[发明专利]包括光学自由形态表面的投影设备和投影方法

说明书

示出了具有至少一个光源4和光通道阵列6、6a、6b的投影设备2。每个通道包括第一折射光学自由形态表面8a、8b和第二折射光学自由形态表面10a、10b以及投影光学器件12。第一折射光学自由形态表面8和第二折射光学自由形态表面10布置在光源4和投影光学器件12之间，并且实现通过对象光图案13a、13b、13a′、13b′、13a″、13b″对投影光学器件12的柯勒照明，得到要被投影到投影光学器件12的成像表面上的图像14a、14b，其中光通道阵列6的图像彼此叠加。

技术领域

本发明涉及一种具有折射光学自由形态表面的投影设备和投影方法。实施例呈现自由形态阵列投影。根据实施例，自由形态表面产生通过对象光图案(pattern)对投影设备的投影光学器件的柯勒照明。

背景技术

当在许多应用领域中产生任何结构化照明(例如，一般照明中的背景和强调照明，针对汽车应用产生轮廓分明的辐射外形，用于测量目的在对象上产生光图案)时，可以采用光束成形器/投影单元。可以以光学方式使信息可视化，其中这可以通过对真实目标进行照明以及通过产生眼睛可见的虚拟图像来完成。

为了能够客观地在不同的解决方案方法之间进行比较，下面将简要地概括这种光束成形器/投影单元的一些相关表征量。以下表征量与照明和投影任务中的大多数应用相关：

(A)确保足够大的光通量/光功率

(B)紧凑型小型化光学器件，其中主要重点在于光学器件厚度

(C)透射通过光学器件的高功率/功率效率

(D)产生极其不同光分布的方式：

-粗糙的、平滑的、微弱变化的分布

-具有高分辨率的精细的高度图案化的光分布(例如，作品中的高分辨率图像等)

-从小对比度变化到非常高的对比度(例如，照明范围内的目标区域与无光区域内的目标区域)

-任何边缘几何形状

-组合极其不同的要求

(E)针对空间源不均匀性(特别是针对源位置和源布置)的均匀化效果，特别是颜色混合的方式、足够的容差

(i)具有单通道宏观投影仪的光分布的图案化照明和投影是众所周知的[Malacara]。可以在目标上产生任何期望的光分布(D)。然而，例如，光因为吸收性滑动件或动态成像器而衰減，这会导致功率效率(C)的相当大的损失。通常，将应用柯勒照明原理，这意味着将源空间域变换为目标射线域(E)，但是必须例如通过使用蜂窝聚光器[Pan]来特别引入进一步的光混合。当对单通道投影仪[Pan，US 2006/0285078 A1]进行小型化(B)(即，减小光学器件高度)时，光学器件面积或表面必须同时减小，这牵涉减小透射光通量(A)。