DE10121678B4

DE10121678B4 - Device for superimposing bundles of rays originating from a plurality of individual radiation sources in at least one imaging spot and device for dividing the radiation emanating from a radiation source into separate bundles of beams

Info

Publication number: DE10121678B4
Application number: DE2001121678
Authority: DE
Inventors: Marius Christian Dipl.Ing. Jurca; Martin Walter Dipl.Ing. Schönleber
Original assignee: MYOS LASERTECHNOLOGY MY OPTICA; MYOS LASERTECHNOLOGY MY OPTICAL SYSTEMS GmbH
Current assignee: JURCA, MARIUS CHRISTIAN, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-05-05
Also published as: DE10121678A1

Abstract

Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln,
die von einer Mehrzahl von Einzelstrahlungsquellen ausgehen, in mindestens einem Abbildungsfleck, wobei die Einzelstrahlungsquellen in der Art eines Rasters angeordnet sind, das mindestens eine lineare Reihe von Einzelstrahlungsquellen umfaßt, längs derer die Einzelstrahlungsquellen in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene voneinander beabstandet aufgereiht sind,
dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
einen Spiegelkanal (5; 105; 205) und eine objektseitig vorgelagerte Abbildungsoptik (4; 104; 204), die so angelegt ist, daß sie ohne den Spiegelkanal das Raster von Einzelstrahlungsquellen (L1 bis L3' L₁₀₁ bis L₁₀₇ L₂₀₁ bis L₂₀₅) in einer Bildebene (6; 106; 206) in ein entsprechendes Raster von Bildern (L1' bis L3') abbildet,
wobei
der Spiegelkanal (5; 105; 205) mindestens zwei sich symmetrisch zur optischen Achse erstreckende Spiegelflächen hat, die in der Richtung voneinander beabstandet sind, entlang. der ohne Spiegelkanal (5; 105, 205) die Bilder (L1' bis L3') der die lineare Reihe bildenden...Device for superimposing beams,
which emanate from a plurality of individual radiation sources, in at least one imaging spot, wherein the individual radiation sources are arranged in the manner of a grid comprising at least one linear row of individual radiation sources, along which the individual radiation sources are lined up in a plane perpendicular to the optical axis,
characterized in that it comprises
a mirror channel (5; 105; 205) and an imaging optics (4; 104; 204) located on the object side, which is designed such that, without the mirror channel, the grid of individual radiation sources (L1 to L3 'L ₁₀₁ to L ₁₀₇ L ₂₀₁ to L ₂₀₅ ) in an image plane (6; 106; 206) into a corresponding grid of images (L1 'to L3'),
in which
the mirror channel (5; 105; 205) has at least two mirror surfaces extending symmetrically to the optical axis, which are spaced apart in the direction. without the mirror channel (5; 105, 205) the pictures (L1 'to L3') of the linear row forming ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln, die von einer Mehrzahl von Einzelstrahlungsquellen ausgehen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
sowie
eine Vorrichtung zur Aufteilung der von einer Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung in getrennte Strahlenbündel und zur Erzeugung einer rasterartigen Anordnung von Bildern der Strahlungsquelle.The invention relates to a device for superimposing beam bundles, which emanate from a plurality of individual radiation sources according to the preamble of claim 1
such as
a device for dividing the emanating from a radiation source radiation into separate beams and for generating a grid-like arrangement of images of the radiation source.

Vorrichtungen der erstgenannten Art finden ihren Einsatz beispielsweise dort, wo das Licht mehrerer Einzellichtquellen zur Leistungssteigerung in einem relativ kleinen räumlichen Arbeitsbereich konzentriert werden soll. Derartige Anwendungen liegen in der Materialbearbeitung, z. B. beim Laserschweißen, -schneiden oder -bohren sowie bei der Oberflächenbehandlung. Ein weiteres Einsatzgebiet liegt im Bereich der Telekommunikation, wenn in einem durch eine optische Faser realisierten Datenübertragungskanal eine hohe Lichtleistung zur Informationsübertragung über weite Strecken ohne zwischengeschaltete Verstärker erforderlich ist.devices of the former type find their use for example there, where the light from several individual light sources to increase performance in a relatively small spatial Work area should be concentrated. Such applications are in the material processing, z. B. laser welding, cutting or drilling as well as in the surface treatment. Another area of application is telecommunications, if in a data transmission channel realized by an optical fiber high light output for information transmission over long distances without interposed amplifier is required.

Bei bekannten derartigen Vorrichtungen eingesetzte Lichtquellen sind Laserdioden-Arrays, die auch als "Barren" bezeichnet werden. Ein derartiges Laserdioden-Array weist eine Vielzahl von in einer linearen Reihe angeordneten einzelnen Laserdioden auf. Ein Hochleistungs-Laser-Array hat eine Ausgangslichtleistung von etwa 50 W.at are known light sources used in such devices Laser diode arrays, also referred to as "ingots". Such a laser diode array has a plurality of individual arranged in a linear row Laser diodes on. A high power laser array has an output light output of about 50 W.

Es ist bekannt, derartige Laserdioden-Arrays aufeinander in sog. "Stacks" zu stapeln, so daß also ein zweidimensionales Array von Einzellichtquellen entsteht. Die Emissionsbündel der einzelnen Emissionsflächen des so erhaltenen zweidimensionalen Arrays werden überlagert, um die Lichtleistung des gesamten "Stacks" zu nutzen. Hierzu ist es bekannt, jedem Einzel-Emitter innerhalb der im Stack gestapelten Laserdioden eine Mikrolinse zuzuordnen, die das Emissionsbündel eines Einzel-Emitters auf das Einkoppelende einer diesem zugeordneten optischen Faser ermöglicht. Auf diese Weise ist dem Laserdioden-Array eine Vielzahl von Fasern zugeordnet, die in einem Faserbündel geführt werden können. Das Auskoppelende des Faserbündels kann dann zur Erzeugung eines Arbeits-Laserstrahlbündels abgebildet werden.It It is known to stack such laser diode arrays on each other in so-called "stacks", so that a two-dimensional array of single light sources arises. The emission bundles of individual emission surfaces of the two-dimensional array thus obtained are superimposed, to use the light output of the entire "stack". For this it is known to everyone Single emitter within the stacked laser diodes one Micro lens, which is the emission beam of a single emitter to the coupling end of an associated optical fiber allows. In this way, the laser diode array is associated with a plurality of fibers, in a fiber bundle guided can be. The decoupling end of the fiber bundle can then be imaged to produce a working laser beam.

Mit dieser Anordnung sind mehrere Nachteile verbunden: Beim Einkoppeln in die Fasern geht Licht verloren. Der Abstand der Fasern innerhalb des Bündels kann auf der Austrittsseite bedingt durch die Fasergeometrie nicht beliebig verringert werden, was die Strahlqualität des erreichbaren Abbildungsflecks verschlechtert. Die Handhabung eines derartigen Mikrolinsen-Arrays ist relativ kompliziert, da die Mikrolinsen nahe an die Einzel-Emitter herangeführt werden müssen und die Justage entsprechend kritisch ist. Zusätzlich ist bei Einsatz von Mikrolinsen in Verbindung mit Hochleistungs-Laserdioden-Arrays die Herstellung und Materialauswahl sehr kritisch, da kleinste Absorptionen bei der Emissionswellenlänge der Laserdioden zu einer nicht tolerablen Aufheizung der Mikrolinsen führen.With This arrangement has several disadvantages: when coupling Light is lost in the fibers. The distance of the fibers within of the bunch can not on the exit side due to the fiber geometry can be arbitrarily reduced, which deteriorates the beam quality of the achievable image spot. The handling of such a microlens array is relatively complicated, because the microlenses are brought close to the single emitter have to and the adjustment is accordingly critical. In addition, when using Microlenses used in conjunction with high power laser diode arrays manufacture and material selection very critical, since smallest absorptions at the emission wavelength of Laser diodes to an intolerable heating of the microlenses to lead.

Daneben ist es bekannt, die Emissionsbündel von Laserdioden-Arrays mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen über dichroitische Einkoppelspiegel zu überlagern. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß nur Laserdiodenstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf diese Weise überlagbar sind.Besides it is known the emission bundles of laser diode arrays with different emission wavelengths via dichroic coupling-in mirrors to overlay. This has the disadvantage that only laser diode beams of different wavelengths this way superimposable are.

Aus der US 6 037 593 A ist eine optische Anordnung mit einem rechteckigen Spiegelkanal mit konkaven Spiegelflächen bekannt. In Verbindung mit einem dem Spiegelkanal nachgeordneten positionsempfindlichen Detektor dient die diesen Spiegelkanal aufweisende optische Anordnung zur Zuordnung einer Einstrahlrichtung einer Lichtquelle in den Spiegelkanal.From the US Pat. No. 6,037,593 A is an optical arrangement with a rectangular mirror channel with concave mirror surfaces known. In conjunction with a position-sensitive detector arranged downstream of the mirror channel, the optical arrangement having this mirror channel serves to associate an incident direction of a light source with the mirror channel.

Bei einer aus der US 6 137 631 A bekannten Vorrichtung, bei der ein Laserdioden-Array zur Beleuchtung eingesetzt ist, dient ein Glasstab, in den die Strahlenbündel der Einzelstrahlungsquellen eingekoppelt werden, zur Durchmischung und Homogenisierung aller Einzelstrahlungsbündel in ähnlicher Weise, wie dies auch bei einer Streuscheibe zur Durchmischung bzw. zur Homogenisierung einfallenden Lichts bekannt ist. Hier ist die Zielsetzung das Erreichen einer in ihrer Intensität über einen Bündelquerschnitt möglichst gleichförmigen Beleuchtung. Das Erreichen hoher Lichtleistungen in einem Abbildungsfleck spielt hier keine Rolle.At one of the US 6 137 631 A known device in which a laser diode array is used for illumination, a glass rod, in which the beams of the individual radiation sources are coupled, for mixing and homogenizing all individual radiation beam in a similar manner, as with a lens for mixing or for homogenization incident Light is known. Here, the objective is to achieve as uniform as possible in intensity across a bundle cross-section illumination. The achievement of high light output in a picture spot does not matter here.

Aus der DE 198 41 040 A1 ist eine Laseranordnung bekannt, bei der Strahlenbündel einer linearen Anordnung von Laserdioden mit Hilfe einer Abbildungsoptik in einem Fokusbereich überlagert werden, der im Eintrittsfenster eines stabförmigen Glashomogenisierers liegt. Das Austrittsfenster des Stabhomogenisierers wird mit Hilfe eines Objektivs auf eine zu strukturierende oder zu beschriftende Oberfläche abgebildet.From the DE 198 41 040 A1 For example, a laser arrangement is known in which radiation beams of a linear arrangement of laser diodes are superimposed with the aid of imaging optics in a focus area which lies in the entrance window of a rod-shaped glass homogenizer. The exit window of the bar homogenizer is imaged by means of a lens on a surface to be structured or labeled.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine effiziente Überlagerung der Einzelstrahlungsquellen mit möglichst geringen Verlusten und geringem Justieraufwand möglich ist.It It is therefore an object of the present invention to provide a device for overlaying of bundles of rays of the type mentioned in such a way that an efficient overlay the individual radiation sources with the lowest possible losses and low adjustment effort possible is.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.These The object is achieved by the invention defined in claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt mit nur zwei Hauptkomponenten aus, deren Justierung übersichtlich ist: Die eine dieser Hauptkomponenten ist eine relativ einfache Abbildungsoptik, mit der bei fehlender zweiter Hauptkomponente die rasterartige Anordnung von Einzelstrahlungsquellen in eine entsprechende rasterartige Anordnung von Bildern abgebildet würde, welche in der Bildebene der Abbildungsoptik liegen. Die bei einer Reihe von Einzelstrahlungsquellen ebenfalls in einer Reihe liegenden Bilder hätten voneinander einen Abstand, der von der Vergrößerung der Abbildungsoptik abhängt. Tatsächlich entsteht in der Bildebene der Abbildungsoptik jedoch keine derartige rasterartige Anordnung von Bildern, da in dem Strahlengang hinter der Abbildungsoptik als zweite Hauptkomponente der Vorrichtung ein Spiegelkanal eingefügt wird. Die Eintrittsfläche dieses Spiegelkanals liegt in einer Ebene, in der sich die Strahlenbündel gegenseitig durchdringen. Der Spiegelkanal hat die Wirkung, daß die von den Einzelstrahlungsquellen ausgehenden Strahlenbündel je nach der Achsenferne der Einzelstrahlungsquellen und damit je nach dem Einfallswinkel in dem Spiegelkanal unterschiedlich oft reflektiert werden. Dabei werden die Strahlenbündel der Einzelstrahlungsquellen in einer solchen Weise "umgeklappt", daß die Bilder aller Einzelstrahlungsquellen durch die kombinierte Wirkung des Spiegelkanals mit der Abbildungsoptik im wesentlichen in dem selben Abbildungsfleck oder in Abbildungsflecken, deren Anzahl und Relativlage über die Justage der Vorrichtung kontrollierbar ist, entstehen. Auf diese Weise summieren sich in dem mindestens einem Abbildungsfleck die Intensitäten aller Einzelstrahlenbündel. Der mechanische Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist einfach, wobei sich gleichzeitig vorteilhafte Justagefreiheitsgrade bieten, so daß komplizierte Justagevorrichtungen, die ggf. bei nachgeordneten optischen Komponenten notwendig würden, entfallen können.The device according to the invention comes with only two main components whose adjustment is clear: The one of these main components is a relatively simple imaging optics, with the missing second main component, the grid-like arrangement of individual radiation sources would be displayed in a corresponding grid-like arrangement of images, which lie in the image plane of the imaging optics. The images also in a row lying in a row of individual radiation sources would have a distance from each other, which depends on the magnification of the imaging optics. In fact, however, no such grid-like arrangement of images arises in the image plane of the imaging optics, since a mirror channel is inserted in the beam path behind the imaging optics as the second main component of the device. The entrance surface of this mirror channel lies in a plane in which the radiation beams penetrate each other. The mirror channel has the effect that the beams emanating from the individual radiation sources are reflected differently often, depending on the axis distance of the individual radiation sources and thus depending on the angle of incidence in the mirror channel. The beams of the individual radiation sources are "folded" in such a way that the images of all individual radiation sources by the combined effect of the mirror channel with the imaging optics substantially in the same image spot or in image spots whose number and relative position on the adjustment of the device is controllable arise. In this way, the intensities of all individual light beams accumulate in the at least one image spot. The mechanical structure of the device according to the invention is simple, with at the same time offer advantageous adjustment degrees of freedom, so that complicated adjustment devices, which would possibly be necessary for downstream optical components, can be omitted.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist derart ausgeführt, daß

a) ohne den Spiegelkanal die Bilder der die lineare Reihe bildenden Einzelstrahlungsquellen eine Bildreihe bilden, in der benachbarte Bilder einen konstanten Abstand aufweisen;
b) der Spiegelkanal mindestens zwei sich in Richtung der optischen Achse erstreckende parallele Spiegelflächen aufweist, die in Richtung der Bildreihe den gleichen Abstand voneinander aufweisen wie die benachbarten Bilder der Bildreihe; und
c) die Eintrittsfläche des Spiegelkanals in der Ebene des bildseitigen Brennpunkts der Abbildungsoptik liegt.

An advantageous embodiment of the device is designed such that

a) without the mirror channel, the images of the individual radiation sources forming the linear array form a series of images in which adjacent images are at a constant distance;
b) the mirror channel has at least two parallel mirror surfaces extending in the direction of the optical axis, which have the same distance from each other in the direction of the image row as the adjacent images of the image row; and
c) the entrance surface of the mirror channel lies in the plane of the image-side focal point of the imaging optics.

Dieser Aufbau ist besonders einfach und justagefreundlich, da ein Spiegelkanal mit parallelen Spiegelflächen relativ einfach gefertigt werden kann und eine vergleichsweise geringe Anzahl von Justagefreiheitsgraden vorliegt.This Construction is particularly easy and adjustment-friendly, as a mirror channel with parallel mirror surfaces can be made relatively simple and a relatively small Number of adjustment degrees of freedom.

Alternativ können die Spiegelflächen des Spiegelkanals keilförmig angeordnet sein, wobei sich die keilförmige Anordnung in Richtung auf die Bildebene zu öffnet, und ferner kann eine im Strahlengang nach dem Spiegelkanal angeordnete optische Komponente der Abbildungsoptik vorgesehen sein, die derart ausgeführt ist, daß die Strahlenbündel der Einzelstrahlungsquellen nach dem Austritt aus dem Spiegelkanal in die Bildebene abgebildet werden. Nach Austritt aus einem derartigen Spiegelkanal liegt ein sich aus den Einzelstrahlenbündeln zusammensetzendes Gesamtstrahlenbündel vor, welches im Vergleich zu den Einzelstrahlenbündeln einen großen Durchmesser aufweist und sich daher effizient fokussieren läßt.alternative can the mirror surfaces of the mirror channel wedge-shaped be arranged, with the wedge-shaped arrangement in the direction opens to the picture plane, and further, one arranged in the beam path after the mirror channel be provided optical component of the imaging optics, the like accomplished is that the ray beam the individual radiation sources after exiting the mirror channel be imaged in the image plane. After leaving such a Mirror channel is composed of the individual beams bundles Total radiation beam which has a large diameter compared to the individual beams and therefore can focus efficiently.

Eine erste optische Komponente der Abbildungsoptik kann derart ausgebildet sein, daß die von den Einzelstrahlungsquellen ausgehenden Strahlenbündel vor dem Eintritt in den Spiegelkanal kollimiert sind. In diesem Fall liegt nach dem Austritt aus dem Spiegelkanal ein gut fokussierbares Gesamtstrahlungsbündel vor.A The first optical component of the imaging optics can be designed in this way be that the from the individual radiation sources emanating beam collimated entry into the mirror channel. In this case is after leaving the mirror channel a well focused Total radiation beam in front.

Das Raster von Einzelstrahlungsquellen kann eine Mehrzahl von linearen Zeilen und hierzu senkrecht verlaufenden linearen Spalten aufweisen, wobei der Spiegelkanal vier spiegelnde Flächen aufweist, die einen im Querschnitt rechteckigen Kanal begrenzen. Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich auch zweidimensionale Raster von Einzelstrahlungsquellen in mindestens einem Abbildungsfleck überlagern. Der Spiegelkanal kann in diesem Fall quader- bzw. rohrförmig mit rechteckigem Querschnitt oder auch als sich zur Bildebene öffnender Keil bzw. Trichter mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt sein. Alternativ können auch ändere Querschnittsformen des Spiegelkanals mit mehrzähliger Symmetrie, z. B. dreieckig oder sechseckig, gewählt werden, um ein Raster von Einzelstrahlungsquellen mit entsprechender Symmetrie in mindestens einem Abbildungfleck zu überlagern.The Raster of individual radiation sources may be a plurality of linear Rows and perpendicular to have linear columns, where the mirror channel has four reflective surfaces, the one in the Limit cross section rectangular channel. With such a device can also be two-dimensional grid of individual radiation sources overlay in at least one image spot. The mirror channel can in this case cuboid or tubular with rectangular cross-section or as wedge or funnel that opens to the image plane be executed with rectangular cross-section. Alternatively, you can change the cross-sectional shapes the mirror channel with multiple symmetry, z. B. triangular or hexagonal, be selected to a grid of Single radiation sources with corresponding symmetry in at least to overlay a picture patch.

Bei einer solchen Vorrichtung mit parallelen Spiegelflächen kann der Abstand der spiegelnden Flächen in Richtung der Bildzeilen des Rasters gleich dem Abstand der Bilder der Einzelstrahlungsquellen in den Bildzeilen des Rasters und der Abstand der spiegelnden Flächen in Richtung der Bildspalten des Rasters gleich dem Abstand der Bilder der Einzelstrahlungsquellen in den Bildspalten des Rasters sein. Dies ermöglicht auch die Überlagerung der Einzelstrahlungsbündel eines Rasters von Einzelstrahlungsquellen mit in zueinander senkrechter Richtung unterschiedlichen Rasterabständen in einem Abbildungsfleck.at such a device with parallel mirror surfaces can the distance of the reflecting surfaces in the direction of the image lines of the grid equal to the distance of the images the individual radiation sources in the image lines of the grid and the Distance of the reflecting surfaces in the direction of the image columns of the grid equal to the distance of the images be the individual radiation sources in the image columns of the grid. this makes possible also the overlay the single radiation beam a grid of individual radiation sources with mutually perpendicular Direction of different grid intervals in a picture spot.

Vorteilhafterweise hat die Abbildungsoptik eine vergrößernde Wirkung. Hierdurch verringern sich die Einfallswinkel der einzelnen Strahlenbündel in den Spiegelkanal; gleichzeitig erhält der Spiegelkanal so große Dimensionen, daß seine Herstellung problemlos möglich ist.Advantageously, the imaging optics a magnifying effect. This reduces the angle of incidence of the individual beams in the mirror channel; At the same time, the mirror channel is given such large dimensions that its production is possible without difficulty.

Eine besonders günstige Ausgestaltung des Spiegelkanals ist diejenige als Stab mit einer entsprechenden Querschnittsform, der aus transparentem Material gebildet ist, dessen Brechungsindex so auf die Wellenlänge der Strahlung abgestimmt ist, daß die Strahlenbündel an den Seitenflächen des Stabs eine Totalreflexion erfahren. Die Herstellung eines derartigen Stabs mit den entsprechenden Dimensionen und ebenen Flächen ist sowohl in Quader- als auch in Keilform einfach möglich.A especially cheap Design of the mirror channel is that as a rod with a corresponding cross-sectional shape, made of transparent material is formed, whose refractive index so on the wavelength of the Radiation is tuned that the ray beam on the side surfaces of the staff experience a total reflection. The production of such Stabs with the appropriate dimensions and flat surfaces is in both cuboid and wedge shape easily possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist weiter, eine Vorrichtung zur Aufteilung der von einer Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung zu schaffen.task the present invention is further, a device for division to create the radiation emanating from a radiation source.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 9 beschriebene Erfindung gelöst, bei welcher von der Umkehrbarkeit des Lichtwegs Gebrauch gemacht wird.These The object is solved by the invention described in claim 9, at which makes use of the reversibility of the light path.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigenembodiments The invention will be explained in more detail with reference to the drawing; it demonstrate

1 schematisch eine Vorrichtung zur Überlagerung der von mehreren Laserdioden ausgehenden elektromagnetischen Strahlung in einem Abbildungsfleck; 1 schematically a device for superimposing the emanating from a plurality of laser diodes electromagnetic radiation in an imaging spot;

2 und 3 zu 1 ähnliche Darstellungen alternativer Überlagerungsvorrichtungen. 2 and 3 to 1 similar representations of alternative overlay devices.

Die Brechung optischer Einzelstrahlen an den optischen Oberflächen von refraktiven Komponenten der nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen ist in den Figuren jeweils vernachlässigt.The Refraction of single optical beams at the optical surfaces of refractive components of the devices described below is neglected in the figures.

In der Zeichnung sind mit L1, L2, L3 drei Laserdioden bezeichnet, die in einem linearen Array in konstanten Abständen zueinander angeordnet sind. Die Richtung des Arrays steht senkrecht auf der optischen Achse der Vorrichtung, mit welcher die von den Laserdioden L1, L2, L3 ausgehenden Strahlenbündel, deren Wellenlänge z.B. im Infrarotbereich liegt, in einem einzigen Abbildungsfleck L3' überlagert werden können. Diese Vorrichtung umfaßt eine Abbildungsoptik, die in der Zeichnung als einfache Linse dargestellt und durch das Bezugszeichen 4 gekenn zeichnet ist, sowie einen Glasstab 5, dessen Längserstreckung parallel zur optischen Achse verläuft und der in nachfolgend zu beschreibender Weise als Spiegelkanal dient.In the drawing, L1, L2, L3 designate three laser diodes which are arranged in a linear array at constant distances from each other. The direction of the array is perpendicular to the optical axis of the device, with which the emanating from the laser diodes L1, L2, L3 beam whose wavelength is, for example, in the infrared range, in a single image spot L3 'can be superimposed. This device comprises an imaging optics, shown in the drawing as a simple lens and by the reference numeral 4 is marked, as well as a glass rod 5 whose longitudinal extension is parallel to the optical axis and which serves as a mirror channel in the manner to be described below.

Die Linse 4 besitzt die Brennweite f und würde, wenn der Glasstab 5 nicht vorhanden wäre, ein vergrößertes Bild des Arrays der Laserdioden L1, L2, L3 in einer Bildebene 6 erzeugen. Die Bilder L1', L2', L3' haben in der Bildebene 6 voneinander den Abstand D.The Lens 4 owns the focal length f and would if the glass rod 5 would not be present, an enlarged image of the array of laser diodes L1, L2, L3 in an image plane 6 produce. The images L1 ', L2', L3 'are in the image plane 6 from each other the distance D.

Die Eintrittsstirnfläche 7 des Glasstabs 5 befindet sich im Abstand f von der Mittelebene der Linse 4. Der Glasstab 5 endet mit seiner Austrittsstirnfläche 8 kurz vor der Bildebene 6. Die Dicke des im Querschnitt rechteckigen Glasstabs 5 in der Richtung, die parallel zur Richtung des Laserdiodenarrays verläuft, ist D. Das Material, aus welchem der Glasstab 5 besteht, ist so gewählt, daß sich aufgrund seines Brechungsindexes bei der von den Laserdioden L1, L2, L3 ausgesandten Wellenlänge eine Totalreflexion ergibt.The entrance face 7 of the glass rod 5 is at a distance f from the median plane of the lens 4 , The glass rod 5 ends with its exit face 8th just before the picture plane 6 , The thickness of the cross-sectionally rectangular glass rod 5 in the direction parallel to the direction of the laser diode array is D. The material from which the glass rod 5 is chosen so that due to its refractive index at the wavelength emitted by the laser diodes L1, L2, L3 results in a total reflection.

Durch das Einfügen des Glasstabs 5 in den Strahlengang hinter der Linse 4 verändert sich der Verlauf des von der unteren Laserdiode L3 ausgehenden Strahlenbündels nicht wesentlich; dieses durchsetzt den Glasstab 5 ohne Reflexion an einer Stirnfläche. Das Bild L3' der Laserdiode L3 entsteht im wesentlichen an der selben Stelle, an der es auch ohne den Glasstab 5 abgebildet würde.By inserting the glass rod 5 in the beam path behind the lens 4 the course of the beam emerging from the lower laser diode L3 does not change significantly; this intersperses the glass rod 5 without reflection on a face. The image L3 'of the laser diode L3 is formed substantially at the same place where it is without the glass rod 5 would be pictured.

Anders dagegen der Verlauf der Strahlenbündel, die von den einen größeren Achsabstand aufweisenden Laserdioden L1 und L2 ausgehen und daher einen größeren Winkel mit der optischen Achse einschließen: Das von der achsfernsten Laserdiode L1 ausgehende Strahlenbündel wird innerhalb des Glasstabs 5 an gegenüberliegenden Seiten flächen insgesamt zweimal reflektiert. Das Bild der Laserdiode L1 fällt sodann mit dem Bild der Laserdiode L3 im wesentlichen zusammen.On the other hand, the course of the bundles of rays originating from the laser diodes L1 and L2 having a greater axial spacing and thus including a larger angle with the optical axis is different. The beam originating from the off-axis laser diode L1 becomes inside the glass rod 5 on opposite sides surfaces reflected twice in total. The image of the laser diode L1 then substantially coincides with the image of the laser diode L3.

Das von der Laserdiode L2, die zwischen den Laserdioden L1 und L3 angeordnet ist, ausgehende Strahlenbündel fällt mit geringerem Einfallswinkel in den Glasstab 5 ein. Es wird nur einmal an der in der Zeichnung unteren Seitenfläche des Glasstabs 5 reflektiert; auch das Bild der Laserdiode L2 entsteht an der Stelle, an der die Laserdioden L1 und L3 abgebildet werden.The radiation beam emanating from the laser diode L2, which is arranged between the laser diodes L1 and L3, falls into the glass rod at a lower angle of incidence 5 one. It is only once on the lower side surface of the glass rod in the drawing 5 reflected; The image of the laser diode L2 is also formed at the location where the laser diodes L1 and L3 are imaged.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die verschiedenen Laserdioden L1, L2, und L3 in einem linearen Array angeordnet. Grundsätzlich ist es möglich, mit der beschriebenen Anordnung auch ein zweidimensionales Strahlenquellenarray so zu verarbeiten, daß alle Bildpunkte im wesentlichen zusammenfallen. Hierzu müssen nur die oben für ein eindimensionales Array beschriebenen Verhältnisse in der Richtung, die zur Zeichnungsebene senkrecht steht, erneut verwirklicht werden. Dies bedeutet, daß der Glasstab 5 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene eine Dicke aufweisen muß, die dem Abstand des Arrays von Bildpunkten in der Bildebene 6 senkrecht zur Zeichenebene entspricht.In the embodiment described above, the different laser diodes L1, L2, and L3 were arranged in a linear array. In principle, it is possible with the arrangement described to process a two-dimensional radiation source array in such a way that all the pixels essentially coincide. For this purpose, only the ratios described above for a one-dimensional array in the direction perpendicular to the plane of the drawing need to be realized again. This means that the glass rod 5 must have in the direction perpendicular to the plane of a thickness, the Distance of the array of pixels in the image plane 6 perpendicular to the drawing plane.

In der obigen Beschreibung wurde als Spiegelkanal ein Glasstab 5 eingesetzt und dessen total reflektierende Eigenschaft ausgenutzt. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt eines Glasstabs 5 einen geometrisch entsprechend gestalteten Kanal aus echten spiegelnden Flächen zu verwenden, so daß die Vorrichtung auch bei Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung eingesetzt werden kann, für die sich kein geeignetes Glasmaterial findet.In the above description, a glass rod became a mirror channel 5 used and exploited its totally reflective property. Of course it is also possible, instead of a glass rod 5 to use a geometrically designed channel of true reflecting surfaces, so that the device can be used even at wavelengths of electromagnetic radiation for which no suitable glass material is found.

Weitere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Überlagerung der von mehreren Laserdioden ausgehenden elektromagnetischen Strahlung in einem Abbildungsfleck werden nachfolgend bezugnehmend auf die 2 und 3 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die schon unter Bezugnahme auf die 1 erläutert wurden, tragen um jeweils 100 erhöhte Bezugszeichen und werden nicht nochmals im einzelnen diskutiert.Further exemplary embodiments of devices for superimposing the electromagnetic radiation emanating from a plurality of laser diodes in an imaging spot are described below with reference to FIGS 2 and 3 described. Components that correspond to those already referring to the 1 have each been increased by 100 reference numerals and will not be discussed again in detail.

Beim Ausführungsbeispiel der 2 liegen insgesamt 7 Laserdioden L₁₀₁ bis L₁₀₇ vor. Diese sind analog zu den Laserdioden der 1 in einem linearen Array mit konstanten Abständen zueinander angeordnet. Hierbei emittiert die Laserdiode L₁₀₄ längs der optischen Achse der Vorrichtung analog zur Laserdiode L3 bei der Vorrichtung nach 1.In the embodiment of 2 There are 7 laser diodes L ₁₀₁ to L ₁₀₇ in total. These are analogous to the laser diodes of 1 arranged in a linear array with constant distances to each other. Here, the laser diode L ₁₀₄ emits along the optical axis of the device analogous to the laser diode L3 in the device 1 ,

Die von den Laserdioden L₁₀₁ bis L₁₀₇ emittierten Einzelstrahlenbündel werden von einer ersten Komponente 104' einer Abbildungsoptik zunächst kollimiert und in ihrer Strahlrichtung derart beeinflußt, daß sie sich in einer Eintrittsstirnfläche 107 eines keilförmigen Glasstabs 105 überlagern. Die beiden äußersten, also achsenfernsten Laserdioden L₁₀₁, L₁₀₇ werden dabei am stärksten in Richtung auf die optische Achse der Vorrichtung zu umgelenkt.The individual beams emitted by the laser diodes L ₁₀₁ to L ₁₀₇ are of a first component 104 ' an imaging optics initially collimated and influenced in their beam direction so that they are in an entrance face 107 a wedge-shaped glass rod 105 overlap. The two outermost, that is, off-axis laser diodes L ₁₀₁ , L ₁₀₇ are thereby deflected most strongly in the direction of the optical axis of the device.

Im Bereich der Eintrittsstirnfläche 107 hat der Glasstab 105 in der Zeichenebene der 2 eine zur optischen Achse senkrechte Abmessung, die nur unwesentlich größer ist als der Querschnitt der durchtretenden Strahlenbündel.In the area of the entrance end face 107 has the glass rod 105 in the drawing plane of 2 a vertical dimension to the optical axis, which is only slightly larger than the cross section of the passing beam.

Die reflektierenden Seitenflächen des Glasstabs 105 sind beim Ausführungsbeispiel der 2 nicht parallel sondern sich in Strahlrichtung keilförmig öffnend ange ordnet. Der sich hierdurch ergebende Öffnungswinkel des Glasstabs 105 ist so auf den Einstrahlwinkel und die Bündeldurchmesser der Strahlenbündel der Laserdioden L₁₀₁ bis L₁₀₇ abgestimmt, daß sich im Bereich einer Austrittsstirnfläche 108 des Glasstabs 105 ein homogenes Gesamtstrahlenbündel mit zueinander parallelen Strahlenbündeln aus parallelen Einzelstrahlen ergibt, welches einen Durchmesser aufweist, der nur unwesentlich geringer ist als die Abmessung der Austrittsstirnfläche 108 senkrecht zur optischen Achse in der Zeichenebene der 2. Die Entstehung des Gesamtstrahlenbündels aus den Einzelstrahlenbündeln wird nachfolgend erläutert: Das Strahlenbündel der Laserdiode L₁₀₄ verläuft längs der gesamten optischen Vorrichtung parallel zur optischen Achse, wird nach dem Durchtreten der Eintrittsstirnfläche 107 nicht an den Seitenflächen des Glasstabs 105 reflektiert und bildet somit den zentralen Bereich des Gesamtstrahlenbündels. Die beiden dem Strahlenbündel der Laserdiode L₁₀₄ direkt benachbarten Strahlenbündel der Laserdioden L₁₀₃ bzw. L₁₀₅ werden einmal an der in 2 unteren bzw. oberen Seitenfläche des Glasstabs 105 reflektiert und sind auch im Gesamtstrahlenbündel weiterhin dem Strahlenbündel der Laserdiode L₁₀₄ benachbart. Die Strahlenbündel der beiden nächsten, achsenferneren Laserdioden L₁₀₂ bzw. L₁₀₆ werden nach dem Eintritt durch die Eintrittsstirnfläche 107 an gegenüberliegenden Seitenflächen des Glasstabs 105 jeweils insgesamt zweimal reflektiert, so daß sie sich wiederum achsenfern benachbart an die Strahlenbündel der Laserdioden L₁₀₃ bzw. L₁₀₅ zur Bildung des Gesamtstrahlenbündels anschließen. Die beiden achsenfernsten Strahlenbündel der Laserdioden L₁₀₁ bzw. L₁₀₇ werden innerhalb des Glasstabs 105 jeweils insgesamt dreimal hin- und herreflektiert und bilden wiederum die äußersten Strahlenbündel des Gesamtstrahlenbündels.The reflective side surfaces of the glass rod 105 are in the embodiment of 2 not parallel but wedge-shaped opening in the beam direction is arranged. The resulting opening angle of the glass rod 105 is thus tuned to the angle of incidence and the bundle diameter of the beam of the laser diodes L ₁₀₁ to L ₁₀₇ , that in the region of an exit end face 108 of the glass rod 105 a homogeneous total beam with mutually parallel beams of parallel individual rays results, which has a diameter which is only slightly smaller than the dimension of the exit end face 108 perpendicular to the optical axis in the plane of the drawing 2 , The formation of the total beam from the individual beams is explained below: The beam of the laser diode L ₁₀₄ runs along the entire optical device parallel to the optical axis, is after passing through the entrance end face 107 not on the side surfaces of the glass rod 105 reflects and thus forms the central area of the total beam. The two beams of the laser diodes L ₁₀₃ and L ₁₀₅ directly adjacent to the beam of the laser diode L ₁₀₄ are inserted once at the in 2 lower or upper side surface of the glass rod 105 are reflected and are also in the total beam continues to the beam of the laser diode L ₁₀₄ adjacent. The beams of the two next, more distant laser diodes L ₁₀₂ and L ₁₀₆ are after entering through the entrance end face 107 on opposite side surfaces of the glass rod 105 each reflected twice in total, so that they turn next to the axles remote adjacent to the beam of the laser diodes L ₁₀₃ and L ₁₀₅ to form the total beam. The two outermost beams of the laser diodes L ₁₀₁ and L ₁₀₇ are inside the glass rod 105 each reflected a total of three times back and forth and in turn form the outermost beams of the total beam.

Nach dem Austreten aus der Austrittsstirnfläche 108 wird das gesamte Strahlenbündel durch eine zweite Komponente 104'' der Abbildungsoptik, die in 2 schematisch als Plankonvexlinse dargestellt ist, in einer Bildebene 106 in einem gemeinsamen Abbildungsfleck abgebildet.After exiting the exit face 108 the entire beam is passed through a second component 104 '' of imaging optics in 2 is shown schematically as Plankonvexlinse, in an image plane 106 imaged in a common image spot.

Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist statt eines Glasstabs wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ein Spiegelkanal 205 vorgesehen, dessen Spiegelflächen sich von einer Eintrittsöffnung 207 aus keilförmig in der Ebene der 3 auf die Bildebene 206 zu erweitern. Insgesamt liegen bei diesem Ausführungsbeispiel 5 Laserdioden L₂₀₁ bis L₂₀₅ vor, die derart angeordnet sind, daß die von ihnen emittierten Strahlenbündel in Richtung einer Eintrittsöffnung 207 eines Spiegelkanals 205 ausgestrahlt werden. Hierbei verläuft das Strahlenbündel der mittleren Laserdiode L₂₀₃ längs der optischen Achse der Vorrichtung, so daß es als Analogon zu den Strahlenbündeln der Laserdioden L3 der 1 bzw. L₁₀₄ der 2 anzusehen ist.In the embodiment of 3 is a mirror channel instead of a glass rod as in the previous embodiments 205 provided, the mirror surfaces extending from an inlet opening 207 from wedge-shaped in the plane of 3 on the picture plane 206 to expand. Overall, in this embodiment, 5 laser diodes L ₂₀₁ to L _{205 are} present, which are arranged such that the radiation beam emitted by them in the direction of an inlet opening 207 a mirror channel 205 be broadcast. Here, the beam of the central laser diode L ₂₀₃ extends along the optical axis of the device, so that it as an analog to the beams of the laser diode L3 of 1 or L _{104 of} the 2 is to be considered.

Die Strahlenbündel der Laserdioden L₂₀₁ bis L₂₀₅ weisen unterschiedliche Divergenzen auf. Achsferne Strahlenbündel weisen hierbei eine geringere Divergenz auf als achsnähere Strahlenbündel.The beams of the laser diodes L ₂₀₁ to L ₂₀₅ have different divergences. Axle-distant beam bundles in this case have a lower divergence than axis-closer beam.

Die Laserdioden L₂₀₁ bis L₂₀₅ sind in einer nicht streng linearen Reihe angeordnet längs einer leicht gekrümmten, sich in Richtung der Eintrittsstirnfläche 207 öffnenden Reihe, die zur optischen Achse spiegelsymmetrisch ist.The laser diodes L ₂₀₁ to L ₂₀₅ are arranged in a non-strictly linear row along a slightly curved, in the direction of the entrance end area 207 opening row, which is mirror-symmetrical to the optical axis.

Der Öffnungswinkel des Spiegelkanals 205 ist so auf den Einstrahlwinkel und die Bündeldurchmesser der Strahlenbündel der Laserdioden L₂₀₁ bis L₂₀₅ abgestimmt, daß sich im Bereich einer Austrittsöffnung 208 des Spiegelkanals 205 ein homogenes Gesamtstrahlenbündel mit divergenten Einzelstrahlen aus in gleichem Maße divergenten Einzelstrahlenbündeln ergibt. Das Gesamtstrahlenbündel weist einen Durchmesser auf, der nur unwesentlich geringer ist als die Abmessung der Austrittsöffnung 208 senkrecht zur optischen Achse in der Zeichenebene der 3. Die Entstehung des Gesamtstrahlenbündels aus den Einzelstrahlenbündeln wird nachfolgend erläutert:
Das Strahlenbündel der Laserdiode L₂₀₃ wird nicht von den Seitenflächen des Glasstabs 205 reflektiert und bildet den Zentralbereich des Gesamtstrahlenbündels. Die den Strahlenbündel der Laserdiode L₂₀₃ direkt benachbarten Strahlenbündel der Laserdioden L₂₀₂ bzw. L₂₀₄ werden nach dem Durchtreten der Eintrittsöffnung 207 einmal an der unteren bzw. oberen Seitenfläche des Glasstabs 205 reflektiert. Die beiden achsenfernsten Strahlenbündel der Laserdioden L₂₀₁ bzw. L₂₀₅ werden nach Durchtreten der Eintrittsöffnung 207 an gegenüberliegenden Spiegelflächen jeweils insgesamt zweimal reflektiert und bilden die äußeren Bereiche des Gesamtstrahlenbündels. Letzteres wird mittels eines dem Bereich einer Austrittsöffnung 208 des Spiegelkanals 205 angeordneten Abbildungsoptik 204, die in 3 schematisch als Plankonvexlinse dargestellt ist, auf einen gemeinsamen Bildpunkt in der Bildebene 206 abgebildet.The opening angle of the mirror channel 205 is tuned to the angle of incidence and the bundle diameter of the beams of the laser diodes L ₂₀₁ to L ₂₀₅ that in the region of an outlet opening 208 the mirror channel 205 a homogeneous total beam with divergent individual beams of equally divergent individual beams results. The total beam has a diameter which is only slightly smaller than the dimension of the outlet opening 208 perpendicular to the optical axis in the plane of the drawing 3 , The formation of the total beam from the individual beams is explained below:
The beam of the laser diode L ₂₀₃ is not from the side surfaces of the glass rod 205 reflects and forms the central area of the total beam. The beams of the laser diodes L ₂₀₂ and L ₂₀₄ which are directly adjacent to the beam of the laser diode L ₂₀₃ become active after passing through the inlet opening 207 once at the lower or upper side surface of the glass rod 205 reflected. The two off-axis beam of the laser diodes L ₂₀₁ and L ₂₀₅ are after passing through the inlet opening 207 in total reflected twice on opposite mirror surfaces and form the outer regions of the total beam. The latter is by means of a region of an outlet opening 208 the mirror channel 205 arranged imaging optics 204 , in the 3 is shown schematically as plano-convex lens on a common pixel in the image plane 206 displayed.

Je nach der Auslegung des Glasstabs 5, 105 bzw. des Spiegelkanals 205 ergeben sich verschiedene rasterartige Anordnungen von Laserdioden, für die eine Überlagerung in einem Bildpunkt mit den beschriebenen Vorrichtungen möglich ist.Depending on the design of the glass rod 5 . 105 or the mirror channel 205 arise various grid-like arrangements of laser diodes, for which an overlay in a pixel with the described devices is possible.

Diese Anordnungen unterscheiden sich in der relativen Lage der Laserdioden, so daß neben der Überlagerung von Arrays, also von regelmäßigen Rastern, von Lichtquellen, die bezogen auf die Rasterachse(n) gleiche Abstände aufweisen, auch die Überlagerung von rasterartigen Anordnungen mit variablen Abständen zwischen den Lichtquellen möglich ist. Ferner unterscheiden sich die rasterartigen Anordnungen in ihrem Abstand zur Eintrittsstirnfläche 7, 107 bzw. Eintrittsöffnung 207 und in der Divergenz ihrer Strahlenbündel. Die Divergenzen der Strahlenbündel können hierbei untereinander gleich oder auch verschieden sein.These arrangements differ in the relative position of the laser diodes, so that in addition to the superimposition of arrays, ie regular grids, of light sources having the same distances relative to the grid axis (s), the superposition of grid-like arrangements with variable distances between the Light sources is possible. Furthermore, the grid-like arrangements differ in their distance from the entry end face 7 . 107 or inlet opening 207 and in the divergence of their beams. The divergences of the beams may be the same or different.

Welche Anordnungen von Laserdioden sich überlagern lassen, kann der Fachmann mit Hilfe bekannter optischer Designprogramme berechnen. Hierbei kann er z.B. den im Rahmen der Ausführungsbeispiele erläuterten Strahlengang rückwärts berechnen, indem er von einer einzigen Lichtquelle ausgeht, die vom Bildpunkt aus in die Austrittsstirnseite 8, 108 bzw. Austrittsöffnung 208 eingestrahlt wird. Mit Hilfe des Designprogramms lassen sich dann die optischen Parameter der Strahlenbündel nach dem – bei umgekehrtem Strahlengang – Austritt aus der Eintrittsstirnfläche 7, 107 bzw. der Eintrittsfläche 207 ermitteln. Iterativ kann durch Variation der Geometrie des Glasstabs 5, 105 bzw. des Spiegelkanals 205, der optischen Parameter der Abbildungsoptik sowie des bei umgekehrtem Strahlengang vom Bildpunkt ausgehenden Strahlenbündels eine vorgegebene Laserdiodenkonfiguration erreicht werden.Which arrangements of laser diodes can be superimposed can be calculated by a person skilled in the art with the aid of known optical design programs. In this case, for example, he can calculate backwards the beam path explained in the context of the exemplary embodiments by starting from a single light source, that from the image point into the exit front side 8th . 108 or outlet opening 208 is irradiated. With the aid of the design program, the optical parameters of the beam bundles can then be read after the exit from the entry end face, with the reverse beam path 7 . 107 or the entrance surface 207 determine. Iterative can be achieved by varying the geometry of the glass rod 5 . 105 or the mirror channel 205 , the optical parameter of the imaging optics as well as the radiation beam emanating from the pixel in the case of the reverse beam path a predetermined laser diode configuration can be achieved.

Die Abbildungsoptiken 4, 104 und 204 sind bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen refraktive Komponenten. Alternativ ist es möglich, reflektive Komponenten für Teile oder die gesamte Abbildungsoptik einzusetzen.The imaging optics 4 . 104 and 204 are refractive components in the described embodiments. Alternatively, it is possible to use reflective components for parts or the entire imaging optics.

So kann beispielsweise die Komponente 104' der Abbildungsoptik gemäß 2 reflektierend ausgeführt sein. Der in 2 dargestellte Strahlengang wird dann im Bereich der Komponente 104' umgeklappt. Das Laserdiodenarray ist dann im Bereich der Eintrittsstirnfläche 107 angeordnet und ist bezüglich der Eintrittsstirnfläche 107 leicht aus der Zeichenebene nach oben bzw. unten versetzt. In analoger Weise kann die Abbildungsoptik 204 gemäß 3 als Konkavspiegel ausgeführt sein.For example, the component 104 ' the imaging optics according to 2 be reflective. The in 2 illustrated beam path is then in the range of the component 104 ' folded. The laser diode array is then in the region of the entrance end face 107 arranged and is with respect to the entrance end face 107 slightly offset from the drawing level up or down. In an analogous manner, the imaging optics 204 according to 3 be designed as a concave mirror.

Nachfolgend werden Justagemöglichkeiten der Vorrichtung beschrieben. Hierbei wird, wo dies zweckdienlich ist, nicht nur auf die Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 3 Bezug genommen sondern auch auf diejenigen Ausführungen, die sich in analoger Weise aus diesen Ausführungsbeispielen ergeben, wenn die Glasstäbe 5, 105 durch entsprechende Spiegelkanäle oder der Spiegelkanal 205 durch einen entsprechenden Glasstab ersetzt würden.In the following, adjustment possibilities of the device will be described. Here, where appropriate, not only the embodiments according to the 1 to 3 Reference is also made to those embodiments which result in an analogous manner from these embodiments, when the glass rods 5 . 105 through corresponding mirror channels or the mirror channel 205 would be replaced by a corresponding glass rod.

Bei einer Verlagerung des Glasstabs 5 senkrecht zur optischen Achse in der Zeichenebene der 1 bzw. einer entsprechenden Verlagerung eines analogen Spiegelkanals spaltet der Abbildungsfleck in der Bildebene 6 in zwei Abbildungsflecke auf, deren Abstand abhängig vom Betrag der Verschiebung des Glasstabss 5 bzw. des analogen Spiegelkanals ist. Einer der Abbildungsflecke verbleibt auf der optischen Achse der Vorrichtung und ist dem Strahlenbündel der Laserdioden zugeordnet, die entweder gar nicht von einer Spiegelfäche reflektiert wurden, wie das Strahlenbündel der Laserdiode L3, oder die in einer durch die Reihe bzw. Rasterachse der Laserdioden L1 bis L3 vorgegebenen Ausbreitungsebene, z.B. der Zeichenebene der 1, eine gerade Anzahl von Reflexionen erfahren, wie z.B. das Strahlenbündel der Laserdiode L1. Im anderen Abbildungsfleck vereinen sich die Strahlenbündel der Laserdioden, die in dieser Ausbreitungsebene eine ungerade Anzahl von Reflexionen erfahren, wie z.B. das Strahlenbündel der Laserdiode L2.With a shift of the glass rod 5 perpendicular to the optical axis in the plane of the drawing 1 or a corresponding displacement of an analog mirror channel splits the image spot in the image plane 6 in two imaging spots whose distance depends on the amount of displacement of the glass rod 5 or the analog mirror channel is. One of the imaging spots remains on the optical axis of the device and is associated with the beam of the laser diodes, which were either not reflected by a Spiegelfäche, such as the beam of the laser diode L3, or in one of the row or grid axis of the laser diodes L1 to L3 predetermined propagation level, eg the plane of the 1 , experience an even number of reflections, such as the beam of laser diode L1. In the other picture blot unite the beams of the laser diodes, which experience an odd number of reflections in this propagation plane, such as the beam of the laser diode L2.

Bei Verwendung eines zweidimensionalen Laserdioden-Arrays ergibt sich entsprechend eine Aufspaltung des Überlagerungspunktes der Strahlenbündel in der Bildebene 6 in vier in einem Rechteck angeordnete Abbildungsflecke.When using a two-dimensional laser diode array results in a corresponding splitting of the superposition point of the beam in the image plane 6 in four arranged in a rectangle image spots.

Ein Abbildungsfleck vereint die Strahlenbündel, die vom Glasstab 5 bzw. im analogen Spiegelkanal völlig unbeeinflußt sind oder entsprechend dem oben Ausgeführten eine gerade Anzahl Reflexionen in der durch die Rasterachse vorgegebenen Ausbreitungsebene erfahren. Zwei weitere Abbildungsflecke vereinen die Strahlenbündel, die in nur jeweils einer Ausbreitungsebene eine ungerade Anzahl Reflexionen erfahren. Der vierte Abbildungsfleck vereint die Strahlenbündel, die in den durch beide Rasterachsen vorgegebenen Ebenen eine ungerade Anzahl von Reflexionen erfahren.An image spot combines the rays of light coming from the glass rod 5 or are completely unaffected in the analog mirror channel or experience according to the above executed an even number of reflections in the predetermined by the grid axis propagation plane. Two further imaging spots combine the radiation beams, which experience an odd number of reflections in only one propagation plane in each case. The fourth image spot combines the beams which experience an odd number of reflections in the planes given by both raster axes.

Eine Verkippung der Längsachse des Glasstabs 5 bzw. des hierzu analogen Spiegelkanals um eine Kippachse, die parallel zu einer Achse des Laserdioden-Arrays steht, bewirkt eine Aufspaltung des Abbildungsfleckes in zwei Abbildungsflecke, deren Abstand in Richtung der zur Kippachse senkrechten Rasterachse mit dem Verkippungswinkel zunimmt. Entsprechend erzeugt eine Verkippung um zwei zueinander senkrechte und jeweils zu einer der Rasterachsen parallele Kippachsen vier in einem Rechteck angeordnete Abbildungsflecke, deren Abstand zueinander von den Kippwinkeln abhängt.A tilting of the longitudinal axis of the glass rod 5 or of the mirror channel analog thereto about a tilting axis which is parallel to an axis of the laser diode array, causes a splitting of the imaging spot into two imaging spots whose distance in the direction of the scanning axis perpendicular to the scanning axis increases with the tilting angle. Correspondingly, a tilting around two mutually perpendicular tilting axes parallel to one of the grid axes produces four imaging spots arranged in a rectangle whose distance from one another depends on the tilting angles.

Eine Drehung des Glasstabs 5 bzw. des hierzu analogen Spiegelkanals um seine Längsachse bewirkt, daß die Strahlenbündel der in 1 in der Zeichenebene linear angeordneten Laserdioden L1 bis L3 in der Bildebene 6 in drei Überlagerungspunkte abgebildet werden, die längs einer zur Zeichenebene der 1 senkrechten Linie angeordnet sind, die durch die optische Achse verläuft.A rotation of the glass rod 5 or the mirror channel analog thereto about its longitudinal axis causes the beams of the in 1 in the drawing plane linearly arranged laser diodes L1 to L3 in the image plane 6 be mapped into three overlay points, which along one to the plane of the 1 are arranged perpendicular line that passes through the optical axis.

Die Überlagerungspunkte eines zweidimensionalen Laserdioden Arrays würden entsprechend bei einer Drehung des Glasstabes 5 bzw. des hierzu analogen Spiegelkanals in der Bildebene 6 in ein rechteckiges Raster von Abbildungsflecken abgebildet, wobei die Größe des Rechtecks vom Drehwinkel abhängt. Auf diese Weise ist es möglich, rechteckige Lichtverteilungen variabler Größe zu erzeugen.The superposition points of a two-dimensional laser diode array would be corresponding to a rotation of the glass rod 5 or the analog mirror channel in the image plane 6 in a rectangular grid of image spots, the size of the rectangle depending on the angle of rotation. In this way it is possible to produce rectangular light distributions of variable size.

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß die Seitenflächen des Glasstabs bzw. die Spiegelflächen des Spiegelkanals plane Flächen sind. Weitere Beeinflussungsmöglichkeiten der Relativlage einerseits der Ebene, in der bildseitig die Strahlenbündel der einzelnen Laserdioden überlagert und andererseits der Ebene, in der diese Strahlenbündel abgebildet werden, ergeben sich durch eine gezielte Formgebung der Seiten- bzw. Spiegelflächen.above It was assumed that the faces of the glass rod or the mirror surfaces of the mirror channel plane surfaces are. Further influencing possibilities the relative position on the one hand the plane, in the image side, the beam of the superimposed on individual laser diodes and on the other hand, the plane in which these beams are imaged will result from a targeted shaping of the lateral or mirror surfaces.

Beim Einsatz eines Spiegelkanals ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit, die einander gegenüberliegenden Spiegelflächen relativ zueinander zu verlagern. Wird der Abstand der Spiegelflächen verändert, so wird der Überlagerungspunkt der Lichtquelle längs der optischen Achse der Vorrichtung verschoben. Bei Verwendung eines Spiegelkanals für ein zweidimensionales Laserdioden-Array mit zwei gegenüberliegenden Paaren von Spiegelflächen, die den Spiegelkanal begrenzen, kann durch Veränderung des Abstands zwischen den Spiegelflächen eines Paares von Spiegelflächen bei gleichbleibendem Abstand des anderen Paares ein einstellbarer Astigmatismus erzeugt werden, da nur der Abbildungsfleck der Strahlenbündel der Laserdioden, die linear in Richtung der zur Verschieberichtung parallelen Rasterachse angeordnet sind, in Richtung der optischen Achse verschoben wird. Werden die Abstände beider Spiegelflächenpaare um den gleichen Betrag geändert, verschiebt sich der Überlagerungspunkt der beiden Rasterachsen zugeordneten Laserdioden um den gleichen Betrag, so daß in diesem Falle kein zusätzlicher Astigmatismus eingeführt wird.At the Use of a mirror channel also gives the possibility the opposite ones mirror surfaces to relocate relative to each other. If the distance of the mirror surfaces is changed, then becomes the overlay point the light source along the moved the optical axis of the device. When using a Mirror channels for a two-dimensional laser diode array with two opposite ones Pairs of mirror surfaces, which limit the mirror channel can, by changing the distance between the mirror surfaces a pair of mirror surfaces at the same distance of the other pair an adjustable Astigmatism are generated, since only the imaging spot of the beam of the Laser diodes, which are linear in the direction parallel to the direction of displacement Grid axis are arranged, moved in the direction of the optical axis becomes. Will the distances both mirror surface pairs changed by the same amount, shifts the overlay point the two raster axes associated laser diodes to the same Amount, so that in this case no additional Astigmatism introduced becomes.

In gleicher Weise wirkt auch eine Änderung des Öffnungswinkels eines keilförmigen Spiegelkanals (z.B. gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 oder analog zum Ausführungsbeispiel der 2) durch Vergrößerung des Abstands der Spiegelflächen im Bereich der Austrittsöffnung eine Verschiebung des Abbildungsflecks für die längs einer zur Verschieberichtung parallelen Rasterachse angeordneten Laserdioden. Diese Wirkung ist damit der Veränderung des Abstands von Spiegelflächen, wie oben beschrieben, vergleichbar.In the same way, a change in the opening angle of a wedge-shaped mirror channel (eg, according to the embodiment of the 3 or analogous to the embodiment of 2 ) by increasing the distance of the mirror surfaces in the region of the outlet opening, a displacement of the imaging spot for along a parallel to the direction of grid axis arranged laser diodes. This effect is thus comparable to the change in the distance of mirror surfaces as described above.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Spiegelkanal auch durch drei Spiegelflächen begrenzt sein, die im Querschnitt senkrecht zur optischen Achse ein gleichseitiges Dreieck begrenzen. Die Laserdioden sind in diesem Falle in einer Objektebene auf den Eckpunkten eines sechseckigen Rasters angeordnet, wobei die Seitenlänge eines virtuell durch die Abbildungsoptik erzeugten Bildes des sechseckigen Rasters doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen der Längsachse des Spiegelkanals und einer Spiegelfläche. Dieses Konzept kann entsprechend auf rasterartige Diodenanordnungen mit Rastern höherzähliger Symmetrie erweitert werden, wobei einem Raster mit 2n-zähliger Symmetrie ein Spiegelkanal mit dem Querschnitt in n-zähliger Symmetrie angeordneten Spiegelflächen entspricht.at a further embodiment may a mirror channel may also be bounded by three mirror surfaces which are in the Cross section perpendicular to the optical axis an equilateral triangle limit. The laser diodes are in this case in an object plane arranged on the vertices of a hexagonal grid, wherein the side length a virtually generated by the imaging optics image of the hexagonal Grid is twice as big like the distance between the longitudinal axis the mirror channel and a mirror surface. This concept can be done accordingly extended to grid-like diode arrangements with rasters of higher symmetry where a raster with 2n-fold symmetry is a mirror channel with the cross section in n-count Symmetry arranged mirror surfaces equivalent.

Der optische Weg innerhalb der beschriebenen Vorrichtung ist selbstverständlich umkehrbar. Dies bedeutet, daß die Vorrichtung nicht nur zur Überlagerung verschiedener Einzelstrahlungsquellen, sondern auch zur Aufteilung der von einer einzigen Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung und Abbildung in einem Array von einzelnen Bildpunkten geeignet ist.The optical path within the device described is, of course, reversible. This means that the device is not only suitable for the superimposition of different individual radiation sources, but also for the distribution of radiation emanating from a single radiation source and imaging in an array of individual pixels.

Claims

Apparatus for superimposing bundles of rays emanating from a plurality of individual radiation sources in at least one imaging spot, the individual radiation sources being arranged in the manner of a grid comprising at least one linear row of individual radiation sources, along which the individual radiation sources lie in a plane perpendicular to the optical axis strung apart from each other, characterized in that it comprises: a mirror channel ( 5 ; 105 ; 205 ) and an object-side imaging optics ( 4 ; 104 ; 204 ) arranged so that, without the mirror channel, the raster of individual radiation sources (L1 to L3 'L ₁₀₁ to L ₁₀₇ L ₂₀₁ to L ₂₀₅ ) in one image plane ( 6 ; 106 ; 206 ) into a corresponding grid of images (L1 'to L3'), the mirror channel ( 5 ; 105 ; 205 ) has at least two mirror surfaces extending symmetrically to the optical axis, which are spaced apart in the direction. the without mirror channel ( 5 ; 105 . 205 ) the images (L1 'to L3') of the linear array forming individual radiation sources (L1 to L3 'L ₁₀₁ to L ₁₀₇ , L ₂₀₁ to L ₂₀₅ ) are lined up, and wherein the entrance surface ( 7 ; 107 ; 207 ) of the mirror channel ( 5 ; 105 ; 205 ) lies in a plane in which the beams penetrate each other, and the exit surface ( 8th ; 108 ; 208 ) of the mirror channel ( 5 ; 105 ; 205 ) in front of the picture plane ( 6 ; 106 ; 206 ) lies.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a) without the mirror channel ( 5 ) the images (L1 'to L3') of the individual radiation sources forming the linear array form a series of images in which adjacent images have a constant distance (D); b) the mirror channel ( 5 ) has at least two parallel mirror surfaces extending in the direction of the optical axis, which have the same distance (D) from one another in the direction of the image row as the adjacent images (L1 'to L3') of the image row; and c) the entrance surface ( 7 ) of the mirror channel ( 5 ) in the plane of the image-side focal point of the imaging optics ( 4 ) lies.

Apparatus according to claim 1, characterized by a wedge-shaped arrangement of the mirror surfaces of the mirror channel ( 105 ; 205 ), which are directed towards the image plane ( 6 ; 106 ; 206 ), and one in the beam path after the mirror channel ( 105 ; 205 ) arranged optical component ( 104 ''; 204 ) of the imaging optics, which is embodied such that the beams of the individual radiation sources (L ₁₀₁ to L ₁₀₇ ; L ₂₀₁ to L ₂₀₅ ) after exiting the mirror channel (FIG. 105 ; 205 ) in the image plane ( 106 ; 206 ).

Device according to claim 3, characterized by a first optical component ( 104 ' ) of the imaging optics, which is designed in such a way that the beams emanating from the individual radiation sources (L ₁₀₁ to L ₁₀₇ ), before entering the mirror channel (FIG. 105 ) are collimated.

Device according to one of the preceding claims, in which the grid of individual radiation sources has a plurality of linear lines and perpendicular linear columns, characterized in that the mirror channel ( 5 ) has four reflective surfaces that define a rectangular in cross-section channel.

Apparatus according to claim 5 when appended to claim 2, characterized in that the Distance of the reflecting surfaces in the direction of the image lines of the grid equal to the distance (E) of the images the individual radiation sources in the image lines of the grid and the Distance of the reflecting surfaces in the direction of the image columns of the grid equal to the distance (D) of Images of the individual radiation sources in the image columns of the grid is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the imaging optics ( 4 ) has a magnifying effect.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mirror channel ( 5 ; 105 ) is formed by a rod of a corresponding cross-sectional shape of transparent material whose refractive index is tuned to the wavelength of the radiation such that the radiation beams on the side surfaces of the rod ( 5 ; 105 ) experience a total reflection.

Device for splitting the from a radiation source outgoing radiation into separate beams and to produce a grid-like arrangement of images of the radiation source, thereby characterized in that they is formed analogously to a device according to one of claims 1 to 8.