況下，發光元件在內部被提供于拋物面反射器的焦點處，并且所述反射器由包括光學設備 的(優選地可交換的)板閉合。發光元件和反射器的組合形成可充當入射到板上的平行光束 的生成器的光源。因此，通過板的簡單選擇/交換，由燈/反射器單元發出的光是容易可控 制的。通過用于顯示設備的、發出到光學設備上的平行光束的發光體和直光式或側光式背 光，可獲得類似的構造。替代性地，照明設備的特征在于照明設備是包括LED染料以及具有 作為主要光學器件的光學設備/透鏡的LED。一般地，LED染料具備圓頂透鏡作為第一主要 光學器件。當光學設備是LED的主要光學器件時，各個LED可以被給予由各個LED發出的 期望的束圖案。光學設備的設計取決于LED染料和圓頂的尺寸的比值。例如，如果染料（= 發光元件）的尺寸相比于圓頂（=光學設備）是小的，例如半球狀圓頂具有至少10倍大的直 徑，則當LED管芯位于(半)球圓頂的中央時，發光元件粗略地被光學設備當作點光源。然后， 通過對發光元件所發出的光束的子束進行重定向的相關聯的刻面組形成圖案的子圖案。替 代性地，如果例如管芯（=發光元件）以及圓頂（=光學設備）的尺寸是大約相同的尺寸，例如 半球狀圓頂具有至多2倍大的直徑，則發光元件可被看作是發出平行光束的源。在該情形 下，光學設備是優選地僅由僅具有一個單元的一個光學設備和有限數目（例如，2、3或4個） 的刻面組構成的透鏡。在2至10的比值中，從點源到發出平行束的光源的過渡區適用，并 且因此在光學設備的設計中，必須考慮發光元件的具體尺度。
[0023] 本發明還涉及具有多個光源和至少一個光學設備的光學系統。替代性地，提供多 個光學設備，甚至到達這樣的程度：每個光源與相應光學設備相關聯。多個光源可相互配合 以通過重疊由各個光源發出的圖案來生成單個圖案，因此能夠實現照明圖案的容易調光。 替代性地，可通過匹配各個光源發出的子圖案的單獨貢獻來形成圖案，因而通過獨立地切 換至少一個單獨的光源或多個光源的子集合能夠實現圖案的容易的改變。在本發明的優選 實施例中，相鄰刻面可形成有不同的三維配置（conjuration)。
[0024] 本發明還涉及做出多刻面光學設備的方法。該方法包括如下步驟： (1) 選擇要被顯示的期望的圖案， (2) 將圖案分成具有具體位置的子圖案， (3) 確定刻面組以及針對刻面的配置，其包括用于將束部分（重）定向到子圖案位置的 組光軸，考慮到 對于第一組刻面的相應第一組光軸與第二組刻面的相應第二組光軸的至少一個組合， 所述第一組光軸和所述第二組光軸以至少P的角度β相互成角度， (4) 根據所確定的配置，生成多個刻面。
[0025] 可選地，對于本發明的又一方面，由編程通用計算機基于期望的圖案中的相應子 圖案位置的位置來計算刻面組、針對刻面表面的傾斜角以及方位角。例如，對于刻面組的 各個刻面的布置就是這種情形。開發了將期望的光圖案轉換成針對對應的刻面陣列的設 計的具體算法和軟件。使用該技術，已經實現了具有被雕刻到其中的刻面的薄透明箔的原 型。該技術要求借助脈沖激光束以及掩膜和透明塑料層之間的投影透鏡來將具有刻面的布 局的掩膜成像到透明塑料層上。在激光束撞擊塑料的位置處，從透明塑料移除材料，從而創 建刻面表面的具體傾斜角和方位角。激光能量密度越高，更多的材料通過(激光）剝離被移 除。刻面被設計成使得將平行束或點源狀束變換成壁上的遠場中的光圖案。
[0026] 因而，本發明提供了用于控制光束的方法和設備。本發明使用在多個刻面的表面 之上分割的微結構，其中實際上每個光學元件或刻面表面在尺寸、旋轉取向和傾斜角（斜 率）上與其相鄰鄰居是不同的。被分割的不同刻面可以控制(例如，均勻化）由光源發出的 光束，而沒有現有技術的缺點。被分割的刻面的各種組合和變更可包括：向刻面添加相位偏 置以進一步擾亂（scramble)進入的光束和/或向光學設備的包括多個刻面表面的第一表 面或向與第一表面相對地定位的背表面添加透鏡功能。
[0027] 越過刻面的光的角擴展越小，可投影到壁上的特征越尖。優選的是小于20。FWHM (半最大全寬）的角擴展。更優選的是小于KT的角擴展。甚至更優選的是小于P的擴展。
[0028] 刻面表面的尺寸和傾斜(斜率）越大，刻面高度越大。優選的是不超過100 μ m的 最大高度。有限高度的優點是使用（熱）模壓作為用于以低成本大量制造的技術的可能性。 對于低成本的大量制造，其還能夠實現卷對卷制程。最低成本的解決方案被預期為基于箔 狀光學器件的那些解決方案：預見的是具備專用微結構化表面的薄透明光學箔能夠滿足對 由LED發射的光束進行成形的光學功能。能夠實現這樣的低成本解決方案的制造是本發明 的益處。
[0029] 優選的是具有小于250 μ m的尺寸的刻面：有限的刻面尺寸暗示有限的刻面高度 以及在不具有大刻面高度的情況下具有大刻面斜率的可能性。大刻面斜率暗示能夠將光重 定向到大角度。優選的最小刻面尺寸是大約25 μ m。在低成本解決方案中，較小的刻面更 加難以制作并且可導致越過它們的光的非期望衍射。
[0030] 本發明可被用來實行束分裂操作，使光源均勻和/或在給定方向上對光進行重定 向，例如，在貢獻于預定圖案的部分的第一和第二方向上離開的光束。光學設備可被提供到 襯底(例如，板或片）上，襯底包括與光學設備的刻面表面相對的光滑的規則形狀的外表面。
[0031] 依據連同附圖一起提供的本發明的以下詳細描述，本發明的這些以及其它優點和 特征將變得明顯。
【附圖說明】
[0032] 圖IA示出了根據本發明的第一實施例的照明設備的示意性透視圖； 圖IB更詳細示出了圖IA的光學設備； 圖2示出了根據本發明的第二實施例的照明設備的示意性側視圖； 圖3示意性地示出了適于構建靠近其顯示的圖案的根據本發明的光學設備的平面圖； 圖4A-4B示出了根據本發明的照明設備的兩個實施例，圖4A中的實施例示出了提供在 LED的TIR準直器上的光學設備，圖4B中的實施例示出了作為具有直接相關聯的光學設備 的點光源的LED ; 圖5A-5B示出了根據現有技術的光學設備的實施例中的刻面的位置，該位置與它們在 所顯示/生成的圖案中相關聯的位置有關。
[0033] 圖6A-6B示出了根據本發明的光學設備的實施例中的刻面的位置，該位置與它們 在所顯示/生成的圖案中相關聯的位置有關，其中細分成刻面/象限的組； 圖7A-7B示出了根據本發明的包括4個光學設備的透鏡和如由所述透鏡生成的圖案； 圖7C-7D示出了根據本發明的照明設備和如由照明設備生成的典型束圖案； 圖8示出了通過根據本發明的各種光學設備可獲得的圖案的一些示例； 圖9A示出了根據本發明的具有刻面的陣列的光學設備的3D繪圖，所述刻面具有規則 的六邊形形狀； 圖9B示出了如圖9A中示出的根據本發明的物理光學設備的一部分的掃描電子顯微鏡 圖像； 圖10A-B示出了如倒角、傾斜角、方位角和取向角的物理參數的抽象(數學）表示； 圖11示出了如由根據本發明的方法獲得的根據本發明的光學設備的第一表面的泰森 多邊形（Voronoi)表面分割； 圖12示出了具有圖11的光學設備的η個節點的刻面數量的柱狀圖； 圖13Α-Β示出了如何確定刻面的組的示例。
【具體實施方式】
[0034] 現在，參照繪圖，其中相同的附圖標記指定相同的元件，在圖IA中示出了根據本 發明的第一實施例的照明設備1的示意性透視圖。照明設備包括燈/反射器單元35作為 帶有發光元件5 (優選地是點狀光）的光源3,例如LED、或者諸如定位在反射器本體9的焦 點7中的UHP-燈的高壓氣體放電燈。在操作期間，燈/反射器單元生成隨后入射在透明光 學設備13上的平行光束11。所述光學設備被定位為橫向于平行束并且包括多個刻面15， 多個刻面15被細分成至少第一刻面組16a和第二刻面組16b以及另外的刻面組16c-16g， 為了簡單起見，這些刻面被示出為正方形，刻面表面的平均取向定義了光軸17。每個刻面 組具有相應周界53。每個刻面經由其刻面表面處的折射將入射在所述刻面上的光束(或光 線）重定向在朝顯示屏19的具體方向中，利用包括X和y軸的笛卡爾坐標系統示出。所述 具體方向取決于相對于所述刻面表面的正向y軸測量的傾斜角和方位角，并且如果期望的 話，則被選取為使得可獲得所顯示的圖案21的光強度中的均勻化，或者替代性地，使得可 獲得具有預定色蔭（shade)值和/或帶有預定(不同）光強度值的部分的圖案。在圖中，每 個刻面組16a-g與所顯示的圖案21的相應子圖案39相關聯。刻面組在光學設備上的相對 位置與所顯示的圖案中的子圖案的"同一"相對位置相關聯。因此，如在圖中示出的示例那 樣，第一刻面組16a位于第一表面的第一象限I中并且與位于圖案的第一象限I中的子圖 案39相關聯。在圖中，光學設備由PMM制成。
[0035] 圖IB更加詳細地示出了圖IA的光學設備13。光學設備稍微朝光源(未示出）凹 形彎曲，具有光軸17,并且包括具有多個刻面15的第一表面25。所述第一表面被細分成刻 面組16a-16g，其中每個刻面組具有其相應周界53。刻面組之間的分隔通過表示小間隔的 粗線指示。如圖中所示，...