CN110640306B - 光束成形光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开光束成形光学系统。本发明一实施例公开如下的光束成形光学系统，其包括：多个激光源；传递(delivery)单元，将从所述多个激光源出射的多个光沿与光轴(Z轴)垂直的Y轴方向排列成列(column)；望远镜(telescope)单元，沿与所述光轴和所述Y轴垂直的X轴方向放大从所述传递单元入射的多个光的光束分布；光束变换(beam transformation)单元，通过将从所述望远镜单元入射的多个光中的每一个分割为N个(N为大于2的整数)而形成包含所述多个光中的每一个的N个子列(sub‑column)，并且使所述N个子列中的每一个以所述Z轴为中心旋转90度；以及傅里叶单元，通过傅里叶变换来混合包含在通过所述光束变换单元形成的N个子列中的多个光。

Description

光束成形光学系统
技术领域
本发明实施例涉及一种用于成形线形或矩形形态的激光束形状的光束成形光学系统及光束成形方法。
背景技术
具有均匀空间分布的平顶(flat-top)激光束生成技术属于在利用激光的材料加工领域(半导体结晶化、热处理、退火、熔覆、焊接、微加工等)、激光-介质相互作用利用领域(惯性核聚变、同位素分离、激光诱导荧光等)以及激光打印、光刻、全息摄影术、粒子图像测速仪、自由空间光通信、显示装置等各种领域中所需的核心技术之一。
由大部分激光装置产生的初始激光束产生高斯(Gaussian)或准高斯形态的光束。虽然高斯形态光束对具有小焦点的光束聚焦有利，但为了有效地适用于如上所述的应用领域，需要将该高斯形态光束变换为利用光束成形的平顶空间分布光束。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种利用多个激光源的、成形一个线形或矩形形态的激光束形状的用于光束成形的光学系统。但是，这种课题是示例性的，本发明的范围并不限定于此。
本发明一实施例公开一种光束成形光学系统，所述光束成形光学系统为以对与光轴(Z轴)垂直的平面(XY)具有线形光束分布的方式成形光束的光束成形装置，所述光束成形光学系统包括：多个激光源；传递(delivery)单元，将从所述多个激光源出射的多个光沿与所述光轴(Z轴)垂直的Y轴方向排列成列(column)；望远镜(telescope)单元，沿与所述光轴和所述Y轴垂直的X轴方向放大从所述传递单元入射的多个光的光束分布；光束变换(beam transformation)单元，通过将从所述望远镜单元入射的多个光中的每一个分割为N个(N为大于2的整数)而形成包含所述多个光中的每一个的N个子列(sub-column)，并且使所述N个子列中的每一个以所述Z轴为中心旋转90度；以及傅里叶单元，通过傅里叶变换来混合包含在通过所述光束变换单元形成的N个子列中的多个光。
在一实施例中，所述光束成形光学系统可进一步包括：长轴光学单元，沿所述X轴均匀地分散在所述傅里叶单元中混合的光；以及短轴光学单元，将在所述傅里叶单元中混合的光聚焦成线形。
在一实施例中，所述长轴光学单元可具备由第一柱形凸透镜形成的两个阵列及两个第二柱形凸透镜，所述阵列的焦距为10mm至200mm，所述第二柱形凸透镜的焦距为500mm至6000mm。
在一实施例中，所述短轴光学单元可包括焦距为100mm至500mm的柱形凸透镜。
在一实施例中，所述传递单元可包括镜子(mirror)及扩束器(beam expander)。
在一实施例中，从所述传递单元出射的多个光的间隔可以小于入射到所述传递单元中的多个光的间隔。
在一实施例中，所述光束变换单元可由多个透镜的阵列形成，所述多个透镜中的每一个被形成为将柱形透镜相对于所述Y轴倾斜45度后进行裁剪得到的形状。
在一实施例中，包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜可具有5mm至30mm的间距(pitch)尺寸。
在一实施例中，包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜的数量可以是5个至20个。
在一实施例中，包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜的曲率半径可以是100mm至500mm。
在一实施例中，所述望远镜单元可将入射的所述多个光的分布在X轴方向上变换为5倍至30倍且在Y轴方向上变换为0.2倍至1.5倍。
在一实施例中，所述傅里叶单元可由焦距为3000mm至15000mm的一个柱形凸透镜形成。
本发明另一实施例公开一种光束成形方法，所述光束成形方法为通过光学系统来成形光束的方法，包括以下步骤：将多个光的入射位置布置成列；沿与光轴(Z轴)垂直的X轴放大布置成列的所述多个光；将放大后的所述多个光分割为子列；使所述子列以光轴(Z轴)为中心旋转90度；通过傅里叶变换来混合旋转后的所述多个子列的光；以及将混合后的所述光聚焦于基准面上。
在一实施例中，在沿X轴放大所述多个光的步骤中，可将所述多个光沿X轴方向放大5倍至30倍。
在一实施例中，沿X轴放大的所述多个光的大小可在与所述X轴垂直的Y轴方向上调节到0.2倍至1.5倍。
在一实施例中，在将所述多个光分割为子列的步骤中，所述子列的数量可以大于2。
在一实施例中，将所述多个光分割为子列的步骤和使所述子列旋转的步骤可由包含在所述光学系统中的光束变换单元执行。
在一实施例中，所述光束变换单元可由多个透镜的阵列形成，所述多个透镜中的每一个可被形成为将柱形透镜相对于所述Y轴倾斜45度后进行裁剪得到的形状。
在一实施例中，包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜可具有5mm至30mm的间距(pitch)尺寸。
在一实施例中，包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜的数量可以是5个至20个。
如上述，本发明实施例的用于光束成形的光学系统能够利用多个激光源，能够容易调节所成形光束的强度。此外，光束变换单元将多个光分割为子列并使其旋转，傅里叶单元在角(angular)坐标系中混合多个光，能够成形均匀的线形或矩形形状的光束。
附图说明
图1是用于示意性地说明本发明一实施例的用于光束成形的光学系统的方框图。
图2是用于说明本发明实施例的传递单元的作用的图。
图3是用于说明本发明实施例的光束成形原理的图。
图4是示出本发明实施例的各步骤中的光束形状的图像。
图5及图6是示意性地图示可包含在本发明实施例中的望远镜单元的图。
图7是示意性地图示可包含在本发明实施例中的光束变换单元的图。
图8是以三维表示本发明一实施例的光学系统的布置图。
图9及图10是表示从本实施例的光学系统导出的光束的分布的曲线图。
图11是表示由本发明一实施例的光学系统成形光束的方法的顺序图。
具体实施方式
本发明可进行多种变更，可具有多种实施例，在附图中例示特定实施例，并在以下具体实施方式中进行详细说明。参照附图的同时参照详细地后述的实施例，本发明的效果及特征以及实现这些的方法将会变得清楚。但是，本发明并不限定于以下所公开的实施例，而是可以以多种方式实现。
下面，参照附图，对本发明实施例进行详细说明，当参照附图进行说明时，相同或对应的结构要素使用相同的附图标记，并省略对该结构要素的重复说明。
在以下的实施例中，“第一”、“第二”等用语并不表示限定性的含义，而是为了将一个结构要素与其他结构要素区分而使用。
在以下的实施例中，关于单数的表述，如果在上下文中并没有明确地表示其他含义，则该单数的表述也包括复数的表述。
在以下的实施例中，“包括”或“具有”等用语表示说明书所记载的特征或结构要素存在，并不是事先排除一个以上的其他特征或结构要素附加的可能性。
在以下的实施例中，当提到区域、结构要素等部分位于其他部分的“上方”或“上”时，这不仅包括直接位于其他部分的上方的情况，还包括在其中间存在其他区域、结构要素等的情况。
在附图中为了方便说明而可夸大或缩小结构要素的尺寸。例如，为了方便说明，以任意方式示出了图中所示的各结构的尺寸及厚度，因此本发明并非一定限定于图示的内容。
在本说明书中，将光的行进方向称为光轴(Z轴)，将与光轴(Z轴)垂直的长轴(longaxis)称为X轴，将与光轴垂直的短轴(short axis)称为Y轴。X轴与Y轴垂直。
图1是用于示意性地说明本发明一实施例的用于光束成形的光学系统的方框图。
参照图1，本发明一实施例的光学系统包括多个激光源100、传递(delivery)单元200、望远镜(telescope)单元300、光束变换(beam transformation)单元(MTU)400和傅里叶(Fourier)单元(FO)500。此外，光学系统可进一步包括长轴光学单元(LAO)600及短轴光学单元(SAPO)700。通过本实施例的光学系统的光束能够在基准面RP上聚焦成线形或矩形形状。
多个激光源100可由掺钕钇铝石榴石(Nd-YAG)激光器或准分子激光器等形成。在本实施例中多个激光源100被图示为由两个激光源形成，但并不限定于此。例如，多个激光源100可由三个以上的激光源形成。利用多个激光源100来成形一个线形或矩形形状的光束，能够容易调节所成形光束的强度。
图2是用于说明本发明实施例的传递单元的作用的图。
传递单元200可将从多个激光源100出射的多个光A、B沿与光轴(Z轴)垂直的Y轴排列成列(column)。参照示意性地图示传递单元200的作用的图2，入射到传递单元200之前的从多个激光源100出射的多个光A、B之间的距离d1可大于从传递单元200出射的多个光A、B之间的距离d2。即，第一激光源110和第二激光源120分别具备外壳，因所述外壳，缩小多个光A、B之间的距离时有可能存在局限。
在本实施例中，通过引入传递单元200，缩小从多个激光源100出射的多个光之间的间隔，并且将多个光排成一列，从而起到容易进行随后的光束变换的作用。在一部分实施例中，传递单元200可包括多个镜子(mirror)。
另外，从第一激光源110及第二激光源120出射的多个光A、B可随着长距离的移动而发散(divergence)。为了防止这种发散，传递单元200可引入扩束器(beam expander)。
望远镜单元300可起到沿X轴方向放大沿Y轴排列的多个光的光束分布的作用。此外，望远镜单元300可起到沿Y轴方向缩小或放大多个光的光束分布的作用。望远镜单元300可包括柱形透镜或球形透镜。在一部分实施例中，可通过望远镜单元300将多个光中的每一个沿X轴方向放大约5倍至30倍，并且沿Y轴方向放大到0.2倍至1.5倍。
查看示意性地图示可包含在本发明实施例中的望远镜单元300的图5及图6，望远镜单元300可在X轴上放大光的分布，并且可在Y轴上缩小光的分布。
如果在XZ平面上观察望远镜单元300，则可知光从第一透镜310的凹面入射后从第二透镜320的凸面出射，从而光的分布能够沿X方向放大。
如果在YZ平面上观察望远镜单元300，则可知第一透镜310的凸面和第二透镜320的凸面彼此相对布置，从而入射到望远镜单元300的光的分布能够沿Y轴方向缩小。
图5及图6中提出的望远镜单元300为可包含在本发明实施例中的一例，本发明并不限定于此。望远镜单元300可由各种光学部件、透镜、镜子等多种结构构成。
从望远镜单元300出射的多个光A、B入射到光束变换单元400中。光束变换单元400将从望远镜单元300入射的多个光A、B形成为N个(N为大于2的整数)子列(sub-column)，并且使各所述子列以光轴(Z轴)为中心旋转约90度。由此，光的长轴和短轴交换。各所述子列包括从多个激光源100发出的多个光A、B中的每一个。在一部分实施例中，光束变换单元400可包括分束器。在一部分实施例中，光束变换单元400可包括光旋转单元。
图7是示意性地图示可包含在本发明实施例中的光束变换单元的图。
在一部分实施例中，光束变换单元400可包括具有相同的透镜的两个阵列400A。参照示意性地图示可包含在本实施例的光束变换单元400中的透镜410阵列的图7，包含在光束变换单元400中的透镜410可通过垂直于XZ平面并且具有厚度t的长方体401的面与相对于Y轴以光轴(Z轴)为中心倾斜45度的柱形透镜402交叉(intersection)来形成。在一部分实施例中，所述透镜410可通过将柱形透镜402倾斜45度后进行裁剪而形成。包含在一个阵列中的所述透镜410的数量可以是约5个至20个。包含在所述阵列中的透镜410的第一面S1可与相邻的透镜410的第二面(S2)连接而排列。
如此形成的多个透镜410的各间距(Pitch)尺寸可以是t＝2fm(fm为透镜410的焦距)。间距(Pitch)尺寸可指透镜410在阵列方向上的厚度。
另外，透镜410的曲率半径可具有约100mm至500mm之间的值。
从光束变换单元400出射的多个子列入射到傅里叶单元500。在一部分实施例中，傅里叶单元500可由一个柱形凸透镜形成。所述凸透镜的焦距可以是3000mm至15000mm，具有长的焦距。通过傅里叶单元500，从光束变换单元400出射的多个子列在角域(angularspace)中进行一维傅里叶变换，由此多个子列在坐标空间中形成一个均匀的图案。
即，傅里叶单元500通过均匀地混合多个子列而使从傅里叶单元500出射的光在坐标空间中具有连续的分布。
本实施例的光学系统可进一步包括长轴光学单元600及短轴光学单元700。
长轴光学单元600可以是沿X轴均匀地变换XZ平面上的光分布的机构。长轴光学单元600可由柱形凸透镜的两个阵列和/或两个柱形凸透镜形成。
在长轴光学单元600具备由第一柱形凸透镜形成的两个阵列及两个第二柱形凸透镜的情况下，所述阵列在XZ平面上的焦距可以是10mm至200mm，所述第二柱形凸透镜的焦距可以是500mm至6000mm。
短轴光学单元700可以是以能够使YZ平面上的光分布成为薄的线形光束的方式进行聚焦的机构。短轴光学单元700可由柱形凸透镜形成。在该情况下，凸透镜的焦距可以是100mm至500mm。
包含在本实施例中的光学元件可安装及固定在一个光学框架中。
图3是用于说明本发明实施例的光束成形原理的图，图4是示出本发明实施例的各步骤中的光束形状的图。
图4的(a)表示从多个激光源100出射的多个光，图4的(b)表示通过望远镜单元300的光。图4的(c)表示通过光束变换单元400后的光形状，图4的(d)表示通过傅里叶单元500后的光形状。
参照图3及图4，通过传递单元200的多个光A、B沿Y轴排列成一列。之后，多个光A、B入射到望远镜单元300，第一光A及第二光B由于望远镜单元300而分别沿X轴扩展。
之后，经扩展的第一光A及第二光B在光束变换单元400中被分割为子列。子列包括第一光A及第二光B。此外，光束变换单元400按各子列使第一光A及第二光B以光轴(Z轴)为中心旋转90度。
之后，通过傅里叶单元500来混合从光束变换单元400出射的子列的光。如图4所示，从光束变换单元400出射的光在坐标空间中可呈现不连续性。为了解决这种不连续性而引入傅里叶单元500。即，傅里叶单元500在角域(angular space)中混合子列的光，能够均匀地混合光。
图8是以三维表示本发明一实施例的光学系统的布置图。在图8中，与图1相同的附图标记表示相同的部件。
参照图8，本实施例的光学系统包括多个激光源100、传递单元200、望远镜单元300、光束变换单元400及傅里叶单元500。此外，光学系统可包括长轴光学单元600、短轴光学单元700及镜子910、920。
多个激光源100包括四个光A、B、C、D。多个激光源100可由Nd-YAG激光器或准分子激光器等形成。利用多个激光源100来成形一个线形或矩形形状的光束，能够容易调节所成形光束的强度。从多个激光源100出射的四个光A、B、C、D可沿多种路径入射到传递单元200。
传递单元200可将沿多种路径入射的多个光A、B、C、D沿与光轴(Z轴)垂直的Y轴排列成列(column)。传递单元200可包括多个镜子，可通过所述多个镜子来调节多个光A、B、C、D的光路。另外，多个光A、B、C、D可随着长距离的移动而发散(divergence)。由此，为了防止这种发散，传递单元200可引入扩束器(beam expander)。
望远镜单元300可起到沿X轴方向放大沿Y轴排列的多个光的光束分布的作用。此外，望远镜单元300可起到沿Y轴方向缩小或放大多个光的光束分布的作用。望远镜单元300可包括柱形透镜或球形透镜。在一部分实施例中，通过望远镜单元300，多个光中的每一个可沿X轴方向放大约5倍至30倍，并且可沿Y轴方向成为0.2倍至1.5倍。
从望远镜单元300出射的多个光A、B、C、D入射到光束变换单元400中。光束变换单元400将从望远镜单元300入射的多个光A、B、C、D形成为N个(N为大于2的整数)子列(sub-column)，并且使各所述子列以光轴(Z轴)为中心旋转约90度。各所述子列包括从多个激光源100发出的多个光A、B、C、D中的每一个。在一部分实施例中，光束变换单元400可包括分束器。在一部分实施例中，光束变换单元400可包括光旋转单元。在一部分实施例中，光束变换单元400可包括具有相同的透镜的两个阵列。
从光束变换单元400出射的多个子列入射到傅里叶单元500中。在一部分实施例中，傅里叶单元500可由一个柱形凸透镜形成。所述凸透镜的焦距可以是3000mm至15000mm，具有长的焦距。通过傅里叶单元500，从光束变换单元400出射的多个子列在角域(angularspace)中进行一维傅里叶变换，由此多个子列在坐标空间中形成一个均匀的图案。
即，傅里叶单元500均匀地混合多个子列，从而从傅里叶单元500出射的光在坐标空间中具有连续分布。
本实施例的光学系统可进一步包括长轴光学单元600及短轴光学单元700。
长轴光学单元600可以是沿X轴均匀地变换XZ平面上的光分布的机构。长轴光学单元600可由柱形凸透镜的两个阵列和/或两个柱形凸透镜形成。在本实施例中，长轴光学单元600包括由柱形透镜形成的两个阵列610及两个柱形凸透镜620、630。
短轴光学单元700可以是以能够使YZ平面上的光分布成为薄的线形光束的方式进行聚焦的机构。短轴光学单元700可由柱形凸透镜形成。在该情况下，凸透镜的焦距可以是100mm至500mm。
光学系统可包括多个镜子910、920。为了充分利用空间且为了调节光的行进方向，可布置多个镜子910、920。另外，第一镜子910可以是为了防止由光学部件入射的光沿入射方向反射的逆反射而布置的镜子。
另外，本实施例的光学系统可进一步包括其他光学部件例如偏光板、衰减器等多种部件。
图9及图10是表示从本实施例的光学系统导出的光束的分布的曲线图。
参照图9，可知在规定区域中X轴的光束分布形成得较为均匀。参照图10，可知光束分布集中在Y轴的规定值。即，由本实施例的光学系统成形的光束聚焦于Y轴的规定值，能够提供沿X轴具有均匀的强度的光束分布。
本发明实施例的光束成形光学系统能够利用多个激光源，能够容易调节所成形光束的强度。此外，光束变换单元将多个光分割成子列并使其旋转，傅里叶单元在角(angular)坐标系中混合多个光，能够成形均匀的线形或矩形形状的光束。
图11是表示由本发明实施例的光学系统成形光束的方法的顺序图。
参照图11，由光学系统成形光束的方法包括：步骤S1，将多个光的入射位置布置成列；步骤S2，沿与光轴(Z轴)垂直的X轴放大入射的多个光；步骤S3，将放大后的多个光分割为子列；步骤S4，使子列以光轴(Z轴)为中心旋转90度；步骤S5，通过傅里叶变换来混合旋转后的多个子列；以及步骤S6，聚焦于基准面上。
首先，将从多个激光源100(参照图1)入射的多个光的入射位置沿Y轴布置成列(S1)。这可由传递单元200(参照图1)实现。传递单元200可包括多个镜子和/或扩束器。多个镜子可调节多个光的路径，扩束器可起到防止随移动产生的光发散的作用。
之后，沿与光轴(Z轴)垂直的X轴放大入射的多个光(S2)。这可由望远镜单元300(参照图1)实现。通过望远镜单元300，可将入射的多个光沿X轴方向放大约5倍至30倍。在一部分实施例中，可沿X轴方向放大入射的多个光的同时，沿Y轴方向放大或缩小入射的多个光。在该情况下，入射的多个光可通过望远镜单元300而在Y轴方向上成为约0.2倍至1.5倍。
之后，将放大后的多个光分割为子列(S3)，并且使子列以光轴(Z轴)为中心旋转90度(S4)。这可由光束变换单元400(参照图1)执行。所述将放大后的多个光分割为子列的步骤S3和使子列以光轴(Z轴)为中心旋转90度的步骤S4可以依次实现，也可以同时实现。
放大后的多个光可被分割为N(N为大于2的整数)个子列(S3)。各所述子列包括从多个激光源发出的多个光中的每一个。例如，当在激光源为两个的情况下，将从各激光源发出的光分别称为第一光及第二光时，各子列包括分割的第一光及分割的第二光。各子列可以以光轴(Z轴)为中心旋转约90度(S4)。通过这种旋转，X轴方向的光成分和Y轴方向的光成分交换，从而能够经过随后的混合步骤S5来谋求光束均匀化。
之后，可通过傅里叶变换来混合旋转后的多个子列的光。所述旋转后的多个子列的光在坐标空间中分为分割的第一光及分割的第二光，从而可具有不连续分布。通过所述傅里叶变换在角域(angular space)中对多个子列中的每一个进行一维傅里叶变换，多个子列在坐标空间中形成一个均匀的图案。即，傅里叶变换均匀地混合多个子列，通过傅里叶变换，经混合的光在坐标空间中具有连续分布。
之后，经混合的光可以在基准面上被聚焦成沿X轴方向具有长度的线形状(S6)。经混合的光可通过长轴光学单元600(参照图1)变换为沿X轴均匀的光分布，并且可通过短轴光学单元700(参照图1)被聚焦成薄的线形光束形状。
如此，本发明参照附图中图示的实施例进行了说明，但这只不过是示例性的，该技术领域的技术人员将会理解，由此可得到各种变形以及其他等同的实施例。因此，本发明真正的技术保护范围应由所附的权利要求书的技术思想来确定。
附图标记说明
100：激光源
200：传递单元
300：望远镜单元
400：光束变换单元
500：傅里叶单元
600：长轴光学单元700：短轴光学单元。

Claims (9)

1.一种光束成形光学系统，所述光束成形光学系统为以对与光轴垂直的平面具有线形光束分布的方式成形光束的光束成形装置，所述光轴为Z轴，所述光束成形光学系统包括：
M个激光源，M为大于1的整数；
传递单元，将从所述M个激光源出射的M个光沿与所述光轴垂直的Y轴方向排列成列；
望远镜单元，沿与所述光轴和所述Y轴垂直的X轴方向放大从所述传递单元入射的M个光的光束分布；
光束变换单元，通过将从所述望远镜单元入射的M个光中的每一个分割为N个而形成包含所述M个光中的每一个的N个子列，并且使所述N个子列中的每一个以所述Z轴为中心旋转90度，其中，N为大于2的整数；以及
傅里叶单元，通过傅里叶变换来混合包含在通过所述光束变换单元形成的N个子列中的多个光，
其中，所述光束变换单元由多个透镜的阵列形成，所述多个透镜中的每一个被形成为将柱形透镜相对于所述Y轴倾斜45度后进行裁剪得到的形状。
2.根据权利要求1所述的光束成形光学系统，进一步包括：
长轴光学单元，沿所述X轴均匀地分散在所述傅里叶单元中混合的光；以及
短轴光学单元，将在所述傅里叶单元中混合的光聚焦成线形。
3.根据权利要求2所述的光束成形光学系统，其中，
所述长轴光学单元具备由第一柱形凸透镜形成的两个阵列及两个第二柱形凸透镜，所述阵列的焦距为10mm至200mm，所述第二柱形凸透镜的焦距为500mm至6000mm。
4.根据权利要求2所述的光束成形光学系统，其中，
所述短轴光学单元包括焦距为100mm至500mm的柱形凸透镜。
5.根据权利要求1所述的光束成形光学系统，其中，
所述传递单元包括镜子及扩束器。
6.根据权利要求1所述的光束成形光学系统，其中，
从所述传递单元出射的M个光的间隔小于入射到所述传递单元中的M个光的间隔。
7.根据权利要求1所述的光束成形光学系统，其中，
包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜具有5mm至30mm的间距尺寸。
8.根据权利要求1所述的光束成形光学系统，其中，
包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜的数量为5个至20个。
9.根据权利要求1所述的光束成形光学系统，其中，
包含在所述光束变换单元中的所述多个透镜的曲率半径为100mm至500mm。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102425179B1 (ko) * 2020-02-12 2022-07-29 (주)프로옵틱스 라인빔 형성장치
KR20210131510A (ko) * 2020-04-23 2021-11-03 삼성디스플레이 주식회사 라인 빔 형성 장치
KR102425180B1 (ko) * 2020-07-15 2022-07-29 (주)프로옵틱스 라인빔 형성장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101794024A (zh) * 2010-04-02 2010-08-04 上海理工大学 一种产生柱矢量光束的装置及方法
CN204122929U (zh) * 2014-07-31 2015-01-28 北京万恒镭特机电设备有限公司 分光装置
CN104937487A (zh) * 2013-01-23 2015-09-23 三菱电机株式会社 投影型显示装置
CN105372932A (zh) * 2014-08-13 2016-03-02 佳能株式会社 压印装置、照明光学系统及物品制造方法
CN106716746A (zh) * 2014-09-26 2017-05-24 康茂股份公司 特别用于工业过程的激光源
CN106972921A (zh) * 2017-01-03 2017-07-21 北京理工大学 基于波前传感结合二重光学密钥的非对称光学信息安全系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101794024A (zh) * 2010-04-02 2010-08-04 上海理工大学 一种产生柱矢量光束的装置及方法
CN104937487A (zh) * 2013-01-23 2015-09-23 三菱电机株式会社 投影型显示装置
CN204122929U (zh) * 2014-07-31 2015-01-28 北京万恒镭特机电设备有限公司 分光装置
CN105372932A (zh) * 2014-08-13 2016-03-02 佳能株式会社 压印装置、照明光学系统及物品制造方法
CN106716746A (zh) * 2014-09-26 2017-05-24 康茂股份公司 特别用于工业过程的激光源
CN106972921A (zh) * 2017-01-03 2017-07-21 北京理工大学 基于波前传感结合二重光学密钥的非对称光学信息安全系统

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