CN100594394C - 用于传输短弧灯发射的光的设备 - Google Patents

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Abstract

在用于将短弧灯(1)发射的光通过其光输出孔(13)传输到所需要的位置的设备中，提供多个光导(5)，其光入口表面(50)设置在预定位置。另外，提供耦合元件(3)，其设置在距所述短弧灯(1)的光输出孔(13)一定距离处并位于所述光输出孔(13)和所述光导(5)的光入口表面(50)之间。将所述耦合元件(3)设计为使其收集所述发射的光并通过所述光导(5)的光入口表面(50)将其耦合到所述光导(5)内。

Description

用于传输短弧灯发射的光的设备
技术领域
根据专利的独立权利要求，本发明涉及一种用于将短弧灯发射的光通过其光输出孔传输到所需要的位置的设备。
背景技术
在通过暴露于合适波长(通常在UV范围内)的光来引发初始材料的聚合和/或交联并由此形成接触透镜的光诱发处理中，例如在粘合剂的硬化或接触透镜的制造中，需要将从光源(例如，灯)发射的光传输到目标位置(分别为包含有初始材料的粘合接合或接触透镜模具)。
特别是在接触透镜制造领域，已知将来自光源的光耦合到光导(例如，液体光导)内，在所述光导内光被传输到所需要的位置，在所述位置模具包含将发生聚合和/或交联的初始材料。由于打算用于此目的的UV灯是非常昂贵的组件，因此希望的是尽可能好地使用灯光源产生的光量。为此，已知包含光源的UV灯具有将大量液体光导的光入口表面设置在围绕所述光源的相应固定装置内以及灯的壳体内的相应大尺寸，例如，如EP-A-1212188所示。
当使用短弧灯，即具有非常短的光弧(例如，在0.8mm至3.0mm的范围内)的灯时，由于灯弧的小尺寸，在相应固定装置内的多个光入口表面的这种设置是不可能在灯的壳体内的。另一方面，可以将光源产生的大部分光量通过设置在灯的壳体内部的光学元件(例如反射镜或透镜)穿过灯的光输出孔发射，使得对于相应的小光输出孔(例如30mm的直径)，所述发射的光具有非常高的强度。通常这是希望的，因为由此通过光导能够将大量的光传输到所需要的位置，此处是传输到包含初始材料的接触透镜模具。大的光量使实现短的聚合和/或交联时间成为可能，这又允许在时钟周期制造过程中的短时钟周期时间。然而，迄今已知的短弧灯大部分仅适合于一个单光导的会聚，由于特别是在所谓的“一日透镜”的大规模制造中总是将多个接触透镜模具暴露于相同剂量的光中以经济地实现制造过程，因此由于大的花费导致并不考虑短弧灯的使用。
发明内容
这是本发明所针对的问题，其目的在于提出一种设备，其允许将从短弧灯发射的大量或高强度的光通过其光输出孔用于多个光导，其中在耦合到各个光导期间应当保持尽可能大的光量或光强。
通过根据本发明的设备实现所述目的，其特征在于专利的独立权利要求中的特征。根据本发明的设备的有利的实施例可以从从属权利要求中获悉。
特别是，在根据本发明的设备中，提供多个光导以及耦合元件，所述光导的光入口表面设置在预定位置，所述耦合元件设置在距离所述短弧灯的光输出孔一定距离处并位于光输出孔和光导的光入口表面之间。将所述耦合元件设计为使其收集所述发射的光并通过所述光导的所述光入口表面将其耦合进入所述光导。由此，具有高强度的大量光被耦合进入所述单个光导。由于耦合元件设置在距所述光输出孔一定距离处，因此通过光输出孔发射的光锥扩宽到一定宽度。现在将所述耦合元件设计为使得其收集尽可能大部分的光锥并通过所述光导的光入口表面将其耦合进入所述光导内，并同时实现所述发射的光分布到所述单光导。由此，例如，可能在接触透镜的制造中实现短的交联时间，使得在时钟周期制造过程中可能节约交联位置并由此提高制造过程的效率。
在根据本发明的设备的实施例中，光学耦合元件包括对应于光导数量的多个光学元件，其中各个光学元件与各个光导相关联并通过其光入口表面将所述光耦合到所述关联的光导内。通过光学参数的熟练结合(例如在透镜的情况下，透镜的焦距与透镜距光导的光入口表面的距离)，能够特定地改变耦合进入的光的角度分布，这影响到从光导的出口端出射的光线束。当依赖于所述光导的长度和弯曲度使耦合进入的光的多次反射在所述光导内在整个光线束上得到良好的强度均匀性时，基本上保持了光线束的孔径角。由此对于将要被曝光的区域合适地形成穿过所述光导的所述开口端射出的光线束的孔径角是可能的。
在另一实施例中，每个各光学元件可以与各第一光阑相关联，其中可以将所述各个第一光阑引入到所述光线的路径内的所述各个光学元件之前。由此，如果光量太大或者其在所有光导上不均匀，可减少耦合到所述各个光导内的光量并因此减少穿过各个光导的出口端出射的光量。由此针对不均匀的强度的独立控制也是可能的。这可以通过对从各光导的出口端出射的光进行测量并通过手工引入各第一光阑、或通过合适的控制装置和电机驱动光阑前进来自动地实现。在给定各光导的足够长度和弯曲度的情况下，光阑的前进并不影响所述强度的分布。
在根据本发明的设备的另一实施例中，提供设置在光线的路径上并在所述短弧灯的光输出孔和所述耦合元件之间的滤光器。利用这种滤光器，例如可遮挡短波长的光(低通滤光器)或让预定波长范围的光通过并遮挡所述波长范围以外的波长的光(带通滤光器)。
在根据本发明的设备的另一实施例中，在所述短弧灯的光输出孔之后设置第二光阑用于限定通过所述短弧灯的光输出孔发射的光锥。利用这种光阑，例如可遮挡所述光圆锥体的一部分，以便根据所述光导的设置将光耦合到预定的光导内而不将光耦合到其他的光导内(曝光的局部限制)，或者也可以对于所有光导共同降低将要耦合进入的光的强度。
在根据本发明的设备的另一实施例中，将光导的光入口表面环形设置。所述设置能够特别好地将光锥的大部分光耦合进入各个光导。然而，当所述耦合元件包含锥型反射镜或组合凸透镜时，所述设置是特别适合的。通过锥型反射镜或组合凸透镜，可以将所述光锥的中心区域的至少一部分光重新导引到所述环形区域，使得这些光也能够用于耦合到所述光导内。
附图说明
通过附图根据下面对根据本发明的设备的实施例的描述得到所述设备的进一步有利的特征，所述附图进行了示意性示出。
图1示出了根据本发明设备的第一实施例；
图2-4示出了图1的设备的固定装置的视图，其中分别提供三个或五个或七个光学元件，其与独立的光导相关联；
图5示出了包含五个光学元件其每个都具有第一光阑的图3的所述固定装置，可以将其引入到光线的路径内的所述独立的光学元件之前；
图6示出了根据本发明的设备的第二实施例，其包括锥型反射镜；
图7是图6的锥型反射镜的透视图，其设计为具有用于七个光学元件的固定装置的结构实体；
图8示出了根据本发明的设备的第三实施例，其包含组合凸透镜；以及
图9是图8所示组合凸透镜的透视图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的设备的第一实施例。示出了在灯壳体10内的短弧灯1(例如，汞灯，汞/氙灯或氙灯)，在所述灯壳体10内设置了(短弧)光源11和凹反射镜12，所述凹反射镜12设置在灯壳体10内面对并远离所述输出孔13的一侧，以将向后发射的光导引到所述输出孔以在所述输出孔13处获得尽可能高的光输出。另外，光闸14被提供在灯壳体10内，光闸14在其打开位置允许光通过，并在其关闭位置防止光穿过所述输出孔13。紧接着所述输出孔13设置有第二光阑15用于限定穿过所述输出孔13出射的光锥。
随着光锥的路径(光线路径)设置有滤光器2，通过所述滤光器2例如能够遮挡可能对其它设置在光线路径后面的光导和/或将要暴露于所述光的材料产生不良影响的短波长的UV光。可选的是，可以将滤光器2设计为允许预定波长范围的光通过而其他波长的光不能通过的带通滤光器。滤光器的组合也是可以想到的。将滤光器2设置在光锥的窄点处，使得仅需要单个滤光器2来获得各个所需要的滤光。另外，在特定的应用中，可以在每个独立的光导处进行完全或附加的滤光。
为了使光锥的光能够耦合进入到多个单光导5中，将所述单光导5的光入口端50设置在圆柱形固定装置6内。通过耦合元件3，将光耦合进入到光导5的光入口端50，在这种情况下所述耦合元件3还包含具有多个(例如，五个)单光学元件31的圆柱形固定装置30。光学元件31(例如，诸如聚光器的透镜或透镜系统)的数量对应于光导5的数量。
在图2、图3和图4中示出了这种并具有光学元件31的圆柱形固定装置30的实施例，其中可以将分别为三个或五个或七个的光学元件31设置在这种固定装置内，对应于光导5的数量。通过光学元件31，光锥的相对大部分的光(除了光锥的中心区域的光)被收集并通过光导5的光入口表面50被耦合到光导5内，其将耦合进入的所述光导引到所需要的位置，例如，导引到提供有包含具有光致引发剂的可聚合和/或可交联初始材料的接触透镜模具的位置。通过曝光，包含在所述接触透镜模具内的所述初始材料可以被聚合和/或交联，以便形成可脱模的接触透镜。
可以将第一光阑32(在图1-4中未示出)设置在所述单光学元件31的前面，通过其可以控制耦合到所述单光导5内的光量(并由此也可以控制在所述光出口端出射的光量，并由于光导内的良好均匀性还可以控制强度)。这种光阑的一个实施例示于图5，其中相应的第一光阑32(为了更清楚的目的用阴影线示出)与每个光学元件31相关联，并且可以沿双箭头方向将其引入光圆锥体(沿朝向中心的方向前进)或从所述光圆锥体移出(沿远离中心的方向前进)。
可以将第一光阑32以手工或全自动的方式引入到光锥内，这可以通过打开循环/关闭循环控制器4来进行，所述控制器4可以连接到所述单光阑的各个电机驱动单元(未示出)，其基于在所述单光导5的光出口端处对光量的测量，可以将光阑引入或移出所述光锥。通过所述打开循环/关闭循环控制器4也可以控制其他组件、例如光闸14、凹反射镜12的位置、第二光阑15的位置等。
图6示出根据本发明的设备的另一实施例。大体上，所述实施例类似于图1的实施例，但是，除了固定装置30，图6的实施例的耦合元件3还包含在中心具有圆锥体330的锥型反射镜33，其被圆锥形环形空间331围绕。在所述环形空间内光被各个内壁反射，使得光锥的中心区域的光并不完全损耗，而是能够至少部分地被重新导引到设置在所述固定装置30内的光学元件31。由此可以进一步增加耦合到光导5内的光量。理想的是，所述圆锥体330的基底填入没有设置光学元件的固定装置30的中心区域，同时圆锥体330的顶部理想地尽可能靠近光输出孔13设置。对于图6的实施例的其余组件的功能，参考图1的实施例的描述。在图7中，可以看到锥型反射镜33的实施例的透视图，但是，在该实施例中，将所述锥型反射镜33与固定装置30一起设计为一个结构实体，这与图6的实施例不同，并且所述反射镜的壳体的内壁为圆柱形而不是圆锥形。同样在该实施例中，通过第一光阑32(见图5)能够控制耦合到所述各个光导5内的光量，关于所述操作参考图5的描述。
根据本发明的设备的另一实施例示于图8中。同样在图8中所示的实施例分别与图1的实施例或图6的实施例类似。但是，所述耦合元件3包含在图9中用透视图示出的组合凸透镜34。所述组合凸透镜34包含多个与光导5的数量相对应的多个楔形透镜部件340。所述单个透镜部件340收集入射到其上的光并将其聚焦到设置在固定装置30内的所述关联的光学元件31上，所述光学元件将光耦合到所述各个光导5的光入口端50。因此，所述单个透镜部件340也收集光锥的中心区域的光，使得所述光锥的中心区域的光并不损耗，而是至少部分地被导引到设置在所述固定装置30内的光学元件31。由此能够进一步提高耦合到光导5内的光量。对于图8的实施例的其余元件，仍然参考图1的实施例的描述。当然，在根据图8的实施例中，同样可以将相应的第一光阑32(图5)提供为上面已经进一步解释的设置及其工作方式。
根据本发明的设备特别适用于接触透镜的制造，尤其是适用于所谓“一日透镜”的大规模生产，所述透镜由包含光致引发剂的可聚合/可交联初始材料制造。但是，其也适用于其他需要在不同位置进行平行和均匀曝光的光诱发处理，诸如硬化粘合剂或其他涂层的情况。

Claims (5)

1.一种设备，其用于用UV光对接触透镜模具的初始材料进行交联，所述设备包含短弧灯，短弧灯具有外壳并具有外壳中的光输出孔，所述设备设置有多个接触透镜模具以及多个光导，以便将由短弧灯发射的UV光传输到接触透镜模具，所述多个光导具有光入口表面(50)，所述光入口表面(50)被环状地设置在所述短弧灯的外壳(1)外部的预定位置处；所述设备还设置有组合凸透镜(34)，其被设置在距所述短弧灯(1)的光输出孔(13)一定距离处并位于所述光输出孔(13)和所述光导(5)的光入口表面(50)之间，所述组合凸透镜(34)被设计为使得其收集通过所述短弧灯的外壳(10)中的光输出孔(13)发射的光并通过所述光导(5)的光入口表面(50)将其耦合到所述光导(5)内。
2.根据权利要求1的设备，所述设备还包括固定装置(30)，其中设置与所述光导(5)的数量相对应的多个光学元件(31)，其中每个光学元件(31)与各个光导(5)相关联，从而光通过关联的光导(5)的光入口表面(50)进入所述关联的光导(5)。
3.根据权利要求2的设备，其中每个各光学元件(31)与各个第一光阑(32)相关联，并且其中所述各个第一光阑(32)能够被引入到在所述各个光学元件(31)之前的光线路径内。
4.根据权利要求1至3中任一项的设备，其中提供滤光器(2)，其被设置在光线路径内的所述短弧灯(1)的光输出孔(13)和所述组合凸透镜(34)之间。
5.根据权利要求1或2的设备，其中在所述短弧灯的光输出孔(13)之后设置有第二光阑(15)，用于限定通过所述短弧灯(1)的所述光输出孔(13)发射的光锥。
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