[发明专利]自由曲面型二元光学元件及其设计、制作方法及自由曲面型二元光学投影系统

权利要求书

1.一种自由曲面型二元光学元件的设计方法，所述自由曲面型二元光学元件包含一连续的自由曲面，所述自由曲面在一光源产生的光的照射下，能使一原始图案形成一显示图案，其特征在于，所述自由曲面的设计包括以下步骤：

形成一原始文件，该原始文件包含所述原始图案，且所述原始图案为第一颜色，所述原始文件中除所述原始图案的其他部分为第二颜色；

将所述原始文件进行网格化分，形成原始文件阵列面，所述原始文件阵列面包括对应于第一颜色的平面和对应于第二颜色的平面；

所述显示图案在一显示区域内显示，将所述显示区域进行与所述原始文件相同的网格化分，形成显示区域阵列面，所述显示区域阵列面包括对应于第一颜色的平面和对应于第二颜色的平面；

将一虚拟面进行与所述原始文件相同的网格化分，形成虚拟阵列面，所述虚拟阵列面包括对应于第一颜色的平面和对应于第二颜色的平面；

调整所述虚拟阵列面中对应于第一颜色的平面的角度，使得所述显示区域的显示图案与所述原始文件中的原始图案对应；

利用调整角度后的所述虚拟阵列面中的各个平面，形成所述自由曲面。

2.如权利要求1所述的自由曲面型二元光学元件的设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：

调整所述虚拟阵列面中对应于第二颜色的平面的角度，使得这些平面接收的光源能量集中而均匀地分布到所述显示区域的对应于第一颜色的平面上。

3.如权利要求1所述的自由曲面型二元光学元件的设计方法，其特征在于，采用插值法、数据拟和法、点云拼接法、三次样条插值法、多项式插值法或者非均匀B样条法将所述虚拟阵列面中的各个平面拼接形成所述自由曲面。

4.一种自由曲面型二元光学元件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

提供一基体；

在所述基体的一表面加工形成一自由曲面，所述自由曲面是由如权利要求1-3任一项所述的自由曲面型二元光学元件的设计方法获得的自由曲面，在一光源产生的光的照射下，所述自由曲面型二元光学元件能使一原始图案形成一显示图案。

5.如权利要求4所述的自由曲面型二元光学元件的制作方法，其特征在于，所述自由曲面由单点金刚石加工设备加工形成。

6.一种自由曲面型二元光学元件，其特征在于，包括一基体，所述基体的一表面为自由曲面，所述自由曲面是由如权利要求1-3任一项所述的自由曲面型二元光学元件的设计方法获得的自由曲面，在一光源产生的光的照射下，所述自由曲面型二元光学元件能使一原始图案形成一显示图案。

7.如权利要求6所述的自由曲面型二元光学元件，其特征在于，所述基体是一厚度呈0.5～2毫米的透明片状或者由不透明材料制成的块状。

8.如权利要求6所述的自由曲面型二元光学元件，其特征在于，所述基体由不透明材料制成，所述自由曲面为光学反射面。

9.如权利要求8所述的自由曲面型二元光学元件，其特征在于，所述基体由铜、镍铜、铝、铝合金或者不锈钢材料制成。

10.如权利要求6所述的自由曲面型二元光学元件，其特征在于，所述基体由透明材料经注塑成型，所述基体的自由曲面镀有反射膜。

11.如权利要求10所述的自由曲面型二元光学元件，其特征在于，所述反射膜是铝膜或者银膜。

12.一种自由曲面型二元光学投影系统，用于将一原始图案生成一显示图案，其特征在于，所述自由曲面型二元光学投影系统包括：

自由曲面型二元光学元件，其是如权利要求6-8任一项所述的自由曲面型二元光学元件；

光源，所述自由曲面在所述光源产生的光的照射下，能形成所述显示图案。