DE102004020250A1

DE102004020250A1 - Vorrichtung und Verfahren zur optischen Strahlhomogenisierung

Info

Publication number: DE102004020250A1
Application number: DE102004020250A
Authority: DE
Inventors: Vitalij Dr. Lissotschenko; Aleksei Mikhailov; Maxim Dr. Darsht; Iouri Dr. Mikliaev
Original assignee: Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Limo GmbH
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-10
Also published as: JP2007534991A; KR101282582B1; US20070127131A1; EP1743204A1; CN100465698C; JP4875609B2; CN1947053A; WO2005103795A1; KR20070018918A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung, umfassend mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche, durch die ein zu homogenisierender Strahl hindurchtreten kann oder an der ein zu homogenisierender Strahl reflektiert werden kann, sowie eine Vielzahl von Linsenelementen (4, 5) oder Spiegelelementen, die auf der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche angeordnet sind, wobei die Linsenelemente (4, 5) oder die Spiegelelemente jeweils in ihren Randbereichen eine derartige Krümmung aufweisen, dass dadurch beugungsbedingte Effekte verringert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung, umfassend mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche, durch die ein zu homogenisierender Strahl hindurchtreten kann oder an der ein zu homogenisierender Strahl reflektiert werden kann, sowie eine Vielzahl von Linsenelementen oder Spiegelelementen, die auf der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche angeordnet sind. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung mit mindestens einer optisch funktionalen Grenzfläche, durch die ein zu homogenisierender Strahl hindurchtreten kann oder an der ein zu homogenisierender Strahl reflektiert werden kann, sowie einer Vielzahl von Linsenelementen oder Spiegelelementen, die auf der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche angeordnet sind.

Aus dem US-Patent US 6,239,913 B1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung weist ein transparentes Substrat auf, bei dem sowohl auf einer Lichteintrittsfläche als auch auf einer Lichtaustrittsfläche Arrays von Zylinderlinsen angeordnet sind. Die Arrays von Zylinderlinsen weisen dabei zueinander senkrechte Zylinderachsen auf. Die einzelnen Zylinderlinsen können einen sphärischen oder aber auch einen asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung aufweisen. Zur Strahlhomogenisierung wird beispielsweise kollimierte Laserstrahlung durch die Vorrichtung hindurchgeführt und im Anschluss an die Vorrichtung vermittels einer als Fourierlinse dienenden Sammellinse in eine Arbeitsebene zusammengeführt. Das von den einzelnen Zylinderlinsenelementen gebrochene Licht wird vermittels der Fourierlinse in der Arbeitsebene derart überlagert, dass eine Homogenisierung der ursprünglichen Laserstrahlung stattfindet.

Nachteilig bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art erweist sich, dass aufgrund von Beugungseffekten die Lichtverteilung des durch einzelne Linsenelemente hindurchgetretenen Lichtes merkliche Intensitätsschwankungen aufweist (siehe dazu 2). Die Intensitätsschwankungen der Lichtverteilung eines einzelnen Linsenelements werden auch bei der Überlagerung des Lichtes sämtlicher Linsenelemente nicht ausgelöscht, weil das durch die einzelnen Linsenelemente hindurchgetretene Licht in der Arbeitsebene für jedes Linsenelement im Wesentlichen ähnlich überlagert wird.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die homogenisiertes Licht mit geringeren Intensitätsschwankungen erzeugen kann. Weiterhin soll ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung angegeben werden, bei der das homogenisierte Licht geringere Intensitätsschwankungen aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 sowie hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Linsenelemente oder die Spiegelelemente jeweils in ihren Randbereichen eine derartige Krümmung aufweisen, dass dadurch beugungsbedingte Effekte verringert werden. Bei den zu vermeidenden Effekten handelt es sich überwiegend um Effekte, die Randbeugungseffekten ähneln, wobei durch die erfindungsgemäße Veränderung des Randbereiches derartige Randbeugungseffekte verändert, insbesondere derart verschmiert werden können, dass insgesamt die Intensitätsschwankung der durch ein einzelnes Linsenelement hindurchgetretenen Lichtverteilung oder der an einem einzelnen Spiegelelement reflektierten Lichtverteilung stark verringert werden kann.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen eignen sich für einen weiten Spektralbereich vom fernen Infrarot- bis in den Röntgenbereich. Insbesondere im VUV, XUV und Röntgenbereich erweist sich die Verwendung von Spiegelelementen anstelle von Linsenelementen als ausgesprochen sinnvoll.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, mehr als eine optisch funktionale Grenzfläche vorzusehen, beispielsweise zwei oder vier. Dabei können dann die Linsen- oder Spiegelelemente sämtlicher oder auch nur einzelner optisch funktionaler Grenzflächen derart verändert werden, dass eine bessere Homogenisierung des Lichtes erreicht wird.

Gemäß Anspruch 2 kann vorgesehen sein, dass die Linsenelemente oder die Spiegelelemente in einem mittleren Bereich einen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung, wie beispielsweise einem hyperbolischen oder einem parabelförmigen Querschnitt entspricht. Gemäß Anspruch 3 kann dabei vorgesehen sein, dass die Linsenelemente oder die Spiegelelemente in ihren Randbereichen einen Querschnitt aufweisen, der von einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung abweicht, insbesondere sehr stark abweicht. Diese Abweichung kann gemäß Anspruch 4 derart ausgebildet sein, dass die Linsenelemente oder die Spiegelelemente in ihren Randbereichen einen Querschnitt aufweisen, der von höheren Ordnungen eines Polynoms, insbesondere von höheren geraden Ordnungen eines Polynoms dominiert wird. Unter Umständen lassen sich dabei die Randbereiche mathematisch nur separat von dem mittleren Bereich durch ein Polynom beschreiben. Durch die Dominierung des Querschnittes in den Randbereichen der Linsenelemente oder der Spiegelelemente durch höhere Ordnungen eines Polynoms kann gezielt auf die vorgenannten Randbeugungseffekte Einfluss genommen werden, so dass vergleichsweise effektiv die aus dem Homogenisator beziehungsweise aus den einzelnen Linsenelementen des Homogenisators austretende oder die von den einzelnen Spiegelelementen reflektierte Lichtverteilung geglättet werden kann.

Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass ein jedes der Linsenelemente oder der Spiegelelemente mit einer wellenförmigen oder sinusförmigen Struktur versehen ist. Insbesondere kann dabei gemäß Anspruch 6 die Periodizität der Struktur kleiner, insbesondere klein gegenüber der Periodizität sein, mit der die einzelnen Linsenelemente oder Spiegelelemente nebeneinander angeordnet sind. Beispielsweise kann dabei gemäß Anspruch 7 ein jedes der Linsenelemente oder der Spiegelelemente eine der wellenförmigen oder sinusförmigen Struktur zugrunde liegende Grundstruktur aufweisen, die sphärisch oder asphärisch zweiter Ordnung ist. Durch die wellenförmige oder sinusförmige Struktur auf einem jeden der Linsenelemente oder Spiegelelemente kann eine Mittelung der Intensität der Lichtverteilung des Homogenisators erzielt werden, so dass insgesamt die Lichtverteilung gleichmäßiger gestaltet werden kann.

Das Verfahren gemäß Anspruch 8 ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

– eine Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung mit mindestens einer optisch funktionalen Grenzfläche und einer Vielzahl von Linsenelementen oder Spiegelelementen auf der optisch funktionalen Grenzfläche wird erzeugt;
– die Lichtverteilung von durch ein einzelnes der Vielzahl der Linsenelemente hindurch tretendem Licht oder von einem einzelnen der Vielzahl der Spiegelelemente reflektiertem Licht wird ermittelt;
– auf ein jedes der Linsenelemente oder der Spiegelelemente wird eine Struktur aufgebracht, die komplementär zu der ermittelten Lichtverteilung ist.

Insbesondere kann hierbei gemäß Anspruch 9 vorgesehen sein, dass die aufgebrachte Struktur in den Randbereichen der Linsenelemente oder der Spiegelelemente eine größere Amplitude als im mittleren Bereich der Linsenelemente oder der Spiegelelemente aufweist.

Dabei können gemäß Anspruch 10 die in dem ersten Verfahrensschritt erzeugten Linsenelemente oder Spiegelelemente einen regelmäßigen Querschnitt, insbesondere einen sphärischen oder asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung aufweisen. Die in dem ersten Verfahrensschritt erzeugten Linsenelemente oder Spiegelelemente lassen sich somit mit einfachen Mitteln herstellen. Die nach Ermittlung der Lichtverteilung auf die Linsen oder Spiegel aufgebrachte komplementäre Struktur kann mit entsprechendem Fertigungsaufwand derart exakt an die beugungsbedingte zu erwartende Störung der Lichtverteilung angepasst werden, dass das durch eine Vorrichtung zur Homogenisierung mit einer derartigen Struktur hindurchtretende Licht eine sehr gleichmäßige Lichtverteilung nach dem Hindurchtritt aufweist beziehungsweise eine sehr gleichmäßige Lichtverteilung nach Reflexion an der Vorrichtung bei Verwendung entsprechender Spiegelelemente aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1a eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
1b eine gegenüber 1a um 90° gedrehte Seitenansicht der Vorrichtung;
2 schematisch die Lichtverteilung von durch ein Linsenelement gemäß dem Stand der Technik hindurch getretenem Licht;
3 schematisch die Lichtverteilung von durch ein Linsenelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung hindurch getretenem Licht;
4 den Querschnitt eines einzelnen konvexen Linsenelements einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu einem einzelnen Linsenelement gemäß dem Stand der Technik;
5 eine Detailansicht des Randbereichs des Querschnitts des Linsenelements der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 4;
6 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines konkaven Linsenelements einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 eine den Rand des Linsenelementes zeigende Detailansicht des Querschnitts gemäß 6;
8 schematisch die Lichtverteilung von durch das Linsenelement gemäß 6 hindurchgetretenem Licht.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden am Beispiel von Linsenelementen beschrieben, durch die zu homogenisierendes Licht hindurchtritt. Die erfindungsgemäß ebenfalls zur Homogenisierung verwendbaren Spiegelelemente können ähnlich oder genau wie die Linsenelemente gestaltet sein mit dem Unterschied, dass sie für die Wellenlänge des zu homogenisierenden Lichts zumindest teilweise reflektierend ausgebildet sind. Dazu könnten beispielsweise die im Nachfolgenden beschriebenen Linsenelemente mit einer entsprechenden reflektierenden Beschichtung versehen werden. Das zu homogenisierende Licht kann dann beispielsweise an den einzelnen Spiegelelementen unter einem Winkel ungleich null reflektiert werden.
In einigen der Figuren sind kartesische Koordinatensysteme zur besseren Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgebildet.
1a und 1b zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung. Insbesondere zeigen 1a und 1b ein Substrat 1 aus einem transparenten Material mit einer Eintrittsfläche 2 und einer Austrittsfläche 3 für Licht. Auf der Eintrittsfläche 2 sind eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Linsenelementen 4 vorgesehen, die als Zylinderlinsen ausgebildet sind. Die Zylinderachsen dieser Zylinderlinsen erstrecken sich in Y-Richtung. Auf der Austrittsfläche 3 sind ebenfalls eine Vielzahl von Linsenelementen 5 angeordnet, die ebenfalls als parallel und beabstandet zueinander angeordnete Zylinderlinsen ausgebildet sind. Die Zylinderachsen der Linsenelement 5 erstrecken sich in X-Richtung und sind somit senkrecht zu den Zylinderachsen der Linsenelemente 4 ausgerichtet.
Durch die zueinander gekreuzten als Zylinderlinsen ausgebildeten Linsenelementen 4, 5 werden bei dem Hindurchtritt von Licht durch die Eintrittsfläche 2 und die Austrittsfläche 3 die hindurchgetretenen Lichtstrahlen sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung gebrochen, so dass die Linsenelemente 4, 5 in ihrem Zusammenwirken eine ähnliche Wirkung haben wie eine Vielzahl von sphärischen Linsenelementen. Erfindungsgemäß besteht durchaus die Möglichkeit, anstelle gekreuzter Zylinderlinsen ein zweidimensionales Array von sphärischen Linsenelementen vorzusehen. Ein derartiges Array kann sowohl auf der Eintrittsfläche 2 und der Austrittsfläche 3 als auch nur auf der Eintrittsfläche 2 oder nur auf der Austrittsfläche 3 angeordnet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, nur auf der Eintrittsfläche 2 oder nur auf der Austrittsfläche 3 ein Array von Zylinderlinsen anzuordnen, so dass das Licht nur bezüglich einer der Richtungen X, Y gebrochen wird. Weiterhin können auch auf einer oder jeder der optisch funktionalen Grenzflächen die nebeneinander angeordneten Linsen- oder Spiegelelemente abwechselnd konkav und konvex ausgebildet sein, um Verluste im Übergangsbereich zwischen einzelnen Linsen- oder Spiegelelementen zu vermeiden.
Die in 1a und in 1b abgebildete Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zur Homogenisierung eines Laserstrahles verwendet werden, wobei beispielsweise paralleles Licht auf die Vorrichtung geleitet wird und wobei in Strahlrichtung hinter der Vorrichtung eine als Fourierlinse dienende Sammellinse vorgesehen werden kann, die zu einer Überlagerung des durch viele, beziehungsweise sämtliche der Linsenselemente 4, 5 hindurch getretenen Lichtes in der Brennebene der Fourierlinse führt. Derartige Aufbauten sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Alternativ dazu kann eine leicht unterschiedliche Neigung der einzelnen Linsenelemente 4, 5 ebenfalls zu einer Überlagerung im Fernfeld führen. Hier kann dann auf eine separate Fourierlinse verzichtet werden.
In 1a und 1b sind die einzelnen Linsenelemente 4, 5 schematisch durch einen Halbkreis angedeutet. Die Form der einzelnen Linsenelemente ist nur grob vereinfacht darstellt. Aus 4 ist detailliert die Form einer Ausführungsform eines Linsenelementes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich. Insbesondere zeigt in 4 die obere Graphik den Querschnitt 6 einer aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderlinse mit im Wesentlichen asphärischem Querschnitt zweiter Ordnung. Die untere Graphik zeigt in 4 den Querschnitt 7 eines Linsenelementes einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 lässt sich entnehmen, dass der Querschnitt 7 insbesondere im Randbereich des Linsenelementes von dem asphärischen Querschnitt 6 zweiter Ordnung gemäß dem Stand der Technik abweicht. In 4 ist nach oben die Ausdehnung des Linsenelementes in Z-Richtung (siehe dazu 1a und 1b) aufgetragen. Die Abszisse der Graphik gemäß 4 zeigt die X-Koordinate des Linsenelementes in Millimeter, wobei hier die 0 im Mittelpunkt des Querschnitts des Linsenelementes angeordnet ist. Der Graphik gemäß 4 lässt sich entnehmen, dass für X-Werte ≤ –0,4 mm beziehungsweise ≥0,4 mm die Abweichung des Querschnittes 7 des Linsenelementes der erfindungsgemäßen Vorrichtung von dem parabelförmigen Querschnitt 6 gemäß dem Stand der Technik merklich wird.
Insbesondere 5 lässt sich entnehmen, dass im Randbereich des Linsenelementes der Querschnitt deutlich stärker gekrümmt ist als im sich daran anschließenden Bereich. Insbesondere ist bei X-Werten ≤ –0,647 mm beziehungsweise bei X-Werten ≥ 0,647 eine sehr deutliche Zunahme der Krümmung des Querschnittes ersichtlich.
2 zeigt die Lichtverteilung in Intensität gegen Austrittswinkel für ein Linsenelement mit einem asphärischen Querschnitt 6 zweiter Ordnung gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere sieht man hier störende beugungsbedingte Intensitätsschwankungen für unterschiedliche Lichtaustrittswinkel. 3 zeigt im gleichen Maßstab die Lichtverteilung eines Linsenelementes 4, 5 mit einem Querschnitt 7 gemäß 4 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es ist deutlich ersichtlich, dass die beugungsbedingten Intensitätsschwankungen hier deutlich geringer sind, was auf die Abweichung des Querschnittes von der Asphäre zweiter Ordnung im Randbereich des Linsenelementes 4, 5 zurückzuführen ist.
Aus 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform eines Linsenelementes 4, 5 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich. Insbesondere 7 zeigt, dass auch diese Ausführungsform in ihrem Randbereich eine starke Zunahme der Krümmung aufweist. 8 zeigt die Lichtverteilung von durch ein derartiges Linsenelement 4, 5 hindurch getretenem Licht in Intensität in Abhängigkeit vom Austrittswinkel. Die Lichtverteilung weist kaum merkliche Intensitätsschwankungen für unterschiedliche Austrittswinkel auf, was auch hier auf die spezielle Form des Linsenelementes 4, 5 in dessen Randbereich zurückzuführen ist.
Im Nachfolgenden wird das in 6 und 7 abgebildete Beispiel für den Querschnitt eines Linsenelementes 4, 5 detailliert beschrieben. Insbesondere lässt sich der Querschnitt mathematisch abschnittsweise als Polynom zwölften Grades wiedergeben, gemäß nachfolgender Formel: z(x) = U0+U1·|x|+U2·|x|2+U3·|x|3+U4·|x|4+U5·|x|5+U6·|x|6+ U7·|x|7+U8·|x|8+U9·|x|9+U10·|x|10+U11·|x|11+U12·|x|12 mit folgenden Koeffizienten:
In einem ersten x-Werte-Bereich mit 0 ≤ |x| < 0,560
U₀ = –1,66·10^–2
U₁ = 0
U₂ = –3,34·10^–2
U₃ = 0
U₄ = –2,48·10^–5
U₅ = 0
U₆ = –1,00·10^–7
U₇ = 0
U₈ = –5,57·10^–7
U₉ = 0
U₁₀ = 1,81·10^–6
U₁₁ = 0
U₁₂ = –2,18·10^–6
In einem zweiten x-Werte-Bereich mit 0,560 ≤ |x| < 0,650
U₀ = –6,15·10^–3
U₁ = 3,74·10^–2
U₂ = –3,34·10^–2
U₃ = 7,67·10^–4
U₄ = –2,96·10^–2
U₅ = 6,42·10^–1
U₆ = –1,70·10^–1
U₇ = 3,55·10²
U₈ = –7,34·10⁰
U₉ = –2,58·10⁴
U₁₀ = 1,21·10⁵
U₁₁ = 5,83·10⁵
U₁₂ = –2,66·10⁶
In einem dritten x-Werte-Bereich mit 0,650 ≤ |x| < 0,688
U₀ = –2,51·10^–3
U₁ = 4,39·10^–2
U₂ = 4,95·10^–2
U₃ = 2,16·10^–1
U₄ = 4,29·10¹
U₅ = –6,24·10³
U₆ = 6,70·10⁵
U₇ = –4,61·10⁷
U₈ = 2,11·10⁹
U₉ = –6,38·10¹⁰
U₁₀ = 1,23·10¹²
U₁₁ = –1,36·10¹³
U₁₂ = 6,70·10¹³
In einem vierten x-Werte-Bereich mit 0,688 ≤ |x| < 0,698
U₀ = –7,20·10^–4
U₁ = 5,41·10^–2
U₂ = 6,32·10^–1
U₃ = –2,49·10²
U₄ = 2,84·10⁵
U₅ = –1,71·10⁸
U₆ = 6,62·10¹⁰
U₇ = –1,69·10¹³
U₈ = 2,88·10¹⁵
U₉ = –3,26·10¹⁷
U₁₀ = 2,35·10¹⁹
U₁₁ = –9,72·10²⁰
U₁₂ = 1,78·10²²
Es zeigt sich, dass im mittleren Bereich des Linsenelementes, über einen sehr ausgedehnten Bereich bis etwa 0,56 mm vom Mittelpunkt die Form des Querschnittes im Wesentlichen durch den Koeffizienten U₂ bestimmt wird, der dem quadratischen Term von X zugeordnet ist. Mit anderen Worten ergibt sich in diesem mittleren Bereich eine im Wesentlichen asphärische Ausbildung zweiter Ordnung des Querschnittes des Linsenelementes. Gegenüber dem vergleichsweise großen Koeffizienten U₂ sind die weiteren Koeffizienten U₄, U₆, U₈, U₁₀, U₁₂ vernachlässigbar klein. Weiterhin zeigt sich auch, dass sämtliche ungeraden Koeffizienten U₁, U₃, U₅, U₇, U₉, U₁₁ gleich 0 sind.
In dem zweiten X-Wertbereich zwischen 0,56 und 0,65 wird die Form des Querschnitts des Linsenelementes nicht mehr vordringlich durch den Koeffizienten U₂ bestimmt, weil beispielsweise der dem linearen Term von X zugeordnete Koeffizient U₁ eine vergleichbare Größenordnung wie U₂ aufweist. Weiterhin sind höheren Ordnungen von X zugeordnete Koeffizienten deutlich größer, so dass sie teilweise auch ins Gewicht fallen; hier soll beispielhaft auf den Koeffizienten U₁₂ verwiesen werden.
Diese Vergrößerung der den höheren Ordnungen von X zugeordneten Koeffizienten setzt sich in dem dritten Wertebereich und insbesondere in dem vierten Wertebereich fort, wo der Koeffizient U₁₂ um mehr als 20 Größenordnungen größer ist als der Koeffizient U₂.
Bei einer weiteren, nicht abgebildeten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können im Wesentlichen regelmäßig strukturierte Linsen mit beispielsweise ashärischem Querschnitt zweiter Ordnung verwendet werden. Allerdings wird hier sämtlichen Linsenelementen eine feine, insbesondere wellenförmige oder sinusförmige Struktur aufgeprägt. Die Periodizität dieser Struktur ist dabei kleiner, insbesondere klein gegenüber der Periodizität, mit der die einzelnen Linsenelemente 4, 5 nebeneinander auf der Eintrittsfläche 2 beziehungsweise der Austrittsfläche 3 angeordnet sind. Durch eine derartige feine, auf die Linsenelemente 4, 5 aufgebrachte Struktur wird eine Mittelung der aus den einzelnen Linsenelementen beziehungsweise aus der gesamten Vorrichtung austretenden Lichtverteilung erzielt, so dass die in 2 abgebildeten Störungen ebenfalls verringert werden können.
Bei einer weiteren, ebenfalls nicht abgebildeten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf die einzelnen Linsenelemente 4, 5 eine Struktur aufgebracht, die komplementär zu einer Störung ist, wie sie beispielsweise in 2 abgebildet ist. Dies wird gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch realisiert, dass in einem ersten Schritt ein Substrat mit Linsenelementen versehen wird, die einen regelmäßigen Querschnitt, wie beispielsweise einen sphärischen oder einen aphärischen Querschnitt zweiter Ordnung aufweisen. Daran anschließend wird die Lichtverteilung von durch ein derartiges Linsenelement hindurch tretendem Licht ermittelt. Eine derartige Lichtverteilung könnte beispielsweise der Lichtverteilung gemäß 2 entsprechen. Daran anschließend werden entweder die bereits vorhandenen Linsenelemente derart verändert, dass sie eine zu der beispielsweise in 2 abgebildeten Störung komplementäre Struktur aufweisen, oder aber es werden in einem neuen Substrat oder in dem gleichen Substrat neue Linsenelemente erzeugt, die einen Querschnitt aufweisen, der mit einer beispielsweise zu 2 komplementären Struktur versehen ist.
Insbesondere wird somit auf ein Linsenelement mit einem sphärischen oder asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung eine Struktur aufgebracht, die im Randbereich des Linsenelementes mit einer größeren Amplitude variiert als im mittleren Bereich der Linse.

Claims

Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung, umfassend – mindestens eine optisch funktionale Grenzfläche, durch die ein zu homogenisierender Strahl hindurchtreten kann oder an der ein zu homogenisierender Strahl reflektiert werden kann; – eine Vielzahl von Linsenelementen (4, 5) oder Spiegelelementen, die auf der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente (4, 5) oder die Spiegelelemente jeweils in ihren Randbereichen eine derartige Krümmung aufweisen, dass dadurch beugungsbedingte Effekte verringert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente (4, 5) oder die Spiegelelemente in einem mittleren Bereich einen Querschnitt (7) aufweisen, der im Wesentlichen einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung, wie beispielsweise einem hyperbolischen oder einem parabelförmigen Querschnitt (6) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente (4, 5) oder die Spiegelelemente in ihren Randbereichen einen Querschnitt (7) aufweisen, der von einem asphärischen Querschnitt (6) zweiter Ordnung abweicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente (4, 5) oder die Spiegelelemente in ihren Randbereichen einen Querschnitt (7) aufweisen, der von höheren Ordnungen eines Polynoms, insbesondere von höheren geraden Ordnungen eines Polynoms dominiert wird.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes der Linsenelemente (4, 5) oder der Spiegelelemente mit einer wellenförmigen oder sinusförmigen Struktur versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizität der Struktur kleiner, insbesondere klein gegenüber der Periodizität ist, mit der die einzelnen Linsenelemente (4, 5) oder Spiegelelemente nebeneinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes der Linsenelemente (4, 5) oder Spiegelelemente eine der wellenförmigen oder sinusförmigen Struktur zugrunde liegende Grundstruktur aufweist, die sphärisch oder asphärisch zweiter Ordnung ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung mit mindestens einer optisch funktionalen Grenzfläche, durch die ein zu homogenisierender Strahl hindurchtreten kann oder an der ein zu homogenisierender Strahl reflektiert werden kann, sowie einer Vielzahl von Linsenelementen (4, 5) oder Spiegelelementen, die auf der mindestens einen optisch funktionalen Grenzfläche angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – eine Vorrichtung zur optischen Strahlhomogenisierung mit mindestens einer optisch funktionalen Grenzfläche und einer Vielzahl von Linsenelementen (4, 5) oder Spiegelelementen auf der optisch funktionalen Grenzfläche wird erzeugt; – die Lichtverteilung von durch ein einzelnes der Vielzahl der Linsenelemente (4, 5) hindurch tretendem Licht oder von einem einzelnen der Vielzahl der Spiegelelemente reflektiertem Licht wird ermittelt; – auf ein jedes der Linsenelemente (4, 5) oder der Spiegelelemente wird eine Struktur aufgebracht, die komplementär zu der ermittelten Lichtverteilung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachte Struktur in den Randbereichen der Linsenelemente (4, 5) oder der Spiegelelemente eine größere Amplitude als im mittleren Bereich der Linsenelemente (4, 5) oder der Spiegelelemente aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem ersten Verfahrensschritt erzeugten Linsenelemente (4, 5) oder Spiegelelemente einen regelmäßigen Querschnitt, insbesondere einen sphärischen oder asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung aufweisen.