РУЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИЧНОЙ ГИГИЕНЫ С ОПТИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ (ВАРИАНТЫ)
MANUAL PERSONAL HYGIENE DEVICE WITH OPTICAL ELEMENT (OPTIONS)

Область техники
[0001] Настоящее изобретение в основном относится к системам и способам распределения света, излучаемого из одного или более источников света внутри корпуса ручного устройства, с использованием улучшенного лазером оптического элемента для обеспечения достаточно распределенного света в пределах ограниченного пространства.
Уровень техники
[0002] Устройства личной гигиены содержат осветительные элементы для обеспечения некой формы связи с пользователем. Например, некоторые зубные щетки, содержащие светоизлучающие диоды (СИД), выполнены с возможностью внутреннего отражения излучаемого света вдоль внутренней части устройства и излучения рассеянного свечения через заданные открытые участки в наружной оболочке устройства для обеспечения обратной связи с пользователем. Другие устройства содержат одно или более световых колец для обеспечения визуальной подсказки.
[0003] Однако из-за ограничений по стоимости и пространству такие системы ограничены типом и/или количеством оптических источников и оптических элементов, и свет СИД не может быть достаточно распределен за счет рассеяния в объеме. Соответственно, под разными углами обзора интенсивность света неоднородная. Например, по мере вращения устройство вдоль его основной оси видны чередующиеся яркие и темные пятна. Темные пятна указывают на пространства между СИД. Кроме того, добавить функции адаптации света не так-то просто.
[0004] Как правило, для способствования распределению света СИД используют дополнительные СИД, отдельные оптические элементы, осажденные из паровой фазы отражающие слои или экраны и/или маски. Однако такие системы дорогостоящие и/или для их изготовления требуются значительное пространство и тактильный доступ к участкам и/или маскам экрана. Такие типичные системы также требуют специальной инструментальной оснастки и производственных процессов, так что экраны и маски невозможно легко изменить при изготовлении.
[0005] Соответственно, в данной области техники существует потребность в системах и способах обеспечения ручных устройств, содержащих минимальное количество источников света и оптических элементов, выполненных с возможностью достижения достаточно распределенного света для создания визуально однородного света.
[0005а] В US 2012/137454 раскрыта зубная щетка, имеющая по меньшей мере два СИД, по меньшей мере один из которых освещает утонченную часть, а также необязательно головку и концы щетинок, прикрепленных к головке.
[0005b] В WO 2017/129509 раскрыто устройство для очистки ротовой полости, выполненное с возможностью обеспечения в реальном времени обратной связи с пользователем с использованием визуального индикатора устройства.
[0005с] В US 2017/146214 раскрыто средство для гигиены полости рта, имеющее индикаторный элемент.
Раскрытие сущности изобретения
[0006] Настоящее изобретение относится к обладающим признаками изобретения системам и способам для изменения передачи света, излучаемого из одного или более источников света, в пределах корпуса ручного устройства с использованием оптического элемента, улучшенного лазерно-индуцированными модификациями. Например, оптический элемент может представлять собой световое кольцо, а внутренняя поверхность светового кольца, обращенная к источнику света, может быть модифицирована для изменения угла падения света входящих световых лучей от СИД. Модифицированная поверхность вызывает оптическое рассеяние на поверхности прихода, что может дополнительно увеличить рассеяние света, формируемого за счет рассеяния объемным материалом внутри оптического элемента. Полимерная поверхность оптического элемента может быть модифицирована путем применения достаточного количества тепловой энергии от лазера для оплавления поверхности. Модифицированная поверхность может содержать, например, одну или более имеющих форму язвин модификаций. Массив имеющих форму язвин лазерно-индуцированных модификаций в непосредственной близости действует как множество крошечных выпуклых линз, которые способствуют рассеянию входящих световых лучей СИД. В качестве другого примера внутренняя поверхность может быть модифицирована для включения затемненных областей, которые поглощают больше света (чем незатененные области), для частичной блокировки прохождения света через оптический элемент. Затемненные области могут быть сформированы лазерной энергией и частотой в комбинации с одной или более подходящих полимерных добавок для формирования термохимической карбонизации, называемой также обугливанием. Оптический элемент может быть модифицирован для включения одного или более участков оплавления и/или одной или более затемненных областей для изменения прозрачности и эффекта рассеяния оптического элемента.
[0007] Преимущество систем и способов, описанных в настоящем документе, состоит в том, что улучшенный лазером оптический элемент может решать проблему, связанную с вопросами неоднородности светодиодных источников света в условиях ограничений тесного пространства и без дорогостоящих дополнительных компонентов.
[0008] Другое преимущество систем и способов, описанных в настоящем документе, заключается в том, что адаптирующие свет лазерно-индуцированные модификации могут быть добавлены в очень маленьких пространствах, где традиционные решения для сборки невозможны.
[0009] Еще одним преимуществом систем и способов, описанных в настоящем документе, является то, что улучшенный лазером оптический элемент обеспечивает гибкость модификации конечного выхода почти сразу же, делая возможными уникальные рабочие характеристики света в каждом изготовляемом изделии.
[0010] В общем, в соответствии с одним аспектом предложено ручное устройство. Ручное устройство содержит: корпус; по меньшей мере один источник света, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью излучения света по меньшей мере в первом направлении; оптический элемент, содержащий внутреннюю поверхность, обращенную к указанному по меньшей мере одному источнику света, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, причем оптический элемент выполнен с возможностью передачи света от источника света; и множество лазерно-индуцированных модификаций, образованное на внутренней поверхности или внутри оптического элемента и выполненное с возможностью изменения передачи света через оптический элемент.
[0011] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций выполнено с возможностью обеспечения однородного распределения света на наружной стороне оптического элемента.
[0012] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций выполнено с возможностью обеспечения неоднородного распределения или адаптированного распределения света на наружной стороне оптического элемента.
[0013] В соответствии с вариантом реализации оптический элемент содержит объемный рассеивающий материал для создания эффекта рассеяния объемным материалом при прохождении света через оптический элемент, а множество лазерно-индуцированных модификаций обеспечивает поверхностное рассеяние света при прохождении света через оптический элемент.
[0014] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций содержит имеющие форму язвин модификации.
[0015] В соответствии с вариантом реализации распределение множества лазерно-индуцированных модификаций на внутренней поверхности является переменным.
[0016] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций содержат одну или более обугленных точек.
[0017] В соответствии с вариантом реализации одна или более обугленных точек блокируют передачу одной или более соответствующих частей света, излучаемого из указанного по меньшей мере одного источника света, через оптический элемент.
[0018] В соответствии с вариантом реализации одну или более обугленных точек формируют посредством лазерной энергии в сочетании с одной или более полимерных добавок.
[0019] В соответствии с вариантом реализации по меньшей мере один источник света представляет собой светоизлучающий диод.
[0020] В общем, в соответствии с другим аспектом предложено ручное устройство. Ручное устройство содержит: корпус; по меньшей мере один источник света, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью излучения света по меньшей мере в первом направлении; оптический элемент, содержащий внутреннюю поверхность, обращенную к указанному по меньшей мере одному источнику света, наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, верхнюю поверхность, обращенную во втором направлении, отличном от первого направления, и нижнюю поверхность, противоположную верхней поверхности, причем оптический элемент выполнен с возможностью передачи света от источника света; и множество лазерно-индуцированных модификаций, образованное на верхней поверхности или внутри оптического элемента и выполненное с возможностью изменения передачи света через оптический элемент.
[0021] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций выполнено с возможностью обеспечения однородного распределения света на наружной стороне оптического элемента.
[0022] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций выполнено с возможностью обеспечения неоднородного распределения или адаптированного распределения света на наружной стороне оптического элемента.
[0023] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций содержит ребра, выполненные с возможностью направления света от вектора яркого пятна СИД указанного по меньшей мере одного источника света.
[0024] В соответствии с вариантом реализации множество лазерно-индуцированных модификаций содержит круговые линии с центром на векторе яркого пятна СИД указанного по меньшей мере одного источника света.
[0025] Используемый в целях настоящего описания термин «контроллер» применяется, как правило, для описания различных устройств, относящихся к работе личного ручного устройства, системы или способа. Контроллер может быть реализован множеством способов (например, с использованием специализированного оборудования) для выполнения различных функций, обсуждаемых в настоящем документе. «Процессор» является одним примером контроллера, использующего один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения различных функций, обсуждаемых в настоящем документе. Контроллер может быть осуществлен с использованием или без использования процессора, и также может быть осуществлен в виде сочетания специализированного оборудования для выполнения некоторых функций и процессора (например, в виде одного или более программируемых микропроцессоров и связанной с ними схемой) для выполнения других функций. В число примеров компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах реализации настоящего изобретения, входят без ограничений обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).
[0026] В различных реализациях процессор или контроллер может быть связан с одним или более носителями для хранения информации (обычно упоминаемыми в настоящем документе как «память», например, энергозависимая или энергонезависимая память компьютера). В некоторых вариантах реализации носители для хранения информации могут быть закодированы с помощью одной или более программ, которые при исполнении одним или более процессоров и/или контроллеров, выполняют по меньшей мере некоторые из функций, обсуждаемых в настоящем документе. Различные носители для хранения информации могут быть зафиксированы внутри процессора или контроллера или могут быть выполнены с возможностью переноса, чтобы одну или более хранящихся на них программ можно было загружать в процессор или контроллер для осуществления различных аспектов настоящего изобретения, обсуждаемых в настоящем документе. Используемые в настоящем документе термины «программа» или «компьютерная программа» в общем смысле относятся к любому типу компьютерного кода (например, к программному обеспечению или микрокоду), который может быть использован для программирования одного или более процессоров или контроллеров.
[0027] Термин «источник света» следует понимать, как относящийся к любому одному или более из самых разных источников излучения, в том числе, без ограничений, источники на основе СИД (включая один или более СИД, как определено выше), источники накаливания (например, лампы накаливания, галогенные лампы), флуоресцентные источники, фосфоресцентные источники, источники с разрядом высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогенные лампы), лазер и другие типы электролюминесцентных источников.
[0028] Используемый в целях настоящего описания термин «СИД» следует понимать, как включающий любой электролюминесцентный диод или основанную на инжекции/переходе носителей систему другого типа, которая способна формировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин СИД включает, без ограничений, различные основанные на полупроводниках структуры, которые излучают свет в ответ на электрический ток, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (ОСИД), лазерные диоды, электролюминесцентные ленты и т.п. Следует понимать, что термин СИД не ограничивает тип физического и/или электрического исполнения СИД.
[0029] Следует понимать, что все сочетания вышеупомянутых понятий и дополнительных понятий, обсуждаемых более подробно ниже (при условии, что такие понятия не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть объекта настоящего изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все сочетания заявленного объекта изобретения в конце данного описания рассматриваются как часть патентоспособного объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе.
[0030] Эти и другие особенности настоящего изобретения очевидны из вариантов реализации, описанных в дальнейшем в этом документе, и будут пояснены со ссылкой на данные варианты реализации.
Краткое описание чертежей
[0031] На чертежах аналогичные номера позиций, как правило, относятся к одним и тем же деталям на всех различных представлениях. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого упор в основном делается на иллюстрацию принципов изобретения.
[0032] На ФИГ. 1 приведен вид со стороны щетинок электроприводной зубной щетки, имеющей систему освещения в соответствии с вариантом реализации.
[0033] На ФИГ. 2 приведено схематическое представление системы управления электроприводной зубной щетки в соответствии с вариантом реализации.
[0034] На ФИГ. 3 приведено схематическое представление улучшенного лазером оптического элемента системы освещения, изображенной на ФИГ. 1, в соответствии с вариантом реализации.
[0035] На ФИГ. 4 приведено схематическое представление участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 1, в соответствии с вариантом реализации.
[0036] На ФИГ. 5 приведено схематическое представление участка, изображенного на ФИГ. 4, в разрезе в целом по линии 5-5, изображенной на ФИГ. 4, в соответствии с вариантом реализации.
[0037] На ФИГ. 6 приведено схематическое представление участка улучшенного лазером оптического элемента системы освещения в соответствии с вариантом реализации.
[0038] На ФИГ. 7 приведено схематическое представление участка, изображенного на ФИГ. 6, в разрезе в целом по линии А-А, изображенной на ФИГ. 6, в соответствии с вариантом реализации.
[0039] На ФИГ. 8 приведено схематическое представление оптического элемента, изображенного на ФИГ. 3, в соответствии с вариантом реализации.
[0040] На ФИГ. 9А приведено увеличенное схематическое представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8, в соответствии с вариантом реализации.
[0041] На ФИГ. 9В приведено альтернативное представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8, в соответствии с вариантом реализации.
[0042] На ФИГ. 9С приведено альтернативное представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8, в соответствии с вариантом реализации.
[0043] На ФИГ. 9D приведено альтернативное представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8, в соответствии с вариантом реализации.
[0044] На ФИГ. 9Е приведено альтернативное представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8, в соответствии с вариантом реализации.
[0045] На ФИГ. 9F приведено альтернативное представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8, в соответствии с вариантом реализации.
[0046] На ФИГ. 10 приведено альтернативное представление в разрезе оптического элемента, показанного на ФИГ. 5, который содержит трехмерные лазерно-индуцированные модификации внутри оптического элемента.
Осуществление изобретения
[0047] Настоящее изобретение относится к различным вариантам реализации систем и способов создания визуально однородного света из минимального количества источников света и оптических элементов внутри ручного устройства с использованием улучшенного лазером оптического элемента. Заявитель осознал и понял, что было бы целесообразно создать эффективную систему освещения для ручных устройств с использованием минимального количества источников света и оптических элементов путем модификации эффектов прозрачности и рассеяния поверхностей оптических элементов (а не сосредоточения внимания на свойствах рассеивания материала, конструкции отражающей поверхности и/или решений на основе световодов). Соответственно, системы и способы, описанные или иным образом подразумеваемые в настоящем документе, обеспечивают ручное устройство, выполненное с возможностью обеспечения света, излучаемого из СИД и улучшенного лазером оптического элемента. Улучшение поверхности оптического элемента модифицирует передачу света, излучаемого из одного или более источников света, за счет обеспечения эффектов рассеяния и/или эффектов перенаправления. В качестве альтернативы или дополнительно улучшение поверхности оптического элемента модифицирует передачу света, излучаемого из одного или более источников света, за счет маскировки или блокировки света, проходящего через оптический элемент.
[0048] Варианты осуществления и реализации, раскрытые или иным образом подразумеваемые в настоящем документе, могут быть использованы с любым устройством, включая ручное устройство личной гигиены. Частной не имеющий ограничительного характера целью использования вариантов осуществления и реализаций, изложенных в настоящем документе, является предоставление информации/индикаций о чистке щеткой пользователю электроприводной зубной щетки, например, зубной щетки Philips Sonicare™ (изготовляемой компанией Koninklijke Philips, N.V.). Такая информация может, например, быть связана с ошибкой или предупредительными сообщениями (например, в связи со сменой/зарядкой батареи, сменой головки зубной щетки), инструкцией или указаниями, относящимися к надлежащему использованию электроприводной зубной щетки, таймером, сообщениями о результатах измерения (например, полностью очищенные зубы, частично очищенные зубы, хороший режим чистки щеткой, плохой режим чистки щеткой, информация о зубном налете). В соответствии с другими вариантами осуществления и реализациями соответствующая информация/индикации могут быть предоставлены пользователям любых электроприводных устройств (ручных и неручных) для медицинских целей, стоматологии, бритья, стрижки, ухода за матерью и ребенком, например, которые могут включать в себя конфигурации и функциональные возможности, описанные в настоящем документе (как должно быть понятно специалисту в данной области в связи с ознакомлением с настоящим изобретением).
[0049] На ФИГ. 1 для одного варианта реализации приведено ручное устройство 100. Ручное устройство 100 содержит корпусную часть 112 и утонченную часть 114, установленную с возможностью съема или без возможности съема на корпусную часть 112. Утонченная часть 114 содержит головной элемент 116. Корпусная часть 112 содержит корпус, по меньшей мере часть которого полая для содержания компонентов ручного устройства, например, узла/схемы 118 привода, блока 120 управления и источника 122 питания (например, батареи или шнура питания) для создания движения головки щетки, пригодного для эффективной очистки зубов. Движение может быть любым из множества различных движений, в том числе включая вибрации или вращение. Иллюстративные элементы показаны в качестве наглядных примеров, поскольку они являются традиционными в области электроприводных зубных щеток. Работой самой зубной щетки управляет переключатель 124 включения/выключения. Конкретная конфигурация и компоновка, показанные на ФИГ. 1, приведены только для примера и не ограничивают объем вариантов реализации, раскрытых ниже.
[0050] Ручное устройство 100 может содержать один или более датчиков 126, выполненных с возможностью получения данных датчика и расположенных на устройстве или внутри него. Датчик 126 показан на ФИГ. 1 возле верха корпусной части/ручки 112, но может быть расположен в любом месте на устройстве, в том числе, например, в утонченной части 114 или головном элементе 116, для восприятия информации о чистке щеткой. Процессор 130 предпочтительно находится внутри устройства и выполнен с возможностью приема данных датчика от одного или более датчиков 126 и обработки данных датчика, полученных отдатчика 126. Ручное устройство 100 может содержать один или более светоизлучающих диодов и улучшенный лазером оптический элемент, образующие систему 140 освещения, которая может находиться на устройстве и/или внутри него. На Фиг. 1 система 140 освещения находится внизу корпусной части 112 ручного устройства 100. В других вариантах реализации система 140 освещения может находиться на переключателе 124 и/или внутри него или в любом другом положении. Система 140 освещения может реагировать на процессор и выполнена с возможностью обмена информацией/индикациями с пользователем. В некоторых вариантах реализации может быть включена система хранения/память 132 для хранения информации о чистке щеткой для дальнейшего анализа информации.
[0051] На ФИГ. 2 изображено схематическое представление примера системы 200 управления иллюстративного ручного устройства. Система 200 управления содержит контроллер 142, датчик 126, источник 144 питания и систему 140 освещения. Источник 144 питания может быть тем же самым, что и источник 122 питания для ручного устройства 100, или может быть отдельным источником питания. Датчик 126 может быть любым датчиком, запрограммированным и/или выполненным для получения данных датчика об одном или более аспектах рта пользователя во время сеанса чистки щеткой. Например, датчик может получать информацию/данные о поверхности зубов, уровнях налета, участках чистки щеткой, силы чистки щеткой, угла чистки щеткой, общей эффективности чистки щеткой и/или о самых разных других аспектах состояния здоровья зубов, как описано в других местах настоящего документа. Данные датчика могут также относиться к рабочему состоянию (состояние вкл./выкл., нормальное состояние, ненормальное состояние, срок службы батареи и частота вращения двигателя) электроприводной зубной щетки и другим связанным данным. Система 140 может быть запрограммирована и/или выполнена с возможностью направления света, излучаемого одним или более светодиодными источниками света, в полой части корпуса ручного устройства через оптический элемент, например, световое кольцо, для обеспечения однородного освещения, или любого рисунка, или изображения на внешней поверхности системы 140 освещения, которые должны быть видимыми для пользователя. В примере варианта реализации включены четыре СИД, однако также предполагаются дополнительные или представленные в меньшем количестве СИД.
[0052] Контроллер 142 запрограммирован и/или выполнен с возможностью анализа информации/данных, передачи/приема информации, данных и/или команд (управляющих сигналов) к/от каждого из соответствующих компонентов системы или внешних компонентов/устройств, которые могут быть уместны для выполнения функций и способов, описанных в настоящем документе (как должно быть понятно специалисту в данной области в связи с ознакомлением с настоящим изобретением).
[0053] Контроллер 142 содержит процессор 150, память 132, часы 152, беспроводной коммуникатор 148 и датчик 158. Процессор 150 может совпадать с процессором 130 или может быть отдельным процессором. Контроллер 142 может с помощью данных датчика, принимаемых в режиме реального времени или периодически, определять информацию о том, как пользователь чистит щеткой свои зубы. Данные датчика может быть обработаны процессором 150. Процессор 150 может извлекать предварительно запрограммированные уровни из памяти 132 и сравнивать их с полученными данными датчика для определения того, чистит ли пользователь свои зубы щеткой со слишком большим давлением. Часы 152 могут быть использованы контроллером 142 для определения времени, продолжительности и даты чистки щеткой и могут быть использованы контроллером 142 для вызова подходящих стандартов из памяти 132. Процессор 150 может также на основе сохраненной информации определять, какой ответ может быть необходимым для чрезмерного давления, и может извлекать из памяти 132 соответствующее освещение для предоставления пользователю. Например, если давление слишком высокое, контроллер 142 может быть запрограммирован и/или выполнен с возможностью осуществления выборочного освещения светом определенного цвета, например, оранжевого (для указания пользователю того, что прикладывается слишком высокое давление), посредством системы 140 освещения. Система 200 управления может также содержать беспроводной коммуникатор 148 для передачи данных датчика беспроводному приемопередатчику (не показан). В систему управления 200 также может быть включен датчик 158 для обнаружения движения с использованием любого из множества различных датчиков обнаружения движения, который может отправлять процессору 150 сигнал о том, что пользователь взял зубную щетку, и что может быть обеспечено соответствующее освещение, которое может быть уместно во время сеанса чистки щеткой (хотя информация о самой электроприводной зубной щетке 100 (такая, как состояние зарядки) может быть определена датчиком 126 или 158 и указана средствами 140 освещения в любое время).
[0054] На ФИГ. 3 приведен вид в перспективе примера оптического элемента 300 системы 140 освещения ручного устройства 100. Оптический элемент 300 на ФИГ. 3 реализован в виде светового кольца, содержащего внутреннюю поверхность А, наружную поверхность В, противоположную внутренней поверхности, верхнюю поверхность С и нижнюю поверхность D, противоположную верхней поверхности. Внутренняя и наружная поверхности А, В являются круговыми поверхностями, описанными вокруг оси вращения светового кольца, тогда как верхняя и нижняя поверхности С, D являются радиальными поверхностями, проходящими параллельно плоскостям, расположенным ортогонально оси вращения светового кольца. Хотя в данном случае изображено кольцо, следует понимать, что оптический элемент 300 может быть реализован в любой форме. В примере на ФИГ. 3 поверхности являются планарными, однако они могут быть также криволинейными. Кроме того, следует понимать, что в вариантах реализации, описанных или иным образом подразумеваемых в настоящем документе, по меньшей мере один источник света расположен в пределах внутренней поверхности А оптического элемента 300, так что внутренняя поверхность А обращена к указанному по меньшей мере одному источнику света, и по меньшей мере один источник света излучает свет по существу в первом направлении в сторону внутренней поверхности А оптического элемента 300. В настоящем документе термины «оптический элемент» и «световое кольцо» используются взаимозаменяемо.
[0055] Как показано на ФИГ. 4, внутренняя поверхность А оптического элемента 300 может быть модифицирована для изменения угла падения света входящих световых лучей из одного или более СИД. Благодаря модифицированной конфигурации поверхности оптическое рассеяние может происходить на внутренней поверхности А для перенаправления световых лучей СИД. В дополнение к оптическому рассеянию, которое может происходить на внутренней поверхности А, свет может быть также распределен, или рассеян по мере прохождения света через объемный материал оптического элемента 300. В примерах реализации, включающих оптический элемент, по меньшей мере частично сформированный из полимера, конфигурация поверхности внутренней поверхности А может быть модифицирована путем использования лазерной маркировки.
[0056] Лазерная маркировка относится к компьютеризированным способам нанесения меток, в том числе штрихкодов, логотипов или другой информации, на поверхности изделий с использованием лазерного луча, а не чернил или резцов. Лазерные метки создают с помощью самых разных процессов, некоторые из которых включают удаление материала с поверхности, например, путем испарения, другие включают в себя механизм термохимической поверхностной реакции, например, путем плавления. Одним таким механизмом поверхностной реакции является термохимическая карбонизация, или обугливание. На практике лазер и соответствующая подходящая добавка могут вызывать термическую деградацию в полимере, приводящую к образованию черной или темной маркировки для светлоокрашенных пластиков (либо белой или светлой маркировки для темноокрашенных пластиков). Лазерная маркировка путем обугливания создает затемненные области, которые поглощают больше света, чем незатемненные области.
[0057] Как показано на ФИГ. 4, внутренняя поверхность А может быть модифицирована с использованием лазерной маркировки за счет преобразования энергии излучения в тепловую энергию на полимерной поверхности. Тепловая энергия может быть достаточной для вызова оплавления полимерной поверхности, воплощаемого, например, в имеющих форму язвин лазерно-индуцированных модификациях. Массив имеющих форму язвин лазерно-индуцированных модификаций в непосредственной близости может действовать как множество крошечных выпуклых линз, которые способствуют рассеянию входящих световых лучей СИД. Лазерно-индуцированные модификации, включая полученные оплавлением линзы (или имеющие форму язвин лазерно-индуцированные модификации), показаны на внутренней поверхности А на ФИГ. 4.
[0058] На ФИГ. 5 показано схематическое представление в разрезе внутренней поверхности А, изображенной на ФИГ. 4, в целом по линии 5-5, указанной на ФИГ. 4, включая одну полученную оплавлением линзу 302 (или имеющие форму язвины модификацию). На левой стороне внутренней поверхности А изображена немаркированная полимерная поверхность, тогда как на правой стороне внутренней поверхности А (включающей одну полученную оплавлением линзу 302) показана модифицированная полимерная поверхность. Входящие лучи 304 СИД, излучаемые по меньшей мере одним СИД, становятся рассеянными лучами 306 благодаря одной образованной оплавлением линзы 302. Следует понимать, что одну полученную оплавлением линзу 302 между СИД, излучающим лучи 304 СИД, и внутренней поверхностью А окружает воздух.
[0059] На ФИГ. 6 верхняя поверхность С модифицирована (вместо внутренней поверхности А) для включения множества лазерно-индуцированных модификаций, в том числе полученных оплавлением ребер 310. Полученные оплавлением ребра 310 выполнены с возможностью направления света от вектора яркого пятна СИД источника света. Полученные оплавлением ребра 310 действуют как волноводы для перенаправления света от вектора яркого пятна СИД. На ФИГ. 7 приведено схематическое представление в разрезе участка, изображенного на ФИГ. 6, в целом по линии А-А, указанной на ФИГ. 6.
[0060] На ФИГ. 8 приведен вид в перспективе примера оптического элемента 300, содержащего рисунок лазерно-индуцированных модификаций, реализованных в виде маски 320, сформированной на внутренней поверхности А. На ФИГ. 9А приведено увеличенное схематическое представление обведенного кругом участка оптического элемента, изображенного на ФИГ. 8. В примерах реализации, включающих оптический элемент, сформированный из полимера, прозрачность внутренней поверхности А, по меньшей мере частично, может быть модифицирована посредством лазерной энергии и частоты в сочетании с одной или более специальных полимерных добавок для получения термохимической карбонизации, также называемой обугливанием. Обугливание полимера вызывает затемнение поверхности, которая поглощает больше света, чем необугленные участки. Один рисунок лазерно-индуцированных модификаций, например, множество отметок карбонизации, или обугленных точек, показан на внутренней поверхности А на ФИГ. 9А. Форма каждой маркировки или точки может быть круглой или любой другой подходящей формы. Лазерно-индуцированные модификации на ФИГ. 9А включают в себя участки, имеющие повышенную плотность затемненных пятен для уменьшения светопроницаемости вектора 322 яркого пятна СИД. В вариантах реализации повышенная плотность маркировок может уменьшаться по мере увеличения расстояния вдоль внутренней поверхности А относительно вектора 322 яркого пятна СИД. Другими словами, метки могут быть адаптированы так, чтобы они были распределены в порядке, обратном сфере интенсивности СИД. Например, чем больше интенсивность входящего света, тем меньше расстояние между метками, чтобы больше блокировать передачу входящего света. Аналогичным образом, чем меньше интенсивность входящего света, тем больше расстояние между метками, чтобы можно было передавать больше входящего света. Другими словами, лазерно-индуцированные модификации могут быть выполнены для постепенно изменяющейся маскировки областей высокоинтенсивного света с обеспечением при этом пропускания областями низкой интенсивности к объемному материалу. Эта градиентная маска создает однородное выходное распределение интенсивности.
[0061] На ФИГ. 9В показан альтернативный вариант реализации лазерно-индуцированных модификаций, включающих затемненные линии 330 с переменным расстоянием между ними. В примерах реализации внутренняя поверхность А может быть также модифицирована для создания дифракционной решетки, соответствующей затемненным линиям 330. На ФИГ. 9С показан альтернативный вариант реализации лазерно-индуцированных модификаций, включающих пятна 340, имеющие переменную плотность, для распределения эффекта рассеяния, соответствующего яркому пятну СИД. На ФИГ. 9D показан альтернативный вариант реализации лазерно-индуцированных модификаций, включающих круговую дифракционную решетку 350 для обеспечения рассеяния в ярком пятне СИД и в более вертикальном направлении, где требуется более высокая интенсивность СИД.
[0062] На ФИГ. 9Е в дополнение к включению множества лазерно-индуцированных модификаций на внутренней поверхности А, на верхней поверхности С также включено множество лазерно-индуцированных модификаций. В примерах реализации верхняя поверхность С содержит круговые маркированные лазером линии 360 с центров на векторе 322 яркого пятна СИД. Повторное рассеяние лазерными линиями может перенаправлять лучи СИД к темным квадрантами в световом кольце (в предположении, что включены четыре СИД) и от яркого пятна СИД. На ФИГ. 9F на всю верхнюю и всю нижнюю поверхности С, D нанесено отражающее покрытие для способствования прохождению света через оптический элемент к темным квадрантам в световом кольце. Для выжигания частей отражающего покрытия, нанесенного на верхнюю поверхность С и/или нижнюю поверхность D, могут быть использованы технологии лазерной маркировки. Как показано на ФИГ. 9F, лазерные лини, которые были выжжены на отражающем покрытии 370, позволяют отводить свет от яркого пятна СИД.
[0063] Лазерно-индуцированные модификации, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы с помощью любой подходящей технологии лазерной маркировки. Термин «лазерно-индуцированная модификация» относится к любому преобразованию, созданному на поверхности или внутри пространства оптического элемента, включая любые двухмерные и/или трехмерные преобразования, которые вызваны взаимодействием, включающим лазерную энергию и оптический элемент (или некоторое покрытие или отделку, нанесенные на поверхность оптического элемента). Одним из примеров преобразования, вызванного лазерной маркировкой, является формирование полученных оплавлением линз на поверхности вследствие усадки полимерных частиц при нагревании. Другим примером преобразования, вызванного лазерной маркировкой, является формирование затемненных участков на поверхности вследствие термохимической карбонизации, посредством которых световая энергия поглощается в подложке и повышает локальную температуру материала, окружающего место поглощения, достаточно высоко, чтобы вызвать термическую деградацию полимера. В альтернативном варианте реализации текстура поверхностей оптического элемента может быть модифицирована посредством лазерной абляции или любого другого подходящего процесса. Кроме того, могут быть использованы один или более лазеров вместе с прозрачной оптикой для добавления лазерно-индуцированных модификаций к внутреннему пространству оптического элемента или границы раздела. В еще одном примере могут быть использованы два лазера вместе с прозрачной оптикой для обеспечения трехмерных лазерно-индуцированных модификаций к внутреннему пространству оптического элемента или границе раздела посредством аддитивной интерференции, причем лазеры пересекаются для создания достаточной энергии, чтобы вызвать реакцию, затрагивающую свойства материала. На ФИГ. 10 показан пример реализации оптического элемента, содержащего трехмерные лазерно-индуцированные модификации 400 внутри оптического элемента.
[0064] Преимуществом является то, что обладающие признаками изобретения системы и способы, описанные в настоящем документе, обеспечивают оптический элемент для создания эффекта комбинированного распределения, включающего рассеяние в объемном материале и поверхностное рассеяние (избавляя от необходимости включения дорогостоящих отражающих слоев, осажденных из паровой фазы, или других дополнительных дорогостоящих компонентов). Эффект поверхностного рассеяния, создаваемый улучшенным лазером оптическим элементом, достаточно распределяет свет по окружности, так что яркие пятна и темные пятна, создаваемые СИД, не видны. Точечные источники света, связанные с традиционными световыми кольцами в ручных устройствах, проявляют яркие пятна и темные пятна, поскольку свет не может достаточно распределяться в пределах ограниченных физических границ объемного материала светового кольца. Хотя варианты реализации, описанные в настоящем документе, способствуют обеспечению гомогенности света по окружности вокруг светового кольца, следует понимать, что предполагаются также другие круговые распределения света, которые необязательно однородные, а распределены для обеспечения конкретного рисунка, или изображения, или логотипа.
[0065] Несмотря на то, что лазерную маркировку обычно используют для изменения отражения света от поверхности изделия в целях распознавания метки, лазерно-индуцированные модификации, описанные в настоящем документе, хотя они и могут быть созданы с использованием лазерной маркировки, не используют для изменения отражения света от поверхности для распознавания метки. Вместо этого лазерно-индуцированные модификации выполнены с возможностью управления передачей света через объемный материал оптического элемента. Лазерно-индуцированные модификации формируют на внутренней поверхности, а не на внешней поверхности.
[0066] Типичные производственные процессы для изготовления экранов и масок для оптических элементов требуют значительного пространства и тактильного доступа к участкам экрана/маски. Такие типичные системы также требуют специальной инструментальной оснастки и производственных процессов, так что экраны и маски невозможно легко изменить при изготовлении. Адаптация света лазерно-индуцированных модификаций, описанная в настоящем документе, может быть добавлена в небольших пространствах, где традиционные решения по сборке невозможны. Кроме того, системы и способы, описанные в настоящем документе, позволяют изготовителю модифицировать конечный выход почти сразу же, как при поточном производстве, так что рабочие характеристики света в каждом произведенном изделии, могут быть уникальными, если требуется. Например, оптический элемент может быть модифицирован с учетом меняющихся производственных допусков. Кроме того, ручные устройства могут быть изготовлены на заказ для включения имени пользователя, например, путем нанесения надлежащей конфигурации на оптический элемент, так что имя пользователя может быть видимым при освещении маркированного оптического элемента (а не маркировки наружной поверхности для распознавания метки).
[0067] В примерах реализации лазерно-индуцированные модификации могут быть применены к отдельному куску пластика и приклеены к внутренней поверхности и/или верхней поверхности оптического элемента. В других примерах реализации лазерно-индуцированные модификации могут быть применены непосредственно к внутренней поверхности и/или верхней поверхности оптического элемента.
[0068] Все определения, сформулированные и используемые в настоящем документе, следует понимать как имеющие преимущество перед определениями в словарях, определениями в документах, включенных путем ссылки, и/или обычными значениями определяемых терминов.
[0069] Используемые в настоящем описании и формуле изобретения средства выражения единственного числа следует понимать как означающие «по меньшей мере один/одна/одно», если только иное не указано в явной форме.
[0070] Используемое в настоящем описании и формуле изобретения выражение «и/или» следует понимать как означающее «любой из двух или оба» из элементов, соединенных таких образом, т.е. элементов, которые в некоторых случаях представлены в конъюнктивной форме, а других случаях в дизъюнктивной форме. Несколько элементов, перечисленных с помощью «и/или», следует понимать таким же образом, т.е. «один или более» из элементов, соединенных таким образом. При необходимости могут присутствовать другие элементы, отличные от элементов, специально указанных с помощью выражения «и/или», вне зависимости от того, относятся ли они или не относятся к этим специально указанным элементам.
[0071] Используемый в настоящем описании и формуле изобретения союз «или» следует понимать, как имеющий то же значение, что и выражение «и/или», определенное выше. Например, при разделении элементов в списке «или» или «и/или» следует понимать как включающие, т.е. включение по меньшей мере одного, но также включение более, чем одного, из числа или списка элементов и, необязательно, дополнительных не перечисленных элементов. Только выражения, в явном виде указывающие противоположное, такие как «только один/одна/одно из» или «ровно один/одна/одно из», или выражение «состоящий/состоящая/состоящее из», используемое в формуле изобретения, будут относиться ровно к одном элементу из числа или списка элементов. Как правило, используемый в настоящем документе термин «или» следует понимать только как указывающий исключительные варианты (т.е. «один или другой, но не оба»), когда ему предшествуют термины исключения, такие как «один из двух», «один из», «только один из» или «ровно один из».
[0072] Используемое в настоящем описании и формуле изобретения выражение «по меньшей мере один» в отношении списка из одного или более элементов следует понимать как означающее по меньшей мере один элемент, выбранный из одного или более элементов в этом списке элементов, но при необходимости включая по меньшей мере один из каждого и каждый элемент, конкретно перечисленные в списке элементов, и не исключая никаких комбинаций элементов в списке элементов. Это определение также допускает при необходимости присутствие элементов, отличных от элементов, конкретно указанных в списке элементов, к которым относится выражение «по меньшей мере один», вне зависимости от того, относится ли оно или нет к этим элементам, указанным конкретно.
[0073] Также следует понимать, что если иное не указано в явной форме, во всех способах, заявленных в настоящем описании, которые содержат более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором этапы и действия способа изложены.
[0074] В формуле изобретения, а также в приведенном выше описании, все переходные выражения, такие как «содержащий», «включающий в себя», «имеющий», «охватывающий», «заключающий в себе», «подразумевающий» и т.п. необходимо понимать как неограничивающие, т.е. означающие включение, но не ограничение.
[0075] Хотя в настоящей заявке описаны и проиллюстрированы несколько вариантов реализации изобретения, специалисты в данной области могут без труда представить себе целый ряд других средств и/или конструкций для выполнения функции и/или достижения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящей заявке, подразумевается, что каждое из таких изменений/или модификаций находится в пределах объема вариантов реализации изобретения, описанных в настоящем документе. В частности, специалистам в данной области вполне понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящей заявке, предназначены в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от определенной области или областей применения, в которых используют идеи настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники узнают или смогут выявить, путем всего лишь обычного экспериментирования, множество эквивалентов конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящей заявке. Поэтому понятно, что вышеуказанные варианты реализации приведены только в качестве примера, и что в пределах объема приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов варианты реализации изобретения могут быть осуществлены на практике иным образом, чем описано и заявлено. Варианты реализации настоящего изобретения относятся к каждому отдельному признаку, системе, изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанному в настоящей заявке. Кроме того, любая комбинация из двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в объем настоящего изобретения.