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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Grundsätzlich betrifft
die vorliegende Erfindung ein optisches Beleuchtungssystem zum Bündeln von
Licht. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Beleuchtungssystem,
das eine Vielzahl von linsenförmigen
optischen Mikroprismen und Mikrolinsen zum Umlenken von Licht aus
einer nicht gebündelten
Lichtquelle und zum Schaffen einer nicht diffusen oder einer im
Wesentlichen gebündelten Lichtquellenausgabe,
entweder getrennt oder gemeinsam, aufweist.
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Eine
Reihe von optischen Anwendungen und Beleuchtungsanwendungen erfordern
die Produktion entweder einer nicht diffusen oder einer gebündelten Lichtquelle,
die eine leistungsfähige
Lichtausgabe bietet. Typische Schwierigkeiten bei der Schaffung einer
gebündelten
Lichtquelle innerhalb einer kompakten Anlage oder einem schmalen
Querschnitt umfassen: 1) eine ungleichmäßige Lichtverteilung; 2) das
Fehlen einer kontrollierten ausgerichteten Lichtausgabe; 3) Leistungsschwächen in
Bezug auf die Menge der gebündelten
Lichtausgabe im Verhältnis zur
Menge der nicht gebündelten
Lichteingabe; und 4) das Herstellen der Vorrichtung zum Schaffen
einer gebündelten
Lichtquelle.
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Demgemäß besteht
in der Kunst der Optik und Beleuchtung eine Notwendigkeit zur Schaffung einer
Beleuchtungsanordnung, die eine energiesparende Lichtquelle, die
eine gleichmäßige Lichtverteilung
aufweist und zugleich einen engen Querschnitt einhält, bereitstellt.
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Typische
Beleuchtungssysteme nach dem Stand der Technik sind offenbart in
den US-Patentschriften Nr. 5,555,329; 5,521,725; 5,428,468; 5,396,350;
und WO-A-9531672, wobei die Letztere dem Oberbegriff von Anspruch
1 entspricht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt entweder getrennt oder gemeinsam eine
nicht diffuse oder eine im Wesentlichen gebündelte Lichtquelle bereit,
die energiesparend ist (im Folgenden bezeichnet als eine räumlich ausgerichtete
Lichtquelle).
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Beleuchtungsanordnung, umfassend:
einen
Wellenleiter, der Licht übertragen
kann, wobei der Wellenleiter einen Brechungsindex n1 aufweist und
eine erste Lichtaufnahmeoberfläche
zum Annehmen einer Lichteingabe umfasst; und
ein Mikroprisma,
das Licht vom Wellenleiter empfangen kann, wobei das Mikroprisma
einen Brechungsindex n2 aufweist und eine
Lichteingabeoberfläche und
eine Lichtausgabeoberfläche
umfasst, wobei die Lichteingabeoberfläche optisch mit dem Wellenleiter zusammenwirkt,
und dadurch gekennzeichnet, dass:
die Lichteingabeoberfläche jedes
Mikroprismas durch Seitenwände
definierte Zwischenraumgebiete, die einen Brechungsindex n3 aufweisen, umfasst, wobei n3 kleiner
als n1 und n2 ist
und die Lichtausgabeoberfläche
einen Flächeninhalt
aufweist, der größer ist
als die Lichteingabeoberfläche.
Wahlweise, d. h. nicht als Bestandteil der eigentlichen Erfindung,
ist zwischen dem Lichtübertragungsmittel
und dem Lichtreflexionsmittel eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex
angeordnet. Das Reflexionsmittel umfasst ein Feld linsenförmiger Mikroprismen,
die eine Lichteingabeoberfläche,
die optisch mit dem Wellenleiter zusammenwirkt, aufweisen, oder
das Feld linsenförmiger
Mikroprismen wirkt statt dessen des Weiteren optisch mit einem Feld
linsenförmiger Mikrolinsen
zusammen, wobei die Mikroprismen wirkend zwischen dem Lichtübertragungsmittel
und den Mikrolinsen angeordnet sind. Die Lichteingabeoberfläche ist
durch eine Anzahl von Unterbrechungen definiert, die dort, wo sie
vorhanden sind, das Licht daran hindern, aus dem Wellenleiter zu
den Mikroprismen auszutreten. Das Reflexionsmittel der vorliegenden
Erfindung schafft eine energiesparende Verteilung von räumlich ausgerichtetem
Licht, die in einer Anordnung mit kleinem Querschnitt bereitgestellt ist.
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Aufgaben,
Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung sind in der folgenden
Beschreibung dargelegt und sind Fachleuten zum Teil bereits nach Durchsicht
der folgenden Beschreibung ersichtlich oder ergeben sich aus der
Anwendung der Erfindung. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung
können durch
die in den angehängten
Ansprüchen
speziell aufgezeigten Elemente und Kombinationen verwertet und erzielt
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
und andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden beim Betrachten
der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich,
in denen dieselben Bezugszeichen durchwegs dieselben Abschnitte
bezeichnen, und in denen:
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1 eine
Vorderansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer einzelnen Lichteingabequelle
ist;
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2 eine
auseinander gezogene Darstellung der Ausführungsform von 1 ist;
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3a–b Vorderansichten alternativer Ausführungsformen
der Erfindung sind;
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4 eine
räumliche
Darstellung der Ausführungsform
von 1 ist;
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5 eine
andere Vorderansicht der Ausführungsform
von 1 ist;
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6 eine
räumliche
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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7 eine
graphische Darstellung der Lichtausgabeverteilung in zwei zueinander
im Rechten Winkel stehende Richtungen nach Bündelung von Licht durch die
Ausführungsform
von 6 ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten mit Bezugnahme auf
die oben genannten Figuren besser verständlich. Die bevorzugten Ausführungsformen dieser
Erfindung, die in den Figuren abgebildet sind, erheben keinen Anspruch
auf Vollständigkeit
und sollen die Erfindung in keiner Weise auf die genau offenbarte
Form beschränken.
Sie wurden gewählt,
um die Prinzipien der Erfindung und ihren anwendbaren und praktischen
Nutzen zu beschreiben oder am Besten zu erklären, um es dadurch anderen
Fachleuten zu ermöglichen,
die Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, optimal anzuwenden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 abgebildet.
Ein Beleuchtungssystem 2 umfasst ein Lichterzeugungsmittel 14,
einen Wellenleiter 16, der eine Lichtaufnahmeoberfläche 17 aufweist,
und ein durchsichtiges Reflexionsmittel 18, das optisch
mit dem Wellenleiter 16 zusammenwirkt. Mit optischem Zusammenwirken
ist jegliche Beziehung zwischen dem Wellenleiter 16 und
dem Reflexionsmittel 18 gemeint, die erlaubt, dass Licht
vom Wellenleiter 16 zum Reflexionsmittel 18 gelangt.
Veranschaulichend für
verwendbare Lichterzeugungsmittel 14 sind Laser, Leuchtröhren, Leuchtdioden,
Glühlampen,
Sonnenlicht und ähnliches.
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Das
Reflexionsmittel 18 umfasst wahlweise eine Schicht 26 mit
niedrigem Brechungsindex, die auch als haftvermittelnde Schicht
dienen könnte,
und ein Feld linsenförmiger
Mikroprismen 28. Die Länge der
Mikroprismen 28 ist in der allgemeinen Richtung des Lichtdurchgangs
durch den Wellenleiter 16 angeordnet. Licht wird durch
Wellenleiter 16 über
totale innere Reflexion (TIR) in der allgemeinen Richtung der X-Achse
reflektiert und tritt über
die Lichteingabeoberfläche 30 in
ein Mikroprisma 28 ein und verlässt das Mikroprisma 28 durch
die Lichtausgabeoberfläche 32 als
eine räumlich
ausgerichtete Lichtquelle wie durch die beispielhaften Lichtstrahlen 15a–15c dargestellt.
Des Weiteren ist die Lichteingabeoberfläche 30 durch ausgewählte Zwischenraumgebiete 34 definiert,
die dort, wo sie entlang der Lichteingabeoberfläche vorhanden sind, die Übertragung
von Licht vom Wellenleiter zum Reflexionsmittel wie durch Lichtstrahl 15c dargestellt
verhindern. Die Hohlräume 34 können als
Kanäle
oder Nuten gekennzeichnet sein, die durch ein Material, das einen
Brechungsindex aufweist, der niedriger ist, als der Brechungsindex
des Wellenleiters 16 oder der Reflexionsschicht 26,
definiert sind, und die die Regelmäßigkeit der Lichteingabeoberfläche 30 unterbrechen.
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Auch
unter Bezugnahme auf 2 sind die Hohlräume 34 Zwischenraumgebiete
definiert durch Seitenwände 36 und 38,
die des Weiteren die Grenzfläche
zwischen den Brechungsindizes des Mikroprismas 28 und der
Hohlräume 34 definieren.
Die Hohlräume 34 können jegliche
Form aufweisen, so lange die Form verjüngt ist und die Breite des „Bodens" des Hohlraums nahe
dem Wellenleiter größer ist,
als die Breite der „Spitze" des Hohlraums. Die Oberflächen 36 und 38 können eben,
gekrümmt
oder facettiert sein. Ausschließlich
aus veranschaulichenden Gründen
definiert 2 die Hohlräume 34 als V-förmige Nuten
mit ebenen Seitenwänden 36 und 38.
Die Hohlräume 34,
die die Seitenwände 36 und 38 umfassen,
erstrecken sich durch das Mikroprisma 28 in einer Richtung
im Allgemeinen rechtwinklig zur Richtung des Weges der Lichtstrahlen
in der X-Achse. Vorzugsweise erstrecken sich die Hohlräume 34 über die
gesamte Breite des Mikroprismas 28, was jedoch nicht unbedingt
erforderlich ist. Wenn die Seitenwände 36 und 38 eben
sind, bilden sie die Winkel θ beziehungsweise θ' in Bezug auf die
Normale der Eingabeoberfläche 30.
Die Hohlräume 34 hindern das
Licht durch den Unterschied der Brechungsindizes des Wellenleiters 16 und
der Schicht mit niedrigem Brechungsindex 26 und dem Hohlraum 34 daran,
in das Mikroprisma 28 einzutreten, wie in 1 gezeigt.
Die Zwischenraumgebiete des Hohlraums 34 müssen einen
Brechungsindex aufweisen, der niedriger ist, als der Brechungsindex
des Wellenleiters 16 oder der Schicht mit niedrigem Brechungsindex 26.
Bevorzugte Materialien für
den Hohlraum 34 sind Luft, mit einem Brechungsindex von
1,00, und Fluorpolymermaterialien mit einem Brechungsindex von zwischen
ungefähr
1,16 und ungefähr
1,40. Das am meisten bevorzugte Material ist Luft. Zusätzlich lenken
die Seitenwände 36 und 38 einen
Abschnitt von Lichtstrahlen um, die durch die Eingabeoberfläche 30 in
das Mikroprisma 28 eintreten.
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Unter
Bezugnahme auf 2 müssen die Winkel θ und θ' nicht gleich sein.
Die Winkel θ und θ' bestimmen die Richtung
des Lichts, das aus den Mikroprismen austritt, und sind wichtig
für die
Bestimmung des Bündelungsgrads
des Ausgabelichts. Diese Winkel können innerhalb eines großen Bereichs
in Abhängigkeit
vom gewünschten
Ausgabewinkel des Lichts und dem gewünschten Bündelungsgrad sehr unterschiedlich
sein. Wird in einer Anwendung wie in 1 gezeigt
eine einzelne Lichtquelle verwendet, ist nur der Wert des Winkels θ für das Umlenken
des Lichts wichtig. Für
den speziellen Fall, dass die Seitenwände 36 und 38 eben
sind und der gewünschte Ausgabewinkel
rechtwinklig zur Ebene des Wellenleiters ist, reichen die gewünschten
Werte des Winkels θ von
ungefähr
15 Grad bis ungefähr
50 Grad. Bevorzugtere Winkel reichen von ungefähr 20 Grad bis ungefähr 40 Grad.
Der Wert des Winkels θ' ist wichtig, wenn
Lichtstrahlen in beiden Richtungen entlang der X-Achse verlaufen. Das ist möglich, wenn
zum Beispiel ein Reflexionsmittel 25 an einer Oberfläche des Wellenleiters 16 gegenüber der
Lichtaufnahmeoberfläche 17 angeordnet
ist (1), oder wenn eine zweite Lichtquelle 14a verwendet
wird, wie in 4 abgebildet. Das Reflexionsmittel 25 kann
ein Spiegel, eine Reflexband oder jedes andere stark reflektierende
Material sein.
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Der
Wellenleiter 16 kann aus jeglichem Material bestehen, das
lichtdurchlässig
ist. Bevorzugt ist ein Wellenleiter 16 durchlässig für Licht
im Wellenlängenbereich
von ungefähr
400 bis ungefähr
700 nm. Der bevorzugte Brechungsindex des Wellenleiters 16 ist
größer als
ungefähr
1,30. Bevorzugtere Brechungsindizes liegen zwischen ungefähr 1,40
und ungefähr
1,65. Bevorzugte Materialien umfassen durchsichtige Polymere, Glas
und Quarzglas. Die gewünschten
Eigenschaften dieser Materialien umfassen mechanische und optische
Stabilität
bei typischen Betriebstemperaturen der Vorrichtung. Die am meisten
bevorzugten Materialien sind Glas, Acryl, Polycarbonat und Polyester.
Stattdessen kann der Wellenleiter auch ein Hohlraum sein, der mit
Ausnahme des Bereiches, der die Lichteingabeoberfläche definiert,
eine reflektierende Oberfläche
aufweist. Hohlraumreflexion kann durch Verwenden von glatten, aluminiumbeschichteten
Oberflächen
erreicht werden.
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Die
Mikroprismen 28 können
aus jeglichem durchlässigen
Vollmaterial gebaut sein. Bevorzugte Materialien weisen einen Brechungsindex
von zwischen ungefähr
1,40 und ungefähr
1,65 auf und umfassen Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester,
Poly(4-Methylpenten), Polystyrol, Allyldiglykolcarbonat, Poly(styrolcoacrylnitril),
Poly(styrolcomethylmethacrylat), Silikon, sowie Polyurethane und Polymere
geformt durch Photopolymerisation von Acrylatmonomeren.
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Unter
Bezugnahme auf 4 sind die Mikroprismen 28 so
aufgebaut, dass sie eine sechsseitige geometrische Form aufweisen,
die eine Lichteingabeoberfläche 30 und
eine Lichtausgabeoberfläche 32 aufweisen,
wobei die Lichtausgabeoberfläche 32 einen
größeren Flächeninhalt
aufweist, als die Lichteingabeoberfläche 30. Das Mikroprisma 28 umfasst des
Weiteren zwei Paare von gegenüberliegend
angeordneten Seitenwänden 46, 48 und 50, 52.
Die Seitenwände 50 und 52 wirken
indem sie das Licht, das sich durch das Mikroprisma 28 fortpflanzt,
reflektieren und umlenken. In den meisten Fällen weisen die Seitenwände 46 und 48 keine
optische Funktion auf. Es kann jedoch notwendig sein, die Seitenwände 46 und 48 schräg anzuordnen,
so dass Licht, das von den Hohlräumen 34 reflektiert
wird, nicht auf die Seitenwände 46 und 48 auftrifft.
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Unter
Bezugnahme auf 5 bilden die Seitenwände 50 und 52 einen
Neigungswinkel Φ zur Normalen
der Oberfläche
des Wellenleiters 16. Die Seitenwände 50 und 52 unterstützen die
Steuerung der Ausgabebündelung
in der Richtung parallel zur Eingabeoberfläche 17 des Lichtübertragungsmittels. Die
gewünschten
Werte des Neigungswinkels Φ reichen
von ungefähr
0 Grad bis ungefähr
30 Grad. Bevorzugtere Werte für
den Neigungswinkel Φ reichen von
ungefähr
5 Grad bis ungefähr
20 Grad. Vorzugsweise sind die mit den Seitenwänden 50 und 52 verbundenen
Neigungswinkel Φ gleich,
wobei gleiche Winkel jedoch nicht unbedingt erforderlich sind.
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Die
Höhe 54 kann
sehr verschieden sein, in Abhängigkeit
von den Abmessungen und der Auflösung
der Anzeige- oder Beleuchtungsanwendung. Das bedeutet, dass kleinere
Anzeigen, wie zum Beispiel Laptop-Computeranzeigen und Flugelektronikanzeigen,
stark verringerte Abmessungen aufweisen würden, im Gegensatz zu großen Anzeigen,
wie zum Beispiel Großbildschirm-
und/oder Flachbildschirm-Fernsehgeräte.
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Wieder
Bezug nehmend auf 1 besteht die wahlweise Schicht 26 mit
niedrigem Brechungsindex aus jeglichem Material, das lichtdurchlässig ist und
einen Brechungsindex aufweist, der niedriger ist, als der Brechungsindex
des Wellenleiters 16. Die Schicht mit niedrigem Brechungsindex
kann entweder ein anorganisches Material, wie zum Beispiel Magnesiumfluorid,
oder ein organisches Material, wie zum Beispiel Silikon sein. Wenn
die Schicht 26 auch eine haftvermittelnde Schicht ist,
bewirkt sie, dass die Mikroprismen 28, besonders Mikroprismen,
die aus Polymeren gebildet sind, fest am Wellenleiter 16 haften.
Die Stärke
der Schicht 26 mit niedrigem Brechungsindex ist nicht entscheidend
und kann sehr unterschiedlich sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Schicht 26 mit niedrigem Brechungsindex
weniger als ungefähr
75 Mikrometer dick.
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Wieder
Bezug nehmend auf 4 und wie für Fachleute offensichtlich
ist, können
die Mikroprismen 28 einen Wiederholungsabstand 40 in
Y-Richtung aufweisen. Des Weiteren kann der Wiederholungsabstand 42 der
Hohlräume 34 in
X-Richtung unterschiedlich sein. Die Abstände 40 und 42 können unterschiedlich
sein, in Abhängigkeit
der Auflösung und
der Abmessungen einer elektronischen Anzeige oder der erforderlichen
Lumenausbeute einer Beleuchtungsanwendung. Des Weiteren kann bei
der Anwendung mit einer einzelnen Lichtquelle, die in 3a abgebildet
ist, der Abstand 42 über
die Oberfläche
des Wellenleiters 16 sehr unterschiedlich sein, um ein
Absinken der Lichtintensität
innerhalb des Wellenleiters 16 mit steigendem Abstand vom
Lichterzeugungsmittel 14 auszugleichen. Bei dieser Anwendung
wäre der
Wiederholabstand 42 näher
bei der Lichtaufnahmeoberfläche 17 geringer
und würde mit
zunehmender Entfernung von der Lichtquelle 14 allmählich zunehmen.
Im Wesentlichen verringern eng aneinander liegende Hohlräume 34 das
Ausmaß der
Lichteingabeoberfläche
angrenzend an die Lichtaufnahmeoberfläche 17, und weit auseinander
liegende Hohlräume 34 erhöhen die
verfügbare
Lichteingabeoberfläche
weiter entfernt von der Lichtaufnahmeoberfläche 17. Ersatzweise
kann die Lichteingabeoberfläche
auch über
das Mikroprisma 28 verändert
sein, indem die Tiefe 41 der Unterbrechung 34 verändert wird,
wie in 3b gezeigt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfasst das Reflexionsmittel 18 des Weiteren ein linsenförmiges Feld
von zylindrischen Mikrolinsen 60, wie in 6 abgebildet.
Ersatzweise kann die linsenförmige
Mikrolinsenkrümmung
auch eine andere als zylindrische Form haben, wie zum Beispiel einen
elliptischen oder einen parabolischen Querschnitt. Die Mikrolinsen 60 sind
nahe bei den Mikroprismen 28 angeordnet. Die Mikrolinsen 60 weisen
vorzugsweise einen Brechungsindex gleich dem Brechungsindex der
Mikroprismen 28 auf. Die Mikrolinsen 60 können jedoch
in einem Vorgang getrennt von den Mikroprismen 28 hergestellt
werden, und jegliches lichtdurchlässige Material, zum Beispiel
eines der zuvor besprochenen Materialien, kann dafür verwendet
werden. Wird ein getrennter Vorgang zum Herstellen der Mikrolinsen 60 verwendet,
ist der Brechungsindex der Mikrolinsen 60 vorzugsweise
gleich oder im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex der Mikroprismen 28.
Der Mittenabstand zwischen den Mikrolinsen steht in direkter Wechselbeziehung
mit den Wiederholabständen 40 der
Mikroprismen 28. Das bedeutet, dass es für jedes
Mikroprisma 28 eine entsprechende Mikrolinse 60 gibt,
die auf die Ausgabeoberfläche 32 des
jeweiligen Mikroprismas 28 ausgerichtet ist.
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Ein
Abstandhalter 62 trennt die Mikrolinsen 60 und
die Mikroprismen 28. Die Stärke des Abstandhalters 62 ist
optimiert, um das Licht von den Mikroprismen 28 durch die
Mikrolinsen 60 zu bündeln.
Vorzugsweise wird der Abstandhalter 62 im selben Vorgang
geformt, der verwendet worden ist, um die Mikroprismen 28 und
die Mikrolinsen 60 zu formen, und besteht daher aus demselben
Material wie die Mikroprismen 28 und die Mikrolinsen 60.
Im Allgemeinen kann der Abstandhalter 62 jedoch auch extra
aus jeglichem lichtdurchlässigen
Material hergestellt werden. Bevorzugte Materialien umfassen durchsichtige Polymere,
Glas und Quarzglas. Vorzugsweise weist der Abstandhalter 62 einen
Brechungsindex gleich oder im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex der
Mikroprismen 28 und der Mikrolinsen 60 auf. Die gewünschten
Eigenschaften dieser Materialien umfassen mechanische und optische
Stabilität
bei typischen Betriebstemperaturen der Vorrichtung. Die am meisten
bevorzugten Materialien sind Glas, Acryl, Polycarbonat und Polyester.
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Felder
von Mikroprismen 28 können
getrennt oder gemeinsam mit Mikrolinsen 60 durch eine Anzahl
wohlbekannter Techniken, wie zum Beispiel Formen, einschließlich Spritzgießen und
Formpressen, Formgießen,
einschließlich
Warmwalzpressgießen, Photopolymerisation
in einer Form und Photopolymerisationsvorgänge ohne Verwenden einer Form, hergestellt
werden. Ein Vorteil der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik
ist die linsenförmige Anordnung,
die den Herstellungsvorgang erleichtert, indem sie den freien Fluss
von Harz innerhalb der Form ermöglicht.
Eine bevorzugte Herstellungstechnik wäre eine, die es erlaubt, das
Reflexionsmittel 18, das ein Feld von Mikroprismen 28,
ein Feld von Mikrolinsen 60 und einen Abstandhalter 62 umfasst,
als eine aus einem Stück
bestehende, geschlossene Einheit herzustellen. Ein Vorteil dieser
Technik wäre die
Beseitigung von Achsparallelitätsfehlern
zwischen dem Feld von Mikroprismen und dem Feld von Mikrolinsen,
wie sie auftreten können,
wenn die Felder getrennt hergestellt und dann in der oben beschriebenen
Beziehung angebracht würden.
Vorzugsweise wird das Reflexionsmittel 18 durch Spritzgießen oder
Formpressen hergestellt.
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BEISPIEL
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Ein
Polystyrolbauteil, das linsenförmige
Prismen zusammen mit zylindrischen Linsen, wie in 6 abgebildet,
aufweist, wurde spritzgegossen. Die linsenförmigen Prismen waren am Boden
des Prismas 0,3175 mm (0,0125 Zoll) breit und an der Spitze des
Prismas 0,5 mm (0,020 Zoll) breit. Die Prismen wiesen eine Höhe von 0,48
mm (0,019 Zoll) auf. Die zylindrischen Linsen waren durch eine Polystyrolabstandhalterschicht
mit einer Stärke
von 0,635 mm (0,025 Zoll) von den Spitzen der Prismen getrennt.
Es gab eine zylindrische Linse für
jedes linsenförmige
Prisma. Die zylindrischen Linsen wiesen einen Krümmungsradius von 0,61 mm (0,024
Zoll) auf und waren auf die Spitzen der Prismen ausgerichtet.
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Die
linsenförmigen
Prismen wiesen „V-förmige" Nuten oder Hohlräume auf,
die alle 0,41 mm (0,016 Zoll) entlang der Längsrichtung der Prismen angeordnet
waren. Die Tiefe der Nuten betrug 0,25 mm (0,0097 Zoll).
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Der
Polystyrolbauteil war unter Verwendung einer selbstklebenden Silikonhaftschicht
(0,24 mm; 0,001 Zoll dick) an einem Klaracrylwellenleiter befestigt.
Der selbstklebende Silikonklebstoff wies einen Brechungsindex von
1,41 auf, der niedriger war als der Brechungsindex sowohl des Acrylwellenleiters (Brechungsindex
= 1,49) als auch des Polystyrolformteils (Brechungsindex = 1,59).
Licht von zwei Glühlampen
wurde in zwei gegenüberliegende
Enden des Acrylwellenleiters eingeleitet. Die allgemeine Richtung
des Lichts war parallel zur Richtung der linsenförmigen Prismen und Linsen des
befestigten Formteils. Licht im Wellenleiter konnte die Silikonschicht
durchdringen und in den Bereichen in den Formteil eintreten, wo
der Formteil den selbstklebenden Klebstoff berührte. Die Oberfläche am Wellenleiter,
die von den Hohlräumen
(Brechungsindex = 1,00) eingenommen wurde, ließ kein Licht aus dem Wellenleiter
austreten. Die Wände
des Hohlraums lenkten das Licht in den linsenförmigen Prismen um. Das Licht
trat stark gebündelt
und in einer Richtung ungefähr
im rechten Winkel zur Ebene des Wellenleiters aus dem Formteil aus.
Das Licht wies in einer Richtung Bündelungswinkel (die Gesamtbreite
der Spitze beim halben Maximalwert) von ±14° und in der Richtung im rechten
Winkel dazu ±13,7° auf. Querschnittsansichten
der Lichtverteilung in zwei zueinander im rechten Winkel stehenden
Richtungen sind in 7 abgebildet.