CN108027129A - 用于平移光的照明模块 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及可操作以增加照明源(诸如垂直腔面发射激光器或发光二极管)照亮的区域的照明模块。此类照明模块包括具有电触点的衬底、电连接到所述衬底的照明源、可操作以准直从所述照明源产生的光的准直组件、可操作以便在一定区域上平移光的平移组件以及掩模组件。在各种实现方式中,所述照明源的面积可能相当小,由此减小照明模块的成本。在一些情况下,所述照明模块的一些实现方式可以用于获取三维数据,而在其他情况下,所述照明模块的一些实现方式可以用于需要投射光的其他应用。
Description
技术领域
本公开涉及包括光学组件的照明模块。
背景技术
移动装置通常包含具有对应照明源的光电模块。一般来说,减小此类光电模块的成本方面存在显著的压力。所述光电模块的成本通常与在其上实现照明源的区域相关。例如,在芯片上实现垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列,所述芯片具有特定的直径。为了增加VCSEL阵列的照明区域,或者增加VCSEL照亮的区域,增加VCSEL芯片直径。然而,这种直径增加的成本可能是非常昂贵的。
发明内容
本公开描述了在不增加照明源直径的情况下增加照明源照亮的区域的照明模块。在一个方面中,例如,照明模块包括具有电触点的衬底、电连接到所述衬底的照明源。在该实例中,所述照明源可操作以产生特定波长范围的光,其中所述光具有在第一照明区域上横向延伸的第一强度分布。所述第一照明区域和所述第一强度分布限定第一质心。该实例还包括与所述第一照明区域的所述第一质心相交的照明轴。所述照明轴基本上与所述第一照明区域正交。该实现方式还包括可操作以准直从所述照明源产生的光的准直组件。所述准直组件透射准直光。所述准直光入射在平移组件上。所述平移组件可操作以平移所述准直光。所述平移组件透射平移光,其中所述平移光具有在第二照明区域上横向延伸的第二强度分布。所述第二照明区域和所述第二强度分布限定第二质心。该实现方式还包括掩模组件。所述掩模组件可操作以透射所述平移光。所述掩模组件透射掩模光,所述掩模光具有在第三照明区域上横向延伸的第三强度分布。所述第三照明区域和所述第三强度分布限定第三质心。另外,所述准直组件、所述平移组件和所述掩模组件安装在外壳内并与所述照明轴对齐。在该实现方式中,所述准直组件和所述平移组件被光学地设置在所述照明源与所述掩模组件之间,并且所述第二照明区域大于所述第一照明区域。
在另一个方面中,例如,照明模块包括具有电触点的衬底、电连接到所述衬底的照明源。所述照明源可操作以产生特定波长范围的光。所述光具有在第一照明区域上横向延伸的第一强度分布。所述第一照明区域和所述第一强度分布限定第一质心。在该实现方式中,照明轴与所述第一照明区域的所述第一质心相交,其中所述照明轴基本上与所述第一照明区域正交。所述照明模块还包括平移组件,其可操作以平移从所述照明源产生的光,其中所述平移组件透射平移光。所述照明模块还包括可操作以准直所述平移光的准直组件。所述准直组件透射准直光,其中所述准直光具有在第二照明区域上横向延伸的第二强度分布。所述第二照明区域和所述第二强度分布限定第二质心。该实现方式还包括掩模组件。所述掩模组件可操作以透射所述平移光,其中所述掩模组件透射掩模光。所述掩模光具有在第三照明区域上横向延伸的第三强度分布;所述第三照明区域和所述第三强度分布限定第三质心。在该实现方式中,所述准直组件、所述平移组件和所述掩模组件安装在外壳内并与所述照明轴对齐。所述准直组件和所述平移组件被光学设置在所述照明源与所述掩模组件之间。另外,所述第二照明区域大于所述第一照明区域。
在另一个方面中,例如,掩模组件包括掩模衬底。所述掩模组件具有第一表面和第二表面。所述掩模衬底对于特定波长范围的光是基本透明的。所述掩模组件还包括掩模层,所述掩模层具有与所述掩模衬底的所述第一表面接触的掩模表面。所述掩模表面限定多个第一掩模层区,其中每个第一掩模层区对于所述特定波长范围是基本不透明的。另外,所述掩模表面限定多个第二掩模层区,其中每个第二掩模层区对于所述特定波长范围是基本透明的。所述第一掩模层区对于所述特定波长范围是基本反光的。在该实现方式中,所述照明模块还包括反射层。所述反射层具有与所述掩模衬底的所述第二表面接触的第一反射表面以及第二反射表面。所述第一反射表面限定多个第一反射层区,其中每个第一反射层区对于所述特定波长范围是基本不透明的。另外,所述第一反射表面限定多个第二反射层区,其中每个第二反射层区对于所述特定波长范围是基本透明的。限定所述多个第一反射层区的所述反射表面对于所述特定波长范围是基本反光的。
在另一个方面中,例如,平移组件包括平移组件衬底,其包括第一平移组件衬底表面和第二平移组件衬底表面。所述平移组件衬底对于由所述照明源产生的所述特定波长的光是基本透明的。在该实现方式中,所述平移组件还包括多个第一反射元件,其安装在所述第二平移组件衬底表面上,其中所述多个第一反射元件内的每个第一反射元件包括相应的第一反射表面。该实现方式还包括多个第二反射元件,其中所述多个第二反射元件内的每个第二反射元件包括相应的第二反射表面。由所述照明源产生的所述特定波长的光入射在所述多个第一反射元件上。入射在所述多个第一反射元件上的光产生第一反射光,所述第一反射光从所述第二反射元件反射,由此产生第二反射光。
在以下描述中,提到构成其一部分的附图,并且其中是通过说明可以实践的具体实施方案展示的。充分详细地描述这些实施方案以使本领域技术人员能够实践本发明,并且应当理解的是,在不脱离本发明的范围的情况下,可以利用其他实施方案并且可以做出结构改变。因此,可以在本发明的精神内做出各种修改。因此,其他实现方式也在权利要求的范围内。
附图说明
图1A-1B描绘可操作以增加照明源照亮的区域的两个示例性照明模块。
图2A-2B描绘可操作以产生掩模光的两个示例性掩模组件。
图3描绘平移组件的实例。
图4描绘平移组件的另一个实例。
图5描绘准直组件的实例。
具体实施方式
图1A-1B描绘可操作以增加照明源照亮的区域的两个示例性照明模块。图1A描绘照明模块100A。照明模块100A包括衬底101(诸如PCB)和照明源102(例如,发光二极管、激光器、垂直腔面发射激光器和/或任何前述示例性光源的阵列)。照明源可以通过电触点103(例如,导线、通孔、焊料凸块)与衬底101电接触。照明源102可以发射特定波长范围的光104(例如,人不能察觉的光,诸如红外光)。另外,照明源102可以操作以发射调制光,诸如在渡越时间应用中实现的强度调制光。从照明源102发射特定波长范围的光104,其中在第一照明区域106上具有第一强度分布105。第一强度分布105和第一照明区域106都可以限定第一质心107。照明模块100A还包括照明轴108。在一个实例中,照明源102可以被实现为离散VCSELS的阵列。在本实例中,离散VCSELS可以被配置成使得每个离散VCSEL以类似的强度发射特定波长范围的光104,并且离散VCSELS的阵列可以均匀地分布在第一照明区域106上。因此,在这种实例中,第一强度分布105是基本均匀的。在另一个实例中,照明源102可以如以上那样实现;然而,离散VCSELS的阵列可能没有均匀分布在第一照明区域106上。因此,在这种实例中,第一强度分布105可以是基本不均匀的。可以相对于均匀或不均匀的第一强度分布105赋予各种优点;然而,两者的优点对本发明人所属领域的技术人员来说是显而易见的。另外,照明源102可以通过孔径来表征。在一些实例中,孔径可以从0.1至0.3,而在其他实例中,孔径可以是更大的或更小的。在另一个实例中,例如当照明源102被实现为离散光源的阵列时,每个离散光源可以通过如上所述的孔径来表征。另外,每个离散照明源可以被不同地配置(例如,具有不同的孔径和/或发射角)。
照明模块100A还包括准直组件109。准直组件109可以包括一个或多个光学元件(例如,折射光学元件、衍射光学元件和/或任何前述光学元件的阵列或组合)。准直组件109可操作以产生准直光110。在图1A所描绘的示例性照明模块100A中,从照明源102产生的特定波长范围的光104可以入射在准直组件109上,准直组件109由此产生准直光110。准直光110可以入射在平移组件111上。平移组件111可以包括多个光学元件和/或反射表面(例如,折射光学元件、衍射光学元件、棱镜、反射镜和/或任何前述光学元件的任何组合或阵列)。入射在平移组件111上的准直光110可以被平移,由此产生平移光112。平移光112可在第二照明区域114上具有第二强度分布113。第二强度分布113和第二照明区域114可以限定第二质心115。照明模块100A还包括掩模组件116。掩模组件116可以包括用于修改入射在掩模组件116上的平移光112的第二强度分布113和/或第二照明区域114的元件。在一些实现方式中,第二照明区域114可以入射在掩模组件116上。因此,掩模组件116可能以掩模光117的形式透射平移光112。也就是说,入射在掩模组件116上(在第二照明区域114上)的平移光112可以被修改,使得掩模光117可以在第三照明区域119上具有第三强度分布118。第三强度分布118和第三照明区域119可以限定第三质心120。照明源102、准直组件109、平移组件111和掩模组件116可以安装在外壳121中。外壳121可以由对于从照明源102产生的特定波长范围的光104基本上不透明的材料构成。例如,外壳121可以由具有不透明的有机物(诸如炭黑)或无机填充材料的环氧树脂构成。
图1B描绘照明模块的另一个实例。照明模块100B包括以上相对于图1A所描绘的照明模块100A描述的所有部件;然而,准直组件109的位置和平移组件111的位置被调换。因此,由照明源102产生的特定波长范围的光104入射在平移组件111上。平移组件111产生平移光112,其中平移光112入射在准直组件109上。准直组件109产生准直光110,并且准直光110入射在掩模组件116上。可以相对于准直组件109和平移组件111的布置赋予各种优点;然而,两者的优点对本发明人所属领域的技术人员来说是显而易见的。
图2A-2B描绘可操作以产生掩模光的两个示例性掩模组件。图2A描绘第一示例性掩模组件116A。例如,第一示例性掩模组件116A可以在如图1A和图1B所描绘的照明模块100A或照明模块100B中实现。第一示例性掩模组件116A包括掩模衬底217。掩模衬底217包括第一表面218和第二表面219。另外,掩模衬底217对特定波长范围的光可以是基本透明的,所述特定波长范围的光例如是在以上实例中实现的从照明源102产生的特定波长范围的光104(如图1A、图1B所描绘的)。第一示例性掩模组件116A还包括掩模层221。掩模层221包括与掩模衬底217的第一表面218接触的掩模表面222。掩模表面222限定多个第一掩模层区223。多个第一掩模层区223内的每个第一掩模层区224对于上述特定波长范围可以是基本不透明的。另外,掩模表面222限定多个第二掩模层区225。多个第二掩模层区225内的每个第二掩模层区226对于上述特定波长范围的光可以是基本透明的。另外,限定多个第一掩模层区223的掩模表面222对于上述特定波长范围的光可以是基本反光的。多个第一掩模层区223和多个第二掩模层区225可以被实现为孔阵列(例如,多个第二掩模层区225)和掩模表面222的限定孔的外围边缘的材料区(例如,多个第一掩模层区223)。然而,多个第一掩模层区223和多个第二掩模层区225的其他实例在所附权利要求的范围内。例如,掩模表面222可以包括一系列狭缝(例如,多个第二掩模层区225)和掩模表面222的限定狭缝的外围边缘的材料区(例如,多个第一掩模层区223)。
第一示例性掩模组件116A还包括反射层227。反射层227包括与掩模衬底217的第二表面219接触的第一反射表面228。反射层227还包括第二反射表面229。第一反射表面228限定多个第一反射层区230。多个第一反射层区230内的每个第一反射层区231对于上述特定波长范围的光可以是基本不透明的。另外,第一反射表面228限定多个第二反射层区232。多个第二反射层区232内的每个第二反射层区233对于上述特定波长范围的光可以是基本透明的。另外,限定多个第一反射层区230的第一反射表面228对于上述特定波长范围的光可以是基本反光的。多个第一反射层区230和多个第二反射层区232可以被实现为孔阵列(例如,多个第二反射层区232),并且材料包括限定孔的外围边缘的材料(例如,多个第一反射层区230)。在图2A所示的示例性实现方式中,如上所述的,特定波长范围的光入射在第一示例性掩模组件116A上。在图2A中描绘直接透射而无反射的光234。在一些实现方式中,直接透射而无反射的光234可以通过发射角235来表征。另外,光236可以在掩模衬底217内被内反射(即,被重新引导)。反射光236的一部分可以在反射之后透射通过多个第二掩模层区225。然而,反射光236的较小部分可以在反射之后透射通过多个第二反射层区232。在一些情况下,反射光236的透射通过多个第二反射层区232的部分可以少至反射光236的透射通过多个第二掩模层区225的部分的10%。
图2B描绘掩模组件的另一个实例。第二示例性掩模组件116B包括以上相对于图2A所描绘的第一示例性掩模组件116A描述的所有部件;然而,第二示例性掩模组件116B还包括微透镜阵列239。微透镜阵列239内的每个微透镜240可操作以便将特定入射角的光聚焦到特定发射角。每个微透镜240可以通过孔径来表征。在一些实例中,孔径可以从1至0.3,而在其他实例中,每个孔径可以是更大的或更小的。另外,每个微透镜240可以被不同地配置(例如,具有不同的孔径和/或发射角,或者可以被配置为具有不同的焦距)。通常,每个微透镜240可以设置在相应的第二反射层区233上。每个微透镜240可以被配置成使光聚焦通过相应的第二反射层区233,使得每个第一反射层区231的横向尺寸可以是尽可能大的,从而使得几乎没有反射光236透射通过多个第二反射层区232。
图3描绘平移组件的实例。第一示例性平移组件111A包括平移组件衬底312。平移组件衬底312包括第一平移组件衬底表面316和第二平移组件衬底表面317。平移组件衬底312对于由上述照明源产生的特定波长的光是基本透明的。第一示例性平移组件111A还包括安装在第二平移组件衬底表面317上的多个第一反射元件313。多个第一反射元件313内的每个第一反射元件314包括相应的第一反射表面315。每个第一反射元件314可以用任何数量的光学元件和组合来实现,光学元件诸如是凹抛物面镜、凸抛物面镜、棱镜以及具有基本反射表面的折射光学元件和/或衍射光学元件。第一示例性平移组件111A还包括多个第二反射元件318。多个第二反射元件318内的每个第二反射元件319可以包括相应的第二反射表面320。多个第二反射元件318可操作以反射从多个第一反射元件313反射的光。另外,每个第二反射元件319可以用任何数量的光学元件和组合来实现,光学元件诸如是凹抛物面镜、凸抛物面镜、棱镜以及具有基本反射表面的折射光学元件和/或衍射光学元件。另外,多个第一反射元件313和多个第二反射元件318被配置成使得由上述照明源产生的特定波长的光入射在多个第一反射元件上从而产生第一反射光,所述第一反射光从第二反射元件反射从而产生第二反射光。第二反射光被引导通过平移组件衬底312。
在一些实现方式中,第一平移组件衬底表面316和第二平移组件衬底表面317可以被配置成使得它们对于由照明源产生的特定波长的光是基本透明的。然而,在其他实现方式中,第一平移组件衬底表面316和/或第二平移组件衬底表面317可以被配置成使得只有具有特定入射角的光(由照明源产生)可以透射通过平移组件衬底312、第一平移组件衬底表面316和/或第二平移组件衬底表面317。
图4描绘平移组件的另一个实例。图4中描绘第二示例性平移组件111B。第二示例性平移组件111B包括多个反射元件412。多个反射元件412内的每个反射元件413包括反射表面414。多个反射元件412可操作以反射特定波长范围的光(例如,如从上述照明源102产生)。第二示例性平移组件111B还包括透明区415。如上所述,透明区415可以被配置成使得一部分光416直接透射而不从任何反射表面414反射。然而,在其他情况下,如上所述,一部分光被反射从而限定反射光417。反射光417可以进一步从其他反射表面反射并且从第二示例平移组件111A透射,作为在反射之后透射的光418。
图5描绘准直组件的实例。图5中描绘第一示例性准直组件109A。当照明源102(如上所述)包括离散光源(诸如垂直腔面发射激光器510)的阵列时,可以实现第一示例性准直组件109A。在此类实现方式中,微透镜511可以光学地设置在相应的垂直腔面发射激光器510上。多个微透镜511形成微透镜阵列512。在此类实现方式中,每个微透镜511可以被配置成准直由每个垂直腔面发射激光器510发射的光。尽管图5所描绘的每个微透镜511基本相同,但是在其他实现方式中,每个微透镜511可以相对于微透镜阵列512中的其他微透镜不同地配置。
Claims (33)
1.一种照明模块,所述照明模块包括:
衬底,其具有电触点;
照明源,其电连接到所述衬底,其中所述照明源可操作以产生特定波长范围的光;
所述光具有在第一照明区域上横向延伸的第一强度分布;
所述第一照明区域和所述第一强度分布限定第一质心;
照明轴,其与所述第一照明区域的所述第一质心相交,其中所述照明轴基本上与所述第一照明区域正交;
准直组件,其可操作以准直从所述照明源产生的光,所述准直组件透射准直光;
平移组件,其可操作以平移所述准直光,所述平移组件透射平移光;
所述平移光具有在第二照明区域上横向延伸的第二强度分布;
所述第二照明区域和所述第二强度分布限定第二质心;
掩模组件,其可操作以透射所述平移光,所述掩模组件透射掩模光;
所述掩模光具有在第三照明区域上横向延伸的第三强度分布;
所述第三照明区域和所述第三强度分布限定第三质心;
所述准直组件、所述平移组件和所述掩模组件安装在外壳内并与所述照明轴对齐,其中所述准直组件和所述平移组件被光学地设置在所述照明源与所述掩模组件之间;并且
其中所述第二照明区域大于所述第一照明区域。
2.一种照明模块,所述照明模块包括:
衬底,其具有电触点;
照明源,其电连接到所述衬底,其中所述照明源可操作以产生特定波长范围的光;
所述光具有在第一照明区域上横向延伸的第一强度分布;
所述第一照明区域和所述第一强度分布限定第一质心;
照明轴,其与所述第一照明区域的所述第一质心相交,其中所述照明轴基本上与所述第一照明区域正交;
平移组件,其可操作以平移从所述照明源产生的光,所述平移组件透射平移光;
准直组件,其可操作以准直所述平移光,所述准直组件透射准直光;
所述准直光具有在第二照明区域上横向延伸的第二强度分布;
所述第二照明区域和所述第二强度分布限定第二质心;
掩模组件,其可操作以透射所述平移光,所述掩模组件透射掩模光;
所述掩模光具有在第三照明区域上横向延伸的第三强度分布;
所述第三照明区域和所述第三强度分布限定第三质心;
所述准直组件、所述平移组件和所述掩模组件安装在外壳内并与所述照明轴对齐,其中所述准直组件和所述平移组件被光学地设置在所述照明源与所述掩模组件之间;并且
其中所述第二照明区域大于所述第一照明区域。
3.如权利要求1或2所述的掩模组件,其还包括:
掩模衬底,其具有第一表面和第二表面,所述掩模衬底对特定波长范围的光是基本透明的;
掩模层,其具有与所述掩模衬底的所述第一表面接触的掩模表面,所述掩模表面限定:多个第一掩模层区,其中每个第一掩模层区对于所述特定波长范围是基本不透明的;以及多个第二掩模层区,其中每个第二掩模层区对于所述特定波长范围是基本透明的,其中限定所述第一掩模层区的所述掩模表面对于所述特定波长范围是基本反光的;以及
反射层,其具有与所述掩模衬底的所述第二表面接触的第一反射表面和第二反射表面,所述第一反射面限定多个第一反射层区和多个第二反射层区;并且
其中每个第一反射层区对于所述特定波长范围是基本不透明的,并且每个第二反射层区对于所述特定波长范围是基本透明的,限定所述多个第一反射层区的所述反射表面对于所述特定波长范围是基本反光的。
4.如权利要求1或2所述的平移组件,其还包括:
平移组件衬底,其包括第一平移组件衬底表面和第二平移组件衬底表面,其中所述平移组件衬底对于由所述照明源产生的所述特定波长的光是基本透明的;
多个第一反射元件,其安装在所述第二平移组件衬底表面上,其中所述多个第一反射元件内的每个第一反射元件包括相应的第一反射表面;
多个第二反射元件,其中所述多个第二反射元件内的每个第二反射元件包括相应的第二反射表面,所述多个第二反射元件可操作以反射从所述多个第一反射元件反射的光;并且
其中由所述照明源产生的特定波长的光入射在所述多个第一反射元件上从而产生第一反射光,所述第一反射光从所述第二反射元件反射从而产生第二反射光。
5.如权利要求4所述的平移组件,其中所述第一反射元件是凸抛物面镜。
6.如权利要求4所述的平移组件,其中所述第二反射元件是凹面抛物面镜。
7.如权利要求4所述的平移组件,其中所述第一和第二平移衬底表面对于由所述照明源产生的所述特定波长的光是基本透明的。
8.如权利要求4所述的平移组件,其中所述第一和第二平移衬底表面可操作以透射由所述照明源产生的具有特定入射角的所述特定波长的光。
9.如权利要求1或2所述的平移组件,其还包括:
多个反射元件,所述多个反射元件内的每个反射元件具有相应的反射表面;
其中由所述照明源产生的所述特定波长的光入射在所述多个反射元件上,入射在所述多个反射元件上的所述光是所述平移光的一部分。
10.如权利要求9所述的平移组件,其中所述多个反射元件还包括对于由所述照明源产生的所述特定波长的光是基本透明的透明区;入射在所述透明区上的所述光是所述平移光的一部分。
11.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述准直组件还包括折射光学元件和/或衍射光学元件。
12.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述照明源包括离散光源的阵列,其中相对于所述离散光源的阵列的每个光源设置准直透镜。
13.如权利要求1-3中的一项所述的照明模块,其中所述照明源还包括离散照明源的阵列,每个离散照明源具有第一数值孔径。
14.如权利要求13所述的照明模块,其中所述离散照明源的阵列包括激光器阵列。
15.如权利要求14所述的照明模块,其中所述离散照明源的阵列包括垂直腔面发射激光器阵列。
16.如权利要求13-15中的一项所述的照明模块,其中所述第一数值孔径在约0.1至约0.3之间。
17.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述特定波长范围对于人类的视觉感知是基本不可见的。
18.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述特定波长范围包括红外范围。
19.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述特定波长范围包括850nm。
20.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中在所述第一照明区域上横向延伸的所述第一强度分布是均匀分布的。
21.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中在所述第一照明区域上横向延伸的所述第一强度分布是不均匀分布的。
22.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述光的部分产生离散特征,所述离散特征聚焦在与所述照明模块相距一定距离的位置处。
23.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述准直组件还包括多个光学元件。
24.如权利要求23所述的照明模块,所述平移组件还包括多个光学棱镜。
25.如权利要求23所述的照明模块,所述平移组件还包括多个折射光学元件和/或衍射光学元件。
26.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述第二照明区域入射在所述掩模组件上。
27.如权利要求1和2中任一项所述的照明模块,其中所述第二照明区域在所述区域上具有均匀的强度分布。
28.如权利要求3所述的掩模组件,其中所述多个第一和第二掩模层区规则地分布在所述掩模表面上。
29.如权利要求3所述的掩模组件,其中所述多个第一和第二掩模层区不规则地分布在所述掩模表面上。
30.如权利要求3所述的掩模组件,其中所述多个第一和第二反射层区规则地分布在所述掩模表面上。
31.如权利要求3所述的掩模组件,其中所述多个第一和第二反射层区不规则地分布在所述掩模表面上。
32.如权利要求3或28-31中任一项所述的掩模组件,其中所述掩模组件还包括微透镜阵列,所述微透镜设置在所述反射层上。
33.如权利要求32所述的掩模组件,其中所述微透镜阵列内的每个所述微透镜可操作以引导光通过相应的反射层区。
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