本發(fā)明涉及將用于例如攝影閃光或3D感測應用中的照明系統(tǒng)的領域。更具體地，本發(fā)明涉及包括至少一個掃描反射鏡組件的照明系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及制造所述照明系統(tǒng)的相應方法。

背景技術：

基于掃描反射鏡的光投射系統(tǒng)在照明系統(tǒng)領域是已知的。US2014/0029282公開了這種系統(tǒng)的示例，其中，光源是激光型光源。圍繞兩個正交軸可旋轉的掃描反射鏡被致動并從一次光源處接收光信號以便將圖像投射到含磷元件上。由一次光源發(fā)射的光(或更具體地其發(fā)光強度)例如可以被調整以便將期望的圖像投射到含磷元件上。然后，含磷元件被安排成用于執(zhí)行對從一次光源處接收的光信號的波長轉換。因此，充當二次光源的含磷元件重新發(fā)射光，所述光當與來自一次光源的光結合時產(chǎn)生在不同方向上的有用白光。在這種系統(tǒng)中，能夠獲得非常高的總能量效率，因為由含磷元件執(zhí)行的波長轉換比激光光源的電光轉換更節(jié)能。根據(jù)US2014/0029282，替代使用圍繞兩個正交軸可旋轉的一個掃描反射鏡，可能相反使用兩個反射鏡，每個反射鏡圍繞一個軸可移動，其中兩個軸互相正交。

圖1示出了包括光源1(如激光光源1)和掃描反射鏡組件3的照明系統(tǒng)的簡化橫截面視圖，在此示例中，所述掃描反射鏡組件包括被安排成圍繞軸7旋轉的可移動板5。所述可移動板包括反射鏡并通過兩個支撐臂(未示出)連接至框架9，沿著相同軸7在所述板的兩側上均對齊。在圖1中，由光源1發(fā)射的光用A表示，而由反射鏡反射的光用B表示。為了節(jié)省空間，并且為了獲得沒有變形的反射圖像，光源應當優(yōu)選地被放在反射鏡的正上方，從而使得當靜止時，光束A在反射鏡表面相對于反射鏡的中心點形成接近于90度的入射角。然而，在此方向上，光源將阻擋反射光，由此在光源后方形成遮擋的或未照明的點。為了避免這種遮擋問題，如圖1所示，可以通過安排光源從反射鏡的中心點的正上方位置輕微地偏移來保證到反射鏡中心點正上方的反射光的自由通道。然而，光源仍然阻擋在圖1中所示出的位置處的反射光中的一些。此外，就空間使用情況而言，圖1的安排也不是最佳的。

圖2示出了與圖1中類似的安排，但是在這種情況下，光源相對于中心位置仍然具有進一步偏移?，F(xiàn)在光源不再阻擋反射信號，但是所述配置具有以下缺陷：其比圖1的配置占據(jù)更多空間，并且因為到達反射鏡表面的光A的較大入射角，所以產(chǎn)生的或反射的圖像變得明顯變形。還應注意到，以上類型的照明系統(tǒng)的當前制造過程不是最佳的。例如，圖1或圖2的成一定角度的配置在各個部件(如光源和掃描反射鏡組件)的對齊方面需要非常高的精度。這自然增加了制造過程的復雜度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標是克服以上標識的關于掃描反射鏡照明解決方案的問題。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括：

·光源，所述光源被安排成用于朝向掃描反射鏡組件的反射表面發(fā)射非準直光，從而使得所述光源遮擋從所述反射表面反射的所述光的區(qū)域；

·所述掃描反射鏡組件，所述掃描反射鏡組件包括所述反射表面，所述反射表面被安排成圍繞至少一個旋轉軸旋轉地位移；以及

·第一光學元件，所述第一光學元件用于改變所述反射光的傳播方向，以便照射所述遮擋區(qū)域的至少一部分。

所提出的解決方案提供了一種更緊湊的照明系統(tǒng)，因為光源位于掃描反射鏡組件的前方，并且由此從光源到反射表面以及向前到系統(tǒng)的輸出孔徑的光路長度可以被最小化。借助于被放置為使得其引導反射光進入遮擋區(qū)域的光學元件，由光源阻擋反射光引起的陰影或遮擋影響有所緩解。由此，本發(fā)明至少部分地克服了已知問題：如果光被朝向光源反射回來，則光源遮擋了反射光。

根據(jù)第一方面的變體，所述第一光學元件相對于所述反射表面至少部分地位于所述光源之外。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述第一光學元件相對于所述反射表面完全位于所述光源之外。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述第一光學元件包括透鏡、波長轉換元件或衍射光柵。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述光源位于第一軸上，所述第一軸從所述反射表面的中點延伸，并且當靜止且沒有經(jīng)歷旋轉位移時與所述反射表面基本上正交。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述第一光學元件的橫截面形狀是平凸的、雙凸的、平凹的、雙凹的、柱面的、球面的或非球面的。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述第一光學元件包括透鏡陣列。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述系統(tǒng)進一步包括在所述光源與所述第一光學元件之間的支撐元件，并且所述支撐元件被安排成用于將所述光源和所述第一光學元件支撐在它們相對于所述反射表面的所述旋轉軸的相對位置中。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述系統(tǒng)進一步包括第二光學元件，所述第二光學元件用于在由所述光源發(fā)射的光到達所述反射表面之前使所述光成形。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述第一光學元件包括透鏡，并且所述系統(tǒng)進一步包括波長轉換元件。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述波長轉換元件位于所述第一光學元件與所述掃描反射鏡組件之間。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述波長轉換元件相對于所述反射表面位于所述光源之外。

根據(jù)第一方面的另一個變體，所述光源與反射表面分隔開等于第一光學元件的焦距的一半的距離。

根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種制造照明系統(tǒng)的方法，所述方法包括：

·提供第一基板和第二基板；

·在所述第一基板上提供光源，所述光源被安排成用于發(fā)射非準直光；

·在所述第二基板上提供掃描反射鏡組件，所述掃描反射鏡組件包括反射表面，所述反射表面被安排成圍繞至少一個旋轉軸旋轉地位移并且反射由所述光源發(fā)射的所述光；

·在所述第一基板上提供第一光學元件，所述第一光學元件用于改變從所述反射表面反射的所述光的所述傳播方向；

·提供間隔元件，所述間隔元件用于使所述第一和第二基板與彼此保持預定分隔距離；以及

·堆疊所述第一基板和所述第二基板。

所提出的制造過程提供了適合于以低成本進行非常大批量生產(chǎn)的優(yōu)點。制造過程的另一個優(yōu)點是可獲得的制造工藝產(chǎn)量很高。這例如因為每照明系統(tǒng)非常少量的光學部件。在其最簡單的形式中，僅需要三個光學部件，即光源、光學元件和反射表面。而且，光源與反射鏡反射表面的預期正交安排可能失準，并且系統(tǒng)將仍然很好的執(zhí)行。另一個優(yōu)點是光路中的反射次數(shù)被最小化，由此還使得光損失最小化，因為每個反射產(chǎn)生一些光損失，并且然后生成一些可以損害產(chǎn)生的照明輪廓的“雜散光”。

根據(jù)第二方面的變體，所述方法進一步包括在第二基板上提供一個或多個光傳感器。

根據(jù)第二方面的另一個變體，提供一個或多個光傳感器，從而使得它們通過實質上非透明的分隔器與掃描反射鏡組件分隔開。

根據(jù)第二方面的另一個變體，在所述第一基板上提供至少兩個光學元件和光源，并且在所述第二基板上提供至少兩個掃描反射鏡組件，并且其中，所述方法進一步包括切割所述堆疊的基板結構來形成至少兩個照明系統(tǒng)模塊。

根據(jù)第二方面的另一個變體，通過以下方式來提供所述第一光學元件：在所述第一基板上提供可模制透明基板，并使用模具對此可模制透明基板進行圖案化以形成所述第一光學元件。

根據(jù)第二方面的另一個變體，在所述第一基板的第一表面上提供光源，并且其中，在所述第一基板的與所述第一側相反的第二表面上提供第一光學元件。

根據(jù)第二方面的另一個變體，在所述第一基板上提供所述光源，從而使得所述光源被安排成用于朝向所述反射表面發(fā)射非準直光，所述光源被定位為使得其遮擋從所述反射表面反射的所述光的區(qū)域，并且所述第一光學元件被安排成用于改變所述反射光的傳播方向以便照射所述被遮擋區(qū)域的至少一部分。

附圖說明

通過參照附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將據(jù)以下對非限制的示范實施例的描述而變得明顯，其中：

·圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的照明系統(tǒng)的簡化橫截面視圖；

·圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的另一個照明系統(tǒng)的簡化橫截面視圖；

·圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例的照明系統(tǒng)的簡化橫截面視圖；

·圖4是圖3的照明系統(tǒng)的簡化橫截面視圖，但是其中，光源與反射表面之間的距離對應于系統(tǒng)中所使用的光學元件的焦距的一半；

·圖5是流程圖，展示了圖3的照明系統(tǒng)的示例性制造過程；并且

·圖6a至圖6k示意性地展示了制造過程的各個步驟。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。附圖中出現(xiàn)的相同或相應的功能和結構元件分配有相同的參考號。

圖3是示意橫截面視圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性照明或燈光系統(tǒng)或設備。這種安排可用于例如攝影閃光應用或3D感測解決方案，所述3D感測解決方案可用于例如手勢感測應用和/或物體或環(huán)境的三維測繪。圖1示出了光源1?？梢允褂酶鞣N類型的光源和包裝；光源1可以是例如邊射型激光二極管、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)、發(fā)光二極管(LED)、共振腔LED、微型LED或這些光源的陣列。光源可以是單色激光光源。如果照明系統(tǒng)用于智能閃光應用，則發(fā)射光通常為或者紫外線(UV)或近紫外線光，或者可見光，所述紫外線(UV)或近紫外線光一旦作為系統(tǒng)的一部分由波長轉換元件重新發(fā)射，則具有360nm至480nm的波長，所述可見光例如通過使用三個光源(即紅、綠和藍)來獲得，所述三個光源一旦彼此結合則能夠生成白光束或其他顏色的光束。然而，對于其他應用來說，可以使用其他波長，從UV光通過可見光到紅外光。光源1通常發(fā)射非準直光，即光線不平行的光。如圖1中可見的，光源位于掃描反射鏡系統(tǒng)3的前方，并且更具體地，位于在可移動板5上形成的反射鏡的前方。在此示例中，掃描反射鏡系統(tǒng)是MEMS(微電子機械系統(tǒng))掃描反射鏡?？梢苿影?被安排成用于繞軸7旋轉?？梢苿影?通過兩個支撐臂(未示出)連接至框架9，與沿著相同軸7的板的兩側對齊。在此示例中，反射鏡繞一個軸旋轉，但是其還可以繞兩個互相正交的軸旋轉。掃描系統(tǒng)的優(yōu)點是可以投射實像，允許局部控制所投射的圖像的亮度(例如在像素級)，從而使得產(chǎn)生的投射和反射光束可以具有局部亮度調整和/或對非照明像素與照明像素之間的對比度的控制。

掃描系統(tǒng)3被安排成用于使跟隨各種類型的圖案(如利薩如圖案或光柵圖案(交織的或非交織的))之后的光轉向。在光柵圖案投射內，還可以在所謂的回掃掃描圖案(在典型的光柵掃描顯示中，MEMS反射鏡僅在反射鏡的一面或控制圖像刷新率的反射鏡軸(即一旦使用2D MEMS反射鏡就在其共振頻率外致動的反射鏡軸，所述反射鏡軸具有繞兩個互相正交的軸旋轉的可移動板5)中顯示圖像，然而，在回掃選項中，可以在反射鏡的另一面上顯示相同或另一個圖案)或可能使用的其他圖案期間顯示圖像，其中，可以轉換掃描圖案的方向(例如，垂直掃描替代水平掃描，由此，圖像作為垂直線而不是從左向右被形成，或反之亦然)，或者其中，使用任何類型的空間填充曲線(例如，Peano、Hilbert或其他分形或L系統(tǒng)曲線)來掃描屏幕。

例如，可以使用磁的、靜電的、熱的、壓電的、液壓的、氣動的、化學的或聲學的方式來致動掃描反射鏡系統(tǒng)3。如果板5被磁性地致動，則掃描反射鏡系統(tǒng)的按鈕和/或側部分可以包括用于生成磁場來移動包括反射鏡的板的磁鐵11。在此示例中，當靜止(靜止位置為圖3中所示出的)或位于所謂的中立位置時，光源位于反射鏡的前方從反射鏡的中心點畫出的虛線上，并且具有相對于反射鏡表面90度的角度。由此，反射鏡具有光源面?zhèn)群桶迕鎮(zhèn)取?/p>

在此示例中，還示出了光學元件13，本文中指第二光學元件。第二光學元件是可選的，并且其目的是進行一些光束成形，例如修改光束的足跡輪廓和/或使光束分散或集中、或在由光源發(fā)射的光束A到達反射鏡之前校準所述光束A。例如，沒有第二光學元件13，光束在反射鏡表面平面中將具有橢圓足跡輪廓是可能的。然而，第二光學元件13可以被配置成用于改變光束的足跡，并使其成為例如圓形。例如，第二光學元件可以簡單地為透鏡，其形式根據(jù)期望的光束形成類型來選擇。

在支撐物或基板17上提供另一個光學元件15，所述另一個光學元件在本文中指第一光學元件。在此示例中，第一光學元件15和支撐物放在光源1后面(當從板5處觀察時)。第一光學元件可以包括透鏡、微透鏡陣列或波長轉換元件(如含磷元件)、或以上元件的組合。第一光學元件還可以或可替代地包括衍射光柵。第一光學元件可以是玻璃或透明塑料。第一光學元件15的目的是改變從反射鏡反射的光B的傳播方向，并且由此，至少部分地將反射光重新引導至由光源自身的存在導致的被遮擋區(qū)域。由于由第一光學元件15對反射光進行的重新引導，因此放在圖3中示出的第一光學元件后面的位置處的傳感器19(例如，人類的眼睛)檢測反射光的圖像圖案，好像傳感器沒有被光源遮擋一樣，或者至少遮擋的影響相比于第一光學元件15不存在的情況大大地降低了。以此方式，通過將光學器件放在光源后面，并且通過仔細設計光學器件來補償遮擋，由光源1引起的光阻擋的負面影響可以大大地減少或甚至實質上被消除。

這種架構還使能制造過程，并且將大大簡化這種光學系統(tǒng)的微型化。此外，因為光源被放在反射鏡的正上方或前方，所以由反射鏡投射所產(chǎn)生的圖像很少受變形的影響。如果第一光學元件包括透鏡，則當反射光穿過透鏡時，所述反射光將保留其光學特性中的至少一些。例如，如果到達第一光學元件的光束是連貫的，則重新引導的光束也將是連貫的。關于對光束的引導的特性和光束的形狀可以由透鏡有目的地改變。

在說明性示例中，第一光學元件包括平凸透鏡，所述平凸透鏡被安排成用于匯聚穿過其的光束，并且特別用于提供鄰近反射光B的遮擋發(fā)生的區(qū)域的更大的匯聚。然而，其他形式也是可能的，取決于實施細節(jié)。還可以使用的各種光學元件形狀的示例是雙凸的、平凹的(分散通過的光束)、雙凹的、半月的、柱面的、球面的或非球面的。透鏡還可以是菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡具有比球面、非球面或柱面透鏡更薄的優(yōu)點，由此使更小的照明系統(tǒng)成為可能。第一光學元件還可以是透鏡陣列、或者具有平坦或凹凸表面的含磷元件、或者透鏡或微透鏡陣列與放在透鏡或微透鏡陣列頂部或放在元件17與透鏡或微透鏡陣列之間的含磷元件的組合。

如果圖3中所展示的照明系統(tǒng)用于距離測量(3D測繪)應用，則第一光學元件可以包括透鏡或透鏡陣列，并且可能不需要波長轉換元件。然而，如果照明系統(tǒng)用于智能閃光應用，則系統(tǒng)優(yōu)選地包括波長轉換元件。在這種情況下，光學元件15可以包括波長轉換元件。可替代地，第一光學元件可以包括透鏡，并且單獨的波長轉換元件可以被提供為單獨元件。此波長轉換元件可以放在例如支撐物17與第一光學元件15之間，或者波長轉換元件可以放在第一光學元件15的另一側上(如從板5所觀察到的)。波長轉換元件可以直接與第一光學元件接觸，或者其可以放在離第一光學元件預定距離的地方?？梢酝ㄟ^將波長轉換元件放在離第一光學元件一段距離的地方來最大化光學地改變光束的可能性。波長轉換元件可以包括磷光體薄膜或已經(jīng)放置有磷光體的優(yōu)選地連續(xù)且均勻層的板。波長轉換元件上從掃描系統(tǒng)接收光束A的每個點(通常為單色的)吸收光功率，并且然后重新發(fā)射一個或多個不同波長的光B。產(chǎn)生的組合光可以被認為是“白色的”，因為其包含在約400nm與800nm之間(即在可見光譜內)的多個波長。

如果掃描反射鏡反射表面放在離透鏡15等于透鏡焦距(f/2)的一半的位置處，或更精確地，如果從透鏡到反射鏡的總距離加上從反射鏡到光源發(fā)射點的距離等于透鏡的焦距，則所產(chǎn)生的光線通過所述透鏡可以變?yōu)闇手钡?。這具有以下優(yōu)點：投射光可以在多個投射距離上大體地保持其形狀和強度分布?？商娲?，如果透鏡放在離反射鏡的反射表面比f/2更近或更遠的位置處，則產(chǎn)生的投射光將被分散，由此使照明系統(tǒng)能夠覆蓋更大的照明區(qū)域。

參照圖5的流程圖和圖6a至圖6k來解釋上述照明系統(tǒng)的下一個制造過程。在步驟41中，提供或制造第一基板17(還被稱為光源基板)(圖6a)和第二基板19(還被稱為反射鏡基板)(圖6a)。光源基板17是透明的且可以是晶片，并且通常由玻璃、塑料或硅膠制成(如果使用紅外激光)。反射鏡基板19可以是由硅膠或玻璃或電子印刷電路板(PCB)以及例如由FR4材料(具有環(huán)氧樹脂粘接劑的編織玻璃纖維布)制成的晶片。在步驟43中，如圖6b和圖6c中所示出的，在基板上提供電觸點元件21。這些觸點21可以例如是傳導銦錫氧化物(ITO)或摻錫氧化銦層。這些觸點幾乎是透明的。當提到光源基板17時，此透明性能具有可以最小化對通過基板的光的阻擋的優(yōu)點。這些觸點可以簡單地是金屬觸點元件。這些觸點可以被放置在基板的表面上，并且然后被圖案化。如可以看出的，在說明性示例中，觸點元件可以被成對提供，然而，其他安排是可能的，并且觸點的數(shù)量取決于制造過程中需要的接線。為簡單起見，說明性示例僅示出了光源基板上的兩行中的四個觸點對，而反射鏡基板上提供了兩行中的八個觸點對。然而，應注意的是，在實際實施方式中，每個基板可以包含透鏡、成百上千或更多個觸點。還可以在基板的相反側上提供接觸墊23。在步驟43中，還可以在基板中提供孔洞或過孔25，以便使能夠從基板的一側連接到另一側。所述孔洞或過孔可以在基板上的觸點元件形成之前存在于基板中。

在步驟45中，在如圖6d和圖6e中所示出的對應基板上提供或形成如光源1和掃描反射鏡系統(tǒng)3等各種部件(包括所需要的連接線27)。例如，可以通過使用標準拾放機器、借助于拾放(Pick-and-Place)來完成這一點。在此示例中，也在反射鏡基板19上提供或形成光源29，從而使得對每一個掃描反射鏡系統(tǒng)提供光傳感器，并且在反射鏡基板19上以交替順序提供這些元件。此步驟還可以包括通過例如焊接來將連接線27添加到并將線連接至對應部件。在步驟47中，如在圖6f中所示出的，光學元件基板31被放置在光源基板17上與接觸墊23相同的側上。在步驟49中，如在圖6g中所展示的，主基板33、掩?；蚰＞弑粓D案化有與第一光學元件的期望形式翻轉或相反的圖案。例如，主基板可由玻璃、聚合物、硅膠、如銅等金屬或鎳材料等制成。在步驟51中，如在圖6h中所示出的，通過使用主基板33來在光源基板表面上生成期望的第一光學元件15從而對光學元件基板進行圖案化?？梢岳缤ㄟ^熱壓印、沖壓、和/或通過向光學元件固化(在光學元件分別由可熱固化材料或如可UV固化的聚合物等可UV固化材料或兩者的混合制成的情況下，通過熱固化或UV固化來完成光學元件固化)的最終固化或硬化共同地或單獨地施加壓力來完成圖案化操作。

在步驟53中，如在圖6i中所示出的，在反射鏡基板19上提供間隔元件35?？梢酝ㄟ^例如對聚合物材料的沉積和圖案化或者通過使用具有孔洞的完整間隔晶片來實現(xiàn)這一點。間隔35優(yōu)選地具有用于避免由光源1所發(fā)射的且由掃描系統(tǒng)3反射的任何雜散光束照亮光傳感器29的非透明表面。例如，間隔可由硅膠、或非透明或不透明塑料或聚合物材料、或非透明或不透明玻璃制成。在步驟55中，如在圖6j中所示出的，光源基板17被堆疊在反射鏡基板19上，從而使得光源基板由間隔支撐。在步驟57中，對堆疊的基板進行切分或切割，以便形成最終的完整系統(tǒng)模塊。在此示例中，每個最終模塊包括靠近傳感器模塊的一個照明系統(tǒng)模塊。在另一種安排中，模塊可以包括一個照明系統(tǒng)模塊和多個傳感器模塊。因為兩個或更多個傳感器將能夠感測到由被照亮物體所反射的光，并且然后算法可能能夠對所獲得的信息進行比較，并且然后使更強的系統(tǒng)冗余(以及因此，穩(wěn)健性)成為可能，所以可以完成這一點，例如以便創(chuàng)建所感測的光的冗余?？梢圆捎门c立體視覺和/或三角測量兼容的方式來使用相同的模塊，其中，通過計算放置在不同位置處的兩個傳感器所檢測到的光信息來導出距離信息。例如，這種類型的完整模塊可以用于距離測量并且由此適合于3D感測。例如，如果這種模塊用于攝影閃光應用，則傳感器模塊可以被安排成用于測量環(huán)境光。可替代地，根據(jù)特定應用，可能根本不需要傳感器模塊。通過包括許多(通常，幾百或更多)光源，掃描反射鏡組件和光學元件連同在兩個基板上提供的其他所需部件，可以在基板級裝配期間實施制作過程中的更多部分，而不是依賴于單獨的部件裝配步驟。

可以采用各種方式來調整上述示例性制造過程。例如，可以改變以上步驟的順序。例如，可以在反射鏡基板上提供必要部件之前或者在與其他部件相同的時間在所述基板上提供間隔。還將有可能在光源基板上提供間隔，而不是在反射鏡基板上提供間隔。

盡管在附圖和以上描述中已經(jīng)詳細地展示和描述本發(fā)明，但是這種展示和描述應被視為說明性的或示例性的且非限制性的，本發(fā)明不限于所公開的實施例。在實施所要求保護的發(fā)明時，本領域的技術人員可以基于對附圖、本公開和所附權利要求書的研究來理解和(可以)實現(xiàn)其他實施例和變體。

在權利要求書中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，而不定冠詞“一個”不排除復數(shù)。不同的特征在相互不同的從屬權利要求中被引用這個單純的事實并不指示不能有利地使用這些特征的組合。