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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts.
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Die
US 2011 183 111 A1 beschreibt einen Verbundstrukturkörper mit einer feinen periodischen Struktur.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Eine entsprechende Vorrichtung zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts weist eine drehbare Strukturiereinheit zum Strukturieren des Lichtpunkts, eine Ablenkeinheit zum Positionieren des Lichtpunkts und eine Fokussiereinheit zum Fokussieren des Lichtpunkts auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturiereinheit vor der Ablenkeinheit in einem Strahlengang der Vorrichtung angeordnet ist, und die Ablenkeinheit vor der Fokussiereinheit in dem Strahlengang angeordnet ist.
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Unter einer Strukturiereinheit kann ein optisches Element verstanden werden. Die Strukturiereinheit kann ausgeformt sein, um einfallendes Licht in Licht unterschiedlicher Ordnung zu zerlegen, um den Lichtpunkt zu strukturieren. Unter einer Ablenkeinheit kann ein zumindest einachsiger Scanner verstanden werden. Insbesondere kann die Ablenkeinheit zumindest einen beweglichen Spiegel mit Galvanometerantrieb aufweisen. Eine Fokussiereinheit kann ein optisches Element sein, das dazu ausgebildet ist, einfallendes Licht, unabhängig von einem Einfallswinkel des Lichts in einer Zielebene zu fokussieren, um den Lichtpunkt auszubilden. Unter einem Strahlengang kann eine optische Konstruktionsachse der Vorrichtung verstanden werden. Dabei verläuft der Strahlengang von einer Lichtquelle durch die Vorrichtung bis zu einem Ziel für das Licht, insbesondere dem Lichtpunkt.
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Nach der Strukturiereinheit kann ein Filter zum Ausfiltern von Intensitätsmaxima höherer Ordnung in dem Strahlengang angeordnet sein. Durch ein Entfernen höher geordneter Intensitätsmaxima kann der Lichtpunkt in der Fokussiereinheit unvollständig rekonstruiert werden, wodurch der Lichtpunkt eine feine Modulation aufweist.
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Der Filter kann ein vor der Ablenkeinheit in dem Strahlengang angeordnetes optisches Element sein. Die Intensitätsmaxima höherer Ordnung können im Betrieb der Vorrichtung außerhalb einer Blendenöffnung des optischen Elements auftreffen. Das optische Element kann eine optische Linse sein. Die Blendenöffnung kann einem wirksamen Durchmesser der Linse entsprechen. Intensitätsmaxima niederer Ordnung können innerhalb der Blendenöffnung auftreffen.
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Der Filter kann Teil der Fokussiereinheit sein. Die Intensitätsmaxima höherer Ordnung können im Betrieb der Vorrichtung außerhalb einer Eintrittspupille der Fokussiereinheit auftreffen. Intensitätsmaxima niederer Ordnung können innerhalb der Eintrittspupille auftreffen und durch die Fokussiereinheit zu dem Lichtpunkt fokussiert werden.
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Ein Strahlerweiterer kann vor der Strukturiereinheit in dem Strahlengang angeordnet sein. Der Strahlerweiterer kann beugungsbegrenzt sein. Der Strahlerweiterer kann dazu ausgebildet sein, einen Durchmesser des Lichtpunkts einzustellen. Dabei kann der Durchmesser umso kleiner sein, je weiter der Strahl erweitert wird.
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Ein Drehwinkel der Strukturiereinheit kann abhängig von einer Position des Lichtpunkts einstellbar sein. Der Drehwinkel kann durch eine Verarbeitungsvorschrift definiert werden. Die Position beziehungsweise Koordinatenwerte für den Lichtpunkt können Variablen der Verarbeitungsvorschrift sein.
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Die Strukturiereinheit kann ein Beugungsgitter zum Beugen von Licht aufweisen. Durch das Beugungsgitter kann ein Interferenzmuster entstehen. In dem Interferenzmuster können Intensitätsmaxima einen Abstand von einem Zentrum des Interferenzmusters aufweisen, der proportional zu einer Ordnung des Maximums ist. Intensitätsmaxima höherer Ordnung können somit einen großen Abstand von dem Zentrum aufweisen.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Strukturieren eines Lichtstrahls unter Verwendung einer Strukturiereinheit, um einen strukturierten Lichtstrahl zu erhalten;
Ablenken des strukturierten Lichtstahls unter Verwendung einer Ablenkeinheit, um einen strukturierten, abgelenkten Lichtstrahl zu erhalten; und
Fokussieren des strukturierten, abgelenkten Lichtstrahls unter Verwendung einer Fokussiereinheit, um den strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkt zu erhalten.
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Ein Drehwinkel der Strukturiereinheit kann unter Verwendung eines Koordinatenwerts des Lichtpunkts angepasst werden. Dadurch kann eine hohe Qualität des Lichtpunkts erreicht werden.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Filterns aufweisen, in dem der strukturierte Lichtstrahl unter Verwendung eines Filters gefiltert wird, um einen strukturierten, gefilterten Lichtstrahl zu erhalten. Im Schritt des Fokussierens kann der strukturierte, gefilterte, abgelenkte Lichtstrahl fokussiert werden. Durch das Filtern können unerwünschte Anteile aus dem Lichtstrahl entfernt werden. Insbesondere kann durch das Filtern eine Modulation des Lichtpunkts erreicht werden.
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Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Strahlerweiterns umfassen, wobei im Schritt des Strahlerweiterns ein Durchmesser D des Lichtstrahls unter Verwendung eines Koordinatenwerts des Lichtpunkts angepasst wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines strukturierten, positionierten und fokussierten Lichtpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit verschiedenen Formen eines Lichtstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung einer Strukturiereinheit in einer Grundstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung einer Strukturiereinheit in einer Schrägstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Darstellung verschiedener Formen eines Lichtstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7.1 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lichtpunkts mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7.2 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lichtpunkts mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Lichtpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkts 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist eine Strukturiereinheit 104, eine Ablenkeinheit 106 und eine Fokussiereinheit 108 auf. Die Strukturiereinheit 104 ist vor der Ablenkeinheit 106 in einem Strahlengang 110 der Vorrichtung 100 angeordnet. Die Strukturiereinheit 104 ist axial zu dem Strahlengang 110 drehbar. Die Strukturiereinheit 104 ist dazu ausgebildet, einen von einer nicht dargestellten Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahl 112 zu strukturieren, um einen strukturierten Lichtstrahl 114 zu erhalten und den Lichtpunkt 102 zu strukturieren. Die Ablenkeinheit 106 weist zumindest einen Ablenkspiegel 116 auf. Der Ablenkspiegel 116 ist zumindest um eine Achse schwenkbar. Die Ablenkeinheit 106 ist dazu ausgebildet, den strukturierten Lichtstrahl 114 abzulenken, um einen abgelenkten Lichtstrahl 118 zu erhalten und den Lichtpunkt 102 zu positionieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 116 in einer null Grad Position abgebildet. Dabei wird der Lichtstrahl 114 rechtwinklig abgelenkt und trifft rechtwinklig auf die Fokussiereinheit 108. Die Fokussiereinheit 108 ist als f-theta Linse 108 ausgebildet und fokussiert den abgelenkten, strukturierten Lichtstrahl 118, um einen fokussierten Lichtstrahl 120 zu erhalten und den Lichtpunkt 102 auszubilden. Dabei fokussiert die Fokussiereinrichtung 108 den abgelenkten Lichtstrahl 118 unabhängig von einem Einfallswinkel auf die Fokussiereinheit 108 in einer Zielebene 122.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 einen Strahlerweiterer 124 auf. Der Strahlerweiterer 124 weist eine Gruppe von optischen Elementen auf, die einen Eingangsdurchmesser des Lichtstrahls 112 vergrößern und das Licht anschließend in einer wirksamen Ebene der Strukturiereinheit 104 fokussieren.
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Die Strukturiereinheit 104 ist als diffraktives optisches Element (abgekürzt DOE) ausgebildet und bewirkt eine Beugung des Lichtstrahls 112. Dabei wird das Licht abhängig von seiner Ordnung unterschiedlich stark seitlich abgelenkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird Licht 126 mit einer Ordnung größer als eins so stark seitlich abgelenkt, dass es eine Blendenöffnung einer in dem Strahlengang 110 zwischen der Strukturiereinheit 104 und der Ablenkeinheit 106 angeordneten Sammellinse 128 verfehlt und damit aus dem Lichtstrahl 112 entfernt wird. Die Sammellinse 128 wirkt somit als optischer Filter 128 für das Licht 126 höherer Ordnung. Der strukturierte Lichtstrahl 114 weist nach der Sammellinse 128 also noch Licht 130 nullter Ordnung und Licht 132 erster Ordnung auf. Das Licht 130 nullter Ordnung und das Licht 132 erster Ordnung werden an dem Spiegel 116 abgelenkt und durch die Fokussiereinheit 108 zu dem Lichtpunkt 102 rekombiniert. Da das Licht 126 höherer Ordnung durch den Filter 128 ausgefiltert wurde, weist der Lichtpunkt 102 eine Modulation auf.
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Mit anderen Worten zeigt 1 einen sechs-f-Aufbau 100 zum optischen Filtern. Von der Lichtquelle kommt der Lichtstrahl 112 als Eingangsstrahl und trifft nach dem diffraktionsbegrenzten Strahlerweiterer 124 auf das rotierende diffraktive optische Element 104. Der Strahlerweiterer 124 dient zum Anpassen der Punktgröße in der Zielebene 122. Der Strahlerweiter 124 umfasst eine Fokussierlinse zum Erzeugen eines ersten Punkts mit dem gewünschten Intensitätsumfang in der Ebene des diffraktiven optischen Elements 104. Das diffraktive optische Element 104 fügt zu dem erzeugten Punkt ein Phasenprofil hinzu, das als Strahlteiler wirkt. Vor der Ablenkeinheit 106, die als Galvano Scanner 106 bezeichnet werden kann, wird Licht 126 höherer Ordnung beziehungsweise Licht 126 mit einer Ordnung größer +–1 wird ausgeschlossen. Die Fokussierlinse 128 erzeugt das Fernfeldmuster des Punkts und eine hinzugefügte Phase in der Eingangspupille der f-theta-Linse 108. Die äußere Blendenöffnung beziehungsweise Apertur der Fokussierlinse 128 oder eine spezifische Blende an der Eintrittspupille der f-theta-Linse 108 blockiert die Beugungsmaxima 126 höherer Ordnung des diffraktiven optischen Elements 104. Das fungiert als optische Filter. In die Ablenkeinheit 106 tritt achsparalleles Licht 130 nullter Ordnung und Licht 132 erster Ordnung ein und trifft auf den beweglichen Spiegel 116, von dem nur eine bewegliche Achse dargestellt ist. Anschließend wird das Licht durch die f-theta-Linse 108 in die Zielebene 122 fokussiert. Da in der Zielebene 122 höhere Frequenzen nicht mehr in der Wellenfront 120 vorhanden sind, kann der Punkt 102 nicht vollständig rekonstruiert werden und weist daher eine feine Modulation auf. Die Ausrichtung der Modulation kann durch den Drehwinkel des diffraktiven optischen Elements 104 rotiert werden. Der Drehwinkel des diffraktiven optischen Elements 104 ist an ein Steuergerät des Scanners, insbesondere eines Galvanoscanners 106, gekoppelt und resultiert in einer Funktion der Punktposition in Abhängigkeit vom Drehwinkel. g(x, y) = f·g'(θ, ϕ) = f·g'(θ(ρ), ϕ(ρ)). Die Punktgröße in der Zielebene 122 ist abhängig von der Einstellung des Strahlerweiterers 124 und dem 6f-Aufbau.
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2 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines strukturierten, positionierten und fokussierten Lichtpunkts 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung in 1. Im Gegensatz dazu ist der Ablenkspiegel 116 hier aus seiner Grundstellung in zumindest einer Achse um einen Ablenkwinkel verdreht, sodass der abgelenkte Lichtstrahl 118 außermittig und schräg auf die Fokussiereinheit 108 trifft. Der Lichtpunkt 102 ist damit in der Zielebene 122 seitlich verschoben.
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Mit anderen Worten zeigt 2 den Aufbau 100 bei einer willkürlichen Scan-Position.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 mit verschiedenen Formen eines Lichtstrahls 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 entspricht dabei im Wesentlichen den in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen. Im Gegensatz dazu ist die Vorrichtung 100 hier gestreckt beziehungsweise aufgefaltet dargestellt. Die Ablenkeinheit 106 ist dabei symbolisch im Strahlengang 110 dargestellt.
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Bevor der Lichtstrahl 112 auf die Strukturiereinrichtung 104 beziehungsweise das diffraktive optische Element 104 trifft, weist der Lichtstrahl 112 eine kreisrunde Intensitätsverteilung 300 auf. Dabei weist das Licht überall die gleiche Phase 302 auf.
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Das Licht verlässt die Strukturiereinrichtung 104 beziehungsweise das diffraktive optische Element 104 als der strukturierte Lichtstrahl 114 dabei weist das Licht weiterhin eine kreisrunde Intensitätsverteilung 300 auf. Die Intensitätsverteilung 300 entspricht dabei einer Normalverteilung. Die Phase 302 ist jedoch aufgrund der Diffraktion gitterartig verschoben. In dem dargestellten Diagramm zur Intensitätsverteilung 300 ist auf der horizontalen Achse die Position in um und auf der vertikalen Achse die Fläche A^2 aufgetragen.
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Nach dem diffraktiven optischen Element 104 fächert sich das Licht auf. Dabei werden Intensitätsmaxima 304 höherer Ordnung weiter aus einer Strahlmitte beziehungsweise dem Strahlengang 110 abgelenkt, als Intensitätsmaxima 304 niedriger Ordnung. Die Intensitätsmaxima 304 bilden dabei ein regelmäßiges Punktgitter 306 aus. Die Sammellinse 128 weist eine so geringe Blendenöffnung 308 auf, dass nur die Intensitätsmaxima 304 nullter und erster Ordnung innerhalb der Blendenöffnung 308 liegen und durch die Sammellinse 128 gesammelt werden. Die Blendenöffnung 308 dient somit als Tiefpassfilter für das Licht.
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Mit anderen Worten wird von dem diffraktiven optischen Element 104 ein Intensitätsmuster 306 an der Linsenposition 128 erzeugt. Die Blendenöffnung 308 beziehungsweise Eingangspupille 308 der Linse 128 schattet Licht höherer Ordnung ab. Die Wirkung entspricht dabei einem Tiefpassfilter.
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Nach dem Fokussierelement 108 wird der strukturierte Lichtstrahl 114 auf den Lichtpunkt 102 in der Zielebene 122 konzentriert. Dabei bildet sich wieder eine kreisrunde Intensitätsverteilung 300 aus. Im Gegensatz zu vor dem Strukturierelement 104 und der Blendenöffnung 308 fehlt dabei jedoch das Licht höherer Ordnung. Der Lichtpunkt weist eine gitterartige Modulation 310 auf. Insgesamt weist der Lichtpunkt 102 wieder die der Normalkurve entsprechende Intensitätsverteilung 300 auf. In dem dargestellten Diagramm zur Intensitätsverteilung 300 ist wiederum auf der horizontalen Achse die Position in um und auf der vertikalen Achse die Fläche A^2 aufgetragen.
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4 zeigt eine Darstellung einer Strukturiereinheit 104 in einer Grundstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Strukturiereinheit 104 entspricht dabei im Wesentlichen einer Strukturiereinheit, wie sie in den 1 bis 3 dargestellt ist. Die Strukturiereinheit 104 ist als diffraktives optisches Element ausgebildet. Die Strukturiereinheit 104 weist ein optisches Gitter 400 auf, das den einfallenden Lichtstrahl 112 an der Gitterstruktur 400 beugt und auffächert, wodurch der strukturierte Lichtstrahl 114 entsteht. Das Gitter 400 weist orthogonal zueinander angeordnete Gitterelemente auf. Mit anderen Worten sind die Gitterlinien des Gitters 400 an der X-Achse und der Y-Achse ausgerichtet. Nur die Intensitätsmaxima 304 niedriger Ordnung werden von dem im Strahlengang 110 nachfolgenden Fokussiersystem 128 wieder parallel ausgerichtet. Dadurch ergibt sich ein Ausschnitt aus dem Punktgitter 306 der Intensitätsmaxima 304. Das Punktgitter 306 ist parallel zu den Gitterlinien ausgerichtet. Mit anderen Worten bilden die Intensitätsmaxima 304 erster Ordnung die vier Ecken eines Quadrats ab, während das Intensitätsmaximum nullter Ordnung im Schwerpunkt des Quadrats angeordnet ist. Der Schwerpunkt liegt in der optischen Achse beziehungsweise im Strahlengang 110. Im Allgemeinen kann das diffraktive optische Element als ein- oder zweidimensionales Beugungsgitter 400 ausgelegt sein, wobei in 4 und in weiterer Folge in 5 ein zweidimensionales Beugungsgitter dargestellt ist.
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Mit anderen Worten zeigt 4 ein rotierendes diffraktives optisches Element 104 zum Rotieren eines Musters 306. Dabei ist der Startwinkel des diffraktiven optischen Elements 104 null Grad. Der auftreffende Strahl 112 trifft auf die Gitterstruktur 400 des rotierenden diffraktiven optischen Elements 104. Nach einem Fokussiersystem 128 ergibt sich die Feldverteilung 306 an der Eingangspupille der f-theta-Linse. Das Maximum 304 nullter Ordnung ist auf der Achse 110.
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5 zeigt eine Darstellung einer Strukturiereinheit 104 in einer Schrägstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Strukturiereinheit 104 entspricht dabei im Wesentlichen einer Strukturiereinheit, wie sie in 4 dargestellt ist. Im Gegensatz dazu ist das Gitter 400 hier um 20 Grad verkippt. Dadurch ist auch das Punktgitter 306 der Intensitätsmaxima 304 um 20 Grad verkippt.
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Mit anderen Worten zeigt 5 eine gedrehte Position des diffraktiven optischen Elements 104 um 20 Grad.
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6 zeigt eine Darstellung verschiedener Ausprägungen 600, 602, 604 eines Lichtstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei entsprechen die Ausprägungen den in 3 dargestellten Formen an unterschiedlichen Stellen des Strahlengangs einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lichtpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Fokussiereinheit eine begrenzte Eintrittspupille 606 auf, die als optischer Filter für die Intensitätsmaxima 304 wirkt.
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In der ersten Ausprägung 600 sind die Intensitätsmaxima 304 als Punktgitter 306 dargestellt. Dabei ist das Punktgitter 306 einmal bei nicht rotierter Strukturierungseinheit und einmal bei um 20 Grad rotierter Strukturierungseinheit dargestellt. Das Punktgitter 306 weist den gleichen Drehwinkel auf, wie die Strukturierungseinheit. Die Intensitätsmaxima 304 sind hier an der Eintrittspupille 606 der Fokussiereinheit dargestellt. Sowohl bei verdrehtem als auch unverdrehtem Punktgitter 306 liegen die Intensitätsmaxima 304 höherer Ordnung außerhalb der Eintrittspupille 606 und werden damit durch die Eintrittspupille 606 ausgefiltert.
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In der zweiten Ausprägung 602 ist der Lichtpunkt 102 in der Zielebene dargestellt. Hier ist sichtbar, dass die Modulation 310 mit der Drehung der Strukturierungseinheit mitdreht. Die Drehung ist hier durch einen Strich durch den Lichtpunkt 102 dargestellt. Durch die Modulation weist der Lichtpunkt 102 ein Punktraster auf.
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In der dritten Ausprägung 604 ist die Intensitätsverteilung im Lichtpunkt in der Zielebene dargestellt. Dabei ist die Intensitätsverteilung entlang des Strichs in der zweiten Ausprägung 602 dargestellt. Deutlich erkennbar ist, dass die Normalkurve der Intensität im Lichtpunkt durch eine Vielzahl von einzelnen Intensitätsspitzen 608 abgebildet ist. In den dargestellten Diagrammen zur Intensitätsverteilung ist auf der horizontalen Achse die Position in μm und auf der vertikalen Achse die Fläche A^2 aufgetragen.
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Mit anderen Worten zeigt 6 einen Zusammenhang des Musters 600 an der Eingangspupille 606 und des Musters 602 in der Zielebene. Außerhalb des Kreises 606 wird das Licht durch die Blendenöffnung 606 der Eingangslinse ausgefiltert.
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7.1 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Lichtpunkts 102 mit einem Steuergerät 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung in 2. Das Steuergerät 700 weist eine Kontrolleinrichtung 702, eine Drehwinkelsteuereinrichtung 704 zum Ansteuern eines Drehwinkels der Strukturierungseinheit 104 und eine Koordinatensteuereinheit 706 zum Ansteuern eines Ablenkwinkels der Ablenkeinheit 106 auf. Die Drehwinkelsteuereinrichtung 704 ist mit der Strukturierungseinheit 104 verbunden und dazu ausgebildet, den Drehwinkel der Strukturierungseinheit 104 zu erfassen, und eine nicht dargestellte Antriebseinheit der Strukturierungseinheit 104 anzusteuern. Die Koordinatensteuereinheit 706 ist mit der Ablenkeinheit 106 verbunden und dazu ausgebildet, den Ablenkwinkel zu erfassen und eine nicht dargestellte Antriebseinheit der Ablenkeinheit 106 anzusteuern. Die Kontrolleinrichtung 702 berechnet unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen einer Sollkoordinate für den Lichtpunkt 102 in der Zielebene 122 einen Solldrehwinkel für die Strukturierungseinheit 104 und zumindest einen Soll-Ablenkwinkel für die Ablenkeinheit 106.
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Mit anderen Worten zeigt 7.1 eine Vorrichtung 100 zur Erzeugung eines strukturierten, lateral scanbaren Fokusses 102, die es weiterhin ermöglicht, die Orientierung der Strukturierung innerhalb des Prozesses zu drehen und mit einer Abhängigkeit von der lateralen Spotposition des momentanen Scanvorganges zu versehen. Die hier vorgestellte Vorrichtung 100 kann zum Strukturieren von Resist oder Kunststoffschichten verwendet werden. Beispielsweise können Sicherheitsetiketten mit Musterungen beziehungsweise Moiré-Muster hergestellt werden. Ebenso kann die hier vorgestellte Vorrichtung 100 zum direkten Schreiben von Sicherheitslabels in Kunststoffen, beispielsweise Verpackungen verwendet werden. Weiterhin kann unter Verwendung der hier vorgestellten Vorrichtung digitale Holografie ausgeführt werden.
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7.2 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Erzeugen eines Lichtpunktes 102 analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 7.1, bei der zusätzlich eine Strahlerweiterungssteuereinrichtung 703 vorhanden ist, die abhängig von der Position des strukturierten, lateral scanbaren Lichtpunkts 102 eine Durchmessereinstellung D des Lichtpunkts ermöglicht.
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Die Strahlerweiterungssteuereinrichtung 703 kann je nach Auslegungsform wahlweise in den Strukturierungsprozess und/oder Ablenkungsprozess eingreifen.
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Durch die Vorrichtung 100 kann ein scannender, rotierender, strukturierter Spot 102 bereitgestellt werden. Dabei wird die Filterung vor dem Scanner 106 vorgenommen. Das Strukturierungselement 104 ist rotierbar.
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In der Drehwinkelsteuereinrichtung 704 beziehungsweise des Kontrollers 704 erfolgt ein Lock-In zum Messen des aktuellen Drehwinkels ρ. In der Koordinatensteuereinheit 706 beziehungsweise dem Kontroller 706 des Scanners 106 erfolgt dann ein Einkoppeln des Drehwinkels ρ in den Spiegel 116. (z. B. Galvanospiegel, Polygonspiegel, etc.). Die xy-Position und Eigenschaften des Punktes 102 ist durch g(x, y) = f·g'(θ, φ, D) gegeben, wobei f die Brennweite der f-theta-Linse 108, θ, φ die Drehwinkel des Spiegels sind und D der Strahldurchmesser des Strahlerweiterers 124 ist. Die xy-Position des Punktes 102 weist einen festen Zusammenhang zum Drehwinkel des diffraktiven optischen Elements 104 auf g(x, y) = f·g'(θ, φ, D) = f·g'(θ(ρ, D), φ(ρ, D)).
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Erzeugen eines Lichtpunkts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 800 weist einen Schritt 801 des Strahlerweiterns, einen Schritt 802 des Strukturierens, einen Schritt 804 des Ablenkens und einen Schritt 806 des Fokussierens auf. Der Schritt 801 des Strahlerweiterns ist nicht zwingend erforderlich und stellt eine optionale Funktion dar. Im Schritt 802 des Strukturierens wird ein Lichtstrahl unter Verwendung einer Strukturiereinheit strukturiert, um einen strukturierten Lichtstrahl zu erhalten. Im Schritt 804 des Ablenkens wird der strukturierte Lichtstahl unter Verwendung einer Ablenkeinheit abgelenkt, um einen strukturierten, abgelenkten Lichtstrahl zu erhalten. Im Schritt 806 des Fokussierens wird der strukturierte, abgelenkte Lichtstrahl unter Verwendung einer Fokussiereinheit fokussiert, um den strukturierten, positionierbaren und fokussierten Lichtpunkt zu erhalten. Das Verfahren 800 kann unter Verwendung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lichtpunkts, wie sie beispielsweise in 7 dargestellt ist, ausgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung zum Erzeugen eines Lichtpunkts
- 102
- Lichtpunkt
- 104
- Strukturiereinheit
- 106
- Ablenkeinheit
- 108
- Fokussiereinheit
- 110
- Strahlengang
- 112
- Lichtstrahl
- 114
- strukturierter Lichtstrahl
- 116
- Spiegel
- 118
- abgelenkter Lichtstrahl
- 120
- fokussierter Lichtstrahl
- 122
- Zielebene
- 124
- Strahlerweiterer
- 126
- Licht höherer Ordnung
- 128
- Sammellinse
- 130
- Licht nullter Ordnung
- 132
- Licht erster Ordnung
- 300
- Intensitätsverteilung
- 302
- Phase
- 304
- Intensitätsmaximum
- 306
- Punktgitter
- 308
- Blendenöffnung
- 310
- Modulation
- 400
- Gitter (Beugungsgitter)
- 600
- erste Ausprägung
- 602
- zweite Ausprägung
- 604
- dritte Ausprägung
- 606
- Eintrittspupille
- 608
- Intensitätsspitzen
- 700
- Steuergerät
- 702
- Kontrolleinrichtung
- 703
- Strahlerweiterungssteuereinrichtung
- 704
- Drehwinkelsteuereinrichtung
- 706
- Koordinatensteuereinheit
- 800
- Verfahren zum Erzeugen eines Lichtpunkts
- 801
- Schritt des Strahlerweiterns
- 802
- Schritt des Strukturierens
- 804
- Schritt des Ablenkens
- 806
- Schritt des Fokussierens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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