电磁辐射散射元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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（iterativeFouriertransform algorithm，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。
[0006] 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。
[0007] 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〇衍射级）。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。
[0008] 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】
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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Ap的高度，并且该高度比使用的最大波长的2. 5倍大。
[0014] 升高部分在所有轴向方向上具有在每一平面内的横向延展，该横向延展比使用的 最大波长的5倍大。
[0015] 单个的升高部分在三个空间轴方向上连续地形成，并且在这方面，在该升高部分 上不形成边缘、台阶部、跃变且不形成轮廓。
[0016] 无轮廓区域可以存在于该升高部分上，所述无轮廓区域平稳恒定地改变，例如可 能是以下情况，例如具有透镜的曲面或棱镜的平面。也应当没有任何升高部分以第二级表 面形式存在并且表面轮廓的第一衍生部（derivative)应当是非连续性的。
[0017] 升高部分的高度应当理解为以下距离：升高部分所在的位置与相邻该升高部分形 成的凹槽的最低点之间的最远距离。
[0018] 在该方面，横向延展应当理解为在所有轴向方向上为该元件受辐射的所使用的最 大波长的五倍大小，在所有轴向方向上是围绕升高部分的最大截面表面的面心360°。
[0019] 在该三个空间轴方向上的连续配置应当理解为非对称设计，或理解为表面从一个 位置到任何临近位置连续地改变的几何设计，因此不形成边缘、台阶部、跃变或轮廓。然而， 当可能时，尽管沿着表面连续改变轮廓，但是在三个空间轴方向（X方向、y方向和z方向） 上无恒定维持的倾角或沿着半径的表面轮廓。沿着该表面的曲率角或倾角不应当相同或不 应当均匀地改变，但是应当不骤变。这与已知的微透镜不同，在已知的微透镜中，在彼此靠 近地布置的微透镜之间的边界处的增大骤然地改变。
[0020] 在本发明中，每一单个升高部分的几何设计和尺寸应当通过确定的计算算法来计 算并且因此应当不会出现升高部分的随机形成。
[0021] 当使用准直的电磁辐射时，根据本发明的元件具有有益效果。例如，准直的激光束 因此可以被指向表面，表面轮廓形成在该表面上。当允许预期激光束的束截面的表面时，由 于可以实现的散射效果，故显然更大的表面可以被照明或看起来被照射。由于对第零衍射 级的可能的避免或抑制，故点状激光束源是不可见的，或仅非常不清晰地可见或以该方式 成像。
[0022] 还可以令人满意的是，该表面结构的升高部分具有对应于该元件的该表面结构的 另一升高部分的不相同的几何设计和/或高度和/或体积。每一单个升高部分因而可以为 单独地几何成型或设定尺寸。在该方面，