CN101490597B - 使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置 - Google Patents

使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101490597B
CN101490597B CN200780026566.XA CN200780026566A CN101490597B CN 101490597 B CN101490597 B CN 101490597B CN 200780026566 A CN200780026566 A CN 200780026566A CN 101490597 B CN101490597 B CN 101490597B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
laser
aid
laser aid
light distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200780026566.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101490597A (zh
Inventor
T·米特拉
A·拜耶尔
H·冈瑟尔
T·斯坦因布鲁克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
Original Assignee
Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG filed Critical Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
Priority claimed from PCT/EP2007/005626 external-priority patent/WO2008006460A1/de
Publication of CN101490597A publication Critical patent/CN101490597A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101490597B publication Critical patent/CN101490597B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于使光均匀化的装置，其包括具有多个透镜(6，9，10)的透镜阵列(5，7，8)，要被均匀化的光可穿过这些透镜，其中透镜阵列(5，7，8)中的透镜(6，9，10)具有至少两种不同的中心间距，所述透镜(6，9，10)的中心间距从里向外增大，并且能产生梯形光强分布。此外本发明还涉及用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置，它具有这种使光均匀化的装置。

Description

使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置
技术领域
本发明涉及一种用于使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置。
背景技术
所述类型的装置已由US2004/0130790公开。其中所描述的使光均匀化的装置具有透镜阵列，在阵列中多个、特别是所有的透镜在光圈、焦距和必要时其它参数上不同于所有其它透镜。通过这些透镜在阵列中的尤其是随机的分布，实现了光的良好均匀化。
另一种均匀化装置由WO 2005/085935公开。其中所描述的装置中多个双凸柱面透镜彼此相邻地排列在一个透镜阵列中，其中每个透镜大小相等并具有相同的焦距。采用这种装置可以在工作面内获得被称为“顶帽”(“Top-Hat”)的光强分布。这种光强分布具有例如非常好的均匀性和非常陡峭的边沿。
然而特定的应用希望倾斜的边沿具有规定的斜度。在现有均匀化技术中这可以通过散焦实现。但是这种方法实现的光强特性总的来说不好，并且难以控制。一种应用例如是长的合成到一起的光线，这些光线利用开始处所提到的激光装置来形成。
按照现有技术，长的激光光线(它们例如超过100毫米)只通过光源和光线间相应大的距离而形成。这里典型的是此距离至少与光线长度一样大。在工业应用中通常不存在如此大的空间，尤其是光线长度大于1米的情况下。
开始处所述类型的激光装置已由US 6717105B1公开。其中所描述的激光装置包括多个激光源，它们被分别配置一个光学元件。这些光学元件分别由激光源的激光光线形成具有线性光强分布的激光射线，其中这些单个的激光射线可以在一个工作面内叠加成共同的线性光强分布。
发明内容
本发明要解决的技术问题是给出一种如开始处所述类型的装置，用它可以在工作面内获得具有规定斜度边沿的“顶帽轮廓”光强分布。此外本发明要解决的技术问题还在于提供一种激光装置，用它可以在工作面内产生线性的光强分布，它相对较长，并且其中光源不需要远离工作面。
本发明有关装置的任务由具有根据本发明所述区别特征的开始处所述类型的装置完成，本发明有关激光装置的任务由具有根据本发明所述区别特征的开始处所述类型的激光装置完成。
按照本发明，用于使光均匀化的装置包括具有多个透镜的透镜阵列，要被均匀化的光能穿过这些透镜，其中透镜阵列中的透镜具有至少两种不同的中心间距，其中，透镜的中心间距从里向外减小或增大，并且能产生梯形光强分布。这样特别是在透镜阵列中各个透镜有同时恒定焦距的情况下通过改变中心间距(Pitch)实现所希望的均匀化射线特性。其结果是，具有不同大小的场迭加在场透镜的焦点处。这个原理适合于单阶以及二阶的均匀化，也适用于使用单一的均匀化装置。本发明的核心是均匀化装置，它对于一个或两个轴产生规定的、梯形的角度分布。
优选地，所述透镜的中心间距在透镜阵列的中心最小，并从中心向透镜阵列的边缘连续增大。
优选地，多个透镜的焦距相等。
优选地，所有透镜的焦距均相等。
优选地，该装置包括两个具有多个透镜的透镜阵列，要被均匀化的光能够穿过它们。
优选地，这两个透镜阵列被相同地构造。
优选地，所述透镜被构造成柱面透镜。
按照本发明，一种用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置包括多个能够发射激光射线的激光器模块，还包括光学元件，这些光学元件能够如此分别对激光器模块之一所发出的激光射线进行成形，使得各单个激光器模块的激光射线在工作面内能够迭加成一个线性光强分布，其中，激光装置的光学元件包括一个本发明所述的用于均匀化的装置。这种激光装置的可能应用领域例如是材料加工，其中希望激光器以例如25厘米的小工作间距发出具有例如110厘米宽度的长光线。
优选地，所述光学元件能够如此对由一个激光器模块所发出的激光射线进行成形，使得能够形成具有至少分段呈线性光强分布的激光射线，其中各单个激光器模块的所述具有至少分段呈线性光强分布的激光射线能够在工作面内迭加成一个线性光强分布。
优选地，每个激光器模块包括至少一个激光源。
优选地，所述至少一个激光源被构造成激光二极管条或激光二极管条堆。
优选地，每个激光器模块包括准直装置。
优选地，每个激光器模块包括至少一个快轴准直透镜。
优选地，每个激光器模块还包括至少一个慢轴准直透镜。
优选地，所述光学元件包括用于射线迭加的场透镜。
附图说明
下面借助于参考附图所示优选实施例给出本发明的其它特征和优点。如图所示：
图1是本发明所述激光装置的透视图；
图2a是本发明所述的用于使光均匀化的装置的第一实施方式的侧视图；
图2b是本发明所述的用于使光均匀化的装置的第二实施方式的侧视图；
图3示出利用该装置可获得的任意单元光强分布；
图4示出利用本发明所述激光装置可获得的任意单元光强分布。
在附图中采用笛卡尔坐标系进行说明。
具体实施方式
本发明所述激光装置的基本原理在图1中示出。图中可看到7个激光器模块1，它们以类似的、但是不一定相同的射线模式照射光学模块。在此光学模块中包含7个用于形成射线的光学元件2，它们分别产生具有至少分段呈线性光强分布的激光射线3。这里特别之处在于，通过采用本发明所述的用于均匀化的装置(参见图2a和图2b)可以调节激光射线3的每个单个光线的光线长度和边沿形状，使得通过激光射线3的各单个光线的迭加在工作面中形成线性光强分布4。合成到一起的7个激光射线3的子射线给出均匀的线性光强分布4。
照射光学模块的激光器模块1可以基于光学模块与输入射线的独立性而毫无问题地被更换。
图2a示出本发明所述的用于使光均匀化的装置，它具有一个透镜阵列5，其中包括多个透镜6。透镜6被构造成具有在Y方向上的圆柱轴的柱面透镜。可以看到，透镜6的中心间距(Pitch)P1，P2在透镜阵列5的中心处小于在边缘处。这是如此实现的：透镜6在X方向(见图中所示坐标系)(在此方向上透镜6彼此相邻排列)的宽度从中心向外部增加。作为替代，也存在下述可能性：中心间距从中心向外部减小。
然而透镜6的焦距对所有透镜6相等。特别是在Z方向上位于后面的折射表面的焦距f6对应于透镜6在Z方向上、即在被均匀化的射线的传播方向上的厚度。
图2b示出一个本发明所述的二阶的用于使光均匀化的装置。它包括两个透镜阵列7，8，它们分别具有多个透镜9，10。这里透镜7、8的中心间距P1，P2也是从中心向外部增加。作为替代，同样也存在下述可能性：中心间距从中心向外部减小。
在此装置中对于第一透镜阵列7上所有的透镜9和/或对于第二透镜阵列8上所有的透镜10，透镜的焦距相等。特别是在Z方向上位于后面的折射表面的焦距f10对应于在Z方向上透镜9至透镜10的距离。
存在以下可能性：在两个相互垂直的方向上实现本发明所述的装置。这时例如可在图2b所示透镜阵列7，8的彼此相对的侧面上分别排列着多个具有X方向上的圆柱轴的柱面透镜。这些柱面透镜也可具有相应从中心向外部改变的中心间距。
在透镜阵列5的各单个透镜6，9，10的焦距同时恒定的情况下，通过改变透镜6，9，10的中心间距(Pitch)实现了均匀化装置的辐射特性，此特性例如如图3所示。此辐射特性通过具有不同大小的场的迭加在场透镜焦点处形成。图3示出，采用这种类型的均匀化装置可以产生一种光强模式，它在中心区域具有恒定的光强，而在两个边缘区域具有线性下降的光强。可以对一个或两个轴形成规定的梯形角度分布。此原理适用于一阶均匀化，也适用于二阶均匀化，并且适用于应用单一均匀化装置。
图4示出对该激光装置的仿真结果。具有梯形光强分布且每个为190毫米长的两个激光射线3的光线合成为一个线性光强分布4。这里获得的均匀度约为96％，即约为±2％。
激光射线3的各单个光线具有恒定斜率的光强分布的边沿可以在工作面内最佳地迭加成一个线性光强分布4。同时在相对较弱的边沿斜度情况下相对于在工作面内调整的不精确性得到很大的容差。

Claims (14)

1.一种用于在工作面内产生线性光强分布(4)的激光装置，包括多个能够发射激光射线的激光器模块(1)，还包括光学元件(2)，这些光学元件能够如此分别对激光器模块(1)之一所发出的激光射线进行成形，使得各单个激光器模块(1)的激光射线(3)在工作面内能够迭加成一个线性光强分布(4)，其特征在于，所述光学元件(2)包括至少两个用于使光均匀化的装置，其中所述用于使光均匀化的装置中的每一个包括具有多个透镜(6，9，10)的透镜阵列(5，7，8)，要被均匀化的光能穿过这些透镜，其中透镜阵列(5，7，8)中的透镜(6，9，10)具有至少两种不同的中心间距，并且其中透镜(6，9，10)的中心间距从里向外减小或增大，使得所述用于使光均匀化的装置中的每一个能产生梯形角度分布，其中由于梯形角度分布的边沿的恒定斜度，各个激光器模块(1)的激光射线(3)能够在工作面内最佳地迭加成线性光强分布(4)。
2.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述透镜(6，9，10)的中心间距在透镜阵列(5，7，8)的中心最小，并从中心向透镜阵列(5，7，8)的边缘连续增大。
3.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，每一个用于使光均匀化的装置中的多个透镜(6，9，10)的焦距(f6，f10)相等。
4.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，每一个用于使光均匀化的装置中的所有透镜(6，9，10)的焦距(f6，f10)均相等。
5.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，用于使光均匀化的装置包括两个具有多个透镜(9，10)的透镜阵列(7，8)，要被均匀化的光能够穿过它们。
6.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，这两个透镜阵列(7，8)被相同地构造。
7.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述透镜(6，9，10)被构造成柱面透镜。
8.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述光学元件(2)能够如此对由一个激光器模块(1)所发出的激光射线进行成形，使得能够形成具有至少分段呈线性光强分布的激光射线(3)，其中各单个激光器模块(1)的所述具有至少分段呈线性光强分布的激光射线(3)能够在工作面内迭加成一个线性光强分布(4)。
9.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，每个激光器模块(1)包括至少一个激光源。
10.如权利要求9所述的激光装置，其特征在于，所述至少一个激光源被构造成激光二极管条或激光二极管条堆。
11.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，每个激光器模块(1)包括准直装置。
12.如权利要求11所述的激光装置，其特征在于，每个激光器模块(1)包括至少一个快轴准直透镜。
13.如权利要求12所述的激光装置，其特征在于，每个激光器模块还包括至少一个慢轴准直透镜。
14.如权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述光学元件(2)包括用于射线迭加的场透镜。
CN200780026566.XA 2006-07-13 2007-06-26 使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置 Expired - Fee Related CN101490597B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006032657 2006-07-13
DE102006032657.1 2006-07-13
DE102006033069.2 2006-07-14
DE102006033069 2006-07-14
PCT/EP2007/005626 WO2008006460A1 (de) 2006-07-13 2007-06-26 Vorrichtung zur homogenisierung von licht sowie laservorrichtung zur erzeugung einer linienförmigen intensitätsverteilung in einer arbeitsebene

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101490597A CN101490597A (zh) 2009-07-22
CN101490597B true CN101490597B (zh) 2013-09-04

Family

ID=37781694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780026566.XA Expired - Fee Related CN101490597B (zh) 2006-07-13 2007-06-26 使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101490597B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013104986A1 (de) 2013-05-15 2014-12-04 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Beaufschlagung der Außenseite eines rotationssymmetrischen Bauteils mit Laserstrahlung
CN109521573A (zh) * 2019-01-02 2019-03-26 苏州天准科技股份有限公司 3d线状激光扫描测量设备的线状激光光斑纵向匀光方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6386709B1 (en) * 1999-08-18 2002-05-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Projection display unit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1340196A1 (en) * 2000-12-05 2003-09-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 3-d character data generating device and a 3-d graphics data generating device
US7186004B2 (en) * 2002-12-31 2007-03-06 Karlton David Powell Homogenizing optical sheet, method of manufacture, and illumination system
US6950239B2 (en) * 2004-01-08 2005-09-27 Tang Yin S Method for making micro-lens array

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6386709B1 (en) * 1999-08-18 2002-05-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Projection display unit

Also Published As

Publication number Publication date
CN101490597A (zh) 2009-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2950145B1 (en) Illumination system for lithography
US6504650B1 (en) Optical transformer and system using same
RU2539680C2 (ru) Устройство для формирования лазерного излучения и лазер с таким устройством
US10816794B2 (en) Method for designing illumination system with freeform surface
US20080084612A1 (en) Apparatus for generating a homogeneous angular distribution of laser irradiation
US9448410B2 (en) Device for converting laser radiation into laser radiation having an M profile
JP2016537681A (ja) Ｅｕｖ投影リソグラフィのための照明系
JP2022051831A (ja) 光ビームフォーマ
CN105182542A (zh) 光照射装置以及绘图装置
US8395844B2 (en) Apparatus for homogenizing light and laser apparatus for producing a linear intensity distribution in a work plane
CN100427995C (zh) 用于使光均匀化的装置和用这种装置进行照明的结构
CN102334060B (zh) 用于使激光辐射均匀化的设备
CN107430348A (zh) 辐射系统
CN208206801U (zh) 一种激光物证仪
KR20070057074A (ko) 광 균일화 장치 및 상기 광 균일화 장치를 구비한 조명장치 또는 포커싱 장치
CN101490597B (zh) 使光均匀化的装置和用于在工作面内产生线性光强分布的激光装置
KR20160002739A (ko) 선형 세기 분포를 갖는 레이저 방사선의 생성 장치
CN101221374B (zh) 一种照明均匀性校正装置
US9625727B2 (en) Device for homogenizing a laser beam
CN109116554A (zh) 光学积分器的设计方法
US10527255B2 (en) Illumination system with freeform surface
CN109375368A (zh) 一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法
US11067248B1 (en) Multiple light control lenses for asymmetric light distribution
CN113253468A (zh) 一种基于微透镜阵列的激光匀化整形系统
US10955701B2 (en) Freeform optical structures for direct-lit applications

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: Borussia Dortmund

Applicant after: Hentze Lissotschenko Patentver

Address before: German Guy Sten Green

Applicant before: Hentze Lissotschenko Patentver

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130904

Termination date: 20150626

EXPY Termination of patent right or utility model