棒狀透鏡的制造方法以及棒狀透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種均勻地一體成形并且各自具有軸部和凸透鏡部的棒狀透鏡的制造方法，以及進一步涉及通過新方法制備的棒狀透鏡、和棒狀透鏡的矩陣排列。
【背景技術】
[0002]棒狀透鏡本身是公知的，以及它們具有細長的軸部和在軸部的至少一端的透鏡部。這樣的棒狀透鏡由預型件通過在壓制模具中熔融這些預型件并通過壓制使它們變形而制成。在鑄塑處理中的制造也是已知的(US 2010/327470 A)。
[0003]從KR101306481 BI中已知一種微光學部件，其是構建在基板上并且可以以包括微玻璃透鏡的部件陣列的形式來制造。所述基板具有一個或多個的蝕刻空腔，一個或多個的玻璃坯件在基板的上表面熔融以填充一個或多個空腔，并且在上表面和下表面蝕刻所述基板以完成微玻璃透鏡的制造。
[0004]上文所述的現有技術的方法具有相當高的制造成本的缺點。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的一個目的是提供一種具有成本效益的高質量的棒狀透鏡的制造方法。高質量是指在用諸如太陽能電池、光電探測器、發光二極管、光纖和激光器的光學制品的聚焦、準直以及成像中能夠低損失地引導光。
[0006]棒狀透鏡具有軸部和在軸端部的凸透鏡部。為了呈現盡可能最少的光損失，根據本發明的這樣的棒狀透鏡均勻地一體成形。在制造中，提供了可具有表面粗糙度的毛坯玻璃體。在模具的合適的空腔中接納和支撐這些毛坯玻璃體，使得每個毛坯玻璃體的一部分從模具突出。毛坯玻璃體的該部分的目的是在處理后限定棒狀透鏡的透鏡部分。通過在這樣的溫度下熔融來完成毛坯玻璃體的處理，使得毛坯玻璃體的從模具突出的部分在空氣或氣體環境中變形成具有球形或接近球形的表面的圓頂形狀。該變形是由在毛坯玻璃體的突出的液體端部處的表面力以這樣的方式生成的，使得空閑的玻璃表面(free glasssurface)呈現最小尺寸。一旦發生這種情況，可以冷卻棒狀透鏡，通常隨后在緩冷爐或退火爐中進行，以便防止棒狀透鏡內形成任何收縮應力和條紋。此后，將棒狀透鏡從模具中取出。
[0007]這樣制備的棒狀透鏡均勻地一體成形，即其軸部和透鏡部在一個部件上。透鏡部具有火拋光質量的球形或接近球形的表面。火拋光質量是指表面粗糙度是非常低的。例如，(隨機)均方根粗糙度為0.1微米，(隨機)平均粗糙度為80.5納米，和峰-至-谷粗糙度為398納米。
[0008]軸部可具有棱柱形或圓柱形形狀，所述形狀具有恒定的棒狀橫截面。但是，軸部也可以具有截頭錐體形狀，任選地甚至具有六邊形底面或截頭圓錐體形狀。在這種情況下，棒狀透鏡具有逐漸變細的橫截面，或逐漸變大的橫截面。
[0009]為了便于從模具中取出棒狀透鏡，如果模具的材料的熱膨脹系數小于所制備的棒狀透鏡的熱膨脹系數，是有利的。因此，在冷卻期間所制備的棒狀透鏡將比模具收縮得更多。
[0010]也可以使用兩件式或多件式模具代替單件式模具，尤其是當制備具有從透鏡部朝軸部的基部看逐漸變大的橫截面的棒狀透鏡時。
[0011 ] 對于模具的材料，石墨、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷和金屬是可以想到的。
【附圖說明】
[0012]現在將參照附圖對本發明的示例性實施例進行說明。在附圖中:
[0013]圖1示出棒狀透鏡的制造原理；
[0014]圖2示出基于粗糙的起始玻璃體的制造；
[0015]圖3示出具有截頭錐體形狀的軸的棒狀透鏡的制造；
[0016]圖4示出類似于圖3但具有腳部的棒狀透鏡的制造；
[0017]圖5示出采用矩陣排列的棒狀透鏡陣列；
[0018]圖6示出作為起始材料的毛坯玻璃體和退火后制備的棒狀透鏡的照片；
[0019]圖7是毛坯玻璃體的表面粗糙度的曲線圖；
[0020]圖8是棒狀透鏡表面的粗糙度的曲線圖；以及
[0021]圖9示出棒狀透鏡的表面輪廓。
【具體實施方式】
[0022]圖1示意性示出了從毛坯玻璃體I開始的具有凸透鏡部11和軸部12的棒狀透鏡10的制造。毛坯玻璃體I以這樣的方式插入到模具2的空腔中，使得毛坯玻璃體的一部分從模具中突出，該部分在制造后將限定透鏡部11。從毛坯玻璃體I制造棒狀透鏡10受到模具2中的熱處理的影響，并且在這樣的溫度下，使得毛坯玻璃體I熔融并有機會呈現其最小的主體表面。因此，正在形成具有球形或接近球形的表面的球形圓頂形狀。此球形表面的表面質量非常高，其被稱為火拋光質量。
[0023]在其生成期間，棒狀透鏡由模具2支撐，而它仍然是粘稠的/液體。為了避免應力裂紋和條紋，將仍然是熱的棒狀透鏡慢慢冷卻，這通常在緩冷爐或退火爐中完成。在冷卻過期間，棒狀透鏡I和模具2兩者均在收縮，但后者的收縮遠遠小于棒狀透鏡，這是由模具2的材料的熱膨脹系數小于棒狀透鏡10的熱膨脹系數來實現的。因此，一旦成品棒狀透鏡10充分冷卻，就可以很容易地將其從模具2的空腔中取出。
[0024]圖2示出具有例如當毛坯玻璃體從大塊上切割下來時引起的一些表面粗糙度的的毛坯玻璃體I。某些粗糙度在磨削后也仍然存在。當這樣的毛坯玻璃體I被插入到模具2的空腔，一些空氣仍然存在于毛坯玻璃體I的表面和模具2的內表面之間。然而，當毛坯玻璃體I熔融時，其膨脹直至達到模具2的壁并且通常取代所困住的空氣。因此，軸部12將呈現與模具2的表面質量相對應的表面光潔度。透鏡部11的表面質量由此獨立地由相對于周圍空氣或周圍氣體的表面層形成所限定，其會導致近似球形的表面。
[0025]圖3示出具有橫截面逐漸變大的軸部13的棒狀透鏡10的制造。該軸部13可具有截頭棱錐體的形狀，任選地還具有六邊形的底面，但是也可以是截頭圓錐體形狀。模具2與棒狀透鏡的形狀相適應，并最初具有空閑空間3，當毛坯玻璃主體I熔融時所述空閑空間3被填滿，并且所述空閑空間就工具形狀而言是某種底切的。因此，以兩個或以上部件的方式制備模具，以使得能夠更容易地從模具中取出成品棒狀透鏡。
[0026]圖4示出圖3的實施例的一個變型，其中模具2的空腔額外地具有其中可以傾注棒狀透鏡10的腳部14的內壁凹槽4。這樣的腳部14對于緊固目的是特別有用的。
[0027]圖5示出形成陣列并以其軸部12被錨定在保持裝置30中的棒狀透鏡10的矩陣排列。
[0028]圖6示出從毛坯玻璃體制備棒狀透鏡的方法的結果。起始材料的長度為6.3毫米，直徑為5.8毫米。退火后，棒狀透鏡的長度為7毫米，具有直徑為5.8毫米的軸部。球形表面的半徑為3毫米。
[0029]圖7示出在起始材料的表面上測得的粗糙度的曲線圖。從曲線圖中，可以得出:(隨機)均方根(rms)粗糙度為0.40微米，(隨機)平均粗糙度(Ra)為326.43納米，以及峰-至-谷(PV)粗糙度為2064.43納米。使用白光干涉儀獲得了測量值。
[0030]圖8示出使用白光干涉儀測定的在棒狀透鏡表面上測量的粗糙度。(隨機)均方根(rms)粗糙度為0.10微米，(隨機)平均粗糙度(Ra)為80.52納米，和峰-至-谷(PV)粗糙度為397.69納米。
[0031]圖9示出使用白光干涉儀測定的透鏡的表面輪廓的圖。球形表面的半徑為3毫米。
【主權項】
1.一種均勻地一體成形并且各自具有軸部和凸透鏡部的棒狀透鏡的制造方法，包括以下步驟: a)提供至少一個由其形成棒狀透鏡的毛坯玻璃體； b)提供用于接納和支撐所述毛坯玻璃體的模具，使得所述毛坯玻璃體的目的是限定所述透鏡部的部分從模具突出； c)在這樣的溫度下熔融所述毛坯玻璃體，使得所述毛坯玻璃體從所述模具突出的所述部分在空氣或氣體中變形成具有球形或接近球形的表面的圓頂形狀； d)使如此制備的所述棒狀透鏡冷卻； e)從所述模具中取出所述棒狀透鏡。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)包括提供兩件式或多件式模具，并且其中步驟e)包括使用兩件式或多件式模具。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述模具由選自由石墨、陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷和金屬組成的組中的材料制成。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述模具的材料的熱膨脹系數小于所制備的所述棒狀透鏡的熱膨脹系數，以使在步驟d)期間從所述模具中分離所述棒狀透鏡。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的方法制備的棒狀透鏡，其特征在于，包括軸部和透鏡部的所述棒狀透鏡是均勻地一體成形的，并且其中所述透鏡部具有火拋光質量的球形或接近球形的表面。
6.根據權利要求5所述的棒狀透鏡，其特征在于，所述軸部具有棱柱形或圓柱形形狀，所述形狀具有恒定的棒狀橫截面。
7.根據權利要求5所述的棒狀透鏡，其特征在于，所述軸部具有截頭錐體形狀，任選地具有六邊形底面、或截頭圓錐形狀。
8.根據權利要求5-7中任意一項所述的棒狀透鏡的矩陣排列。
【專利摘要】本發明涉及一種均勻一體的棒狀透鏡(10)以及由毛坯玻璃體(1)通過在模具(2)中熔融后者制造所述棒狀透鏡，由此毛坯玻璃體(1)的突出部變形成具有球形或接近球形的表面的圓頂形狀，其限定了棒狀透鏡(1)的凸透鏡部。
【IPC分類】C03B19-00
【公開號】CN104773946
【申請號】CN201510016329
【發明人】羅伯特·希特樂, 弗蘭克·金德勒, 埃德加·帕夫洛夫斯基
【申請人】肖特股份有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年1月13日
【公告號】DE102014100429A1, US20150198748