CN100397102C - 用以制造光学射束成形装置的方法和相应的射束成形装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用以制造光学射束成形装置(1)的方法和相应的射束成形装置。所述光学射束成形装置在至少一个光学功能界面上具有许多沿至少一个方向相互位错设置的透镜装置，其中，射束成形装置(1)由至少两个光学功能组件(30、31、32、33)组合而成，其中所述至少两个光学功能组件(30、31、32、33)的每一个在一第一光学功能界面上具有至少一个第一圆柱透镜装置(20)和在一与第一界面基本对置的第二光学功能界面上具有至少一个第二圆柱透镜装置(21)，该第二圆柱透镜装置的圆柱轴线基本上垂直于在第一界面上设置的第一圆柱透镜装置(20)的圆柱轴线定位。

Description

用以制造光学射束成形装置的方法和相应的射束成形装置
技术领域
本发明涉及一种用以制造光学射束成形装置的方法，所述光学射束成形装置在至少一个光学功能界面上具有许多沿至少一个方向相互位错设置的透镜装置。此外，本发明还涉及一种相应的光学射束成形装置。
背景技术
多个光学功能元件的结构配置称为光学射束成形装置，其适用于有目的地修正一射线聚束的辐射特性(曲线)，以便例如得到一确定的形状和一沿射线聚束的横截面确定的强度分布。在这方面常常有利的是，将各个光学功能元件设置于一尽可能紧密的排列(Packung)中，以便达到上述目的。例如已知，相互设置六边形的球面透镜，以便得到透镜的较高的容积密度(排列密度(Packungsdichte))。
由WO 98/10314已知，在一球面凸出的基面上旋转对称地琢面式(facettenartig)成形各个透镜，其可以构造成球面的、非球面的或圆柱形的、凸出的或凹进的并且还可以具有不同的焦距和/或口径。不过这种结构配置的制造较为复杂和昂贵。
本发明从这里开始。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用以制造开头所述型式的光学射束成形装置的方法以及这种光学射束成形装置，其可低成本地制造。
为此，本发明提供一种用以制造光学射束成形装置的方法，所述光学射束成形装置在至少一个光学功能界面上具有许多沿至少一个方向相互位错设置的透镜装置，其特征在于，所述射束成形装置由至少两个光学功能组件组合而成，其中，所述至少两个光学功能组件的每一个在一第一光学功能界面上具有至少一个第一圆柱透镜装置和在一与第一光学功能界面对置的第二光学功能界面上具有至少一个第二圆柱透镜装置，该第二圆柱透镜装置的圆柱轴线垂直于在第一光学功能界面上设置的第一圆柱透镜装置的圆柱轴线定位。
按照本发明建议，射束成形装置由至少两个光学功能组件组合而成，其中，所述至少两个光学功能组件的每一个在一第一光学功能界面上具有至少一个第一圆柱透镜装置和在一与第一界面基本对置的第二界面上具有至少一个第二圆柱透镜装置，该圆柱透镜装置的圆柱轴线基本上垂直于在第一界面上设置的圆柱透镜装置的圆柱轴线定位。其中将所述至少两个光学功能组件这样组合，使各圆柱透镜装置在射束成形装置的一个光学功能界面上沿一个方向相互位错地设置。于是各圆柱透镜装置基本上琢面式设置在射束成形装置的这个界面上。术语圆柱透镜装置在这里应理解为具有圆柱几何形状的透镜装置并且还应理解为具有类似圆柱的几何形状的透镜装置。
在一优选的实施形式中，将至少两个光学功能组件这样组合，使第一圆柱透镜装置的各圆柱轴线在射束成形装置的一第一光学功能界面上至少部分地相互平行取向。此外，可以这样组合至少两个光学功能组件，即，第二圆柱透镜装置的各圆柱轴线在射束成形装置的一第二光学功能界面上至少部分地相互平行取向。按这种方式得到射束成形装置的更好的光特性。
在一特别优选的实施形式中，所述至少两个光学功能组件由至少一个包括在第一侧面上的许多第一圆柱透镜装置和在对置于第一侧面的第二侧面上的许多第二圆柱透镜装置的圆柱透镜阵列截切而成。在该实施方式中所述至少两个光学功能组件可以以特别简单的方式由圆柱透镜阵列制成。
在一优选的实施形式中规定，圆柱透镜阵列通过下述的平面截切，这些平面基本上平行于第一圆柱透镜装置的纵轴线取向。为了对称起见，在一特别优选的实施形式中，圆柱透镜阵列通过下述的平面截切，这些平面分别通过邻接的第一圆柱透镜装置的对接边缘延伸并且它们与第二圆柱透镜装置的圆柱轴线垂直相交。
在一特别有利的实施形式中规定，光学功能组件的各纵向侧至少部分地构造外形轮廓，即从纵向侧切出一些部段。按这种方式使所述至少两个光学功能组件的组合得以简化。
在一特别优选的实施形式中规定，将各纵向侧至少部分地这样构造外形轮廓，即，以各圆柱透镜装置沿至少一个方向相互位错设置的方式实现至少两个光学功能组件的组合。
为了对称起见以及为了便于各光学功能组件的组合，有利的是，由光学功能组件的纵向侧切出大致相同大小的一些部段。
在一特别优选的实施形式中，从光学功能组件的纵向侧切出一些其横截面具有基本上三角形轮廓的部段。按这种方式各光学功能组件的纵向侧得到一锯齿式的轮廓。
有利地，由各光学功能组件的两个相互对置的纵向侧切出相互对置的同样的部段，以便降低以后组合时的费用。
各光学功能组件可以这样进行组合，即，在射束成形装置的一个界面上构成第二圆柱透镜装置的一种基本上六边形排列的布置。
已表明，可以按简单的方式借助于超声波、电子束或激光束切割圆柱透镜阵列并构造外形轮廓。特别还可以计算机支持地实施这些制造步骤，以便取得最好的切割及轮廓结果。
为了在组合以后持久地稳定各个光学功能组件的排列设置，已证明有利的是，将各光学功能组件至少部分地相互粘结。或者也可以相互焊接。
本发明的目的还通过一种开头所述型式的射束成形装置来达到，具体而言，本发明还提供一种射束成形装置，它在至少一个光学功能界面上具有许多沿至少一个方向相互位错设置的透镜装置，所述射束成形装置借助于上述方法制成。
该射束成形装置优选包括圆柱透镜装置，这些圆柱透镜装置构成凸面和/或凹面的并且具有球面和/或非球面的外表面。
在这种情况下各透镜装置基本上成六边形紧密排列地设置在射束成形装置的至少一个光学功能界面上。
射束成形装置的外轮廓可以匹配于不同的应用目的并且可以例如是基本上圆形的、矩形的、正方形的或六边形的。
射束成形装置优选由玻璃特别是石英玻璃或由塑料构成。
附图说明
借助于以下参照附图的优选的实施例的描述，阐明本发明的其他的特征和优点。其中：
图1一正交的圆柱透镜阵列的透视示出的一截取的部分，按照本发明由它制造一射束成形装置；
图2一光学功能组件的透视图；
图3射束成形装置的透视图；
图4射束成形装置旋转180°的透视图。
具体实施方式
首先参照图1。其中透视示出一正交的圆柱透镜阵列2的一截取的部分，按照本发明的方法由它制造一射束成形装置1。
可看到圆柱透镜阵列2在一前面，亦即在面向观察者的一侧，具有许多第一圆柱透镜装置20，其纵轴线基本上相互平行地取向。各第一圆柱透镜装置20分别具有弯曲的外表面，其终端构成邻接的第一圆柱透镜装置20的各对接边缘。
圆柱透镜阵列2在其背面上具有许多第二圆柱透镜装置21，其纵轴线也基本上相互平行地取向。各第二圆柱透镜装置21也具有弯曲的外表面，其终端再次构成邻接的第二圆柱透镜装置21之间的各对接边缘。
可以看出，前面的第一圆柱透镜装置20的纵轴线(圆柱轴线)基本上垂直于圆柱透镜阵列2的背面的第二圆柱透镜装置21的纵轴线。
一这样的圆柱透镜阵列2，如其在图1中所示，形成用以采用本发明的方法制造射束成形装置1的原材料。在图中所示的实施例中，正交的圆柱透镜阵列2的全部的第一和第二圆柱透镜装置20、21为凸面构造。自然也有可能使第一和/或第二圆柱透镜装置20、21至少部分地是凹面的。一般地，这样的圆柱透镜阵列2由玻璃特别由石英玻璃制造。这中间也有可能是由塑料制造圆柱透镜阵列。
按照本发明，首先轴向平行于圆柱透镜阵列2的第一圆柱透镜装置20的纵轴线多次截切圆柱透镜阵列2，以便按这种方式得到许多光学功能组件30、31、32、33，对其在下文参照其余的附图加以更详细地讨论。各切割平面，即沿其截切圆柱透镜阵列2的各平面，基本上平行于前面的第一圆柱透镜装置20的纵轴线和基本上垂直于圆柱透镜阵列2的背面的第二圆柱透镜装置21的纵轴线取向。
其中，各个切割平面为了对称起见优选分别通过圆柱透镜阵列2的前面的各第一圆柱透镜装置20的两邻接的外表面的对接边缘延伸。优选借助于超声波、电子束或借助于激光、特别是紫外激光对圆柱透镜阵列2进行切割。
按这种方式得到光学功能组件30、31、32、33，它们在一第一侧面具有一单个的第一圆柱透镜装置20和在一对置于第一侧面的第二侧面具有许多第二圆柱透镜装置21。
按照本发明，将至少两个这样的光学功能组件30、31、32、33在下一步骤中组成射束成形装置1，其中将各第二圆柱透镜装置21成琢面式相互位错地设置在射束成形装置1的一界面上。
为了简化各光学功能组件30、31、32、33的组合以及在射束成形装置1的一界面上得到上述的第二圆柱透镜装置21的琢面式结构配置，分别将光学功能组件30、31、32、33、的两个纵向侧以锯齿形结构方式构造外形轮廓。此时从光学功能组件30、31、32、33的每一个的侧边缘切出一些沿纵向方向看延续的部段。其中各个部段优选是相同大小的并且具有基本上三角形轮廓的横截面。可以再次优选借助于超声波或借助于激光特别是紫外激光或电子束切出各个部段。
图2中示例性示出一个光学功能组件30、31、32、33，其由圆柱透镜阵列2切出并且由其侧边缘切出一些延续的、同样的、具有大致三角形轮廓的部段，以便按这种方式得到锯齿形结构。可以看出，这样的锯齿形结构以相同的方式相互对置地设置在两个侧边缘的区域内。这样制成的光学功能组件30、31、32、33的这种特性简化了多个这种组件的组合。
然后将刚才描述的光学功能组件30、31、32、33构造外形轮廓，使其可以按图3和4组成射束成形装置1。
图3和图4中透视示出一射束成形装置1，它由四个光学功能组件30、31、32、33组合而成。该两图的视向相互转180°。
由图3明显可见的是，四个光学功能组件30、31、32、33的第一圆柱透镜装置20的各纵轴线即使在组合以后也基本上相互平行地延伸。还可看出，第一圆柱透镜装置20的曲线处在射束成形装置1的这里所示的第二界面上。在切出各部段的区域内，邻接的光学功能组件30、31、32、33的侧边缘的区域凸进去，其并不如上所述地构造外形轮廓。因此明显的是，两个侧边缘的锯齿形构造使得各光学功能组件30、31、32、33的组合得以简化。
可以至少部分地粘结或焊接各光学功能组件30、31、32、33，以便构成一稳定而持久的结合。
图4从一第二侧面示出按照本发明的方法制成的射束成形装置1。该视图相对于图3转了180°。该视图说明第二圆柱透镜装置21在射束成形装置1的第二界面上的琢面式相互位错的结构设置。这意味着，大致在一第一光学功能组件30、31、32、33的两个轴向相接连的第二圆柱透镜装置21的一个对接边缘的区域内，一邻接的光学功能组件30、31、32、33的第二圆柱透镜装置21的各外表面正好通过它们的顶点。
总体上，按照本发明的方法制成的射束成形装置1具有一高的填隙因数。各第二透镜装置21在射束成形装置1的第二界面上是比较紧密的，而且基本上是六边形排列的。
在这方面还应再次说明，射束成形装置1的外轮廓可以是任意的。例如可以用本发明的方法制成矩形的、正方形的、六边形的或基本上圆形的外轮廓。
与由现有技术已知的制造紧密排列的透镜结构的方法相比，本发明的方法成本较低，因为作为原材料使用的圆柱透镜阵列2可以成批生产。

Claims (22)

1.用以制造光学射束成形装置(1)的方法，所述光学射束成形装置在至少一个光学功能界面上具有许多沿至少一个方向相互位错设置的透镜装置，其特征在于，所述射束成形装置(1)由至少两个光学功能组件(30、31、32、33)组合而成，其中，所述至少两个光学功能组件(30、31、32、33)的每一个在一第一光学功能界面上具有至少一个第一圆柱透镜装置(20)和在一与第一光学功能界面对置的第二光学功能界面上具有至少一个第二圆柱透镜装置(21)，该第二圆柱透镜装置的圆柱轴线垂直于在第一光学功能界面上设置的第一圆柱透镜装置(20)的圆柱轴线定位。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述至少两个光学功能组件(30、31、32、33)这样组合，使第一圆柱透镜装置(20)的各圆柱轴线在射束成形装置(1)的一第一光学功能界面上至少部分地相互平行取向。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述至少两个光学功能组件(30、31、32、33)这样组合，使第二圆柱透镜装置(21)的各圆柱轴线在射束成形装置(1)的一第二光学功能界面上至少部分地相互平行取向。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两个光学功能组件(30、31、32、33)由至少一个包括在一第一侧面上的许多第一圆柱透镜装置(20)和在一对置于第一侧面的第二侧面上的许多第二圆柱透镜装置(21)的圆柱透镜阵列(2)截切而成。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，圆柱透镜阵列(2)通过下述平面截切，这些平面平行于第一圆柱透镜装置(20)的圆柱轴线取向。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，圆柱透镜阵列(2)通过下述的平面截切，这些平面分别通过邻接的第一圆柱透镜装置(20)的对接边缘延伸并且它们与第二圆柱透镜装置(21)的圆柱轴线垂直相交。
7.按照权利要求1所述的方法，光学功能组件(30、31、32、33)的各纵向侧以从纵向侧切出一些部段的方式至少部分地构造外形轮廓。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，将各纵向侧至少部分地这样构造外形轮廓，即，以各第二圆柱透镜装置(21)沿至少一个方向相互位错设置的方式实现至少两个光学功能组件(30、31、32、33)的组合。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，由光学功能组件的纵向侧切出相同大小的一些部段。
10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，从光学功能组件(30、31、32、33)的纵向侧切出一些其横截面具有三角形轮廓的部段。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将各光学功能组件(30、31、32、33)以这样的方式组合，即，在射束成形装置的一个第二界面上构成第二圆柱透镜装置(21)的一种呈六边形排列的布置。
12.按照权利要求1至11之一项所述的方法，其特征在于，借助于超声波由圆柱透镜阵列(2)切出各光学功能组件(30、31、32、33)并构造外形轮廓。
13.按照权利要求1至11之一项所述的方法，其特征在于，借助于激光束由圆柱透镜阵列(2)切出各光学功能组件(30、31、32、33)并构造外形轮廓。
14.按照权利要求1至11之一项所述的方法，其特征在于，借助于电子束由圆柱透镜阵列(2)切出各光学功能组件(30、31、32、33)并构造外形轮廓。
15.按照权利要求1至11之一项所述的方法，其特征在于，将各光学功能组件(30、31、32、33)至少部分地相互粘结。
16.按照权利要求1至11之一项所述的方法，其特征在于，将各光学功能组件(30、31、32、33)至少部分地相互焊接。
17.射束成形装置(1)，它在至少一个光学功能界面上具有许多沿至少一个方向相互位错设置的透镜装置，其特征在于，所述射束成形装置(1)借助于按照权利要求1至16之一项所述的方法制成。
18.按照权利要求17所述的射束成形装置，其特征在于，所述射束成形装置(1)包括圆柱透镜装置(20、21)，它们构成凸面和/或凹面的并且具有球面和/或非球面的外表面。
19.按照权利要求17或18所述的射束成形装置(1)，其特征在于，各透镜装置呈六边形紧密排列地设置在射束成形装置(1)的所述至少一个光学功能界面上。
20.按照权利要求17或18所述的射束成形装置(1)，其特征在于，所述射束成形装置(1)的外轮廓是圆形的、矩形的、正方形的或六边形的。
21.按照权利要求17或18所述的射束成形装置(1)，其特征在于，所述射束成形装置(1)由玻璃或者由塑料构成。
22.按照权利要求21所述的射束成形装置，其特征在于，所述射束成形装置(1)由石英玻璃构成。
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