DE102022210090A1

DE102022210090A1 - Optischer strahlformer und maskenloser zeichenprojektor

Info

Publication number: DE102022210090A1
Application number: DE102022210090.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Schreiber; Rohan Kundu; Dirk MICHAELIS
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2024062044A1

Abstract

Ein optischer Strahlformer zur Erzeugung eines ausfallenden Lichtstrahlbündels aus einem einfallenden Lichtstrahlbündel umfasst ein Kondensorlinsenarray zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels, wobei das Kondensorlinsenarray eine Mehrzahl von Kondensorlinsen umfasst. Der optische Strahlformer umfasst ein parallel zu dem Kondensorlinsenarray angeordnetes Projektionslinsenarray zum Ausstrahlen des einfallenden Lichtstrahlbündels, wobei das Projektionslinsenarray eine Mehrzahl von Projektionslinsen aufweist. Das Kondensorlinsenarray weist zumindest ein Cluster von Kondensorlinsen auf, von denen jede Kondensorlinse des Clusters eine an einen Teilbereich eines mit dem optischen Strahlformer projizierten Gesamtmusters angepasste Apertur aufweist, um für das Projektionslinsenarray einen Teil des einfallenden Lichtstrahlbündels bereitzustellen, der dem Teilbereich des Gesamtmusters zugeordnet ist. Eine Kombination der Aperturen der Kondensorlinsen ist an das Gesamtmuster angepasst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Strahlformer zur Erzeugung eines ausfallenden Lichtstrahlbündels aus einem einfallenden Lichtstrahlbündel, auf einen Projektor mit einem solchen optischen Strahlformer sowie auf Verfahren zum Bereitstellen eines optischen Strahlformers und zum Auslegen eines Kondensorlinsenarrays. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen maskenlosen Zeichenprojektor.
Zeichenprojektoren werden zur Informationsübermittlung, z. B. für Wegemarkierungen (sogenannte Exit Signs, Besucherführung oder dergleichen), Car2X-Kommunikation im automotiven Bereich, für Werbezwecke oder in den Nutzerinterfaces, etwa von Haushaltselektronik, genutzt. Für diese Anwendungen häufig eingesetzte Goboprojektoren arbeiten nach dem Prinzip des klassischen Diaprojektors, typischerweise mit LED-Beleuchtung mit einem binären Dia (Gobo) oder einem Goborevolver zur Projektion mehrerer Bilder.
Grundsätzlich wird die Systemtransmission durch den Flächenanteil der Öffnungen des verwendeten Gobos limitiert. Die geforderte Illuminanz des projizierten Bildes bestimmt zusammen mit der Luminanz der Lichtquelle die laterale Mindestausdehnung des Projektors. Diese Zusammenhänge werden durch die Etendue von Lichtquelle und Projektionsoptik vermittelt [1]. Die Baulänge des Projekts wiederum wird wesentlich von der Brennweite der Projektionsoptik (einige 10 bis über 100 mm) bestimmt. Der Steigerung der Systemtransmission und der Miniaturisierung klassischer Projektoren sind durch diese Gesetzmäßigkeiten enge Grenzen gesetzt.
Ein alternativer Ansatz unter Verwendung von mikrooptischen Projektorarrays mit Köhlerbeleuchtung (Arrayprojektor) ermöglicht eine starke Reduktion der Baulänge durch Nutzung von Tandem-Mikrolinsenarrays (MLA) geringer Brennweite mit vergrabenen, binären Mikrodiaarrays [2]. Grundsätzlich entspricht dieses Optikschema einem Wabenkondensor mit einem nahe den Eingangslinsen vergrabenen Blenden- bzw. Dia-Array. Mit dieser Projektorarchitektur sind einerseits raumsparende Aufbauten und andererseits durch die große Tiefenschärfe der Arrayprojektorkanäle auch die Projektion auf geneigte und gekrümmte Schirmflächen möglich [3]. Die Transmission des Arrayprojektors wird aber, wie die des klassischen Diaprojektors, primär vom Flächenfüllfaktor des binären Mikrodiaarrays limitiert. Als schwierig erweist sich die Herstellung der MLA zusammen mit den vergrabenen Diaarrays: Hierfür ist die sequenzielle Replikation der Dias und beider MLAs mit einer sehr präzisen Zentrierung im Mikrometerbereich erforderlich. Die kostenaufwendige Replikation erfordert modifizierte Maskaligner [4].
Zeichenprojektoren geringer Baugröße mit hoher Transmission können mit laserbeleuchteten computergenerierten Hologrammen (CGH) realisiert werden. Diese CGH sind zwar preiswert z. B. durch Heißprägen in Plastik replizierbar, aber Störlicht (beispielsweise von parasitären Beugungsordnungen des CGH), Speckle und nur eingeschränkt verfügbare Wellenlängen von Laserdioden, insbesondere kein Weißlicht, beschränken die Attraktivität dieses Ansatzes [5].
Wünschenswert wäre demnach eine Möglichkeit, Projektoren zur Darstellung von Zeichen mit hohem Einsatzspektrum bereitzustellen, die präzise und kostengünstig herstellbar sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen optischen Strahlformer sowie einen zugehörigen Projektor und Verfahren zum Bereitstellen eines optischen Strahlformers sowie ein Verfahren zum Auslegen eines Kondensorlinsenarrays zu schaffen, das eine Projektion von Mustern mit hohem Einsatzspektrum ermöglicht, gleichzeitig präzise herstellbar ist und kostengünstig ausführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch Verwendung von irregulär berandeten Mikrolinsen in Mikrolinsenarrays, deren Apertur an das von der jeweiligen Mikrolinse darzustellende Muster angepasst ist, auch eine Strahlformung erfolgen kann, aber anders als bei vergrabenen Dias dies auf eine verringerte Transmission verzichten kann, weswegen die Ausgangslichtleistung vergleichbar hoch ist und auf eine Positionierung der entsprechenden Mikrodias verzichtet werden kann. Dadurch entsteht einerseits ein hohes Einsatzspektrum, da derartige Mikrolinsen mit beliebigen Wellenlängen bestrahlt werden können als auch die Möglichkeit zur präzisen und einfachen und insbesondere kostengünstigen Replikation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein optischer Strahlformer zur Erzeugung eines ausfallenden Lichtstrahlbündels aus einem einfallenden Lichtstrahlbündel ein Kondensorlinsenarray zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels, wobei das Kondensorlinsenarray eine Mehrzahl von Kondensorlinsen umfasst; und ein parallel zu dem Kondensorlinsenarray angeordnetes Projektionslinsenarray zum Ausstrahlen des ausfallenden Lichtstrahlbündels, wobei das Projektionslinsenarray eine Mehrzahl von Projektionslinsen aufweist. Das Kondensorlinsenarray weist zumindest ein Cluster von Kondensorlinsen auf, von denen jede Kondensorlinse des Clusters eine an einen Teilbereich eines mit dem optischen Strahlformer projizierten Gesamtmusters angepasste Apertur aufweist, um für das Projektionslinsenarray einen Teil des einfallenden Lichtbündels bereitzustellen, der dem Teilbereich des Gesamtmusters zugeordnet ist; wobei eine Kombination der Aperturen der Kondensorlinsen an das Gesamtmuster angepasst ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines optischen Strahlformers zur Erzeugung eines ausfallenden Lichtstrahlbündels aus einem einfallenden Lichtstrahlbündel, folgende Schritte: Bereitstellen eines Kondensorlinsenarray zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels, so dass das Kondensorlinsenarray eine Mehrzahl von Kondensorlinsen umfasst; und Anordnen eines zum Ausstrahlen des ausfallenden Lichtstrahlbündels eingerichteten Projektionslinsenarrays parallel zu dem Kondensorlinsenarray, so dass das Projektionslinsenarray eine Mehrzahl von Projektionslinsen aufweist, so dass das Kondensorlinsenarray zumindest ein Cluster von Kondensorlinsen aufweist, von denen jede Kondensorlinse des Clusters eine an einen Teilbereich eines mit dem optischen Strahlformer projizierten Gesamtmusters angepasste Apertur aufweist, um für das Projektionslinsenarray einen Teil des einfallenden Lichtbündels bereitzustellen, der dem Teilbereich des Gesamtmusters zugeordnet ist; so dass eine Kombination der Aperturen der Kondensorlinsen an das Gesamtmuster angepasst ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Auslegen eines Kondensorlinsenarrays mit einer Mehrzahl von Kondensorlinsen für einen optischen Strahlformer ein Zerlegen eines Gesamtbereichs eines zu projizierenden Gesamtmusters in eine Mehrzahl von Teilbereichen; ein Anpassen einer jeweiligen Apertur einer Kondensorlinse des Kondensorlinsenarrays an einen der Mehrzahl von Teilbereiche; um jeden der Mehrzahl von Teilbereiche mit zumindest einer angepassten Kondensorlinse zu projizieren; und ein Positionieren der Mehrzahl von Kondensorlinsen in dem Kondensorlinsenarray.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind der Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1a eine schematische Seitenschnittansicht eines optischen Strahlformers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
1b eine schematische Draufsicht auf eine beispielhafte Ausgestaltung eines Musters im Zusammenhang mit hierin erörterten Ausführungsbeispielen;
1c eine schematische Draufsicht auf das Muster aus 1b, das zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen in eine Anzahl von beispielhaft drei Teilbereiche unterteilt ist;
1d eine schematische Draufsicht auf ein Cluster von Kondensorlinsen mit an den jeweiligen Teilbereich aus 1b angepassten Aperturen, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein gegenüber 1d modifiziertes Cluster in einer schematischen Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Muster gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielhaft durch den Buchstaben A repräsentiert ist;
4a-b zwei unterschiedliche Clustervarianten für die Anordnung der sechs Segmente des Musters aus 3 gemäß Ausführungsbeispielen;
5a eine schematische Draufsicht auf das aus 2 mit einer zusätzlichen Darstellung von Schnittlinien H-H und V-V gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5b-c schematische Seitenschnittansichten des Strahlformers aus 5a in den Schnittlinien;
6 eine Gegenüberstellung des Verhaltens von Linsen mit großer und kleiner numerischer Apertur zur Erläuterung hierin beschriebener Ausführungsbeispiele;
7 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielsweise zum Bereitstellen eines optischen Strahlformers in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann;
8 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielsweise zum Auslegen eines hierin beschriebenen Kondensorlinsenarrays verwendet werden kann; und
9 ein schematisches Blockschaltbild eines Projektors gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer Detaildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.
1a zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines optischen Strahlformers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der optische Strahlformer 10 ist ausgebildet, um ein ausfallendes Lichtstrahlenbündel 12 aus einem einfallenden Lichtstrahlenbündel 14 zu erzeugen. Der optische Strahlformer 10 umfasst ein Kondensorlinsenarray 16 zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels 14. Das Kondensorlinsenarray 16 umfasst eine Mehrzahl von zumindest zwei, zumindest drei, bevorzugt zumindest vier, zumindest zehn, besonders bevorzugt hundert oder einige hundert oder gar noch mehr Kondensorlinsen 18₁-18₄. Parallel zu dem Kondensorlinsenarray 16 ist ein Projektionslinsenarray 22 angeordnet, das zum Ausstrahlen des ausfallenden Lichtstrahlenbündels 12 eingerichtet ist. Das Projektionslinsenarray 22 umfasst eine Mehrzahl von Kondensorlinsen 24₁-24₄.
Substrate 26₁ und 26₂ der Arrays 16 und 22 können dabei getrennt voneinander gebildet sein, können aber auch einstückig gebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann jeweils eine Kondensorlinse 18_i mit einer Projektionslinse 24_j einen Arraykanal bilden. In einer derartigen Ausführungsform kann eine Anzahl von Projektionslinsen 24 des Projektionsarrays 22 gleich einer Anzahl Kondensorlinsen 18 des Kondensorlinsenarrays 16 sein. Allerdings sind Ausführungsbeispiele nicht hierauf beschränkt, so dass eine Anzahl der Projektionslinsen 24 auch von einer Anzahl von Kondensorlinsen 18 abweichen kann.
Das Kondensorlinsenarray 16 weist zumindest ein Cluster von Kondensorlinsen 18 auf, von denen jede Kondensorlinse eine an einen Teilbereich eines mit dem optischen Strahlformer 10 projizierten Gesamtmusters 28 angepasste Apertur aufweist, um für das Projektionslinsenarray 22 einen Teil des einfallenden Lichtbündels 14 bereitzustellen, der dem Teilbereich des Gesamtmusters zugeordnet ist. Die Kombination der Aperturen der Kondensorlinsen ist dabei an das Gesamtmuster 28 angepasst.
1b zeigt eine schematische Draufsicht auf eine beispielhafte Ausgestaltung des Musters 28, das beispielhaft und in keinerlei Weise einschränkend die Form eines Ausrufungszeichens „Ausrufezeichen“ aufweist.
1c zeigt eine schematische Draufsicht auf das Muster 28 aus 1b, das in eine Anzahl von beispielhaft drei Teilbereiche 32₁, 32₂ und 32₃ unterteilt ist. Auslegungsregeln zum Unterteilen des Musters 28 in die Teilbereiche 32₁-32₃ werden nachfolgend erörtert. Die Form oder Geometrie der Teilbereiche 32₁-32₃ kann aber eine Grundlage für die Aperturen der Kondensorlinsen des Kondensorlinsenarrays 16 bilden, wobei für die Projektion des Musters 28 eine Verwendung von drei Kondensorlinsen bereits ausreichend sein kann.
1d zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Cluster 34 von Kondensorlinsen 18₁, 18₂ und 18₃, wobei das Cluster 34 zumindest einen Teil des Kondensorlinsenarrays 16 bilden kann. Zur einfachen Zuordnung zur Gesamtgraphik der 1c ist das Cluster seitenverkehrt und auf dem Kopf stehend dargestellt.
Aperturen 36₁, 36₂ und 36₃ der Kondensorlinsen 18₁, 18₂ bzw. 18₃ können eine an einen jeweiligen Teilbereich 32₁, 32₂ bzw. 32₃ angepasste Form aufweisen. Die Aperturen oder Berandungen 36₁, 36₂ und/oder 36₃ können hierzu beispielsweise geometrisch ähnlich gebildet sein wie die äußeren Begrenzungen der jeweiligen Teilbereiche 32₁, 32₂ und 32₃. Die Gesamtmenge an Aperturen 36₁, 36₂ und 36₃ kann dabei an das Gesamtmuster 28 angepasst sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Kondensorlinse des Clusters so ausgestaltet, dass diese eine Aperturfläche aufweist, die von den Aperturen 36₁, 36₂ und/oder 36₃ beeinflusst oder bestimmt ist. Die Aperturfläche kann, wie es in 1d dargestellt ist, vermittels eines zumindest teilweise die Aperturfläche umgebenden Zwischenbereichs zu einer Kanalfläche aufgefüllt sein. Die Kanalfläche kann beispielsweise rechteckig, parallelogrammförmig, hexagonal oder andersartig gestaltet sein und beispielsweise von einer Ausgestaltung oder Apertur einer gegenüberliegenden Projektionslinse zumindest teilweise beeinflusst sein. Die Vielzahl der Kanalflächen in dem Cluster kann flächenfüllend angeordnet sein, wie es beispielsweise in der 2 gezeigt ist.
Zur verbesserten Darstellung des Gesamtmusters können in dem Kondensorlinsenarray 16 und/oder dem Cluster 34 hiervon lichtstreuende Bereiche 38_1, 38₂ und/oder 38₃ vorgesehen sein, die es ermöglichen, beim Aneinanderfügen mehrerer Kondensorlinsen aneinander in dem Kondensorlinsenarray 16 Zwischenbereiche aufzufüllen, welche später im projizierten Muster dann ausgeblendet sind. Ein derartiges Auffüllen bzw. eine Geometrie der lichtstreuenden Bereiche 38₁-38₃ kann dabei so ausgeführt sein, dass eine Aneinanderfügung der entsprechenden Umrisse problemlos ermöglicht ist. Vermittles der Bereiche 38₁-38₃ kann ein Auffüllen zwischen den Aperturen und der Kanalfläche der Lenslets 42₁-42₃ erfolgen.
In anderen Worten kann eine Zeichenzerlegung und eine flächenfüllende Anordnung in Segmenten und Clustern erfolgen. Zur Projektion kann das darzustellende Zeichen oder Muster zunächst in Teilgraphiken zerlegt werden, wie es in der 1c erläutert ist. Diese Zerlegung kann dergestalt ausgeführt werden, dass eine möglichst gute Flächenfüllung der Kanäle des Segments erlaubt wird. In den 1b und 1c wird eine Zerlegung eines Ausrufungszeichens in zwei Trapeze 32₁, 32₂ sowie einen Kreis 32₃ gezeigt, die bevorzugt eine vergleichbare Größe aufweisen.
Um eine möglichst gut flächenfüllende Anordnung der Kondensoraperturen zu ermöglichen, können die Teilgraphiken in rechteckige bzw. quadratische Kondensorlenslets eingepasst werden, wie es in 1d dargestellt ist. Das bedeutet, es kann eine Auffüllung von Aperturen erfolgen. Alternativ zu einer rechteckigen Ausgestaltung kann auch eine andere Geometrie gewählt werden, die eine gute Parkettierung oder flächenfüllende Anordnung ermöglicht. Hierzu gehören beispielsweise Dreiecke oder Hexagone. Die Differenzmengen zwischen Graphikteil und Apertur der Lenslets können als streuende Bereiche 38₁-38₃ ausgebildet werden.
Der Vorteil des Auffüllens wird anhand der Konfiguration der 2 verdeutlicht, die ein modifiziertes Cluster 34' in einer schematischen Draufsicht zeigt. Das Cluster 34' weist beispielhaft drei Segmente 44₁, 44₂ und 44₃ auf, wobei jedes Segment eine Anzahl benachbarter, identisch gebildeter Kanäle bzw. Linsen mit gleicher, insbesondere kongruenter Kondensorlinsenberandung, Apertur, aufweist und auf denselben Bereich einer Projektionsfläche abgebildet wird, was durch eine entsprechende Direktion vermittels des Projektionslinsenarrays eingestellt werden kann. Die optionalen streuenden Bereiche können bezüglich der jeweiligen Berandung identisch ausgebildet sein, wobei dies nicht notwendig implementiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausbildung der streuenden Bereiche von Kanal zu Kanal und/oder von Cluster zu Cluster unterschiedlich sein. Das bedeutet, mehrere Cluster können Teil eines optischen Strahlformers sein.
Jedes Segment 44₁, 44₂ und 44₃ weist beispielhaft eine Anzahl von sechs gleichen Lenslets 42_1,1-42_1,6-42_3,1-42_3,6 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl identischer Lenslets je Segment 44₁-44₃ nicht notwendigerweise gleich ist, sondern auch verschieden sein kann. Daraus ergibt sich auch, dass die Anzahl von sechs identischen Lenslets je Segment 44₁-44₄ lediglich beispielhaft gewählt ist und, wie beispielweise in 1d dargestellt, eins oder einen höheren Wert betragen kann, der beliebig sein kann und beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder mehr betragen kann.
Die lichtstreuenden Bereiche 38 ermöglichen eine flächenfüllende Anordnung der jeweiligen Lenslets in dem Cluster 34' und mithin in dem Kondensorlinsenarray. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein optischer Strahlformer bereitgestellt, bei dem ein Füllfaktor der Kondensorlinsen 18 in dem Cluster 34, 34' und/oder in dem Kondensorlinsenarray 18 zumindest 70 %, bevorzugt zumindest 75 % und insbesondere bevorzugt zumindest 80 % beträgt. Korrespondierend kann ein Flächenanteil an Zwischenbereichen, die möglicherweise als lichtstreuende Bereiche ausgeführt sind, höchstens 30 %, höchstens 25 % oder höchstens 20 % betragen.
Ausführungsbeispiele sehen vor, dass die Zwischenbereiche des Kondensorlinsenarrays und/oder des Clusters innerhalb eines Toleranzbereichs gleich verteilt oder symmetrisch in einem oder mehreren Segmenten des Clusters 34' in dem Cluster 34, 34' und/oder in einer Gruppe mehrerer Cluster verteilt angeordnet sind. Die Zwischenbereiche können die optische Transmission stören und/oder eine lokale Helligkeit verringern, insbesondere bei der Ausgestaltung als lichtstreuende Bereiche. Derartige Einflüsse können durch die symmetrische Verteilung oder die Gleichverteilung für den optischen Betrachter von geringem Ausmaß gehalten werden.
In anderen Worten können durch die flächenfüllende Parkettierung von beispielhaft jeweils sechs rechteckigen bzw. quadratischen Kondensoraperturen oder Lenslets 42 in je einem rechteckigen Segment 44₁-44₃ eine flächenfüllende Anordnung der Kondensoraperturen in drei Segmenten erhalten werden, die gemeinsam wiederum einen rechteckigen Cluster 34' formen können. Die Ausgestaltung des Clusters 34' als Rechteck ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Parkettierung mehrerer Cluster, wobei die rechteckige Ausgestaltung nicht zwingend erforderlich ist. Die 2 zeigt insofern eine parkettierbare Clustervariante zur Anordnung der Teile von sechs Ausrufungszeichen in drei Segmenten.
Dieses rechteckige Cluster wiederum ist flächenfüllend parkettierbar, um die gewünschte Gesamtausdehnung des Wabenkondensors zu erreichen. Es existieren weitere Möglichkeiten der Ausbildung der Segmente und deren Zusammenführung als Cluster. Beispielsweise könnte die Kreisfläche des Teilbereichs 32 aus 1c vorteilhaft und mit höherer Flächenfüllung in regelmäßig sechseckig berandete Kondensorlenslets eingeschrieben werden. Diese könnten als hexagonales Array dicht parkettierbar angeordnet werden. Bei der Gestaltung des Clusters 34, 34' kann dann adressiert werden, dass ein Anschluss eines nicht geradlinig berandeten Segments an die rechteckigen Segmente des Arrays der Graphikteile 32₁ und 32₃ aus 1c zu erfolgen hat. Vorteilhaft können die Segmente 44₁ und 44₂ größer ausgelegt werden, das bedeutet, mit einer höheren Anzahl von Teilgraphiken, wodurch anteilig kleinere streuende Anschlussflächen zwischen den Segmenten benötigt werden.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Muster 28', das beispielhaft durch den Buchstaben A repräsentiert ist, so dass die 3 eine weitere Segmentzerlegung für den Buchstaben „A“ beispielhaft erläutert. Während die Zerlegung des Ausrufungszeichens der 1b zu nicht vollständig flächenfüllenden trapez- bzw. kreisförmigen Teilen führte, kann dies bei dem beispielhaften Buchstaben A problemlos ausgeführt werden, so dass die Segmente 32'₁-32'₄ beispielweise als Parallelogramme ausgeführt sein können, die besonders vorteilhaft flächenfüllend angeordnet werden können, insbesondere parkettiert. Als parkettierte Anordnung kann verstanden werden, zwei benachbarte Segmente und insbesondere eine höhere Anzahl von Segmenten in einem Volumen ohne Zwischenbereiche anzuordnen oder mit höchstens vernachlässigbaren Zwischenbereichen. Eine Form und Größe der Teilbereiche 32'₁ und 32'₂ einerseits als auch 32'₃ und 32'₄ andererseits können jeweils identisch sein. Hier können Symmetrien in dem zu zerlegenden Muster ausgenutzt werden. Hinzu kommen noch zwei Trapeze 32'₅ und 32'₆, die ggf. nicht oder schwer parkettierbar angeordnet werden können.
In anderen Worten zeigt 3 die Zerlegung eines Buchstabens „A“ in Parallelogramme und Trapeze. Auch hier handelt es sich um eine lediglich beispielhafte Heranziehung des Buchstabens „A“ als zu zerlegendes und zu projizierendes Muster.
Anhand der 4a und 4b sind zwei unterschiedliche Clustervarianten für die Anordnung der sechs Segmente 32'₁-32'₆ des Musters 28' aus 3 dargestellt. Beispielhaft illustriert ist eine viermalige Anordnung von Kondensorlenslets bzw. Kondensorlinsen 18_i,j, wobei im Zusammenhang mit den 4a und 4b der Parameter i entsprechend der Durchnummerierung der Teilbereiche aus 3 und der Parameter j ein laufender Index innerhalb gleicher Teilbereiche bzw. identisch geformter Linsen ist, welche zu Segmenten 44₁-44₃ zusammengefasst sind. Die Cluster 44₁-44₄, die bereits aus parkettierbaren Aperturen gebildet oder aneinandergefügt sind, können ebenfalls gut aneinandergefügt werden, wie es beispielsweise in der 4a, aber auch in der 4b dargestellt ist. Sollten sich die Kondensorlinsen 18 unterschiedlicher Segmente 44₁-44₄ unterscheiden, können lichtstreuende Bereiche 38 in den Zwischenbereichen vorgesehen sein.
Für die weniger gut parkettierbaren Kondensorlinsen der Segmente 44₅ und 44₆ können Zwischenbereiche 38_5,j und 38_6,j vorgesehen sein, um auf jeweils eine parkettierbare Grundfläche aufzufüllen. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die jeweiligen Segmente Kondensorlinsen 18 umfassen, die gleichsinnig bzw. in gleicher Orientierung und lediglich verschoben zueinander angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können sämtliche Kondensorlinsen in einer Orientierung angeordnet sein, die dem zu projizierenden Muster entspricht.
Wie es in 4a dargestellt ist, kann ein Cluster in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen ein oder mehrere Segmente mit jeweils einer Mehrzahl von Kondensorlinsen aufweisen, deren jeweilige Apertur an denselben Teilbereich des Gesamtmusters angepasst ist. Unterschiedliche Segmente können eine gleiche oder voneinander verschiedene Anzahl von Kanälen aufweisen, was eine Homogenisierung und/oder individuelle Anpassung von Teilbereichen bezüglich einer Helligkeit ermöglicht.
Das Cluster kann eine Vielzahl von Kondensorlinsen aufweisen, und jeder Teilbereich des Gesamtmusters kann mehrfach durch das Cluster projiziert werden, was bei der Verwendung hierin beschriebener Segmente möglich ist, aber auch anderweitig erreicht werden kann, etwa bei einer verteilten Anordnung der auf den gleichen Teilbereich gerichteten Kondensorlinsen. In beiden Fällen können die Kondensorlinsen des Clusters parkettiert in dem Kondensorlinsenarray angeordnet sein, wobei eine Parkettierung zumindest in einem Teilbereich erfolgt, wie es beispielsweise für die Segmente 44₁-44₄ dargestellt ist, aber auch für die daran lückenlos angeordneten Segmente 44₅ und 44₆, was ebenfalls zur Parkettierung beiträgt.
Die zwei oder mehr Segmente eines Clusters können, wie es in 4a dargestellt ist, benachbart zueinander angeordnet sein. Jedes der Segmente kann eine Mehrzahl von Kondensorlinsen aufweisen, die zur Projektion eines identischen Teilbereichs des Gesamtmusters ausgebildet sind. In dem Cluster 34 können benachbarte Segmente zur Projektion von voneinander verschiedenen Teilbereichen des Gesamtmusters ausgebildet sein, etwa die unterschiedlichen Bereiche der 3. Lichtstreuende Bereiche 38 zwischen Kondensorlinsen des Kondensorlinsenarrays können für eine in dem projizierten Muster gleichmäßige Streulichtverteilung angeordnet sein. Dies kann beispielsweise dergestalt erfolgen, dass die lichtstreuenden Bereiche bezogen auf ein jeweiliges Segment und/oder bezogen auf das Cluster bzw. auf das Gesamtmuster entsprechend verteilt ausgelegt werden, um die Abdunkelung durch die lichtstreuenden Bereiche als wahrnehmbaren Effekt zu berücksichtigen und als Designfreiheitsgrad zu nutzen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zur Einstellung einer Helligkeit der Teilbereiche eine unterschiedliche Anzahl von Kondensorlinsen angeordnet sein, um unterschiedliche Teilbereiche des Gesamtmusters zu projizieren. Ein derartiger Unterschied kann durch unterschiedliche Anzahlen im Cluster und/oder in Segmenten und/oder durch unterschiedliche Ausgestaltung von Clustern erfolgen. Ein Cluster oder eine Kombination von Clustern kann Helligkeiten der Teilgraphiken steuern.
Ein Unterschied zwischen dem Cluster 34' der 4b und dem Cluster 34 der 4a kann darin bestehen, dass Segmente an unterschiedlicher Position angeordnet sind und/oder möglicherweise lichtstreuende Bereiche 38_5,1-38_5,4 und/oder 38_6,1-38_6,3 an einer anderen Position in dem Cluster angeordnet sind, was zu unterschiedlichen optischen Einflüssen in dem projizierten Muster verursacht durch die lichtstreuenden Bereiche 38 führen kann. Dies liefert einen Freiheitsgrad beim Auslegen und/oder Erzeugen des Kondensorlinsenarrays bzw. des optischen Strahlformers dahingehend, dass eine Position der lichtstreuenden Bereiche variabel sein kann. Auch können beispielsweise Abmessungen 46₁ verglichen mit 46_'1 und/oder 46₂ verglichen mit 46_'2 unterschiedlich zueinander ausgestaltet werden, was weitere Freiheitsgrade im Hinblick auf die Auslegung der Cluster zur Erhöhung der Packungsdichte ermöglicht, insbesondere bei Verwendung einer höheren Anzahl von Clustern in dem Kondensorlinsenarray.
Während die Parallelogrammabschnitte 32'₁-32'₄ bzw. die korrespondierenden Aperturen im Zentrum der Cluster 34 und 34' dicht gepackt werden können, kann es hilfreich sein, die Kanäle für die Trapeze 18_5,1-18_5,4 sowie 18_6,1-18_6,4 mit Diffusoren oder anderen lichtstreuenden Bereichen teilweise auszublenden. Die gemischte Anordnung der beiden Clustervarianten in dem Zeichenprojektor kann eine gleichmäßigere Aufteilung der Störlichtanteile rechts und links von den Trapezteilen der Projektion des Buchstabens „A“ ermöglichen.
Bei den beiden anhand der 4a und 4b beschriebenen Zerlegungsbeispielen sind Beispiele gezeigt, bei denen jeweils eine Anordnung identischer Graphikteile in einem Segment 44₁-44₃ vorliegt. In besonderen Fällen kann eine geschachtelte Anordnung unterschiedlicher Teile einer Zerlegung in einem gemischten Segment sinnvoll sein. Ein Beispiel ist eine raumfüllende Anordnung gleichseitiger Dreiecksaperturen in einem gemischten Segment, wobei sich jeweils ein auf einer Seite und ein auf einer Spitze stehendes Dreieck miteinander abwechseln. Falls die Teile der darzustellenden Graphik aus gleichseitigen Dreiecken, die zueinander um 180° gedreht sind, bestehen oder diese umfassen, stellt das eine einfache Möglichkeit zur flächenfüllenden Parkettierung dar. Andere Möglichkeiten zur Parkettierung sind ebenfalls möglich und ggf. miteinander kombinierbar. So können problemlos Sechsecke und Dreiecke aneinandergefügt werden.
Sowohl das Cluster 34 als auch das Cluster 34' sind Beispiele für Ausführungsbeispiele, bei denen das Kondensorlinsenarray eine Mehrzahl von Clustern aufweist, die parkettiert angeordnet sind. Dies ist besonders vorteilhaft durch eine Ausgestaltung von Clustern möglich, die eine parkettierte Anordnung ermöglichen, ohne nennenswerte Zwischenbereiche vorhalten zu müssen.
5a zeigt für die für nachfolgende seitenrichtige und aufrechte Projektion ausgelegte Optik eine schematische Draufsicht auf das Cluster 34' aus 2 mit den Segmenten 44₁, 44₂ und 44₃ und einer zusätzlichen Darstellung von Schnittlinien H-H und V-V, die entlang eines beispielhaften zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems entlang der Richtung x sowie der hierzu senkrecht angeordneten Richtung y angeordnet sind. Anhand der Schnittlinien werden in den 5b und 5c schematische Seitenschnittansichten eines Strahlformers in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen beschrieben. Darüber hinaus zeigt die 5a noch Gegenüberstellungen von Abmessungen 48_i,x bzw. 48_i,y, womit eine Abmessung entlang der Richtung x bzw. y einer Apertur der identisch gebildeten Kondensorlinsen der Segmente 44_i bezeichnet ist. Ein Aspektverhältnis 48_i,x: 48_i,j, das ein Aspektverhältnis zwischen einer größten Ausdehnung und einer kleinsten Ausdehnung der Apertur jeder Kondensorlinse beschreiben kann, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel so eingerichtet sein, dass ein Wert von höchstens vier, höchstens drei, höchstens zwei, bevorzugt weniger und besonders bevorzugt von ca. eins aufweist, wie es beispielsweise für die kreisförmige Apertur des Segments 44₃ erhalten wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezugsrichtungen für die größte und die kleinste Ausdehnungsrichtung dabei beliebig im Raum variieren können und eher zufällig entlang der x- und y-Richtung angeordnet sind.
Ebenso vorteilhaft, wobei ein unabhängiger Design- oder Auslegungsparameter implementiert wird, ist neben dem Aspektverhältnis der jeweiligen Kondensorlinse auch der Unterschied bzw. die Gleichförmigkeit von Kondensorlinsen unterschiedlicher Arrays bzw. unterschiedlichen Teilbereichen zugeordneter Linsen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel unterscheiden sich Kondensorlinsen des Clusters bezogen auf eine größte Ausdehnung der Apertur, beispielsweise die Ausdehnung 48_1,y und 48_2,y bezogen auf 48_3,y oder 48_3,x oder alternativ 48_2,x bezogen auf eine größte Ausdehnung der Apertur um den Faktor von höchstens fünf voneinander bezogen auf das Cluster 34'. Dadurch werden zu große Abweichungen voneinander und dadurch Unterschiede im Kanalübersprechen durch unterschiedlich starke Beugung und Aberrationen der jeweiligen Kondensorlenslets im Gesamtmuster vermieden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können diese Unterschiede explizit gewünscht sein, wobei dies eine Berücksichtigung zusätzlicher Effekte der Linsen mit sich bringt, beispielsweise die Berücksichtigung von unterschiedlichen Linsenbeugungen oder dergleichen.
In anderen Worten kann für eine beispielhafte Systemauslegung zunächst der Fall der Projektion nach Unendlich diskutiert werden. Gesehen aus Richtung der Lichtquelle müssen die Teilgraphiken beispielsweise zunächst gespiegelt und um 180° rotiert angeordnet werden. Die hierin beschriebenen Ausführungen konzentrieren sich bei der Beschreibung im Weiteren auf die Darstellung des Ausrufungszeichens. Eine kanalweise Spiegelung und Rotation des Clusters ist in 5a dargestellt, gesehen aus Richtung der Lichtquelle. Für eine korrekte Projektion können die Projektionslinsen eines Segments die jeweilige Teilgraphik unter einem bestimmten Winkel abbilden. Für das Beispiel in 5a bedeutet das, dass die Segmente 18₁ und 18₃ bezogen auf die Abbildung von Segment 44₂ nach oben bzw. unten abgebildet werden. Das kann durch Ausbildung der Projektorlenslets als entsprechend dezentrierte Linsensegmente ausgeführt werden.
5b zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines optischen Strahlformers 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel, der das Cluster 34' aus 5a aufweist. Die Darstellung ist entlang der V-V-Schnittlinie der 5a dargestellt.
Das gegenüberliegend angeordnete Projektionslinsenarray 22 umfasst Projektionslinsen 24_2,1-24_2,3 und 24_3,1, die mit einer jeweiligen Kondensorlinse 18_2,1, 18_2,2, 18_2,3 bzw. 18_3,1 einen jeweiligen optischen Kanal bilden können.
Auch wenn für die Projektionslinse 24_3,1 eine abweichende Implementierung dargestellt ist, so können gemäß einem Ausführungsbeispiel Projektionslinsen des Projektionslinsenarrays 22 eine zueinander gleiche Apertur aufweisen, die beispielsweise besonders groß, besonders gleichmäßig und insbesondere ohne Überlapp gebildet sein kann.
Die Mehrzahl von Projektionslinsen 24 kann jeweils eine Apertur aufweisen, deren Geometrie von einer Geometrie des Gesamtmusters unabhängig ist, das bedeutet, anders ausgestaltet ist als die Aperturen der Kondensorlinsen 18. Alternativ oder zusätzlich kann eine Geometrie einer Apertur einer Projektionslinse 24 von einer Apertur einer gegenüberliegenden Kondensorlinse 18 verschieden sein.
Unabhängig davon kann jeder Kondensorlinse 18 eine Projektionslinse 24 zugeordnet sein. Die zugeordnete Projektionslinse kann eine individuelle Dezentrierung bezüglich der zugeordneten Kondensorlinse aufweisen, um eine Überlagerung der Teilbilder des Gesamtmusters im hyperfokalen Bereich abzubilden, wobei dies eine optionale Ausgestaltung ist.
Die Projektionslinsen können einzeln oder als Gruppe aus unterschiedlichen Gründen dezentriert ausgebildet sein. So kann mit der Dezentrierung einerseits eine Überlagerung also z. B. Fokussierung in einem gegebenen Abstand erhalten werden und andererseits die Direktion d. h. Separation unterschiedlicher Bildsegmente erhalten werden. Beide Implementierungsgründe können jeweils unabhängig voneinander, etwa ohne eine Berücksichtigung des anderen Grundes implementiert werden, können aber auch gemeinsam umgesetzt werden.
In anderen Worten zeigt 5b die Seitenansicht des in 5a markierten Vertikalschnitts V-V durch den Wabenkondensor. Während die Projektorlenslets 24_2,1, 24_2,2, und 24_2,3 die Kanäle 18 für den zentralen Teil der Graphik ohne Ablenkung nach Unendlich abbilden können, kann ein dezentriertes Linsensegment 24_3,1 für eine nach unten verschobene Abbildung des Punktes des Ausrufungszeichens sorgen, etwa um in dem Gesamtmuster einen in dem Cluster 34' nicht vorhandenen Abstand des Rumpfes zu dem Punkt des Ausrufungszeichens zu erhalten.
Eine andere Möglichkeit ist eine geeignete dezentrierte Anordnung der Kondensorlenslets 18 relativ zu den Projektorlenslets 24. In diesem Fall können Kondensorlenslets vorteilhaft als dezentrierte Linsensegmente ausgebildet werden. Abhängig von der jeweils darzustellenden Graphik und der gewählten Zerlegung kann auch eine Mischform beider Ansätze möglich sein, wie es beispielsweise in [7] beschrieben ist, was Projektorlenslets 24 gleicher oder zumindest ähnlicher Größe und so eine etendueerhaltende Arbeitsweise des Strahlformers ermöglicht.
Es sei darauf hingewiesen, dass für eine Direktion und eine Fokussierung jeweils die Dezentrierung zwischen Kondensorlinsenapertur (dem abzubildenden Objekt) und Projektionslinsenvertex maßgeblich sein kann. Dabei können drei grundsätzliche Realisierungen für Direktion und Fokussierung in Betracht kommen:

1. Eine Anordnung der Projektionslinsen, die lediglich gegenüber den Kondensorlinsen dezentriert ist;
2. Die Variante aus 1. und zusätzlich die Ausbildung des Kondensorlenslets als dezentriertes Linsensegment innerhalb der Kondensorlinsen-Apertur, welches die Quelle in die dezentrierte Projektionslinse abbildet.
3. Eine zur Kondensorlinsenapertur zentrierte Projketionslinsenapertur und eine Ausbildung der Projektionslinse als dezentriertes Linsensegment innerhalb der zentrierten PL-Apertur.

Variante 3 bietet die möglicherweise größten Vorteile in Form einer Etendueerhaltung und einer guten Störlichtunterdrückung. Variante 2 erhält zwar die die Etendue, verkomplizert aber Kondensorlinsen-Herstellung und vergrößert potenziell das Streulicht/Kanalübersprechen, obwohl diese Einschränkungen gegenüber den erfindungsgemäßen Vorteilen durchaus hinnehmbar sein können. Variante 1 verringert dahingegen den Akzeptanzwinkel des Strahlformers bei unveränderter Streulichtunterdrückung.
Eine Projektion auf eine endliche Entfernung ist beispielsweise durch ein Nachschalten einer Fokussieroptik in einem Projektor, der einen hierin beschriebenen optischen Strahlformer und eine Lichtquelle zum Bereitstellen des einfallenden Lichts aufweist, möglich. Die Projektion sowohl hyperfokal und unter Verwendung einer Dezentrierung erfolgen als auch alternativ auf die Projektionsdistanz unter Verwendung fokussierter Projektionslinsen und unter Verwendung einer Dezentrierung. Anders ausgedrückt kann ein Projektor zum Fokussieren des Gesamtmusters bzw. der korrekten Superposition von Kanalbildern in eine Abbildungsebene eine Fokussieroptik und/ oder eine individuelle Projektionslinsendezentrierung aufweisen. Vermittels der Fokussierabbildung kann eine Abbildung in deren Brennebene möglich sein. Alternativ ist eine Fokussierung bei hinreichend kleinen, im beispielhaften aber nicht notwendigen hyperfokalen Bereich arbeitenden, Projektorlenslets 24 durch eine individuelle Dezentrierung der Projektorlenslets relativ zu den jeweiligen Kondensorlenslets entsprechend dem Ansatz des Arrayprojektors [2] möglich.
Ein Ausführungsbeispiel kann dabei so ausgestaltet sein, dass während die nicht streuenden Bereiche der Kondensorlenslets 18 die Lichtquelle nur auf das jeweils zugeordnete Projektorlenslet 24 abbilden, die streuenden Bereiche das einfallende Licht auf viele, vorzugsweise weit entfernte Projektorlenslets 24 verteilen und so die Helligkeit der Projektion durch das zugeordnete Projektionslenslet 24 so stark verringern, dass ein hinreichender Kontrast zwischen dem projizierten Teil, siehe 1d, 18 ₁, 18₂, 18₃, des Ausrufungszeichens und der auszublendenden Differenzmenge, siehe 1d, 38 ₁, 38₂ und 38₃, zur Kondensorapertur, siehe 1d, 36 ₁, 36₂ und 36₃, erzielt wird.
5c zeigt eine Draufsicht auf den Horizontalschnitt H-H der 5a. Die abzubildenden Bereiche 18_1,6, 18_1,3, 18_2,3 und 18_2,3 der Kondensorlenslets können im Beleuchtungsstrahlengang die Lichtquelle in die zugeordneten Projektionslenslets abbilden, was auch als Köhlerbeleuchtung bezeichnet werden kann, und ermöglichen so eine lichtstarke Abbildung dieser Bereiche des Kondensorlenslets durch das zugeordnete Projektionslenslet. Die lichtstreuenden Bereiche 38 verteilen das eingestrahlte Licht auf viele, vorzugsweise weiter entfernte benachbarte Kanäle. Das, zusammen mit dem in diesem Fall größeren Aberrationen bei Abbildung durch weit entfernte Projektorlenslets, kann die Helligkeit der Projektion dieser Bereiche verringern, insbesondere so weit, dass der jeweilige Teil des Zeichens mit hinreichendem Kontrast dargestellt wird.
Wie es bereits in den schematischen Darstellungen der 5b und 5c dargestellt ist, kann ein Füllfaktor der Projektionslinsen in dem Projektionslinsenarray 22 besonders hoch ausgestaltet sein und beispielsweise zumindest 90 %, zumindest 92 % oder zumindest 95 % betragen. Zur Einstellung einer Direktion können dabei unterschiedliche optische Eigenschaften ausgenutzt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Kondensorlinsenapertur bezüglich eines Vertexes einer der Kondensorlinse zugeordneten Projektionslinse versetzt angeordnet sein, um die Direktion, das bedeutet, die Richtungseinstellung der Projektion, einer durch die Projektionslinse bewirkten Projektion einzustellen. Beispielsweise kann eine Apertur der Projektionslinse 24 gegenüberliegend zu der Apertur der Kondensorlinse angeordnet sein und die Projektionslinse 24 ein dezentriertes Linsenelement umfassen, wie es beispielsweise für das Linsenelement 24_3,1 dargestellt ist, um die Direktion zumindest teilweise zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann die Kondensorlinse 18 ein dezentriertes Linsensegment umfassen. Hierdurch kann die Ausleuchtung der Projektionslinse beeinflusst werden, wobei die Direktion dadurch unbeeinflusst bleiben kann.
In anderen Worten zeigt 5c einen Horizontalschnitt durch den Cluster der 5a. Die streuenden Bereiche 38 sind zur besseren Darstellung nur für den jeweils unteren Kanal, niedrigere Position des Wertes x, bezeichnet.
Die in 5a schraffiert dargestellten lichtstreuenden Bereiche 38 können als einfache Oberflächenstreuer mit einer mikroskopisch, statistisch rauen Oberfläche realisiert werden. Alternativ ist die Realisierung als deterministischer Diffusor möglich, wie er beispielsweise in [8] beschrieben ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn sich die streuenden Oberflächenprofile in den Kanälen eines Segments zur Vermeidung von Hotspots in der Projektion nicht wiederholen. Eine weitere Realisierung ist eine Auslegung als Konkavlenslet, welches das Licht dieses Bereichs über einen möglichst großen Winkelbereich und somit über viele Projektorlenslets verteilt. Dieses Konkavlenslet kann beispielsweise als Fresnellenslet ausgebildet sein. Ähnlich oder gleich wie bei einem deterministischen Diffusor kann auch beim Konkavlenslets gelten, dass dieses Lenslet in jedem Kanal eines Segments leicht unterschiedlich ausgebildet werden kann oder sollte, um Hotspots bei der Abbildung der streuenden Bereiche zu verhindern. Das bedeutet beispielsweise eine Ausbildung als kanalweise dezentriertes Lenslet und im Falle der Auslegung als Fresnelelement zusätzlich die Positionierung der Rückflanken der Fresnelzone an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Kanäle eines Segments.
Dies aufgreifend sehen Ausführungsbeispiele vor, lichtstreuende Bereiche 38 als Diffusor, als Konkavlenslet und/oder als statistischer Oberflächenstreuer auszubilden. Unterschiedliche lichtstreuende Bereiche in einem Cluster können so ausgestaltet sein, dass sich optische Eigenschaften der lichtstreuenden Bereiche zur Streuung von Licht voneinander unterscheiden. Derartige Eigenschaften können beispielsweise Streuwinkel, eine Positionierung von Artefakten oder dergleichen sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können lichtstreuende Bereiche als segmentierte lichtstreuende Bereiche ausgebildet sein. Ein Beispiel für derartige segmentierte lichtstreuende Bereiche sind die erwähnten Fresnellinsenstrukturen, bei denen vorteilhaft Fresnelrückenflanken einer jeweiligen Fresnellinsenstruktur bezogen auf eine andere Fresnellinsenstruktur versetzt angeordnet sind, um die verschiedenen optischen Eigenschaften einzustellen.
Weiterhin können bei der Systemauslegung und der Segmentaufteilung der Graphiken noch andere Aspekte betrachtet werden und Berücksichtigung bei der Auslegung der Linsen finden. Die Zerlegung der Graphik kann beispielsweise in möglichst wenige und ähnlich große Segmente erfordern, wie es beispielsweise anhand der 1b und/oder der 3 dargestellt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass vergleichsweise kleine numerische Aperturen (NA) im Beleuchtungsstrahlengang vermieden werden. Hierzu wird auf die 6 hingewiesen. Eine zu kleine NA des Kondensorlenslets 36₁ kann ein vergleichsweise großes Airy-Beugungsscheibchen 52₁ in der projizierten Lichtverteilung bewirken, welches in die benachbarten Projektorlenslets reichen kann und so ein Kanalübersprechen verursachen kann. Vergleichsweise große Kondensorlenslets 36₂ können eine größere Beleuchtungs-NA erzeugen und so invers proportional vergleichsweise kleinere Airy-Scheibchen 52₂, womit ein Kanalübersprechen reduziert oder verhindert werden kann, was für die Gesamtprojektion vorteilhaft ist. Andererseits haben große Kondensorlinsen eine große NA (bzw. geringe f/#) und neigen deshalb dazu, größere Aberrationen zu erzeugen, welche das Bild der Lichtquelle in der Projektionslinse verwischen können und so ebenfalls zu Kanalübersprechen führen können. Ein günstiger bevorzugter aber nicht einschränkender Kompromiss zwischen beiden Limitationen ist eine NA im Bereich von ca. 0.1 ... 0.2.
Die Ausdehnung der Kanaleingangsaperturen kann so ausgestaltet werden, dass diese möglichst ähnlich sind, um große Schwankungen der Pfeilhöhen der Kondensorlenslets von Segment zu Segment zu vermeiden. Derartige Höhensprünge können ein Streulicht erzeugen, welches in benachbarte Kondensorlenslets reichen kann und so ebenfalls Kanalübersprechen verursachen kann. Weiterhin ermöglicht das eine Auslegung der Projektorlenslets mit identischem oder zumindest ähnlichem Pitch, d. h. Abstand oder Wiederholabstand. Dies ermöglicht eine etendueerhaltende Arbeitsweise des Projektors [6, 7]. Die Fläche der Diffusorbereiche 38 innerhalb und zwischen den Segmenten sowie zwischen benachbarten Clustern kann zur Erreichung einer hohen nutzbaren Transmission minimiert werden. Bestimmend hierfür oder zumindest beeinflussend dazu ist die Art der Zerlegung der darzustellenden Zeichen.
Hierin vorgeschlagene Ansätze basieren auf einer modifizierten, irregulären Wabenkondensorarchitektur mit irregulär berandeten Mikrolinsenarrays ähnlich zu [6] mit zusätzlichen streuenden Strukturen. Der hierin beschriebene Ansatz vermeidet die beim Arrayprojektor aus [2] bislang erforderlichen vergrabenen Diastrukturen.
Eine kollimierte Lichtquelle, z. B. eine kollimierte LED, beleuchtet den irregulären Wabenkondensor, dessen Fläche sich aus mehreren identischen Clustern möglichst flächenfüllend zusammensetzt. Jedes Cluster besteht wiederum aus mehreren Segmenten, die ebenfalls möglichst flächenfüllend nebeneinander angeordnet sind. Falls die flächenfüllende Parkettierung der Cluster bzw. ihrer Segmente nicht möglich ist, werden die verbleibenden Zwischenräume als lichtstreuende Bereiche ausgeführt und so deren Projektion unterdrückt.
Die Eingangsaperturen der identischen Kondensorlenslets eines jeden Segments entsprechen jeweils einem Teil des projizierten Zeichens. Ihre Berandungsgeometrie, etwa Rechteck, Quadrat, Parallelogramm, Hexagon, kann eine flächenfüllende Parkettierung ermöglichen. Wird keine vollständige Übereinstimmung zwischen dem Teil des Zeichens und der flächenfüllenden Berandungsgeometrie erreicht, kann der verbleibende Teil des Kondensorlenslets als streuender Bereich ausgeführt und so dessen Projektion unterdrückt werden. Zur Erzielung einer möglichst hohen Systemtransmission und einer kontrastreichen Projektion können die Flächen der streuenden Bereiche ebenso wie oben genannte Zwischenräume zwischen Segmenten und Clustern anteilig möglichst klein ausgeführt sein.
Die Ausgangsaperturen des Projektorlenslets eines jeden Segments sind vorteilhaft möglichst gut an die Fernfeldverteilung des in den Wabenkondensor eingestrahlten Lichtes angepasst. Im Falle einer kollimierten LED-Lichtquelle oder anderer kollimierter Lichtquellen kann das beispielsweise einer quadratischen Apertur entsprechen. Die Projektionslenslets können ebenfalls möglich flächenfüllend angeordnet sein, um erfindungsgemäße Vorteile gut ausnutzen zu können. Dadurch kann eine annähernd etendueerhaltende Projektion ermöglicht werden [6]. Die flächenfüllende Auslegung der Kondensorlenslets der Eingangsseite und die Minimierung der streuenden Bereiche kann aber vergleichsweise höhere Priorität haben. Eine nennenswerte Funktion der Projektionslenslets kann die Abbildung der einzelnen Teile des Zeichens sein, d. h. der Kondensorlenslets eines Segments, unter einem bestimmten Winkel, um die zueinander korrekte Anordnung der Projektion der einzelnen Teile in der Projektion zu erreichen (Direktion). Hierzu werden die Projektorlenslets beispielsweise als dezentrierte Linsensegmente ausgebildet.
7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielsweise zum Bereitstellen eines optischen Strahlformers in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann.
Ein Schritt 710 umfasst ein Bereitstellen eines Kondensorlinsenarrays zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels, so dass das Kondensorlinsenarray eine Mehrzahl von Kondensorlinsen umfasst. Ein Schritt 720 umfasst ein Anordnen eines zum Ausstrahlen des ausfallenden Lichtstrahlbündels eingerichteten Projektorlinsenarrays parallel zu dem Kondensorlinsenarray, so dass das Projektionslinsenarray eine Mehrzahl von Projektionslinsen aufweist. Ein oder mehrere Randbedingungen 730 werden dabei so umgesetzt, dass das Kondensorlinsenarray zumindest ein Cluster von Kondensorlinsen aufweist, von denen jede Kondensorlinse des Clusters eine an einen Teilbereich eines mit dem optischen Strahlformer projizierten Gesamtmusters angepasste Apertur aufweist, um für das Projektionslinsenarray einen Teil des einfallenden Lichtbündels bereitzustellen, der dem Teil des Gesamtmusters zugeordnet ist. Dies erfolgt so, dass eine Kombination der Aperturen der Kondensorlinsen an das Gesamtmuster angepasst ist.
8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielsweise zum Auslegen eines hierin beschriebenen Kondensorlinsenarrays verwendet werden kann. Ein Schritt 810 umfasst ein Zerlegen eines Gesamtbereichs eines zu projizierenden Gesamtmusters in eine Mehrzahl von Teilbereichen.
Ein Schritt 820 umfasst ein Anpassen einer jeweiligen Apertur einer Kondensorlinse des Kondensorlinsenarrays an einen der Mehrzahl von Teilbereiche, um jeden der Mehrzahl von Teilbereiche mit zumindest einer angepassten Kondensorlinse zu projizieren.
Ein Schritt 830 umfasst ein Positionieren der Mehrzahl von Kondensorlinsen in dem Kondensorlinsenarray.
Das Verfahren 800 kann so ausgeführt werden, dass eine Auslegung der Kondensorlinsen dergestalt erfolgt, dass ein Aspektverhältnis zwischen einer größten Ausdehnung und einer kleinsten Ausdehnung der Apertur jeder Kondensorlinse einen Wert von höchstens vier aufweist.
Das Verfahren 800 kann alternativ oder zusätzlich dergestalt ausgeführt werden, dass die Kondensorlinsen so ausgelegt werden, dass Kondensorlinsen eines Clusters bezogen auf eine größte Ausdehnung der Apertur um den Faktor von höchstens fünf voneinander unterschiedlich sind.
Das Verfahren 800 kann alternativ oder zusätzlich so ausgeführt werden, dass das Positionieren 830 ein Parkettieren der Kondensorlinsen in zumindest einem Cluster mit zumindest einem Segment umfasst und in Zwischenbereichen benachbarter Aperturen in der Parkettierung ein lichtstreuender Bereich vorgesehen wird.
Das Anpassen 820 kann optional so ausgeführt werden, dass ein Cluster von Kondensorlinsen des Kondensorlinsenarrays eine Mehrzahl benachbarter Segmente aufweist und lichtstreuende Zwischenbereiche zwischen Aperturen der Kondensorlinsen eines Segments bezogen auf zumindest ein anderes Segment wiederholungsarm bezogen auf die örtliche Anordnung angeordnet werden, das bedeutet, eine beispielsweise Gleichverteilung zumindest angestrebt wird.
Das Verfahren 800 umfasst bevorzugt den Schritt des Herstellens des Kondensorlinsenarrays, wobei das Herstellen auch an einer anderen Position oder Lokation erfolgen kann und beispielsweise ein Übermitteln der Ergebnisse des Verfahrens 800 an eine herstellende Vorrichtung umfassen kann.
9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Projektors 90 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieser umfasst eine Lichtquelle 54 zum Bereitstellen des einfallenden Lichtstrahlbündels 14 und einen optischen Strahlformer gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa den Strahlformer 10, wobei ohne weiteres andere hierin beschriebener Strahlformer und insbesondere Kondensorlinsenarrays vorgesehen sein können. Die Lichtquelle 54 kann beispielsweise eine kollimierte Lichtquelle sein, was unter Verwendung zusätzlicher oder bereits integraler kollimierender Optiken erreicht werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Mehrzahl von Projektionslinsen des Strahlformers 10 eine Apertur aufweisen, deren Form an eine Fernfeldverteilung der Lichtquelle 54 angepasst ist. Optional kann der Projektor 90 eine Fokussieroptik 56 zum Fokussieren des Gesamtmusters in eine Abbildungsebene 58 aufweisen.
In anderen Worten können hierin beschriebene Ausführungsbeispiele als maskenloser Zeichenprojektor ausgeführt werden, der die Verwendung absorbierender Dia- bzw. Blendenstrukturen überflüssig machen kann. Das ermöglicht eine hohe Systemtransmission und vereinfacht die Herstellung bzw. ermöglicht neue Herstellungstechnologien, etwa Plastikspritzguss oder Heißprägen. Durch die Nutzung einer modifizierten Wabenkondensorarchitektur kann eine Abhängigkeit zwischen Einstrahlwinkel und abgestrahlter Fernfeldverteilung reduziert oder eliminiert werden, solange der Einstrahlwinkel kleiner oder gleich dem Akzeptanzwinkel des Wabenkondensors ist. Eine einfache Anpassbarkeit an die Projektion auf geneigte und/oder gekrümmte Projektionsflächen kann ähnlich der Arrayprojektorarchitektur nach [3] erhalten werden.
Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können insbesondere im Bereich automotiver Interior- und Exteriorbeleuchtung, etwa Zeichenprojektion auf die Straße für Car2X-Kommunikation und Innenraumbeleuchtung für klar begrenzte beleuchtete Bereiche, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können Symbole für Sicherheits- und Werbeanwendungen projiziert werden, wobei beliebige andere Anwendungen möglich sind.
Implementierungsaspekte hierin beschriebener Ausführungsbeispiele beziehen sich ebenfalls auf:

1. Maskenloser Zeichenprojektor bestehend aus mindestens bzw. umfassend einem Cluster von Wabenkondensoren, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Segmenten, die jeweils aus
- • einem Kondensorarray mit identisch berandeten, flächenfüllend parkettierten Kondensorlenslets, die z.T. mit streuenden Bereichen ausgebildet sind,
- • und einem Projektorarray mit dezentrierten Lenslets
bestehen, wobei jedes Segment einen Teil des zu projizierenden Zeichens an einen bestimmten Ort auf dem Projektionsschirm oder unter einem bestimmten Winkel nach Unendlich projiziert, so dass aus den projizierten Teilen das Zeichen auf dem Schirm bzw. im Unendlichen wieder zusammengesetzt wird.
2. Ausbildung der streuenden Bereiche auf den Kondensorarrays durch statistisch streuende, mattierte Oberflächen.
3. Ausbildung der streuenden Bereiche auf den Kondensorarrays durch deterministisch streuende, strukturierte Oberflächen, wobei sich die streuenden Oberflächenprofile innerhalb der Kondensoren eines Segments unterscheiden.
4. Ausbildung der streuenden Bereiche durch konkav gekrümmte Oberflächen, die sich innerhalb eines Segments innerhalb der Kondensoren eines Segments unterscheiden.
5. Ausbildung der konkav gekrümmten Oberflächen aus Punkt 4 als Fresnelstrukturen mit unterschiedlichen Positionen der Fresnelrückenflanken innerhalb der Kondensoren eines Segments.
6. Unterdrückung der Abbildung von nicht von Kondensorlenslets bedeckten Bereichen zwischen zwei benachbarten Segmenten oder zwei benachbarten Clustern durch streuenden Strukturen ähnlich Punkte 2-5 in diesen Bereichen.
7. Ausbildung der streuenden Bereiche nach Punkte 2-6 als Weitwinkelstreuer.
8. Ausbildung der Basisfläche der streuenden Bereiche aus Punkten 2-7 als Freiformflächen, so dass Höhenprofilsprünge an den Übergängen zu benachbarten Kondesnorlenslets vermieden werden.
9. Projektion des Zeichens mit komogener Helligkeit durch identische Häufigkeit der einzelnen Teile der Zerlegung im Cluster
10. Projektion unterschiedlicher Teile des Zeichens in unterschiedlicher Helligkeit durch unterschiedliche Häufigkeit der Zeichenteile innerhalb des Clusters.
11. Ausbildung des Zeichenprojektors als irreguläres Tandem-Mikrolinsenarray.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Literatur

[1] Geißler, Enrico „Meeting the challenges of developing LED-based projection displays.“ Photonics in Multimedia. Vol. 6196. SPIE, 2006.
[2] Sieler, Marcel et al. „Ultraslim fixed pattern projectors with inherent homogenization of illumination", Appl. Opt. 51 (2012) 64-71.
[3] Fischer, Stephanie et al. „Array projector design for projection on arbitrarily curved surfaces.“ Optical Systems Design 2015: Optical Design and Engineering VI. Vol. 9626. SPIE, 2015.
[4] Dannberg, Peter et al. „Wafer-level hybrid integration of complex micro-optical modules." Micromachines 5.2 (2014): 325-340.
[5] Buckley, Edward „Computer-Generated Phase-Only Holograms for Real-Time Image Display“, Nov. 2011, DOI:10.5772/18709.
[6] Li, Chen et al. „Optischer Strahlformer“, DE 102017217345 B4 .
[7] Schreiber, Peter et al. „Light Shaping with Micro-optical Irregular Fly's Eye Condensers", IODC 2021, Vol. 12078, SPIE 2021, 1207813.
[8] Eckstein, Hans-Christian et al. „Electromagnetic radiation-scattering element and method of manufacturing same“, US 10254449 B2 .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017217345 B4 [0095]
US 10254449 B2 [0095]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Sieler, Marcel et al. „Ultraslim fixed pattern projectors with inherent homogenization of illumination“, Appl. Opt. 51 (2012) 64-71 [0095]
Dannberg, Peter et al. „Wafer-level hybrid integration of complex micro-optical modules.“ Micromachines 5.2 (2014): 325-340 [0095]
Schreiber, Peter et al. „Light Shaping with Micro-optical Irregular Fly's Eye Condensers", IODC 2021, Vol. 12078, SPIE 2021, 1207813 [0095]

Claims

Optischer Strahlformer zur Erzeugung eines ausfallenden Lichtstrahlbündels (12) aus einem einfallenden Lichtstrahlbündel (14), wobei der optische Strahlformer umfasst: ein Kondensorlinsenarray (16) zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels (14), wobei das Kondensorlinsenarray (16) eine Mehrzahl von Kondensorlinsen (18) umfasst; und ein parallel zu dem Kondensorlinsenarray (16) angeordnetes Projektionslinsenarray (22) zum Ausstrahlen des ausfallenden Lichtstrahlbündels (12), wobei das Projektionslinsenarray (22) eine Mehrzahl von Projektionslinsen (24) aufweist, wobei das Kondensorlinsenarray (16) zumindest ein Cluster (34; 34') von Kondensorlinsen (18) aufweist, von denen jede Kondensorlinse (18) des Clusters (34; 34') eine an einen Teilbereich (32) eines mit dem optischen Strahlformer projizierten Gesamtmusters (28) angepasste Apertur (36) aufweist, um für das Projektionslinsenarray (22) einen Teil des einfallenden Lichtbündels (14) bereitzustellen, der dem Teilbereich (32) des Gesamtmusters (28) zugeordnet ist; wobei eine Kombination der Aperturen (36) der Kondensorlinsen (18) an das Gesamtmuster (28) angepasst ist.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 1, bei dem ein Zwischenbereich zwischen Aperturen (36) benachbarter Kondensorlinsen (18) des Clusters (34; 34') als lichtstreuender Bereich (38) ausgebildet ist.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 2, bei dem der lichtstreuende Bereich (38) als Diffusor, als Konkavlenslet und/oder als statistischer Oberflächenstreuer ausgebildet ist.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 3, bei dem der lichtstreuende Bereich (38) ein erster lichtstreuender Bereich in einem Segment des Clusters (34; 34') ist; und das Cluster (34; 34') in dem Segment einen zweiten lichtstreuenden Bereich zwischen zwei benachbarten Kondensorlinsen (18) des Clusters (34; 34') aufweist, wobei optische Eigenschaften des ersten lichtstreuenden Bereichs und des zweiten lichtstreuenden Bereichs zur Streuung von Licht voneinander verschieden sind.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 4, bei dem der erste lichtstreuende Bereich und der zweite lichtstreuende Bereich als segmentierte lichtstreuende Bereiche ausgebildet sind.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 5, bei dem der erste lichtstreuende Bereich eine erste Fresnellinsenstruktur umfasst und bei dem der zweite lichtstreuende Bereich eine zweite Fresnellinsenstruktur umfasst; und Fresnelrückenflanken der zweiten Fresnellinsenstruktur bezogen auf die erste Fresnellinsenstruktur versetzt angeordnet sind, um die verschiedene optische Eigenschaft einzustellen.
Optischer Strahlformer gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem mehrere Zwischenbereiche des Kondensorlinsenarrays (16) innerhalb eines Toleranzbereichs gleichverteilt oder symmetrisch in zumindest einem aus einem Segment des Clusters (34; 34'), in dem Cluster (34; 34') oder in einer Gruppe mehrerer Cluster (34; 34') verteilt angeordnet sind.
Optischer Strahlformer gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem ein Füllfaktor der Kondensorlinsen (18) in dem Cluster (34; 34') und/oder in dem Kondensorlinsenarray (16) zumindest 70 % beträgt und ein Flächenanteil an Zwischenbereichen zwischen benachbarten Aperturen (36) höchstens 30 % beträgt.
Optischer Strahlformer gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei eine Kondensorlinse (18) des Clusters (34; 34') eine Aperturfläche aufweist und die Aperturfläche vermittels eines zumindest teilweise die Aperturfläche umgebenden Zwischenbereichs zu einer Kanalfläche aufgefüllt ist; und eine Vielzahl von Kanalflächen in dem Cluster (34; 34') flächenfüllend aneinandergefügt angeordnet ist.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Füllfaktor der Projektionslinsen (24) in dem Projektionslinsenarray (22) zumindest 90 % beträgt.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Kondensorlinsenapertur (36) bezüglich eines Vertexes einer der Kondensorlinse (18) zugeordneten Projektionslinse (24) versetzt angeordnet ist, um eine Direktion einer durch die Projektionslinse (24) bewirkten Projektion einzustellen.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 11, wobei eine Apertur der Projektionslinse (24) gegenüberliegend zu der Apertur (36) der Kondensorlinse (18) angeordnet ist und die Projektionslinse ein dezentriertes Linsenelement umfasst, das ausgebildet ist, um die Direktion zumindest teilweise bereitzustellen.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Kondensorlinse (18) ein dezentriertes Linsensegment umfasst.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Cluster (34; 34') ein Segment mit einer Mehrzahl von Kondensorlinsen (18) aufweist, deren jeweilige Apertur (36) an denselben Teilbereich (32) des Gesamtmusters (28) angepasst ist.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Cluster (34; 34') eine Vielzahl von Kondensorlinsen (18) aufweist, und jeder Teilbereich (32) des Gesamtmusters (28) mehrfach durch das Cluster (34; 34') projiziert wird; wobei die Kondensorlinsen (18) des Clusters (34; 34') parkettiert in dem Kondensorlinsenarray (16) angeordnet sind.
Optischer Strahlformer gemäß Anspruch 15, zur Einstellung einer Helligkeit der Teilbereiche (32) unterschiedliche Teilbereiche (32) des Gesamtmusters (28) von einer voneinander verschiedenen Anzahl von Kondensorlinsen (18) in dem Kondensorlinsenarray (16) projiziert werden.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Cluster (34; 34') eine Mehrzahl von benachbart zueinander angeordneten Segmenten aufweist, und jedes Segment eine Mehrzahl von Kondensorlinsen (18) aufweist, die zur Projektion eines identischen Teilbereichs (32) des Gesamtmusters (28) ausgebildet sind; und in dem Cluster (34; 34') benachbarte Segmente zur Projektion voneinander verschiedener Teilbereiche (32) des Gesamtmusters (28) ausgebildet sind, wobei lichtstreuende Bereiche (38) zwischen Kondensorlinsen (18) des Kondensorlinsenarrays (16) für eine in dem projizierten Muster gleichmäßige Streulichtverteilung angeordnet sind.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Aspektverhältnis zwischen einer größten Ausdehnung und einer kleinsten Ausdehnung der Apertur (36) jeder Kondensorlinse (18) einen Wert von höchstens 4 aufweist.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich Kondensorlinsen (18) des Clusters (34; 34') bezogen auf eine größte Ausdehnung der Apertur (36) um den Faktor von höchstens 5 voneinander unterscheiden.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Kondensorlinsenarray (16) eine Mehrzahl von Clustern (34; 34') aufweist, die parkettiert angeordnet sind.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Mehrzahl von Projektionslinsen (24) eine zueinander gleiche Apertur aufweisen.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Mehrzahl von Projektionslinsen (24) jeweils eine Apertur aufweisen, deren Geometrie von einer Geometrie des Gesamtmusters (28) unabhängig ist und/oder von einer Geometrie einer Apertur (36) einer gegenüberliegenden Kondensorlinse (18) verschieden ist.
Optischer Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jeder Kondensorlinse (18) des Kondensorlinsenarrays (16) eine Projektionslinse (24) zugeordnet ist, und die zugeordnete Projektionslinse (24) eine individuelle Dezentrierung bezüglich der zugeordneten Kondensorlinse (18) aufweist, um eine Überlagerung der Teilbilder das Gesamtmuster (28) im hyperfokalen Bereich abzubilden.
Projektor mit: einem optischen Strahlformer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche; und einer Lichtquelle zum Bereitstellen des einfallenden Lichtstrahlbündels (14).
Projektor gemäß Anspruch 24, bei dem die Lichtquelle eine kollimierte Lichtquelle umfasst.
Projektor gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei die Mehrzahl von Projektionslinsen (24) eine Apertur aufweisen, deren Form an eine Fernfeldverteilung der Lichtquelle angepasst ist.
Projektor gemäß Anspruch 25 oder 26, der zum Fokussieren des Gesamtmusters (28) oder korrekte Superposition von Kanalbildern in eine Abbildungsebene (58) eine Fokussieroptik oder eine individuelle Projektionslinsendezentrierung aufweist.
Verfahren (700) zum Bereitstellen eines optischen Strahlformers zur Erzeugung eines ausfallenden Lichtstrahlbündels aus einem einfallenden Lichtstrahlbündel, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (710) eines Kondensorlinsenarray zum Empfangen des einfallenden Lichtstrahlbündels, so dass das Kondensorlinsenarray eine Mehrzahl von Kondensorlinsen umfasst; und Anordnen (720) eines zum Ausstrahlen des ausfallenden Lichtstrahlbündels eingerichteten Projektionslinsenarrays parallel zu dem Kondensorlinsenarray, so dass das Projektionslinsenarray eine Mehrzahl von Projektionslinsen aufweist, so dass das Kondensorlinsenarray zumindest ein Cluster von Kondensorlinsen aufweist, von denen jede Kondensorlinse des Clusters eine an einen Teilbereich eines mit dem optischen Strahlformer projizierten Gesamtmusters angepasste Apertur aufweist, um für das Projektionslinsenarray einen Teil des einfallenden Lichtbündels bereitzustellen, der dem Teilbereich des Gesamtmusters zugeordnet ist; so dass eine Kombination der Aperturen der Kondensorlinsen an das Gesamtmuster angepasst ist.
Verfahren (800) zum Auslegen eines Kondensorlinsenarrays mit einer Mehrzahl von Kondensorlinsen für einen optischen Strahlformer mit folgenden Schritten: Zerlegen (810) eines Gesamtbereichs eines zu projizierenden Gesamtmusters in eine Mehrzahl von Teilbereichen; Anpassen (820) einer jeweiligen Apertur einer Kondensorlinse des Kondensorlinsenarrays an einen der Mehrzahl von Teilbereiche; um jeden der Mehrzahl von Teilbereiche mit zumindest einer angepassten Kondensorlinse zu projizieren; Positionieren (830) der Mehrzahl von Kondensorlinsen in dem Kondensorlinsenarray.
Verfahren gemäß Anspruch 29, bei dem die Kondensorlinsen so ausgelegt werden, dass ein Aspektverhältnis zwischen einer größten Ausdehnung und einer kleinsten Ausdehnung der Apertur jeder Kondensorlinse einen Wert von höchstens 4 aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 29 oder 30, bei dem die Kondensorlinsen so ausgelegt werden, dass sich Kondensorlinsen des Cluster bezogen auf eine größte Ausdehnung der Apertur in um den Faktor von höchstens 5 voneinander unterscheiden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, bei dem das Positionieren ein Parkettieren der Kondensorlinsen in zumindest einem Cluster mit zumindest einem Segment umfasst und in Zwischenbereichen benachbarter Aperturen in der Parkettierung ein lichtstreuender Bereich vorgesehen wird.
Verfahren gemäß einem Ansprüche 29 bis 32, bei dem das Anpassen der Aperturen so ausgeführt wird, dass ein Cluster von Kondensorlinsen des Kondensorlinsenarrays eine Mehrzahl benachbarter Segmente aufweist und lichtstreuende Zwischenbereiche zwischen Aperturen der Kondensorlinsen eines Segments bezogen auf zumindest ein anderes Segment wiederholungsarm bezogen auf die örtliche Anordnung angeordnet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 33, ferner umfassend: Herstellen des Kondensorlinsenarrays.