CN104769479B - 用于在工作平面内产生激光辐射的线性强度分布的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在工作平面(11)内产生激光辐射的线性强度分布(10)的设备，该设备包括至少一个激光源(2)并且包括光学装置(3)，这些光学装置能够形成所述激光辐射的多个部段(4)，并且该设备包括反射镜装置，所述激光辐射的由光学装置(3)形成的部段(4)能够在这些反射镜装置上被反射，使得这些部段被反射镜装置沿着待产生的线性强度分布(10)的纵向方向并排地设置在工作平面(11)内并且组合成线性强度分布(10)。在此，反射镜装置具有尤其是多个反射镜模块(5、5’)。

Description

用于在工作平面内产生激光辐射的线性强度分布的设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于在工作平面内产生激光辐射的线性强度分布的设备。
定义：若没有明确的另外说明，激光射线、光射线、子射线或射线不是指几何光学器件的理想化的射线，而是指实际的光射线，例如具有高斯轮廓或修改的高斯轮廓或平顶轮廓的激光射线，该激光射线不具有无穷小的射线横截面，而是具有扩展的射线横截面。平顶分布或平顶强度分布或平顶轮廓指的是如下强度分布：该强度分布至少关于一个方向基本上可通过矩形函数(rect(x))来描述。在此，与矩形函数的偏差在百分比范围内的或具有倾斜边沿的实际强度分布同样可以被称为平顶分布或平顶轮廓。
背景技术
开头所述类型的设备由WO 2008/006460A1已知。在该文献中所描述的设备包括并排设置的多个激光模块，这些激光模块分别包括激光源和光学装置。所述光学装置构成为，使得激光辐射的从各个激光模块发出的部段或子射线具有在很大程度上线性的射线横截面，其中，线的端侧边缘具有下降的强度。由此在每一个部段或子射线中都形成一个梯形轮廓。激光辐射的各个子射线或部段的梯形轮廓在不使用光学叠加装置的情况下并排地被引入到工作平面内，以致各部段在侧向边沿区域内叠加成线性强度分布。
在此不利的是，由于边沿形状的原因，叠加区域可能具有比高台区域更大和/或更小的强度。因此，激光辐射的线性强度分布可具有不希望的不均匀性。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种开头所述类型的设备，该设备能够实现更均匀的强度分布。
这根据本发明通过一种开头所述类型的具有权利要求1的特征部分的特征的设备来实现。从属权利要求涉及本发明的优选方案。
根据权利要求1规定：所述设备包括反射镜装置，激光辐射的由光学装置形成的部段可以在所述反射镜装置上被反射，使得这些部段被反射镜装置沿着待产生的线性强度分布的纵向方向并排设置在工作平面内并且组合成线性强度分布。通过反射镜装置可以有针对性地对各个部段彼此间的结合产生影响。
可以规定，反射镜装置同时作为用于激光辐射的各个部段的光阑起作用，使得在线纵向方向上各部段的边缘区域不参与形成线性强度分布。尤其是如果各个部段在反射镜装置上反射之前具有梯形轮廓或在线的边缘区域内具有下降的边沿，则可以通过截去下降的边沿的部分或者尤其是通过截去全部下降的边沿来实现：在工作平面内，仅类似高台的轮廓彼此并列排在一起。这可导致在工作平面内的强度分布具有非常好的均匀性。
存在如下可能性：所述反射镜装置构造为，使得激光辐射的每一个部段都被反射超过一次。例如反射镜装置可以构造为，使得激光辐射的每一个部段被反射三次。通过激光辐射在反射镜装置上的多次反射可以使要彼此相连的各部段达到所希望的布置方式。
可以规定，反射镜装置包括多个反射镜模块。由于设有反射镜模块，可以通过添加另外的反射镜模块并且可选地通过添加另外的激光模块来使待产生的线性强度分布的长度增大。
在此可以给激光辐射的每一个部段配设一个反射镜模块。替代地，也可以给激光辐射的每一个部段配设两个反射镜模块。通过这两种配置方式，可以根据所希望的、待产生的线性强度分布的长度对整个设备调节规模。
可以规定，在每一个反射镜模块上构成多个反射面。由此可以在一个反射镜模块上进行可能要进行的多次反射。
存在如下可能性：反射镜装置包括两组反射镜模块，这两组反射镜模块被不同地设计，尤其是彼此镜像对称。通过使用两组彼此不同的反射镜模块可以提高该设备的可变性。
例如在此可以沿着待产生的线性强度分布的纵向方向将两组反射镜模块的第一组反射镜模块中的第一反射镜模块与在两组反射镜模块的第二组反射镜模块中的第一反射镜模块并排设置。尤其是在此沿着待产生的线性强度分布的纵向方向将这两组反射镜模块中的各反射镜模块相互交替地并排设置。通过不同模块的并排设置，该设备可以更节省空间地被构造。
此外，在此沿着待产生的线性强度分布的纵向方向并排设置的反射镜模块沿着待产生的线性强度分布的横向方向彼此错开地设置。该手段也可以降低该设备的空间需求。
可以规定，所述反射镜模块构成为并且在该设备中设置成，使得激光辐射的部段、优选每一个部段首先在两组反射镜模块的第一组反射镜模块中的一个反射镜模块上反射至少一次并且随后在两组反射镜模块的第二组反射镜模块中的一个反射镜模块上反射至少一次。这种设计充分利用了反射镜模块的相互作用，从而在整体上得到该设备的更高的效率。
存在这种可能性：该设备还具有聚焦装置，这些聚焦装置能够将从反射镜模块发出的激光聚焦到工作平面内。通过这种方式可以实现沿着待产生的线的横向方向的希望的线宽度。
在此，聚焦装置可以包括聚焦透镜，该聚焦透镜具有尤其是沿线纵向方向并排设置的区段、优选彼此相连的或能够彼此相连的区段。由各个区段组成的聚焦透镜的结构支持该设备的模块化结构，从而也可以在聚焦装置方面对所希望的线长度进行规模调节。
可以规定，反射镜装置构成为，使得激光辐射的至少一个部段、优选每一个部段的横截面被反射镜装置旋转90°。通过该方式，该设备可以更紧凑地构造并且各个部段可以相互紧密地连接。
附图说明
本发明的其他特征和优点参考附图借助优选实施例的后续说明变得明显。其中：
图1是多个激光源和光学装置的透视图，这些激光源和光学装置可以是按本发明的设备的一部分；
图2是按本发明的设备和由该设备产生的激光辐射的局部透视图，其中，反射镜模块并未画出；
图3是图2的局部放大视图；
图4是大致与图3相对应的、具有反射镜模块的视图；
图5是按本发明的具有聚焦装置和壳体窗的设备的一部分的侧视图；
图6是根据图5的设备的局部透视图；
图7是从反射镜模块发出的激光辐射的示意图。
在各图中相同的或功能相同的部件具有相同的附图标记。为简化定向而在一些图中画出笛卡尔坐标系。
具体实施方式
按本发明的设备包括至少一个激光源，所述激光源例如构造为激光二极管或激光二极管条。图1示出从WO 2008/006460 A1获知的、多个激光模块1的示例，这些激光模块分别设有激光源2和光学装置3。WO 2008/006460 A1就此通过引用成为本申请的一部分。
在图1中所示的WO 2008/006460 A1的实施例中示出七个激光源2和配设给这些激光源的七个光学装置3，这些光学装置分别产生具有至少部分线性的强度分布的激光辐射的一个部段4。可以设置更多或更少的激光源2和光学装置3。
每一个激光源2连同所属的光学装置3一起构成一个激光模块1，该激光模块可以单独被更换。此外可以通过增加激光模块1的数量来增大待实现的线性强度分布的长度。
因此，光学装置3例如可以包括根据WO2008/006460 A1的均化器，这些均化器可以设定激光辐射的每个单个部段4的线长度和边沿形状，以致在工作平面内通过各部段的各个线的叠加形成线性强度分布。所述激光辐射的组合在一起的七个部段4或子射线在工作平面内得到均匀的线性强度分布。
根据WO 2008/006460 A1所使用的均化器可以分别具有呈透镜阵列形式的多个柱面透镜。在此，例如在透镜阵列中间的柱面透镜的中心距(节距)可以小于在边缘处的柱面透镜的中心距。这通过如下方式实现，即所述柱面透镜的宽度沿着这些柱面透镜并排设置的方向从中间向外增大。替代地存在如下可能性：所述中心距从中间向外减小。然而，在此对于所有的柱面透镜来说，各柱面透镜的焦距可以是相等的。
通过光学装置的这种设计得到激光辐射的各个部段4的如下强度分布：该强度分布在中间具有扩展的高台并且在边缘处陡直下降。因此得到大致长形的梯形轮廓。
在本申请的范围内描述了一种设备，在该设备中类似的包括激光源2和光学装置3的激光模块1以不同的布置形式设置。尤其是，在此激光辐射的从激光模块1发出的部段4的线大致垂直于各部段4并排设置的方向设置。
图2和图6示出各个部段4大致沿着Z方向延展。这些部段在大致与Y方向对应的横向方向上具有线性强度分布，但在此这些部段沿着X方向并排设置或者说在图2和图6中前后设置。在此相邻的部段4分别沿着线的横向方向或者说沿着Y方向彼此错开地设置。
在图2中在上部还可见激光模块1的示意性示出的两个部分。这些激光模块设置成，使得激光辐射的各部段4分别相对于Z方向略倾斜地延伸。
在所绘制的、按本发明的设备的实施例中，激光辐射的每一个部段4经历三次反射。对此，所述设备包括反射镜装置，这些反射镜装置在反射镜模块5、5’上构成。各个反射镜模块5、5’尤其是一件式的或整体式的部件。在此设置不同的两组反射镜模块5、5’。
第一组包括第一类型的反射镜模块5，这些反射镜模块在图4中设置在右侧。第二组包括第二类型的反射镜模块5’，这些反射镜模块在图4中设置在左侧。这两种类型的反射镜模块5、5’具有不同的旋向性。它们相对于X-Z平面彼此镜像对称(参见图4)。
每一个反射镜模块5、5’具有三个反射面7、7’、8、8’、9、9’。在第一反射面7、7’上基本上沿着Z方向传播的部段4被反射成，使得这些部段随后沿着负X方向延展(参见图4)。在第二反射面8、8’上激光辐射的各部段4被反射成，使得这些部段随后基本上沿着负Y或正Y方向运动。在第三反射面9、9’上激光辐射的各部段4在图4中向下沿着Z方向被反射。
激光辐射的各个部段4在三次反射之后仍然大致沿着相同的Z方向传播，但这些部段就其横截面而言旋转了90°。在反射之前，各部段4的线性横截面的纵向方向大致沿着Y方向延伸。在反射之后，各部段4的线性横截面的纵向方向沿着X方向延伸(对此参见图3)。通过这种方式，在三次反射之后，激光辐射的相邻的部段4的线性横截面彼此相邻接，使得在工作平面11中得到连续的线性强度分布10(参见图4和图5)。
反射镜模块5、5’包括突出部12、12’，这些突出部在它们的外侧面上具有所述第三反射面9、9’。这些突出部12、12’沿着X方向彼此相邻接。尤其是，突出部12、12’以及从而第三反射面9、9’以略小于激光辐射的投射到这些反射面上的部段4的线性横截面的方式沿着X方向延伸。因而反射面9、9’同时作为光阑起作用，部段4的强度分布的边缘通过该光阑被截去。尤其是如果各个部段4具有梯形轮廓，则通过截去所述边缘确保：具有近乎完整的平顶轮廓的强度分布在工作平面11内彼此邻接并且此外得到均匀的线性强度分布10。
在所绘制的设备实施例中，沿着X方向分别交替地设置第一组的一个反射镜模块5和第二组的一个反射镜模块5’(参见图6)。在所绘制的实施例中还可见，激光辐射的从第二类型的反射镜模块5’的反射面8’发出的部段4紧接着被第一类型的反射镜模块5的反射面9向下沿着Z方向反射并且反之亦然(参见图4)。
图5和图6示意性示出：该设备沿着Z方向在反射镜模块5、5’下方具有聚焦装置13，这些聚焦装置例如构造为单个柱面透镜或构造为沿着X方向彼此邻接的多个柱面透镜区段。即使当聚焦装置13沿着X方向具有多个柱面透镜区段时，这也不会妨碍沿着线纵向方向(X方向)的均一性，因为(如图7示意性所示)激光辐射的在第三反射面9、9’上反射的部段4具有一定的发散，如通过夸张示出的子射线14所示。
在图5和图6中还可见壳体的窗15，该设备可以被所述壳体包围。图5还示出可能被工作平面反射的激光辐射16，该激光辐射在某些情况下根据使用情况必须被引导到未画出的射线收集器中。

Claims (19)

1.一种用于在工作平面(11)内产生激光辐射的线性强度分布(10)的设备，该设备包括至少一个激光源(2)并且包括光学装置(3)，这些光学装置能够形成所述激光辐射的多个部段(4)，其特征在于，该设备包括反射镜装置，所述激光辐射的由光学装置(3)形成的部段(4)能够在这些反射镜装置上被反射成，使得这些部段被反射镜装置沿着待产生的线性强度分布(10)的纵向方向并排地设置在工作平面(11)内并且组合成线性强度分布(10)，其中，所述反射镜装置同时作为用于所述激光辐射的各个部段(4)的光阑起作用，使得在线纵向方向上各部段(4)的边缘区域不参与形成线性强度分布(10)。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反射镜装置构成为，使得所述激光辐射的每一个部段(4)被反射超过一次。
3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述反射镜装置构成为，使得所述激光辐射的每一个部段(4)被反射三次。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述反射镜装置包括多个反射镜模块(5、5’)。
5.按照权利要求4所述的设备，其特征在于，给所述激光辐射的每一个部段(4)配设所述反射镜模块(5、5’)中的一个反射镜模块。
6.按照权利要求4所述的设备，其特征在于，给所述激光辐射的每一个部段(4)配设所述反射镜模块(5、5’)中的两个反射镜模块。
7.按照权利要求4所述的设备，其特征在于，在每一个反射镜模块(5、5’)上构成多个反射面(7、7’、8、8’、9、9’)。
8.按照权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述反射镜装置包括两组反射镜模块(5、5’)，这两组反射镜模块不同地构造。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，所述两组反射镜模块彼此镜像对称。
10.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，沿着待产生的线性强度分布(10)的纵向方向，所述两组反射镜模块(5、5’)的第一组反射镜模块中的第一反射镜模块(5)与所述两组反射镜模块(5、5’)的第二组反射镜模块中的第一反射镜模块(5’)并排设置。
11.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，沿着待产生的线性强度分布(10)的纵向方向，所述两组反射镜模块中的各反射镜模块(5、5’)相互交替地并排设置。
12.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，沿着待产生的线性强度分布(10)的纵向方向，并排设置的反射镜模块(5、5’)沿着待产生的线性强度分布(10)的横向方向彼此错开地设置。
13.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，所述反射镜模块(5、5’)构成为并且在该设备中设置为，使得所述激光辐射的部段(4)首先在所述两组反射镜模块(5、5’)的第一组反射镜模块中的一个反射镜模块(5)上反射至少一次并且随后在所述两组反射镜模块(5、5’)的第二组反射镜模块中的一个反射镜模块(5’)上反射至少一次。
14.按照权利要求13所述的设备，其特征在于，所述反射镜模块(5、5’)构成为并且在该设备中设置为，使得所述激光辐射的每一个部段(4)首先在所述两组反射镜模块(5、5’)的第一组反射镜模块中的一个反射镜模块(5)上反射至少一次并且随后在所述两组反射镜模块(5、5’)的第二组反射镜模块中的一个反射镜模块(5’)上反射至少一次。
15.按照权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该设备还包括聚焦装置(13)，这些聚焦装置能够将从反射镜模块(5、5’)发出的激光聚焦到工作平面(11)内。
16.按照权利要求15所述的设备，其特征在于，所述聚焦装置(13)包括聚焦透镜，该聚焦透镜具有沿着线纵向方向并排设置的区段。
17.按照权利要求16所述的设备，其特征在于，所述区段彼此相连或能够彼此相连。
18.按照权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述反射镜装置构成为，使得所述激光辐射的至少一个部段(4)的横截面被反射镜装置旋转90°。
19.按照权利要求18所述的设备，其特征在于，所述反射镜装置构成为，使得所述激光辐射的每一个部段(4)的横截面被反射镜装置旋转90°。
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