CN102844143A - 用于施加激光辐射的装置和用于投射线形的光分布的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对设置在工作区域（4）内的工件的至少部分反射的或透明的区域施加激光辐射（1）的装置，包括：激光光源，用于产生激光辐射（1）；光学装置，用于影响激光辐射（1），使其转到工作区域（4）内；其中，光学装置包括至少一个反射镜（6、7、8、9），所述发射镜能反射激光辐射（1）的在工作区域（4）内反射的部分或激光辐射（1）的穿过工作区域（4）的部分，使得激光辐射（1）的所述部分至少部分地被导回工作区域（4）。

Description

用于施加激光辐射的装置和用于投射线形的光分布的装置

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的装置，用于对设置在工作区域内的工件的至少部分反射的或透明的区域施加激光辐射。本发明还涉及一种按照权利要求14的前序部分所述的装置用以将投射线形的光分布，一种具有这种装置的激光装置和一种用于制造这种装置的方法。

背景技术

定义：激光辐射的传播方向指的是激光辐射的中心的传播方向，当所述激光辐射没有平面波或至少部分地是扩散的时尤其如此。对激光射束、光束、分光束或光线，如果没有明确地另外说明，指的是几何光学的非理想化的光线，而是一实际的光束，如例如具有高斯轮廓或一变形的高斯轮廓或一顶帽轮廓的激光射束，它没有无穷小的射束横截面，而具有有延展的射束横截面。透镜或圆柱形透镜的焦距指的是透镜在真空中（折射率n_v=1）的焦距。

这里还应该说明，在介质、例如空气或玻璃中的折射率取决于发生折射的光的波长。因此以下用n（λ）表示折射率。这种相关性理论的介绍例如在Born、Max和Wolf、Emil的“Principles of Optics”，第7版、剑桥大学、剑桥1999年，第97页等中找到。

用于施加激光辐射的开头所述类型的装置长期以来就是已知的。例如借助于聚焦的光学装置将激光辐射聚焦于工作区域，在其中例如应用激光辐射施加基质的层，以便产生化学反应或结构转变等。

但如果该层在使用的激光辐射的波长时只具有微小的光密度，则由现有技术已知的装置是不大有效的，因为在这种情况下只有激光辐射的较小的一部分由层吸收。

例如由DE 199 36 230 A1已知一种用于投射线形的光分布的开头所述类型的装置，在那里沿待投射的光分布的光的传播方向在两个基质上依次设置四个圆柱形透镜阵列，其中在每个基质上入射面和射出面都设有一个阵列。全部的圆柱形透镜构成相同的并且具有相同的焦距。基质的厚度从而在入射侧的和射出侧的阵列之间的间距分别对应于圆柱形透镜在基质的材料中的焦距的两倍或等于两倍的焦距和材料的折射率的乘积。按这种方式各接连设置的圆柱形透镜起双重的望远镜作用，从而在一个平面内1:1投射设置在基质面各圆柱形透镜的两倍的焦距处的光分布，该平面以两倍的焦距的距离设置在基质的后面。

在这样的布置结构中已经证明不利的是这样的事实，即一方面只有在待投射的光分布以圆柱形透镜的两倍的焦距设置在基质之前时才能实现包含一定范围的投射。此外对于相对于法线大角度射入的光束不可能合理地有助于投射。特别是利用这样的由现有技术已知的装置不可能令人满意地投射沿线性纵向方向延展很大的线形的光分布，例如长度大于1m长的光分布。利用这样的由现有技术已知的装置并不令人满意地投射。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于施加激光辐射的开头所述类型的装置，它是更有效的。此外本发明的目的在于，提供一种用于投射线形的光分布的开头所述类型的装置，它是更有效和更通用的，特别是可以用于沿线形纵向方向延展很大的光分布的投射。此外应给出一种具有所述装置的激光装置。还应给出一种用于制造所述装置的方法。

按照本发明，在用于施加激光辐射的装置方面通过一种开头所述类型的具有权利要求1特征部分的特征的装置、在用于投射线形的光分布的装置方面通过一种开头所述类型的具有权利要求14特征部分的特征的装置、在激光装置方面通过一种开头所述类型具有权利要求21特征部分的特征的激光装置以及在方法方面通过一种开头所述类型具有权利要求23的特征的方法来实现所述目的。各从属权利要求涉及本发明的优选的实施形式。

按照权利要求1设定，光学装置包括至少一个反射镜，该反射镜可以反射激光辐射的在工作区域内被反射的部分或激光辐射的穿过工作区域的部分，使得激光辐射的该部分至少部分地被导回工作区域。由此提高装置的效率，因为将已经被使用一次用于加载的激光辐射的部分重新导回工作区域并且可以部分地再次被吸收。

为此可以设定，至少一第一反射镜设置在工作区域的远离激光光源的一侧，它可以这样反射激光辐射的穿过工作区域的部分，即将激光辐射的该部分至少部分地导回工作区域。

此外可以设定，装置附加于所述至少一个第一反射镜在工作区域的面向激光光源的一侧包括至少一个第二反射镜，它可以反射激光辐射的由第一反射镜反射的和至少部分穿过工作区域的一部分的一部分，而将激光辐射的该部分至少部分地导回工作区域。按这种方式可以将激光辐射多次导回工作区域。

可选地可以设定，所述或各所述反射镜只设置在工作区域的面向激光光源的一侧，其中所述或各所述反射镜可以反射激光辐射的在工作区域内反射的部分，使得激光辐射的该部分至少部分地被导回工作区域。该实施形式对于在这样的待加载的材料是特别合适的，所述材料对于所使用的激光波长允许很小的透射或甚至不允许透射。

可以设定，所述至少一个反射镜具有一外部的和/或一内部的反射表面。例如可以将平面体或弯曲体的涂层的外表面和/或在一棱镜或类似结构中的反射的内部表面用作为反射镜。特别是可以通过棱镜中的内部的反射实现两个相互成90°角对接的反射镜。

按照权利要求14设定，

D₁=F₁·n（λ）和D₂=F₂·n₂（λ）

其中D₁是在第一阵列的各圆柱形透镜的顶点连线与第二阵列的各圆柱形透镜的顶点连线之间的间距，D₂是在第三阵列的各圆柱形透镜的顶点连线与第四阵列的各圆柱形透镜的顶点连线之间的间距，F₁是第一阵列和/或第二阵列的至少一个圆柱形透镜的焦距，F₂是第三阵列和/或第四阵列的至少一个圆柱形透镜的焦距，n₁（λ）是第一基质在波长λ时的折射率，以及，n₂（λ）是第二基质在波长λ时的折射率。

通过这样的构型可以达到，一方面待投射的光分布可以以比较任意的间距设置在装置之前，而这对投射的质量没有重要的影响。另一方面相对于法线成大角度射到装置上的光束也可以有助于投射，从而也可以合理地投射沿线形方向延展很大的光分布。

通过这样的装置可以实现这样的光路，它类似于后向反射设置中的光路，只是在按照本发明的装置中没有发生反射，而是发生透射。因此与按权利要求14的装置相结合得到一种“后向透射”。特别是还在通过装置时消除了待投射的光的各个分量的相位关系。尽管如此仍保持光的至少个别分量的发散角，或变换成相应的会聚角。

附图说明

本发明的其他的特征和优点根据下面结合附图对各优选的实施例的说明变得明显的，其中：

图1示出按照本发明用于施加激光辐射的装置的第一实施形式的示意性侧视图；

图2示出按照本发明用于施加激光辐射的装置的第二实施形式的示意性侧视图；

图3示出按图2中箭头III的详图；

图4示出按照本发明用于施加激光辐射的装置的第三实施形式的示意性侧视图；

图5示出按照本发明用于施加激光辐射的装置的第四实施形式的示意性侧视图；

图6示出按照本发明用于施加激光辐射的装置的第五实施形式的示意性侧视图；

图7示出按照本发明用于投射线形的光分布的装置的第一实施形式的示意性侧视图；

图8示出按照本发明用于投射线形的光分布的装置的第二实施形式的示意性侧视图。

具体实施方式

各图中相同的或功能相同的部件或光线设有相同的附图标记。此外为了更好的定向在一些图中画出直角坐标系。

激光辐射1来自未示出的激光光源，所述激光辐射在所示实施例中是准直的激光辐射1。应在工作平面内对基质的未示出的层中加载激光辐射1。该层例如对于所使用的激光辐射1的波长具有小的光学密度。这意味着，在激光辐射1通过该层时只有激光辐射1的较小的部分由该层吸收。

图1中示出的按照本发明用于施加激光辐射的装置的实施形式在工作平面2的面向激光光源的一侧包括第一透镜3。第一透镜3具有正的折光力并将激光辐射1聚焦于设置在工作平面2内的工作区域4内。为此第一透镜3与工作平面2隔开间距设置，该间距相当于第一透镜3的焦距F₃。第一透镜3例如构成为平凸透镜。

在工作区域4内激光辐射1的一部分由基质的未示出的层吸收。

在工作平面2的远离激光光源的一侧设置第二透镜5，它同样具有正的折光力。第二透镜5同样与工作平面2隔开间距设置，该间距相当于第二透镜5的焦距F₅，焦距F₃和F₅在所示的实施例中是相同。第二透镜5例如也构成为平凸透镜。

在第二透镜5的远离工作平面2的一侧设置第一反射镜6和第二反射镜7，它们的反射面相互成90°的角度α。这里反射镜6、7分别相对于工作平面2或激光辐射1成45°的角度定向。

此外在第一透镜3的远离工作平面2的一侧设置第三反射镜8和第四反射镜9，它们的反射面同样相互成90°的角度，这里反射镜8、9也分别相对于工作平面2或激光辐射1成45°的角度定向。不过第三和第四反射镜8、9不相互邻接，而在其中间具有空间10，激光辐射1可以通过该空间进入装置中。此外第四反射镜9较短，从而在第四反射镜9的面向工作平面2的一侧激光辐射11可以从第四反射镜旁边经过而离开装置。因此第四反射镜9不对称地设置在装置中。

从图1可见，射入的激光辐射1由透镜3、5和反射镜6、7、8、9这样转向，即其总共穿过工作区域4四次，由于四次穿过可以由未示出基质的层吸收较大量的激光辐射。同时激光辐射在装置中两次具有这样的走势，该走势对应于“8”字。激光辐射在装置的内部按其出现的顺序用附图标记1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g和1h标记。

这里，激光辐射1在进入装置中以后称作激光辐射1a。激光辐射1a在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1b。激光辐射1b在第一和第二反射镜6、7上反射以后称作激光辐射1c。激光辐射1c在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1d。激光辐射1d在第三和第四反射镜8、9上反射以后称作激光辐射1e。激光辐射1e在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1f。激光辐射1f在第一和第二反射镜6、7上反射以后称作激光辐射1g。激光辐射1g在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作1h。

激光辐射1h在第三反射镜8上反射以后作为激光辐射11从装置中射出，激光辐射11在图1中向右离开装置并由此与射入的激光辐射1成90°的角度。按这种方式避免从装置中射出的激光辐射11的一部分向后向未示出的激光光源延伸。

第二实施形式与第一实施形式的区别在于，装置还包括多个透镜阵列结构12、13、14、15。透镜阵列结构12、13、14、15构造成相同的，但区别在于其彼此的位置和定向。图3中示例性示出透镜阵列结构12。

透镜阵列结构12和每个其他透镜阵列结构13、14、15一样包括两个基质12a、12b，它们特别是由相同的材料制成并具有相同的折射率。第一基质12a在相互对置的侧面上具有圆柱形透镜18的第一阵列16和第二阵列17。第二基质12b在相互对置的侧面上具有圆柱形透镜18的第三阵列19和第四阵列20。特别是构成在第一基质12a上的第二阵列17贴靠在构成在第二基质12b上的第三阵列19上。

各圆柱形透镜18这样定向，使得它们的圆柱轴线伸进图3的图平面内。各圆柱形透镜18的焦距f都是相同的。这里第一阵列16的各圆柱形透镜18的顶点连线到第二阵列17的各圆柱形透镜18的顶点连线的间距D₁等于焦距f与第一基质12a在激光辐射1的波长为λ折射率n（λ）的乘积。此外第三阵列19的各圆柱形透镜18的顶点连线到第四阵列20的各圆柱形透镜18的顶点连线的间距D₂同样等于焦距f与第二基质12b在激光辐射1的波长为λ时的折射率n（λ）的乘积。

由此在每个基质12a、12b上构成一个厚的傅里叶透镜的阵列，所述傅立叶透镜是这样的透镜，在其中两个用作为圆柱形透镜18的折光面精确地按焦距f和折射率n（λ）的乘积的间距D₁、D₂设置。

因为在所示的实施例中全部圆柱形透镜18的焦距f是相同的，而两个基质12a、12b的折射率n（λ）也是相同的，间距D₁和D₂同样是相同的。特别还因为第二阵列17的各圆柱形透镜18的顶点连线贴靠在第三阵列19的各圆柱形透镜18的顶点连线上，作为装置的总厚度D（见图3）得出：

D=D₁+D₂=2·f·n（λ）

因此在第一、第二、第三和第四阵列16、17、19、20上各有四个沿Z方向依次设置的圆柱形透镜18构成起望远镜作用的通道，各单个望远镜放大率在所示的实施例中等于-1。对此设置在第二和第三阵列17、19中的中间的各圆柱形透镜18用作为附加的物镜，它们允许实现相对于法线成以大角度照射到透镜阵列结构12上的光的投射。可选地，可以放弃中间的阵列17、19。

在激光辐射多次通过没有透镜阵列结构的装置的工作区域4时，如在图1中所示，激光辐射的焦点的瑞利长度变得越来越小。这导致焦点在某些情况下相对于工作平面2向上或向下移动并由此降低了通过未示出的基质的层实现的吸收的效率。

在按图2的用于施加激光辐射的装置中，透镜12、13、14、15可以倒转穿过它们的激光辐射的发散。这使得在按图1的装置中可观察到的瑞利长度即使在基质从工作平面2中偏移时也不会发生改变。

透镜阵列结构12、13这样定向，使得其圆柱形透镜18的圆柱轴线伸进图2的图平面内。相反透镜阵列结构14、15这样定向，使得其圆柱形透镜的圆柱轴线在图2的图平面内延伸。因此透镜阵列结构12、13和透镜阵列结构14、15作用于激光辐射的横截面的不同的轴线。

按图4的实施形式与按图1的实施形式的区别在于，不存在设置在工作平面2的远离激光光源的一侧的第二透镜5和设置在工作平面2的远离激光光源的一侧的反射镜6、7。因此该装置适用于对具有至少部分反射性的表面的材料施加激光辐射。

从图4可见，射入的激光辐射1由透镜3和反射镜8、9这样转向，使得它总共两次穿过工作区域4，由于两次穿过，同样可以由基质的未示的层吸收比一次施加的情况下大的激光辐射量。同时激光辐射在装置中两次具有这样走势，该走势相当于变形的“O”字，激光辐射在装置的内部按其出现的顺序用附图标记1a、1b、1c、1d标记。

这里激光辐射1在进入装置中以后称作激光辐射1a。激光辐射1a在工作平面2上反射以后称作激光辐射1b。激光辐射1b在第三和第四反射镜8、9上反射以后称作激光辐射1c。激光辐射1c在工作平面2上反射以后称作激光辐射1d。

激光辐射1d在第三反射镜8上反射以后作为激光辐射11从装置中射出。激光辐射11在图4中向右离开装置并由此与射入的激光辐射1成90°的角度。按这种方式避免了从装置中射出的激光辐射11的一部分向后向未示出的激光光源延伸。

不同于按图1、图2和图4的实施形式，按图5的实施形式代替平面的反射镜6、7、8、9具有弯曲的反射镜6、7、8、9。反射镜6、7、8、9可以例如具有抛物线形的或椭圆形的形状。因此可以省去装置内部的各透镜。只设置将射入的激光辐射1聚焦于工作区域4内的第一透镜3。

在一次性的聚焦以后激光辐射不必再通过第一透镜，因为弯曲的反射镜6、7、8、9确保激光辐射在工作区域4内重新聚焦。通过这样的构型大大减少了折射的次数，从而也减少了相应的损失。

在该实施形式中第三和第四反射镜8、9也不相互邻接，而在其中间具有一空间10，激光辐射1可以通过该空间进入装置中。此外第四反射镜较短，从而在第四反射镜的面向工作平面2的一侧激光辐射11可以从第四反射镜旁边经过而离开装置。因此在这里第四反射镜9同样不对称地设置在装置中。

激光辐射在装置的内部设有如在图1和图2中相同的标记1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g和1h并且也具有基本上相同的走势，即两次通过一个走势，所述走势对应于“8”字。

此外也存在这样的可能性，即在按图5用于施加激光辐射的装置中设置透镜阵列结构，如在按图2的实施形式中的情况那样。此外也还存这样的可能性，即只在一侧构成按图5的实施形式，从而形成一适合于反射性介质的装置，该装置类似于按图4的装置。

按图6的第五实施形式与按图1的实施形式的区别在于，代替第四反射镜9设置构成为偏振立方体的偏振选择的分束器21和构成为半波长小板的偏振旋转器22。

通过箭头23示出，进入装置中的激光辐射1具有处于图6的图平面内的偏振方向。偏振选择的分束器21和偏振旋转器22大致在第三反射镜8的高度上设置在第一透镜3之前，从而射入的激光辐射1在到达第一透镜3上之前穿过偏振选择的分束器21和偏振旋转器22。这里偏振选择的分束器21这样构成和设置，即在图6中从上面到达该分束器上的、具有在图平面内延伸的偏振方向的光在图6中向下自由穿过分束器21。

通过紧接其后的偏振旋转器22使偏振方向这样旋转，即，使偏振方向垂直于图6的图平面定向。

图6中激光辐射1在穿过偏振旋转器22以后称作激光辐射1a。激光辐射1a在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1b，激光辐射1b在第一和第二反射镜6、7上反射以后称作激光辐射1c。激光辐射1c在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1d。

因为激光辐射1d具有垂直于图6的图平面定向的偏振，该激光辐射由偏振选择的分束器21在图6中向下反射。激光辐射在第三反射镜8和偏振选择的分束器21上反射以后称作激光辐射1e，紧接其后激光辐射1e穿过偏振旋转器21并且在穿过以后称作激光辐射1f。穿过偏振旋转器22引起激光辐射1f具有位于图6的图平面内的偏振方向。

激光辐射1f在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1g。激光辐射1g在第一和第二反射镜6、7上反射以后称作激光辐射1h。激光辐射1h在穿过透镜3、5和工作区域4以后称作激光辐射1i。

激光辐射1i在第三反射镜8上反射以后到达偏振选择的分束器21上并且使其从分束器在图6中向右自由地穿过，因为其偏振方向位于图6的图平面内。

激光辐射作为激光辐射11从装置中射出，位于图平面内的偏振方向通过箭头23示出。激光辐射11在图1中向右离开装置并由此相对于射入的激光辐射1成90°的角度。按这种方式避免了从装置中射出的激光辐射11的一部分向后向未示出的激光光源延伸。

因此在按图6的实施形式中激光辐射也总共四次穿过工作区域4并同时在装置中两次具有一个走势，该走势对应于“8”字。

此外也存在这样的可能性，即，在按图6的装置中设置透镜阵列结构，如在按图2的实施形式中的情况那样。此外也还存在这样的可能性，即只在一侧构成按6的实施形式，从而形成适合于反射性的介质的装置，该装置类似于按图4的装置。

已经证明，参照图3详述的透镜阵列结构12还可以用于投射线形的光分布。因此由图7和图8示出的用于投射线形的光分布的装置特别对应于按图3的透镜阵列结构12。

按图7和图8的装置通常包括第一基质12a和第二基质12b。第一基质12a具有折射率n₁（λ），该折射率至少部分地和至少在一个波长λ下等于第二基质的折射率n₂（λ），特别是两个基质12a、12b至少部分地由相同的材料构成。

第一基质12a在沿Z方向相互对置的侧面上具有圆柱形透镜18的第一阵列16和第二阵列17。在第一阵列16中以及在第二阵列17中各圆柱形透镜18分别沿X方向并排设并这样定向，使得它们的圆柱轴线分别沿Y方向延伸或向图7和图8的图平面内延伸。

第二基质12b在沿Z方向相互对置的侧面上具有圆柱形透镜18的第三阵列19和第四阵列20。在第三阵列19中以及在第四阵列20中各圆柱形透镜18分别沿X方向并排设置并这样定向，使得它们的圆柱轴线分别沿Y方向延伸或向图7和图8的图平面内延伸。

第一、第二、第三和第四阵列16、17、19、20的各圆柱形透镜18沿X方向分别具有相同的宽度b（见图7）。

构成在第一基质12a上的第二阵列17的各圆柱形透镜18的顶点连线特别是贴靠（重合）在构成在第二基质12b上的第三阵列19的各圆柱形透镜18的顶点连线上。

第一和第二阵列16、17的各圆柱形透镜18都具有相同的焦距F₁。第三和第四阵列19、20的各圆柱形透镜18也都具有相同的焦距F₂。特别是第一和第二阵列16、17的各圆柱形透镜18的焦距F₁等于第三和第四阵列19、20的各圆柱形透镜18的焦距F₂。

这里，从第一阵列16的各圆柱形透镜18的顶点连线到第二阵列17的各圆柱形透镜18的顶点连线的间距D₁等于焦距F₁和第一基质12a的折射率n₁（λ）的乘积。此外从第三阵列19的各圆柱形透镜18的顶点连线到第四阵列20的各圆柱形透镜18的顶点连线的间距D₂等于焦距F₂和第二基质12b的折射率n₂（λ）的乘积。

由此在每个基质12a、12b上构成一个厚的傅里叶透镜的阵列，所述傅立叶透镜是这样的透镜，在其中两个用作为圆柱形透镜18的折光面精确地按焦距f和折射率n（λ）的乘积得到的间距D₁、D₂设置。

因为在所示的实施例中，焦距F₁等于焦距F₂，而折射率n₁（λ）等于折射率n₂（λ），间距D₁和D₂同样是相等的，因为特别是第二阵列17的各圆柱形透镜18的顶点连线也贴靠在第三阵列19的各圆柱形透镜18的顶点连线，作为装置的总厚度D得出（见图7）：

D=D₁+D₂=2·F₁·n₁（λ）=2·F₂·n₂（λ）

在第一、第二、第三和第四阵列16、17、19、20上各四个沿Z方向依次设置的圆柱形透镜18因此构成起望远镜作用的通道。各单个望远镜的放大率在所示的实施例中等于-1。这里设置在第二和第三阵列17、19中的、中间的各圆柱形透镜18用作为附加的物镜，所述物镜允许相对于法线成大角度到达装置上的光投射。

图7示出两个点形的光分布A、B通过按照本发明的装置的投射。这里光分布A沿Z方向具有到装置的间距L_A，L_A特别是表示在光分布A与这样的平面之间的间距，第一阵列16的各圆柱形透镜18的顶点连线位于该平面内（见图7）。此外相应地光分布B沿Z方向具有到装置的间距L_B，L_B特别是表示在光分布B与这样的平面之间的间距。第四阵列20的各圆柱形透镜18的顶点连线位于该平面内。

为了说明投射过程示出从光分布A、B出发的光束S_a、S_b和在各圆柱形透镜18上折射的光束S_a′、S_b′。画出的光束S_a、S_b、S_a′、S_b′示例性地示出并且符合几何光学的理想化的光束。

光分布A、B的投影在图7中设有附图标记A′、B′。该投影A′、B′到按照本发明的装置的距离和光分布A、B完全一样。这意味着，投影A′到一个平面具有间距L_A，在该平面内第二和第三阵列17、19的各圆柱形透镜18的顶点连线相互重合。此外投影B′到一个平面具有间距L_B，在该平面内第二和第三阵列17、19的各圆柱形透镜18的顶点连线相互重合。

已经证明，各投影不是点状的，而沿X方向、即沿各圆柱形透镜18并排设置的方向扩展成线。投影A′、B′沿X方向的宽度B_A′、B_B′，分别取决于各圆柱形透镜18的宽度b、投影A′、B′到装置的间距L_A、L_B的大小和光分布A、B的光的波长λ。特别适用下列公式：

$B_{A^{\′}}=2\·(b+\frac{\mathrm{\λ}}{b}\·L_A)---\left(1\right)$

和

$B_{B^{\′}}=2\·(b+\frac{\mathrm{\λ}}{b}\·L_B)---\left(2\right)$

在各圆柱形透镜18的宽度b相对于光分布A、B的光的波长较大的为时，因此投影A′、B′沿X方向的宽度B_A′、B_B′大致等于各圆柱形透镜18的宽度b的两倍。

在点状的光分布投射时，投影沿X方向的这样的加宽可能起干扰的作用。但对沿X方向有较大延展的光分布情况是不同的。图8示出了这种情况。

按图8的按照本发明的装置的实施形式中与按图7的实施形式的区别只在于，基质12a、12b沿X方向具有延展，即具有较大数量的并排设置的圆柱形透镜18。圆柱形透镜18的尺寸和数量只是示例性的并且完全可以与图示不同。

图8示出在第一平面内的线形的光分布C，第一平面沿Z方向具有到按照本发明的装置的间距L_C，L_C特别是表示在光分布C与这样的平面之间的间距，第二和第三阵列17、19的各圆柱形透镜18的顶点连线在平面内相互贴合。光分布C的宽度B_C和间距L_C的大小只是示意性示出，它们可以具有完全不同于图示的数值或比例。

例如光分布C沿X方向的宽度B_C可以为3m。此外光分布C到装置沿Z方向的间距L_C可以为1m。在假定示例性从光分布C出发的光束S_C之间具有约11°的单侧的发散（见图8中角度β）时，在光分布C按照光束S_C″的自由传播时，即没有按本发明的装置，在距离2m以后得得到沿X方向为3.8m的宽度B_C″（见图8），画出的光束S_C、S_C′、S_C″在图8中还示例性示出并且符合几何光学的理想化的光束。

各圆柱形透镜18沿X方向的宽度b应为2mm。这种按照本发明的装置以约1m的间距L_C设置在光分布C的后面导致在第二平面内的投影C′，该平面到装置的间距L_C约为1m。在装置上折射的各光束S_C″显示了该投影。但投影C′沿X方向的宽度B_C′在该假定的例子中只为3.004m。因此这因为按公式（1）附加的宽度大致等于各圆柱形透镜18的宽度b（=2mm）的两倍。

由此相对于原来的光分布C得到投影C′在约0.1%范围内的加宽。这样的加宽在绝大多数的使用情况下是可忽视的。为了利用其他的由现有技术已知的装置得到类似好的投射，必须采用复杂的光导体技术。

Claims (23)

1.一种用于对设置在工作区域（4）内的工件的至少部分反射性或透明的区域施加激光辐射（1）的装置，包括

激光光源，用于产生激光辐射（1）；

光学装置，用于影响激光辐射（1），使其转入工作区域（4）内；

其特征在于，光学装置包括至少一个反射镜（6、7、8、9），它能够反射激光辐射（1）的在工作区域（4）内反射的部分或激光辐射（1）的穿过工作区域（4）的部分，使得激光辐射（1）的所述部分至少部分地被导回工作区域（4）。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，光学装置包括至少一个透镜（3、5），特别是具有正的折光力的透镜（3、5）。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个透镜（3、5）设置在工作区域（4）和所述至少一个反射镜（6、7、8、9）之间。

4.按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，至少一个第一反射镜（6、7）设置在工作区域（4）的远离激光光源的一侧，第一反射镜能够这样反射激光辐射（4）的穿过工作区域（4）的部分，使得激光辐射（1）的该部分至少部分地被导回工作区域（4）。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，除了所述至少一个第一反射镜，所述装置在工作区域（4）的面向激光光源的一侧包括至少一个第二反射镜（8、9），所述第二反射镜能够反射激光辐射（1）的由第一反射镜（6、7）反射的并至少部分地穿过工作区域（4）的部分的一部分，使得激光辐射（4）的该一部分至少部分地被导回工作区域（4）。

6.按照权利要求1至3之一项所述的装置，其特征在于，所述反射镜（8、9）只设置在工作区域（4）的面向激光光源的一侧，所述反射镜（8、9）能够反射激光辐射（1）的在工作区域（4）内反射的部分，使得激光辐射（1）的该部分至少部分地被导回工作区域（4）。

7.按照权利要求1至6之一项所述的装置，其特征在于，光学装置在工作区域（4）的一侧或每侧包括多于一个反射镜（6、7、8、9）。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，多个设置在工作区域（4）的同一侧的反射镜（6、7、8、9）是相互倾斜的、特别是成90°的角度。

9.按照权利要求1至8之一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个反射镜（6、7、8、9）是弯曲的、例如具有抛物线形的或椭圆形的横截面。

10.按照权利要求1至9之一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个反射镜（6、7、8、9）具有外部和/或内部的反射表面。

11.按照权利要求1至10之一项所述的装置，其特征在于，该装置包括至少一个偏振选择的分束器（21），由该分束器能将激光辐射（1d）反射到工作区域（4）中。

12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，该装置包括至少一个偏振旋转器（22），所述偏振旋转器能够使穿过分束器（21）之前和/或以后的激光辐射（1、1e）的偏振方向旋转，特别是旋转90°。

13.按照权利要求1至12之一项所述的装置，其特征在于，光学装置包括至少一个透镜阵列结构（12、13、14、15），所述透镜阵列结构这样设置在装置中，使得激光辐射（1）的穿过工作区域（4）的部分在转回工作区域（4）中之前能穿过所述至少一个透镜阵列结构（12、13、14、15），通过所述至少一个透镜阵列结构（12、13、14、15）能够减少或防止激光辐射（1）的再次被导回工作区域（4）中的部分的焦点区域的瑞利长度减小。

14.一种用于使线形的光分布（C）从第一平面向第二平面内的投射的装置，其中光分布（C）的光具有波长λ，包括

至少部分透明的第一基质（12a），第一基质（12a）在第一基质（12a）的相互对置的表面上具有圆柱形透镜（18）的第一阵列（16）和圆柱形透镜（18）的第二阵列（17），以及

至少部分透明的第二基质（12b），第二基质（12b）在第二基质（12b）的相互对置的表面上具有圆柱形透镜（18）的第三阵列（19）和圆柱形透镜（18）的第四阵列（20）；

其特征在于：

D₁=F₁·n₁（λ）和D₂=F₂·n₂（λ）

其中D₁是在第一阵列（16）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线与第二阵列（17）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线之间的间距，D₂是第三阵列（19）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线与第四阵列（20）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线之间的间距，F₁是第一阵列（16）和/或第二阵列（17）的至少一个圆柱形透镜（18）的焦距，F₂是第三阵列（19）和/或第四阵列（20）的至少一个圆柱形透镜（18）的焦距，n₁（λ）在波长λ时是第一基质（12a）的折射率，而n₂（λ）是在波长λ时第二基质（12b）的折射率。

15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于，第一、第二、第三和第四阵列（16、17、19、20）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线沿一个方向（Z）相互对齐，所述方向对应于这样的方向（Z），第一和第二阵列（16、17）和/或第三和第四阵列（19、20）沿该方向相互对置地设置。

16.按照权利要求14或15之一项所述的装置，其特征在于，第二阵列（17）的圆柱形透镜（18）和第三阵列（19）的圆柱形透镜（18）相互贴靠。

17.按照权利要求14至16之一项所述的装置，其特征在于，第一阵列（16）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₁）是相等的和/或第二阵列（17）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₁）是相等的和/或第三阵列（19）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₂）是相等的和/或第四阵列（20）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₂）是相等的，特别是第一阵列（16）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₁）等于第二阵列（17）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₁）和/或第三阵列（19）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₂）等于第四阵列（20）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₂）、优选第一、第二、第三和第四阵列（16、17、19、20）的全部圆柱形透镜（18）的焦距（F₁、F₂）是相等的。

18.按照权利要求14至17之一项所述的装置，其特征在于，第一、第二、第三和第四阵列（16、17、19、20）的全部圆柱形透镜（18）的圆柱轴线是相互平行的。

19.按照权利要求14至18之一项所述的装置，其特征在于，第一基质（12a）的折射率（n₁（λ））等于第二基质（12b）的折射率（n₂（λ））。

20.按照权利要求14至19之一项所述的装置，其特征在于，一些、优选全部圆柱形透镜（18）是凸面的。

21.一种激光装置，包括

激光光源，所述激光光源能够以波长λ的光在第一平面内产生线形的光分布（C）；以及

按照权利要求14至20之一项所述的装置，该装置能够使光分布（C）从第一平面向第二平面投射。

22.按照权利要求21所述的激光装置，其特征在于，线形的光分布（C）的线形延伸的方向（X）平行于各圆柱形透镜（18）并排设置的方向（X）。

23.一种用于制造按照权利要求14至20之一项所述的装置的方法，其特征在于下列方法步骤：

确定待投射的光分布（C）的光的波长λ、特别是确定激光光源的光的波长λ，所述激光光源能够以波长λ的光在第一平面内产生线形的光分布（C），

在第一阵列（16）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线与第二阵列（17）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线之间的间距D₁的选择以及在第三阵列（19）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线与第四阵列（20）的各圆柱形透镜（18）的顶点连线之间的间距D₂的选择按照以下公式进行：

D₁=F₁·n₁（λ）和D₂=F₂·n₂（λ）。

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