい。様々な記憶媒体は、本明細書で議論する本開示の様々な態様を実施するために、その上に格納される１つまたはそれよりも多くのプログラムをプロセッサまたはコントローラ内にロードすることができるように、プロセッサまたはコントローラ内に固定されてよく、あるいは搬送可能であってよい。「プログラム」または「コンピュータプログラム」という用語は、１つまたはそれよりも多くのプロセッサまたはコントローラをプログラムするために利用することができる任意のタイプのコンピュータコード（例えば、ソフトウェアまたはマイクロコード）を指すよう、本明細書では一般的な意味において使用されている。
【００２７】
「光源」という用語は、（上記で定義したような１つまたはそれよりも多くのＬＥＤを含む）ＬＥＤベースの光源、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光光源、燐光源、高強度放電源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気、およびハロゲン化金属ランプ）、レーザ、および他のタイプのエレクトロルミネッセンス光源を含むが、これらに限定されない、様々な放射線源のうちの任意の１つまたはそれよりも多くを指すと理解されるべきである。
【００２８】
本開示の目的のために本明細書において使用するとき、「ＬＥＤ」という用語は、電気信号に応答して放射線を発生することができる任意のエレクトロルミネッセンスダイオードまたは他のタイプのキャリア注入／接合ベースのシステムを含むと理解されるべきである。よって、ＬＥＤという用語は、電流に応答して発光する様々な半導体ベースの構造、発光ポリマ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザダイオード、エレクトロルミネッセンスストリップ、および同等物を含むが、これらに限定されない。ＬＥＤという用語は、ＬＥＤの物理的および／または電気的パッケージのタイプを制限しないことも理解されるべきである。
【００２９】
前述の概念および以下により詳細に議論する追加的な概念の全ての組み合わせは、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）本明細書に開示する発明的な主題の一部であると想定されることが理解されるべきである。特に、この開示の末尾に現れる請求する主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示する発明的な主題の一部であると想定される。
【００３０】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に記載する（複数の）実施形態から明らかであり、それらを参照して解明されるであろう。
【００３１】
図面において、同等の参照符号は、概して、異なる図面を通じて同じ部分を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りでなく、代わりに、概して、本発明の原理を例示することに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ある実施形態に従った照明システムを有する動力歯ブラシの剛毛側面図である。
【００３３】
【図２】ある実施形態に従った動力歯ブラシの制御システムの概略図である。
【００３４】
【図３】ある実施形態に従った図１の照明システムのレーザ強化された光学素子の概略図である。
【００３５】
【図４】ある実施形態に従った図１の光学素子の断面の概略図である。
【００３６】
【図５】ある実施形態に従った図４の線５−５に概ね沿って取られた図４の断面の概略的な断面図である。
【００３７】
【図６】ある実施形態に従った照明システムのレーザ強化された光学素子の断面の概略図である。
【００３８】
【図７】ある実施形態に従った図６のＡ−Ａ線に概ね沿って取られた図６の断面の概略的な断面図である。
【００３９】
【図８】ある実施形態に従った図３の光学素子の概略図である。
【００４０】
【図９Ａ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた区画の拡大概略図である。
【００４１】
【図９Ｂ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた区画の代替的な表現である。
【００４２】
【図９Ｃ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４３】
【図９Ｄ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４４】
【図９Ｅ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４５】
【図９Ｆ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４６】
【図１０】光学素子の内側の三次元レーザ誘起修正部を含む図５に示すような光学素子の代替的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本開示は、レーザ強化された光学素子を用いてハンドヘルド(手持ち式)デバイス内の最小数の光源および光学素子から可視的に均一な光を生成するためのシステムおよび方法の様々な実施形態に向けられている。本出願人は、（材料散乱特性、反射表面設計、および／または光パイプ解決策に焦点を当てるよりもむしろ）、光学素子の表面の透明性および散乱効果を修正すること(modifying)によって最小数の光源および光学素子を用いてハンドヘルドデバイスのための効果的な照明システムを提供することが有益であることを認識し且つ理解した。従って、本明細書に記載する或いはさもなければ想定されるシステムおよび方法は、ＬＥＤおよびレーザ強化された光学素子から放射される光を提供するように構成されるハンドヘルドデバイスを提供する。光学素子の表面の強化は、散乱効果および／または方向変更効果を提供することによって１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光の透過を修正する。追加的にまたは代替的に、光学素子の表面の強化は、光が光学素子を通過するのをマスキングまたは遮断することによって１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光の透過を修正する。
【００４８】
本明細書に開示される或いはさもなければ想定される実施形態および実装は、ハンドヘルドパーソナルケアデバイス(personal  care  device)を含む任意のデバイスと共に利用されることができる。本明細書における実施形態および実装の利用の特定の非限定的な目標は、動力歯ブラシ、例えば、（Koninklijke  Philips,  N.V.によって製造されている）Philips  Sonicare（ＴＭ）歯ブラシのユーザに歯磨き情報／表示を提供することである。そのような情報は、例えば、エラーメッセージまたは警告メッセージ（例えば、変更されるべき／充電されるべきバッテリ、ブラシヘッドを変更せよ）、動力歯ブラシの適切な使用に関する指示または表示、タイマ、感覚結果メッセージ（例えば、完全に洗浄された歯、部分的に洗浄された歯、良好な歯磨き挙動、不十分な歯磨き挙動、歯垢形成）に関連することができる。他の実施形態および実装によれば、関連する情報／表示は、例えば、（この開示の考察と関連して当業者によって理解されるはずであるように）本明細書に記載する構成および機能性を組み込むことができる、（ハンドヘルドおよび非ハンドヘルドの）任意の動力医療デバイス、歯科デバイス、シェービングデバイス、グルーミングデバイス、母子ケアデバイスのユーザに提供されることができる。
【００４９】
図１を参照すると、１つの実施形態では、ハンドヘルドデバイス１００が提供される。ハンドヘルドデバイス１００は、本体部分１１２と、本体部分１１２に取り外し可能または取り外し不能に取り付けられるネック部分１１４とを含む。ネック部分１１４は、ヘッド部材１１６を含む。本体部分１１２は、ハンドヘルドデバイスの構成要素、例えば、歯の効果的な洗浄に適したブラシヘッド運動を生成するための駆動アセンブリ／回路１１８、制御ユニット１２０、および電源１２２（例えば、バッテリまたは電力コード）を収容するよう、少なくともその一部が中空である、ハウジングを含む。運動は、とりわけ、振動または回転を含む、様々な異なる運動のいずれかであってよい。例示的な要素は、動力歯ブラシの技術分野では従来的であるので、表現的に示されている。歯ブラシ自体の動作は、オン／オフスイッチ１２４によって制御される。図１に示す特定の構成および配置は、ほんの一例であり、以下に開示する実施形態の範囲を制限しない。
【００５０】
ハンドヘルドデバイス１００は、センサデータを得るように構成され且つデバイス上または内に配置された、１つまたはそれよりも多くのセンサ１２６を含むことができる。センサ１２６は、本体部分／ハンドル１１２の頂部付近で図１に示されているが、歯磨き情報を感知するために、例えば、ネック部分１１４またはヘッド部材１１６内を含む、デバイス上の任意の場所に配置されてよい。プロセッサ１３０は、好ましくは、デバイス内に配置され、１つまたはそれよりも多くのセンサ１２６からセンサデータを受信して、センサ１２６から得られるセンサデータを処理するように構成される。ハンドヘルドデバイス１００は、１つまたはそれよりも多くの発光ダイオードと、デバイス上および／または内に配置されてよい照明システム１４０を形成するレーザ強化光学素子とを含むことができる。図１において、照明システム１４０は、ハンドヘルドデバイス１００の本体部分１１２の底に配置されている。他の実施形態において、照明システム１４０は、スイッチ１２４上および／または内に或いは任意の他の位置に配置されることができる。照明システム１４０は、プロセッサに応答することができ、ユーザに情報／表示を伝達するよう構成されることができる。幾つかの実施形態では、情報のさらなる分析のために、歯磨き情報を格納する記憶システム／メモリ１３２が含められてよい。
【００５１】
図２は、例示的なハンドヘルドデバイスの例示的な制御システム２００の概略図を描写している。制御システム２００は、コントローラ１４２と、センサ１２６と、電源１４４と、照明システム１４０とを含む。電源１４４は、ハンドヘルドデバイス１００のための電源１２２と同じであってよく、あるいは別個の電源であることができる。センサ１２６は、歯磨きセッション中にユーザの口の１つまたはそれよりも多くの態様に関するセンサデータを得るようにプログラムおよび／または構成された任意のセンサであることができる。例えば、センサは、歯の表面、歯垢レベル、歯磨き領域、歯磨き強度、歯磨き角度、全体的な歯磨き効果、および／または本明細書の他の箇所に記載する歯の健康の多種多様の他の側面に関する情報／データを得ることがある。センサデータは、動力歯ブラシの動作状況（オン／オフ状態、正常状態、異常状態、バッテリ寿命、およびモータの速度）および他の関連データに関連してもよい。照明システム１４０は、ハンドヘルドデバイスのハウジングの中空部分内の１つまたはそれよりも多くのＬＥＤ光源から放射される光を、光学素子、例えば、光リングを通じて方向付けて、ユーザの視点から見えるよう、照明システム１４０の外面に均一な照明または任意のパターンもしくは画像を提供するように、プログラムおよび／または構成されることができる。例示的な実施形態では、４つのＬＥＤが含められるが、追加的なまたはより少ないＬＥＤも想定される。
【００５２】
コントローラ１４２は、（この開示の考察と関連して当業者によって認識および理解されるはずであるように）、本明細書に記載する機能および方法を実行するのに適切であることがあるように、情報／データを分析し、システムの他のそれぞれの構成要素または外部構成要素／デバイスの各々から／それらの各々に情報、データおよび／または命令（制御信号）を送信／受信するように、プログラムおよび／または構成される。
【００５３】
コントローラ１４２は、プロセッサ１５０と、メモリ１３２と、クロック１５２と、無線通信器１４８と、センサ１５８とを含む。プロセッサ１５０は、プロセッサ１３０と同じであってよく、あるいは別個のプロセッサであることができる。コントローラ１４２は、リアルタイムにまたは周期的に受信するセンサデータを使用して、ユーザがどのように自分の歯を磨くかについての情報を決定することができる。センサデータは、プロセッサ１５０によって処理されることができる。プロセッサ１５０は、予めプログラムされたレベルをメモリ１３２から引き出し、それを得られたセンサデータと比較して、ユーザが過度の圧力で自分の歯を磨いているかどうかを決定することができる。クロック１５２は、歯磨き時間、持続時間、および日付を決定するためにコントローラ１４２によって利用されてよく、メモリ１３２から適切な標準を呼び出す(recall)ためにコントローラ１４２によって利用されてよい。プロセッサ１５０は、格納された情報に基づいて、過度の圧力に対してどんな応答が必要なことがあるかを更に決定することができ、ユーザに提供する適切な照明をメモリ１３２引き出すことができる。例えば、圧力が高すぎるならば、コントローラ１４２は、照明システム１４０を通じて、（過度の圧力が加えられていることをユーザに示す）特定の色、例えば、オレンジ色の光の選択的照明をもたらすように、プログラムおよび／または構成されることができる。制御システム２００は、センサデータを無線送受信器（図示せず）に送信するための無線通信器１４８を含んでもよい。センサ１５８は、あらゆる様々な異なる動き検出センサを使用して動きを検出するために制御システム２００に含められてもよく、ユーザが歯ブラシを拾い上げたという信号および歯磨き事象中に適切な場合があるような適切な照明が提供され得るという信号をプロセッサ１５０に送信することができる（しかしながら、（充電状況のような）動力歯ブラシ１００自体に関する情報は、センサ１２６または１５８のいずれかによって感知されることができ、照明手段１４０を通じていつでも表示されることができる）。
【００５４】
図３は、ハンドヘルドデバイス１００の照明システム１４０の例示的な光学素子３００の斜視図である。図３の光学素子３００は、内面Ａと、内面とは反対側の外面Ｂと、頂面Ｃと、頂面とは反対側の底面Ｄとを含む、光リングとして具現されている。内面Ａおよび外面Ｂは、光リングの回転軸を囲む円周面であるのに対し、頂面Ｃおよび底面Ｄは、光リングの回転軸に対して直交して配置される平行な平面内を走る径方向面である。ここではリングが描写されているが、光学素子３００は、任意の形状として具現され得ることが理解されるべきである。図３の例において、表面は、平面的である。しかしながら、それらは曲面であることもできる。更に、本明細書に記載されるあるいはさもなければ想定される実施形態では、内面Ａが、少なくとも１つの光源に面し、少なくとも１つの光源が、光学素子３００の内面Ａに向かって実質的に第１の方向において光を放射するよう、少なくとも１つの光源が、光学素子３００の内面Ａ内に配置されることが理解されるべきである。「光学素子(optical  element)」および「光リング(light  ring)」という用語は、本明細書中で互換的に使用される。
【００５５】
図４に示すように、光学素子３００の内面Ａは、１つまたはそれよりも多くのＬＥＤからの入射光線の光入射角を変更するように修正されてよい。表面の修正された構成の故に、光散乱は、ＬＥＤ光線を方向変更するよう、内面Ａで生じ得る。内面Ａで生じ得る光散乱に加えて、光が光学素子３００のバルク材料を通過するときに、光は更に分散または散乱されることができる。少なくとも部分的にポリマで形成される光学素子を含む例示的実施形態において、内面Ａの表面構成は、レーザマーキング(laser  marking)を使用することによって修正されることができる。
【００５６】
レーザマーキングは、バーコード、ロゴ、またはその他の情報を含む、マークを、インクまたはツールビットではなくレーザビームを使用して、製品の表面に適用する、コンピュータ化された方法を指す。レーザマークは、様々なプロセスによって作り出され、一部のプロセスは、例えば、蒸発によって、表面からの材料を除去することを含み、他のプロセスは、例えば、溶解による、熱−化学的表面反応機構(thermal-chemical  surface  reaction  mechanism)を含む。１つのそのような表面反応機構は、熱化学的炭化(thermal-chemical  carbonization)、または炭化(charring)である。プラスチックでは、レーザおよび対応する適切な添加剤が、ポリマ中に熱劣化を引き起こし、明るい色のプラスチックについては黒色のまたは暗いマーキング（または暗い色のプラスチックについては白色のまたは明るいマーキング）の形成をもたらす。炭化によるレーザマーキングは、暗くされていない領域よりも多くの光を吸収する、暗くされた領域を生成する。
【００５７】
戻って図４を参照すると、内面Ａは、放射線エネルギをポリマ表面内の熱エネルギに変換することによって、レーザマーキングを用いて修正されることができる。熱エネルギは、例えば、ディンプル形状レーザ誘起修正部(dimple-shaped  laser-induced  modifications)として具現されるポリマ表面のリフロー(reflow)を引き起こすのに十分であり得る。近接近するディンプル形状レーザ誘起修正部のアレイが、入射するＬＥＤ光線の散乱を容易にする多くの小さな凸レンズとして作用することができる。リフローレンズを含むレーザ誘起修正部（またはディンプル形状レーザ誘起修正部）が、図４の内面Ａに示されている。
【００５８】
図５は、単一のリフローレンズ３０２（またはディンプル形状修正部）を含む、図４の線５−５に概ね沿って取られた、図４の内面Ａの概略的な断面図を示している。内面Ａの左側は、マーキングされていないポリマ表面を描写しているのに対し、（単一のリフローレンズ３０２を含む）内面Ａの右側は、修正されたポリマ表面を描写している。少なくとも１つのＬＥＤによって放射される入射ＬＥＤ光線３０４は、単一のリフローレンズ３０２の故に、散乱光線３０６となる。空気が、ＬＥＤ光線３０４を放射するＬＥＤと内面Ａとの間で単一のリフローレンズ３０２を取り囲むことが理解されるべきである。
【００５９】
図６において、頂面Ｃは、リフローリブ３１０(reflow  rigs)を含む複数のレーザ誘起修正部を含むよう（内面Ａの代わりに）修正されている。リフローリブ３１０は、光源のＬＥＤホットスポットベクトル(LED hot  spot  vector)から離れる方向に光を方向付けるように構成される。リフローリブ３１０は、ＬＥＤホットスポットベクトルから離れる方向に光を再送する(re-pipe)導波路(waveguides)として作用する。図７は、図６のＡ−Ａ線に概ね沿って取られた、図６の断面の概略断面図である。
【００６０】
図８は、内面Ａに形成されたマスク３２０として具現されたレーザ誘起修正部のパターンを含む、例示的な光学素子３００の斜視図である。図９Ａは、図８の光学素子の囲まれた区画の拡大概略図である。少なくとも部分的にポリマで形成された光学素子を含む例示的な実施形態において、内面Ａの透明度は、炭化としても知られる熱化学的炭化を生成するよう、１つまたはそれよりも多くの特別なポリマ添加剤と組み合わせにおいてレーザエネルギおよび周波数によって修正されることができる。ポリマを炭化させること(charring)は、炭化されていない領域よりも多くの光を吸収する、表面の暗化(darkening)を引き起こす。レーザ誘起修正部の１つのパターン、例えば、複数の炭化マーキング(carbonization  markings)または炭化ドット(charred  dots)が、図９Ａの内面Ａに示されている。各マーキングまたはドットの形状は、円形または任意の他の適切な形状であることができる。図９Ａにおけるレーザ誘起修正部は、ＬＥＤホットスポットベクトル３２２の光透過率を減少させるよう、増加させられた密度の暗くされたスポットを有する領域を含む。実施形態において、マーキングの増加させられた密度は、内面Ａに沿う距離がＬＥＤホットスポットベクトル３２２に対して増大するにつれて減少し得る。換言すれば、マーキングは、ＬＥＤ強度球の逆数として分布されるよう調整されることができる。例えば、入射光強度が大きければ大きいほど、入射光のより多くの透過を遮断するように、間隔はより小さい。同様に、入射光強度が小さければ小さいほど、入射光のより多くの透過を可能にするように、間隔はより大きい。換言すれば、レーザ誘起修正部は、高強度光領域を徐々に覆う(マスクする)一方で、低強度領域がバルク材料を通過するのを可能にするように構成されることができる。この勾配マスクは、均一な出力強度分布を生成する。
【００６１】
図９Ｂは、可変間隔を有する暗くされたライン３３０(線)を含むレーザ誘起修正部の代替的な実施形態を示している。例示的な実施形態において、内面Ａは、暗くされたライン３３０に対応する回折格子を作り出すように修正されることもできる。図９Ｃは、ＬＥＤホットスポットに対応する散乱効果を分配するために可変密度を有するスポット３４０を含むレーザ誘起修正部の代替的な実施形態を示している。図９Ｄは、ＬＥＤホットスポットで、そして、より多くのＬＥＤ強度が必要とされる場所でより垂直に散乱を提供するために、円形回折格子３５０を含むレーザ誘起修正部の代替的な実施形態を示している。
【００６２】
図９Ｅでは、内面Ａに複数のレーザ誘起修正部を含むことに加えて、複数のレーザ誘起修正部が頂面Ｃでも含められている。例示的な実施例において、頂面Ｃは、ＬＥＤホットスポットベクトル３２２で中心化された円形レーザマーキングされたライン３６０を含む。レーザラインの再散乱は、ＬＥＤ光線を、（４つのＬＥＤが含まれていると想定する）光リング内の暗い四分円に向かって、ＬＥＤホットスポットから離れる方向に方向変更することがある。図９Ｆでは、光学素子を通じて光リング内の暗い四分円に進む光を容易にするために、反射性コーティングが頂面Ｃおよび底面Ｄの全体に塗布される。レーザマーキング技術を使用して、頂面Ｃおよび／または底面Ｄに塗布された反射性コーティングの一部を焼き払うことができる。図９Ｆに示すように、反射性コーティング３７０を焼き払ったレーザラインは、ＬＥＤホットスポットから光を抜き取ることを可能にする。
【００６３】
本明細書に記載するレーザ誘起修正は、任意の適切なレーザマーキング技術を用いて実施されることができる。「レーザ誘起改質修正部(laser-induced  modification)」という用語は、レーザエネルギと光学素子（または光学素子の表面に塗布される何らかのコーティングまたは仕上げ）とを含む相互作用によって引き起こされる、任意の二次元および／または三次元変換を含む、光学素子の表面でまたは空間内に作り出される任意の変換を指す。レーザマーキングによって引き起こされる１つの例示的な変換は、加熱時のポリマ粒子の収縮に起因する表面内のリフローレンズの形成である。レーザマーキングによって引き起こされる別の例示的な変換は、熱化学的炭化に起因する表面内の暗くされた領域の形成であり、それによって、光エネルギが基板内で吸収され、ポリマの熱劣化を引き起こす程に十分高い吸収部位を囲む材料の局所温度を上昇させる。代替的に、光学素子の表面のテクスチャは、レーザアブレーションまたは任意の他の適切なプロセスによって修正されることができる。追加的に、１つまたはそれよりも多くのレーザを透明な光学系と共に使用して、光学素子の内部空間または界面にレーザ誘起修正を加えることができる。さらなる例では、２つのレーザを透明な光学系と共に使用して、レーザが交差して材料特性反応を引き起こすのに十分なエネルギを作り出す加法的干渉によって、光学素子の内部空間または界面に三次元レーザ誘起修正部をもたらすことができる。図１０は、光学素子の内側に三次元レーザ誘起修正部４００を含む光学素子の例示的な実施形態を示している。
【００６４】
有利には、本明細書に記載する発明的なシステムおよび方法は、バルク材料散乱および表面散乱を含む組み合わせ分布効果を生成する光学素子を提供して（高価な蒸着反射層または他の追加的なコストの構成要素を含む必要性を取り除く）。レーザ強化光学素子によって生成される表面散乱効果は、ＬＥＤによって生成されるホットスポットおよびダークスポットが見えないように、光を円周方向に十分に分配する。ハンドヘルドデバイスにおける従来的な光リングと関連付けられる点光源は、ホットスポットおよびダークスポットを示す。何故ならば、光は光リングバルク材料の限定的な物理的境界内に十分に分布され得ないからである。本明細書に記載する実施形態は、光リングについて円周方向に光均質性を提供するのに役立つが、必ずしも均一ではないものの特定のパターンまたは画像またはロゴを提供するために分布される、他の円周方向光分布も想定されることが理解されるべきである。
【００６５】
レーザマーキングは、典型的には、マーク認識のために製品の表面の光反射を変化させるために使用されるが、本明細書に記載するレーザ誘起修正部は、レーザマーキングを用いて生成されることができるが、マーク認識のために表面の光反射を変化させるために使用されない。代わりに、レーザ誘起修正部は、光学素子のバルク材料を通じる光透過を制御するように構成される。レーザ誘起修正部は、外面ではなく内面に形成される。
【００６６】
光学素子用のスクリーンまたはマスクを生成する典型的な製造プロセスは、有意な空間およびスクリーン／マスク領域への触覚アクセスを必要とする。そのような典型的なシステムは、スクリーンまたはマスクを製造中に容易に変更することができないように、特定の工具類(ツーリング)および製造プロセスも必要とする。本明細書に記載するレーザ誘起修正部の光調整は、従来的なアセンブリ解決策が可能でない小さな空間内に加えられることができる。加えて、本明細書に記載するシステムおよび方法は、製造される各製品の光性能が、所望であれば特異であるように、インライン製造におけるように製造者が最終出力をほぼ直ちに修正することを可能にする。例えば、光学素子は、製造公差の変化を考慮するように修正されることができる。加えて、ハンドヘルドデバイスは、例えば、ユーザの名前が（マーク認識のために外面にマーキングするのではなく）マーク付き光学素子を照らすことによって見えるように、光学素子に適切な処理(arrangement)を加えることによって、ユーザの名前を含むようカスタマイズされることができる。
【００６７】
例示的な実施形態において、レーザ誘起修正部を別個のプラスチック片に適用し、光学素子の内面および／または頂面に付着させることができる。他の例示的な実施形態では、レーザ誘起修正部を光学素子の内面および／または頂面に直接的に適用することができる。
【００６８】
本明細書中で定義され且つ用いられるとき、全ての定義は、辞書的定義、参照として援用される文献中の定義、および／または定義される用語の通常の意味を支配すると理解されるべきである。
【００６９】
本明細書および特許請求の範囲において用いられるとき、単数形の表現は、明瞭に反対のことが示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【００７０】
本明細書および特許請求の範囲において使用するとき、「および／または」という語句は、そのように結合された要素、即ち、ある場合には結合して存在し且つ他の場合には非結合的に存在する要素の「一方または両方」を意味すると理解されるべきである。「および／または」と共に列挙される複数の要素は、同じ様に、即ち、そのように結合された要素の「１つまたはそれよりも多く」と解釈されるべきである。「および／または」という節によって具体的に特定される要素以外の他の要素が、具体的に特定される要素に関連しようが関連しまいが、任意に存在してよい。
【００７１】
本明細書および特許請求の範囲において使用するとき、「または」は、上記で定義されるようなの「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト中の品目を分離するとき、「または」または「および／または」は、包括的である、即ち、多数の要素または要素のリストのうちの少なくとも１つを含むが、１つよりも多くの要素も含み、任意的に、追加的な列挙されていない品目を含むと解釈されなければならない。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」のような明らかに逆のことを示す用語、または特許請求の範囲において使用されるときの「〜なる」のような用語のみが、多数の要素または要素のリスト中の正確に１つを含むことを指す。一般的に、本明細書において使用されるとき、「または」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」または「〜のうちの正確に１つ」のような排他性の用語が先行するときに、排他的選択肢（即ち、一方または他方であるが両方ではない）を示すものとしてのみ解釈されるべきである。
【００７２】
本明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、１つまたはそれよりも多く要素のリストを参照する際の「少なくとも１つ」という語句は、要素のリスト中の要素の任意の１つまたはそれよりも多くから選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであるが、要素のリスト中に具体的に列挙されるありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含まず、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除しない。この定義は、具体的に特定される要素に関連するにしても関連しないにしても、「少なくとも１つ」が言及する要素のリスト内で具体的に特定される要素以外の要素が任意的に存在してよいことも可能にする。
【００７３】
明瞭に反対のことが示されていない限り、１つよりも多くのステップまたは行為を含む本明細書中において特許請求されるいずれかの方法において、方法のステップまたは行為の順番は、方法のステップまたは行為が引用される順番に必ずしも限定されないことも理解されるべきである。
【００７４】
特許請求の範囲においてならびに本明細書において、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「保持する(carrying)」、「有する(having)」、「収容する(containing)」、「含む()involving」、「保持する(holding)」、「〜なる(composed  of)」、および同等表現のような、全ての移行句は、開放端(オープンエンド)である、即ち、非限定的に含むことを意味すると理解されるべきである。
【００７５】
幾つかの発明的な実施形態を本明細書に記載し且つ例示したが、当業者は、本明細書に記載する機能を遂行し且つ／或いは結果および／または利点の１つまたはそれよりも多くを得るための様々な他の手段および／または構造を容易に心に思い描き、そのような変形および／または修飾の各々は、本明細書に記載する発明的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載する全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が、例示的であることを意図すること、ならびに実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が発明的な教示を用いる具体的な適用または複数の適用に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、日常的であるに過ぎない実験を用いて、本明細書に記載する具体的な発明的な実施形態に対する多くの同等物を認識し或いは確認することができるであろう。従って、前述の実施形態は、ほんの一例として提示されていること、ならびに発明的な実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、具体的に記載され且つ特許請求されるものとは異なるように実施される場合があることが理解されるべきである。本開示の発明的な実施形態は、本明細書に記載する各々の個々の構成、システム、物品、材料、キット、および／または方法に向けられる。加えて、２つまたはそれよりも多くのそのような構成、システム、物品、材料、キット、および／または方法のあらゆる組み合わせも、そのような構成、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しないならば、本開示の発明的な範囲内に含まれる。
【図１】
2021510325.tif 000003
【図２】
2021510325.tif 000004
【図３】
2021510325.tif 000005
【図４】
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【図５】
2021510325.tif 000007
【図６】
2021510325.tif 000008
【図７】
2021510325.tif 000009
【図８】
2021510325.tif 000010
【図９Ａ】
2021510325.tif 000011
【図９Ｂ】
2021510325.tif 000012
【図９Ｃ】
2021510325.tif 000013
【図９Ｄ】
2021510325.tif 000014
【図９Ｅ】
2021510325.tif 000015
【図９Ｆ】
2021510325.tif 000016
【図１０】
2021510325.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月10日(2020.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、
該少なくとも１つの光源に面する内面と、該内面とは反対側の外面とを含み、前記光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、
前記内面にまたは前記光学素子の内側に形成され、前記光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む、
ハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項２】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項３】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項４】
前記光学素子は、光が前記光学素子を通過するときに光のバルク材料散乱効果を生成するバルク散乱材料を含み、前記複数のレーザ誘起修正部は、光が前記光学素子を通過するときに光の表面散乱をもたらす、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項５】
前記複数のレーザ誘起修正部は、ディンプル形状の１つまたはそれよりも多くのマーキングを含む、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項６】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記内面に亘って可変に分配される、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項７】
前記複数のレーザ誘起修正部は、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットを含む、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項８】
前記１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、前記少なくとも１つの光源から放射される光の１つまたはそれよりも多くのそれぞれの部分が前記光学素子を通じて透過されるのを阻止する、請求項７に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項９】
前記１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、１つまたはそれよりも多くのポリマ添加剤との組み合わせにおいてレーザエネルギによって形成される、請求項７に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光源は、発光ダイオードである、請求項１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項１１】
ハウジングと、
該ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、
該少なくとも１つの光源に面する内面と、該内面とは反対側の外面と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に面する頂面と、該頂面とは反対側の底面とを含み、前記光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、
前記頂面にまたは前記光学素子の内側に形成され、前記光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む、
ハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項１２】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される、請求項１１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項１３】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される、請求項１１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項１４】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルから離れる方向に光を方向付けるように構成されるリブを含む、請求項１１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【請求項１５】
前記複数のレーザ誘起修正部は、前記少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルで中心化される円形のラインを含む、請求項１１に記載のハンドヘルドパーソナルケアデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、限定的な空間内で十分に分配された光を提供するために、レーザ強化された光学素子(optical  element)を用いてハンドヘルド(手持ち式)デバイスのハウジング内の１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光を分配するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルケアデバイス(personal  care  devices)は、ある形態の通信をユーザに提供するための照明要素を含む。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む幾つかの歯ブラシは、発光された光をデバイスの内側に沿って内部的に反射し、拡散されたグロー(glow)をデバイスの外側覆い(outer  covering)内の所定の露出領域を通じて放射してユーザにフィードバックを提供する、ように構成される。他のデバイスは、視覚的なキュー(cue)を提供する１つまたはそれよりも多くの光リングを含む。
【０００３】
しかしながら、コストおよび空間制約の故に、そのようなシステムは、光源および光学素子の種類および／または数において制限されており、ＬＥＤ光は、バルク散乱によって十分に分配されることができない。従って、異なる視角からの光強度の不均一性が存在する。例えば、デバイスがその一次軸に沿って回転させられると、交互のホットスポット(hot  spot)およびダークスポット(dark  spot)が見える。ダークスポットは、ＬＥＤ間の空間を示す。加えて、軽量の調整構成(tailoring  features)を容易に追加することができない。
【０００４】
典型的には、ＬＥＤ光の分配を容易にするために、追加的なＬＥＤ、別個の光学系、蒸着反射層、またはスクリーンおよび／またはマスクが利用される。しかしながら、そのようなシステムは、高価であり、製造能性のために有意な空間およびスクリーンおよび／またはマスク領域への触覚アクセスを必要とする。そのような典型的なシステムは、製造中にスクリーンまたはマスクを容易に変更し得ないように、特定のツーリング(工具類)および製造プロセスも必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、可視的に均一な光を生成するために十分に分配された光を達成するように構成された最小数の光源および光学素子を含むハンドヘルドデバイスを提供するシステムおよび方法についての必要が当該技術分野にある。
【０００６】
特許文献１は、少なくとも２つのＬＥＤを有する歯ブラシを開示しており、それらの少なくとも１つは、ネックを照らし、任意的に、ヘッドやヘッドに取り付けられる剛毛の端も照らす。
【０００７】
特許文献２は、デバイスの視覚インジケータを用いてユーザにリアルタイムフィードバックを提供するように構成される口腔清浄デバイスを開示している。
【０００８】
特許文献３は、表示要素を有する口腔衛生実装を開示している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、レーザ誘起修正によって強化された光学素子を使用してハンドヘルドデバイスのハウジング内の１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光の透過を変更する発明的なシステムおよび方法に関する。例えば、光学素子は、光リングであることができ、光源に面する光リングの内面は、ＬＥＤから入射する光線の光入射角を変更するように修正されてよい。修正された表面は、光学素子内のバルク材料散乱によって生成される光の散乱を増加させ得る入射面での光散乱を引き起こす。レーザから十分な量の熱エネルギを加えて表面をリフローさせる(reflow)ことによって光学素子のポリマ表面を修正することができる。修正された表面は、例えば、１つまたはそれよりも多くのディンプル形状の修正部を含むことができる。近接近するディンプル形状のレーザ誘起修正部のアレイが、入射するＬＥＤ光線の散乱を促進する複数の小さな凸レンズとして作用する。別の例として、（暗くされていない領域よりも）多くの光を吸収する暗くされた領域を含むように内面を修正して、光が光学素子を通過するのを部分的に阻止することができる。１つまたはそれよりも多くの適切なポリマ添加剤との組み合わせにおいてレーザエネルギおよび周波数によって暗くされた領域を形成して、炭化(charring)としても知られる熱化学的炭化(thermal  chemical  carbonization)を生成することができる。１つまたはそれよりも多くのリフロー領域および／または１つまたはそれよりも多くの暗くされた領域を含むように光学素子を修正して、光学素子の透明性および散乱効果を変化させることができる。
【００１０】
本明細書に記載するシステムおよび方法の利点は、レーザ強化された光学素子が、厳格な空間制約の範囲内で、コストのかかる追加的な構成要素なしに、ＬＥＤ光源に関する不均一性の懸念を伴う問題を解決できることである。
【００１１】
本明細書に記載するシステムおよび方法の別の利点は、従来的なアセンブリ解決策が可能でない非常に小さな空間内に光を調整するレーザ誘起修正を加え得ることである。
【００１２】
本明細書に記載するシステムおよび方法の更に別の利点は、レーザ強化された光学素子が、最終出力をほぼ直ちに修正する柔軟性を提供して、製造される各製品において特異な光性能を可能にすることである。
【００１３】
一般的に、１つの態様において、ハンドヘルドデバイスが提供される。ハンドヘルドデバイスは、ハウジングと、ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源に面する内面と、内面とは反対側の外面とを含み、光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、内面にまたは光学素子の内側に形成され、光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む。
【００１４】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される。
【００１５】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される。
【００１６】
ある実施形態によれば、光学素子は、光が光学素子を通過するときに光のバルク材料散乱効果を生成するバルク散乱材料を含み、複数のレーザ誘起修正部は、光が光学素子を通過するときに光の表面散乱をもたらす。
【００１７】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、ディンプル形状の修正部を含む。
【００１８】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、内面に亘って可変に分配される。
【００１９】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットを含む。
【００２０】
ある実施形態によれば、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、少なくとも１つの光源から放射される光の１つまたはそれよりも多くのそれぞれの部分が光学素子を通じて透過されるのを阻止する。
【００２１】
ある実施形態によれば、１つまたはそれよりも多くの炭化ドットは、１つまたはそれよりも多くのポリマ添加剤との組み合わせにおいてレーザエネルギによって形成される。
【００２２】
ある実施形態によれば、少なくとも１つの光源は、発光ダイオードである。
【００２３】
一般的に、別の態様において、ハンドヘルドデバイスが提供される。ハンドヘルドデバイスは、ハウジングと、ハウジング内に配置され、少なくとも第１の方向において光を放射するように構成される、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源に面する内面と、内面とは反対側の外面と、第１の方向とは異なる第２の方向に面する頂面と、頂面とは反対側の底面とを含み、光源からの光を透過するように構成される、光学素子と、頂面にまたは光学素子の内側に形成され、光学素子を通じる光の透過を変更するように構成される、複数のレーザ誘起修正部とを含む。
【００２４】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の均一な分布をもたらすように構成される。
【００２５】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、光学素子の外側で光の不均一な分布または調整された分布をもたらすように構成される。
【００２６】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルから離れる方向に光を方向付けるように構成されるリブ(ribs)を含む。
【００２７】
ある実施形態によれば、複数のレーザ誘起修正部は、少なくとも１つの光源のＬＥＤホットスポットベクトルで中心化される円形のライン(線)を含む。
【００２８】
本開示の目的のために本明細書において使用するとき、「コントローラ」という用語は、概して、パーソナルハンドヘルドデバイス、システム、または方法の動作に関連する様々な装置を記述するために使用される。コントローラは、本明細書で議論する様々な機能を実行するために、（例えば、専用ハードウェアを用いるような）様々な方法で実装されることができる。「プロセッサ」は、本明細書で議論する様々な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされることがある１つまたはそれよりも多くのマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを利用してあるいは利用しないで実装されてよく、幾つかの機能を実行する専用ハードウェアと他の機能を実行するプロセッサ（例えば、１つまたはそれよりも多くのプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連する回路）との組み合わせとして実装されてよい。本開示の様々な実施形態において利用されることがあるコントローラ構成要素の例は、従来的なマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されない。
【００２９】
様々な実装では、プロセッサまたはコントローラが、（本明細書では、一般的に、「メモリ」、例えば、揮発性および不揮発性コンピュータメモリと呼ぶ）１つまたはそれよりも多くの記憶媒体に関連付けられることがある。幾つかの実装において、記憶媒体は、１つまたはそれよりも多くのプロセッサおよび／またはコントローラで実行されるときに、本明細書で議論する機能のうちの少なくとも一部を実行する、１つまたはそれよりも多くのプログラムで符号化されてよい。様々な記憶媒体は、本明細書で議論する本開示の様々な態様を実施するために、その上に格納される１つまたはそれよりも多くのプログラムをプロセッサまたはコントローラ内にロードすることができるように、プロセッサまたはコントローラ内に固定されてよく、あるいは搬送可能であってよい。「プログラム」または「コンピュータプログラム」という用語は、１つまたはそれよりも多くのプロセッサまたはコントローラをプログラムするために利用することができる任意のタイプのコンピュータコード（例えば、ソフトウェアまたはマイクロコード）を指すよう、本明細書では一般的な意味において使用されている。
【００３０】
「光源」という用語は、（上記で定義したような１つまたはそれよりも多くのＬＥＤを含む）ＬＥＤベースの光源、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光光源、燐光源、高強度放電源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気、およびハロゲン化金属ランプ）、レーザ、および他のタイプのエレクトロルミネッセンス光源を含むが、これらに限定されない、様々な放射線源のうちの任意の１つまたはそれよりも多くを指すと理解されるべきである。
【００３１】
本開示の目的のために本明細書において使用するとき、「ＬＥＤ」という用語は、電気信号に応答して放射線を発生することができる任意のエレクトロルミネッセンスダイオードまたは他のタイプのキャリア注入／接合ベースのシステムを含むと理解されるべきである。よって、ＬＥＤという用語は、電流に応答して発光する様々な半導体ベースの構造、発光ポリマ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザダイオード、エレクトロルミネッセンスストリップ、および同等物を含むが、これらに限定されない。ＬＥＤという用語は、ＬＥＤの物理的および／または電気的パッケージのタイプを制限しないことも理解されるべきである。
【００３２】
前述の概念および以下により詳細に議論する追加的な概念の全ての組み合わせは、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）本明細書に開示する発明的な主題の一部であると想定されることが理解されるべきである。特に、この開示の末尾に現れる請求する主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示する発明的な主題の一部であると想定される。
【００３３】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に記載する（複数の）実施形態から明らかであり、それらを参照して解明されるであろう。
【００３４】
図面において、同等の参照符号は、概して、異なる図面を通じて同じ部分を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りでなく、代わりに、概して、本発明の原理を例示することに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ある実施形態に従った照明システムを有する動力歯ブラシの剛毛側面図である。
【００３６】
【図２】ある実施形態に従った動力歯ブラシの制御システムの概略図である。
【００３７】
【図３】ある実施形態に従った図１の照明システムのレーザ強化された光学素子の概略図である。
【００３８】
【図４】ある実施形態に従った図１の光学素子の断面の概略図である。
【００３９】
【図５】ある実施形態に従った図４の線５−５に概ね沿って取られた図４の断面の概略的な断面図である。
【００４０】
【図６】ある実施形態に従った照明システムのレーザ強化された光学素子の断面の概略図である。
【００４１】
【図７】ある実施形態に従った図６のＡ−Ａ線に概ね沿って取られた図６の断面の概略的な断面図である。
【００４２】
【図８】ある実施形態に従った図３の光学素子の概略図である。
【００４３】
【図９Ａ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた区画の拡大概略図である。
【００４４】
【図９Ｂ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた区画の代替的な表現である。
【００４５】
【図９Ｃ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４６】
【図９Ｄ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４７】
【図９Ｅ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４８】
【図９Ｆ】ある実施形態に従った図８の光学素子の囲まれた部分の代替的な表現である。
【００４９】
【図１０】光学素子の内側の三次元レーザ誘起修正部を含む図５に示すような光学素子の代替的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本開示は、レーザ強化された光学素子を用いてハンドヘルド(手持ち式)デバイス内の最小数の光源および光学素子から可視的に均一な光を生成するためのシステムおよび方法の様々な実施形態に向けられている。本出願人は、（材料散乱特性、反射表面設計、および／または光パイプ解決策に焦点を当てるよりもむしろ）、光学素子の表面の透明性および散乱効果を修正すること(modifying)によって最小数の光源および光学素子を用いてハンドヘルドデバイスのための効果的な照明システムを提供することが有益であることを認識し且つ理解した。従って、本明細書に記載する或いはさもなければ想定されるシステムおよび方法は、ＬＥＤおよびレーザ強化された光学素子から放射される光を提供するように構成されるハンドヘルドデバイスを提供する。光学素子の表面の強化は、散乱効果および／または方向変更効果を提供することによって１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光の透過を修正する。追加的にまたは代替的に、光学素子の表面の強化は、光が光学素子を通過するのをマスキングまたは遮断することによって１つまたはそれよりも多くの光源から放射される光の透過を修正する。
【００５１】
本明細書に開示される或いはさもなければ想定される実施形態および実装は、ハンドヘルドパーソナルケアデバイス(personal  care  device)を含む任意のデバイスと共に利用されることができる。本明細書における実施形態および実装の利用の特定の非限定的な目標は、動力歯ブラシ、例えば、（Koninklijke  Philips,  N.V.によって製造されている）Philips  Sonicare（ＴＭ）歯ブラシのユーザに歯磨き情報／表示を提供することである。そのような情報は、例えば、エラーメッセージまたは警告メッセージ（例えば、変更されるべき／充電されるべきバッテリ、ブラシヘッドを変更せよ）、動力歯ブラシの適切な使用に関する指示または表示、タイマ、感覚結果メッセージ（例えば、完全に洗浄された歯、部分的に洗浄された歯、良好な歯磨き挙動、不十分な歯磨き挙動、歯垢形成）に関連することができる。他の実施形態および実装によれば、関連する情報／表示は、例えば、（この開示の考察と関連して当業者によって理解されるはずであるように）本明細書に記載する構成および機能性を組み込むことができる、（ハンドヘルドおよび非ハンドヘルドの）任意の動力医療デバイス、歯科デバイス、シェービングデバイス、グルーミングデバイス、母子ケアデバイスのユーザに提供されることができる。
【００５２】
図１を参照すると、１つの実施形態では、ハンドヘルドデバイス１００が提供される。ハンドヘルドデバイス１００は、本体部分１１２と、本体部分１１２に取り外し可能または取り外し不能に取り付けられるネック部分１１４とを含む。ネック部分１１４は、ヘッド部材１１６を含む。本体部分１１２は、ハンドヘルドデバイスの構成要素、例えば、歯の効果的な洗浄に適したブラシヘッド運動を生成するための駆動アセンブリ／回路１１８、制御ユニット１２０、および電源１２２（例えば、バッテリまたは電力コード）を収容するよう、少なくともその一部が中空である、ハウジングを含む。運動は、とりわけ、振動または回転を含む、様々な異なる運動のいずれかであってよい。例示的な要素は、動力歯ブラシの技術分野では従来的であるので、表現的に示されている。歯ブラシ自体の動作は、オン／オフスイッチ１２４によって制御される。図１に示す特定の構成および配置は、ほんの一例であり、以下に開示する実施形態の範囲を制限しない。
【００５３】
ハンドヘルドデバイス１００は、センサデータを得るように構成され且つデバイス上または内に配置された、１つまたはそれよりも多くのセンサ１２６を含むことができる。センサ１２６は、本体部分／ハンドル１１２の頂部付近で図１に示されているが、歯磨き情報を感知するために、例えば、ネック部分１１４またはヘッド部材１１６内を含む、デバイス上の任意の場所に配置されてよい。プロセッサ１３０は、好ましくは、デバイス内に配置され、１つまたはそれよりも多くのセンサ１２６からセンサデータを受信して、センサ１２６から得られるセンサデータを処理するように構成される。ハンドヘルドデバイス１００は、１つまたはそれよりも多くの発光ダイオードと、デバイス上および／または内に配置されてよい照明システム１４０を形成するレーザ強化光学素子とを含むことができる。図１において、照明システム１４０は、ハンドヘルドデバイス１００の本体部分１１２の底に配置されている。他の実施形態において、照明システム１４０は、スイッチ１２４上および／または内に或いは任意の他の位置に配置されることができる。照明システム１４０は、プロセッサに応答することができ、ユーザに情報／表示を伝達するよう構成されることができる。幾つかの実施形態では、情報のさらなる分析のために、歯磨き情報を格納する記憶システム／メモリ１３２が含められてよい。
【００５４】
図２は、例示的なハンドヘルドデバイスの例示的な制御システム２００の概略図を描写している。制御システム２００は、コントローラ１４２と、センサ１２６と、電源１４４と、照明システム１４０とを含む。電源１４４は、ハンドヘルドデバイス１００のための電源１２２と同じであってよく、あるいは別個の電源であることができる。センサ１２６は、歯磨きセッション中にユーザの口の１つまたはそれよりも多くの態様に関するセンサデータを得るようにプログラムおよび／または構成された任意のセンサであることができる。例えば、センサは、歯の表面、歯垢レベル、歯磨き領域、歯磨き強度、歯磨き角度、全体的な歯磨き効果、および／または本明細書の他の箇所に記載する歯の健康の多種多様の他の側面に関する情報／データを得ることがある。センサデータは、動力歯ブラシの動作状況（オン／オフ状態、正常状態、異常状態、バッテリ寿命、およびモータの速度）および他の関連データに関連してもよい。照明システム１４０は、ハンドヘルドデバイスのハウジングの中空部分内の１つまたはそれよりも多くのＬＥＤ光源から放射される光を、光学素子、例えば、光リングを通じて方向付けて、ユーザの視点から見えるよう、照明システム１４０の外面に均一な照明または任意のパターンもしくは画像を提供するように、プログラムおよび／または構成されることができる。例示的な実施形態では、４つのＬＥＤが含められるが、追加的なまたはより少ないＬＥＤも想定される。
【００５５】
コントローラ１４２は、（この開示の考察と関連して当業者によって認識および理解されるはずであるように）、本明細書に記載する機能および方法を実行するのに適切であることがあるように、情報／データを分析し、システムの他のそれぞれの構成要素または外部構成要素／デバイスの各々から／それらの各々に情報、データおよび／または命令（制御信号）を送信／受信するように、プログラムおよび／または構成される。
【００５６】
コントローラ１４２は、プロセッサ１５０と、メモリ１３２と、クロック１５２と、無線通信器１４８と、センサ１５８とを含む。プロセッサ１５０は、プロセッサ１３０と同じであってよく、あるいは別個のプロセッサであることができる。コントローラ１４２は、リアルタイムにまたは周期的に受信するセンサデータを使用して、ユーザがどのように自分の歯を磨くかについての情報を決定することができる。センサデータは、プロセッサ１５０によって処理されることができる。プロセッサ１５０は、予めプログラムされたレベルをメモリ１３２から引き出し、それを得られたセンサデータと比較して、ユーザが過度の圧力で自分の歯を磨いているかどうかを決定することができる。クロック１５２は、歯磨き時間、持続時間、および日付を決定するためにコントローラ１４２によって利用されてよく、メモリ１３２から適切な標準を呼び出す(recall)ためにコントローラ１４２によって利用されてよい。プロセッサ１５０は、格納された情報に基づいて、過度の圧力に対してどんな応答が必要なことがあるかを更に決定することができ、ユーザに提供する適切な照明をメモリ１３２引き出すことができる。例えば、圧力が高すぎるならば、コントローラ１４２は、照明システム１４０を通じて、（過度の圧力が加えられていることをユーザに示す）特定の色、例えば、オレンジ色の光の選択的照明をもたらすように、プログラムおよび／または構成されることができる。制御システム２００は、センサデータを無線送受信器（図示せず）に送信するための無線通信器１４８を含んでもよい。センサ１５８は、あらゆる様々な異なる動き検出センサを使用して動きを検出するために制御システム２００に含められてもよく、ユーザが歯ブラシを拾い上げたという信号および歯磨き事象中に適切な場合があるような適切な照明が提供され得るという信号をプロセッサ１５０に送信することができる（しかしながら、（充電状況のような）動力歯ブラシ１００自体に関する情報は、センサ１２６または１５８のいずれかによって感知されることができ、照明手段１４０を通じていつでも表示されることができる）。
【００５７】
図３は、ハンドヘルドデバイス１００の照明システム１４０の例示的な光学素子３００の斜視図である。図３の光学素子３００は、内面Ａと、内面とは反対側の外面Ｂと、頂面Ｃと、頂面とは反対側の底面Ｄとを含む、光リングとして具現されている。内面Ａおよび外面Ｂは、光リングの回転軸を囲む円周面であるのに対し、頂面Ｃおよび底面Ｄは、光リングの回転軸に対して直交して配置される平行な平面内を走る径方向面である。ここではリングが描写されているが、光学素子３００は、任意の形状として具現され得ることが理解されるべきである。図３の例において、表面は、平面的である。しかしながら、それらは曲面であることもできる。更に、本明細書に記載されるあるいはさもなければ想定される実施形態では、内面Ａが、少なくとも１つの光源に面し、少なくとも１つの光源が、光学素子３００の内面Ａに向かって実質的に第１の方向において光を放射するよう、少なくとも１つの光源が、光学素子３００の内面Ａ内に配置されることが理解されるべきである。「光学素子(optical  element)」および「光リング(light  ring)」という用語は、本明細書中で互換的に使用される。
【００５８】
図４に示すように、光学素子３００の内面Ａは、１つまたはそれよりも多くのＬＥＤからの入射光線の光入射角を変更するように修正されてよい。表面の修正された構成の故に、光散乱は、ＬＥＤ光線を方向変更するよう、内面Ａで生じ得る。内面Ａで生じ得る光散乱に加えて、光が光学素子３００のバルク材料を通過するときに、光は更に分散または散乱されることができる。少なくとも部分的にポリマで形成される光学素子を含む例示的実施形態において、内面Ａの表面構成は、レーザマーキング(laser  marking)を使用することによって修正されることができる。
【００５９】
レーザマーキングは、バーコード、ロゴ、またはその他の情報を含む、マークを、インクまたはツールビットではなくレーザビームを使用して、製品の表面に適用する、コンピュータ化された方法を指す。レーザマークは、様々なプロセスによって作り出され、一部のプロセスは、例えば、蒸発によって、表面からの材料を除去することを含み、他のプロセスは、例えば、溶解による、熱−化学的表面反応機構(thermal-chemical  surface  reaction  mechanism)を含む。１つのそのような表面反応機構は、熱化学的炭化(thermal-chemical  carbonization)、または炭化(charring)である。プラスチックでは、レーザおよび対応する適切な添加剤が、ポリマ中に熱劣化を引き起こし、明るい色のプラスチックについては黒色のまたは暗いマーキング（または暗い色のプラスチックについては白色のまたは明るいマーキング）の形成をもたらす。炭化によるレーザマーキングは、暗くされていない領域よりも多くの光を吸収する、暗くされた領域を生成する。
【００６０】
戻って図４を参照すると、内面Ａは、放射線エネルギをポリマ表面内の熱エネルギに変換することによって、レーザマーキングを用いて修正されることができる。熱エネルギは、例えば、ディンプル形状レーザ誘起修正部(dimple-shaped  laser-induced  modifications)として具現されるポリマ表面のリフロー(reflow)を引き起こすのに十分であり得る。近接近するディンプル形状レーザ誘起修正部のアレイが、入射するＬＥＤ光線の散乱を容易にする多くの小さな凸レンズとして作用することができる。リフローレンズを含むレーザ誘起修正部（またはディンプル形状レーザ誘起修正部）が、図４の内面Ａに示されている。
【００６１】
図５は、単一のリフローレンズ３０２（またはディンプル形状修正部）を含む、図４の線５−５に概ね沿って取られた、図４の内面Ａの概略的な断面図を示している。内面Ａの左側は、マーキングされていないポリマ表面を描写しているのに対し、（単一のリフローレンズ３０２を含む）内面Ａの右側は、修正されたポリマ表面を描写している。少なくとも１つのＬＥＤによって放射される入射ＬＥＤ光線３０４は、単一のリフローレンズ３０２の故に、散乱光線３０６となる。空気が、ＬＥＤ光線３０４を放射するＬＥＤと内面Ａとの間で単一のリフローレンズ３０２を取り囲むことが理解されるべきである。
【００６２】
図６において、頂面Ｃは、リフローリブ３１０(reflow  rigs)を含む複数のレーザ誘起修正部を含むよう（内面Ａの代わりに）修正されている。リフローリブ３１０は、光源のＬＥＤホットスポットベクトル(LED hot  spot  vector)から離れる方向に光を方向付けるように構成される。リフローリブ３１０は、ＬＥＤホットスポットベクトルから離れる方向に光を再送する(re-pipe)導波路(waveguides)として作用する。図７は、図６のＡ−Ａ線に概ね沿って取られた、図６の断面の概略断面図である。
【００６３】
図８は、内面Ａに形成されたマスク３２０として具現されたレーザ誘起修正部のパターンを含む、例示的な光学素子３００の斜視図である。図９Ａは、図８の光学素子の囲まれた区画の拡大概略図である。少なくとも部分的にポリマで形成された光学素子を含む例示的な実施形態において、内面Ａの透明度は、炭化としても知られる熱化学的炭化を生成するよう、１つまたはそれよりも多くの特別なポリマ添加剤と組み合わせにおいてレーザエネルギおよび周波数によって修正されることができる。ポリマを炭化させること(charring)は、炭化されていない領域よりも多くの光を吸収する、表面の暗化(darkening)を引き起こす。レーザ誘起修正部の１つのパターン、例えば、複数の炭化マーキング(carbonization  markings)または炭化ドット(charred  dots)が、図９Ａの内面Ａに示されている。各マーキングまたはドットの形状は、円形または任意の他の適切な形状であることができる。図９Ａにおけるレーザ誘起修正部は、ＬＥＤホットスポットベクトル３２２の光透過率を減少させるよう、増加させられた密度の暗くされたスポットを有する領域を含む。実施形態において、マーキングの増加させられた密度は、内面Ａに沿う距離がＬＥＤホットスポットベクトル３２２に対して増大するにつれて減少し得る。換言すれば、マーキングは、ＬＥＤ強度球の逆数として分布されるよう調整されることができる。例えば、入射光強度が大きければ大きいほど、入射光のより多くの透過を遮断するように、間隔はより小さい。同様に、入射光強度が小さければ小さいほど、入射光のより多くの透過を可能にするように、間隔はより大きい。換言すれば、レーザ誘起修正部は、高強度光領域を徐々に覆う(マスクする)一方で、低強度領域がバルク材料を通過するのを可能にするように構成されることができる。この勾配マスクは、均一な出力強度分布を生成する。
【００６４】
図９Ｂは、可変間隔を有する暗くされたライン３３０(線)を含むレーザ誘起修正部の代替的な実施形態を示している。例示的な実施形態において、内面Ａは、暗くされたライン３３０に対応する回折格子を作り出すように修正されることもできる。図９Ｃは、ＬＥＤホットスポットに対応する散乱効果を分配するために可変密度を有するスポット３４０を含むレーザ誘起修正部の代替的な実施形態を示している。図９Ｄは、ＬＥＤホットスポットで、そして、より多くのＬＥＤ強度が必要とされる場所でより垂直に散乱を提供するために、円形回折格子３５０を含むレーザ誘起修正部の代替的な実施形態を示している。
【００６５】
図９Ｅでは、内面Ａに複数のレーザ誘起修正部を含むことに加えて、複数のレーザ誘起修正部が頂面Ｃでも含められている。例示的な実施例において、頂面Ｃは、ＬＥＤホットスポットベクトル３２２で中心化された円形レーザマーキングされたライン３６０を含む。レーザラインの再散乱は、ＬＥＤ光線を、（４つのＬＥＤが含まれていると想定する）光リング内の暗い四分円に向かって、ＬＥＤホットスポットから離れる方向に方向変更することがある。図９Ｆでは、光学素子を通じて光リング内の暗い四分円に進む光を容易にするために、反射性コーティングが頂面Ｃおよび底面Ｄの全体に塗布される。レーザマーキング技術を使用して、頂面Ｃおよび／または底面Ｄに塗布された反射性コーティングの一部を焼き払うことができる。図９Ｆに示すように、反射性コーティング３７０を焼き払ったレーザラインは、ＬＥＤホットスポットから光を抜き取ることを可能にする。
【００６６】
本明細書に記載するレーザ誘起修正は、任意の適切なレーザマーキング技術を用いて実施されることができる。「レーザ誘起改質修正部(laser-induced  modification)」という用語は、レーザエネルギと光学素子（または光学素子の表面に塗布される何らかのコーティングまたは仕上げ）とを含む相互作用によって引き起こされる、任意の二次元および／または三次元変換を含む、光学素子の表面でまたは空間内に作り出される任意の変換を指す。レーザマーキングによって引き起こされる１つの例示的な変換は、加熱時のポリマ粒子の収縮に起因する表面内のリフローレンズの形成である。レーザマーキングによって引き起こされる別の例示的な変換は、熱化学的炭化に起因する表面内の暗くされた領域の形成であり、それによって、光エネルギが基板内で吸収され、ポリマの熱劣化を引き起こす程に十分高い吸収部位を囲む材料の局所温度を上昇させる。代替的に、光学素子の表面のテクスチャは、レーザアブレーションまたは任意の他の適切なプロセスによって修正されることができる。追加的に、１つまたはそれよりも多くのレーザを透明な光学系と共に使用して、光学素子の内部空間または界面にレーザ誘起修正を加えることができる。さらなる例では、２つのレーザを透明な光学系と共に使用して、レーザが交差して材料特性反応を引き起こすのに十分なエネルギを作り出す加法的干渉によって、光学素子の内部空間または界面に三次元レーザ誘起修正部をもたらすことができる。図１０は、光学素子の内側に三次元レーザ誘起修正部４００を含む光学素子の例示的な実施形態を示している。
【００６７】
有利には、本明細書に記載する発明的なシステムおよび方法は、バルク材料散乱および表面散乱を含む組み合わせ分布効果を生成する光学素子を提供して（高価な蒸着反射層または他の追加的なコストの構成要素を含む必要性を取り除く）。レーザ強化光学素子によって生成される表面散乱効果は、ＬＥＤによって生成されるホットスポットおよびダークスポットが見えないように、光を円周方向に十分に分配する。ハンドヘルドデバイスにおける従来的な光リングと関連付けられる点光源は、ホットスポットおよびダークスポットを示す。何故ならば、光は光リングバルク材料の限定的な物理的境界内に十分に分布され得ないからである。本明細書に記載する実施形態は、光リングについて円周方向に光均質性を提供するのに役立つが、必ずしも均一ではないものの特定のパターンまたは画像またはロゴを提供するために分布される、他の円周方向光分布も想定されることが理解されるべきである。
【００６８】
レーザマーキングは、典型的には、マーク認識のために製品の表面の光反射を変化させるために使用されるが、本明細書に記載するレーザ誘起修正部は、レーザマーキングを用いて生成されることができるが、マーク認識のために表面の光反射を変化させるために使用されない。代わりに、レーザ誘起修正部は、光学素子のバルク材料を通じる光透過を制御するように構成される。レーザ誘起修正部は、外面ではなく内面に形成される。
【００６９】
光学素子用のスクリーンまたはマスクを生成する典型的な製造プロセスは、有意な空間およびスクリーン／マスク領域への触覚アクセスを必要とする。そのような典型的なシステムは、スクリーンまたはマスクを製造中に容易に変更することができないように、特定の工具類(ツーリング)および製造プロセスも必要とする。本明細書に記載するレーザ誘起修正部の光調整は、従来的なアセンブリ解決策が可能でない小さな空間内に加えられることができる。加えて、本明細書に記載するシステムおよび方法は、製造される各製品の光性能が、所望であれば特異であるように、インライン製造におけるように製造者が最終出力をほぼ直ちに修正することを可能にする。例えば、光学素子は、製造公差の変化を考慮するように修正されることができる。加えて、ハンドヘルドデバイスは、例えば、ユーザの名前が（マーク認識のために外面にマーキングするのではなく）マーク付き光学素子を照らすことによって見えるように、光学素子に適切な処理(arrangement)を加えることによって、ユーザの名前を含むようカスタマイズされることができる。
【００７０】
例示的な実施形態において、レーザ誘起修正部を別個のプラスチック片に適用し、光学素子の内面および／または頂面に付着させることができる。他の例示的な実施形態では、レーザ誘起修正部を光学素子の内面および／または頂面に直接的に適用することができる。
【００７１】
本明細書中で定義され且つ用いられるとき、全ての定義は、辞書的定義、参照として援用される文献中の定義、および／または定義される用語の通常の意味を支配すると理解されるべきである。
【００７２】
本明細書および特許請求の範囲において用いられるとき、単数形の表現は、明瞭に反対のことが示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【００７３】
本明細書および特許請求の範囲において使用するとき、「および／または」という語句は、そのように結合された要素、即ち、ある場合には結合して存在し且つ他の場合には非結合的に存在する要素の「一方または両方」を意味すると理解されるべきである。「および／または」と共に列挙される複数の要素は、同じ様に、即ち、そのように結合された要素の「１つまたはそれよりも多く」と解釈されるべきである。「および／または」という節によって具体的に特定される要素以外の他の要素が、具体的に特定される要素に関連しようが関連しまいが、任意に存在してよい。
【００７４】
本明細書および特許請求の範囲において使用するとき、「または」は、上記で定義されるようなの「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト中の品目を分離するとき、「または」または「および／または」は、包括的である、即ち、多数の要素または要素のリストのうちの少なくとも１つを含むが、１つよりも多くの要素も含み、任意的に、追加的な列挙されていない品目を含むと解釈されなければならない。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」のような明らかに逆のことを示す用語、または特許請求の範囲において使用されるときの「〜なる」のような用語のみが、多数の要素または要素のリスト中の正確に１つを含むことを指す。一般的に、本明細書において使用されるとき、「または」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」または「〜のうちの正確に１つ」のような排他性の用語が先行するときに、排他的選択肢（即ち、一方または他方であるが両方ではない）を示すものとしてのみ解釈されるべきである。
【００７５】
本明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、１つまたはそれよりも多く要素のリストを参照する際の「少なくとも１つ」という語句は、要素のリスト中の要素の任意の１つまたはそれよりも多くから選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであるが、要素のリスト中に具体的に列挙されるありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含まず、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除しない。この定義は、具体的に特定される要素に関連するにしても関連しないにしても、「少なくとも１つ」が言及する要素のリスト内で具体的に特定される要素以外の要素が任意的に存在してよいことも可能にする。
【００７６】
明瞭に反対のことが示されていない限り、１つよりも多くのステップまたは行為を含む本明細書中において特許請求されるいずれかの方法において、方法のステップまたは行為の順番は、方法のステップまたは行為が引用される順番に必ずしも限定されないことも理解されるべきである。
【００７７】
特許請求の範囲においてならびに本明細書において、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「保持する(carrying)」、「有する(having)」、「収容する(containing)」、「含む()involving」、「保持する(holding)」、「〜なる(composed  of)」、および同等表現のような、全ての移行句は、開放端(オープンエンド)である、即ち、非限定的に含むことを意味すると理解されるべきである。
【００７８】
幾つかの発明的な実施形態を本明細書に記載し且つ例示したが、当業者は、本明細書に記載する機能を遂行し且つ／或いは結果および／または利点の１つまたはそれよりも多くを得るための様々な他の手段および／または構造を容易に心に思い描き、そのような変形および／または修飾の各々は、本明細書に記載する発明的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載する全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が、例示的であることを意図すること、ならびに実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が発明的な教示を用いる具体的な適用または複数の適用に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、日常的であるに過ぎない実験を用いて、本明細書に記載する具体的な発明的な実施形態に対する多くの同等物を認識し或いは確認することができるであろう。従って、前述の実施形態は、ほんの一例として提示されていること、ならびに発明的な実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、具体的に記載され且つ特許請求されるものとは異なるように実施される場合があることが理解されるべきである。本開示の発明的な実施形態は、本明細書に記載する各々の個々の構成、システム、物品、材料、キット、および／または方法に向けられる。加えて、２つまたはそれよりも多くのそのような構成、システム、物品、材料、キット、および／または方法のあらゆる組み合わせも、そのような構成、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しないならば、本開示の発明的な範囲内に含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／１３７４５４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１７／１２９５０９号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１７／１４６２１４号明細書
【国際調査報告】
2021510325.tif 000018
2021510325.tif 000019