[發明專利]柱狀透鏡及其生產方法

有效

• 申請號: 201310294422.X
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103539339A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 羅伯特·黑特勒;弗蘭克·金代萊;埃德加·帕夫洛夫斯基
• 申請（專利權）人: 肖特公開股份有限公司
• 主分類號: C03B23/04
• 分類號: C03B23/04
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蔡石蒙;車文

技術領域

本發明涉及一種用于生產柱狀透鏡的方法，其中每個柱狀透鏡均包括導光元件和透鏡元件，并且還涉及這樣的柱狀透鏡，以及涉及一種這樣的柱狀透鏡的陣列布置。

背景技術

柱狀透鏡是已知的，并且包括伸長的導光元件和在導光元件的至少一端上的透鏡元件。這樣的柱狀透鏡已經由玻璃塊或預成形件通過研磨和拋光而被生產出來，或者通過在模具中將這樣的預成形件熔化并且通過壓縮使它們變形而被生產出來。柱狀透鏡在模制過程中的制造也是已知的（US2010/327470A）。

發明內容

現有技術的方法的問題在于相當高的生產成本。此外，已知的方法不適于在生產柱狀透鏡的同時制造殼體，例如對于柱狀透鏡的許多應用需要殼體。

因此，本發明的目的是提供一種用于生產柱狀透鏡的改進方法。在生產柱狀透鏡時，應能夠同時對柱狀透鏡提供殼體或部分殼體，使得能夠滿足柱狀透鏡的多種應用的需求。以這樣的方式在太陽能電池、光電探測器、CCD和CMOS傳感器、LED、OLED、光纖以及激光器中實現在聚焦、校準（collimation）或成像方面的低損失的導光裝置。

這一目的由獨立權利要求實現。

具體地，由密封玻璃制成并具有相對低的熔點和預定的熱膨脹系數的玻璃主體由支架支撐，所述支架具有比密封玻璃高的熔點，但是具有與密封玻璃類似的熱膨脹系數。在被支撐的同時，密封玻璃被熔化，從而由于在自由表面處的表面張力和例如在殼體部分的邊緣處或支架的端面處的界面張力的效應，密封玻璃主體的從支架凸出到空氣或氣體中的部分變形成具有球形或近似球形表面的主體。取決于密封玻璃主體在支架上方的凸出部的尺寸，曲率或多或少是明顯的（pronounced），也就是說，所形成的球形蓋帽將會或多或少包括球或球形體的若干大部分。

通過表面張力效應形成的球形表面被回火拋光，并且因此具有高質量。表面張力效應和界面張力取決于玻璃的材料性質、所使用的大氣，并且/或者在金屬支架的情況下取決于金屬表面。例如，在生產柱狀透鏡時，可以通過使液體密封玻璃經受具有適于影響液體密封玻璃的表面張力的氣體組分的大氣，而影響液體密封玻璃的界面張力，以用于對柱狀透鏡成形。表面張力還取決于大氣的溫度。以這樣的方式，表面張力可能被增加或降低。表面張力越高，則所生產出來的蓋帽將會越接近球體。通常，用于影響表面張力的氣體特別地在熔爐中被添加至大氣，這例如由制造條件確定。

形成透鏡元件的密封玻璃主體由玻璃或金屬支架支撐。密封玻璃制成的透鏡元件可以支承在由具有比密封玻璃高的熔點的“支持玻璃”制成的玻璃體上，或者可以由支持玻璃形成的環形形狀包圍。為了避免柱狀透鏡中的機械應力，密封玻璃和支持玻璃的熱膨脹系數不應顯著不同。這在使用環形金屬支架時也適用，除非支架由于極薄的金屬厚度而是柔性的。為了這一目的，優選的壁厚小于100μm。當玻璃的膨脹系數大于金屬支架的膨脹系數時，在被冷卻時，將在金屬支架和玻璃之間形成空氣間隙。這對于在玻璃的界面處的光學全反射來說是有利的。為了這一目的，應使用具有小的壁厚的金屬支架，或者密封玻璃和支架應僅在升高的溫度下被結合。

在生產柱狀透鏡中使用的玻璃或金屬支架在制造之后成為殼體的一部分或者形成柱狀透鏡的殼體。實現了柱狀透鏡的密閉地密封包裝，這在柱狀透鏡被耦合到諸如LED、激光器或光電探測器的有源光學裝置時是特別重要的。這一包裝在光聚焦、校準和成像操作中允許低損失導光。

柱狀透鏡的幾何形狀包括具有恒定的柱形橫截面的棱柱形或圓柱形形狀，以及具有導光元件的漸縮橫截面的棱錐形或圓錐形形狀。應理解，在棱柱形或棱錐形形狀的情況下，僅能夠實現透鏡元件的近似球形表面。這樣的有角形柱狀棱鏡的陣列布置可以比圓柱形的柱狀棱鏡實現更好的表面區域的使用。

在無法期望在導光元件的側向表面上進行充分全反射的情況下，同樣能夠使用具有高反射率的經拋光的內表面，該具有高反射率的經拋光的內表面起到鏡子的作用或者被提供有涂層以增加導光性能。

為了影響導光性能，還能夠利用所采用的玻璃的不同折射率。支持玻璃能夠具有比密封玻璃低的折射率，以實現導光性能。

通過使用具有不同折射率的玻璃，可以獲得漸變折射率透鏡效應（gradient?index?lens?effect）。為了這一目的，可以在芯部區域中使用具有折射率n1的密封玻璃，并且在覆層區域中使用具有折射率n2的密封玻璃，以及使用具有折射率n3的支持玻璃。

附圖說明

本發明的進一步細節將從以下示例性實施例的描述以及所附權利要求書中得以明了。

在附圖中：