(57)【要約】均質化されるべき光を通過させることが可能な、少なくとも１つの光学的に機能する面（２）と、少なくとも１つの光学的に機能する面（２）上に互いに交互に配置される複数の凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）と、凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ）の少なくとも１つの第１の構成、および凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ｂ）の少なくとも１つの第１の構成とは異なる、少なくとも１つの第２の構成と、を有し、凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ，４ｂ）の異なる構成を通過して入射する、均質化されるべき光の部分ビームが、均質化されるべき光（８）の干渉作用の回避に寄与する光学的経路を互いに有するように、凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ，４ｂ）が形成される、光を均質化するための装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均質化されるべき光を通過させることが可能な、少なくとも１つの光学的に機能する面（２）と、
少なくとも１つの光学的に機能する面（２）上に互いに交互に配置される複数の凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）と、
凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ）の少なくとも１つの第１の構成、および凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ｂ）の少なくとも１つの第１の構成とは異なる、少なくとも１つの第２の構成と、
を有する光を均質化するための装置において、
凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ，４ｂ）の異なる構成を通過して入射する、均質化されるべき光の部分ビームが、均質化されるべき光（８）の干渉作用の回避に寄与する光学的経路を互いに有するように、凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ，４ｂ）が形成されることを特徴とする光を均質化するための装置。
【請求項２】
少なくとも１つの光学的に機能する面（２）上には、移行部（４ａ，４ｂ）の第１および第２の構成が、互いに交互に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第２の構成に従う凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ｂ）は、第１の構成に従う移行部（４ａ）よりも勾配が急であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第２の構成に従う凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ｂ）は、第１の構成に従う移行部（４ａ）よりも、正弦に似た形状からの変位が大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
第２の構成に従う凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ｂ）の、均質化されるべき光の伝播方向における長さ（Ｈ２）は、第１の構成に従う移行部（４ａ）の長さ（Ｈ１）よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第２の構成に従う移行部（４ｂ）の、均質化されるべき光の伝播方向における長さ（Ｈ２）と、第１の構成に従う移行部（４ａ）の長さ（Ｈ１）との差（ΔＨ）は、均質化されるべき光の波長をλとすると、以下の式に従って選択され、
【数１】
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式中ｎは、光学的に機能する面（２）を形成する材料の屈折率であることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ，４ｂ）は、第２の構成に従う移行部（４ｂ）だけでなく、第１の構成に従う移行部（４ａ）も、均質化されるべき光の遠視野においてピーク強度（１１，１２）を生じさせることが可能であり、このピーク強度（１１，１２）は、遠視野の強度分布において互いにシフトされて、均質な強度分布を生じさせることができることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の異なる構成の移行部（４ａ，４ｂ）を通過して入射する均一化されるべき光の部分ビームの光学的経路が、均質化されるべき光のおよそ半波長分、またはその半波長の奇数倍分に相当するように、凹状および凸状シリンドリカルレンズ（５，６）間の移行部（４ａ，４ｂ）が形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従う光を均質化するための装置に関する。
図１は、技術水準から知られる（たとえばＵＳ６，２３９，９１３Ｂ１参照）光を均質化するための装置であって、レンズが設けられて光学的に機能する面２１を有する透明基板２０と、これに対向して設けられる平らな面２２とからなる光を均質化するための装置を概略的に示す。光学的に機能する面２１上には、凹レンズと凸レンズ２３，２４とが交互に設けられている。凹レンズと凸レンズ２３，２４との間の移行部２５を経て、場合によっては、この移行部２５に隣接する領域を介して入射する光ビームの干渉効果のために図２に示されるような強度分布が生じる。これには、多様な利用において受け入れられないピーク強度が周辺部にある。
【０００２】
欧州特許公報ＥＰ１，４８９，４３８Ａから、冒頭に挙げたタイプの装置が知られる。ここに記載された装置の場合、２つの基板が、互いに、均質化されるべき光の伝播方向に配置されている。両基板は、交互に互いに配置された凹状および凸状のシリンドリカルレンズと共に、光学的に機能する面を有する。第１の基板上には、少なくとも２つの群の凸状シリンドリカルレンズが設けられ、第１の群の凸状シリンドリカルレンズは、第２の群の凸状シリンドリカルレンズよりも広幅である。その間に配置される凹状シリンドリカルレンズはすべて同じ幅である。第２の基板上には、一方側にすべて同じ幅の凸状シリンドリカルレンズがあり、他方側に、すべて同じ幅の凹状シリンドリカルレンズがある。このような構成によって、第１基板の凹状シリンドリカルレンズの頂線を、第２基板の凸状シリンドリカルレンズの頂線に対して変位させることが可能となる。特に、このような変位は、それぞれの凹状シリンドリカルレンズについてそれぞれ異なった大きさとすることが可能である。こうすることによって、第１基板の凹状シリンドリカルレンズを通過して入射する光は、少なくとも部分的に、第２基板の凹状シリンドリカルレンズを通過しない。さらにまた第１基板の２つの異なる凹状シリンドリカルレンズを通過して入射する光は、少なくとも部分的には第２基板の互いに同等の領域を通過しない。このようにして、１つの作業平面において、第１基板の異なる凹状シリンドリカルレンズの同じ領域を通過して入射した光が同じところに現れないようにすることができる。このような構成によって、場合によっては、作業平面の周縁領域におけるピーク強度を小さくすることができる。
【０００３】
本発明が基礎とする課題は、均質化された光の一様な強度分布を達成することができる、冒頭で述べたタイプの装置を提供することである。
【０００４】
これは、本発明に従えば、請求項１の特徴を有する、冒頭で述べたタイプの装置によって達成することができる。下位の請求項は、本発明の好ましいさらなる実施形態に関する。
【０００５】
異なる移行部を通過して入射する部分ビーム間の、本発明に従って生じさせた定義された光学的経路の相違によって、移行部を通過して入射する光を、それが強度分布について全くまたはわずかしか寄与しないように、目的どおり重畳させることができる。
【０００６】
したがって、技術水準に従う所望でない干渉作用をさらに回避することができる。
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照して、以下の説明によって明らかになるであろう。
【０００７】
本発明に従う装置の図に示した実施形態は、光学的に機能する面２を有する基板１を含み、かかる光学的に機能する面はレンズアレイを有する。基板１の対向する側には、図示の実施形態の場合、平らな面３が設けられる。光学的に機能する面２上には、凹状および凸状シリンドリカルレンズ５，６が交互に設けられる。図３に従う装置の場合、凹状および凸状シリンドリカルレンズ５，６間の移行部４ａ，４ｂは、干渉作用が小さくなるように形成される。たとえば、移行部４ｂは、均質化されるべき光の伝播方向において、移行部４ａまたは技術水準から知られる移行部２５よりも、より急な傾斜とする、および／またはより長く延びるように形成する（図１参照）。
【０００８】
移行部４ａも移行部４ｂもなめらかな正弦に類似の移行部から変位させてもよい。しかしながら、移行部４ｂの場合、正弦類似の移行部からの変位は、移行部４ａの場合よりも大きい。
【０００９】
１つ以上の光学的に機能する面を設けてもよい。たとえば、前面側に光学的に機能する面２を有する基板１の背面側には、凹状および凸状シリンドリカルレンズを有する光学的に機能する面が設けられ、それらのシリンダ軸は、前面側に設けられたシリンドリカルレンズのシリンダ軸に垂直である。こうすることによって、この基板は２つの互いに垂直な方向における均質化に寄与する。さらにまた、均質化効果をさらに高めるために、１つまたは２つの光学的に機能する面を有する２以上の基板を順に配置してもよい。
【００１０】
図３は、異なる２つの、光学的に機能する面２の部分群ａ，ｂがあることを示しており、各部分は面１上に交互に配置されている。これらの群ａ，ｂの各要素は、凹状および凸状シリンドリカルレンズ５，６の間に、および凹状シリンドリカルレンズ５と２つの半凸状シリンドリカルレンズ６との間に２つの移行部４ａ，４ｂを有する。たとえば、第１の群ａの移行部４ａは、図４ａに示すように実施することができる。さらにまた、第２の群ｂの移行部４ｂは、図４ｂに示すように実施することができる。図３に従う実施形態において、同じ移行部４ａは、第１の凹状シリンドリカルレンズ５の左右に、同じ移行部４ｂは、第１の凹状シリンドリカルレンズ５に隣接した、第２の凹状シリンドリカルレンズ５の左右に配置される。
【００１１】
移行部４ｂは、移行部４ａよりも、均質化されるべき光の伝播方向において、より延びている。したがって、たとえば、図３において移行部４ｂを通過して下から上に入射する均質化されるべき光の部分ビームは、移行部４ａを通過して入射する部分ビームよりも長い区間にわたって基板１内を進む。たとえばガラスからなる基板の屈折率は、周囲の空気と比べてより高いために、移行部４ｂを通過して入射する部分ビームは、移行部４ａを通過して入射する部分ビームに対して光学的経路差が生じる。この光学的経路差は、好ましい実施形態においては、均質化されるべき光のおよそ半波長分、またはその半波長の奇数倍分に相当することができる。したがって、均質化された光の干渉作用を低下させることができる。他の光学的経路差も可能であり、効果的である。
【００１２】
図５は、図３または図９に従う装置を通過して入射した光８の強度分布を示す。技術水準から知られるピーク強度は、ここでは表されていない。図６〜図８は、群ａを通過して入射した光９の、群ｂを通過して入射した光１０との重畳によって、均質化された光８の、図５および図８に示したような強度分布が生じる。群ａを通過して入射する場合（図６参照）だけでなく、群ｂを通過して入射する場合も（図７参照）、重畳する場合に（図８参照）、離れて干渉する、または均質な強度分布が生じるように重畳されるピーク強度１１，１２が生じる。
【００１３】
図９に示す実施形態においては、同じ移行部４ａまたは４ｂは、凹状シリンドリカルレンズ５の左右だけでなく、凸状シリンドリカルレンズ６の左右においても配置されている。これは装置の機能にとって重要ではない。実質的には、第１の実施形態に従う凹状および凸状シリンドリカルレンズ５，６の間にはほぼ同じ数の移行部４ａが設けられ、第２の実施形態に従うほぼ同じ数の移行部４ｂは、光学的に機能する面２上に設けられる。
【００１４】
図９に明らかなように、第２の実施形態に従う凹状および凸状シリンドリカルレンズ５，６間の移行部４ｂの、均質化されるべき光の伝播方向における長さＨ２は、第１の実施形態に従う移行部４ａの長さＨ１よりも大きい。この場合、均質化されるべき光の波長をλとし、光学的に機能する面２が形成される基板１の屈折率をｎとする場合、差異ΔＨは、以下の式を満たすように選択される。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
ΔＨがこの式を満たす場合、特に、面の垂線から面２上で測定される均質化されるべき光の入射角が小さい場合、図６および図７に従う強度分布は、ピーク強度１１，１２が、重畳する場合（図８参照）には、離れて干渉するように、または均質な強度分布が生じるように重畳するように、互いにシフトされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】技術水準に従う光を均質化するための装置の概略を示す図である。
【図２】図１に従う装置によって生じた強度分布を示す図である。
【図３】光を均質化するための本発明に従う装置の概略を示す図である。
【図４ａ】図３における矢符ＩＶａに従うところを概略的に誇張して示した図である。
【図４ｂ】図３における矢符ＩＶｂに従うところを概略的に誇張して示した図である。
【図５】図３に従う装置によって生じた強度分布を示す図（角度に対する任意の単位での強度）である。
【図６】第１の群（ａ）によって、第１の移行部と、それに続く、図３に従う装置のシリンドリカルレンズとから生じた強度分布を示す図（角度に対する任意の単位での強度）である。
【図７】第１の群（ｂ）によって、第１の移行部と、それに続く、図３に従う装置のシリンドリカルレンズとから生じた強度分布を示す図（角度に対する任意の単位での強度）である。
【図８】図６および図７に従う強度分布の重畳を示す図（角度に対する任意の単位での強度）である。
【図９】本発明に従う装置のさらなる実施形態における光学的に機能する面を概略的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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