[发明专利]光学设备、透镜、照明设备、系统和方法

说明书

光学设备包括具有多个微小尺寸刻面的第一表面，每一个刻面具有相应取向。所述多个刻面具有平行于所有所述相应取向的平均取向的法向矢量延伸的光轴。多个刻面包括至少第一和第二刻面组，每一个组由至少二十五个紧凑布置的邻近刻面中的相应数目个形成。每一个组被布置成在操作期间生成相应相互相同的整个图案。相应组中的每一个刻面被布置成显示所述相应整个图案的子图案。整个图案相互叠加。

技术领域

本发明涉及包括光源和光学设备的照明设备，光学设备包括具有多个微小尺寸刻面的第一表面，所述微小尺寸刻面具有在25μm至250μm之间的尺寸，每一个刻面具有相应取向，所述多个刻面具有平行于所有所述相应取向的平均取向的法向矢量延伸的光轴。

背景技术

用于使光均匀的常规技术利用阵列化的微透镜、衍射漫射器、毛玻璃漫射器和全息生成漫射器。微透镜阵列通过创建重叠的光发散锥体的阵列使光均匀。每个锥体源自相应的微透镜并且发散到透镜的焦斑之外。在常规的阵列中，各个透镜彼此相同。通过利用研磨材料对玻璃进行打磨以生成玻璃表面中的光散射结构来形成毛玻璃漫射器。

微透镜阵列、毛玻璃漫射器和全息漫射器都具有不能控制均匀化的发散光的角扩展的缺点。光一般具有在期望的角域之上相当均一的角扩展，但是角域的边界是模糊的。利用常规的漫射器方法，在期望的角扩展的边缘处的能量滚降（roll-off）能够良好地延伸到该区域之外。

衍射漫射器可以被用来控制输出光的角扩展，但是这样的漫射器在它们能够给予输出光的扩展的量的方面受限制。由于针对可见或其以下的短波长源的制作限制、以及针对较长波长的结构的物理方面中的限制，最大角扩展受限制。另外，以其传统二元形式使用的衍射漫射器可以包括大量背景能量，并且图案必须是关于光轴对称的。

为了克服这些常规设备的所述缺点，US20070223095公开了具有由多个光学元件形成的多个方形刻面的光学设备。刻面被用来在预定的相应方向上定向入射光束的部分。刻面在二维阵列中彼此相邻地形成。刻面在阵列中的位置关于对应光束部分的方向是随机的。该已知光学设备的缺点在于其由于再现相对低的图像质量而具有相对欠佳的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进的性能的如在开头段落中所描述的类型的照明设备。本发明的另一目的是提供制作改进的光学设备的方法。该目的通过如在开头段落中描述的类型的照明设备来实现，其中多个刻面还包括至少第一和第二刻面组，每一个组由至少二十五个紧凑布置的邻近刻面中的相应数目个形成，在操作期间，照明设备将光束发出到光学设备上，每一个刻面组被布置成构成相应相互相同的整个图案，相应刻面组中的每一个刻面被布置成重定向光束的子射束以由此形成所述相应整个图案的子图案，并且相应整个图案相互叠加。叠加的图像的重叠不需要是100%。然而，然后存在小的相互位移/偏移δ，有目的地这样做以抵消所显示的图像的暗区和亮区处的阶梯式边缘的可见性。该偏移可以在一个方向上，但是也可以在更多的方向上进行并且导致边缘更流畅/平滑，δ的幅度当然取决于所显示的图像的复杂性和/或细节，但是一般地每个刻面的叠加的图像的重叠大约为50%至95%，例如80%。

在这一点上，紧凑地布置意味着在刻面的组内，刻面不是广泛布置的而是在一起被紧密地布置为一个，例如，其中至少50%的刻面由相同组的刻面完全地环绕或邻接，或者例如其中刻面的组具有表面S和周界P，并且P与√S的比值至多为6。在这一点上，邻近意味着在刻面的组内，基本上组中的所有刻面经由它们的组中的刻面直接连接到彼此。