專利名稱：在上下半球表現(xiàn)出蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布的光控制設(shè)備的制作方法
在上下半球表現(xiàn)出蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布的光控制設(shè)備 相關(guān)串i青 本申請(qǐng)要求2007年4月10日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/911049的權(quán)益。
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發(fā)明內(nèi)容
實(shí)現(xiàn)為照明設(shè)備(luminaire)的光控制設(shè)備在上半球表現(xiàn)出超寬蝙蝠翼狀發(fā)光 強(qiáng)度分布，其即使在照明設(shè)備安裝得非?？拷旎ò鍟r(shí)也提供對(duì)天花板表面的基本上均勻 的照明。發(fā)光側(cè)面板漫射器有利于照明設(shè)備與天花板表面的混合，因?yàn)樗鼈冊(cè)谙掳肭蚪?起蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布，從而均勻地照明工作平面。 附加的方面和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述將是清楚明白的，所述描述參 照附圖進(jìn)行。


圖1為照明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的截面視圖，該照明設(shè)備在上半球表現(xiàn)出超寬蝙蝠
翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布并且在下半球表現(xiàn)出均勻照明工作平面的蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布。 圖2A和圖2B分別為圖1的光控制設(shè)備的底部和頂部等軸測(cè)視圖。 圖3為光度曲線圖，其示出下半球和上半球中的90度方位角的蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度
分布模式。 圖4A、圖4B、圖4C、圖4D和圖4E為圖1 、圖2A和圖2B的照明設(shè)備的截面視圖，其 示出各種不同的光學(xué)部件對(duì)光強(qiáng)度分布的貢獻(xiàn)，這些光強(qiáng)度分布形成圖3的向下光和向上 光的蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布模式。 圖5示出了用于記錄開(kāi)諾全息照片(kinoform)漫射器的現(xiàn)有技術(shù)單束全息裝置。
圖6A、圖6B、圖6C和圖6D示出了對(duì)應(yīng)四類開(kāi)諾全息照片漫射器的光束分布，所述 漫射器的表面起伏圖案面向入射光束。 圖7示出了依照本發(fā)明構(gòu)造以表現(xiàn)出均勻光束分布的圓形分布開(kāi)諾全息照片漫 射器的顯微照片。 圖8示出了依照本發(fā)明構(gòu)造以表現(xiàn)出均勻光束分布的線性分布開(kāi)諾全息照片漫 射器的顯微照片。 圖9示出了依照本發(fā)明構(gòu)造以表現(xiàn)出環(huán)形光束分布的圓形分布開(kāi)諾全息照片漫 射器的顯微照片。
具體實(shí)施例方式
圖1為光控制設(shè)備或照明設(shè)備10的截面視圖，圖2A和圖2B分別為光控制設(shè)備 或照明設(shè)備10的底部和頂部等軸測(cè)視圖。照明設(shè)備IO包括通常為矩形的外殼12，該外 殼沿著其長(zhǎng)度和上表面延伸，具有中心壓載通道(ballast channel) 14和相對(duì)的上側(cè)邊緣 (margin) 16和18。壓載通道14通過(guò)上部反射器20封閉于外殼12的內(nèi)部。安裝在鞍窩 (socket saddle)(未示出)中的優(yōu)選地為熒光燈的管狀光源22被定位在外殼12內(nèi)并且沿 著壓載通道14的長(zhǎng)度大體中心對(duì)準(zhǔn)地延伸。 通過(guò)箝器(clip) 28附接到上部反射器20的對(duì)應(yīng)凸緣30和32的左側(cè)上部漫射 器24和右側(cè)上部漫射器26形式的多截面上部漫射器在壓載通道14的側(cè)向且沿著其長(zhǎng)度 延伸。壓載通道14與上側(cè)漫射器24和26 —起將外殼12的上表面劃分成第一和第二分離 的上部區(qū)域。上側(cè)漫射器24的遠(yuǎn)側(cè)邊緣36和上側(cè)邊緣16限定了第一上部區(qū)域的矩形開(kāi) 口 38，并且上側(cè)漫射器26的遠(yuǎn)側(cè)邊緣40和上側(cè)邊緣18限定了第二上部區(qū)域中的矩形開(kāi)口 42。矩形開(kāi)口 38和42被分隔開(kāi)并被定位成允許由光源22發(fā)射的光的無(wú)中斷傳播以便入 射到天花板表面44(圖4B)上。 沿著其長(zhǎng)度和下表面延伸的外殼12具有穿孔的中心籃狀物50以及相對(duì)的下側(cè)支 撐構(gòu)件52和54。穿孔的中心籃狀物50通過(guò)下部中心漫射器56封閉于外殼12的內(nèi)部。穿 孔的中心籃狀物50將外殼12的下表面劃分成第一和第二分離的下部區(qū)域。穿孔的中心籃 狀物50的側(cè)面58和支撐構(gòu)件52的側(cè)邊緣60限定了第一下部區(qū)域中的矩形開(kāi)口 62，并且 穿孔的中心籃狀物50的側(cè)面68和支撐構(gòu)件54的側(cè)邊緣70限定了第二下部區(qū)域中的矩形 開(kāi)口72。左側(cè)漫射器面板78和右側(cè)漫射器面板80分別覆蓋矩形開(kāi)口62和72。安裝到支 撐構(gòu)件52的內(nèi)表面上的外軌86承載向內(nèi)傾斜的側(cè)面反射器88，并且安裝到支撐構(gòu)件54的 內(nèi)表面上的外軌90承載向內(nèi)傾斜的側(cè)面反射器92。 照明設(shè)備IO在下半球和上半球中表現(xiàn)出向下光和向上光的蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分 布模式。圖3為光度曲線圖，其示出下半球100和上半球102中的90度方位角的蝙蝠翼狀 發(fā)光強(qiáng)度分布模式。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D和圖4E為照明設(shè)備10的截面視圖，其示出各 種不同的光學(xué)部件對(duì)光強(qiáng)度分布的貢獻(xiàn)，這些光強(qiáng)度分布形成圖3的向下光和向上光的蝙 蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布模式。 向下光使用了漫射器面板78和80以創(chuàng)建在下半球100中具有蝙蝠翼狀強(qiáng)度分布的 發(fā)光光學(xué)器件。該蝙蝠翼狀分布由位于側(cè)面漫射器面板78和80之間的穿孔的中心籃狀物50 和下部中心漫射器56產(chǎn)生。穿孔的中心籃狀物50與下部中心漫射器56的結(jié)合允許有限數(shù) 量的光從壓載通道14之下的燈22以及從反射器20傳播以便以朗伯(lambertian)發(fā)光強(qiáng)度 分布離開(kāi)照明設(shè)備10。側(cè)面漫射器面板78和80接收由燈22發(fā)射以及由上部反射器20反 射的以高角度離開(kāi)的光并且使該光向下朝工作平面104彎曲。這同時(shí)減弱了高角度的眩光并 且如圖4A所示在下半球100創(chuàng)建了蝙蝠翼狀分布以均勻地照明下面的工作平面104。
圖4A示出了傳播到下半球100中的以第一組光線IIO組織的光線，所述第一組光 線包括入射到穿孔的中心籃狀物50上的第一光線子集112以及入射到側(cè)面漫射器面板78 和80上的第二光線子集114。由穿孔的中心籃狀物50以朗伯強(qiáng)度分布產(chǎn)生的光線作為發(fā) 散扇形光線而傳播并且由交叉陰影區(qū)域示出，由側(cè)面漫射器面板78和80漫射且重定向的 光線由陰影區(qū)域示出。當(dāng)觀察者從照明設(shè)備10的相對(duì)側(cè)觀看側(cè)面漫射器面板78和80時(shí)，
4位于對(duì)應(yīng)外軌86和90上的側(cè)面反射器88和92允許它們是發(fā)光的。 上半球102中的發(fā)光強(qiáng)度分布由光學(xué)器件的組合創(chuàng)建，所述光學(xué)器件與下部光學(xué) 器件一起工作，從而在上半球102中創(chuàng)建超寬蝙蝠翼狀分布以便均勻地照明天花板表面 44。這些上半球照明光學(xué)器件均勻地照明沒(méi)有來(lái)自燈22的直接光落入其中的壓載通道14 之上的區(qū)域。這是通過(guò)上側(cè)漫射器24和26來(lái)完成的，所述上側(cè)漫射器是兩塊位于壓載通 道14的側(cè)面的線性棱鏡材料。該材料接收入射光并且向上將其漫射到壓載通道之上的天 花板表面44，如圖4B所示。圖4B示出了傳播到上半球102中的以第二組光線120組織的 光線，該第二組光線作為兩個(gè)部分重疊的光線扇形122和124向上朝天花板表面44傳播。 當(dāng)來(lái)自燈22和下部中心漫射器56的投影圖像隨著豎直角度的減小而逐步增大時(shí)，上側(cè)漫 射器24和26也有助于平滑該過(guò)渡。 光學(xué)器件的目的是創(chuàng)建超寬蝙蝠翼狀分布。壓載通道14阻擋向上離開(kāi)照明設(shè)備 10的光，使得該光不到達(dá)壓載通道14之上的區(qū)域。上側(cè)漫射器24和26利用比來(lái)自燈22 的直接照明提供的光少得多的光填充該區(qū)域。隨著豎直角度的減小，所述分布的部分被創(chuàng) 建，因?yàn)橄虏恐行穆淦?6的線性棱鏡結(jié)構(gòu)反射以高角度離開(kāi)燈22的光并且通過(guò)矩形開(kāi) 口 38和42，如圖4C所示。這在來(lái)自燈22的直接光開(kāi)始被投射到天花板表面44上之前提 供了過(guò)渡的光。該反射的光與上側(cè)漫射器24和26作用以便在該過(guò)渡期間消除天花板表面 44上的條紋。隨著豎直角度更進(jìn)一步減小，投影的部分燈圖像逐漸增大，其與反射離開(kāi)下部 中心漫射器56的光結(jié)合，如圖4D所示。這平滑地將所述分布轉(zhuǎn)變到其峰值，從而允許甚至 天花板照明。當(dāng)豎直角度達(dá)到100度時(shí)，燈的完整圖像被投影，如圖4E所示，其創(chuàng)建了所述 分布的峰值輸出。側(cè)面反射器88和92從相對(duì)的方向幫助照明側(cè)面漫射器面板78和80，使 得當(dāng)從側(cè)面觀看照明設(shè)備10時(shí)，更近和更遠(yuǎn)的面板漫射器看起來(lái)具有相似的亮度。
上面描述的向下光和向上光的光學(xué)性能特性是利用如以下所述制造和其作用的 優(yōu)選光學(xué)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 穿孔的中心籃狀物50由穿孔的鋼制成并且以朗伯發(fā)光強(qiáng)度分布模式將光漫射到 下半球100中，如圖4A所示。穿孔的中心籃狀物50創(chuàng)建了均勻的發(fā)光籃狀物。
下部中心漫射器56由帶有乳白添加劑的擠壓的棱鏡丙烯酸材料制成，部分地透 射入射光。乳白添加劑的量被選擇成實(shí)現(xiàn)入射光的透射、散射和反射的希望的平衡。參照 圖1，下部中心漫射器56具有光漫射表面，該表面在平坦側(cè)面部分202之間具有紋理化的中 心部分200。與對(duì)入射到自身的光進(jìn)行散射的紋理化的中心部分200相比，平坦側(cè)面部分 202對(duì)入射光進(jìn)行鏡面反射。下半球的光學(xué)效果使得將部分透射的光漫射到穿孔的中心籃 狀物50中是必需的，其產(chǎn)生圖4A所示的朗伯強(qiáng)度分布模式。上半球的光學(xué)效果使得在高 角度下反射由燈22發(fā)射的光是必需的，如圖4C所示。該反射的光在來(lái)自燈22的直接光開(kāi) 始被投射到天花板表面44上之前提供了過(guò)渡的光并且與上側(cè)漫射器24和26協(xié)作以便在 該過(guò)渡期間消除天花板表面44上的條紋。隨著豎直角度更進(jìn)一步減小，被投影的部分燈圖 像逐漸增大并且與反射離開(kāi)下部中心漫射器56的光結(jié)合，如圖4D所示。這平滑地將所述 分布轉(zhuǎn)變到其峰值，從而允許甚至天花板照明。 漫射器面板78和80中的每一個(gè)包括丙烯酸襯底212上支撐的MesoOpticTM薄 膜材料210。薄膜材料210面向入射光并且可以是以廣泛分布的漫射為特征的圓形、橢圓 形或線性MesoOpticTM類型。MesoOpticTM表面起伏結(jié)構(gòu)與襯底212的表面接觸。在2007年11月22日的題目為"LightControl Devices Implemented With Diffusers Having ControllableDiffusion Characteristics" ( ' 555出版物)的美國(guó)專利申請(qǐng)公布 No. 2007-0268585中參照開(kāi)諾全息照片漫射器材料描述了 MesoOptic 薄膜材料。以下描 述和關(guān)聯(lián)的附圖取自該'555出版物的相關(guān)部分并且闡述了側(cè)面漫射器面板78和80的優(yōu) 選實(shí)施例的構(gòu)造中使用的制造技術(shù)。 依照該公開(kāi)制成的開(kāi)諾全息照片漫射器由復(fù)雜的表面起伏模式組成，其產(chǎn)生具有 離軸透射比和反射比性質(zhì)的可控漫射特性，消除了零階光束，并且在非彩色照明下沒(méi)有光 譜色散。 開(kāi)諾全息照片漫射器的制造通過(guò)在光刻膠膜(photoresist film)連續(xù)多次曝光 于遠(yuǎn)場(chǎng)散斑圖案之間移動(dòng)涂敷了光刻膠膜的光敏板來(lái)實(shí)現(xiàn)。激光散斑圖案保持不變，并且 因此記錄的圖案是空間自相關(guān)的。 圖5示出了用于記錄開(kāi)諾全息照片漫射器的基本現(xiàn)有技術(shù)單束光學(xué)裝置。(技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解，該光學(xué)裝置的許多變型是可能的。)激光器148產(chǎn)生相干光150光束，其由 透鏡152和154擴(kuò)展以便利用通過(guò)具有孔徑158的不透明掩模156傳播的相干平面波前照 射漫射器160。光敏記錄板162位于漫射器160之后的一定距離d處。(合適的光敏材料 包括正負(fù)光刻乳膠、鹵化銀薄膜、重鉻酸鹽凝膠和各種光敏聚合物。) 由漫射器160散射的光在光敏記錄板162的表面上產(chǎn)生隨機(jī)的激光散斑圖案，該 激光散斑圖案利用照相方法來(lái)記錄。光敏板162依照已知的處理技術(shù)來(lái)顯影以便產(chǎn)生具有 表面起伏模式的透明襯底，該表面起伏模式的空間分布的高度分布與記錄的激光散斑圖案 的空間分布的強(qiáng)度成比例。這是透射式開(kāi)諾全息照片漫射器。反射式開(kāi)諾全息照片漫射器 可以通過(guò)例如將蒸發(fā)的金屬薄膜施加到透射式漫射器的表面上來(lái)制造?？商鎿Q地，所述表 面起伏模式可以利用已知的復(fù)制技術(shù)(例如壓花或成型)來(lái)轉(zhuǎn)移到不透明的金屬或塑料襯 底上。 當(dāng)透射式開(kāi)諾全息照片漫射器由相干平面波前照射時(shí)，在任意點(diǎn)通過(guò)該漫射器的 光路的長(zhǎng)度由該點(diǎn)處的表面起伏模式的高度決定。由于通過(guò)所述漫射器傳播的波前的相位 延遲取決于該光路長(zhǎng)度，因而該平面波前依照所述開(kāi)諾全息照片漫射器的表面起伏模式而 被隨機(jī)散射。理論上，該開(kāi)諾全息照片漫射器重構(gòu)出由磨砂玻璃漫射器160產(chǎn)生的激光散 斑圖案。 相同的原理適用于反射式開(kāi)諾全息照片漫射器，例外之處在于，在自由空氣或者 漫射器表面正上方的其他光學(xué)透明介質(zhì)中出現(xiàn)光路長(zhǎng)度和隨后的相位延遲方面的差異。
產(chǎn)生所得到的開(kāi)諾全息照片漫射器光束分布的自相關(guān)散斑圖案的非相干總和不 一定由基本上的高斯函數(shù)表征。曝光的次數(shù)以及曝光之間的光敏板的移動(dòng)的各種組合對(duì)具 有如圖6A、圖6B、圖6C和圖6D所示的均勻和環(huán)形光束分布的開(kāi)諾全息照片漫射器的制造 產(chǎn)生貢獻(xiàn)。與高斯分布不同的是，這些光束分布在規(guī)定的角度范圍之外表現(xiàn)出大為減弱的 散射。曝光之間的光敏板的移動(dòng)也允許制造表現(xiàn)出消除了零階光束并且在非彩色照明下沒(méi) 有光譜色散的開(kāi)諾全息照片漫射器。 復(fù)雜的表面起伏模式"鵝卵石"(如圖7所示)對(duì)具有如圖6A所示的均勻光束分 布的圓形(各向同性)開(kāi)諾全息照片漫射器的制造產(chǎn)生很大的貢獻(xiàn)。類似地，復(fù)雜的表面 起伏模式"皺折"(如圖8所示)對(duì)具有如圖6B所示的均勻光束分布的橢圓形和線性(各向異性)開(kāi)諾全息照片漫射器的制造產(chǎn)生很大的貢獻(xiàn)。 復(fù)雜的表面起伏模式"凹陷"(類似于圖7所示鵝卵石狀表面的印象)也對(duì)具有如 圖6A所示的均勻光束分布的圓形(各向同性)開(kāi)諾全息照片漫射器的制造產(chǎn)生很大的貢 獻(xiàn)。 鵝卵石(如圖9所示)、凹陷或者皺折的表面上形成的子結(jié)構(gòu)或子單元的模式對(duì)具 有如圖6C和圖6D所示的環(huán)形光束分布的開(kāi)諾全息照片漫射器的制造產(chǎn)生很大的貢獻(xiàn)。圖 7-9表明，鵝卵石、凹陷或者皺折形式的光散射單元的復(fù)雜表面起伏模式的特征在于重疊的 光散射單元以及相鄰光散射單元之間的空隙腔。 所公開(kāi)的這些實(shí)施例優(yōu)選地利用諸如Shipley公司(莫爾伯勒，MA)的Shipley 1818之類的正光刻材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些材料典型地具有對(duì)于曝光的非線性特性響應(yīng)。優(yōu)選的 制造方法通過(guò)將受控參數(shù)的組合用于可以被蝕刻成多個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)的深度的相對(duì)較厚的 光刻層和光刻膠的制備、曝光和顯影來(lái)利用這一性質(zhì)。 凹陷或皺折的表面起伏特征顯然通過(guò)將光刻材料暴露于三維激光散斑圖案的體 積截面而形成。然后，處理該光刻材料以便蝕刻掉曝光的部分并且產(chǎn)生三維散射單元。諸 如可從Microchem公司(牛頓，MA)獲得的Microchem SU-8之類的負(fù)光刻材料可以用來(lái)產(chǎn) 生鵝卵石而不是凹陷。 利用已知的旋涂技術(shù)將光刻膠施加到玻璃襯底上。涂層厚度由光刻膠粘性和旋轉(zhuǎn)
速度決定，但是通常介于3. 0與12. 0微米之間。具有變化的形成的單層光刻膠或者多層光
刻膠可以有利地施加到襯底上以便實(shí)現(xiàn)具有希望的非線性特性響應(yīng)的復(fù)合光刻膠。 所述光刻膠特性響應(yīng)部分地取決于曝光時(shí)殘留在材料中的溶劑(典型地為丙二
醇甲醚醋酸酯)的濃度?？赡鼙匾氖牵陨叩臏囟?預(yù)烘焙"該光刻膠涂層以便通過(guò)蒸
發(fā)去除大部分溶劑，同時(shí)確保該光刻膠的光激活成分未被熱分解。在這個(gè)過(guò)程中仔細(xì)地控
制烘焙的時(shí)間、溫度、濕度和氣流以便實(shí)現(xiàn)一致和希望的結(jié)果。 然后，將光刻膠暴露于各種各樣的激光散斑圖案。參照?qǐng)D5，光束擴(kuò)展透鏡152和 154產(chǎn)生的相干激光束可以是平行的、會(huì)聚的或者發(fā)散的，這取決于所希望的開(kāi)諾全息照片 漫射器光束分布。非均勻激光束強(qiáng)度輪廓也可以有利地用于修改得到的開(kāi)諾全息照片漫射 器光束分布。光刻膠在暴露于激光散斑圖案之前可以被均勻曝光以便預(yù)敏化所述光激活成 分。 單獨(dú)的激光散斑圖案曝光時(shí)間取決于激光功率、光束擴(kuò)展光學(xué)器件、漫射器不透 明度和光刻膠靈敏度?？梢杂幸獾亟档图す夤β室员阍诠饪棠z中引起倒易性失效并且從而 有利地放大薄膜干涉曝光的非線性效應(yīng)。無(wú)論如何，仔細(xì)的曝光控制確保了最大曝光量處 于處理的光刻膠的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。 在曝光之后，光刻膠可選地可以在升高的溫度下經(jīng)受"后烘焙"處理。該處理用來(lái)
借助于通過(guò)光刻膠基質(zhì)(matrix)(典型地為稱作"酚醛清漆"的酚醛樹(shù)脂)擴(kuò)散所述光激
活成分(對(duì)于正光刻膠，典型地為鄰疊氮萘醌(diazon即hthoquinone))而減輕光刻膠內(nèi)的
薄膜干涉(即駐波)曝光的有害影響。它也可以用來(lái)熱催化化學(xué)反應(yīng)，從而放大潛影。同
樣地，仔細(xì)控制烘焙的時(shí)間、溫度、濕度和氣流以便實(shí)現(xiàn)一致和希望的結(jié)果。 圖9所示的子結(jié)構(gòu)看起來(lái)是作為光刻膠內(nèi)薄膜干涉曝光的結(jié)果而產(chǎn)生的。對(duì)于其
中需要這樣的皺折的開(kāi)諾全息照片漫射器而言，后烘焙因此可能不是必需的。
然后，利用諸如氫氧化鈉之類的堿性顯影劑來(lái)對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影。商業(yè)顯影劑可 能包含用于特定目的的專用添加劑，其修改光刻膠蝕刻過(guò)程。這些添加劑可以有利地修改 光刻膠特性響應(yīng)。 存在若干用于施加顯影劑的常規(guī)技術(shù)，包括旋涂、噴射顯影和水坑式顯影(puddle
development)。顯影的時(shí)間和溫度連同顯影劑濃度是影響得到的特性響應(yīng)的參數(shù)。 在顯影之后，光刻膠可選地可以在升高的溫度下經(jīng)受"后顯影烘焙"處理。這個(gè)處
理用來(lái)通過(guò)酚醛清漆樹(shù)脂的交聯(lián)硬化顯影的光刻膠并且可選地通過(guò)軟化和塑料流動(dòng)修改
表面起伏輪廓。 用于開(kāi)諾全息照片漫射器的光刻膠工藝的重要屬性是得到的對(duì)比度Y (伽馬)， 其表示為 Y = l/(logl。(EMX/Emin))， (3) 其中Emin為在光激活成分中產(chǎn)生引起蝕刻的光化學(xué)反應(yīng)所需的最小光化曝光量 (以毫焦耳每平方厘米度量)，Emax為產(chǎn)生光刻膠到底下的襯底的蝕刻所需的最大光化曝光 得到的伽馬取決于預(yù)烘焙、曝光、后烘焙、顯影以及后顯影烘焙參數(shù)。這些參數(shù)反 過(guò)來(lái)取決于光刻膠組成和顯影劑添加劑。盡管技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到聯(lián)合地表征這些參數(shù)的影 響或者預(yù)測(cè)源于改變它們而產(chǎn)生的結(jié)果是困難的，但是申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下相互關(guān)聯(lián)的參 數(shù)影響得到的伽馬光刻膠組成，預(yù)烘焙，激光束波長(zhǎng)，激光功率和曝光時(shí)間，后烘焙，顯影 劑配方，顯影劑濃度，顯影時(shí)間，顯影溫度以及后顯影烘焙。 找出允許制造具有可控非均勻光束分布的開(kāi)諾全息照片漫射器的處理參數(shù)的適 當(dāng)組合是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的過(guò)程?？梢砸恢虑铱煽康禺a(chǎn)生希望的非均勻性光束分布，并且可 以遞增地控制所述光束分布參數(shù)。特別地，這些分布可以連續(xù)地分別在圖6A和圖6B所示 的均勻光束分布到圖6C和圖6D所示的非均勻分布之間變化。 所述零階光束可以通過(guò)光刻膠暴露于各種各樣的自相關(guān)激光散斑圖案來(lái)消除。這 些圖案可以通過(guò)以下機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的一種或多種來(lái)產(chǎn)生垂直于激光束方向移動(dòng)光刻膠板； 垂直于激光束方向移動(dòng)漫射器；平行于激光束方向移動(dòng)光刻膠板；平行于激光束方向移動(dòng) 漫射器；圍繞垂直于激光束方向的軸旋轉(zhuǎn)光刻膠板；圍繞垂直于激光束方向的軸旋轉(zhuǎn)漫射 器；圍繞平行于激光束方向的軸旋轉(zhuǎn)光刻膠板；以及圍繞平行于激光束方向的軸旋轉(zhuǎn)漫射 器。此外，可以在光學(xué)上修改入射到漫射器上的激光束強(qiáng)度輪廓以便實(shí)現(xiàn)激光散斑圖案的 部分取相關(guān)。 在第一優(yōu)選的漫射器實(shí)施例中，可以通過(guò)首先利用Shipley 1818或1827正光刻 膠旋涂玻璃板來(lái)制造具有圖6A所示的均勻光束分布的開(kāi)諾全息照片漫射器。然后，可選地 在烤爐中在85攝氏度下預(yù)烘焙該板三十分鐘以便去除過(guò)剩的溶劑。 將烘焙的板冷卻到室溫并且暴露于利用圖5所示的使用具有圓形孔徑158的不透 明掩模156的光學(xué)裝置而產(chǎn)生的激光散斑圖案。180毫瓦的氦鎘激光器用來(lái)照射磨砂玻璃 漫射器160。 然后，在將曝光的板暴露于相同的激光散斑圖案之前，在垂直于照射光束軸的隨
機(jī)方向上移動(dòng)該曝光的板。這個(gè)過(guò)程重復(fù)幾次，以便消除零階光束透射。 在曝光之后，可選地可以在烤爐中在110攝氏度下后烘焙該板五分鐘，以便消除由薄膜干涉引起的可能的缺陷并且熱催化可能放大潛影的化學(xué)反應(yīng)。 在利用水稀釋的Shipley 303A顯影劑中對(duì)曝光的板顯影，并且然后將其置于水 漂洗槽中以便停止蝕刻過(guò)程、干燥以及可選地在110攝氏度下后烘焙60秒鐘。
通過(guò)改變顯影時(shí)間，可以制造具有圖6C所示的非均勻光束分布的開(kāi)諾全息照片 漫射器。改變顯影時(shí)間在所述光束分布中產(chǎn)生連續(xù)且可控的變化。 通過(guò)將橢圓形或矩形孔徑158替換到不透明掩模156中，可以分別產(chǎn)生具有如圖 6B和圖6D所示的橢圓形或者線性光束分布的開(kāi)諾全息照片漫射器。 在第二優(yōu)選的漫射器實(shí)施例中，由數(shù)學(xué)模型通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生或者由掃描共焦顯微 鏡獲得包括開(kāi)諾全息照片漫射器的三維表面起伏圖案的數(shù)字化表示。然后，利用已知的 立體光刻技術(shù)在可光聚合樹(shù)脂中制成該表示，如Maruo， S. et al. ， "Three-Dimensional Microfabrication withTwo-Photon-Absorbed Photopolymerization"， Optics Letters 22(2) : 132-134 (Ja醒ry 15,1997)， C卿ston， B. J. ， et al. ，"Two-Photon Polymerizationlnitiators for Three—Dimensional Optical Data Storage andMicrofabrication"， Nature 398(4) :51-54(March 4，1999)以及Galajda， P. ， and P. Ormos， "Complex Micromachines Produced and Driven byLight，，， Applied Physics Letters 78(2) :249-251 (January 8，2001)中所描述的。如例如Galajda和Ormos的出版 物中所述，來(lái)自Norland產(chǎn)品公司(克蘭貝里(Cranbury) ， NJ)的Norland N0A 63光學(xué)粘 合劑層被施加到襯底上。20毫瓦氬激光器的514nm線輸出于是在所述層內(nèi)被聚焦成0. 5 y m 直徑光斑以啟動(dòng)雙光子聚合。利用Linos Photonics公司(米爾福德，MA)的P3D 20-100 三軸壓電平移臺(tái)沿著預(yù)先編程的軌跡移動(dòng)襯底，允許制造任意三維微觀結(jié)構(gòu)。然后，通過(guò)溶 解于丙酮中來(lái)去除未曝光的樹(shù)脂。 技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，負(fù)責(zé)透射式開(kāi)諾全息照片漫射器的光學(xué)特性的表面起伏 圖案是具有不同折射率的兩個(gè)透明介質(zhì)之間的邊界。因此，這包括其中具有不同折射率的 透明介質(zhì)的保護(hù)層被施加到開(kāi)諾全息照片漫射器的表面的實(shí)施例。舉例而言，可以利用諸 如E. I. du Pont deNemours and Company的折射率為1. 30的Teflon AF之類的含氟聚合 物涂敷由折射率為1. 56的聚合光學(xué)透明樹(shù)脂制成的透射式開(kāi)諾全息照片漫射器。
上面所描述的開(kāi)諾全息照片漫射器是施加到基本上透明的光學(xué)元件(例如玻璃 或塑料襯底)的一個(gè)或兩個(gè)表面上的微觀表面起伏圖案。可以采用各種制造方法，包括但 不限于a)將紫外可聚合樹(shù)脂膜鑄造或固化到玻璃或塑料襯底上；b)對(duì)塑料襯底或膜壓 花；c)真空形成塑料襯底；d)將具有開(kāi)諾全息照片漫射器的塑料膜層壓到玻璃或塑料襯底 上；e)對(duì)玻璃或塑料襯底進(jìn)行成堆鑄造(bulk casting)或者注射成型；以及f)將溶膠凝 膠材料鑄造或壓印到玻璃或塑料襯底上。然后，將這些光學(xué)元件用于制造依照本文所公開(kāi) 的設(shè)計(jì)原理的照明設(shè)備。 下半球的光學(xué)效果使得接收以高角度離開(kāi)光源22進(jìn)入下半球100的入射光并且 將該光重定向到工作平面104上是必需的。該光與從穿孔的中心籃狀物50傳播的光的朗 伯分布相結(jié)合，在下半球100中創(chuàng)建了蝙蝠翼狀分布，如圖4A所示。上半球的光學(xué)效果使 得側(cè)面漫射器面板78和80的高透射比以及將反射限制朝向天花板表面44是必需的。如 果發(fā)生的話，這樣 反射將填充照明設(shè)備10正上方的光，并且從而將對(duì)那里的廣泛分布的 蝙蝠翼狀分布產(chǎn)生負(fù)面的影響。
側(cè)面反射器88和92由涂敷了高反射比白色涂料的鋼制成。側(cè)面反射器88和92 彼此相對(duì)地向內(nèi)傾斜，以便從燈22發(fā)射的光的相對(duì)的方向照射側(cè)面漫射器面板78和80，使 得觀察著的相對(duì)側(cè)的漫射器面板看起來(lái)是發(fā)光的。 上側(cè)漫射器24和26由帶有乳白添加劑的擠壓的棱鏡丙烯酸材料制成，它是充分 漫射的以便向后將光散射到壓載通道14之上的天花板表面44上。乳白添加劑的量被選擇 成實(shí)現(xiàn)入射光的透射、散射和反射的希望的平衡。上側(cè)漫射器24和26中的每一個(gè)具有帶紋 理化部分220的光漫射表面，其厚度在朝向它們各自的遠(yuǎn)端36和40的方向減小。這種設(shè) 計(jì)配置使得每個(gè)上側(cè)漫射器在更靠近壓載通道14處對(duì)光更加漫射并且在其遠(yuǎn)端處是透射 的。在遠(yuǎn)端處的透射性質(zhì)消除了條紋以提供漸進(jìn)的光強(qiáng)度以及因而更均勻的天花板照明。 下半球的光學(xué)效果使得向下朝下部光學(xué)器件反射少量的光是必需的。上半球的效果使得控 制壓載通道14周?chē)纳倭抗庖哉彰髌渖系膮^(qū)域并且當(dāng)燈圖像開(kāi)始向天花板表面44投影時(shí) 減弱過(guò)渡是必需的。 上部反射器20由涂敷了高反射比白色涂料的鋼制成。下半球的光學(xué)效果使得向 下將光反射到側(cè)面漫射器面板78和80以增強(qiáng)蝙蝠翼狀光強(qiáng)度分布并且增加向下照射的光 的比例是必需的。上半球的效果使得與壓載通道14相結(jié)合、從上半球102遮擋否則將過(guò)度 照射照明設(shè)備10正上方的天花板表面44并且從而產(chǎn)生熱光斑的直接光是必需的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，在不脫離本發(fā)明的潛在原理的情況下，可以對(duì)上 述實(shí)施例的細(xì)節(jié)做出許多改變。例如，光源22可以利用多個(gè)燈來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，盡管對(duì)于側(cè) 面漫射器面板78和80中的每一個(gè)而言，開(kāi)諾全息照片漫射器是優(yōu)選的，但是可以利用由導(dǎo) 致比入射角范圍更窄的出射角范圍的漫射光的其他漫射器材料制成的側(cè)面漫射器面板78 和80來(lái)實(shí)現(xiàn)蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度模式。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由下面的權(quán)利要求書(shū)來(lái)確 定。
權(quán)利要求
一種利用多個(gè)漫射器實(shí)現(xiàn)的光控制設(shè)備，響應(yīng)于入射光而表現(xiàn)出多種可控的強(qiáng)度分布模式，這些強(qiáng)度分布模式協(xié)作以實(shí)現(xiàn)向上的對(duì)天花板表面的照明以及向下的對(duì)工作表面的照明，該光控制設(shè)備包括光源，其發(fā)射第一和第二組光線；第一漫射器，其被定位成接收由光源發(fā)射的并且由第一組光線的第一子集攜帶的直接光，該第一漫射器具有部分地透射以及部分地散射第一組光線的第一子集的光漫射表面，其分別作為發(fā)散扇形光線向下朝工作表面?zhèn)鞑ヒ约白鳛閮蓚€(gè)發(fā)散扇形光線向上且無(wú)中斷地朝天花板表面?zhèn)鞑ィ灰约暗诙淦?，其被定位成接收由光源發(fā)射的并且由第二組光線攜帶的直接光，該第二漫射器具有散射第二組光線的光漫射表面，其作為兩個(gè)部分重疊的扇形光線向上朝天花板表面?zhèn)鞑ィ渲袕牡谝宦淦鱾鞑サ乃鰞蓚€(gè)發(fā)散扇形光線、從第二漫射器傳播的所述兩個(gè)部分重疊的扇形光線以及從光源傳播的直接光相結(jié)合并且以蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布模式朝天花板表面離開(kāi)光控制設(shè)備。
2. 權(quán)利要求l的光控制設(shè)備，還包括朗伯光透射漫射器，其被定位成接收從第一漫射器傳播的部分透射的光線并且具有漫射所述部分透射的光線以便形成漫射的光這一特征，所述漫射的光以朗伯發(fā)光強(qiáng)度分布模式朝工作表面離開(kāi)光控制設(shè)備。
3. 權(quán)利要求2的光控制設(shè)備，其中所述朗伯光透射漫射器包括穿孔的籃狀物。
4. 權(quán)利要求2的光控制設(shè)備，還包括位于所述朗伯光透射漫射器附近并且接收第一組光線的第二子集以形成表現(xiàn)出一定發(fā)光強(qiáng)度分布模式的漫射光的第一和第二向下光漫射器，所述第一和第二向下光漫射器以及朗伯光透射漫射器具有協(xié)作以使得從第一和第二向下光漫射器傳播的漫射光以及從朗伯光透射漫射器傳播的漫射光以蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布模式朝工作表面離開(kāi)光控制設(shè)備的光學(xué)性質(zhì)。
5. 權(quán)利要求4的光控制設(shè)備，其中第一和第二向下光漫射器中的每一個(gè)包括具有表面起伏光漫射結(jié)構(gòu)的膜材料。
6. 權(quán)利要求5的光控制設(shè)備，其中第一和第二向下光漫射器為開(kāi)諾全息照片類型。
7. 權(quán)利要求4的光控制設(shè)備，其中第一和第二向下光漫射器中的每一個(gè)具有近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)，并且還包括第一和第二側(cè)面反射器，第一和第二向下光漫射器的近側(cè)位于朗伯光透射漫射器附近，并且第一和第二向下光漫射器的遠(yuǎn)側(cè)位于對(duì)應(yīng)的第一和第二側(cè)面反射器的附近。
8. 權(quán)利要求1的光控制設(shè)備，其中第二漫射器包括由光反射器分開(kāi)的一對(duì)側(cè)面漫射器。
9. 權(quán)利要求l的光控制設(shè)備，還包括支撐第一和第二漫射器的伸長(zhǎng)的外殼，并且其中所述光源為管狀，位于該外殼內(nèi)，并且與第一和第二漫射器協(xié)作以形成照明設(shè)備。
10. 權(quán)利要求9的光控制設(shè)備，其中所述管狀光源包括熒光燈。
11. 權(quán)利要求l的光控制設(shè)備，其中所述光源包括多個(gè)燈。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)為照明設(shè)備(10)的光控制設(shè)備在上半球(102)中表現(xiàn)出超寬蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布，其即使當(dāng)照明設(shè)備非?？拷旎ò灏惭b時(shí)也提供對(duì)天花板表面(44)的基本上均勻的照明。發(fā)光側(cè)面面板漫射器(78，80)有利于照明設(shè)備與天花板表面的混合，因?yàn)樗鼈冊(cè)谙掳肭?100)中建立起蝙蝠翼狀發(fā)光強(qiáng)度分布，從而均勻地照明工作平面(100)。
文檔編號(hào)F21V1/12GK101784836SQ200880011646
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者S·桑托羅 申請(qǐng)人:萊達(dá)利特建筑產(chǎn)品公司