DE102005036911A1

DE102005036911A1 - Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche

Info

Publication number: DE102005036911A1
Application number: DE200510036911
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Leitel; Mathias Schulz
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche, bevorzugt zur Anwendung in der Projektionstechnik, umfassend zwei gleichartig gestaltete, parallel sowie spiegelverkehrt zueinander liegende Linsenarrays (1, 2), die aus einer regelmäßigen Anordnung gleichartiger Linsen bestehen und deren optische Achsen (A¶1¶, A¶2¶, A¶3¶, A¶4¶) parallel zur optischen Achse (A¶B¶) der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind sowie einem optischen Bauelement (5) zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray (1) austretenden Falschlichtanteilen. Erfindungsgemäß bestehen beide Linsenarrays (1, 2) aus einem Monolith, wobei das optische Bauelement (5) zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray (1) austretenden Falschlichtanteilen in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen des ersten und/oder des zweiten Linsenarrays (1, 2) eingebettet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche, bevorzugt zur Anwendung in der Projektionstechnik, umfassend zwei gleichartig gestaltete, parallel sowie spiegelverkehrt zueinander liegende Linsenarrays, die aus einer regelmäßigen Anordnung gleichartiger Linsen bestehen und deren optische Achsen parallel zur optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind sowie einem optischen Bauelement zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray austretenden Falschlichtanteilen.

Zur Homogenisierung des Lichtes in Beleuchtungsstrahlengängen sind Linsenarrays allgemein bekannt. Ein geeignet angeordnetes Paar bildet einen sogenannten Wabenkondensor, bei dem eine Wabenplatte mit Linsen oder Mikrolinsen bestückt (Linsenarray) eine Vielfachabbildung einer Leuchtfläche in eine zweite Wabenplatte mit Linsen bewirkt und dabei das auf das erste Linsenarray auftreffende Licht homogenisiert.

Nachteilig dabei wirkt sich parasitäres Licht des aus dem ersten Linsenarray austretenden Lichtes aus, welches nicht auf die gewünschte Linse des zweiten Linsenarrays, sondern auf benachbarte Linsen trifft und so zu unerwünschtem Falschlicht, wie Streulicht, Reflexe und Geisterbilder führt.

Die bekannten Lösungen basieren darauf, dass zwei Linsenarrays als getrennte Bauelemente (Wabenplatten) gestaltet sind, bei denen eine Falschlichtblende zwischen den Linsenarrays angeordnet wird oder direkt als strukturierte Schicht mit mindestens einem Linsenarray verbunden ist. Ferner sind Wabenkondensoren in einer „Sandwich Anordnung" bekannt, bei denen gitterförmige Blenden zwischen die Linsenarrays montiert oder direkt mit ihnen verklebt werden.

In EP 1280726 wird beispielsweise ein Wabenkondensor aufgezeigt, der aus zwei voneinander getrennten Linsenarrays besteht, zwischen denen zur Beseitigung von Falschlichtanteilen optische Elemente angeordnet sind.

Den bekannten Lösungen haften die Nachteile an, dass das Ausrichten der Linsenarrays zueinander sowie die Montage der Elemente zur Beseitigung von Falschlichtanteilen sehr aufwendig und somit sehr kostenintensiv sind.

Ausgehend von diesen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wabenkondensor dahingehend weiterzuentwickeln, dass mit verringertem Fertigungsaufwand (vereinfachter konstruktiven Gestaltung) eine einfachere Montage zur Beseitigung von Falschlicht in einer optischen Anordnung möglich wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Wabenkondensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beide Linsenarrays aus einem Monolith bestehen und das optische Bauelement zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray austretenden Falschlichtanteilen in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen des ersten und/oder des zweiten Linsenarrays eingebettet ist.

Das in den linsenzeilen- und/oder linsensspaltenförmigen Vertiefungen eingebettete optische Bauelement verhindert durch seine absorbierende Wirkung einen Lichtübertritt auf benachbarte Linsen des zweiten Linsenarrays und vermeidet somit den Übertritt von unerwünschtem Falschlicht auf das zweite Linsenarray.

Dabei sollte das optische Bauelement so beschaffen sein, dass restliche Lichtanteile, die am optischen Bauelement transmittiert oder reflektiert werden, in einen großen Raumwinkelbereich gestreut werden, um jegliche Konzentrationen von Falschlicht zu unterdrücken.

Der aus den zwei Linsenarrays und dem optischen Element zur Beseitigung von Falschlichtanteilen zu einer Einheit gefertigte Wabenkondensor ermöglicht eine ohne hohen Justieraufwand durchführbare Montage.

Zweckmäßigerweise bestehen die Linsenarrays aus einem Licht transparentem Kunststoff (organisches Glas), die durch Gießen, Prägen, Spritzgießen oder Spritzprägen geformt sind, wobei auch Lösungen aus blankgepressten Glasverformungen denkbar sind.

Zur problemlosen Integration der Gitterblende im Monolith ist es von Vorteil, das das optische Element in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen bis zu den hälftigen Abständen zwischen den Vertiefungen der sich gegenüberliegenden Linsenarrays einzubetten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das optische Bauelement zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray austretenden Falschlichtanteilen als absorbierende Gitterblende ausgebildet und direkt im Monolith integriert.

Sie kann dabei in urformtechnisch, umformtechnisch oder abtragend eingebrachte Nuten in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen des ersten Linsenarrays eingebracht werden.

Eine vorteilhafte Lösung besteht dabei, die Gitterblende in entsprechende Nuten durch Umgießen oder Umspritzen mit organischem Glas in seiner Lage zu fixieren. Dabei kann die Gitterblende entweder aus einem formstabilen, faserverstärkten Kunststoff oder aus einer faserverstärkten Kohlenstoffverbindung bestehen.

Auf diese Art und Weise ist das optische Bauelement direkt Bestandteil des Wabenkondensors. Bei der Montage in eine optische Anordnung bedarf es lediglich der Justage der gemeinsamen zentrischen Achse zur optischen Achse der Anordnung.

Zum Zwecke der Verbesserung der Absorption ist es in bestimmten Anwendungsfällen sinnvoll, eine Gitterblende, die eingefärbt oder beschichtet ist, zu verwenden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, zur Vermeidung einer gerichteten Reflexion von Lichtanteilen, die nicht absorbiert werden, eine Gitterblende zu verwenden, die eine in Richtung der Beleuchtungseinrichtung orientierte raue Oberfläche aufweist.

Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es von Vorteil sein, die Gitterblende aus zwei mit gleichem Abstand zur optischen Achse angeordneten Teilblenden auszubilden, wobei eine Teilblende im ersten Linsenarray und die andere Teilblende im zweiten Linsenarray fixiert ist.

Der dabei entstehende Zwischenraum lässt sich auf relativ einfache Art und Weise beispielsweise mit einem Kunststoff ausfüllen.

Zum Zwecke der Stabilisierung der Blendenanordnung ist es sinnvoll, die Teilblenden an ihren optisch nicht wirksamen Flächen partiell miteinander zu verbinden.

Denkbar ist auch eine Variante, bei der die Teilblenden vollständig miteinander verbunden sind, so dass dabei die Linsenpaare, die durch die Zuordnung einer Linse des ersten Linsenarrays zur Linse des zweiten Linsenarrays definiert sind, voneinander getrennt werden. Dies wäre beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Linsenpaare der Arrays eigene Baugruppen sind, die dann über die Gitterblenden ausgerichtet miteinander verbunden werden. Dazu wäre die Verwendung einer Klebsubstanz denkbar.

Zweckmäßigerweise sollte die Form der Linsenarrays an die Form der zu beleuchtenden Zielfläche angepasst sein um eine optimale Ausleuchtung zu sichern.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll der erfindungsgemäße Wabenkondensor näher erläutert werden. Die dazugehörenden Figuren zeigen:
1: die Darstellung eines Wabenkondensors mit Falschlichtanteilen,
2: eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wabenkondensors,
3: die detaillierte Darstellung der Falschlichtbeseitigung aus der Anordnung nach 3 und
4: eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wabenkondensors.
1 zeigt eine Schnittdarstellung (y-Richtung) eines Wabenkondensors mit zwei gleichartig gestalteten, parallel sowie spiegelverkehrt zueinander liegenden Linsenarrays 1 und 2. Die optischen Achsen A₁, A₂, A₃ und A₄ der einzelnen Linsen der Arrays 1 und 2 liegen dabei parallel zur optischen Achse AB einer nicht näher darstellten Beleuchtungseinrichtung.
Im vorliegenden Beispiel sind, wie aus 1 ersichtlich, vier Linsengruppen übereinander und, in 1 nicht erkennbar, vier Linsengruppen nebeneinander (x-Richtung) angeordnet, wobei jede Linsengruppe durch ihre erhabenen Funktionsflächen 3 und 4 charakterisiert ist. Die erste Funktionsfläche 3 ist dabei zur Beleuchtungseinrichtung und die zweite Funktionsfläche 4 zu einem ebenfalls nicht dargestellten bildgebenden Element orientiert.
Deutlich zu erkennen ist in 1 der unerwünschte Falschlichtanteil 6, der mit der erfindungsgemäßen Variante nach 2 beseitigt wird.
Dazu befindet sich in den linsenzeilenförmigen Vertiefungen des in Richtung des nicht dargestellten bildgebenden Elementes orientierten Linsenarrays 2 eine dünnwandige Gitterblende 5 (kleiner 1 mm) aus einem lichtabsorbierenden, faserverstärkten Kunststoffmaterial.
Die Gitterblende 5 ist dabei so dimensioniert, dass deren Breite B der halbe Abstand A der linsenzeilenförmigen Vertiefungen zwischen den Arrays 1 und 2 ist.
Durch die Anordnung der Gitterblende 5 wird ein Übertreten von Falschlichtanteilen 6 vom Linsenarray 1 zum Linsenarray 2 verhindert.
3 zeigt die detaillierte Darstellung der Beseitigung des Falschlichtanteiles 6, der dadurch entsteht, dass bestimmte Anteile des von einer Linse 1b des Linsenarrays 1 kommenden Lichtes nicht die zugeordnete Linse 2b des Linsenarrays 2, sondern die Gitterblende 5 treffen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 4 besteht die Gitterblende 5 aus zwei mit jeweils gleichem Abstand parallel zur optischen Achse (AB) angeordneten Teilblenden (5', 5''), wobei eine Teilblende (5') im ersten Linsenarray (1) und die andere Teilblende (5'') im zweiten Linsenarray (2) fixiert ist.
Diese Anordnung ist zur Eliminierung des Falschlichtanteiles 6 bei großen Falschlichtwinkeln α vorteilhaft. Dabei ist ein nahtloser Übergang zwischen den beiden Teilblenden (5', 5'') denkbar.

1, 2: Linsenarray
1b, 2b: Linse
3, 4: Funktionsfläche
5, 5', 5'': optisches Element, Gitterblende
6: Falschlichtanteil
A, B: Abstand
AB: optische Achse Beleuchtungsanordnung
A1, A2, A3, A4: optische Achse Linse
α: Falschlichtwinkel

Claims

Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche, bevorzugt zur Anwendung in der Projektionstechnik, umfassend zwei gleichartig gestaltete, parallel sowie spiegelverkehrt zueinander liegende Linsenarrays (1, 2) die aus einer regelmäßigen Anordnung gleichartiger Linsen bestehen und deren optische Achsen (A₁, A₂, A₃, A₄) parallel zur optischen Achse (AB) der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind sowie einem optischen Bauelement (5) zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray (1) austretenden Falschlichtanteilen, dadurch gekennzeichnet, dass beide Linsenarrays (1, 2) aus einem Monolith bestehen und das optische Bauelement (5) zur Beseitigung von aus dem ersten Linsenarray (1) austretenden Falschlichtanteilen in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen des ersten und/oder des zweiten Linsenarrays (1, 2) eingebettet ist.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenarrays (1, 2) aus einem Licht transparentem Kunststoff (organisches Glas) durch Gießen, Prägen, Spritzgießen oder Spritzprägen geformt, bestehen.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenarrays (1, 2) blankgepresste Glasverformungen sind.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (5) in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen bis zu den hälftigen Abständen (A) zwischen den Vertiefungen der sich gegenüberliegenden Linsenarrays (1, 2) eingebettet sind.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement (5) als absorbierende Gitterblende ausgebildet und im Monolith integriert ist.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterblende (5) in urformtechnisch, umformtechnisch oder abtragend eingebrachte Nuten in den linsenzeilen- und/oder linsenspaltenförmigen Vertiefungen des ersten Linsenarrays (1) eingebracht ist.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterblende (5) in den Nuten durch Umgießen oder Umspritzen mit organischem Glas in seiner Lage fixiert ist.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterblende (5) aus einem formstabilen, faserverstärkten Kunststoff oder einer faserverstärkten Kohlenstoffverbindung besteht.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Verbesserung der Absorption die Gitterblende (5) eingefärbt oder beschichtet ist.
Wabenkondensor zur homogenen Ausleuchtung einer Zielfläche nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterblende (5) zur Vermeidung einer gerichteten Reflexion von Lichtanteilen, die nicht absorbiert werden, eine in Richtung der Beleuchtungseinrichtung orientierte raue Oberfläche (3) aufweist.
Wabenkondensor nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das die Gitterblende (5) aus zwei mit gleichem Abstand zur optischen Achse (AB) angeordneten Teilblenden (5' und 5'') besteht, wobei eine Teilblende (5') im ersten Linsenarray (1) und die andere Teilblende (5'') im zweiten Linsenarray (2) fixiert ist.
Wabenkondensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, das zum Zwecke der Stabilisierung der Blendenanordnung die Teilblenden (5', 5'') an ihren optisch nicht wirksamen Flächen partiell miteinander verbunden sind.
Wabenkondensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilblenden (5', 5'') vollständig miteinander verbunden sind.