CN101099103A - 用于光的均匀化的装置 - Google Patents

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Abstract

用于光的均匀化的装置，包括至少两个在待均匀化的光(25)的传播方向接连设置的圆柱形透镜组(17，20)，它们分别具有交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜(18，19，21，22)，其圆柱轴线相互平行定位。在圆柱形透镜(18，19，21，22)并排设置的方向(X)上第一圆柱形透镜组(17)的凹面的圆柱形透镜(19)与第二圆柱形透镜组(20)的凹面的圆柱形透镜(22)相比具有不同的造型、特别是不同的伸展量或曲率。

Description

用于光的均匀化的装置
技术领域
本发明涉及一种用于光的均匀化的装置，包括一第一圆柱形透镜组，通过它可透过待均匀化的光，其中该第一圆柱形透镜组具有圆柱轴线相互平行的凸面的和凹面的圆柱形透镜，它们交替地并排设置，还包括一第二圆柱形透镜组，通过它可透过已通过第一圆柱形透镜组透过的光，其中该第二圆柱形透镜组具有圆柱轴线相互平行的凸面的和凹面的圆柱形透镜，它们交替地并排设置，并且第二圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线平行于第一圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线定位。本发明还涉及一种按照权利要求16的前序部分所述的装置。
背景技术
上述装置中也应该包括具有凹面的圆柱形透镜的圆柱形透镜组，这些凹面的圆柱形透镜明显小于与其邻接的凸面的圆柱形透镜。例如凹面的圆柱形透镜可以仅仅是两凸面的圆柱形透镜之间的中间空隙中的凹槽或近似平面的区域。上述型式的装置是已知的。这样的装置例如应用于均匀化比较不均匀的光，例如其来自一激发物激光或一激光二极管棒。图1简化示出这样的均匀化装置的工作原理。在图中描绘的装置中第一圆柱形透镜组1设置在一第一基片2上，而第二圆柱形透镜组3设置在一第二基片4上，其中基片2、4彼此保持间距。向装置上入射的不均匀的光5由装置这样均匀化，即由圆柱形透镜组1、3的各个圆柱形透镜将光在由装置射出的光场6的一角度区域上均匀地分布。通过在第二基片4的后面设置的场透镜可以将射出的光场6中的均匀的角度分布转变为一工作平面中的相应的均匀的位置分布。
在开头所述型式的装置中，通常第二圆柱形透镜组3的凸面的圆柱形透镜的焦距大致符合第一与第二圆柱形透镜组之间的间距。按这种方式使第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜在一工作平面内映射(abbilden)一垂直于在第一圆柱形透镜组的区域内入射的不均匀的光的传播方向的平面。
图2详细示出，入射的不均匀的光如何透过第一圆柱形透镜组1的凸面的和凹面的圆柱形透镜7、8和第二圆柱形透镜组2的凸面的和凹面的圆柱形透镜9、10延伸。图2中特别描绘一在左边的图区域和一在右边的图区域内延伸的分光束11、12。该待均匀化的光5的分光束11、12透过第一圆柱形透镜组的两凹面的圆柱形透镜8。明显的是，通过凹面的圆柱形透镜8的分光束11、12大部分向第二圆柱形透镜组2的一凸面的圆柱形透镜9折射。由该凸面的圆柱形透镜9使映射的分光束11、12在一这样的角度下折射，即其在与一场透镜叠加时在一照明的区域的外面的侧面区域内进入一工作平面内。
这种情况简化说明于图3中。图3中描绘在一工作平面内相对于一位置坐标或相对于一角坐标的强度。图3中描述的光分布具有一中间的基本上均匀的区域13和两端的过高部14，后者基本上通过上述的分光束11、12或通过其他的相应的分光束引起，这些分光束透过第一圆柱形透镜组1的凹面的圆柱形透镜8。对这样的份额的说明可看出在于，第一圆柱形透镜组1的凹面的圆柱形透镜8具有很小的半径并从而具有同样很小的焦距。因此凹面的圆柱形透镜8的可能的焦点大致位于第一圆柱形透镜组1的平面内并且由第二圆柱形透镜组2的凸面的圆柱形透镜9映射于工作平面内。
图3中明显的和对现有技术典型的过高部14对于一整系列应用是干扰的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开头所述型式的装置，其可以在一工作平面内产生均匀的光分布。
按照本发明这通过开头所述型式的装置达到，其具有权利要求1或权利要求16所表明的特征。诸从属权利要求涉及发明的优选的进一步构成。
按照权利要求1设定，第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜在各圆柱形透镜并排设置的方向具有不同于第二圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜在各圆柱形透镜并排设置的方向的造型。例如通过有目的地改变第一和/或第二圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的伸展量和/或曲率可以避免图3中明显的过高部。
在这方面可以例如设定，第二圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜在各圆柱形透镜并排设置的方向大于、优选显著大于第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜。例如第二圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜在该方向可以至少约为第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的两倍大。通过第二圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的加大可以至少部分地避免透过第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的分光束向第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜入射。但以此其使透过第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的分光束不再由第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜折射或映射入工作平面内的在侧面的光场区域内。因此消除过高部。借此加大图3中明显均匀的区域13。特别是由于这一事实，即已透过第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的分光束透过第二圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜，达到使这些分光束基本上在均匀化的光场的全宽上分布于工作平面内。按这种方式增大装置的效率(在均匀的区域内的光量或总光量)。
还具有可能性，即第一圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜在各圆柱形透镜并排设置的方向大于、特别是多倍大于第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜。特别是各凹面的圆柱形透镜可以只构成第一圆柱形透镜组的各凸面的圆柱形透镜之间的凹槽或几乎平面的区域。
如在现有技术中那样，在本发明中也具有可能性，即第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜的焦距大致同第一圆柱形透镜组与第二圆柱形透镜组之间的间距一样大。按这种方式通过第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜达到第一圆柱形透镜组的平面在工作平面内的平面的映射。
按照本发明的另一优选的实施形式具有可能性，即第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的焦距显著大于第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜的焦距。按这种方式可以使第一圆柱形透镜组的各凹面的圆柱形透镜的可能的焦点较远地离开第二圆柱形透镜组的焦平面，从而这些焦点并不聚焦地由第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜映射于工作平面内。按这种方式因此即使在第二圆柱形透镜组的较小的凹面的圆柱形透镜的情况下并从而即使在先前已透过第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜、透过第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜的分光束的情况下，也可以达到使在工作平面内的侧面的光分布区域内不引起过高部。
特别具有可能性，即第一圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜在各圆柱形透镜并排设置的方向具有大致同第一圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜在各圆柱形透镜并排设置的方向的相同的伸展量。在一这样的设置中各凹面的圆柱形透镜的焦点可以明显地远离第一圆柱形透镜组的平面。
具有可能性，即装置包括一个基片，在其上将第一圆柱形透镜组和第二圆柱形透镜组设置在相互对置的侧面上。于是该基片可以具有一相应的厚度，从而第一圆柱形透镜组与第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜的焦距有间距地与其分离。
与此不同具有可能性，即装置包括一第一基片和一不同于第一基片、特别与第一基片保持间距的第二基片，其中第一圆柱形透镜组设置在第一基片上而第二圆柱形透镜组设置在第二基片上。在一这样的装置中于是可以匹配两基片之间的间距，以使第一和第二圆柱形透镜组之间的间距符合第二圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜的焦距。
在一这样的装置中还具有可能性，即装置包括一第三圆柱形透镜组，其设置在第一基片的对置于第一圆柱形透镜组的侧面上并且具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜，其中第一圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线垂直于第三圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线设置。
与此不同或附加地可以设定，装置还包括一第四圆柱形透镜组，其设置在第二基片的对置于第二圆柱形透镜组的侧面上并且具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜，其中第二圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线垂直于第四圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线设置。通过第三和必要时第四圆柱形透镜组可以在一个方向实现待均匀化的光的均匀化，该方向垂直于有助于第一和第二圆柱形透镜组均匀化的方向。为此第三和第四圆柱形透镜组可以按照第一和第二圆柱形透镜组构成、特别是关于第三和第四圆柱形透镜组的凹面的圆柱形透镜的宽度。此外第三与第四圆柱形透镜组的间距也可以基本上符合第三圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜的焦距。
按照权利要求16可以设定，第一圆柱形反射镜组的凹面的圆柱形反射镜在各圆柱形反射镜并排设置的方向比第二圆柱形反射镜组的凹面的圆柱形反射镜在各圆柱形反射镜并排设置的方向具有不同的造型、特别是不同的伸展量和/或不同的曲率。通过按照权利要求1至15所述的圆柱形透镜组的特性向圆柱形反射镜组的这样的转送最后达到相同的优点。
特别具有可能性，即通过在权利要求2至15中对圆柱形透镜组说明的相应的特征进一步构成按照权利要求16所述的装置，因此特别可以使第一圆柱形反射镜组的各凹面的圆柱形反射镜的焦点较远地离开第一圆柱形反射镜组的平面。此外第二圆柱形反射镜组的凹面的圆柱形反射镜可以大于、特别是明显大于第一圆柱形反射镜组的凹面的圆柱形反射镜。还具有可能性，即第一圆柱形反射镜组与第二圆柱形反射镜组的间距大致符合第二圆柱形反射镜组的凸面的圆柱形反射镜的焦距。此外还可以设有第三和/或第四圆柱形反射镜组，它们具有多个圆柱形反射镜，其圆柱轴线垂直于第一和第二圆柱形反射镜组的圆柱形反射镜的圆柱轴线定位。
附图说明
借助以下参照附图的各优选的实施例的描述，本发明的其他的特征和优点变得明显。其中：
图1简化示出一用于光的均匀化的装置的工作原理；
图2一按照现有技术用于均匀化的装置的简化侧视图；
图3一在一工作平面内的光分布的简化视图，其通过一按图2用于均匀化的装置产生；
图4简化示出一本发明的装置的第一实施形式的一部分；
图5简化示出一本发明的装置的第二实施形式的一部分。
具体实施方式
图4和图5中为了说明标出直角坐标系。
图4中明显的本发明的装置的第一实施形式包括一第一基片15和一第二基片16。第一基片15在其射入面上具有一第一圆柱形透镜组17，反之射出面构成平面的。与此不同也具有可能性，即射出面同样设有一圆柱形透镜组，其例如交叉于第一圆柱形透镜组17定位。第一圆柱形透镜组17具有凸面的圆柱形透镜18和凹面的圆柱形透镜19，它们交替地并排设置。在图4描绘的实施例中只示出两个凹面的圆柱形透镜19和一个凸面的圆柱形透镜18。但更确切地说应该可以在X方向并排设置大量的凸面的和凹面的圆柱形透镜18、19。凹面的圆柱形透镜19在X方向、亦即在各圆柱形透镜18、19并排设置的方向比凸面的圆柱形透镜18明显较小地伸展。
第二基片16在其射入面上，亦即在其面向第一基片15的侧面上具有一第二圆柱形透镜组20，包括凸面的圆柱形透镜21和凹面的圆柱形透镜22。凸面的和凹面的圆柱形透镜21、22在X方向交替地并排设置，其中在这里同样可以在基片16的射入面上设置大量的凸面的和凹面的圆柱形透镜21、22。图4中还明显的是，第一圆柱形透镜组17的圆柱形透镜18、19的圆柱轴线和第二圆柱形透镜组20的凸面的和凹面的圆柱形透镜21、22的圆柱轴线均在Y方向、亦即在垂直于圆柱形透镜18、19、21、22并排设置的X方向的方向定位。第二基片16的射出面同样构成平面的。或者第二基片16的射出面同样也可以设有另一圆柱形透镜组，其中圆柱形透镜的圆柱轴线可以垂直于第二圆柱形透镜组20的圆柱形透镜21、22的圆柱轴线定位。
图4中明显的是，第二圆柱形透镜组20的凹面的圆柱形透镜22在X方向、亦即在圆柱形透镜18、19、21、22并排设置的方向，明显地大于第一圆柱形透镜组17的凹面的圆柱形透镜19。特别是第二圆柱形透镜组20的凹面的圆柱形透镜22在该实施例中大致为第一圆柱形透镜组17的凹面的圆柱形透镜19的两倍宽。
图4中还标出待均匀化的光25的分光束23、24，其透过第一圆柱形透镜组17的凹面的圆柱形透镜19。不同于按现有技术的分光束11、12(见图2)，分光束23、24不透过或只一不重要的分量透过第二圆柱形透镜组20的凸面的圆柱形透镜21，而通过第二圆柱形透镜组的加宽的凹面的圆柱形透镜22。按这种方式由第二圆柱形透镜组20的凹面的圆柱形透镜22将分光束23、24折射成使其在工作平面内在一宽的区域上、特别是在均匀化的光场的全宽上分布。按这种方式避免按现有技术图3中明显的侧面的过高部14。
图5中明显的本发明的装置的第二实施形式也包括一第一基片26和一第二基片27。第一基片26在其射入面上具有一第一圆柱形透镜组28，包括凸面的圆柱形透镜29和凹面的圆柱形透镜30。第二基片27在其射入面上，亦即在其面向第一基片26的侧面上具有一第二圆柱形透镜组31，包括凸面的圆柱形透镜32和凹面的圆柱形透镜33。在两基片26、27中不仅可以交替地并排设置描绘数量的圆柱形透镜29、30、32、33，而且可以交替地并排设置大量的圆柱形透镜29、30、32、33。
不同于按图4的实施例，在按图5的实施例中，第一圆柱形透镜组28的凹面的圆柱形透镜30在X方向，亦即在圆柱形透镜29、30交替地并排设置的方向具有大致同第一圆柱形透镜组28的凸面的圆柱形透镜29相同的宽度或相同的伸展量。与此不同第二圆柱形透镜组31的凹面的圆柱形透镜33明显小于第二圆柱形透镜组31的凸面的圆柱形透镜32。
由于第一圆柱形透镜组28的基本上相同宽度的凹面的和凸面的圆柱形透镜30、29，第一圆柱形透镜组28的凹面的圆柱形透镜30的焦距f1k是较大的，亦即在待均匀化的光的传播方向Z特别约为凸面的圆柱形透镜29的高度或伸展量的两倍大。图5中为了说明还标出第二圆柱形透镜组31的凸面的圆柱形透镜32的焦距f2v。由图5可看出，凸面的圆柱形透镜32的该焦距f2v大致符合第一圆柱形透镜组28与第二圆柱形透镜组31之间的间距。由于第一圆柱形透镜组28的凹面的圆柱形透镜30的较大的焦距f1k，图5中示意表示的凹面的圆柱形透镜30的可能的焦点并不由第二圆柱形透镜组31的凸面的圆柱形透镜32映射于工作平面内。这在图5通过示例性标出的分光束35、36、37来说明。
不仅在按图4的实施形式中而且在按图5的实施形式中在待均匀化的光的传播方向第一圆柱形透镜组17、18的凸面的圆柱形透镜18、29的顶点垂线与第二圆柱形透镜组20、31的凸面的圆柱形透镜21、32的顶点垂线对准。此外第一圆柱形透镜组17、28的凹面的圆柱形透镜19、30的顶点垂线也与第二圆柱形透镜组20、31的凹面的圆柱形透镜22、33的顶点垂线对准。

Claims (16)

1.用于光的均匀化的装置，包括
第一圆柱形透镜组(17，28)，通过它可透过待均匀化的光(25)，其中第一圆柱形透镜组(17，28)具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜(18，19，29，30)；
第二圆柱形透镜组(20，31)，通过它可透过已通过第一圆柱形透镜组(17，28)透过的光，其中第二圆柱形透镜组(20，31)具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜(21，22，32，33)，并且第二圆柱形透镜组(20，31)的圆柱形透镜(21，22，32，33)的圆柱轴线平行于第一圆柱形透镜组(17，28)的圆柱形透镜(18，19，29，30)的圆柱轴线定位；
其特征在于，第一圆柱形透镜组(17，28)的凹面的圆柱形透镜(19，30)在圆柱形透镜(18，19，29，30)并排设置的方向(X)上的造型不同于第二圆柱形透镜组(20，31)的凹面的圆柱形透镜(22，33)在圆柱形透镜(21，22，32，33)并排设置的方向(X)上的造型。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(17，28)的凹面的圆柱形透镜(19，30)在圆柱形透镜(18，19，29，30)并排设置的方向(X)具有不同于第二圆柱形透镜组(20，31)的凹面的圆柱形透镜(22，33)在圆柱形透镜(21，22，32，33)并排设置的方向(X)的伸展量和/或曲率。
3.按照权利要求1或2之一项所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(17，28)的凹面的圆柱形透镜(19，30)的顶点垂线在待均匀化的光(25)的传播方向(Z)基本上与第二圆柱形透镜组(20，31)的凹面的圆柱形透镜(22，33)的顶点垂线对准。
4.按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，第一和/或第二圆柱形透镜组(17，20，28，31)的圆柱形透镜(18，19，21，22，29，30，32，33)的圆柱轴线与圆柱形透镜(18，19，21，22，29，30，32，33)并排设置的方向(X)垂直地定位。
5.按照权利要求1至4之一项所述的装置，其特征在于，第二圆柱形透镜组(20)的凹面的圆柱形透镜(22)在圆柱形透镜(18，19，21，22)并排设置的方向(X)大于、优选显著大于第一圆柱形透镜组(17)的凹面的圆柱形透镜(19)。
6.按照权利要求1至5之一项所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(17)的凸面的圆柱形透镜(18)在圆柱形透镜(18，19，21，22)并排设置的方向(X)大于、特别是多倍大于第一圆柱形透镜组(17)的凹面的圆柱形透镜(19)。
7.按照权利要求1至6之一项所述的装置，其特征在于，第二圆柱形透镜组(20，31)的凸面的圆柱形透镜(21，32)的焦距(f2v)大致同第一圆柱形透镜组(17，28)与第二圆柱形透镜组(20，31)之间的间距一样大。
8.按照权利要求1至7之一项所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(28)的凹面的圆柱形透镜(30)的焦距(f1k)大于第一圆柱形透镜组(28)的凸面的圆柱形透镜(29)在待均匀化的光(25)的传播方向(Z)上的伸展量。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(28)的凹面的圆柱形透镜(30)的焦距(f1k)至少为第一圆柱形透镜组的凸面的圆柱形透镜(29)在待均匀化的光的传播方向(Z)上的伸展量的两倍大。
10.按照权利要求8或9之一项所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(28)的凹面的圆柱形透镜(30)在圆柱形透镜(29，30)并排设置的方向(X)上的伸展量大致与第一圆柱形透镜组(28)的凸面的圆柱形透镜(29)在圆柱形透镜(29，30)并排设置的方向(X)上的伸展量相同。
11.按照权利要求1至10之一项所述的装置，其特征在于，第一圆柱形透镜组(28)的凹面的圆柱形透镜(30)的焦距(f1k)大于第二圆柱形透镜组(31)的凹面的圆柱形透镜(33)的焦距。
12.按照权利要求1至11之一项所述的装置，其特征在于，该装置包括一个基片，在该基片上在相互对置的侧面上设置第一圆柱形透镜组和第二圆柱形透镜组。
13.按照权利要求1至11之一项所述的装置，其特征在于，该装置包括一第一基片(15，26)和一不同于第一基片、特别是与第一基片(15，26)保持间距的第二基片(16，27)，其中第一圆柱形透镜组(17，28)设置在第一基片(15，26)上，而第二圆柱形透镜组(20，31)设置在第二基片(16，27)上。
14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，该装置还包括一第三圆柱形透镜组，其设置在第一基片(15，26)的对置于第一圆柱形透镜组(17，28)的侧面上并且具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜，其中第一圆柱形透镜组(17，28)的圆柱形透镜(18，19，29，30)的圆柱轴线垂直于第三圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线设置。
15.按照权利要求13或14之一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括一第四圆柱形透镜组，其设置在第二基片(16，27)的对置于第二圆柱形透镜组(20，31)的侧面上并且具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形透镜，其中第二圆柱形透镜组(20，31)的圆柱形透镜(21，22，32，33)的圆柱轴线垂直于第四圆柱形透镜组的圆柱形透镜的圆柱轴线设置。
16.用于光的均匀化的装置，包括
第一圆柱形反射镜组，在其上可以反射待均匀化的光，其中第一圆柱形反射镜组具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形反射镜；
第二圆柱形反射镜组，由其可以反射由第一圆柱形反射镜组反射的光，其中第二圆柱形反射镜组具有圆柱轴线相互平行的、交替地并排设置的凸面的和凹面的圆柱形反射镜，并且第二圆柱形反射镜组的圆柱形反射镜的圆柱轴线平行于第一圆柱形反射镜组的圆柱形反射镜的圆柱轴线设置；
其特征在于，第一圆柱形反射镜组的凹面的圆柱形反射镜在各圆柱形反射镜并排设置的方向上与第二圆柱形反射镜组的凹面的圆柱形反射镜在各圆柱形反射镜并排设置的方向上相比具有不同的造型、特别是不同的伸展量和/或不同的曲率。
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