專利名稱：使光均勻化的裝置的制作方法
使光均勻化的裝置 本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分所迷的使光均勻化的裝置.
困1簡(jiǎn)要示出一個(gè)由現(xiàn)有技術(shù)已知(例如見US6239913B1)的用 于使光均勻化的裝置，它由一個(gè)透明的基片20組成，所述基片具有帶 有透鏡的光學(xué)功能面21和一個(gè)與該光學(xué)功能面21相對(duì)的平的表面 22,在光學(xué)功能面21上交替地排列著凹的和凸的柱面透鏡23, 24. 基于光射線的千涉效應(yīng)，這些光射線穿過凹和凸的柱面透鏡23， 24 之間的過渡區(qū)域25或穿過與該過渡區(qū)域25相鄰的區(qū)域，形成如圖2 所示的強(qiáng)度分布.這種分布在邊緣處具有強(qiáng)度峰值26，這種強(qiáng)度峰值 在某些應(yīng)用中是不可容忍的.
歐洲專利申請(qǐng)EP1489438A中公開了 一種如說明書開始處所述類 型的裝置.在其中所述的裝置中，兩個(gè)基片前后排列在需要均勻化的 光的傳播方向上.這兩個(gè)基片具有一個(gè)帶有交替相鄰排列的凹和凸的 柱面透鏡的光學(xué)功能面.在第一個(gè)基片上設(shè)置有至少兩組凸柱面透鏡， 其中笫一組凸柱面透鏡比第二組凸柱面透鏡更寬。設(shè)置在中間的凹柱 面透鏡都具有相同的寬度.在第二個(gè)基片上一方面所有凸柱面透鏡都 有相同寬度，另一方面所有凹柱面透鏡也都有相同寬度，通過這種構(gòu) 造實(shí)現(xiàn)了第一基片的凹柱面透鏡的頂點(diǎn)垂線相對(duì)于第二基片的凹柱面 透鏡的頂點(diǎn)垂線偏移.特別是這種偏移對(duì)于不同的凹柱面透鏡可以是 不同大小的.這樣，穿過笫一基片的一個(gè)凹柱面透鏡的光的至少一部 分不穿過笫二基片的一個(gè)凹柱面透鏡.此外，穿過笫一基片的兩個(gè)不 同的凹柱面透鏡的光的至少一部分不穿過笫二基片的相互等價(jià)的區(qū) 域.通過這種方法可以實(shí)現(xiàn)穿過笫一基片不同凹柱面透鏡的相同區(qū)域 的光在一個(gè)工作平面中不在相同的地點(diǎn)出現(xiàn).通過這種結(jié)構(gòu)在一定條 件下可以減小工作平面邊緣區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)度峰值.本發(fā)明要解決的問題在于，提供一種如說明書開始處所述類型的 裝置，它可以實(shí)現(xiàn)被均勻化光的均勻強(qiáng)度分布.
根據(jù)本發(fā)明，上述任務(wù)由具有權(quán)利要求l所述區(qū)別特征的、如說 明書開始處所述類型的裝置完成.從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)
施方式o
通過按照本發(fā)明所產(chǎn)生的子射線間確定的光學(xué)行程差，子射線穿 過不同的過渡區(qū)域，可以使穿過這些過渡區(qū)域的光發(fā)生疊加，從而不 再對(duì)強(qiáng)度分布有貢獻(xiàn)或者僅在小范圍內(nèi)有貢獻(xiàn).這樣可以避免現(xiàn)有技 術(shù)中不希望有的千涉效應(yīng).
下面借助對(duì)附圖所示具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例的說明詳細(xì)解釋本發(fā)明
的其它特征和優(yōu)點(diǎn).附圖中
圖l是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使光均勻化的裝置的示意圖2示出由圖l所示裝置所產(chǎn)生的強(qiáng)度分布(在任意單元中的強(qiáng)
度與角度(單位為度)的關(guān)系)；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的使光均勻化的裝置的示意圖4a是按圖3中箭頭IVa看去的放大顯示的示意圖4b是按圖3中箭頭IVb看去的放大顯示的示意圖5示出利用圖3所示裝置所產(chǎn)生的強(qiáng)度分布(在任意單元中的
強(qiáng)度與角度(單位為度)的關(guān)系)；
圖6示出圖3所示裝置的由第一過渡區(qū)域組成的第一組(a)和
緊挨著的柱面透鏡所產(chǎn)生的強(qiáng)度分布(在任意單元中的強(qiáng)度與角度(單
位為度)的關(guān)系)；
圖7示出困3所示裝置的組成第二過渡區(qū)域組成的第二組(b)
和緊挨著的柱面透鏡所產(chǎn)生的強(qiáng)度分布(在任意單元中的強(qiáng)度與角度 (單位為度)的關(guān)系)；
困8示出困6和困7所示強(qiáng)度分布的疊加(在任意單元中的強(qiáng)度
與角度(關(guān)系為度)的關(guān)系)；圖9是本發(fā)明所述裝置的另一實(shí)施方式的光學(xué)功能面的示意圖。
圖中所示的本發(fā)明所述裝置的實(shí)施方式可包括一個(gè)具有光學(xué)功 能面2的基片1,光學(xué)功能面2具有一個(gè)透鏡陣列.在基片1相對(duì)的 一側(cè)上，在所示實(shí)施方式中具有一個(gè)平的表面3。在光學(xué)功能面2上 交替排列著凹的和凸的柱面透鏡5， 6。在圖3所示裝置中凹的和凸的 柱面透鏡5， 6之間的過渡區(qū)域4a, 4b被設(shè)計(jì)為使得干涉效應(yīng)減弱. 例如過渡區(qū)域4b可以具有比過渡區(qū)域4a或現(xiàn)有技術(shù)已知的過渡區(qū)域 25 (見

圖1)更大的陡峭程度和/或在要均勻化的光的傳播方向上更大 的延伸長(zhǎng)度。
此外還有以下可能不僅過渡區(qū)域4a、而且過渡區(qū)域4b也具有 與平滑的類似正弦形的過渡區(qū)域的偏離.但在過渡區(qū)域4b中與類似正 弦形的過渡區(qū)域的偏離比在過渡區(qū)域4a中的偏離更大.
此外還有以下可能具有多于一個(gè)的光學(xué)功能面.例如在基片1 的背面一側(cè)上(基片1的正面具有光學(xué)功能面2)具有一個(gè)光學(xué)功能 面，其上排列著凹和凸的柱面透鏡，這些柱面透鏡的圓柱軸垂直于在 正面一側(cè)排列的柱面透鏡的圃柱軸.這樣，這個(gè)基片在兩個(gè)相互垂直 的方向上對(duì)均勻化均有貢獻(xiàn).此外也可以前后排列兩個(gè)或更多個(gè)具有 一個(gè)或兩個(gè)如圖3所示光學(xué)功能面的基片，以增強(qiáng)均勻化效果.
圖3示出具有兩組不同的光學(xué)功能面2的區(qū)段a， b，它們交替 排列在光學(xué)功能面2上.這些組a, b中的每個(gè)單元包括兩個(gè)位于凹和 凸的柱面透鏡5， 6之間的過渡區(qū)域4a， 4b以及一個(gè)凹柱面透鏡5和 兩個(gè)凸面柱面透鏡6的半部.例如笫一組a的過渡區(qū)域4a可構(gòu)造成如 困4a所示那樣，第二組b的過渡區(qū)域4b可構(gòu)造成如圖4b那樣.在 困3所示實(shí)施方式中，相同的過渡區(qū)域4a排列在第一凹柱面透鏡5 的左側(cè)和右側(cè)，并且相同的過渡區(qū)域4b排列在與笫一凹柱面透鏡5 相鄰的笫二凹柱面透鏡5的左側(cè)和右側(cè).
由困可見，過渡區(qū)域4b在要均勻化的光的傳播方向上比過渡區(qū) 域4a具有更大的延伸長(zhǎng)度.這樣，要均勻化的光的例如在困3中從下向上穿過過渡區(qū)域4b的子射線比穿過過渡區(qū)域4a的子射線在基片1 內(nèi)有更長(zhǎng)的行程距離.由于例如由玻璃制成的基片與周圍空氣相比有 更大的折射率，穿過過渡區(qū)域4b的子射線相對(duì)于穿過過渡區(qū)域4a的 子射線存在一個(gè)光學(xué)行程差.這個(gè)行程差在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中可以 約等于要均勻化的光的半波長(zhǎng)或等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，這樣可以減弱 被均勻化的光的干涉效應(yīng)，其它的行程差同樣也是可以的和有效的。
圖5示出穿過圖3或圖9所示裝置的光線8的強(qiáng)度分布.現(xiàn)有技 術(shù)中的強(qiáng)度峰值在此不存在了.圖6至圖8示出如何通過使穿過組a 的光線9與穿過組b的光線10相疊加來形成圖5和圖8所示的被均勻 化的光8的強(qiáng)度分布.不僅在穿過組a (見圖6)時(shí)，而且在穿過組b (見圖7)時(shí)都形成強(qiáng)度峰值11， 12，然而它們?cè)诏B加時(shí)(見圖8) 不發(fā)生干涉或者如此疊加以形成均勻的強(qiáng)度分布.
圖9示出一個(gè)實(shí)施方式，其中相同的過渡區(qū)域4a或4b不是排列 在一個(gè)凹柱面透鏡5的左側(cè)和右側(cè)，而是排列在一個(gè)凸柱面透鏡6的 左側(cè)和右側(cè).這對(duì)于該裝置的功能是沒有影響的，主要的區(qū)別僅僅是 凹和凸的柱面透鏡5， 6之間的第一種實(shí)施方式的過渡區(qū)域4a和第二 種實(shí)施方式的過渡區(qū)域4b在光學(xué)功能面2上有大致相等的數(shù)量.
由圖9可見，凹和凸的柱面透鏡5， 6之間的第二種實(shí)施方式的 過渡區(qū)域4b在要均勻化的光的傳播方向上的延伸長(zhǎng)度H2大于笫一種 實(shí)施方式的過渡區(qū)域4a的延伸長(zhǎng)度Hl在要均勻化的光的波長(zhǎng)為X 且形成光學(xué)功能面2的基片1的折射率為n的情況下，差值A(chǔ)H被選 擇為使得以下的等式成立A^ = #2-A=M 當(dāng)AH滿足上述式時(shí)，
<formula>formula see original document page 7</formula>
特別是在要均勻的光相對(duì)于表面2上的法線方向測(cè)得的入射角較小的 情況下，困6和困7所示的強(qiáng)度分布恰好相亙錯(cuò)開，使得強(qiáng)度峰值11， 12在疊加時(shí)(見圖8)不發(fā)生干涉或者如此疊加以形成均勻的強(qiáng)度分 布.
權(quán)利要求
1.一種用于使光均勻化的裝置，包括-至少一個(gè)光學(xué)功能面(2)，要均勻化的光可以穿過所述光學(xué)功能面；-多個(gè)凹和凸的柱面透鏡(5，6)，它們交替地相鄰排列在所述至少一個(gè)光學(xué)功能面(2)上；-凹和凸的柱面透鏡(5，6)之間的至少一個(gè)第一種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a)以及凹和凸的柱面透鏡(5，6)之間的與第一種實(shí)施方式不同的至少一個(gè)第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4b)；其特征在于，凹和凸的柱面透鏡(5，6)之間的過渡區(qū)域(4a，4b)被構(gòu)造為使得穿過凹和凸的柱面透鏡(5，6)之間的不同實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a，4b)的要均勻化的光的子射線相互間具有一個(gè)光學(xué)行程差，這個(gè)光學(xué)行程差有助于減弱被均勻化的光(8)中的干涉效應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述至少一個(gè)光 學(xué)功能面(2)上，第一和第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a， 4b)相互 交替排列。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，凹和凸的柱面 透鏡(5， 6)之間的第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4b)比第一種實(shí)施 方式的過渡區(qū)域(4a)更陡峭。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，凹和 凸的柱面透鏡(5， 6)之間的第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4b)比第 一種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a)具有相對(duì)于類似正弦形的形狀的更大 的偏離。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，凹和 凸的柱面透鏡(5， 6)之間的第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4b)在要 均勻化的光的傳播方向上的延伸長(zhǎng)度(H2)大于第一種實(shí)施方式的過 渡區(qū)域(4a)的延伸長(zhǎng)度(Hj 。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，笫二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域Ub)在要均勻化的光的傳播方向上的延伸長(zhǎng)度(H2)與第一種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a)的延伸長(zhǎng)度(& )之差(AH)在要均勻化的光的波長(zhǎng)為X時(shí)按下式進(jìn)行選取A// = i/2-//,=^ ，其中n為 —l構(gòu)成光學(xué)功能面(2)的材料的折射率。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，凹和 凸的柱面透鏡(5， 6)之間的過渡區(qū)域(4a, 4b)被構(gòu)造為使得不僅 第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4b)、而且第一種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a)都可能在要均勻化的光的遠(yuǎn)場(chǎng)中產(chǎn)生強(qiáng)度峰值(11， 12)，但 其中這些強(qiáng)度峰值(ll, 12)在遠(yuǎn)場(chǎng)的強(qiáng)度分布中相互錯(cuò)開，從而可 以形成均勻的強(qiáng)度分布.
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，凹和 凸的柱面透鏡(5， 6)之間的過渡區(qū)域(4a， 4b)被構(gòu)造為使得穿過 凹和凸的柱面透鏡(5， 6)之間的不同實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a， 4b) 的要均勻化的光的子射線的光學(xué)行程差大致等于要均勾化的光的半波 長(zhǎng)或半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。
全文摘要
一種用于使光均勻化的裝置，包括至少一個(gè)光學(xué)功能面(2)，要均勻化的光可以通過所述光學(xué)功能面；多個(gè)凹的和凸的柱面透鏡(5，6)，它們交替地相鄰排列在所述至少一個(gè)光學(xué)功能面(2)上；以及凹和凸的柱面透鏡(5，6)之間的至少一個(gè)第一種實(shí)施方式的過渡區(qū)域和與第一種實(shí)施方式不同的至少一個(gè)第二種實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a，4b)，其中凹和凸的柱面透鏡(5，6)間的過渡區(qū)域(4a，4b)被構(gòu)造為使得穿過凹和凸的柱面透鏡(5，6)之間的不同實(shí)施方式的過渡區(qū)域(4a，4b)的要均勻化的光的子射線相互間具有一個(gè)光學(xué)行程差，這個(gè)光學(xué)行程差有助于減弱被均勻化的光(8)中的干涉效應(yīng)。
文檔編號(hào)G02B3/00GK101310208SQ200680039974
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者尤瑞·米科利阿維, 維塔利·利索特申克, 阿萊克塞·米凱洛夫, 麥克希姆·達(dá)什特 申請(qǐng)人:Limo專利管理有限及兩合公司