CN105676615B - 用于再现三维发光图像的光学装置 - Google Patents

用于再现三维发光图像的光学装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于再现三维发光图像的光学装置，所述光学装置包括：全息图记录元件，全息图像记录在其上；光源，其用于再现全息图像；第一反射表面，其用于通过将来自光源的光反射而以预定角度进入全息图记录元件的后侧而将全息图像投射至全息图记录元件的前方；以及第二反射表面，其用于通过将来自光源的光反射进入全息图记录元件的后侧而产生背光。

Description

用于再现三维发光图像的光学装置
技术领域
本申请涉及用于再现发光图像的装置。更具体而言，本申请涉及用于再现各种三维(3D)发光图像的光学装置。
背景技术
在用于汽车车灯的光学技术中，使用了一种利用来自LED光源的直射光实现发光图像的技术以及一种利用导光器和漫射膜进行表面发光的技术。此外，还使用具有复杂形状的3D透镜来实现3D图像。
然而，利用来自LED光源的直射光或者间接反射的光学技术具有下述问题：
1.在利用灯制造图像时存在限制。
由于图像是通过布置LED并且结合反射表面和内透镜(inner lenses)而形成的，因此发光图像通常是通过LED的线性组合而实现的，所以只能呈现二维(2D)的发光图像。
2.利用多个LED和内透镜以实现各种类型的图像需要复杂的部件及其组合。
由于图像是通过布置多个LED、内透镜和反射表面(导光器)而形成的，所以所需的部件的数量庞大，而且通常要利用多个复杂的内透镜以获得3D图像。
3.利用多个LED和内透镜增加了制造成本。
LED是相对昂贵的光源。因此，当被用作光源时，这种灯的制造成本增加。
公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本申请背景技术的理解，因此其包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本申请致力于解决与现有技术相关的上述问题。
本申请提供一种用于通过使用单光源和全息图记录元件来再现3D发光图像的各种配置的光学装置。
在一个方面，本申请提供一种用于再现三维发光图像的光学装置，其包括：全息图记录元件，全息图像记录在其上；光源，其用于再现全息图记录元件的全息图像；第一反射表面，其通过将来自光源的光以预定角度反射至全息图记录元件的后侧而将全息图像投射至全息图记录元件的前方；以及第二反射表面，其通过使光源的光进入全息图记录元件的后侧而产生背光。
光源可以是由一个光源元件组成的单光源。
第一反射表面可以是板状光反射器，其中，当第一反射表面将来自光源的光反射并且使光进入全息图记录元件时，第一反射表面使来自光源的光以在预定范围内的入射角进入全息图记录元件的后侧，所述范围与当全息图像记录在全息图记录元件上时照射的参考光束入射角的范围相同。
优选地，当第一反射表面将来自光源的光反射并且使光进入全息图记录元件时，第一反射表面使光源的光以这样的入射角进入全息图记录元件的后侧，所述入射角与当全息图像记录在全息图记录元件上时照射的参考光束的入射角相同。
第二反射表面可以是曲线光反射器，并且可以在一端设置在第一反射表面的后端而另一端设置在光源后方的情况下设置在全息图记录元件的后方。第二反射表面可以使光源的光以这样的入射角进入全息图记录元件，所述入射角与来自光源的光经由第一反射表面而进入全息图记录元件的入射角不同。
根据本申请的实施方案，光学装置可以进一步包括附加反射表面，所述附加反射表面用于将来自光源的光反射至第二反射表面，从而增加背光效率。
附加反射表面可以是板状光反射器，附加反射表面可以在全息图记录元件的下后侧和第一反射表面的下侧设置在光源的前方，并且可以配置为使来自光源的光经由第二反射表面进入全息图记录元件的后侧。此外，所述进入全息图记录元件的光可以具有与经由第一反射表面进入全息图记录元件的后侧的来自光源的光的入射角不同的入射角。
根据本申请的另一实施方案，第二反射表面可以由分别在中部的基部上方的上反射部和在中部的基部下方的下反射部构成，其中上反射部可以设置在上内透镜的后方，所述下内透镜在全息图记录元件的外部上方，而下反射部可以设置在下内透镜的后方，所述下内透镜在全息图记录元件的外部下方。
上内透镜可以通过传输经由上反射部反射的来自光源的光而产生背光，而下内透镜可以通过传输经由下反射部反射的来自光源的光而产生背光。
根据本申请的光学装置可以是使用一个光源再现全息图像并产生背光的高效率的光学结构，所述光学装置能够通过使用单光源而实现3D发光图像，并且具有通过光学结构的简化而降低制造成本和相关重量的有益效果。
下文讨论本申请的其它方面和优选实施方案。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
附图说明
现在将参考附图所示出的本申请的某些示例性实施方案来详细描述本申请的上述和其它特征，所述附图在下文中仅以说明的方式提供，因此对本申请不是限制性的，其中：
图1和图2示出了根据本申请的实施方案的光学装置；
图3是示出了可用于本申请的光学装置的反射表面的结构的视图；
图4是示出了根据本申请的另一实施方案的光学装置的示图；
图5是示出了记录全息图像的一般原理的视图。
应当理解，附图并不一定是按照比例的，其呈现了对说明本申请的基本原理的各种优选特征所进行的略微简化的表示。本文所公开的本申请的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，相同的附图标记表示本申请的相同的或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参考本申请的各个实施方案，这些实施方案的示例示出于附图中并在下文进行描述。虽然将结合示例性实施方案来描述本申请，但是应当理解，本说明书并非要将本申请限制于那些示例性实施方案。相反，本申请旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本申请的精神和范围之内的各种替换形式、修改形式、等效形式和其它实施方案。
在下文中，将对本申请进行描述以使本领域技术人员能够容易地实施本申请。
根据本申请的光学装置具有这样的光学结构，其利用单一光源产生全息图像，并利用附加的直射光获得背光。
参考图1和图2，根据本申请的实施方案的光学装置使用薄膜式的全息图记录元件10和光源20，预定的全息图像记录在所述全息图记录元件10上，而所述光源20用于再现全息图记录元件10的全息图像。
全息图记录元件10具有光传输性质，其中，当全息图记录元件接收具有在一定范围内的入射角的参考光束时，所述全息图记录元件向前传输参考光束，并且在全息图记录元件10的前方再现全息图像，所述范围可以与当全息图像记录时所使用的范围相同。
光源20可以是包括一个光源元件22的单光源，该光源20设置在全息图记录元件10的下方和后方，并且以一个LED单独地安装在电路板24上的形式配置。
光源20可以配置为向预定位置以预定方向照射光，使得从光源20照射的光能够经由第一反射表面30以预定入射角度进入全息图记录元件10。
第一反射表面30和第二反射表面40可以用于形成参考光束和背光，所述参考光束和背光从一个光源20照射至和进入至全息图记录元件10。
第一反射表面30可以设置为通过使来自光源20的光(参考光束)以预定角度进入全息图记录元件10而将全息图像投射至全息图记录元件10的前方，第一反射表面30可以在全息图记录元件10的上方和后方设置在预定距离处。例如，第一反射表面30可以设置为垂直于(或成一定角度于)全息图记录元件10。在一个实施方案中，板状光反射器可以用于第一反射表面30。
如上所述，为了再现全息图像，来自光源20的光可能需要以在预定范围内的入射角进入全息图记录元件10，所述范围与当全息图像记录在全息图记录元件10上时所使用的范围相同。
为此，第一反射表面30配置为使来自光源20的光以在预定范围内的入射角进入全息图记录元件10，所述范围与当全息图像记录在全息图记录元件10上时进入到全息图记录元件10上的参考光束的入射角相同。
因此，从第一反射表面30反射并且进入全息图记录元件10的参考光束具有在预定范围内的入射角，所述范围与当全息图像记录时照射至全息图记录元件10上的参考光束的范围相同。来自光源20的光从第一反射表面30反射并以在预定范围内的入射角进入全息图记录元件10，所述入射角与默认入射角(与当全息图像记录在全息图记录元件10上时所使用的入射角相同的入射角)相同，因此记录在全息图记录元件10上的全息图像能够得以再现。
具体而言，当第一反射表面30将来自光源20的光反射并且使光进入全息图记录元件10时，第一反射表面使来自光源的光以在这样的范围内的入射角度进入全息图记录元件10的后侧，所述范围与曾经照射以在全息图记录元件10上记录全息图像的参考光束的入射角的范围相同。
特别地，可以使用具有30～60°的入射角的参考光束以在全息图记录元件10上记录全息图像，而类似地，也可以使用具有30～60°的入射角的参考光束以再现全息图记录元件10的全息图像。
优选地，从第一反射表面30反射并且进入全息图记录元件10的参考光束可以与当全息图像记录时照射至全息图记录元件10的参考光束具有相同的入射角。
第二反射表面40设置为通过将来自光源20的光反射至全息图记录元件10而提供背光，所述第二反射表面可以设置在全息图记录元件10的后方，其一端设置在第一反射表面30的后端而另一端设置在光源20后方。第二反射表面40可以配置为使来自光源20的光以与经由第一反射表面30照射至全息图记录元件10的参考光束的入射角不同的入射角进入全息图记录元件10，从而光不会与再现的全息图像干涉。
例如，第二反射表面40可以是具有预定曲率的弧形形状光反射器，并且可以整体地形成在第一反射表面30的后端。
此外，如图3所示，第二反射表面40可以依据背光区域而分为多个反射部分42、44和46，其中，反射部分42、44和46中的每个可以依据背光区域而具有预定形状。例如，在第二反射表面40的反射部分中，第一反射部分42可以配置为将光反射至0U至15D区域，而第二反射部分44和第三反射部分46可以配置为将光反射至0U至15U区域。
此外，为了增加背光效率，可以在全息图记录元件10的下方和后方设置用于将来自光源20的光反射至第二反射表面40的附加反射表面50。
附加反射表面50可以设置在光源20的前方以增加从光源20照射的光的效率，并且可以配置为使从光源20进入的光经由第二反射表面40进入全息图记录元件10。进入至全息图记录元件10的光可以具有与经由第一反射表面30进入全息图记录元件10以便再现全息图像的参考光束的入射角不同的入射角。
附加反射表面50可以设置在第二反射表面40的前下侧和全息图记录元件10的后下侧之间且在光源20的前方，并在第一反射表面30的下方。
光源20可以在第二反射表面40的前下侧和全息图记录元件10的后下侧之间设置在附加反射表面50的后方。
附加反射表面50可以是垂直于(成一定角度于)第一反射表面30的板状光反射器，并且附加反射表面50的倾斜角度可以在必要时进行改变。
图4示出了根据本申请的另一实施方案的光学装置。
参考图4，类似于之前的实施方案的光学装置，第一反射表面30可以成直角地(或者成一定角度地)设置在预定全息图像记录所在的全息图记录元件10的后上侧。第二反射表面60可以在全息图记录元件10的后方设置为距离第一反射表面30预定距离。
第二反射表面60可以由分别在中部的基部62的上方的上反射部64和在中部的基部62的下方的下反射部66构成。上反射部64可以设置在上内透镜72的后方，所述上内透镜在全息图记录元件10的外部上方，而下反射部66可以设置在下内透镜74的后方，所述下内透镜在全息图记录元件10的外部下方。
上内透镜72和下内透镜74可以是围绕全息图记录元件10的单内透镜的一部分。
第二反射表面60的上反射部64和下反射部66可以形成为将来自光源20的光分别反射至上内透镜72和下内透镜74。例如，它们可以是具有预定曲率的弧形光反射器或者是对于预定部分具有不同曲率的曲线光反射器。
内透镜72和74可以通过将经由第二反射表面60反射并且进入到内透镜72和74的光源20的光传输并向前发射而形成背光。
由于内透镜72和74设置在第二反射表面60的前方且在全息图记录元件10的外部，所以内透镜72和74满足根据相关规定和外观的背光要求。
光学装置通过使用第一反射表面30在来自一个光源20的光照射至一个或多个方向的情况下再现全息图像，并且通过使用第二反射表面40或60而将照射至其他方向的光反射来满足根据相关规定的背光要求。
在光源20的光(参考光束)从第一反射表面30反射、进入全息图记录元件10、传输通过全息图记录元件10并且利用通过第二反射表面40或60反射的光源20的光而形成背光的情况下，光学装置将全息图像再现至全息图记录元件10的前方。因此，根据相关规定的背光要求得到满足。
光学装置可用于汽车后灯，并且装配有光学装置的灯不仅能够满足根据相关规定的背光要求，并且能够实现3D发光图像，这不同于其他已知的灯。
考虑到汽车车灯的特征，本申请使用透射全息图类型，其中借助将光从全息图记录元件10的后方照射，通过全息图记录元件10投射的图像能够从全息图记录元件10的前方看到。
现在参考图5对记录和再现全息图像的一般原理进行描述。
在现有技术中已知，全息图像是通过将来自激光(光源)的参考光和来自物体的物光以干涉条纹记录在全息图记录元件上而获得的。为了再现这种全息图像，需要将具有与在记录图像时所使用的入射角的范围相同的预定范围内的入射角的参考光(参考光束)照射至全息图记录元件。
参考图5，当全息图像记录在全息图记录元件6上时，激光束通过半反射镜(halfmirror)1分为主光束和参考光束，其中，主光束在穿过透镜2后从镜子3反射并且照射至物体。参考光束从镜子4反射并且通过透镜5以预定入射角α进入全息图记录元件6。在此时，通过从物体7散射的主光束(物光)与参考光束形成的干涉条纹记录在全息图记录元件6上。
此外，当全息图像从全息图记录元件6再现时，通过简单地将参考光束以在预定范围内的入射角α照射至全息图记录元件6，3D图像在全息图记录元件6的前方的空间中得到再现，所述范围与用于记录全息图像的参考光束的范围相同。
本申请已经参考其优选实施方案而进行具体描述。然而，本领域技术人员应当理解，可以在这些实施方案中做出改变而不偏离本申请的原理和精神，本申请的原理和精神的范围在所附权利要求及其等价形式中限定。

Claims (11)

1.一种用于再现三维发光图像的光学装置，包括：
全息图记录元件，全息图像记录在其上；
光源，其用于再现全息图像；
第一反射表面，其通过以预定角度将来自光源的光反射至所述全息图记录元件的后侧而将全息图像投射在所述全息图记录元件的前方；
第二反射表面，其用于通过将来自光源的光反射进入所述全息图记录元件的后侧而产生背光；
其中，所述第一反射表面相对于全息图记录元件布置为使得预定角度为第一入射角，所述第一入射角的范围与辐射到全息图记录元件上以记录全息图像的参考光束的入射角度范围相同；
所述第二反射表面相对于全息图记录元件布置为通过第二反射表面反射的来自光源的光以与通过第一反射表面反射的来自光源的光的第一入射角不同的第二入射角进入全息图记录元件。
2.根据权利要求1所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，当所述第一反射表面将来自光源的光反射并且使来自光源的光进入所述全息图记录元件时，所述第一反射表面使来自光源的光通过所述第一反射表面反射从而以这样的入射角进入所述全息图记录元件的后侧，所述入射角与当全息图像记录在所述全息图记录元件上时照射的参考光束的入射角相同。
3.根据权利要求1所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述第二反射表面是曲线光反射器，并且设置在所述全息图记录元件的后方，其中所述第二反射表面包括设置在所述第一反射表面的后端的一个端部和设置在光源的后方的第二个端部。
4.根据权利要求1所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述第二反射表面是曲线光反射器，并且设置在所述全息图记录元件的后方，其中所述第二反射表面包括设置在所述第一反射表面的后端的一个端部和设置在光源的后方的第二个端部。
5.根据权利要求1所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其进一步包括附加反射表面，所述附加反射表面用于将光源的光反射至所述第二反射表面。
6.根据权利要求5所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述附加反射表面是板状光反射器，并且在所述全息图记录元件的下后侧和所述第一反射表面的下侧处设置在光源的前方。
7.根据权利要求5所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述附加反射表面配置为使来自光源的光通过所述附加反射表面反射以经由所述第二反射表面进入所述全息图记录元件的后侧，其中，通过所述附加反射表面反射而进入所述全息图记录元件的后侧的来自光源的光与通过所述第一反射表面反射进入所述全息图记录元件的后侧的来自光源的光具有不同的入射角。
8.根据权利要求6所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述附加反射表面配置为使来自光源的光通过所述附加反射表面反射以经由所述第二反射表面进入所述全息图记录元件的后侧，其中，通过所述附加反射表面反射而进入所述全息图记录元件的后侧的来自光源的光与通过所述第一反射表面反射进入所述全息图记录元件的后侧的来自光源的光具有不同的入射角。
9.根据权利要求1所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述光源是由一个光源元件构成的单光源。
10.根据权利要求1所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述第二反射表面由分别设置于在中部的基部之上的上反射部和设置于在中部的基部之下的下反射部构成，
其中，所述上反射部设置在上内透镜的后方，所述上内透镜在所述全息图记录元件的外部上方，而所述下反射部设置在下内透镜的后方，所述下内透镜在所述全息图记录元件的外部下方。
11.根据权利要求10所述的用于再现三维发光图像的光学装置，其中，所述上内透镜通过传输经由所述上反射部反射并且穿过所述上内透镜的来自光源的光而产生背光，而所述下内透镜通过传输经由所述下反射部反射并且穿过所述下内透镜的来自光源的光而产生背光。
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