用于产生基于像素的照射图案的投影设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于产生基于像素的照射图案(12)的投影设备(10)，该投影设备具有：用于产生相干激光(22)的激光源(15)、以及具有多个反射镜(19)的微镜阵列(18)，这些反射镜被实施成在其位置(27)方面是可控制的，以设定该基于像素的照射图案(12)的相应像素(14)的亮度和/或颜色，其中，该激光源(15)被设定来将该激光(22)发射到该微镜阵列(18)上。根据本发明专利技术，提供了光束成形元件(17)，该光束成形元件被设定来将来自该激光源(15)的激光(22)分散成多个部分光束(23)，其中，这些部分光束各自朝向该微镜阵列(18)的反射镜(19)之一定向。

【技术实现步骤摘要】
用于产生基于像素的照射图案的投影设备
本专利技术涉及一种用于产生基于像素的照射图案的投影设备。照射图案可以投影到投影表面上，在此它可以被使用者感知或看作光现象。可以单独地设定或指定照射图案的各个图像元素或像素(图片元素)。投影设备可以是例如机动车辆的前照灯或用于重现图像的投影仪。
技术介绍
为了设定照射图案的相应像素的亮度和/或颜色，投影设备可以具有微镜阵列。它的另一个名字是数字微镜装置(DMD)。这是多个反射镜的安排，这些反射镜以所谓的MEMS(微机电系统)的形式来实施。反射镜构成二维阵列或场。可以独立地控制或设定每个反射镜的倾斜度或偏斜位置或总体上位置。如果光照到微镜阵列上，就可以针对基于像素的照明图案的相应像素来单独地建立每个反射镜从而或者是使得所述像素被光辐照(反射镜的亮位置)或者是通过将反射镜偏斜而使得光转向并且被偏转到例如吸光(light-swallowing)表面中并在那被吸收(反射镜的暗位置)。如果投影设备呈前照灯的形式，则明亮像素通过投影装置离开前照灯，而在暗像素的情况下，光在前照灯内的照明器中消失。在微镜阵列被光照期间，因为在各自情况下在反射镜之间提供了例如由于黑色着色而不反射光但是吸收光的中间空间，所以光会有损失。因此，微镜阵列被加热，这进而造成必须费力地对其进行冷却。对于微镜阵列的反射镜之间的常规距离而言，在反射镜之间的中间空间中典型地损失超过百分之10的光。对于被非相干光(例如，来自发光二极管安排的光)辐照，微镜阵列的总效率典型地被指定为小于百分之70。如果旨在通过使用更多的光来补偿这种损失，则这进而还导致微镜阵列被更强地加热。此外，微镜阵列不能承受高温，因为从约65摄氏度开始，它们必须不间断地移动以防止反射镜粘住。一种冷却选项是短暂关闭光源，但这进而会导致平均亮度降低。基于帕尔贴元件的主动冷却对于生产来说太昂贵。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的在于指定一种高效率投影设备。该目的通过独立权利要求的主题来实现。从属专利权利要求、以下描述以及附图描述了有利的发展。本专利技术提供了一种用于产生基于像素的投影图像或照射图案的投影设备。该投影设备具有用于产生相干激光的激光源。还提供了一种微镜安排或微镜阵列(DMD元件、微镜装置)，其具有被设计成在其位置方面是可控制的多个反射镜。可以通过该微镜阵列的反射镜来设定该基于像素的照射图案的相应像素的亮度和/或颜色。为此，这些反射镜可以在各自情况下在亮位置与暗位置之间切换。在亮位置，被相应反射镜反射的光被辐射到投影设备外。在暗位置，被相应反射镜反射的光投射到某个区域中或投影设备的吸收元件中，在该区域或吸收元件中，被反射的光被吸收或吞噬或转换以加热该投影设备并因此不再离开该设备。可以通过交替亮位置和暗位置(开/关)来调制光点的光照强度。这还被称为PWM(脉冲宽度调制)：亮位置相对于暗位置持续的时间越长，像素越亮。在此，PWM的持续时间段优选地少于100ms、优选地少于30ms。该激光源被设定来将激光发射到该微镜阵列上。因此，激光辐照微镜阵列的反射镜。为了使投影设备的操作更有效，减少由于激光源的激光而可能发生的对微镜阵列的加热。为此目的，提供了光束成形元件，该光束成形元件被设定来将来自该激光源的激光分散成多个部分光束，其中，这些部分光束各自朝向该微镜阵列的反射镜之一定向。换言之，每个部分光束撞击这些反射镜中不同的一个反射镜。因此，这些反射镜中的每一个反射镜被部分光束之一单独辐照。为此，该光束成形元件被安排在激光源与该微镜阵列之间的光束通道或光束路径中。本专利技术提供了以下优点，这些部分光束中的每一个部分光束可以单独地被定向成朝向这些反射镜之一。因此，不需要将白光不加区分地辐射到反射镜的整个安排上，由此光还会到达这些反射镜之间的中间空间。而是，通过定向部分光束，反射镜之间的、即在反射镜之间的中间空间或空隙中的辐照可以比在反射镜本身上的辐照更低、或者可以被预设为更低。相关激光可以由于相干性而更容易地成形，因为可以利用干涉。由于不同的频率(所有颜色的混合)，白光是非相干的。因此，形成部分光束减少由被吸收在反射镜之间的中间空间中的光加热该微镜阵列。此外，由于形成部分光束，该光束成形元件还优选地被设定成使用这些部分光束来在该微镜阵列上产生点图案或光斑图案，其中，在各自情况下，一个光点或光斑被定位在该微镜阵列的反光镜之一上或者被定向成朝向它，并且因此，这些反射镜上的辐照度大于在这些反射镜之间的中间空间中的辐照度。换言之，每个光点或光斑使可以由相应反射镜发射或偏转的光可用于该基于像素的照射图案的相应像素。在被分散成部分光束之前，来自激光源的激光具有的辐照可以大到使得灰尘和/或表面燃烧并且因此产生挡光障碍物。为此，在激光源的激光器与光束成形元件之间的区域优选地被密封成是不漏灰尘或不漏空气的。因此，防止了所述所谓的暗位置或暗斑。该光束成形元件优选地集成在该激光源中。这种集成使得调整更容易。在投影设备的安装过程中，额外地可以确保，在激光器与光束成形元件之间的所述区域保持被密封从而使得它是不漏灰尘或不漏空气的。被密封成不漏灰尘或不漏空气的该区域优选地可以被抽空，即呈现小于1巴、尤其小于0.7巴的、相对于环境或大气压力的负压。因此，减少了被密封成不漏灰尘或不漏空气的该区域中取决于温度的压力变化。在一个实施例中，为了将激光分散成所述部分光束，用于将激光分散成部分光束的光束成形元件具有光子晶体和/或光栅。因此，可以基于干涉和/或折射来实现这种分散。原则上，将光分散成部分光束是已知的。举例而言，在此参考了DennisF.Vanderwerf的出版物“AppliedPrismaticandReflectiveOptics(应用棱镜和反射光学器件)”(第7.3节“IlluminatorsforProjectionDisplays(用于投影显示的照明器)”，SPIEPressMonographSeriesVol.PM200,2010)。根据一个实施例，该光束成形元件具有用于使得该激光和/或这些部分光束发散的光学发散结构。这意味着激光和/或部分光束可以以锥形形状发散。由此，与没有发散结构的情况相比，可以照亮微镜阵列的反射镜上的较大表面积。可以例如通过透明基板、例如玻璃的表面上的二维结构(例如，凹口和/或粗糙化)来实现发散。根据一个实施例，该激光源可以被设定来产生单色激光。在此，该微镜阵列的反射镜采取布拉格光栅的形式。布拉格光栅可以具有超过百分之99.9的效率。为此，反射表面可以设有涂层，与没有该涂层的反射镜相比，通过该涂层就基于干涉(线性破坏性、反射相长干涉)增大了反射率。因此，可以有利地减少反射镜自身加热。首先，如果使用单色激光，则还规定了照射图案的颜色。在一个实施例中，出于与激光的颜色和/或相干性的独立性的目的，可以将转换器元件安排在微镜阵列下游的光束通道或光束路径中。该转换器元件被设定来将由该微镜阵列所反射的激光转换成不同颜色的光和/或白光。该微镜阵列被设定成使用其反射镜来通过对这些部分光束的反射来在该转换器元件上产生相互独立的发光点，这些发光点各自属于该照射图案的像素之一。换言之，这产生了如下光学路径：激光从激光源的激光器、经光束成形元件被引导至微镜阵列、并且由此被反射到转换器元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生基于像素的照射图案(12)的投影设备(10)，该投影设备具有：用于产生相干激光(22)的激光源(15)、以及具有多个反射镜(19)的微镜阵列(18)，这些反射镜被实施成在其位置(27)方面是可控制的，以设定该基于像素的照射图案(12)的相应像素(14)的亮度和/或颜色，其中，该激光源(15)被设定来将该激光(22)发射到该微镜阵列(18)上，其特征在于，提供了光束成形元件(17)，该光束成形元件被设定来将来自该激光源(15)的激光(22)分散成多个部分光束(23)，其中，这些部分光束各自朝向该微镜阵列(18)的反射镜(19)之一定向。

【技术特征摘要】
2017.09.27 DE 102017217164.21.一种用于产生基于像素的照射图案(12)的投影设备(10)，该投影设备具有：用于产生相干激光(22)的激光源(15)、以及具有多个反射镜(19)的微镜阵列(18)，这些反射镜被实施成在其位置(27)方面是可控制的，以设定该基于像素的照射图案(12)的相应像素(14)的亮度和/或颜色，其中，该激光源(15)被设定来将该激光(22)发射到该微镜阵列(18)上，其特征在于，提供了光束成形元件(17)，该光束成形元件被设定来将来自该激光源(15)的激光(22)分散成多个部分光束(23)，其中，这些部分光束各自朝向该微镜阵列(18)的反射镜(19)之一定向。2.如权利要求1所述的投影设备(10)，其中，该光束成形元件(17)被设定成通过这些部分光束(23)在该微镜阵列(18)上产生点图案(36)，其中，在各自情况下，在该微镜阵列(18)的反射镜(19)之一上定位一个光点(35)，并且因此这些反射镜(19)上的辐照度大于在这些反射镜(19)之间的中间空间(34)中的辐照度。3.如以上权利要求之一所述的投影设备(10)，其中，该激光源(15)的激光器(16)与该光束成形元件(17)之间的区域被密封成是不漏灰尘或不漏空气的。4.如以上权利要求之一所述的投影设备(10)，其中，该光束成形元件(17)集成在该激光源(15)中。5.如以上权利要求之一所述的投影设备(10)，其中，用于将该激光(22)分散成这些部分光束(23)的该光束成形元件(17)具有光子晶体和/或光栅。6.如以上权利要求之一所述的投影设备(10)，其中，该光束成形元件(17)具有用于使得该激光(22)和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·霍尔津格，
申请(专利权)人：大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE