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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Abbildungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 13.
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Eine
Abbildungsvorrichtung der vorgenannten Art ist beispielsweise aus
der europäischen
Patentanmeldung
EP
1 074 871 A2 bekannt. Die darin beschriebene Abbildungsvorrichtung
weist vier im Wesentlichen nebeneinander angeordnete Zylinderlinsenarrays
auf, die jeweils eine Mehrzahl von Zylinderlinsen umfassen. Diese
Zylinderlinsen sind jeweils gleich ausgerichtet und weisen eine
Zylinderachse auf, die sich in einer ersten, zu der mittleren Ausbreitungsrichtung
des abzubildenden Lichtes senkrechten Richtung erstreckt. Weiterhin
weist die in dem vorgenannten Stand der Technik beschriebe Abbildungsvorrichtung
zwei weitere Zylinderlinsen auf, die die Zylinderlinsenarrays hinsichtlich
der Ausbreitungsrichtung des auszubildenden Lichtes zwischen sich
einschließen.
Diese beiden weiteren Zylinderlinsen weisen eine sich in einer zweiten
Richtung erstreckende Zylinderachse auf, die sowohl zu der Ausbreitungsrichtung
des abzubildenden Lichtes als auch zu der ersten Richtung senkrecht
ist.
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Durch
die in dem vorgenannten Stand der Technik beschriebene Abbildungsvorrichtung
kann eine 1:-1 – Abbildung
von Licht aus einer Gegenstandsebene in eine Bildebene durchgeführt werden. Insbesondere
können
dabei linienförmige
Strukturen aus der Gegenstandsebene in die Bildebene abgebildet
werden. Beispielsweise könnte
das Licht eines Laserdiodenbarrens, der in der zweiten Richtung
nebeneinander und zueinander beabstandete Emitter aufweist, in die
Bildebene abgebildet werden.
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Als
nachteilig bei dem vorgenannten Stand der Technik erweist sich die
Tatsache, dass innerhalb der Zylinderlinsenarrays Licht, das eingangsseitig
in eine der Zylinderlinsen eingetreten ist, ausgangsseitig aus einer
Zylinderlinse austritt, die nicht mit der eingangsseitigen Zylinderlinse
fluchtet. Durch diese innerhalb der Zylinderlinsenarrays quer verlaufenden Lichtstrahlen
können
in der Bildebene sogenannte Geisterbilder erzeugt werden, die die
Abbildungsqualität
der Abbildungsvorrichtung deutlich reduzieren.
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung
einer Abbildungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die eine bessere
Abbildungsqualität,
insbesondere hinsichtlich eventuell auftretender Geisterbilder aufweist. Weiterhin
soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Abbildungsvorrichtung
angegeben werden.
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Dies
wird erfindungsgemäß hinsichtlich
der Abbildungsvorrichtung durch eine Abbildungsvorrichtung der eingangs
genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
sowie hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung durch ein Verfahren
der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 13 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen
der Erfindung.
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Gemäß Anspruch
1 ist vorgesehen, dass die Abbildungsvorrichtung weiterhin Absorptionsmittel umfasst,
die zwischen dem ersten Zylinderlinsenarray und dem zweiten Zylinderlinsenarray
angeordnet sind und sich in Ausbreitungsrichtung des absorbierenden
Lichtes erstrecken. Durch diese Absorptionsmittel kann verhindert
werden, dass Licht in Querrichtung, das heißt in der Richtung, in der
die einzelnen Zylinderlinsen der Zylinderlinsenarrays nebeneinander
angeordnet sind, verläuft.
Auf diese Weise kann das Auftreten von Geisterbildern reduziert
werden. Insbesondere kann mit einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
der Anteil der Geisterbilder an dem abgebildeten Licht auf deutlich
weniger als 0,1 % gesenkt werden. Durch die Anordnung der Absorptionsmittel
zwischen den einzelnen Zylinderlinsenarrays lässt sich die Herstellung der
Abbildungsvorrichtung sehr einfach gestalten, weil beispielsweise
nicht zwischen den einzelnen Zylinderlinsen der Zylinderlinsenarrays
separate Absorptionsmittel eingebracht werden müssen.
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Gemäß Anspruch
2 kann vorgesehen sein, dass die Absorptionsmittel eine Mehrzahl
von Absorptionselementen umfassen.
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Dabei
kann gemäß Anspruch
3 vorgesehen sein, dass mindestens eins, insbesondere ein jedes der
Absorptionselemente im Übergangsbereich
von jeweils zwei nebeneinander angeordneten Zylinderlinsen des ersten
und des zweiten Zylinderlinsenarrays angeordnet sind.
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Weiterhin
kann gemäß Anspruch
4 vorgesehen sein, dass sich mindestens eines, insbesondere jedes
der Abbildungselemente von dem ersten Zylinderlinsenarray bis zu
dem zweiten Zylinderlinsenarray im Wesentlichen in Ausbreitungsrichtung
des abzubildenden Lichtes erstreckt. Die einzelnen Abbildungselemente
können
somit zwischen zwei Zylinderlinsen eines ersten Zylinderlinsenarrays
beginnen und zwischen zwei zu den vorgenannten Zylinderlinsen des
ersten Zylinderlinsenarrays fluchtenden Zylinderlinsen eines zweiten
Zylinderlinsenarrays enden. Auf diese Weise kann insbesondere in
dem Zwischenraum zwischen den Zylinderlinsenarrays kein Lichtstrahl
in Querrichtung, das heißt
in der Richtung, in der die Zylinderlinsen nebeneinander angeordnet sind,
verlaufen.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Zylinderlinsenarrays in
Ausbreitungsrichtung des abzubildenden Lichtes vergleichsweise dünn sind,
wogegen die Abstände
zwischen den einzelnen Zylinderlinsenarrays beziehungsweise zwischen
dem ersten und dem zweiten Zylinderlinsenarray in Ausbreitungsrichtung
des abzubildenden Lichtes vergleichsweise groß sind, so dass wirksam die quer
verlaufenden Lichtstrahlen unterdrückt werden können.
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Gemäß Anspruch
5 kann vorgesehen sein, dass die Abbildungselemente als plattenförmige, zumindest
teilweise absorbierende Teile ausgebildet sind. Eine derartige Gestaltung
ist vergleichsweise einfach zu realisieren.
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Weiterhin
kann gemäß Anspruch
6 vorgesehen sein, dass die Abbildungselemente miteinander verbunden
sind. Beispielsweise können
die einzelnen Platten durch seitliche Stege miteinander verbunden
sein. Aufgrund dieser Verbindung der Abbildungselemente miteinander
kann die Abbildungsvorrichtung deutlich einfacher gefertigt werden.
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Gemäß Anspruch
7 kann vorgesehen sein, dass die den Absorptionsmitteln zugewandten
Seiten des ersten und/oder des zweiten Zylinderlinsenarrays plan
ausgebildet sind.
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Alternativ
dazu kann gemäß Anspruch
8 vorgesehen sein, dass die den Absorptionsmitteln zugewandten Seiten
des ersten und/oder des zweiten Zylinderlinsenarrays im Bereich
der Zylinderlinsen konvex oder konkav ausgebildet sind. Insbesondere
bei konvexer Ausbildung der Zylinderlinsen können die insbesondere plattenförmigen Absorptionselemente in
den Zwischenraum zwischen zwei zueinander benachbarten konvexen
Zylinderlinsen eingeschoben werden, so dass die Positionierung der
Zylinderlinsenarrays zu den Absorptionsmitteln deutlich erleichtert
wird.
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Gemäß Anspruch
9 kann vorgesehen sein, dass die Abbildungsvorrichtung zusätzlich ein
drittes und ein viertes Zylinderlinsenarray umfasst, die jeweils
eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Zylinderlinsen aufweisen,
deren Zylinderachsen sich in der ersten Richtung erstrecken.
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Weiterhin
kann gemäß Anspruch
10 vorgesehen sein, dass das dritte und das vierte Zylinderlinsenarray
in Ausbreitungsrichtung des abzubildenden Lichtes voneinander beabstandet
sind, wobei zwischen dem dritten und dem vierten Zylinderlinsenarray
Absorptionsmittel angeordnet sind. Die Absorptionsmittel zwischen
dem dritten und dem vierten Zylinderlinsenarray können gleich
gestaltet sein wie die Absorptionsmittel zwischen dem ersten und
dem zweiten Zylinderlinsenarray.
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Weiterhin
kann gemäß Anspruch
11 vorgesehen sein, dass die Abbildungsvorrichtung zusätzlich zu
der einen weiteren Zylinderlinse eine weitere Zylinderlinse umfasst,
deren Zylinderachse sich in der zweiten, zu der ersten Richtung
senkrechten Richtung erstreckt.
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Dabei
kann gemäß Anspruch
12 vorgesehen sein, dass die beiden Zylinderlinsen, deren Zylinderachsen
sich in der zweiten Richtung erstrecken, in Ausbreitungsrichtung
des Lichtes voneinander beabstandet sind, wobei zwischen den beiden
Zylinderlinsen die mindestens zwei Zylinderlinsenarrays angeordnet
sind. Auf diese Weise wird eine bewährte, teilweise bereits aus
dem Stand der Technik bekannte Abbildungsvorrichtung für eine 1:-1 – Abbildungsvorrichtung
geschaffen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
gemäß Anspruch
13 sieht vor, dass Absorptionsmittel hergestellt werden und das
erste Zylinderlinsenarray und das zweite Zylinderlinsenarray jeweils
in den Endbereichen der Absorptionsmittel hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung
des abzubildenden Lichtes positioniert werden. Insbesondere bei
der vorgenannten konvexen Ausgestaltung der den Absorptionsmitteln zugewandten
Seiten der Zylinderlinsen der Zylinderlinsenarrays können die
beispielsweise als plattenförmige
Teile ausgeführten
Absorptionselemente in diesen Zwischenraum zwischen den Zylinderlinsen eingebracht
werden. Dadurch können
die Absorptionsmittel als Positionierhilfe für die Zylinderlinsenarrays
dienen, so dass sich die Fertigung der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
deutlich einfacher gestaltet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich
anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
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1a eine
Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung;
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1b eine
teilweise Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß 1a;
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2a eine 1a entsprechende
Ansicht mit einem schematischen Strahlengang;
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2b eine 1b entsprechende
Ansicht mit einem schematischen Strahlengang.
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3a eine 1a entsprechende
Ansicht mit beispielhaften Strahlengängen;
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3b eine 1b entsprechende
Ansicht mit beispielhaften Strahlengängen;
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4 eine
teilweise Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung;
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5 eine 3 entsprechende Ansicht mit beispielhaften
Strahlengängen.
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In
den Figuren sind zur besseren Orientierung kartesische Koordinatensysteme
eingezeichnet. Das abzubildende Licht weist eine mittlere Ausbreitungsrichtung
auf, die sich in Z-Richtung der kartesischen Koordinatensysteme
erstreckt.
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Die
aus 1a und 1b ersichtliche
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
weist eine erste Zylinderlinse 1 und eine zweite Zylinderlinse 2 auf,
die in Z-Richtung voneinander beabstandet sind und in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel
jeweils die Abbildungsvorrichtung nach links in 1a beziehungsweise
nach rechts in 1a begrenzen. Die Zylinderlinsen 1, 2 sind
als plankonvexe Zylinderlinsen ausgebildet, deren Zylinderachsen
sich in X-Richtung erstrecken.
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Zwischen
den Zylinderlinsen 1, 2 sind insgesamt vier Zylinderlinsenarrays 3, 4, 5, 6 in
Z-Richtung hintereinander angeordnet. Die Zylinderlinsenarrays 3, 4, 5, 6 weisen
in X-Richtung nebeneinander angeordnete Zylinderlinsen 7 auf,
deren Zylinderachsen sich in Y-Richtung erstrecken. Die Zylinderlinsen 7 sind
in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel
als plankonvexe Zylinderlinsen ausgebildet. Die Zylinderlinsen 7 der
einzelnen Zylinderlinsenarrays 3, 4, 5, 6 fluchten
in Z-Richtung miteinander.
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An
dieser Stelle soll angemerkt werden, dass in 1b lediglich
fünf Zylinderlinsen 7 abgebildet beziehungsweise
angedeutet sind. 1b ist oben und unten abgeschnitten,
so dass durchaus deutlich mehr als fünf Zylinderlinsen 7 in
X-Richtung nebeneinander angeordnet sein können. Es können beispielsweise 30 oder
50 oder 100 Zylinderlinsen 7 in X-Richtung nebeneinander
angeordnet sein. Weiterhin soll angemerkt werden, dass sämtliche
Zylinderlinsen 1, 2, 7 beider Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
sowohl als sphärische,
als auch als asphärische
Zylinderlinsen, beispielsweise als elliptische, hyperbolische oder
polynome höherer
Ordnung ausgebildet sein können.
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Das
erste Zylinderlinsenarray 3 und das zweite Zylinderlinsenarray 4 sind
in Z-Richtung voneinander beabstandet. Weiterhin sind auch das dritte Zylinderlinsenarray 5 und
das vierte Zylinderlinsenarray 6 in Z-Richtung voneinander beabstandet. Das zweite
Zylinderlinsenarray 4 und das dritte Zylinderlinsenarray 5,
die in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel
etwa in der Mitte der Abbildungsvorrichtung angeordnet sind, berühren einander.
Erfindungsgemäß besteht
jedoch durchaus die Möglichkeit,
dass auch zwischen diesen beiden Zylinderlinsenarrays 4, 5 in
Z-Richtung ein Abstand vorgesehen ist.
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Zwischen
dem ersten Zylinderlinsenarray 3 und dem zweiten Zylinderlinsenarray 4 sind
Absorptionsmittel 8 vorgesehen, die in X-Richtung voneinander
beabstandete Absorptionselemente 9 umfassen. Die Absorptionselemente 9 sind
beispielsweise als flache absorbierende Platten ausgebildet, die
sich in einer Y-Z-Ebene erstrecken. Die Absorptionselemente 9 erstrecken
sich im Wesentlichen über
den gesamten Raum zwischen dem ersten Zylinderlinsenarray 3 und
dem zweiten Zylinderlinsenarray 4 in Z-Richtung. Weiterhin sind die Absorptionselemente jeweils
an den Übergangsbereichen
zwischen zwei nebeneinander angeordneten Zylinderlinsen 7 angeordnet.
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Bei
dem in 1a und 1b abgebildeten Ausführungsbeispiel
sind ebenfalls zwischen dem dritten Zylinderlinsenarray 5 und
dem vierten Zylinderlinsenarray 6 Absorptionsmittel 8 mit
einer Mehrzahl von Absorptionselementen 9 vorgesehen. Die Absorptionsmittel 8 sind
wie die zwischen dem ersten Zylinderlinsenarray 3 und dem
zweiten Zylinderlinsenarray 4 ausgebildeten Absorptionsmittel
gestaltet. Die einzelnen Absorptionselemente 9 der Absorptionsmittel 8 können jeweils
miteinander verbunden sein, so dass sie fertigungstechnisch vergleichsweise
einfach in den Zwischenraum zwischen die jeweiligen Zylinderlinsenarrays 3, 4; 5, 6 eingebracht
werden können.
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Aus
2a und
2b ist
jeweils ein schematischer Strahlengang durch die erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
ersichtlich. Insbesondere zeigt sich, dass die beschriebene Ausführungsform
in einer Bildebene
10 eine 1:-1 – Abbildung eines in einer
Gegenstandsebene
11 befindlichen Gegenstandes
12 bewirkt.
Insbesondere zeigt sich, dass hinsichtlich der Y-Z-Ebene das Bild
13 zwar
die gleiche Größe wie der
Gegenstand
12 aufweist, gegenüber diesem jedoch um 180° gedreht
ist. Dahingegen ist in der X-Z-Ebene das Bild
13 sowohl
genauso groß wie
der Gegenstand
12, als auch in der gleichen Richtung ausgerichtet.
Derartige 1:-1 – Abbildungsvorrichtungen
mit Zylinderlinsen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt,
beispielsweise aus der
EP
1 074 871 A2 .
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Aus 3a und 3b sind
schematisch Strahlengänge
von Licht aus der Gegenstandsebene 11 in die Bildebene 12 ersichtlich.
Es zeigt sich insbesondere in 3b, dass
auf der Eintrittsseite in eine der Zylinderlinsen 7 eingetretene
Lichtstrahlen in der Regel auch auf der Austrittsseite durch die
entsprechende Zylinderlinse 7 austreten, das heißt durch
die Zylinderlinse 7, die mit der eintrittsseitigen Zylinderlinse 7 in
Z-Richtung fluchtet. Dies wird insbesondere durch die sich in Z-Richtung
erstreckenden Absorptionselemente 9 erzielt. In 3b sind
beispielhaft Teilstrahlen 14, 15, 16 eingezeichnet,
die von den Absorptionselementen 9 absorbiert werden und
auf diese Weise daran gehindert werden, in eine Zylinderlinse 7 einzutreten,
die nicht mit der eintrittsseitigen Zylinderlinse 7 fluchtet.
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Bei
dem in 1a bis 3b abgebildeten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
sind die den Absorptionsmitteln 8 zugewandten Seiten der
Zylinderlinsenarrays 3, 4, 5, 6 plan
ausgeführt.
Bei dem in 4 und 5 abgebildeten
zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es sind ebenfalls
ein erstes Zylinderlinsenarray 3 und ein zweites Zylinderlinsenarray 4 vorgesehen,
zwischen denen sich Absorptionsmittel 8 befinden. Weiterhin sind
ein drittes Zylinderlinsenarray 5 und ein viertes Zylinderlinsenarray 6 vorgesehen,
zwischen denen sich ebenfalls Absorptionsmittel 8 befinden.
Die Zylinderlinsen 3, 4, 5, 6 sind
jedoch derart gedreht beziehungsweise angeordnet, dass den Absorptionsmitteln 8 jeweils
die konvexen Seiten der Zylinderlinsen 7 zugewandt sind.
Durch diese Anordnung ergibt sich für die einzelnen Absorptionselemente 9 zwischen
den Zylinderlinsen 7 unter Umständen ein besserer Halt.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung der Abbildungsvorrichtung kann dies ausgenutzt werden.
Insbesondere können
die Zylinderlinsenarrays 3, 4, 5, 6 jeweils
an den Enden der Absorptionsmittel positioniert werden, wobei durch den
Eingriff der Enden der Absorptionselemente 9 in die Zwischenräume zwischen
den konvexen Zylinderlinsen 7 die Positionierung der Zylinderlinsenarrays 3, 4, 5, 6 deutlich
erleichtert wird.
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In 5 ist
anhand beispielhafter Lichtstrahlen gezeigt, dass die Abbildungseigenschaften
der zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung
denen der ersten Ausführungsform
entsprechen. Auch in 5 sind beispielhaft Teilstrahlen 17, 18, 19 eingezeichnet,
die von den Absorptionselementen 9 absorbiert werden und auf
diese Weise daran gehindert werden, in Zylinderlinsen 7 einzutreten,
die mit den eingangsseitigen Zylinderlinsen 7 in Z-Richtung
nicht fluchten.
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Durch
das weitestgehend vollständige
Verhindern des Übertritts
von Teilstrahlen 14, 15, 16, 17, 18, 19 aus
einer Reihe von in Z-Richtung miteinander fluchtenden Zylinderlinsen 7 in
eine zu dieser benachbarten Reihe von in Z-Richtung miteinander fluchtenden
Zylinderlinsen 7 wird die Erzeugung von Geisterbildern
bei der Abbildung aus der Gegenstandsebene 11 in die Bildebene 10 weitestgehend verhindert.