光学设备、透镜、照明设备、系统和方法技术方案

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。多个微小尺寸刻面包括形成刻面的子集的有意义的图案。所述子集具有选自以下中的至少一个特征：与相邻刻面的相等取向（倾斜和方位）、类似颜色、类似标记（刮痕、磨砂、有棱纹）、类似间隔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学设备、透镜、照明设备、系统和方法
本专利技术涉及包括具有多个微小尺寸刻面的第一表面的光学设备，所述微小尺寸刻面具有大于等于25μm并且小于250μm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。
技术介绍
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。这种已知的光学设备的缺点在于光学设备的标识相对困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有改进的性能的如在开头段落中描述的类型的光学设备。本专利技术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光学设备来实现，其特征在于其包括形成多个刻面的刻面子集的有意义的图案，子集的所有刻面相互至少具有与相邻刻面的基本上相等取向（相同倾斜角α和方位角）、或者类似颜色、或者类似标记（磨砂、刮痕、有棱纹）表面、或者类似间隔，有意义的图案被提供在光学设备的第一表面（25）上。优选地，子集在数目上包括多个刻面中的1%至15%。因而，刻面的子集形成一种有意义的图案，其还被称为光学设备的水印（图案），其可以充当标识标签和/或提供关于光学设备的可容易读取的信息。可替换地或同时地，其可以服务于检测并且因而阻止通过第三方的中国拷贝的制造。为此目的，水印可以以不醒目的方式提供，例如通过将其限制成包括多个刻面中的至多5%。如果子集中的刻面的数目高于15%，则其不再是不醒目的并且更可能展现出光学设备的质量的视觉降级。如果子集中的刻面的数目低于1%，则变得难以辨识水印并且检测不太明显，此外关于规避的风险增加，因为不再要求用于透镜的基本上全新的设计并且仅相对低数目的刻面不得不被变更以破坏水印。创建水印的可替换的方式是通过提供刻面之间的间隙或间隔，或者通过做出刻面上的小刮痕、有棱纹的刻面、磨砂刻面或者通过为刻面着色，然而，不会对光学设备的性能影响到（普通用户）可察觉的程度。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。光学设备由刻面的组的平铺式（tiled）阵列形成，其中每个组具有多个刻面，例如（伪）随机布置的刻面，图案可以通过单独匹配由一个或多个相应组的贡献发出的子图案来形成。刻面通过具有特定取向的刻面表面可确定，刻面表面由周界划界，并且一般以非连续的方式邻接相邻刻面，即相邻刻面表面的取向不同。由于相邻刻面表面的相互不同的取向，在它们的周界处连接相邻刻面的过渡表面可以具有显著的高度。所述过渡表面可能不会完美地形成，并且因此可能不会完美地陡直延伸，然而，这些过渡表面不被视为分离的刻面。根据本专利技术的光学设备的实施例的特征在于每个刻面组与相应的子图案相关联，其中在光学设备的操作期间，光学设备上的刻面组的相对位置基本上等于所显示的图案中的子图案的相对位置。在本专利技术的光学设备中，光线的重定向是按组方式完成的，而不是在预定的相应方向上随机地重定向入射光束的光线。在描述光学设备的光线的所述重定向的原理的一种方式中，考虑具有垂直于光轴的x-y轴的笛卡尔坐标系统，其中x=0和y=0在光轴上，并且望向下游，即在从光源朝向所显示的图案的方向上沿着光轴。入射在具有所述第一组光轴并且该组例如位于光学设备的坐标系统的第一象限中的第一刻面组上的光线将主要（例如，至少75%）在所述第一组光轴的方向上被（伪）随机地重定向到所显示的图案的对应第一象限，其余25%可以被（伪）随机地投影在其它象限中的一个或多个中。类似的推论适用于分别位于第二、第三和第四象限中的第二、第三和第四刻面组，其分别沿着它们相应的组光轴将光线分别重定向到所显示的图案的第二、第三和第四象限。如果所显示的图案要求通过光学设备在相对于光轴的相对大角度之上的光扩展（比如在具有大顶角的锥体之上的扩展），则每个象限和组光学可以被进一步子划分成例如两半或者四个子象限，每个子象限具有其相应的相关联的刻面组光学。然后，可以维持光学设备中的子象限和所显示的图案之间的类似关系。因而，光束的相对大（或甚至过大）折射被抵消或者甚至被避免，并且相比于完全随机布置的刻面，刻面的倾斜可以减小。因此，由于在刻面表面处发生较少的反射，光学设备的效率得以改进，这是因为所述刻面表面上的光线的入射角平均起来更加靠近所述刻面表面的法向。为了进一步减少光学设备对光的非期望的反射，如由点状光源发出的光的方向处于与所述发出的光入射在其上的刻面组的组光轴的相对小角度处。换言之，平均来说，看起来光在穿过本专利技术的光学设备之前和之后比通过已知光学设备传播的光的情况在某种程度上更多地在相同方向上传播。另外，每个刻面具有周界边缘，每个刻面通过周界边缘邻接其相邻刻面，所述周界边缘是针对所显示的图案的变形的源。作为上面提到的专利技术技术特征的结果，由周界边缘引起的所显示的图案/图像的变形减少，因为周界边缘的平均高度低于不具有所述组光学分割而是具有完全随机化的刻面取向的已知光学设备中的周界边缘，因此改进了图像的质量。当与刻面组相关联的图像的部分通过所述刻面组以期望的分辨率/细节构建时，光学设备的实施例的特征在于包括在刻面组中的刻面的数目至少为100。包括在组中的刻面的期望最小数目取决于由所述组构建的图像的部分的尺寸、复杂性和期望的细节，因此组中的刻面的所述数目可以容易地共达1000或者甚至10000。光学设备的实施例的特征在于至少第一和第二刻面组基本上具有相同的尺寸和/或相同的形状。这样，使得能够获得组中的光学设备的第一表面的相对简单的分割。可选地，所述组通过小间隔相互分离，或者组形成超结构，例如其中每个组形成第一表面的超刻面。此外，相对于光的重分布/重定向，具有基本上相同尺寸和/或形状的组的光学设备更加均衡。在这一点上，当第一刻面组中的刻面的相应数目与第二刻面组中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括具有多个微小尺寸刻面的第一表面的光学设备，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，其特征在于其包括形成多个刻面（15）中的刻面（16）的子集的有意义的图案，子集的刻面相互至少具有与相邻刻面的基本上相等取向（相同倾斜角α和方位角）、类似颜色、类似标记（磨砂、刮痕、有棱纹）表面、类似间隔中的一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.20 US 61/703，3261.一种包括具有多个微小尺寸刻面的第一表面的光学设备，所述微小尺寸刻面具有大于等于25μm并且小于250μm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，其特征在于其包括形成多个刻面（15）中的刻面（16）的子集的有意义的图案（55），子集的所有刻面相互至少具有与相邻刻面的基本上相等的取向、类似的颜色、类似的标记表面、或者类似的间隔，有意义的图案被提供在光学设备的第一表面（25）上。2.如权利要求1中要求保护的光学设备，其特征在于所述取向为倾斜角α和方位角。3.如权利要求1中要求保护的光学设备，其特征在于所述标记表面为磨砂、刮痕、或者有棱纹的表面。4.如权利要求1中要求保护的光学设备，其特征在于子集中的刻面数目在多个刻面的1%至15%之间。5.如权利要求1至4中任一项中要求保护的光学设备，其特征在于每一个刻面组被布置成在光学设备的操作期间显示所显示的图案的子图案，光学设备上的相应刻面组的相对位置基本上等于所显示的图案中的相应相关联的子图案的相对位置。6.如权利要求1至4中任一项中要求保护的光学设备（13），其特征在于其被制成单片。7.如权利要求6中要求保护的光学设备（13），其特征在于其由箔或板制成。8.一种包括至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：WPAJ米奇伊斯，ST德兹瓦特，MPCM克里伊恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL