用于使光束均匀化的装置和设备制造方法及图纸

用于使光束均匀化的装置，具有两个彼此基本上相对的可以用作光束（２、５）的入射面（７）和射出面（８）的光学功能界面，入射面（７）和射出面（８）至少局部地具有类似透镜的结构，在入射面（７）和射出面（８）上形成的结构形成相互交替地并排设置的凸出部分（９、１１）和凹入部分（１０、１２），凸出部分（９、１１）和凹入部分（１０、１２）之间的过渡是相对平滑的。本发明专利技术还涉及具有一个上述类型的装置（３）的用于使光束均匀化的布置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有两个彼此基本上相对的能作为光线的入射面和射出面的功能界面的用于使光束均匀化的装置，在此入射面和射出面至少局部地具有类似透镜的结构。本专利技术还涉及一种具有一个能被要均匀化的光束穿过的用于使光束均匀化的装置的使光束均匀化的布置，沿光线方向在这个装置后面布置有一个聚光透镜，该聚光透镜使光束这样聚焦，即，使光束大约在聚光透镜的焦平面区域内比进入该装置前更均匀。
技术介绍
由PCT申请WO98/10317已知上述类型的装置和布置。其中描述的装置不仅在它的入射面上而且在它的射出面上都有整列相互平行和并排布置的圆柱形透镜。入射面的圆柱形透镜和射出面的圆柱形透镜的圆柱轴线相互垂直。在这个设备后面布置有一个聚光透镜，这个聚光透镜能够使穿过装置的光在一个焦平面上聚焦。用这个布置和这个装置，通过使光束入射到圆柱形透镜的不同区域的分光束在不同的立体角范围内被转向来实现均匀化。因此光束在穿过使光束均匀化的装置后比进入前容易发散。在聚光透镜中平行入射其中的分光束这样被改变方向，使分光束在焦平面上被聚到一个点上。因此发生各个分光束的重叠，通过以前的在圆柱形透镜上的折射实现在不同的立体角范围内的均匀散射。由于这个原因在焦平面上的光束横截面比较均匀。上述装置以及上述布置的缺点是，装置由并排的凸圆柱形透镜组成，在圆柱形透镜的连接区域内存在入射面或射出面的表面的非常强烈的弯曲。待均匀化的光束的入射到连接区域的分光束或者无妨碍地通过连接区域，使它不能被均匀化，或者是分光束不受控制地转向不同方向，使它脱离光束并因此被视为损失。此外还存在这样的危险，在这个边缘锋锐的连接区域内有一个这样小的曲率半径，使得在装置内部或装置后面不远处形成不希望的高强度焦点。这可能在相应高的激光强度下导致损坏。在非常高的激光强度时还有以下的缺点，它涉及到凸圆柱形透镜，在使光束均匀化的装置后面形成高强度的聚焦线，使在焦点区域同样可能产生对环境的破坏。由现有技术已知一些开头所述类型的装置，这些装置在入射面和/或射出面上具有球形的凸透镜元件。这些球形凸透镜元件同样相互很密地挨着排列。他们通过与上述圆柱形透镜相同的方式使光束均匀化，并且最后也具有相同的缺点。特别是根据使用球形凸透镜元件的事实，整个装置被高强度的焦点区域损坏的危险明显大。各个球形透镜部分之间的过渡区域也是边缘锋锐的，使得在这里同样可能产生上述问题。
技术实现思路
本专利技术基于的问题是创造一种较有效地构成的开头所述类型的装置和布置。这个关于装置的问题通过权利要求1所述的特征解决，关于布置的问题通过权利要求9所述的特征解决。按照权利要求1规定，由交替并排地布置的凹入部分和凸出部分构成在入射面和射出面上形成的结构，凸出部分和凹入部分之间的过渡部分是相对平滑的。通过使凸出部分和凹入部分并排的布置，按照本专利技术这两部分之间的过渡部分可以相对平滑，也就是说，不形成另外的台阶或棱角。特别是凸出部分的曲率可以过渡成凹入部分的曲率。特别是相对平滑就本专利技术而言意味着，凸出部分和凹入部分之间的过渡区域与凸出部分和凹入部分的空间延伸相比在一个垂直于入射面和射出面的方向上是平滑的，特别是没有台阶或棱角，过渡区域的延伸在一个垂直于入射面和射出面的方向上能与上述各部分的延伸进行比较。相对平滑在这个意义上不应该意味着，凸出部分和凹入部分之间的过渡区域应该不具有任何的表面粗糙度。更确切地说，这些部分之间的过渡区域应该不具有台阶或棱角，在光线穿过的方向上它们的空间延伸明显地小于凸出和凹入部分的空间延伸。通过凸出部分和凹入部分之间的过渡部分的平滑构造保证，穿过过渡区域的光线不会无控制地从装置散射出。通过这种方式特别是提高了光输出的效率。通过这个平滑的过渡还不会产生可能在装置后面导致强度高的焦点或焦线的尖锐曲线。此外通过这个凸出和凹入部分之间的没有过渡的连接区域，入射在这个区域上的光束不会无妨碍地穿过。在原理上每束照射在装置上的分光束还这样被改变方向，能够保证进入装置的光束最佳地被均匀化。按照本专利技术一个优先实施形式规定，凸出部分和凹入部分具有一个总是位于入射面或射出面内的方向，沿着这个方向这些部分的曲率至少局部基本上是不变的，入射面的基本上不变的曲率的方向与射出面的基本上不变的曲率的方向垂直。从而产生一个结构，这个结构与按照现有技术的交叉的圆柱形透镜的结构相似。然而按照本专利技术规定，一个凸出的延伸的类似透镜的结构总是与一个凹入的延伸的类似透镜的结构相邻。用这种方式与现有技术相反，保证在凸出和凹入部分也就是类似透镜的结构之间没有台阶或棱角的平滑过渡。在此特别是凸出部分和凹入部分可以在总是与不变的曲率的方向垂直的方向上具有一个椭圆的形状。作为选择凸出部分和凹入部分可以在总是与不变的曲率的方向垂直的方向上具有一个双曲线的或抛物线的或较高阶多项式的形状，或者具有一个类似正弦的形状。通过凸出和凹入部分的这种表面构造避免在使光束均匀化的装置后面产生具有高强度的焦点区域。与球形透镜或圆柱形透镜不同，例如椭圆形透镜没有明确的焦点区域，因为它垂直于不变的曲率方向有一个基本上不断改变的曲率。与一个类似正弦的形状相反，构成为椭圆、双曲线、抛物线或较高阶多项式形状的凸出和凹入部分还具有以下优点，它们可以形成这样的构造，能使光束横截面明显有效地均匀化。这在下面参考图4的附图说明中还要详细地解释。有利地可以规定，凸出部分的曲率按平均值弱于凹入部分的曲率。用这种方式进一步减小在凸出部分后面的焦点区域的光强度。由于它们的作用像散射透镜的事实，在凹入部分后面根本不产生焦点区域。在本专利技术的一种特别适合于具有较小强度的光束的实施形式中，凸出部分和凹入部分在总是垂直于不变的曲率方向的方向上可以具有一弓形的形状，以便产生并排排列的凸和凹圆柱形透镜。这些并排排列的凸和凹圆柱形透镜也有助于按照本专利技术提高效率，因为这些凸和凹圆柱形透镜部分之间的过渡区域是平滑的，这样不会出现上述由现有技术已知的缺点。只是在明显强烈的激光束情况下在凸圆柱形透镜部分后面产生焦线，它是这样的强烈，以致造成不希望的损坏。按照本专利技术有这样的可能性，不仅在入射面上而且在射出面上都形成大量的凸出部分和凹入部分，最好是大约100到500个，特别是大约300个。这些并排排列的凸出和凹入部分的数量可以根据用途增加或减少。这根据入射光束横截面的强度分布质量的不同而有所不同。附图说明借助于以下参考附图对优选实施例的说明得出本专利技术的其他的特征和优点。附图中图1a按照本专利技术的用于使光束均匀化的布置的示意侧视图；图1b相对于图1a转动90°的侧视图；图1c表示在图1a和图1b中描绘的光程的各个位置上的光束的强度分布的曲线图；图2a按照本专利技术使光束均匀化的装置的一部分的俯视图；图2b按图2a中箭头IIb方向的视图；图2c按图2a中箭头IIc方向的视图；图3示出全部数量的分光束在使光束均匀化用的装置的透镜表面上折射的详细侧视图；图4示出通过一个按照本专利技术使光束均匀化的装置使入射光线依据入射位置偏向不同的立体角的曲线图。具体实施例方式在图1a和图1b中描绘的按照本专利技术的配置含有一个光源1，从光源1中射出光束2，光束2穿过一个按照本专利技术的使光束均匀化的装置3，最后被一个聚光透镜4聚焦。从聚光透镜4射出的光束5在图1a和图1b中被本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于使光束均匀化的装置，具有两个彼此基本上相对的光学功能界面，所述界面可以用作光束（２、５）的入射面（７）和射出面（８），其中，所述入射面（７）和射出面（８）至少局部地具有类似透镜的结构，其特征在于，在所述入射面（７）和射出面（８）上形成的结构形成交替并排排列的凸出部分（９、１１）和凹入部分（１０、１２），所述凸出部分（９、１１）和凹入部分（１０、１２）之间的过渡是相对平滑的。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢米哈伊洛夫，
申请(专利权)人：LIMO专利管理有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]