CN102725687A - 用于照射物体的照射设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用照射图案来照射物体（2）的照射设备（1），特别地用于装饰性光照。设备包括用于生成第一光束（4）的第一光装置（3）和包括衍射光学元件（6）的光学介质（5），其中，衍射光学元件（6）适于生成第一照射图案（11），以及其中，第一光装置（3）和光学介质（5）被布置成使得第一光束（4）指向衍射光学元件（6），用于在物体（2）上生成第一照射图案（11）。衍射光学元件可以被写到光学介质上，以使得衍射光学元件具有亚微米特征，由此，与使用LC-SLM或者LCoS照射物体相比，允许增加物体上照射的空间分辨率。

Description

用于照射物体的照射设备

技术领域

本发明涉及用于照射物体的照射设备、照射方法和照射计算机程序。本发明进一步地涉及光学介质写入设备、光学介质写入方法以及光学介质写入计算机程序。

背景技术

产生各种光照效果的照射设备用在接待应用中（例如，在旅馆和饭店中），以及用在家、医院、博物馆处的氛围创建中和商店光照概念中。由激光器所产生的光指向衍射光学元件（DOE），用于产生照射物体的照射图案。例如液晶空间光调制器（LC-SLM）或者硅基液晶（LCoS）的像素化微显示器允许通过向显示器实时提供计算机数据来实现DOE，这是被称为计算机生成全息图的技术。

LC-SLM具有大约20到40μm的典型像素大小并且LCoS典型地具有大约4到10μm的像素大小。这些像素大小导致照射图案的比较低的空间分辨率。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用照射图案来照射物体的照射设备、照射方法以及照射计算机程序，其允许生成具有增加的空间分辨率的照射图案。本发明的另一个目的是提供一种产生光学介质的光学介质写入设备、光学介质写入方法和光学介质写入计算机程序，其可以用于生成具有增加的空间分辨率的照射图案。

在本发明的的第一方面，提出了一种利用照射图案来照射物体的照射设备，其中，照射设备包括：

-    第一光装置，其用于生成第一光束，

-    包括衍射光学元件的光学介质，其中，衍射光学元件适于生成第一照射图案，其中，第一光装置和光学介质被布置成使得第一光束指向衍射光学元件，用于在物体上生成第一照射图案。

衍射光学元件可以被写到光学介质上，以使得衍射光学元件具有亚微米特征。通过使用包括衍射光学元件的光学介质来代替使用LC-SLM或者LCoS，衍射光学元件的特征的大小可以因此而减少。这导致了照射图案的增加的空间分辨率。照射设备因此允许利用具有增加的空间分辨率的照射图案来照射物体。

照射设备优选地适于用于装饰性光照，特别地，用于家庭使用。

物体是例如建筑物的内壁或者外壁、屏幕、将被照射用于广告目的的产品、等等。特别地，物体是例如商店中的显示器，其可以被照射用于突出待售的物品，以便于吸引消费者。物体还可以是旅馆或者饭店中的壁，用于创建期望的氛围。物体还可以是等候室、检查室的屋顶或壁，或者医院中手术室的屋顶或壁。

第一光装置优选地包括激光器，其用于生成激光束。

优选地，照射设备包括扩展单元，其用于在第一光束遇到衍射光学元件之前扩展第一光束。第一光装置和光学介质优选地适于使得第一光束仅仅遇到包括衍射光学元件的光学介质的一部分。

光学介质优选地是光盘。光盘优选地适于可围绕旋转轴线旋转，特别地，出于写入目的。光盘优选地是CD、DVD或者另一个类似CD的存储介质，如，HD DVD 、蓝光盘、等等。

优选的是，衍射光学元件包括亚微米图案，其中，第一光装置和光学介质适于使得红光的最大衍射角度大于10度并且进一步优选地大于20度。这种衍射光学元件允许获得小且紧凑的照射设备。

第一光装置和光学介质可以被布置成使得第一光束由衍射光学元件来反射并且所反射的第一光束可指向物体，用于在物体上生成第一照射图案。因而，照射设备可以适于以反射模式来工作。

第一光装置和光学介质还可以适于使得第一光束横过衍射光学元件以及在已经横过衍射光学元件之后可指向物体，用于在物体上生成第一照射图案。因而，照射设备可以适于以透射模式来工作。

进一步优选的是，照射设备包括衍射光学元件计算器，其用于根据预定的第一照射图案来计算衍射光学元件，其中，第一光装置适于将衍射光学元件写到光学介质上。特别地在该实例中，光学介质是可以重新写入的，以使得衍射光学元件可以被调整到实际上预定的（即，实际上期望的）第一照射图案。

衍射光学元件计算器是例如个人计算机，并且可以适于生成计算机生成全息图（CGH）作为衍射光学元件。衍射光学元件计算器可以适于对预定的第一照射图案进行傅立叶变换，用于计算衍射光学元件。

第一光装置可以包括两个第一光源，特别地，两个激光器，一个用于将衍射光学元件写到光学介质上，以及另一个用于照射光学介质从而生成第一照射图案。然而，第一光装置还可以适于使用同一光源，特别地，同一激光器，用于写入衍射光学元件并且用于生成第一照射图案。

正如已经在以上所述的，光学介质优选地是CD或者DVD，并且现存的CD/DVD写入技术优选地用于利用衍射光学元件产生光学介质。光学介质优选地包括相变材料层，其中，在写入过程中，聚焦的写入激光束改变相位改变材料中的相位，用于写入衍射光学元件。

衍射光学元件计算器优选地适于将所计算的衍射光学元件变换成导致所计算的衍射光学元件的光强度的螺旋形序列，如果第一光装置是根据该螺旋形序列写到光学介质上的话，其中，第一光装置适于沿着螺旋形轨迹根据螺旋形序列照射光学介质，从而将衍射光学元件写到光学介质上。这允许使用现存的CD/DVD写入技术，用于利用衍射光学元件以简单的方式来产生光学介质。

优选的是，照射设备还包括生成第二光束的第二光装置，其用于利用第二照射图案来照射物体。第二光装置优选地包括发光二极管（LED）。第一照射图案和第二照射图案可以适于彼此补充，用于在物体上生成补充的照射图案。例如，第一照射图案可以通过使用生成轮廓（例如，使用尖锐线和/或点）的激光来生成，然而，第二照射图案可以由类似LED的其它光源来生成，用于提供填满轮廓的颜色。

第一照射图案、第二照射图案和/或补充的照射图案可以生成类似花或者类似物的物体的图像。

还优选的是，第二光装置和光学介质被布置成使得第二光束照射物体，而不遇到衍射光学元件。这允许避免由衍射光学元件所引入的第二光束的不需要的衍射效果。

还优选的是，光学介质包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括由第一光束来照射的衍射光学元件，所述第二部分由第二光束来照射。第二部分优选地适于允许第二光束仅仅透射通过第二部分。这允许将光学介质和第二光装置布置成使得第二光束在照射物体之前透射光学介质，而不被衍射光学元件影响。特别地，可以避免由衍射光学元件导致的第二光束的不需要的衍射。

还优选的是，如果第二部分由第二光束来照射，第二部分包括用于在物体上生成图像作为第二照射图案的成像图案。特别地，通过由第二光束来照射光学介质的第二部分，可以在物体上生成投影图像。成像图案优选地包括透明的和散射和/或衍射的区域。

在已经横过光学介质之后，第二光束优选地由投影透镜成像到物体上，其中，超出投影透镜受光角的第二光束的一部分将不被投影到物体上，但是可以根据物体的尺寸仍然到达物体，由此防止光损失。以此方式，物体上的对比可以在第二光束的投影部分和第二光束的非投影部分之间生成。在已经横过光学介质之后，该对比可以通过第二光束的发散来确定，特别地，通过光学介质处第二光束的散射程度来确定，并且通过投影透镜的受光角来确定。这意味着：该对比可以通过按要求选择发散和受光角度来设定。

还优选的是，照射设备包括成像图案计算器，其用于根据预定的第二照射图案来计算成像图案，其中，第一光装置适于将成像图案写到光学介质上。同样在该实例中，光学介质优选地是可重新写入的，以使得成像图案可以被调整到实际上期望的第二照射图案。而且，优选地，现存的CD/DVD写入技术还用于将成像图案写到光学介质上。

还优选的是，第二光装置适于生成具有不同颜色的若干个第二光束，其指向光学介质的第二部分，用于生成物体的有色照射作为第二照射图案。在实施例中，第二光装置包括发射红色第二光束的红色光源、发射绿色第二光束的绿色光源以及发射蓝色第二光束的蓝色光源，其中，红色的第二光束、绿色的第二光束和蓝色的第二光束指向光学介质的第二部分，用于生成物体的有色照射。

还优选的是，光学介质的第二部分包括若干个散射图案，所述若干个散射图案对应于具有不同颜色的若干个第二光束，其中，照射设备还包括若干个投影透镜，所述若干个投影透镜对应于若干第二光束，其中，每个投影透镜适于在对应的第二光束已经横过对应的散射图案之后将其投影到物体上。如果第一光装置是激光装置并且第二光装置是LED装置，由激光所生成的第一照射图案优选地包括尖锐线和/或点，其中，由LED光所生成的第二照射图案可以提供被投影到物体表面上的低分辨率对比图像。

照射设备可以包括另外的光学元件，用于影响照射图案，例如，用于在物体上产生期望光照效果的透镜和反射器。例如，照射图案可以被修改，以使得可以例如通过使用透镜获得更大的衍射角度。而且，镜子，特别是成形的镜（shaped mirror），可以用于将照射图案的至少一部分重新指向特定的方向，和/或图案化的光学元件可以用来仅仅重定向生成照射图案的特定光线。

在本发明的另一方面中，提出了一种光学介质写入设备，其中，光学介质写入设备包括：

-   衍射光学元件计算器，其用于根据预定的第一照射图案来计算衍射光学元件，当利用光束来照射衍射光学元件时，衍射光学元件适于生成照射物体的预定的第一照射图案，

-   光装置，用于将衍射光学元件写到光学介质上。

在本发明的另一方面中，提出了一种利用照射图案来照射物体的照射方法，其中，照射方法包括：

-    由第一光装置生成第一光束，

-    提供包括衍射光学元件的光学介质，其中，衍射光学元件适于生成第一照射图案，

-    将第一光束指向衍射光学元件，用于在物体上生成第一照射图案。

在本发明的另一方面中，提出了一种光学介质写入方法，其中，光学介质写入方法包括：

-   由衍射光学元件计算器根据预定的第一照射图案来计算衍射光学元件，当利用光束来照射衍射光学元件时，衍射光学元件适于生成照射物体的预定第一照射图案，

-   由光装置将衍射光学元件写到光学介质上。

在本发明的另一方面中，提出了一种利用照射图案来照射物体的照射计算机程序，其中，计算机程序包括程序代码装置，其用于当计算机程序在控制照射设备的计算机上运行时使得如权利要求1中所限定的照射设备执行如权利要求11中所限定的照射方法的步骤。

在本发明的另一方面中，提出了一种光学介质写入计算机程序，其中，计算机程序包括程序代码装置，其用于当计算机程序在控制光学介质写入设备的计算机上运行时使得如权利要求10中所限定的光学介质写入设备执行如权利要求12中所限定的光学介质写入方法的步骤。

要理解的是，权利要求1的照射设备、权利要求10的光学介质写入设备、权利要求11的照射方法、权利要求12的光学介质写入方法、权利要求13的照射计算机程序以及权利要求14的光学介质写入计算机程序具有相似和/或一致的优选实施例，特别地，如从属权利要求中所限定的。

要理解的是，本发明的优选实施例还可以是独立权利要求和各自的从属权利要求的任何结合。

参考以下所述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的并且被阐述。

附图说明

在以下图中：

图1示意性地和示例性地示出了用于照射物体的照射设备的实施例，

图2示意性地和示例性地示出了利用第一照射图案以透射模式来照射物体的布置，

图3示意性地和示例性地示出了图示了写入过程的布置，

图4和图5示出了将计算出的衍射光学元件写到光学介质上的不同方式，

图6和7示意性地和示例性地示出了在光学介质上用于写入和照射目的的激光点的布置，

图8示意性地和示例性地图示了作为第二光图案的投影图像的生成，

图9示意性地和示例性地示出了用于生成有色照射图案的布置，

图10示意性地和示例性地示出了用于生成有色照射图案的另一种布置，

图11示意性地和示例性地示出了用于以反射模式照射物体的照射设备的另外的实施例，

图12示意性地和示例性地示出了利用第一照射图案以反射模式来照射物体的布置，

图13示意性地和示例性地示出了光学介质的层结构，

图14到18示例性地图示了光照设备的优选使用，以及

图19示出了示例性地图示用于照射物体的照射方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性地和示例性地示出了利用照射图案来照射物体2的照射设备1。照射设备1包括用于生成第一光束4的第一光装置3和包括衍射光学元件6的光学介质5，其中，衍射光学元件6适于生成第一照射图案11。第一光装置3和光学介质5被布置成使得第一光束4指向衍射光学元件6，用于在物体2上生成第一照射图案11。照射设备1适于被用于装饰性光照，特别用于家用。物体2是例如建筑物的内壁或者外壁、显示器、将被照射用于广告目的的产品、等等，其中，照射设备适于装饰性地照射该物体。

第一光装置3包括用于生成是第一光束4的激光束的激光器。在该实施例中，光学介质是CD。然而，在其它的实施例中，光学介质还可以是如另外的类似CD存储介质的另外的介质，例如，DVD、HD DVD、蓝光盘、等等。

衍射光学元件6包括亚微米图案，即，具有亚微米尺寸的特征的图案，其中，第一光装置3和光学介质5优选地适于使得最大衍射角大于5度，进一步优选地大于10度并且甚至进一步优选地大于20度。在该实施例中，第一光装置3和光学介质5适于使得第一光束4透射衍射光学元件6以及透射的第一光束17可指向物体2，用于在物体2上生成第一照射图案11。因而，在该实施例中，照射设备1适于以透射模式来工作。图1是非常粗糙的示意图。在图2中示出了以透射模式的光照设备的一些元件可能布置的更多详细内容。

正如图2中可以看出的，第一光束4优选地通过使用第一光束4的发散来扩展，并且在使用重定向元件19将其指向衍射光学元件6之前由透镜18来准直。第一光元件3、透镜18、重定向元件19和具有衍射光学元件6的光学介质优选地适于使得所扩展的第一光束仅仅遇到包括衍射光学元件6的光学介质5的一部分。光照设备还可以包括扩展单元，其用于扩展第一光束，用于将其指到衍射光学元件6上，其中，同样在该实例中，第一光束被扩展以使得其仅仅遇到包括衍射光学元件6的光学介质5的一部分。

照射设备1进一步地包括衍射光学元件计算器7，其用于根据期望的第一照射图案来计算衍射光学元件6，其中，第一光装置3适于将衍射光学元件6写到光学介质5上。特别地，在该实例中，光学介质5优选地是可重写的以使得衍射光学元件6可以被调整到实际上期望的第一照射图案。衍射光学元件计算器7适于对期望的第一照射图案进行傅立叶变换，以便于生成计算机生成全息图作为衍射光学元件。计算机生成全息图被传输到第一光装置3，用于将计算机生成全息图写到光学介质5上。

照射设备1可以以两种模式来工作，在其中第一光装置照射光学介质从而利用例如如图2中所示出的布置生成第一照射图案的照射模式，以及在其中第一光装置可以将衍射光学元件写到光学介质5上的写入模式。照射设备1优选地包括输入单元23，其允许用户指示照射设备1是将以照射模式还是以写入模式来工作。输入单元是例如必须被按压的按钮，滑动控制器、键盘、等等。输入单元23与照射设备控制单元20连接，用于控制照射设备1的不同单元。

图3示意性地和示例性地示出了优选地用在写入模式中的布置。第一光装置3生成第一光束4，通过使用透镜24、27将所述第一光束4聚焦到光学介质5的相变层8中。在其它的实施例中，其它的聚焦装置也可以用于将第一光束4聚焦到相变层8中。由相变层8和/或光学介质的反射层反射的光由重定向元件28经由透镜26重定向到光电二极管25。光电二极管25测量所反射的光的强度，用于反馈控制。第一光装置3和光电二极管25与照射设备控制单元20连接，用于根据所计算的计算机生成全息图来控制写入过程。照射设备1优选地包括重布置和移动单元，其用于依据所选择的工作模式（即，写入模式或者照射模式）来修改照射设备的配置。

衍射光学元件计算器7适于将计算的衍射光学元件变换成导致所计算的衍射光学元件的光强度的螺旋形序列（spiral sequence），如果第一光装置3根据该螺旋形序列写到光学介质5上的话。照射设备适于根据螺旋形序列沿着螺旋形轨迹照射光学介质5，用于通过使用现存的CD/DVD写入技术来将衍射光学元件6写到光学介质5上，从而产生具有衍射光学元件6的光学介质5。

光学介质优选地包括相变材料，其中，在写入过程中，第一光装置的聚焦写入激光束选择性地加热相变材料的区域到熔化温度以上，以使得这些区域中的原子可以快速地以液态移动。然后，如果被足够快速地冷却，随机的液态被“冻结”并且获得所谓的非晶态。材料的非结晶形式收缩并且在激光已经写入处留下凹陷，从而导致了光学介质的可识别表面。写入激光束或者第一光装置的另一个激光束可以用来加热相变材料到低于熔化温度的温度，但是在结晶温度以上，持续达至少长于最小结晶时间的足够时间，由此将原子恢复到有序状态（即，晶态），从而擦除衍射光学元件。写入优选地发生在单程的（single pass）聚焦激光束中；这有时被称为“直接重写”并且每个光学介质该过程可以被重复几千次。还可以使用相变材料，其基于相变材料折射率的改变。而且，光学介质还可以适于仅仅单次可写入，其中，在该实例中，在其中写入信息的层优选地被使用，其可以吸收用于写入的激光的波长。一旦利用激光来加热层用于写入，隆起物和凹陷可以被形成用于生成衍射光学元件。其它的已知CD/DVD写入技术也可以用于生成具有衍射光学元件的光学介质。在其中写入衍射光学元件的光学介质的层优选地具有对于激光的低吸收率，其用于生成第一照射图案，以使得该激光基本上不影响衍射光学元件。

光盘通常含有预刻槽，其用于在写入光盘时遵循写入轨迹。这些预刻槽还可以由现存的照射设备用于遵循螺旋形轨迹。然而，还可以使用不包括这些预刻槽的光学介质。

如果光盘将以反射模式来使用，光盘优选地包括反射层，并且，如果光盘将以透射模式来使用，光盘优选地不包括反射层。

图4示意性地和示例性地示出了具有衍射光学元件的光学介质5的实施例，所述衍射光学元件已经在具有弧形边缘的区域70中被写入，并且图5示意性地、示例性地示出了光学介质5的实施例，其中，衍射光学元件已经被写入方形区域71中。

照射设备优选地适于不旋转光学介质（其优选地是光盘），而生成第一照射图案以便于确保第一光束不断地横过衍射光学元件。然而，照射设备还可以适于在照射光学介质期间旋转光学介质，用于生成第一照射图案，以便于允许第一光束横过不同的衍射光学元件，从而生成移动的第一照射图案。

第一光装置3可以适于使用同一第一光源，用于写入衍射光学元件6并用于生成第一照射图案，或者第一光装置可以包括两个或者更多个第一光源，特别地，两个或者更多个激光器，其中，至少一个第一光源适于将衍射光学元件写到光学介质上，并且至少一个其它的第一光源适于照射光学介质，用于生成第一照射图案。这些第一光源中的至少一个还可以适于擦除衍射光学元件，和/或第一光装置3可以包括至少一个另外的第一光源，其用于擦除衍射光学元件。

如果使用两个激光器（第一激光器用于写入衍射光学元件，以及第二激光器用于生成第一照射图案），图6示意性地和示例性地图示了光学介质的写入和第一照射图案的生成。在图6中，点32指示了由用于写入衍射光学元件的激光的照射，以及点33指示了用于生成第一照射图案的激光。在写入过程中，光学介质5被旋转并且激光点32沿径向移动，用于沿着螺旋形轨迹写入。为了沿径向移动激光点32，可以使用移动单元36，其沿着径向轨迹30是可移动的。为了生成第一照射图案，通过旋转光学介质5和/或通过相应地使用移动单元36径向移动激光点33，衍射光学元件处于激光点33下。如果光学介质5包括若干个衍射光学元件，光学器件可以被提供用于将是第一照射图案的图像投影到物体上，并且如果用于生成第一照射图案的激光从用于照射第一衍射光学元件修改成用于照射第二衍射光学元件，可以提供合适的投影透镜布置，以便于保持所生成的第一照射图案的位置不变。在实施例中，为了在不同的衍射光学元件之间切换，不是用于生成第一照射图案的激光被修改，而是光学介质被移动。在该实例中，如果切换在不同的衍射光学元件之间执行，第一照射图案的位置仍然不变。光学介质可以被旋转或者可以被放置在x-y工作台（stage）上，以便于移动光学介质，从而使得激光照射期望的衍射光学元件。

图7图示了用于写入光学介质和用于生成第一照射图案的另一个布置。在图7中，点41指示了用于写入衍射光学元件的激光点以及点42指示用于通过照射衍射光学元件来生成第一照射图案的激光点。移动单元40、39适于沿着径向轨迹37移动激光点41、42。为了沿着螺旋形轨迹写入衍射光学元件，光学介质5优选地被旋转并且激光点41沿着径向轨迹37移动。为了生成第一照射图案，通过旋转光学介质5和/或通过使用移动单元39径向移动激光点42而使写入的衍射光学元件处于激光点42之下，其中，另外的光学器件可以被提供用于将第一照射图案投影到期望的物体上。如果光学介质5包括若干个衍射光学元件以及如果用于生成第一照射图案的激光从用于照射第一衍射光学元件修改成用于照射第二衍射光学元件，可以提供合适的投影透镜布置，以便于保持所生成的第一照射图案的位置不变。在实施例中，为了在不同的衍射光学元件之间切换，不是修改用于生成第一照射图案的激光，而是移动光学介质。在该实例中，如果切换在不同的衍射光学元件之间执行，第一照射图案的位置仍然不变。光学介质可以被旋转或者可以被放置在x-y工作台（stage）上，以便于移动光学介质，从而使得激光照射期望的衍射光学元件。

再参考图1，照射设备1还包括生成第二光束10的第二光装置9，其用于利用第二照射图案12来照射物体2。第二光装置9包括LED。第一照射图案11和第二照射图案12可以适于彼此补充，用于在物体2上生成补充的照射图案。例如，第一照射图案11可以通过使用优选地包括生成轮廓（例如，使用尖锐线和点）的激光器的第一光装置来生成，其中，由LED所生成的第二照射图案可以提供填满轮廓的颜色。

第二光装置9和光学介质5被布置成使得第二光束10照射物体2，而不会遇到衍射光学元件6。这允许避免由衍射光学元件6所引入的第二光束10的不希望的衍射效果。

光学介质5包括第一部分13和第二部分14，所述第一部分13包括由第一光束4所照射的衍射光学元件6，所述第二部分14由第二光束10来照射。第二部分14适于允许第二光束10仅仅透射穿过第二部分14。第二部分可以是空白部分，即，不包括衍射或者散射结构的部分。这允许布置光学介质和第二光装置，以使得第二光束在照射物体之前透射光学介质，而基本上不会被光学介质影响。特别地，可以避免由于衍射光学元件的第二光束的不希望的衍射。然而，在该实施例中，如果第二部分14由第二光束10来照射，第二部分14包括成像图案15，其用于在物体2上生成图像作为第二照射图案12。特别地，通过由第二光束10照射光学介质5的第二部分14，投影图像可以在物体2上生成。如果成像图案15由第二光束10来照射，成像图案15优选地包括透明的和散射和/或衍射的区域，用于生成第二照射图案12。

已经横过光学介质的透射的第二光束43优选地由投影透镜44来成像，出于清楚的原因，其未在图1中示出，但是示出在图8中。图8示意性地和示例性地图示了第二照射图案的生成。可以由类似于扩展透镜系统的扩展单元来扩展的第二光束10指向包括成像图案15的光学介质的第二部分。光由成像图案15来散射和/或衍射，并且在投影透镜44的受光角内部的衍射和/或散射光的一部分被投影到物体上，用于生成在该实施例中是投影图像的第二照射图案12。在投影透镜44的受光角外的散射和/或衍射的第二光束的一部分将不被投影到物体上，但是根据物体的尺寸仍然可以到达物体，由此防止光损失。以这种方式，物体上的对比可以在第二光束的投影部分和第二光束的非投影部分之间生成。该对比可以通过第二光束在已经横过光学介质之后的发散来确定，特别地，通过第二光束在光学介质处的散射程度来确定，或者通过投影透镜44的受光角度来确定。这意味着该对比可以通过按需要选择发散和受光角来设定。

照射设备1还包括图像图案计算器16，其用于根据预定的第二照射图案来计算图像图案，其中，第一光装置3适于将成像图案15写到光学介质5上。正如已经如上所述的，光学介质5可以是可重写的，以使得成像图案15可以被调整到实际上期望的（即，预定的）第二照射图案12。而且，优选地，现存的CD/DVD写入技术也可以用于将成像图案15写到光学介质5上。

同样对于计算成像图案15，对将在物体2上生成的预定的第二照射图案优选地进行傅立叶变换。

对于计算成像图案15并且还对于生成衍射光学元件作为计算机生成全息图，可以使用已知的技术，其可以基于分别对第一照射图案和第二照射图案进行傅立叶变换。例如，由S.Trester在American Journal of Physics，64，472-478页（1996年4月）在文章中 “Computer Simulated Holography and Computer Generated Holograms”所公开的方法（其通过引用并入于此）可以用于生成计算机生成全息图。

在实施例中，第二光装置可以适于生成具有不同颜色的若干个第二光束，正如图9中示意性地和示例性地示出的。在图9中，第二光装置209包括发射红色第二光束250的红色光源247、发射绿色第二光束251和绿色光源248、以及发射蓝色第二光束252的蓝色光源249，其中，红色第二光束250、绿色第二光束251和蓝色第二光束252指向光学介质205的第二部分，用于生成物体的有色照射。

光学介质205的第二部分包括若干个散射图案253、254、255，其与具有不同颜色的若干个第二光束250、251、252相对应。与若干个第二光束250、251、252相对应的若干个投影透镜244、245、246适于将已经横过对应的散射图案253、254、255之后的对应的第二光束250、251、252投影到物体2上。第二光源247、248、249优选地是LED，并且第一光装置3优选地生成是第一光束204的激光束，其照射衍射光学元件206，用于生成第一照射图案211。第一照射图案211包括在该实施例中形成花的尖锐线，并且第二照射图案212具有低分辨率并且利用颜色充满由第一照射图案的尖锐线所限定的轮廓。

再参考图1，照射设备1优选地还包括照射图案输入单元60，其用于输入期望的第一和/或第二照射图案。照射图案输入单元60可以是接收单元，其用于从例如USB棒、因特网连接、另外的计算机、数据库、等等中接收预设计的照射图案。照射图案输入单元60还可以适于允许用户从一组预设计的照射图案中（例如，经由计算机或者比如遥控器的另外的用户接口）选择第一和/或第二照射图案。而且，照射图案输入单元60可以包括图形用户接口，其允许用户设计期望的第一和/或第二照射图案，例如，比如电子书写板。

在另一个实施例中，第二光装置和光学介质可以被布置成使得第二光装置位于物体和光学介质之间，正如图10中示意性地和示例性地所示出的。在图10中，第二光装置包括若干个第二光源347、348、349，其发射具有不同颜色的第二光束343。第二光源347优选地发射红色，第二光源348优选地发射蓝色、以及第二光源349优选地发射绿色。第二光源347、348、349优选地是LED。包括第二光源347、348、349的第二光装置被布置在光学介质305和物体之间，以使得第二光束343照射物体，而不遇到衍射光学元件306。第一光装置包括第一光源3，其是发射激光作为第一光束的激光器。激光是由透镜318来准直并且所准直的激光304指到光学介质305的衍射光学元件306上，用于生成第一照射图案311。包括第二光源347、348、349的第二光源生成第二照射图案312。衍射激光317使用尖锐线来写轮廓，其中，轮廓描述类似花的物体。第二照射图案312提供充满轮廓的颜色。第一和第二照射图案311、312因此彼此补充并且形成补充的图像。

在图10中，激光横过光学介质并且第二光源被布置在光学介质的前面，即，激光源和第二光装置被布置在光学介质的对侧，由此避免由第二光源所产生的光通过光学介质。然而，如果第一光装置和光学介质被布置成使得从衍射光学元件所反射的光用于生成照射物体的第一照射图案，也可以避免由第二光装置所产生的光通过光学介质。以这种反射模式，第一光装置和第二光装置可以被布置在光学介质的相同侧，其中，第二光装置的光优选地直接照射物体，然而，第一光装置的光指向光学介质并且由光学介质的衍射光学元件所反射的光生成照射物体的第一照射图案。

以下，参考图11，将描述照射设备401的实施例，其以反射模式来工作，即，以在其中第一照射图案由反射的第一光束来生成的模式，所述反射的第一光束已经由衍射光学元件反射。在图1和11中相似的单元和元件由相似的附图标记来指示。由第一光装置3所生成的第一光束光4经由重定向元件119重定向到衍射光学元件6。第一光束由衍射光学元件6来反射并且反射的第一光束117指向物体2，用于在物体2上生成第一照射图案11。第二照射图案12的生成与以上参考图1所述的第二照射图案的生成相似。然而，在另一个实施例中，关于第一光束的反射模式也可以与类似于以上参考图9和10所述种类的生成第二照射图案的其它种类相结合。

用于以反射模式使用的照射设备的一些元件的布置在图12中示意性地和示例性地更详细地示出。正如可以从图12中所看出的，由第一光装置3所生成的第一光束4由透镜118来准直并且由重定向元件119重定向到反射性衍射光学元件6上。反射的和衍射的光束117横过重定向元件119并且在物体2上生成第一照射图案11。

如果照射设备适于以透射模式来使用，光学介质不包括类似铝层的反射层。然而，如果照射设备适于以反射模式来使用，光学介质包括反射层。图13示意性地和示例性地示出了光学介质5的横截面。正如可以在图13中所看出的，光学介质5以以下顺序包括若干层：保护层80、反射层81、介电层82、记录层83、另一个介电层84和聚碳酸酯圆盘衬底85。在图13中还示出了预刻槽86。如果照射设备以透射模式来使用，光学介质5不包括反射层81。预刻槽86是可选的，即，光学介质也可以不包括预刻槽86。

图14到18示出了照射设备的优选使用。图14示意性地和示例性地示出了在产品显示器90中使用照射设备，其中，照射图案91在产品显示器90的内侧上生成。在图14中，示出了照射图案91，其与图15中（其示出了相同的产品显示器90）所示出的照射图案92不同。这些不同的照射图案91、92可以例如通过替换用于生成照射图案的衍射光学元件来获得。图16示意性地和示例性地示出了包括上表面97的产品展示台96，其对于所生成的照射图案是透明的。照射设备位于产品展示台96的内侧并且第一照射图案在透明表面97的内侧上生成。图17示意性地和示例性地示出了例如在其上可以放置产品的架子93。照射设备优选地布置在架子93内侧，并且图17中所示出的上表面94是透明的，用于允许在架子内部所生成的照射图案在架子外侧被看见。照射设备优选地布置在架子93边缘处的部分95中。图18示意性地和示例性地示出了光源或者灯98，其中，照射设备位于光源或者灯98内侧。该光源或者灯98还包括透明表面99，其用于允许所生成的照射图案离开光源或者灯98。

虽然参考图14到18，照射设备已经被描述为分别位于产品显示器、架子、产品展示台和光源或灯内部，但是照射设备还可以被视为包括这些元件，其中，类似第一光装置和光学介质的照射设备的另外的元件优选地分别位于这些元件内部，即，在产品显示器、架子、产品展示台和光源或灯的内部。

以下，利用照射图案来照射物体的照射方法将参考图19中所示出的流程图来示范性地描述。

在步骤401中，根据预定的第一照射图案来计算衍射光学元件。当利用光束来照射衍射光学元件时，衍射光学元件适于生成用于照射物体的预定第一照射图案。优选地，衍射光学元件计算器7计算CGH作为衍射光学元件，其中，预定的第一照射图案进行了傅立叶变换。

在步骤402中，根据预定的第二照射图案来计算成像图案，其中，如果成像图案由第二光装置的第二光束来照射，成像图案适于使得生成第二照射图案。优选地，成像图案计算器16计算成像图案，其中，预定的第二照射图案进行了傅立叶变换。

在步骤403中，所计算的衍射光学元件和所计算的成像图案通过使用照射设备的第一光装置被写到光学介质上。在写入过程已经完成后，第一光装置的第一光束指向衍射光学元件，用于在物体上生成第一照射图案，以及第二光装置的第二光束指向成像图案，用于在物体上生成第二照射图案。

如果照射设备适于直接由第二光装置的第二光束来照射物体，其中，第二光束不横过光学介质或者仅仅横过光学介质的空白部分，步骤402可以被省略，在步骤403中，仅仅衍射光学元件被写入，且在步骤404中，第二光装置的第二光束不横过光学介质的成像图案。

虽然在以上所述的实施例中，照射设备和照射方法允许写入光学介质并且通过将光指向光学介质来生成照射图案，但是写入和照射功能也可以分布在独立的设备和方法中。特别地，可以提供利用照射图案来照射物体的照射设备和方法，其中，照射设备和照射方法提供利用第一光图案和/或第二光图案来照射物体的功能，但是不允许写入光学介质。这种照射设备不包括例如上述的衍射光学元件计算器7、成像图案计算器16、照射图案输入单元60和输入单元23。而且，在对应的照射方法中，步骤401到403被省略，并且替代地提供已经至少包括衍射光学元件的光学介质。光学介质写入设备（其提供向光学介质上至少写入衍射光学元件的功能并且其不允许利用至少第一照射图案来照射物体）优选地不包括第二光装置。对应的光学介质写入方法优选地不包括以下步骤：将第一光束以及可选的还有第二光束指向光学介质，用于生成第一照射图案以及可选的还有第二照射图案，从而照射物体，即，这种方法优选地不包括步骤404。

虽然在以上参考图1和11所述的实施例中，照射设备包括第一光装置和第二光装置，照射设备也可以适于仅仅生成第一光图案，而不生成第二光图案，即，在实施例中，照射设备不包括第二光装置和成像图案计算器。

虽然在以上所述的实施例中，某些光学元件已经被描述用于影响照射设备和光学介质写入设备的光，但是照射设备和/或光学介质写入设备可以包括用于影响光的另外的光学元件，例如，用于产生在物体上期望的光照效果的另外的透镜和反射器。

照射设备可以适于产生各种光照效果，其可以用在接待应用中（例如，在旅馆中和饭店中），以及在家、医院、博物馆处的氛围创建中，并且优选地在交互式的商店光照概念中。特别地对于这些应用，照射设备可以适于通过使用重叠在背景照射（所述背景照射可以由优选地包括一个或者若干个LED的第二光装置来生成）上的第一光装置的一个或者若干个激光源来产生强光图案，从而生成可以是静止的以及变化的场景的图案和图像。激光源具有极高的能量密度并且非常适于通过使用衍射光学元件来产生可见图案和形状。在另一方面，LED具有高光输出并且可以用于背景照射。

照射设备还可以是图案投影仪（Gobo projector）的一部分，并且其可以被用在消费性电子产品或者玩具中。它还可以用在家具中，例如，半透明的椅子、桌子、柜橱、等等。照射设备可以适于用于娱乐的目的，例如，在迪斯科舞厅中。

虽然在上述实施例中，光学介质包括仅仅一个衍射光学元件和可选的还有一个成像图案，但是光学介质还可以包括多于一个的衍射光学元件和/或多于一个的成像图案。

虽然在上述实施例中，光学介质优选地是光盘，但是光学介质还可以具有另外的形状。而且，虽然在上述实施例中，光学介质优选地被旋转，用于写入目的以及用于将衍射光学元件布置在光束中从而生成第一照射图案，但是光学介质还可以被放置在x-y工作台上，其在二维平面中可移入正交方向，从而在写入过程中或者在生成第一照射图案过程中按要求地移动光学介质。还可以是，光学介质不移动，但是仅仅用于写入和/或生成第一照射图案的光的位置被修改，用于在光学介质上的不同区域上写入和/或用于照射光学介质的不同部分以生成第一照射图案。

所公开的实施例的其它变形可以由本领域技术人员在实践所要求权利的发明时通过研究附图、公开内容、以及所附权利要求来理解和实现。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”不排除复数。

单个的单元或者装置可以执行在权利要求中所提及的若干项的功能。某些方法在相互不同的从属权利要求中被提及的仅有事实不指示这些方法的结合不能被使用以受益。

类似于衍射光学元件和由一个或者若干个单元或装置执行的成像图案的计算的计算可以通过任何其它数量的单元或装置来执行。例如，步骤401和402可以由单个单元或者由任何其它数量的不同单元来执行。根据照射方法的计算和/或光照设备的控制和/或根据光学介质写入方法的光学介质写入设备的控制可以被实施为计算机程序的程序代码用具和/或如专用的硬件。

计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如，光学存储介质或者固态介质，其与其它硬件一起被供给或者作为其它硬件的一部分，但是还可以以其它方式来分布，例如，经由因特网或者其它有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记将不被解释为限制范围。

本发明涉及一种利用照射图案来照射物体的照射设备，特别地用于装饰性光照。设备包括用于生成第一光束的第一光装置和包括衍射光学元件的光学介质，其中，衍射光学元件适于生成第一照射图案，以及其中，第一光装置和光学介质被布置成使得第一光束指向衍射光学元件，用于在物体上生成第一照射图案。衍射光学元件可以被写到光学介质上，以使得衍射光学元件具有亚微米特征，由此，与使用LC-SLM或者LCoS照射物体相比，允许增加物体上照射的空间分辨率。

Claims (14)

1.一种利用照射图案来照射物体（2）的照射设备，该照射设备（1）包括：

-    第一光装置（3），其用于生成第一光束（4），

-    光学介质（5），其包括衍射光学元件（6），其中，衍射光学元件（6）适于生成第一照射图案（11），其中，第一光装置（3）和光学介质（5）被布置成使得第一光束（4）指向衍射光学元件（6），用于在物体（2）上生成第一照射图案（11）。

2.如权利要求1所述的照射设备，其中，照射设备（1）包括衍射光学元件计算器（7），其用于根据预定的第一照射图案来计算衍射光学元件（6），其中，第一光装置（3）适于将衍射光学元件（6）写到光学介质（5）上。

3.如权利要求1所述的照射设备，其中，照射设备（1）还包括生成第二光束（10）的第二光装置（9），其用于利用第二照射图案（12）来照射物体（2）。

4.如权利要求3所述的照射设备，其中，第二光装置（9）和光学介质（5）被布置成使得第二光束（10）照射物体（2），而不遇到衍射光学元件（6）。

5.如权利要求3所述的照射设备，其中，光学介质（5）包括第一部分（13）和第二部分（14），所述第一部分（13）包括由第一光束（4）照射的衍射光学元件（6），所述第二部分（14）由第二光束（10）来照射。

6.如权利要求5所述的照射设备，其中，如果第二部分（14）由第二光束（10）来照射，第二部分（14）包括成像图案（15），所述成像图案（15）用于在物体（2）上生成图像作为第二照射图案（12）。

7.如权利要求6所述的照射设备，其中，照射设备（1）包括成像图案计算器（16），其用于根据预定的第二照射图案来计算成像图案，其中，第一光装置（3）适于将成像图案（15）写到光学介质（5）上。

8.如权利要求5所述的照射设备，其中，第二光装置适于生成具有不同颜色的若干个第二光束，其指向光学介质的第二部分，用于生成物体的有色照射作为第二照射图案。

9.如权利要求8所述的照射设备，其中，光学介质的第二部分包括若干个散射图案，所述若干个散射图案对应于具有不同颜色的若干第二光束，其中，照射设备还包括若干个投影透镜，所述若干个投影透镜对应于若干第二光束，其中，每个投影透镜适于在对应的第二光束已经横过对应的散射图案之后将其投影到物体上。

10.一种光学介质写入设备，该光学介质写入设备包括：

-   衍射光学元件计算器，其用于根据预定的第一照射图案来计算衍射光学元件，当利用光束来照射衍射光学元件时，衍射光学元件适于生成照射物体的预定的第一照射图案，

-   光装置，其用于将衍射光学元件写到光学介质上。

11.一种利用照射图案来照射物体（2）的照射方法，该照射方法包括：

-   由第一光装置（3）生成第一光束（4），

-   提供包括衍射光学元件（6）的光学介质（5），其中，衍射光学元件（6）适于生成第一照射图案（11），

-   将第一光束（4）指向衍射光学元件（6），用于在物体（2）上生成第一照射图案（11）。

12.一种光学介质写入方法，该光学介质写入方法包括：

-   由衍射光学元件计算器根据预定的第一照射图案计算衍射光学元件，当利用光束来照射衍射光学元件时，衍射光学图案适于生成照射物体的预定第一照射图案，

-   由光装置将衍射光学元件写到光学介质上。

13.一种利用照射图案来照射物体的照射计算机程序，该计算机程序包括程序代码装置，其用于当该计算机程序在控制照射设备的计算机上运行时使得如权利要求1中所限定的照射设备执行如权利要求11中所限定的照射方法的步骤。

14.一种光学介质写入计算机程序，该计算机程序包括程序代码装置，其用于当该计算机程序在控制光学介质写入设备的计算机上运行时使得如权利要求10中所限定的光学介质写入设备执行如权利要求12中所限定的光学介质写入方法的步骤。

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