使用微光学元件以用于由点源照射的发光形象结构中的深度感知的利记博彩app

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【专利摘要】本发明提供一种包括光源和透射光学板的照明单元，其中光源包括用于光源光的光出射表面，其中透射光学板包括导向光源的光出射表面的上游面和布置成远离光源的光出射表面的下游面，其中所述光学板包括微光学元件的2D阵列以用于将所述光源光折射在离开下游面的方向上，其中从光出射表面到透射光学板的几何路径长度是至少20cm。
【专利说明】使用微光学元件以用于由点源照射的发光形象结构中的深 度感知

【技术领域】
[0001] 本发明涉及包括光源和光学板的照明单元，以及这种照明单元的用途。

【背景技术】
[0002] 本领域已知利用光来产生3D图像。例如，W0/2005/117458描述了一种用于显示 3D图像的设备和方法。该设备包括：a)屏幕，其具有依赖于角度的漫射特性以用于方向选 择性地转递（forward)光；b)屏幕照射系统，该屏幕照射系统包括：用于产生入射于屏幕 的各个点上的多个光束的多个模块，所述模块被布置成使得屏幕的每个点被多个模块所照 射，并且由一个模块产生的入射光束被投影到从该模块朝向屏幕的多个不同点的多个不同 的方向上，并且进一步地，由一个模块产生的不同入射光束从屏幕朝向不同的发射方向被 转递；以及用于利用模块中的单个图像点的图像信息编码每个入射光束的装置，其中由观 察者感知到的3D图像由多个模块产生；c)用来控制模块的控制系统；和d)用于将出射发 散性赋予透射穿过屏幕或从屏幕反射的出射光束的装置，该出射发散性的度量基本上对应 于与光学相邻的模块相关联的相邻发射方向之间的角度，以便提供由观察者感知到的3D 图像中的基本上连续的运动视差。
[0003] W0/2005/117458中描述的设备包括用于产生具有基本上朝向屏幕点会聚的会聚 部分的入射光束的成像装置，其中所述入射光束的会聚性基本上等于从屏幕出射的光束的 出射发散性。所述模块可以是视频投影仪、LED投影仪、这些仪器的光学引擎等等，其按周 期性地偏移方式布置，优选地在水平方向上进行布置，并且漫射器屏幕被实现为全息屏幕、 衍射或折射元件的阵列、回复反射表面、或其任意组合，以用于沿至少一个方向（优选地坚 直方向上）将较大的发散性赋予出射光束，同时在其他方向上由屏幕提供的发散角度小于 与光学相邻的模块相关联的相邻发射方向之间的角度。


【发明内容】

[0004] 除产生3D图像之外，已经发现可能关注产生虚拟3D灯或照明器。这种虚拟3D照 明器可以显示视觉上吸引人且出人意料的3D状照明效果。深度感知可能起因于各种深度 线索（cue)，这些线索可以分类成单眼和双眼线索。3D显示器中的一个潜在光学技术可以 是基于类属于折射微光学元件的双凸透镜（lenticular)。基于双凸透镜的3D显示器使用 立体视觉(双眼线索)，其根据到两只眼睛的视网膜上的两个略有不同的投影来创建深度的 感知。这些折射光学元件能够创建立体视觉。另一方面，衍射光学元件（D0E)(全息图）也 创建深度感知。D0E依赖于诸如透视、聚焦和运动视差的(单眼）线索。
[0005] 现有技术中的系统常常要承受大量光损耗和/或具有复杂的构造。因此，本发明 的一个方面是提供一种用于具有运动视差的虚拟3D光投影的替代照明单元，其（因此)能够 创建包括深度的空间延展印象。优选地这种替代照明单元还至少部分地消除了上述缺陷中 的一个或多个。
[0006] 对于虚拟3D照明器的投影，光损耗最小的3D效果的创建(意指光学效率应为 ~70%)被定义为是至关重要的。这促成折射元件的使用，因为诸如PMMA结构的透明结构相 比于在全息图中使用的光敏卤化银膜而言光吸收少。使用单眼线索的优点另一方面在于观 察者的位置和方位并不像立体视觉情形将会的那样需要延展的寻址。
[0007] 目前，出人意料地，看起来例如可以通过使用低损耗的折射光学结构经由LED点 源的集合的单眼线索(透视、聚焦和运动视差）创建包括深度的空间延展印象(例如环、球或 8-形状)。在一个实施例中，LED光源被放置在距微锥体阵列元件相当一段距离(例如至少 20cm，尤其是至少彡25cm)处，以便创建具有感知到的深度的圆形结构。
[0008] 因此，在第一方面，本发明提供包括光源和透射光学板(这里也被称作"光学板"或 "板"）的照明单元，其中所述光源包括用于光源光的光出射表面，其中所述透射光学板包括 导向所述光源的所述光出射表面的上游面和布置成远离（背离）所述光源的所述光出射表 面的下游面，其中所述光学板包括至少锥形微光学元件(这里也被称作"光学元件"）的2D 阵列以用于将所述光源光折射在离开下游面的方向上，其中光源光从所述光出射表面到所 述透射光学板的几何路径长度是至少20cm，并且其中所述光源被设计成发出朝向上游面 的、作为有意义的（meaningful) 2D图案化成形光束的光源光。在另一方面，本发明还提供 这种照明单元的用途，其中所述照明单元包括多个光出射表面，以提供具有运动视差的虚 拟3D光投影。
[0009] 在该方面，有意义的2D图案化成形光意指作为形象、符号、或基本形状(例如圆、 多边形、星形、字符、数字等）可被识别的任何2D图案。
[0010] 利用上述照明单元，以相对简单的方式为虚拟3D光源提供有运动视差。视差是 沿着两条不同视线观察的物体的表观位置的位移或差值。对于运动视差，其指示在相对于 照明单元移动时(尤其是在沿着照明单元移动时）被感知到的视差。对于所述照明单元，点 状光源(更精确地，具有点状光出射表面的光源(亦参见下文)）可以被转化成虚拟圆线状光 源，以及具有圆形几何形状的光源可以被转化成虚拟球状光源。为了获得运动视差的可感 知效果，优选地所述几何路径长度比单个光出射表面的线性尺寸大至少一个量级，例如至 少大10倍或40倍。当所述几何路径长度比所述光出射表面的所述线性尺寸大至少100倍、 500倍或甚至多于500倍时，获得运动视差的显著效果。
[0011] (LED)光源和观察者之间的微光学阵列（微光学元件的2D阵列）能够将点源兰伯 特（Lambertian)发射器改变成空间延展结构。该延展结构的大小可以与点源和微阵列之 间的距离线性地相关(亦参见下文)。观察者的焦点在于将LED光引导到视网膜中的微元件 组与那些并非如此的微元件之间的对比。对于运动视差，随着观察者改变位置，光源(诸如 (多个）LED)-微元件阵列-观察者的几何形状改变。对于观察者而言看起来发光的微 元件组相应地发生变化。因此，对于观察者而言，圆形形象看起来是来自微元件阵列后方。 透视线索经由微元件的发光强度的变化而被创建：LED源与观察者之间的光学路径可以确 定发光强度。随着距离缩短(观察者靠近光源)，所述3D光投影(诸如圆形形象)看起来比对 应于真实发光光源的情况更明亮。
[0012] 所指示的光源具有光出射表面。灯的光出射表面例如是荧光灯的灯罩、LED (发光 二极管）管芯、或者波导表面处的光耦出特征。
[0013] 有关的参数是光出射表面与光学板之间的距离。该距离也被指示为几何路径长 度，这是因为在其中光源以间接方式照射光学板的实施例中，必须采取所述几何路径长度 (即，光线在光出射表面和光学板之间行进的长度)。因此，在一个实施例中，光源被配置成 以间接方式（即，包含(镜面）反射）照射上游面，以及在另一个实施例中，光源被配置成以直 接方式（即，没有反射）照射上游面。因此，所述几何路径长度是当光源（的光出射表面）被 配置成或以直接方式或以间接方式(诸如经由反射镜等；亦参见下文）照射透射光学板时光 线将从光出射表面行进到透射光学板的长度。
[0014] 另一个有利的参数可以是上游面利用所述成形光束来照射。上游面上的光的2D 图案被光学板转化并且由于光出射表面与光学板之间的所述距离而被转化成虚拟3D图像 (具有运动视差)。因此，光源具有光出射表面，其尤其被配置成利用所述成形光束照射所述 上游面。
[0015] 术语"上游"和"下游"涉及项或特征相对于来自光产生装置(这里尤其是所述光 源）的光的传播的布置，其中相对于来自所述光产生装置的光束内的第一位置，在所述光束 内的靠近所述光产生装置的第二位置是"上游"，而在所述光束内的离所述光产生装置较远 的第三位置是"下游"。
[0016] 光学元件的2D阵列总体包括规则地布置的多个光学元件。光学元件被配置成具 有折射属性。进入上游面的光源光从光学板的下游面离开同时被所述光学元件折射。光学 元件可以例如包括圆锥体或棱锥体（pyramid)。如四面体的其他形状也可以是可能的。在 本文中，还可以使用顶端截去的圆锥体、四面体或棱锥体。而且，还可以使用其他形状，诸如 五角形棱锥体、三角形穹顶塔、方形穹顶塔、五角形穹顶塔、五角形圆顶圆状体、或者这些形 状的细长型，如细长型圆锥体、细长型方形棱锥体、细长型四面体、细长型五角形棱锥体、细 长型三角形穹顶塔、细长型方形穹顶塔、细长型五角形穹顶塔、细长型五角形圆顶圆状体。 光学元件可以是规则地成形的，但也可以是不规则地或不对称地成形的。所有这些光学元 件具有锥形的形状，它们远离照明单元指向（或者远离下游面指向、或者远离（多个）出射表 面导向）。在一个实施例中，选择这样的光学元件：其在底座处具有呈六边形、矩形或圆形形 状的截面。可选地也可以应用不同类型光学元件的组合。
[0017] 下游面可以包括例如25-1. 106个微光学元件，如100-1. 104 (S卩，例如 5x5-1，000x1，000 (如10x10-100x100)个微光学元件)。短语"至少微光学元件的2D阵列" 还可以涉及多个这样的阵列，比如微光学元件的两组或多组2D阵列。在一个实施例中，其 中应用微光学元件的多组2D阵列，这些可以被包括在单个光学板中。然而，照明单元也可 以包括多个光学板，每一个光学板包括微光学元件的一组或多组2D阵列，从而包括微光学 元件的3D布置。光学板可以邻近于彼此布置，并且可以被布置在同一个平面中。然而，它 们还可以被布置成彼此间具有角度。在一个实施例中，所述2D阵列可以被布置成彼此间成 角度，或者在另一个实施例中，它们可以被布置成彼此平行。2D布置还可以通过微光学元件 的1D布置的线的组合而获得。在特定实施例中，2D阵列包括曲度（S卩，所述光学元件被布 置在曲面中）。因此，在特定实施例中，光学板可以包括2D阵列平面中的曲度。在又一个实 施例中，2D阵列被布置在平坦的平面中（S卩，微光学元件的底座或底部被布置在平坦的平面 中）。尤其地，光学板是平板(其一面包括微光学元件)。而且，在一个实施例中，单个(平坦 的）光学板被应用有2D阵列。
[0018] 光学元件底座处的尺寸可以例如是在0. 05-10mm的范围内，尤其是0. l-5mm (如 0.2-2_)。术语微光学元件用来指示光学元件是小的。这里的尺寸指的是长度或宽度，或 者在如圆锥体的具有圆形截面的光学元件的情形中指的是直径。光学元件的（多个）顶角 (在圆锥体的情形中是圆锥角）尤其是在90-150°的范围内，甚至更尤其是在100-145°的 范围内，还更尤其是108-140°。所述多个微光学元件可以全部具有相同的顶角，但顶角也 可以是不同的，它们规则地或不规则地分布于光学板之上。
[0019] 在特定实施例中，微光学兀件具有远离出射表面导向的、具有在100-145°的范围 内的圆锥角（α )的圆锥体形状，并且其中圆锥体在圆锥体底座处具有0. 1-5_的范围内的 直径(《)。利用更大或更小的顶角（或在圆锥体的情形中是圆锥角)，可能不会获得所需的属 性。例如，太多的光可能由于全内反射而被损耗。在另一特定实施例中，微光学元件具有远 离出射表面导向的、具有在108-140°的范围内的圆锥角（α)的圆锥体形状。在又一实施 例中，光学板包括棱镜光学兀件，比如微棱镜阵列板。
[0020] 光学板是透射的。这暗示着光源光中的至少部分光进入上游面且在下游面处离开 光学板(作为照明单元光，即，创建虚拟3D效果的光)。尤其地，对于由光源产生的且具有选 自可见波长范围的波长的光，光学板具有在50-100%、尤其在70-100%的范围内的光透射。 以这种方式，光学板透射来自照明单元的可见光。在本文中，术语"可见光"尤其涉及具有选 自380-780nm的范围的波长的光。透射或光渗透可通过对材料提供具有第一强度的特定波 长的光并且将在通过该材料透射后测量到的该波长的光的强度与对该材料所提供的所述 特定波长的光的所述第一强度进行相关来确定(亦参见"CRC Handbook of Chemistry and Physics" 第 69 版中的 E-208 和 E-406,1088-1989)。
[0021] 尤其地，光源包括被布置成有意义的2D图案的多个光出射表面。例如，光源可以 包括多个发光设备（LED)。术语光源也可以涉及多个光源。可选地，该多个发光设备具有以 不同波长发射的两个或多个子集。以这种方式，还可以创建一种彩色效果。在又一个实施 例中，所述多个光出射表面包括多个光耦出结构。以这种方式，可以创建光的（2D)特征（即， 在上游面上的光的2D图案)，其在光学板的上游面处可见。
[0022] 所述多个光出射表面可以例如涉及3-1. 106个光出射表面，比如6-1. 104个光出射 表面(如10-1000个光出射表面)。
[0023] 在特定实施例中，光出射表面具有在0. l_25mm2的范围内的表面面积，比如在 0. 5-4_2的量级，尤其是0. 5-1_2。出射表面因而尤其是点光源，其具有等于或少于25_2 的出射表面面积，尤其是等于或少于4mm2,甚至更多地等于或少于mm2。因此，优选地应用点 光源，比如LED或(小的）耦出特征。
[0024] 因此，可应用例如呈圆形的具有(提取式）（兰伯特）散射圆点图案的导光板。LED 光被耦合到其内的光发射管可作为一种替代方案。光可经由管的背侧上的散射圆点而被提 取，以使得出射光线经由光学板（比如微棱镜阵列板）朝向观察者行进。
[0025] 优选地，光源被配置成提供具有兰伯特分布的光(从光出射表面逸散)。可替换 地，光源具有单个光出射表面，其发出呈现成形的、特定的、有意义的2D图案(例如方形）的 光束，该光束例如可经由G0B0获得。G0B0从"在中间（Go Between)"，遮挡（GO BlackOut)" 或"在光学器件之前（Goes Before Optics)"（原本用于胶片设备上）推得，其是以狭缝 嵌入发光源内部或置于发光源前面的物理模板、用来控制所发射的光的形状，例如以标识 (logo)的边缘分明的图案。然而，进一步可替换地，例如具有兰伯特分布的LED或多个LED 的光源具有多个光出射表面，其被布置成有意义的2D图案，以用于朝向透射光学板发出所 述成形的、有意义的2D图案。
[0026] 在一个实施例中，所述多个光出射表面被布置成圆形或椭圆形。以这种方式，上游 面上的光的2D图案可以是圆形或椭圆形(光)。在又一个实施例中，光源被配置成产生（中 空）方形或中空六角形形状，等等。
[0027] 当（多个）光源被配置成在光学板的上游面处产生圆形或椭圆形光时，并且尤其当 使用圆锥体成形的光学元件时，创建虚拟的3D球形或球状物体。因此，例如尤其是当照明 单元包括被布置成圆形或椭圆形的多个光出射表面并且包括圆锥体成形的光学元件时，该 照明单元可以被用来提供具有运动视差的虚拟3D球形光投影。
[0028] 在一个实施例中，光源被配置成以间接方式照射上游面。例如，一个或多个反射镜 可以被用来将光源的光反射在光学板（即，其上游面）的方向上。这样的实施例可以被用来 减小照明单元的厚度或宽度。因此，为了进一步减小组件的总体高度，可应用一个或多个镜 面反射镜。在此方式下，虚拟地创建例如约25cm的距离。可选地，镜面反射器的曲度可以 帮助增加组件的光学效率，这是因为垂直于光学板的光线的透射效率更高。
[0029] 而且，应用准直器看起来是有利的。因此，在一个实施例中，照明单元进一步包括 准直器，其被配置成准直光源光并且被配置在光出射表面与光学板之间。为了防止在关于 上游面的法线所成的入射角超出7度时光学元件(诸如棱镜圆锥体等）中的全内反射，可能 尤其需要在光出射表面(诸如LED封装的管芯）前面的准直器。因此，准直元件有利地被应 用于尽可能多地准直到优选14°的全角（full angle)内。更少的准直将仍然可行，但依据 说明，这可能降低从棱镜板出射的光通量的光学效率。
[0030] 在本文中，比如在"基本上所有发射"或"基本上构成"中的术语"基本上"将被本 领域技术人员所理解。术语"基本上"也可以包含具有"整体地"、"完全地"、"全部"等的实 施例。因此，在实施例中修饰性的"基本上"也可以被省去。在可应用的情形下，术语"基本 上"也可以涉及90%或更高，比如95%或更高，尤其是99%或更高，甚至更特殊地是99. 5%或 更高，包含100%。术语"包括"也包含其中术语"包括"意指"由……构成"的实施例。
[0031] 而且，本说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等被用于区分相似的元件 并且不一定被用于描述先后或时间顺序。要理解的是如此使用的术语在适当的情境下可互 换并且在本文中所描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或阐明的其它次序进 行操作。
[0032] 本文中的设备与其它设备相比是跟随操作过程描述的。本领域技术人员将会明 白，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
[0033] 应当注意，上述实施例用以阐明而非限定本发明，并且本领域技术人员将能够不 脱离所附权利要求的范围而设计许多替代实施例。在权利要求书中，置于括号内的任何附 图标记不应当被解释为限制权利要求。动词"包括"及其变位的使用并不排除不同于权利要 求所述的其它元件或步骤的存在。元件前的冠词"一"或"一个"并不排除多个这种元件的 存在。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件、以及通过合适编程的计算机来实施。在 列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以通过一个且相同的硬件项来体 现。某些措施被记载于相互不同的从属权利要求中的单纯事实并不指示这些措施的组合不 能被有利地使用。
[0034] 本发明进一步应用于包括在本说明书中所描述的和/或在所附附图中所示的特 点特征中的一个或多个的设备。本发明进一步涉及包括在本说明书中所描述的和/或在所 附附图中所示的特点特征中的一个或多个的方法或过程。
[0035] 本专利所讨论的各个方面可被组合以便提供附加的优势。此外，所述特征中的一 些可形成一个或多个分案申请的基础。
[0036] DE102008017234A1公开了一种包括透射光学板的照明单元，在该透射光学板的 下游面上布置有锥形微光学元件的2D阵列以用于将光源光折射在远离所述下游面的方向 上。

【专利附图】

【附图说明】
[0037] 现在将仅通过示例参照随附的示意图来描述本发明的实施例，在图中，对应的附 图标记指示对应的部件，并且其中： 图la-ld示意性地描绘本发明一些方面和实施例； 图2a_2c示意性地描绘实施例的一些变化； 图3a_3d示意性地描绘本发明的一些方面； 所述附图未必按比例绘制。
[0038] 图4a_4b示出利用本发明的照明单元创建的虚拟3D照明器的一些相片。

【具体实施方式】
[0039] 图la示意性地描绘了照明单元100。照明单元100包括光源10和透射光学板20。 光源10包括用于光源光12的光出射表面11。总体而言，光源将包括多个光源和/或多个 光出射表面11 (亦参见图2a-2c)。
[0040] 透射光学板20包括导向光源10的光出射表面11的上游面23和背向所述光源的 光出射表面11的下游面24。上游面23在光源10的下游，但在下游面24的上游；下游面 24在上游面23的下游并且在光源10的下游。光源10的光12在从上游面23到下游面24 的方向上透射穿过光学板20。从下游面24逸散的光被指示为照明单元光102。该光可以 被观察者所感知。
[0041] 光学板20包括微光学兀件21的2D阵列，其用于将光源光12折射在远离下游面 24的方向上(在可被解释为截面的该示意图中，仅通过示例示意性地描绘包含4个光学元 件的一个阵列)。这里的光学元件指向远离光源10和光出射表面11的方向，并且指向远离 下游面24的方向。从光出射表面11到透射光学板（20)的(光线将行进的）几何路径长度 d至少是20cm。在此，该距离与光出射表面11到上游面23之间的距离相同。在该实施例 中，光学板20基本上是平板，其下游面处包括有微光学元件21。
[0042] 标记dl指示照明单元100的整体厚度。该厚度dl可以例如是在50-400mm的范 围内，但也可以更小或更大。角α指示微光学元件21的顶角。微光学元件指向远离(多个） 光出射表面11的方向。标记22指不微光学兀件的（多个）表面。这些表面形成锥形结构 (即，光学元件21 )，其如上文所指示的尤其指向远离光出射表面11的方向。标记wl指示光 学板20 (包含微光学元件21)的宽度。而且，标记w指示光学元件21底部处的宽度(或可 应用的情形下，指示直径）(亦参见图3c-3d)。在附图中示意性地描绘的光学板20是平板。
[0043] 图lb示意性地描绘了从下方看的光学板的透视图，其示出了若干微光学元件21 (在下游面24处）提供光102。这可以提供3D感知；光102源自虚拟3D源。
[0044] 图lc示出光学板20的顶部(事实上是底部视图的顶部)，其中下游面24可见(从 下方看；即，由照明单元下游的并观察所述照明单元的下游面的观察者可见)。7x7的微光 学元件21的阵列通过示例被示出。板20的尺寸(在此为长度1和宽度b，但在圆形板的情 况下为直径）可以例如是在5-1，000cm的范围内，比如10-500cm (如20-200cm)。
[0045] 图Id示意性地描绘了光学板20的上游面23未被均匀照射。存在(基本上）被照 射的区域212和(基本上)不被照射的区域213。光源(在该图中未示出）被配置成利用成形 的、有意义的2D图案化光束照射上游面23。在此，在示意性地描绘的实施例中，由所述成形 光束照射的上游面的区域具有中空的圆形形状(亦参见图2a)。
[0046] 图2a不意性地不出了包括多个光出射表面11的光源10的实施例。例如，光源10 可以包括多个LED 110。示意性地描绘的光源10在被应用于本发明的照明单元中时可以 提供具有运动视差的球形3D状虚拟照明器。图2a的光源10可以例如提供在光学板20的 上游面23上的中空圆形照射区域212 (如在图Id中示意性地描绘的）。每一个光出射表面 11可以具有〇.1-25_2的面积。特别地，面积等于或小于4_ 2。光出射表面11优选地提供 具有兰伯特分布的光。
[0047] 图2b示意性地描绘了包括例如LED光源110的光源10的实施例，该光源被配置 成将LED光源110的光耦合到波导45内。波导45包括多个光耦出结构111，它们具有光 出射表面11的功能。在此，光学板具有厚度wl，同时《2指示光学元件21在该情形下被布 置于其上的光学板的部分。总体而言，总宽度将是几毫米或更少。板的宽度(不含光学 元件21)被指示为w2。因此，在该示意性地描绘的实施例中，光学元件21的高度是wl-w2。 照明单元100的整体厚度再次用标记dl指示。
[0048] 图2c示意性地描绘了具有一个或多个反射镜(镜面反射器)50的照明单元。反射 镜可以是平坦的或弯曲的。在此方式下，虚拟地创建至少约20cm (尤其至少约25cm)的距 离。镜面反射器中的曲度(未示出）可以帮助增加组件的光学效率，这是因为垂直于棱镜板 的光线的透射效率更高。为了创建环形结构，LED (加上可选的准直器，亦参见下文)可以被 组装成环形结构。替代地，LED源被定位在沿棱镜板边缘的线中，并且它们的准直元件的取 向可稍作倾斜以将光斑环投影到镜面反射器上(参见图2b)。图2c中从光出射表面11到 光学板20的几何路径长度（d ;未绘出）是光出射表面11与反射镜50之间的光线21'的长 度以及反射镜与光学板20之间的长度22'（其是由反射镜50反射在光学板20的方向上 的反射光线21'的长度)。优选地最短距离（也就是最短的几何路径长度）为至少20cm，尤 其至少25cm (比如30cm)。厚度dl可以例如是在50-400mm的范围内，但也可以更小，比如 10-200mm ;然而，dl也可以更大。
[0049] 图3a示意性地描绘了对来自光源10的光源光12进行准直的准直器或准直元件 30的使用。在LED封装或另一光源前面的准直元件30可以减少或防止在关于(光学板的上 游面23的）法线所成的入射角超出7度时棱镜圆锥体中的全内反射。因此，优选地准直元 件尽可能多地准直到优选14度的全角内。较少的准直仍然将可行，但依据说明，这会降低 从棱镜板出射的光通量的光学效率。
[0050] 图3b示意性地描绘了光出射面的尺寸d2。标记d2反映宽度和长度(它们原则上 可能不同)、或可选地直径。长度/宽度d2将总体上在约1mm的范围内，从而创建约1mm2的 光出射表面。
[0051] 图3c_3d示意性地示出了锥形结构(诸如棱锥体或圆锥体(在此为圆锥体)）的顶 角。尽管圆锥体可以被应用，但还可以应用棱锥体等。光学元件21底部处的尺寸用标记w 指示。该尺寸也可以是长度和宽度、或直径。对于具有非方形、矩形或圆形的底部(或底部 处的截面）的光学元件21，w也可以指有效长度，即光学元件21底部处的面积的平方根。
[0052] 图4a和4b示出了当从下游侧看向照明单元100的下游面24时(亦参见例如图 la)，由环形结构上的LED集合所创建的发光球形形象，所述LED集合如在图2a中示意性地 描绘的(如在图Id中示意性地描绘的，它可以创建光学板的不均匀照射)。因此，图4a示出 了当看进微光学元件的2D阵列内时从下方看到的发光球形形象。当观察者靠近微光学阵 列的边沿时，该球形形象看起来消失于其后方：运动视差。图4b示出了当观察的人在另一 位置时所观察到的情况。当位置发生改变时3D投影逐渐改变，由此感知到与看向真实3D 源时相当的自然的改变。因此，利用本发明的照明单元可提供深度感知。
【权利要求】
1. 一种包括光源（10)和透射光学板（20)的照明单元（100)，其中所述光源（10)包括用 于光源光（12)的光出射表面（11)，其中所述透射光学板（20)包括导向所述光源（10)的所 述光出射表面（11)的上游面（23)和布置成远离所述光源的所述光出射表面（11)的下游面 (24)，其中所述透射光学板（20)包括至少锥形微光学元件（21)的2D阵列以用于将所述光 源光（12)折射在离开所述下游面（24)的方向上，其中光源光（12)从所述光出射表面（11) 到所述透射光学板（20)的几何路径长度（d)是至少20cm，并且其中所述光源被设计成发出 朝向所述上游面的、作为有意义的2D图案化成形光束的光源光。
2. 根据权利要求1的照明单元（100)，其中所述几何路径长度（d)是至少25cm。
3. 根据前述权利要求中任一项的照明单元（100)，其中所述光源（10)具有被配置成用 所述成形光束来照射所述上游面（23)的光出射表面。
4. 根据前述权利要求中任一项的照明单元（100)，其中所述微光学元件（21)具有远离 所述出射表面（11)导向的、具有在100-145°的范围内的圆锥角（α )的圆锥体形状，并且 其中所述圆锥体在圆锥体的底座处具有〇. l_5mm的范围内的直径(w)。
5. 根据权利要求4的照明单元（100)，其中所述微光学元件（21)具有远离所述出射表 面（11)导向的、具有在108-140°的范围内的圆锥角（α )的圆锥体形状。
6. 根据前述权利要求中任一项的照明单元（100)，其中所述光源包括被布置成有意义 的2D图案的多个光出射表面（11)。
7. 根据权利要求6的照明单元（100)，其中所述多个光出射表面（11)被布置成圆形或 椭圆形。
8. 根据权利要求6-7中任一项的照明单元，其中所述光源（10)包括多个发光设备 (LED)。
9. 根据权利要求6-7中任一项的照明单元，其中所述多个光出射表面（11)包括多个光 耦出结构（111)。
10. 根据权利要求6-7中任一项的照明单元，其中所述光源（10)被配置成以间接方式 照射所述上游面（23)。
11. 根据前述权利要求中任一项的照明单元（100)，进一步包括准直器（30)，其被配置 成对所述光源光（12 )进行准直并且被配置在所述光出射表面（11)与所述透射光学板（20 ) 之间。
12. 根据前述权利要求中任一项的照明单元（100)，其中所述光出射表面（11)具有在 0. l_25mm2的范围内的表面面积。
13. 根据前述权利要求中任一项的照明单元（100)的用途，包括被布置成有意义的2D 图案的多个光出射表面（11)以便提供具有运动视差的虚拟3D光投影。
14. 根据权利要求13的照明单元（100)的用途，包括被布置成圆形或椭圆形的多个光 出射表面（11)并且包括圆锥体成形的光学元件（21)以便提供具有运动视差的虚拟3D球形 光投影。
【文档编号】G02B5/02GK104105996SQ201380009651
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月12日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】H.H.P.戈姆曼斯 申请人:皇家飞利浦有限公司