[发明专利]电磁辐射散射元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件，该光学元件漫散射电磁辐射。该光学元件实际上可以用在所有的投影应用(例如正面投影和背面投影)、显示应用、(电影)屏幕等等。所描述的结构而且可以用于均匀化和定向光源。这还开拓了在一般照明中的应用领域，其中亮度的分布能够被漫射器控制。这些光学元件而且还可以用于静态投影的领域中的应用和用于结构照明，例如以生成图案、符号、字母或标识。

背景技术

漫射器和漫射板用在很多微显示和投影应用中。在此，图像出现在散射屏上，其可以被观看者直接观看到或在光学系统的中间像平面上被观看到。在该方面，该漫射器的目的是将来自像平面的光尽可能均匀地散射到例如观看者可以位于其中的空间区域中。在大多数应用中，可以在很大程度上限制该空间区域(所谓的眼框)。在理想的情况下，在该方面，全部的光应该被该漫射器散射到眼框中。由于在眼框中亮度的均匀分布和同时在眼框外部的最小强度，投影仪的效率是最佳的，并且在横向于投影屏幕的观看者的位置改变或观看角度改变的情况下，不会出现亮度波动。

对于这些漫射器的更重要的需求是它们的宽带方面，这是因为总可视光谱范围内的波长实际上在所有的投影应用中是重要的，而且散射应当尽可能地独立于波长。

漫射器还可以用于实现特定的方向特征，例如在照明应用中是重要的。因此可以生成光源的特定的角度分布。例如，从准直的光源可以在远场中生成任何所期望的强度分布。通过非常高的准直源(例如激光)，这可以被用于生成图像并且可以用在静态图像(字母、标识、图形的投影)生成领域中。还可以限定具有空间分辨率的散射元件，即，使用横向不同的散射功能。例如，这可以根据透镜功能用于实现散射分布的倾斜，以使光源准直或通过延展的漫射屏补偿视差。

可以使用衍射光学元件来精确地限定电磁辐射的散射分布的特征。在该方面，衍射光学元件的表面轮廓通过迭代傅里叶变换算法(iterativeFouriertransformalgorithm，IFTA)计算。在该方面，就强度和角度分布而言，该散射分布可以几乎如所期望地进行预设置。然而实践中，衍射漫射器已经实际上无意义，这是因为它们具有高的波长依赖性并且只有光的有限部分以散射的方式通过该漫射器。不能被忽略的部分无阻碍地通过该元件并且生成干涉的第0衍射级，其在各种光源的直接可视度中表达给观看者。此外，尤其当需要大的辐射角时，实际上不能实现该元件的制造或利用当前技术通过大量的努力才能实现。

除了衍射漫射器，还存在多种可能性来制造光学元件，其中，然而角度分布或方向特征不能如所期望地且通过空间分辨率来设定。嵌入小球体(其折射率与周围材料的光折射率有很大不同)或由干涉光刻制造元件，在此可以称为机械地变粗糙的表面或被激光加工变粗糙的表面。在这些方法和实施方式中有利的是，散射分布仅可以在某些限度内进行预设置，并且在眼框中不会生成任何所需的强度分布。

用于(尤其使用非相干照明)实现散射板和漫射器的广泛的可能性通过透镜阵列来呈现。由于在透镜阵列中出现的周期的或规律的结构，在高准直或光谱上窄带照明的情况下导致了不期望的衍射图案。由于该技术，透镜阵列的填充因子通常不能在任何所期望的等级上实现。之后，透镜之间所谓的盲区具有以下的效果：光通过漫射器而不散射(类似于通过衍射元件的第0衍射级)。此外，利用微透镜阵列可以实现的散射分布很大程度上限制了它们的形状和强度分布。它们通常被限制在几何上简单形状(例如，矩形或圆形)的照明。

体积全息图或所谓的有效介质的计算全息图(CGH)代表进一步的可能性，其制造非常复杂和/或昂贵并且其可以像表面结构的光学器件一样通过脱模、注塑成型或冲压成型而被复制或拷贝，而且其只对窄波长范围如所期望地工作。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可能性，通过该可能性可以达到表面上的均匀亮度或在指向到光学元件上的电磁辐射的局部直接影响的散射行为，并且通过该可能性具有第零衍射级的辐射源的直接局部地限制成像得以避免或至少在强度上被减小。

根据本发明，该目的通过其中实施权利要求1的特征的光学元件来实现。本发明的有利的实施方式和进一步改进可以利用从属权利要求中限定的特征来实现。

根据本发明的漫散射电磁辐射的光学元件可以由用于电磁辐射的透明材料形成，并且可以适于来自光的波长光谱的电磁辐射。

表面轮廓存在于表面上，所述表面轮廓形成不重复规律的表面结构。

在该方面，升高部分形成为表面结构的结构元件，该升高部分具有实现了峰值偏差的高度，并且该高度比使用的最大波长的2.5倍大。