CN102483552A

CN102483552A - 用于生成光图案的照明装置

Info

Publication number: CN102483552A
Application number: CN2010800420544A
Authority: CN
Inventors: R.A.M.希克梅特; T.范博梅尔; Y.倪
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-05-30
Also published as: JP5681718B2; US20120169952A1; JP2013505472A; WO2011036594A1; KR20120083431A; EP2309320A1; EP2480931A1; US8767135B2

Abstract

本发明涉及一种用于生成光图案的照明装置（1）。光源（4）生成被导向到液晶单元（2）上的光束（5）。液晶单元（2）包括周期性结构（3）。如果由电压源（8）将电压施加到液晶单元（2），则生成周期性相位图案。液晶单元（2）和光源（4）被调适成使得在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束（6），其中，所述多个单独光束（6）形成光图案（7）。由于在可通过施加电压修改的周期性相位图案处通过衍射生成光图案，因此，特别地为了装饰目的，可以以技术上相对简单的方式生成不同的光图案。

Description

用于生成光图案的照明装置

技术领域

本发明涉及用于生成光图案的照明装置、照明方法和照明计算机程序。本发明进一步涉及用于呈现产品的、包括该照明装置的产品呈现装置和相应的产品呈现方法。

背景技术

Li Ge等人的文章“Enumeration of Illumination on Scanning Modes from Real-Time Spatial Light Modulators”,Vol.7,No.12,Optics Express,pages 403-416,2000中公开了使用傅立叶变换设置中的纯相位空间光调制器（SLM）连同快速衍射光学设计算法，以用于自动生成复合波（complex）并快速改变远场中的激光照射（illumination）图案。该空间光调制器包括若干个像素单元（element），其中每个像素单元允许改变满足相应的像素单元的相干激光束的部分的相位。因此，覆盖不同像素单元的宽激光束被导向到空间光调制器上，并且满足空间光调制器的相应像素单元的宽激光束的不同部分的相位由相应的像素单元来修改。空间光调制器的每个像素单元均是可单独寻址的，由此允许以不同方式修改宽激光束的不同部分的相位。在离开空间光调制器之后，包括现在不同的相位的宽激光束的不同部分发生干涉并生成可以用于照射例如对象的光图案。通过经使用所述若干个像素单元修改宽激光束的不同部分的相位，可以生成不同的光图案。

该空间光调制器是技术上复杂的、庞大且昂贵的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种技术上较不复杂的、用于生成光图案的照明装置。本发明的另一个目的是提供一种生成光图案的相应照明方法和照明计算机程序。此外，本发明的一个目的是提供一种用于呈现产品的、包括该照明装置的产品呈现装置和相应的产品呈现方法。

在本发明的第一方面，提出一种用于生成光图案的照明装置，其中，该照明装置包括：

- 液晶单元，包括周期性结构，用于通过将电压施加到该液晶单元来生成周期性相位图案，

- 光源，用于生成被导向到液晶单元上的光束，

- 电压源，用于向液晶单元施加电压，

其中，该液晶单元和光源被调适成使得在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束，其中，所述多个单独光束形成光图案。

由于在通过施加电压到包括周期性结构的液晶生成的周期性相位图案处通过衍射生成光图案，因此不必提供具有可单独寻址的若干个像素单元的空间光调制器。这导致照明装置在技术上较不复杂，并且特别地导致较不庞大且较不昂贵。而且，尽管照明装置在技术上较不复杂，但是仍然有可能通过向液晶单元施加电压来修改光图案。特别地，该光图案可以通过在电压开与关之间切换来接通和关断光图案。

该光源优选地是准直光源，特别是激光器。

该周期性结构优选地是周期性电极结构。

优选地，强度分布由多个单独光束（即外出的多个单独光束）的强度来定义，其中，液晶单元和光源被调适成使得可以通过修改施加到液晶单元的电压来修改由液晶单元产生的外出光束的强度分布。

这允许通过修改施加到液晶单元的电压生成不同的强度分布。特别地，源自光源的光束的束宽类似于在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成的单独光束的束宽。因此，通过衍射生成的不同单独光束的束宽优选地是相同的，并且它们的强度可以通过修改施加到液晶单元的电压来修改。

进一步优选地，该照明装置包括投影表面，其中，光源和/或液晶单元被调适成使得多个单独光束在投影表面上形成不重叠点。

这些不重叠点优选地在背景照射上形成高强度图案，使得该光图案在正常背景照射条件下是可见的。因此，这些点的强度优选地为10W/m²或更大，进一步优选地为1000W/m²或更大，以及甚至进一步优选地为10000W/m²或更大。

进一步优选地，该液晶单元包括：使用双平面切换（DPS）的陡度折射率透镜阵列、使用平面内切换（IPS）的陡度折射率透镜阵列、使用边缘场切换（FFS）的陡度折射率透镜阵列、复制的液晶透镜阵列和关于图案的聚合的液晶单元中至少一个。

在DPS配置中，液晶被置于两个衬底之间，其中，在这两个衬底的表面上图案化电极面对该液晶。电压（即电场）被施加到两个衬底上的相对电极之间的衬底两端。该配置提供对电极图案（pattern）的高设计自由度，这可以用于获得期望的电极图案。

在IPS配置中，液晶也被置于两个衬底之间。然而，这些电极仅位于这些衬底中的一个上，即在一个衬底的一个表面上，该表面面对液晶。正电极和负电极一个接一个地放置，特别地交替放置。该IPS配置不需要电极在不同表面上相对于彼此细致对准。

在FFS配置中，液晶也被置于两个衬底之间。然而，这里，电极再次仅被置于液晶的一侧上，即面对液晶的一个表面上。在衬底的面对液晶的表面上，提供堆（stack），其中，该堆包括（从衬底的面对液晶的表面开始）覆盖电极的全表面、介电层和图案化电极。在该配置中，不同衬底上相对电极也不必对准，并且可以获得复杂的电极图案。

在复制的液晶透镜阵列配置中，该液晶被置于两个衬底之间，其中，这两个衬底的面对液晶单元的两个表面包括覆盖电极的全表面。至少一个覆盖电极的全表面包括复制的结构。该配置也不需要相对电极在不同衬底上对准。

关于图案的聚合的液晶单元优选地包括：第一衬底和第二衬底。在第一衬底与第二衬底之间，具有更多液晶材料和更少聚合物材料的第一区域和具有更少液晶材料和更多聚合物材料的第二区域被交替布置用于形成周期性结构。第一衬底和第二衬底的表面（其面对液晶材料和聚合物材料）优选地被提供有全表面电极。

进一步优选地，光源发射至少两个在不同方向上被导向到液晶单元上的光束。

进一步优选地，照明装置包括：布置在光源与液晶单元之间的无源衍射元件，其中，该无源衍射元件适于将由光源生成的光分成若干个被导向到液晶单元上的光束。

进一步优选地，该照明装置包括：用于依据所施加的电压准直光的第一液晶单元和包括周期性结构的第二液晶单元，该周期性结构用于通过向第二液晶单元施加电压生成周期性相位图案，其中，光源、第一液晶单元和第二液晶单元被布置成使得由光源生成的光被导向到第一液晶单元上，以用于准直由光源生成的光束，其中，准直的光束被导向到第二液晶单元上，以用于通过衍射在不同方向上生成多个单独光束。

进一步优选地，该照明装置至少包括：第一液晶单元，其包括用于通过施加电压至第一液晶单元生成第一周期性相位图案的第一周期性结构；和第二液晶单元，其包括用于通过施加电压至第二液晶单元生成第二周期性相位图案的第二周期性结构，其中，相干光源、第一液晶单元和第二液晶单元被布置成由光源生成的光束被导向到第一液晶单元上，以用于生成若干第一衍射（diffract）光束，其被导向到第二液晶单元上以用于通过衍射在不同方向上生成多个单独光束。

这允许增加可以由该照明装置生成的光图案的可变性。

进一步优选地，该照明装置包括多于两个液晶单元，其优选地被布置成使得从至少一个液晶单元外出的光被导向至少另一个液晶单元，即特别地该照明装置可以包括一系列液晶单元。

进一步优选地，该照明装置包括：控制单元，用于控制光源和电压源中至少一个以使得通过衍射生成的多个光束中的每一个的强度低于预定义的阈值。该预定义的阈值优选地与眼睛安全有关。该控制单元可以包括将电压与确保眼睛安全的光源的最大功率关联的校准曲线。这允许确保人们不会受到所生成的光图案的负面影响。而且，这允许控制通过衍射生成的单独光束的强度，而无需直接测量这些多个单独光束的强度。例如，不必提供光电二极管用来测量通过衍射生成的多个单独光束的强度。这进一步简化了照明装置。

在另一个实施例中，该照明装置包括：用于确定所述多个单独光束的强度的强度确定单元，其中，控制单元适于控制光源和电压源中至少一个，使得通过衍射生成的多个光束中的每一个的强度低于预定义的阈值，该阈值取决于所确定的所述多个单独光束的强度。

在本发明的另一方面，提供一种用于呈现产品的产品呈现装置，其中，该产品呈现装置包括产品将被置于其中的呈现区和如权利要求1中所定义的照明装置，其中，该照明装置适于将所述多个单独光束导向呈现区，以在该呈现区中形成光图案。

在本发明另一方面，提出一种用于生成光图案的照明方法，其中，该照明方法包括下述步骤：

- 施加电压至液晶单元，该液晶单元包括用于生成周期性相位图案的周期性结构，

- 生成被导向到该液晶单元上的光束，

其中，在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束，其中，所述多个单独光束形成光图案。

在本发明的另一方面，提出一种用于呈现产品的产品呈现方法，其中，该产品呈现方法包括下述步骤：

- 将产品置于呈现区中，

- 生成多个单独光束，以用于形成如权利要求11中所定义的光图案，其中，所述多个单独光束被导向呈现区，以在该呈现区中形成光图案。

在本发明的另一方面，提出一种用于生成光图案的照明计算机程序，其中，该照明计算机程序包括程序代码装置，其用于在该计算机程序在控制如权利要求1中所定义的照明装置的计算机上运行时使得该照明装置实施如权利要求11中所定义的照明方法的步骤。

将被理解的是，权利要求1的照明装置、权利要求10的产品呈现装置、权利要求11的照明方法、权利要求12的呈现方法和权利要求13的照明计算机程序具有如从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。

将被理解的是，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。

本发明的上述方面和其他方面将根据下述实施例而变得清楚明白并且参考这些实施例而被阐明。

附图说明

在下述附图中：

图1示意性且示范性地示出用于生成光图案的照明装置的表示，

图2示范性示出通过衍射生成光图案，

图3-6示意性且示范性示出可以由照明装置使用的液晶单元的实施例，

图7示意性且示范性示出用于生成光图案的照明装置，其中，电压未被施加至该照明装置，

图8示意性且示范性示出施加有电压的照明装置，

图9示范性示出在准直角与衍射角之间的优选关系，

图10示范性示出在光图案的光点之间的间距与束宽之间的优选关系，

图11-14示出包括用于显示产品的开放箱（open casing）的产品呈现装置的实施例，其中，该开放箱包括照明装置，

图15示意性且示范性示出包括具有内部照明装置的箱的产品呈现装置的另一个实施例，

图16示意性且示范性示出作为具有内部照明装置的架子（shelf）的产品呈现装置的另一个实施例，

图17和18示意性且示范性示出照明装置的另一个实施例，其中，两个光束被导向到液晶单元上，

图19和20示意性且示范性示出包括位于光源与液晶单元之间的无源衍射元件的照明装置的另一个实施例，

图21和22示意性且示范性示出包括用于在用于衍射的第二液晶单元与光源之间准直（collimation）的第一液晶单元的照明装置的另一个实施例，

图23示意性且示范性示出照明装置的另一个实施例，

图24示出取决于曝光时间的最大容许曝光，

图25示出示范性示出用于生成光图案的照明方法的实施例的流程图，以及

图26示出示范性示出用于呈现产品的产品呈现方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性且示范性示出用于生成光图案的照明装置1。该照明装置1包括具有周期性结构3的液晶单元2，该周期性结构3用于通过施加电压至液晶单元2来生成周期性相位图案。在该实施例中，液晶单元2是使用双平面切换的陡度折射率透镜阵列。

液晶单元2包括置于两个衬底34、35之间的液晶32。衬底34、35的面对液晶32的表面被提供有电极31、36，其形成周期性结构3。电极31、36形成周期性结构3。这些衬底优选地进一步包括取向层（未示出）以诱导液晶32的液晶分子的宏观取向。由电压发生器8在电极31、36两端施加电压（即电场）。该电场泄漏到不位于两个相对电极之间的外部区33中。由于电场线泄漏到这些外部区33中，在液晶单元内诱导电场梯度。作为该场梯度的结果，液晶分子在单元内各种位置处变得不同地取向，从而导致单元内有效折射率变化（即梯度）。如果使用周期性电极图案，在该单元内发生周期性折射率（即相位）图案。

照明装置1进一步包括用于生成被导向到液晶单元2上的光束5的光源4。光源4优选地是准直的且最优选地相干的光源，如激光器。电压源8用于将电压施加到液晶32，特别地用于将交变电压施加到液晶32。对周期性电极图案3的每对相对电极施加相同的交变电压。电极31相互连接，以使得不存在被单独寻址。电极36也相互连接，以使得不存在被单独寻址。交变电压的使用避免了液晶单元2中的离子电荷的积聚。

通过将交变电压施加到液晶单元2，在液晶单元2中生成周期性相位图案。液晶单元2和光源4被调适成使得在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束6，其中，所述多个单独光束6形成光图案7。所述多个单独光束6在投影表面9上形成不重叠点10。液晶单元2和光源4被调适成使得由多个点10的强度定义的强度分布可以通过修改施加到液晶单元2的电压来修改。因此，可以通过修改施加到液晶单元2的电压来修改光图案7中的点的强度。

由光源4生成的光束5优选地被确定尺寸并被准直，使得点10不在投影表面9上重叠。

如果电压被施加到液晶单元2，则周期性相位图案87如图1中示意性且示范性指示而显现。该周期相位图案然后导致图2中示意性且示范性示出的延迟轮廓（retardation profile）12。对于在单元的x-y平面中位置（x₁，y₁）处通过该单元的无穷小光束，该光的延迟由

给出，其中，n₁（z）是液晶单元2在位置（x₁，y₁）处沿着z轴（即沿着液晶单元2的厚度方向）的有效折射率，且t是液晶材料的厚度。延迟轮廓12和相应光图案7的生成将在下文中参考图2更详细地描述。

如果电压被施加到液晶单元2，则在一对相邻电极之间生成相位轮廓，其带来（yield）图2中所示的延迟轮廓11。液晶2的周期性结构3在图2中被示出为若干德尔塔函数13。在相邻电极之间的延迟轮廓11和德尔塔函数13的组合导致延迟轮廓12。如果液晶单元被照射，延迟轮廓11导致作为在图9和10中示意性且示范性示出的衍射角θ的函数的强度分布14。由德尔塔函数13表示的周期性结构3导致强度分布15，其中，通过组合单对相对电极的强度分布14和周期性结构3的强度分布15来生成最终的光图案7。在系统中的周期性由电极图案确定。因此，如果所施加的电压被修改，则形成光图案7的多个衍射的光束的强度分布15和角位置保持不变。然而，如果所施加的电压被修改，则一对相邻电极的延迟轮廓11可以被修改，从而导致在不同角位置θ处强度分布的修改。换言之，在图2中，不同峰值的角位置保持基本不变，但是不同峰值的高度可以通过修改所施加的电压来修改。

为了诱导足够用于获得期望的光图案的折射率梯度，液晶材料厚度t优选地为周期性图案3的周期p的数量级。厚度t优选地为0.1p或更大，进一步优选地为0.5p或更大，且甚至进一步优选地为p或更大。

取代使用具有双平面切换的陡度折射率透镜阵列，可以使用另一种液晶单元。例如，可以使用图3中所示的具有平面内切换的或如图4所示的具有边缘场切换的陡度折射率透镜阵列。

图3示意性且示范性示出具有平面内切换（IPS）的陡度折射率透镜阵列40。在如图3所示的IPS配置中，液晶材料43被布置在第一衬底41与第二衬底42之间。电极44仅位于第二衬底42上，即位于第二衬底42的面对液晶材料43的表面上。正电极和负电极44一个接一个地放置，特别地交替放置。

图4示意性且示范性示出使用边缘场切换（FFS）的陡度折射率透镜阵列50。在FFS配置中，液晶材料53也被置于第一衬底51与第二衬底52之间。电极55被置于液晶材料53的一侧上，即面对液晶材料53的一个表面上。在第二衬底52的面对液晶材料53的表面上，提供堆（stack），其中，该堆包括（从第二衬底52的面对液晶材料53的表面开始的）覆盖电极56的全表面、介电层54和图案化电极55。

图5示意性且示范性示出复制的液晶透镜阵列配置60，其也可以被用来取代图1所示的液晶单元2。该复制的液晶透镜阵列配置包括置于第一衬底61与第二衬底62之间的液晶材料63。第一衬底61和第二衬底62的两个表面分别包括分别覆盖电极64、65的全表面。至少一个覆盖电极64、65的全表面包括复制结构66。该复制的结构优选地通过将光电可聚合单体（特别是丙烯酸单体）置于对应于期望的复制结构的模具与被电极65覆盖的第二衬底62之间来获得。执行聚合过程，并且在单体聚合之后，该模具被移除，仅遗留下期望的复制结构。取向层被提供在液晶材料63的两侧上，使得它们接触液晶材料（图5中未示出），以便获得液晶材料63的液晶分子的微观取向。该取向层优选地被选择，以使得液晶分子变得垂直于第一和第二衬底61、62取向。在液晶分子的这种取向中，复制结构（即聚合物）的折射率优选地被选择以使得它匹配液晶的折射率。如果该折射率以此方式被选择，如果电压未被施加到液晶单元，则该液晶单元将不会显示显著的衍射。在施加电压时，具有负介电各向异性取向的液晶分子被改变，并且折射率梯度（即周期性相位图案）变得可见，由此诱导光图案的形成。如果诱导液晶分子的均匀平面取向的取向层被使用，则获得相反的行为。在后一种情况下，如果电压未被施加到液晶单元，则存在用于生成光图案的周期性相位图案，其中，如果电压被施加到液晶单元且被修改，则该周期性相位图案逐渐改变并且可选地消失。

图6示意性且示范性示出关于图案（pattern-wise）的聚合的液晶单元70，其也可以用来取代图1所示的液晶单元2。关于图案的聚合的液晶单元70包括第一衬底71和第二衬底72。在第一衬底71与第二衬底72之间，具有更多液晶材料和更少聚合物材料的第一区域73和具有更少液晶材料和更多聚合物材料的第二区域74被交替布置用于形成周期性结构。第一衬底71和第二衬底72的面对液晶材料和聚合物材料的表面被提供有全表面电极75、76。

为了产生关于图案的聚合的液晶材料73、74，光电可聚合单体（特别是丙烯酸单体）和液晶材料的混合物被置于具有透明电极的单元中。利用聚合诱导光关于图案地照射具有光电可聚合单体和液晶材料的混合物的该单元。在聚合之后，形成包含具有高聚合物浓度的第二区域74和具有低聚合物浓度的第一区域73的透明层。具有低聚合物浓度的第一区域73包括相对较高的液晶材料浓度。具有高聚合物浓度的第二区域74包含低浓度液晶材料。如果电压被施加到关于图案的聚合的液晶单元，则通过周期性改变液晶材料的浓度使得生成周期性相位图案。通过修改所施加的电压，周期性相位图案被修改，由此允许通过修改所施加的电压来修改所生成的光图案。

在上文参考图1和3-6描述的每一个液晶单元中，在液晶材料的两侧上提供了取向层，其可以与液晶材料接触，以便在没有电场的情况下诱导液晶分子的宏观取向。

在图1和3-6中，负号和正号以及在本说明书中的术语“负”和“正”仅用于指示具有不同极性的电极。应当注意，交变电压被施加在具有不同极性的电极的两端。而且，图1和3-6中的负号和正号位于电极的表示内，但是与相应电极相邻。

尽管在上述实施例中周期性结构是均匀结构，即周期性结构的周期总是相同的，但是在其他实施例中，该周期性结构可以是不均匀的，即该周期性结构可以包括不同的区域，其中，不同区域包括该周期性结构的不同周期。在此情况下，可以通过穿过具有在不同区域中不同的周期性结构的液晶单元的光束的不同部分形成各种光图案。

图７和８示意性且示范性示出根据本发明的将电压施加到液晶单元的效果。

在图７中，电压未被施加到包括周期性结构的液晶单元102。该液晶单元102可以类似于上文参考图1和3-6解释的液晶单元。由于电压未被施加到液晶单元102，因此由光源（在图7中未示出）生成的光105未被衍射，使得透射光113在投影表面上形成单个点114。在图8中，电压已被施加到液晶单元102并且生成了周期性相位图案。光105被所生成的周期性相位图案衍射，从而导致在不同方向上生成的多个单独光束106。所述多个单独光束106形成光图案107。依据所施加的电压的大小，可以创建各种点图案。该周期性结构比光束的宽度更小（特别地小得多），以通过衍射产生光图案。周期性结构的周期优选地为100微米或更小，进一步优选地为50微米或更小，且甚至进一步优选地为20微米或更小。

如图9示意性且示范性所示，为了获得包括不重叠光点的光图案，根据本发明的照明装置的提供光束204的光源和/或液晶单元202被调适成使得多个单独光束206的准直角α小于这些多个单独光束的衍射角θ。在图9所示的实施例中，所述多个单独光束206是发散的。

图10示出提供准直的多个单独光束306的照明装置的实施例，这些准直的单独光束是通过使用由照明装置的光源生成的光束304和照明装置的液晶元件302而生成的，其中，该液晶元件302包括：用于在电压被施加到液晶元件302的情况下生成周期性相位图案的周期性结构。在图10所示的情形中，电压被施加到液晶单元302，用于生成周期性相位图案，其衍射光束304以使得生成多个准直的单独束306。所述多个单独光束306在投影表面309上形成光图案。在投影表面309上生成光点310，其中，该光束304和/或液晶元件302被调适成使得这两个点310之间的间距x大于邻近点310的半宽的和。关于图10中所指示的间距（separation distance）x，这对应于x>(W/2)+(h/2)，其中，W指示单独的衍射光束的束宽，且h指示图10中的左边的已经被投影到投影表面309上的衍射光束的投影宽度（即该束的宽度）。

投影表面上的光点覆盖优选地小表面积以便具有高强度，而无需高激光功率。这可以确保眼睛安全。优选地，多个单独光束的光点具有小于15mm²的横截面面积，进一步优选地具有小于3mm²的横截面，且甚至进一步优选地，所述光点具有约0.7mm²的横截面面积。

图11示意性且示范性示出包括用于显示产品的开放箱15的产品呈现装置84的实施例，该产品可以位于开放箱15内。箱15包括照明装置1，用于在呈现区86中生成光图案407，即，电压被施加到照明装置1的液晶单元，以用于生成周期性相位图案，并且光源的光由所生成的周期性相位图案衍射，以使得在不同方向上生成多个单独光束，其中，这些衍射的多个单独光束406形成光图案407。通过修改施加到液晶单元的电压，可以修改光图案，如图12示意性且示范性所示。图11和12示出具有相同的开放箱15且具有相同的照明装置1的相同的产品呈现装置84。在图11和图12中唯一的差异是：不同的电压被施加到照明装置1的液晶单元，以用于生成不同的光图案407、507。

照明装置1的光源可以适于发射具有不同波长的光。例如，该光源可以由发射不同颜色的第一光源和第二光源组成。这允许生成具有不同颜色的光图案。

照明装置的光源优选地是激光器。此外，发光二极管可以被提供用于照射产品呈现装置85的开放箱615的呈现区609。该产品呈现装置在图13和14中被示意性且示范性示出。该发光二极管可以紧邻激光器或围绕激光器定位。发光二极管的辐射616可以独立于如图13和14所示的由激光生成的光图案407、507而被控制，或者由发光二极管形成的照射可以依赖于由激光生成的光图案407、507的形状。例如，发光二极管的光形成的照射可以被调适成使得呈现区609的一部分被发光二极管照射，其恰好覆盖由激光图案407、507覆盖的呈现区609的部分。

再次参考图1，照明装置优选地进一步包括：用于依据例如检测的移动、检测的温度、检测的光等等生成检测信号的检测单元17。由检测单元17生成的检测信号被提供给电压确定单元18，以用于依据所提供的检测信号确定应当被施加到液晶单元2的电压。电压确定单元18优选地包括查找表，其中，在相应的检测信号由检测单元17提供的情况下，针对不同检测信号存储应当被施加到液晶单元2的电压。例如，在静止状态中，照明装置可以适于照射存储器中（例如上述开放箱）中的关键产品。关键产品可以是首饰、鞋或者其他高价配件。该照射优选地是具有由照明装置生成的光图案的照射，其可以与利用上述发光二极管的照射相结合。当消费者接近产品时，该接近可以被检测单元17检测到，该检测单元生成提供给电压确定单元18的检测信号，该电压确定单元确定电压并将所确定的电压提供给电压源8，以用于修改施加到液晶单元2的电压，由此改变光图案。检测单元17还可以连接到发光二极管，使得在生成指示例如接近的消费者的检测信号的情况下修改发光二极管的照射。

尽管在图11-14中光图案仅被投影在所述箱的单个内表面上，但是在其他实施例中，该光图案可以可替代地或附加地被投影在箱的其他内表面上。而且，该箱可以包括多于仅一个照明装置，特别地用于将光图案投影在箱的不同内表面上。

图15示意性且示范性示出用于呈现产品的产品呈现装置的另一个实施例。该产品呈现装置80包括具有顶侧82的箱81。该顶侧82对由根据本发明的照明装置生成的光图案而言是半透明的。根据本发明的照明装置位于箱81内。该照明装置生成被导向到顶侧82的内表面上的光图案。由于顶侧82是半透明的，因此所生成的光图案83可以在顶侧82的外表面上看到。优选地，产品被置于产品呈现装置80的顶侧82上。顶侧82的外表面可以因此而被视为呈现区。通过修改施加到照明装置的液晶单元的电压，可以修改顶侧82上的光图案83。在其他实施例中，箱81的其他侧也可以是半透明的，并且箱81内的照明装置可以被导向这些其他半透明侧，以用于在这些其他侧的外表面上生成光图案。

图16示意性且示范性示出产品呈现装置，其为包括具有根据本发明的照明装置的隔间91的架子90，即照明装置位于隔间91内。架子90的上侧92对由隔间91内的照明装置生成的光图案是半透明的。该照明装置被调适成使得光图案被导向到架子90的上侧92的内表面上。因此，光图案93在架子90的上侧92的外表面上是可见的。优选地，产品被置于架子90的上侧92的外表面上。该外表面因此可以被视为呈现区。通过修改施加到隔间91内的照明装置的液晶单元的电压，可以修改架子90的上侧92的外表面上的光图案。架子90优选地包括用于将该架子附着到墙壁或类似物的悬挂机构。

由根据本发明的照明装置生成的照明效果也可以用在其他产品中，比如消费型电子产品，如CD和/或DVD播放器、玩具等等。

尽管在上述实施例中，照明装置被用于显示产品，但是该照明装置也可以用于其他目的，例如用作照明器、墙壁照明装置等等。

图17和18示意性且示范性示出照明装置701的光源704和液晶单元702。照明装置701包括图1所示的其他元件（如电压源），为了清楚的原因这在图17和18中未被示出。光源704包括用于发射两个光束705、718的第一光源716和第二光源717。这两个光束705、719被导向到液晶单元702上。在图17中，电压未被施加到液晶单元702。因此，这两个光束在投影表面709上形成两个点710、719。在图18所示的情形中，电压被施加到液晶单元702，以用于生成衍射光源704的光束705、718的周期性相位图案。该衍射在投影表面709上生成光图案707和720。这允许在投影表面709上定义位于这两个光图案707、720之间的区721。因此，可以创建被光图案环绕的区。

图19和20示意性且示范性示出照明装置801的另一个实施例，其包括光源804、液晶单元802和布置在光源804与液晶单元802之间的无源衍射元件822。该无源衍射元件822适于将由光源804生成的光分成用于导向到液晶单元802上的若干个光束。照明装置801还包括图1所示的其他元件，特别是图19和20为了清楚的原因未示出的电压源。在图19所示的情形中，电压未被施加到液晶单元802。因此，图案807对应于由无源衍射元件822生成的不同光束。在图20所示的情形中，电压被施加到液晶单元802，以生成衍射由无源衍射元件生成的不同光束的周期性相位图案。因此，通过将电压施加到液晶单元802，光图案被修改为图20所示的光图案820。

该照明装置可以包括若干个液晶单元，该液晶单元包括用于通过施加电压至相应的液晶单元生成周期性相位图案的周期性结构。特别地，该照明单元可以包括第一液晶单元和第二液晶单元，第一液晶单元包括用于通过施加电压至第一液晶单元生成第一周期性相位图案的第一周期性结构，而第二液晶单元包括用于通过施加电压至第二液晶单元生成第二周期性相位图案的第二周期性结构。光源、第一液晶单元和第二液晶单元优选地被布置成使得由光源生成的光束被导向到第一液晶单元上，以用于生成被导向到第二液晶单元上的若干个第一衍射光束，以用于通过衍射在不同方向上生成多个独立光束，从而形成光图案。

图21和22示意性且示范性示出照明装置901的另一个实施例，其包括光源904、用于依据所施加的电压准直光的第一液晶单元923，和第二液晶单元902，其包括用于通过施加电压至第二液晶单元902生成周期性相位图案的周期性结构。照明装置901还包括图1所示的其他元件。特别地，照明装置901包括用于将电压施加至第一液晶单元和第二液晶单元的电压源。第一液晶单元和第二液晶单元优选地是可相互独立寻址的。

光源904、第一液晶单元923和第二液晶单元902被布置成由光源904生成的光束被导向到第一液晶单元923上，用于准直由光源904生成的光束，其中，该准直的光束被导向到第二液晶单元902上，用于通过衍射在不同方向上生成多个独立光束。在图21所示的情形中，第一液晶单元被断开，即，电压未被施加至第一液晶单元923。但是，电压被施加至第二液晶单元902，由此在第二液晶单元902内生成周期性相位图案，所述第二液晶单元902衍射光以使得生成光图案907。在图22所示的情形中，电压被施加至两个液晶单元，即，用于准直的第一液晶单元也被接通。光图案920的光点的宽度由此得到增加。

第一液晶单元923起单个透镜的作用，因为它使用等于或大于光束宽度的单个结构，而第二液晶单元902具有比光束的宽度更小（特别地小得多）的周期性结构，以通过衍射产生光图案。周期性结构的周期优选地为100微米或更小，进一步优选地为50微米或更小，且甚至进一步优选地为20微米或更小。

如果照明装置包括若干个液晶元件，则这些液晶元件可以顺序地或同时被激活。

该照明装置可以用于装饰照明，其中，所生成的光图案被叠加在背景照射上。例如，发光二极管可以用于生成背景照射。液晶单元可以用于改变场景设置且用于产生动态效果。特别地，该液晶单元可以产生简单的可切换光图案。

当液晶单元用于生成光图案时，投影表面上的局部强度（即通过衍射生成的多个单独光束中的一个光束的强度）相对于由光源生成的光束的强度明显降低。例如，如果由光源生成的光束被衍射以使得10个光点形成光图案，每个光点的强度比由光源生成的光束的强度低10倍。投影表面上光点的该降低的强度可以导致光点的可见性减小。因此，可能期望的是，增加由光源生成的光束的强度，以获得给出足够好可见性的投影表面上光点的强度。另一方面，总体上重要的是，增加由光源生成的光束的强度不会导致以下情形：其中形成光图案的光点对眼睛是不安全的。因此，优选的是，生成光图案以使得该光图案是对眼睛安全的。因此，该照明装置优选地包括：从液晶单元到光源的反馈机构，使得如果液晶单元内的周期性相位图案被修改，则由光源生成的光束的强度以如下方式被调整：该光图案保持或变得对人类眼睛而言是安全的。

再次参考图1，照明装置1进一步包括控制单元30，其用于控制光源4和电压源8中至少一个，以使得通过衍射生成的多个光束6的每一个的强度低于与眼睛安全相关的预定义的阈值。该阈值优选地是为被认为是对眼睛安全的光源的最高功率或能量密度的最大容许曝光（MPE）。控制单元30优选地包括：在被施加至液晶的电压与指示由光源4生成的、确保眼睛安全的光束5的允许最大强度的最大值之间的分配。在该实施例中，光源4是激光器且控制单元包括在被施加至液晶单元的电压与确保眼睛安全的最大激光功率之间的分配。所述分配优选地通过校准确定，即，例如对于施加至液晶单元的恒定交变电压而言，由光源4生成的光束5的强度得到增加，直到所述多个独立光束的强度变得不安全。对于该校准过程，所述多个单独衍射的光束6的每一个的强度优选地由光电二极管或另一个检测单元来测量。

图23示意性且示范性示出照明装置1001的另一个实施例。该照明装置1001包括：用于确定多个单独光束的强度的强度确定单元1040，其在该实施例中为CCD相机。该照明装置1001进一步包括：控制单元1030，其适于控制照明装置1001的光源1004和电压源1008中至少一个，以使得通过衍射生成的多个光束中的每一个的强度低于依赖于所确定的多个单独光束的强度的预定义的阈值。在该实施例中，该阈值也与眼睛安全相关，即该阈值优选地为MPE。该强度确定单元1040检测通过使用透射和反射元件1041（如分束器）从所述多个单独衍射的光束收集的光的强度。

MPE是被认为安全的光源的最高功率或能量密度（以J/cm²或W/cm²为单位）。在最坏情况的条件下，通常约10%的剂量具有50%的机会造成损害。在人类眼睛的角膜处针对给定波长和曝光时间测量MPE。

针对眼睛曝光（ocular exposure）的MPE的计算考虑光可能对眼睛起作用的各种方式。热和光化学视网膜损伤已经显示在超过400nm波长处占优势。除了波长和曝光时间之外，MPE考虑（来自激光器或以其他方式）的光的空间分布。可见光的准直激光束在相对较低功率处是特别危险的，因为透镜将光聚焦到视网膜上的微小点上。来自光源的、具有较小程度的空间相干性的光在视网膜上的分布大于良好准直的激光。对于这样的源，MPE高于准直激光束的MPE。在MPE的计算中，设想最坏的情况，其中对于特定波长，眼睛透镜将光聚焦在视网膜上的最小的可能的点尺寸中，并且瞳孔全开。尽管MPE被指定为每单位表面的功率或能量，但是它基于可以穿过针对可见光波长的全开瞳孔（0.39cm²）的功率或能量。在图24中，针对激光的MEP被绘制为曝光时间t的函数。这里，可以看出：对于长于10s的曝光，MEP是恒定的。这指示例如对于0.39cm²的全开瞳孔，最大的可允许激光功率为0.39mW。

激光器是高强度光源，并且它们被认为用在装饰照明、（交互式）商店照明概念和气氛创建。由于高强度，它们在低功率处已经是高可见的，并且显示了期望的闪耀的外观。因此期望的是，产生具有有闪耀外观的多个点的图案。这一般地可以使用SLM来完成。然而，这种SLM相当昂贵且庞大。照明装置的上述实施例因此使用包括导致周期性相位图案形成的周期性结构的液晶单元，其中，该周期性相位图案可以由电场结合具有适当尺寸和准直的光束来局部调整，使得点优选地在投影表面上不重叠。在施加电场期间，产生折射率的周期性变化。当这种图案用光束照射时，产生衍射峰值，这是因为系统中的周期性引起的。该图案然后由衍射图案盘绕，这是由于在每一个重复单元中折射率的分布造成的。由此，可以获得可以由施加的电场控制的衍射图案。为此目的，例如，可以使用陡度的折射率透镜阵列或重复的液晶透镜阵列。这种元件还可以与控制激光束的发散的另一个设备组合，使得可以通过这种简单的紧凑设备获得许多不同类型的照明效果。

在下文中，参考图25所示的流程图将示范性描述用于生成光图案的照明方法。

在步骤S1中，光束由光源生成并且被导向到液晶单元上。该液晶单元包括用于在电压施加至液晶单元的情况下生成周期性相位图案的周期性结构。

在步骤S2中，电压被施加至液晶单元，由此生成周期性相位图案。由光源生成的光束在不同方向上被所生成的周期性相位图案衍射，其中，多个独立光束形成光图案。

步骤S2可以在步骤S1之前执行，步骤S1可以在步骤S2之前执行，以及这两个步骤可以同时执行。

在下文中，参考图26中所示的流程图将示范性地描述用于呈现产品的产品呈现方法。

在步骤T1中，产品被置于呈现区，且在步骤T2中，多个独立光束被生成以根据上述照明方法形成光图案，其中，多个独立光束被导向呈现区，以在该呈现区形成光图案。

尽管在上述实施例中针对照明装置的不同实施例描述了照明装置的不同元件，但是这些不同元件还可以是相同的照明装置的部分。例如，上文参考图3-6描述的液晶单元可以与上文参考图1所述的另一个元件一起使用，即，取代图1中所示的液晶单元2，可以使用另一个液晶单元，特别地可以使用上文参考图3-6描述的另一个液晶单元。而且，上文参考图1解释的照明装置的其他元件可以与上述照明装置的其他实施例一起使用。例如，检测单元和电压确定单元和/或控制单元和强度确定单元可以与照明装置的上述实施例一起使用。而且，这些元件（即，检测单元和电压确定单元和/或控制单元和强度确定单元）可以省略。

该照明装置可以与多个激光器一起使用，即，该光源可以包括多个可以改变颜色的激光器。例如，可以使用蓝色和绿色激光器，或可以使用蓝色、绿色和红色激光器。在周期性相位图案处通过衍射生成的多个独立光束的颜色可以依据施加至液晶单元的电压而被改变，即，如果通过经修改施加的电压修改周期性相位图案来修改光图案，则同时通过改变一个或多个由光源生成的被导向到液晶单元上的光束的颜色来修改光图案的颜色。

本领域技术人员在实践要求保护的本发明时通过研究附图、公开内容和所附权利要求可以理解并实现所公开的实施例的其他变形。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中叙述的若干项功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

根据相应照明方法对照明装置的控制可以被实现为计算机程序的程序代码装置和/或实现为专用硬件。

计算机程序可以存储/分布在适当的与其他硬件一起提供或作为其一部分的介质上（比如光存储介质或固态介质），但是也可以以其他方式分布，比如经由因特网或其他有线或无线电信系统来分布。

权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

本发明涉及一种用于生成光图案的照明装置。光源生成被导向到液晶单元上的光束。该液晶单元包括周期性结构。如果由电压源将电压施加至液晶单元，则生成周期性相位图案。该液晶单元和光源被调适成使得在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束，其中，所述多个单独光束形成光图案。由于在可通过施加电压修改的周期性相位图案处通过衍射生成光图案，因此，特别地为了装饰目的，可以以技术上相对简单的方式生成不同的光图案。

Claims

1.一种用于生成光图案的照明装置，该照明装置（1）包括：

- 液晶单元（2），包括周期性结构（3），用于通过将电压施加到该液晶单元（2）来生成周期性相位图案，

- 光源（4），用于生成被导向到液晶单元（2）上的光束（5），

- 电压源（8），用于向液晶单元（2）施加电压，

其中，该液晶单元（2）和光源（4）被调适成使得在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束（6），其中，所述多个单独光束（6）形成光图案（7）。

2.如权利要求1所述的照明装置，其中，强度分布由多个单独光束（6）的强度来定义，并且其中，液晶单元（2）和光源（4）被调适成使得可通过修改施加到液晶单元（2）的电压来修改强度分布。

3.如权利要求1所述的照明装置，进一步包括投影表面（9），其中，光源（4）和/或液晶单元被调适成使得多个单独光束（6）在投影表面（9）上形成不重叠点（10）。

4.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述液晶单元包括：使用双平面切换（DPS）的陡度折射率透镜阵列、使用平面内切换（IPS）的陡度折射率透镜阵列、使用边缘场切换（FFS）的陡度折射率透镜阵列、复制的液晶透镜阵列和关于图案的聚合的液晶单元中至少一个。

5.如权利要求1所述的照明装置，其中，光源（704）发射至少两个在不同方向上被导向到液晶单元（702）上的光束（705,718）。

6.如权利要求1所述的照明装置，其中，照明装置（801）进一步包括：布置在光源（804）与液晶单元（802）之间的无源衍射元件（822），其中，该无源衍射元件（822）适于将由光源生成的光分成若干个被导向到液晶单元（802）上的光束。

7.如权利要求1所述的照明装置，其中，照明装置（901）包括：用于依据所施加的电压准直光的第一液晶单元（923）和包括周期性结构的第二液晶单元（902），该周期性结构用于通过向第二液晶单元（902）施加电压生成周期性相位图案，其中，光源（904）、第一液晶单元（923）和第二液晶单元（902）被布置成使得由光源（904）生成的光束被导向到第一液晶单元（923）上，以用于准直由光源（904）生成的光束，其中，准直的光束被导向到第二液晶单元（902）上，以用于通过衍射在不同方向上生成多个单独光源。

8.如权利要求1所述的照明装置，其中，该照明装置（1；1001）包括：控制单元（30；1030），用于控制光源（4；1004）和电压源（8；1008）中至少一个以使得通过衍射生成的多个光束中的每一个的强度低于预定义的阈值。

9.如权利要求8所述的照明装置，其中，照明装置（1001）进一步包括：用于确定所述多个单独光束的强度的强度确定单元（1040），其中，控制单元（1030）适于控制光源（1004）和电压源（1008）中至少一个，使得通过衍射生成的多个光束中的每一个的强度低于预定义的阈值，该阈值取决于所确定的所述多个单独光束的强度。

10.一种用于呈现产品的产品呈现装置，该产品呈现装置（84）包括：产品将被置于其中的呈现区（86）和如权利要求1中所定义的照明装置（1），其中，该照明装置（1）适于将所述多个单独光束（406；506）导向呈现区（86），以在该呈现区（86）中形成光图案（407；507）。

11.一种用于生成光图案的照明方法，该照明方法包括下述步骤：

- 施加电压至液晶单元（2），该液晶单元包括用于生成周期性相位图案的周期性结构（3），

- 生成被导向到该液晶单元（2）上的光束（5），

其中，在所生成的周期性相位图案处通过衍射在不同方向上生成多个单独光束（6），其中，所述多个单独光束（6）形成光图案（7）。

12.一种用于呈现产品的产品呈现方法，该产品呈现方法包括下述步骤：

- 将产品置于呈现区（86）中，

- 生成多个单独光束（406；506），以用于形成如权利要求11中所定义的光图案，其中，所述多个单独光束（406；506）被导向呈现区（86），以在该呈现区（86）中形成光图案（407；507）。

13.一种用于生成光图案的照明计算机程序，该计算机程序包括：程序代码装置，其用于在该计算机程序在控制如权利要求1中所定义的照明装置的计算机上运行时使得该照明装置实施如权利要求11中所定义的照明方法的步骤。