DE102020102077B4 - Laser processing device and method for laser processing a workpiece - Google Patents

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Abstract

Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen (1) eines Werkstücks (2), umfassenda. eine Laserstrahlungsquelle (3), die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl (L) zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades (4) in Richtung des Werkstücks (2) auszusenden;b. eine der Laserstrahlungsquelle (3) in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit (5), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (L) in ein Bündel von Teilstrahlen (T) aufzuteilen;c. eine der Strahlteilungseinheit (5) in Strahlrichtung nachgeordnete optische Steuereinheit, umfassend eine aus einem Array (14) von reflektiven Mikroscannern (15) gebildete reflektive optische Funktionseinheit (8), wobei die optische Steuereinheit dazu eingerichtet ist,• aus dem Bündel von Teilstrahlen (T) eine beliebige Anzahl von Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination zu selektieren und auf das Werkstück (2) zu richten,• zumindest einen, vorzugsweise einen jeden, der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) unter Einsatz eines dem jeweiligen Teilstrahl (T) zugeordneten Mikroscanners (15) des Arrays (14) von Mikroscannern (15) innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) des jeweiligen Teilstrahls (T) zu positionieren und/oder zu bewegen dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung eine optische Funktionseinheit (7) umfasst, die zwischen der Strahlteilungseinheit (5) und der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) angeordnet ist, wobei die optische Funktionseinheit (7) einen Linsenarray (11) von Linsen (12) umfasst, wobei die dem Bündel von Teilstrahlen (T) zugehörigen Teilstrahlen (T) auf einem ersten Strahlweg bis zur Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) durch den Linsenarray (11) hindurchtreten, sowie nach der Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) zumindest ein Teil der dort reflektierten Teilstrahlen (T) auf einem zweiten Strahlweg erneut durch den Linsenarray (11) hindurchtreten, nämlich derart, dass ein jeweiliger Teilstrahl (T) auf dem zweiten Strahlweg durch eine Linse (12) des Linsenarrays (11) hindurchtritt, die benachbart angeordnet ist zu einer Linse (12) des Linsenarrays (11), durch welche der Teilstrahl (T) auf dem ersten Strahlweg hindurchtritt.Laser processing device for processing predetermined processing points (1) of a workpiece (2), comprisinga. a laser radiation source (3) which is set up to generate a laser beam (L) and to emit it along an optical path (4) in the direction of the workpiece (2);b. a beam splitting unit (5) which is arranged downstream of the laser radiation source (3) in the beam direction and is set up to split the laser beam (L) into a bundle of partial beams (T); c. an optical control unit downstream of the beam splitting unit (5) in the beam direction, comprising a reflective optical functional unit (8) formed from an array (14) of reflective microscanners (15), wherein the optical control unit is set up to • from the bundle of partial beams (T ) to select any number of partial beams in any spatial combination and to direct them onto the workpiece (2),• at least one, preferably each, of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) using a partial beam (T ) to position and/or move the associated microscanners (15) of the array (14) of microscanners (15) within a predetermined partial beam scanning area (ST) of the respective partial beam (T), characterized in that the laser processing device has an optical functional unit (7) comprises, which is arranged between the beam splitting unit (5) and the reflective optical functional unit (8), where in which the optical functional unit (7) comprises a lens array (11) of lenses (12), the partial beams (T) belonging to the bundle of partial beams (T) traveling on a first beam path until they are reflected at the reflective optical functional unit (8) through the pass through the lens array (11), and after being reflected at the reflective optical functional unit (8), at least some of the partial beams (T) reflected there again pass through the lens array (11) on a second beam path, namely in such a way that a respective partial beam (T ) on the second beam path through a lens (12) of the lens array (11) which is arranged adjacent to a lens (12) of the lens array (11) through which the partial beam (T) passes on the first beam path.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks an vorgegebenen Bearbeitungsstellen unter Einsatz der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung.The present invention relates to a laser processing device and a method for laser processing a workpiece at predetermined processing points using the laser processing device according to the invention.

Bei den genannten Bearbeitungsstellen kann es sich beispielsweise um Fehlstellen eines Werkstücks handeln, die einer im Wege einer Laserbearbeitung ausgeführten Reparatur oder Korrektur unterzogen werden. In diesem Zusammenhang kann es sich bei den genannten Werkstücken beispielsweise um Displays bzw. Displayoberflächen handeln. Ferner kann die mit der Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks im Wege eines „Laser Induced Forward Transfer“ (kurz: LIFT) Prozesses eingesetzt werden, also zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen eines Werkstücks. Ein weiteres Einsatzgebiet der Erfindung ist das Laserbohren von Leiterplatten zur Herstellung von Durchkontaktierungen (Via-Bohrungen, Blind-VIA-holes oder Through-VIA-holes). Dabei wird das Werkstück an verschiedenen Stellen mit Bohrungen versehen.The processing points mentioned can be, for example, defects in a workpiece which are subjected to a repair or correction carried out by means of laser processing. In this context, the workpieces mentioned can be displays or display surfaces, for example. Furthermore, the laser processing device proposed with the invention or the method proposed with the invention for processing a workpiece by way of a "laser induced forward transfer" (abbreviated: LIFT) process can be used, i.e. for processing predetermined processing points of a workpiece. A further field of application of the invention is the laser drilling of printed circuit boards for the production of plated through holes (via holes, blind VIA holes or through VIA holes). The workpiece is provided with holes at various points.

Die mit dem Laserbohren im Vergleich zu anderen Bohrverfahren einhergehenden Vorteile liegen insbesondere darin, dass der Bohrvorgang berührungs- und verschleißfrei, mit hoher Präzision und in hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Des Weiteren sind selbst kleinste Durchmesser und hohe Aspektverhältnisse zugänglich. Beispielsweise können Bohrungsdurchmesser von bis zu 20 µm ausgebildet werden. Ferner weisen die im Wege des Laserbohrens ausgebildeten Bohrungen in der Regel scharfe Kanten sowie Materialfreiheit am Bohrlochein- bzw. austritt auf.The advantages associated with laser drilling compared to other drilling methods are in particular that the drilling process can be carried out without contact and wear, with high precision and at high speed. Furthermore, even the smallest diameters and high aspect ratios are accessible. For example, bore diameters of up to 20 μm can be formed. Furthermore, the bores formed by laser drilling generally have sharp edges and freedom from material at the borehole entry and exit.

Beim Laserbohren kommt insbesondere das Perkussionsbohren und das Trepanieren zur Anwendung. In der genannten Reihenfolge nimmt die zur Ausbildung der Bohrung benötigte Anzahl an Laserpulsen zu. Beim Perkussionsbohren erfolgt die Ausbildung der Bohrung durch Applizieren einer Serie von aneinandergereihten Einzelpulsen auf die zu bearbeitende Stelle. Von Trepanieren spricht man, wenn der Laserstrahl entlang einer Kreiskontur über die Werkstückoberfläche geführt und das Loch durch den gepulsten Laserstrahl ausgeschnitten wird. Das Verfahren entspricht damit dem Perkussionsbohren mit nachfolgendem Kreisschneiden. Die vorliegende Erfindung kann sich auf sämtliche der vorangehend beschriebenen Varianten des Laserbohrens beziehen.In the case of laser drilling, percussion drilling and trepanning are used in particular. The number of laser pulses required to form the bore increases in the order mentioned. With percussion drilling, the hole is formed by applying a series of consecutive individual pulses to the area to be processed. One speaks of trepanning when the laser beam is guided along a circular contour over the workpiece surface and the hole is cut out by the pulsed laser beam. The procedure thus corresponds to percussion drilling with subsequent circular cutting. The present invention can relate to all of the variants of laser drilling described above.

Wie schon erwähnt kann die vorliegende Erfindung insbesondere zur Ausbildung von Laserbohrungen in einem Werkstück eingesetzt werden. Das Verfahren des Laserbohrens eignet sich - wie ebenfalls schon erwähnt - insbesondere zur Ausbildung von Durchkontaktierungen (sog. VIA-Bohrungen) zwischen den Leiterbahnebenen einer Leiterplatte. Häufig sind Leiterplatten mehrschichtig aufgebaut und umfassen eine obere und untere elektrisch leitende Metallschicht, die eine elektrisch isolierende Zwischenschicht aus Kunststoff, Keramik oder einem Verbundwerkstoff (beispielsweise FR4, der ein Epoxidharz und Glasfasergewebe umfasst) einschließen. Durch den Einsatz von Laserstrahlung kann in einem vorgegebenen Bearbeitungsbereich der Leiterplatte eine Bohrung ausgebildet werden, sprich im Wege des Laserbohrens können sowohl die Metallschichten als auch die isolierende Zwischenschicht abgetragen werden. Die VIA-Bohrung kann vollständig durch das Werkstück hindurchragen (sogenannte Through VIA-holes), jedoch kann eine VIA-Bohrung auch dahingehend ausgebildet werden, dass lediglich eine der Metallschichten und die Zwischenschicht im Bereich der Bohrung abgetragen wird (sogenannte Blind VIA-holes). Ausdrücklich sei an dieser Stelle betont, dass die Erfindung zur Ausbildung sowohl von Through Via-holes als auch von Blind VIA-holes vorgesehen sein kann. Das Laserbohren eignet sich sowohl zur Bearbeitung von Leiterplatten mit einer Dicke von einem bis mehreren Millimetern, gleichsam können aber auch Laserbohrungen an dünnen Leiterplatten mit einer Dicke von wenigen Mikrometern, beispielsweise 50 - 60 µm, vorgenommen werden. Auch an flexiblen Folien können im Wege einer Laserbearbeitung Bohrungen ausgebildet werden. Dabei kann die Foliendicke von wenigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich variieren, was jedoch eine Bearbeitung einer solchen Folie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht im Wege steht. Im Übrigen können Leiterplatten auch als Folien ausgebildet sein. Letztere lassen sich ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem Verfahren bearbeiten.As already mentioned, the present invention can be used in particular to form laser bores in a workpiece. As already mentioned, the laser drilling process is particularly suitable for the formation of vias (so-called VIA holes) between the conductor track levels of a printed circuit board. Printed circuit boards are often multi-layered and comprise an upper and lower electrically conductive metal layer enclosing an electrically insulating intermediate layer made of plastic, ceramic or a composite material (e.g. FR4, which comprises an epoxy resin and glass fiber fabric). By using laser radiation, a hole can be formed in a predetermined processing area of the printed circuit board, i.e. both the metal layers and the insulating intermediate layer can be removed by means of laser drilling. The VIA hole can protrude completely through the workpiece (so-called through VIA holes), but a VIA hole can also be formed in such a way that only one of the metal layers and the intermediate layer in the area of the hole is removed (so-called blind VIA holes) . It should be expressly emphasized at this point that the invention can be provided for forming both through via holes and blind via holes. Laser drilling is suitable for processing printed circuit boards with a thickness of one to several millimeters, but laser drilling can also be carried out on thin printed circuit boards with a thickness of a few micrometers, for example 50 - 60 µm. Holes can also be formed on flexible foils by means of laser processing. The film thickness can vary from a few micrometers to the millimeter range, but this does not stand in the way of processing such a film with the device according to the invention or the method according to the invention. Otherwise, printed circuit boards can also be designed as foils. The latter can also be processed with the device and the method according to the invention.

Nicht ausgeschlossen sind jedoch auch anderweitige Anwendungen, bei welcher die mit der Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zum Einsatz kommt.However, other applications are not excluded, in which the laser processing device proposed with the invention or the method proposed with the invention is used.

Ein mögliches Einsatzfeld der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens betrifft die Fertigung von graphischen Anzeigen wie Displays, beispielhaft seien an dieser Stelle OLED (organic light emitting diode) Displays oder mini LED Displays genannt. Bei der Fertigung kann es zur fertigungsbedingten Ausbildung von Fehlstellen kommen. Derartige Fehlstellen sind im Rahmen der vorliegend verwendeten Terminologie als „Bearbeitungsstellen“ zu verstehen. Diese Fehlstellen können an bestimmten Pixeln des Displays, zum Beispiel in der elektrischen Kontaktierung, auftreten. In jenen Fehlstellenbereichen können ungewünschte Abweichungen hinsichtlich der Oberflächenstruktur (beispielsweise Homogenität, Schichtdicke, Planarität etc.) vorliegen.A possible field of application of the laser processing device proposed according to the invention or the method proposed according to the invention relates to the production of graphic displays such as displays, OLED (organic light emitting diode) displays or mini LED displays are mentioned here by way of example. Production-related defects may occur during production. Such defects are in To be understood within the framework of the terminology used here as "processing points". These imperfections can occur in certain pixels of the display, for example in the electrical contacts. Undesirable deviations with regard to the surface structure (e.g. homogeneity, layer thickness, planarity, etc.) can be present in those imperfection areas.

Da solche Fehlstellen in der Regel nicht homogen auf der Displayoberfläche verteilt sind und häufig an einer Vielzahl von Display-Pixeln auftreten, ist es wünschenswert, die Fehlstellen einem Reparatur- oder Korrekturprozess zu unterziehen, der einerseits eine gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Fehlstellen ermöglicht, und andererseits flexibel auf eine auf einem bestimmten Display vorliegende Fehlstellenverteilung anpassbar ist. Für eine solche Fehlstellenkorrektur eignen sich insbesondere Laserbearbeitungstechniken, denn mit ebensolchen ist eine pixelweise, hochauflösende und gleichsam schnelle (abtragende) Bearbeitung gewährleistet. Derartige Fehlstellen mit einzelnen Laserstrahlen zu bearbeiten ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, jedoch mit Nachteilen bei der Verfahrensführung und Verfahrensdauer verbunden. Entsprechend sind Verfahren, die ein paralleles Bearbeiten gleich mehrerer Fehlstellen erlauben, von besonderem Interesse. Aus der US 9,592,570 B2 ist eine über eine Strahlselektion bereitgestellte Parallelbearbeitung zwar bekannt, dabei jedoch lediglich, dass einzelne Spot-Reihen oder Spalten selektiert werden können.Since such imperfections are usually not distributed homogeneously on the display surface and often occur on a large number of display pixels, it is desirable to subject the imperfections to a repair or correction process that, on the one hand, allows multiple imperfections to be processed at the same time and, on the other hand, is flexible can be adapted to a defect distribution present on a specific display. Laser processing techniques are particularly suitable for such correction of defects, because such techniques ensure pixel-by-pixel, high-resolution and, as it were, fast (removing) processing. Machining defects of this type with individual laser beams is generally known from the prior art, but is associated with disadvantages in terms of the method and the duration of the method. Accordingly, processes that allow parallel processing of several defects are of particular interest. From the U.S. 9,592,570 B2 parallel processing provided via beam selection is known, but only that individual spot rows or columns can be selected.

Ausdrücklich sei an dieser Stelle betont, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur zur Bearbeitung bzw. Reparatur von Fehlstellen eines Displays eignet, grundsätzlich können jegliche mit Fehlstellen behaftete Werkstücke bzw. Werkstoffe mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. mit dem zugehörigen Verfahren bearbeitet werden, die eine abtragende (ablatierende) Bearbeitung erlauben. Gleichsam ist die vorliegende Erfindung - wie eingangs erwähnt - zur Ausbildung von Laserbohrungen an vorgegebenen bzw. gewünschten Bearbeitungsstellen eines Werkstücks, z.B. einer Leiterplatte, geeignet. Das bearbeitete Material muss also durch Laserstrahlung ablatierbar sein. Ferner eignet sich die vorliegende Erfindung zum Einsatz in dem bereits vorangehend erwähnten LIFT Verfahren. Dabei werden gepulste Laserstrahlen (z.B. im Point-and-Shoot Modus) auf ein beschichtetes Substrat gerichtet, um Material in Richtung der Laserstrahlung auf ein zweites Substrat zu übertragen. LIFT Verfahren können eingesetzt werden zur Herstellung von thermoelektrischen Transfermaterialien, Polymeren und zum Bedrucken von Substraten. Entsprechend können im Rahmen der Erfindung unter den „Bearbeitungsstellen“ auch solche Stellen eines ersten Substrats (eines Werkstück im Sinne der Erfindung) zu verstehen sein, an welchen eine Materialübertragung im Wege des LIFT Verfahrens auf ein zweites (beispielsweise coplanar zu dem ersten Substrat) angeordnetes Substrat erfolgen soll, insbesondere also um jene Stellen eines ersten Substrats (Werkstücks) die mit Laserstrahlen bestrahlt werden sollen. Je nach Anforderung an das zu bearbeitende Werkstück kann im Wege des LIFT Verfahrens an definierten Bearbeitungsstellen oder Pixeln eines Werkstücks ein vorgegebenes Bearbeitungsmuster (Übertragungsmuster) ausgebildet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Teilstrahlen eines geteilten Laserstahls im Point-and-Shoot Modus auf vorgegebene Bearbeitungsstellen eines Werkstücks gerichtet werden.It should be expressly emphasized at this point that the present invention is not only suitable for processing or repairing defects in a display Allow removing (ablating) processing. At the same time, the present invention--as mentioned at the outset--is suitable for forming laser bores at predetermined or desired processing points on a workpiece, e.g. a printed circuit board. The processed material must therefore be able to be ablated by laser radiation. Furthermore, the present invention is suitable for use in the LIFT method already mentioned above. Pulsed laser beams (e.g. in point-and-shoot mode) are directed onto a coated substrate in order to transfer material to a second substrate in the direction of the laser radiation. LIFT processes can be used for the production of thermoelectric transfer materials, polymers and for printing on substrates. Accordingly, within the scope of the invention, the “processing points” can also be understood to mean those points on a first substrate (a workpiece within the meaning of the invention) at which a material transfer by way of the LIFT method to a second substrate (e.g. coplanar to the first substrate) is arranged Substrate is to be carried out, in particular around those points of a first substrate (workpiece) which are to be irradiated with laser beams. Depending on the requirements of the workpiece to be processed, a predetermined processing pattern (transfer pattern) can be formed at defined processing points or pixels of a workpiece using the LIFT process. Within the scope of the present invention, partial beams of a divided laser beam can be directed in point-and-shoot mode onto predetermined processing points of a workpiece.

Im Wege der kontinuierlich fortschreitenden Entwicklung der Lasertechnologie ist es seit vielen Jahren bekannt, Laser zur Bearbeitung verschiedenster Materialien einzusetzen, beispielsweise im Bereich der Fertigung elektronischer Bauelemente, Leiterplatten oder von Displayelementen.As a result of the continuously advancing development of laser technology, it has been known for many years to use lasers to process a wide variety of materials, for example in the field of manufacturing electronic components, printed circuit boards or display elements.

Bei der Materialbearbeitung mit Laserstrahlung (beispielsweise der Laser-Ablation, dem Laser-Schweißen, dem Laser-Löten, Laser-Reinigen, Laser-Bohren, Laser-Sintern oder dem Laser-Schmelzen) wird aktuell meist Laserstrahlung mit einer gaußförmigen Intensitätsverteilung eingesetzt. Für viele dieser Prozesse ist es aber von Vorteil, die Intensitätsverteilung im Bearbeitungsbereich des Werkstücks an den konkret vorliegenden Bearbeitungsprozess bzw. das zu bearbeitende Material anzupassen. Daher werden zunehmend Optimierungen der Laserverfahren durch Änderung der Intensitätsverteilung in der Bearbeitungsebene untersucht. Zur Anpassung der Intensitätsverteilung ist es dabei bekannt, die von einer Laserstrahlungsquelle erzeugte Laserstrahlung einer Strahlformung zu unterziehen, was ein erhebliches Optimierungspotenzial für die Laserprozessentwicklung bietet.When processing materials with laser radiation (e.g. laser ablation, laser welding, laser soldering, laser cleaning, laser drilling, laser sintering or laser melting), laser radiation with a Gaussian intensity distribution is currently mostly used. For many of these processes, however, it is advantageous to adapt the intensity distribution in the machining area of the workpiece to the specific machining process or the material to be machined. Therefore, optimization of the laser process by changing the intensity distribution in the processing plane is increasingly being investigated. In order to adapt the intensity distribution, it is known to subject the laser radiation generated by a laser radiation source to beam shaping, which offers considerable potential for optimizing the development of the laser process.

Wie bereits erwähnt, weist die von einer Laserstrahlungsquelle erzeugte Laserstrahlung in Bezug auf ihren Strahlenquerschnitt typischerweise eine gaußförmige Intensitätsverteilung bzw. ein gaußförmiges Strahlprofil auf. Über geeignete Strahlformungstechniken können Laserstrahlen jedoch unter Abänderung der Intensitätsverteilung geformt werden. Zur Formung einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls können entweder seine Phase, seine Amplitude oder beide Größen zusammen moduliert werden. Entsprechend kommen Phasenmodulatoren, Amplitudenmodulatoren oder Phasen- und Amplitudenmodulatoren zum Einsatz, beispielsweise in Form von diffraktiven Strahlformern. Diffraktive Strahlformer (Diffractive Optical Elements, kurz DOE) zur Einstellung von Fernfeldintensitäten können als Phasenelemente in Glas oder anderen transparenten Materialien hergestellt werden.As already mentioned, the laser radiation generated by a laser radiation source typically has a Gaussian intensity distribution or a Gaussian beam profile in relation to its beam cross section. However, laser beams can be shaped by changing the intensity distribution using suitable beam shaping techniques. In order to form an intensity distribution of a laser beam, either its phase, its amplitude or both can be modulated together. Accordingly, phase modulators, amplitude modulators or phase and amplitude modulators are used, for example in the form of diffractive beam shapers. Diffractive beam shapers (Diffractive Optical Elements, abbreviated DOE) for adjusting far-field intensities NEN can be produced as phase elements in glass or other transparent materials.

Weiterhin kann die Form einer Intensitätsverteilung durch Brechung und Reflektion an optischen Elementen erfolgen. Entsprechend kommen geformte refraktive oder reflektive Elemente wie beispielsweise deformierte oder deformierbare Spiegel oder transmissive Elemente mit einer geometrischen Verformung der Oberfläche oder Form zum Einsatz. Die einzelnen Teilstrahlen eines auf das refraktive oder reflektive optische Element einfallenden Laserstrahls, fallen dabei auf jeweils unterschiedlich gewölbte Oberflächen und werden an diesen reflektiert oder gebrochen. Die Gesamtheit der Teilstrahlen bildet nach der Formung durch das Element eine neue Intensitätsverteilung. Ein Beispiel für ein solche Strahlformung ist die Umformung eines gaußförmigen Laserstrahls in einen Top-Hat förmigen Laserstrahl, auch Gauß-zu-Top-Hat Strahlformer genannt. Ein solcher Strahlformer kann auch bei der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung zum Einsatz kommen. Die für die Strahlformung notwendige geometrische Verformung der Oberfläche kann mit analytischen, numerischen oder iterativen Verfahren (z.B. Überlagerung von Zernikepolynomen) berechnet werden.Furthermore, the shape of an intensity distribution can take place through refraction and reflection at optical elements. Correspondingly, shaped refractive or reflective elements such as deformed or deformable mirrors or transmissive elements with a geometric deformation of the surface or shape are used. The individual partial beams of a laser beam incident on the refractive or reflective optical element fall on differently curved surfaces and are reflected or refracted on them. After being formed by the element, the totality of the partial beams forms a new intensity distribution. An example of such beam shaping is the transformation of a Gaussian laser beam into a top-hat shaped laser beam, also known as a Gaussian-to-Top-Hat beam shaper. Such a beam shaper can also be used in the laser processing device according to the invention. The geometric deformation of the surface required for beam formation can be calculated using analytical, numerical or iterative methods (e.g. superimposition of Zernike polynomials).

Diffraktive strahlformende Elemente können jedoch auch als Strahlteiler ausgebildet sein (im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Funktion der DOE als Strahlteiler maßgebend). Beispielhaft seien in diesem Zusammenhang binäre Gitter oder Blazed Gratings genannt. Aufgrund der Geometrie der diffraktiven Struktur kommt es auf einem rechteckigen Gitter im Ortsfrequenzraum (k-Raum) zu konstruktiver Interferenz. Durch numerische Algorithmen können unterschiedlichste Anordnungen von aktiven Beugungsordnungen (konstruktive Interferenz) verwirklicht werden. Hierbei muss die Winkeltrennung der Beugungsordnungen groß genug gegenüber der Fernfelddivergenz der einfallenden Laserstrahlung sein, da andernfalls Interferenz die Anordnung der aktiven Beugungsordnungen stört.However, diffractive beam-shaping elements can also be in the form of beam splitters (in the context of the present invention, the function of the DOE as a beam splitter is decisive). Binary grids or blazed gratings are mentioned as examples in this context. Due to the geometry of the diffractive structure, constructive interference occurs on a rectangular grating in spatial frequency space (k-space). Various arrangements of active diffraction orders (constructive interference) can be realized using numerical algorithms. Here, the angular separation of the diffraction orders must be large enough compared to the far-field divergence of the incident laser radiation, since otherwise interference disturbs the arrangement of the active diffraction orders.

Solche unveränderbaren DOEs werden jedoch zunehmend durch programmierbare Modulationseinheiten zur dynamischen Formung der Laserstrahlung ersetzt. Mit programmierbaren Modulationseinheiten kann die örtliche und zeitliche Intensitätsverteilung von seitens einer Laserstrahlungsquelle ausgesendeten Laserstrahlung eingestellt werden. Derart programmierbare Modulationseinheiten werden auch als „Spatial Light Modulator (SLM)“ bezeichnet. Auch Spatial Light Modulatoren können grundsätzlich zur Strahlteilung eingesetzt werden.However, such unchangeable DOEs are increasingly being replaced by programmable modulation units for dynamic shaping of the laser radiation. The spatial and temporal intensity distribution of laser radiation emitted by a laser radiation source can be adjusted with programmable modulation units. Such programmable modulation units are also referred to as "spatial light modulator (SLM)". In principle, spatial light modulators can also be used for beam splitting.

Bei der Laserbearbeitung können verschiedenste Laserstrahlungsquellen zum Einsatz kommen. Für einen präzisen Materialabtrag sollte eine möglichst kleine Fokussierung mit einem möglichst kurzwelligen Laser angestrebt werden. Standardmäßig werden heute Nanosekundenlaser im IR, VIS oder UV-Bereich eingesetzt. Für eine effiziente Materialbearbeitung muss Laserstrahlung mit einer Wellenlänge verwendet werden, die von dem abzutragenden Material des zu bearbeitenden Werkstücks absorbiert wird. Laserstrahlung mit Wellenlängen im Nahinfrarot und VIS Bereich sind dazu für einige Materialien weniger geeignet, es sei denn man verwendet kurze Pulsdauern im piko- und femtosekunden-Bereich.A wide variety of laser radiation sources can be used in laser processing. For precise material removal, the aim should be as small a focus as possible with a laser that has the shortest possible wavelength. Today, nanosecond lasers in the IR, VIS or UV range are used as standard. For efficient material processing, laser radiation must be used with a wavelength that is absorbed by the material to be removed from the workpiece to be processed. Laser radiation with wavelengths in the near infrared and VIS range are less suitable for some materials, unless short pulse durations in the picosecond and femtosecond range are used.

Häufig werden beispielsweise zur Laserbearbeitung die sogenannten Festkörperlaser eingesetzt, insbesondere Nd:YAG-Laser. Diese Laser können in Bezug auf die erzielbare Pulsdauer, Pulsenergie und Wellenlänge passgenau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sein.So-called solid-state lasers, in particular Nd:YAG lasers, are often used, for example, for laser processing. These lasers can be precisely tailored to the respective application in terms of the achievable pulse duration, pulse energy and wavelength.

Eine wesentliche Herausforderung bei der Laserbearbeitung von Werkstücken liegt darin, Laserstrahlung mit höheren mittleren Leistungen einzusetzen und in Form von Laserspots auf dem Werkstück zu applizieren. Dem stehen Wärmeeffekte, z.B. eine Wärmeakkumulation im Werkstück entgegen. Um dies zu vermeiden, kann entweder die erzeugte Laserleistung großflächig und schnell (z.B. durch schnelles Scannen) auf dem Werkstück verteilt werden, oder die Leistung wird - z.B. in Form einer Strahlteilung - auf mehrere Bearbeitungsstellen des Werkstücks gelenkt. Die vorliegende Erfindung macht sich beide Möglichkeiten zu Nutze. Dazu ist es bekannt, Laserstrahlung an Spiegeln zu reflektieren und auf bestimmte Stellen einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche auszulenken. Eine Anordnung mehrerer derartiger Spiegel können in einer Baueinheit zusammengefasst sein und einen Spiegelscanner ausbilden. Bekannt sind beispielsweise galvanometrisch angetriebene Spiegelscanner (Galvanometerscanner), deren zugehörige Spiegel über einen Drehantrieb um einen definierten Winkel verdreht werden können. Auf diese Weise kann ein auf einen solchen Spiegel einfallender Laserstrahl auf unterschiedliche Stellen des Werkstücks gerichtet werden.A major challenge in the laser processing of workpieces is to use laser radiation with higher average power and to apply it to the workpiece in the form of laser spots. This is opposed to heat effects, e.g. heat accumulation in the workpiece. In order to avoid this, either the generated laser power can be distributed over a large area and quickly (e.g. by fast scanning) on the workpiece, or the power is directed - e.g. in the form of beam splitting - to several processing points on the workpiece. The present invention makes use of both possibilities. To this end, it is known to reflect laser radiation on mirrors and to deflect it onto specific points on a workpiece surface to be machined. An arrangement of several mirrors of this type can be combined in one structural unit and form a mirror scanner. For example, galvanometrically driven mirror scanners (galvanometer scanners) are known, the associated mirrors of which can be rotated by a defined angle via a rotary drive. In this way, a laser beam incident on such a mirror can be directed at different points on the workpiece.

Wie erwähnt sind Laserbearbeitungstechniken, die eine Parallelbearbeitung von Werkstücken ermöglichen, allgemein bekannt. Die dazu verwendeten Laserbearbeitungsvorrichtungen können aus als Multistrahlsysteme bezeichnet werden, insbesondere deshalb, weil sie auf der Teilung eines von einer Laserstrahlungsquelle erzeugten Laserstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen basieren. Das Werkstück wird also nicht mit dem von der Laserstrahlungsquelle erzeugten Ausgangstrahl, sondern mit den Teilstrahlen bearbeitet. Die auf das Werkstück projizierten Teilstrahlen sind dabei in einem definierten Spotmuster auf dem Werkstück abgebildet. Bei den bekannten Bearbeitungsmethoden werden die Teilstrahlen, und damit das Spotmuster, simultan und synchron über das zu bearbeitende Werkstück bewegt. Dabei ist es zwar bekannt an verschiedenen Stellen des Werkstücks einzelne Teilstrahlen auszukoppeln und das Spotmuster den vorliegenden Bearbeitungsstellen anzupassen, grundsätzlich lassen sich mit einem solchen Vorgehen jedoch lediglich periodische Strukturen bearbeiten bzw. periodische Bearbeitungsmuster verwirklichen.As mentioned, laser processing techniques that allow workpieces to be processed in parallel are generally known. The laser processing devices used for this can also be referred to as multi-beam systems, in particular because they are based on the division of a laser beam generated by a laser radiation source into a plurality of partial beams. The workpiece is therefore not processed with the output beam generated by the laser radiation source, but with the partial beams. The partial beams projected onto the workpiece are shown in a defined spot pattern on the workpiece. at With the known processing methods, the partial beams, and thus the spot pattern, are moved simultaneously and synchronously over the workpiece to be processed. Although it is known to decouple individual partial beams at various points on the workpiece and to adapt the spot pattern to the processing points present, such a procedure can basically only be used to process periodic structures or implement periodic processing patterns.

Nebst der Bearbeitung von periodischen Strukturen bzw. Bearbeitungsmustern, findet man vor allem in Bereichen der Elektronik häufig nicht-periodische oder teil-periodische Strukturen (d.h. es liegen nicht-periodische oder teil-periodische Bearbeitungsstellen vor) die mit den bekannten Laserbearbeitungstechniken der Multistrahlbearbeitung nicht oder nur unzureichend bearbeitet werden können. Der Vorteil einer solchen Multistrahlbearbeitung liegt in der Vervielfachung der Bearbeitungsgeschwindigkeit durch eine ermöglichte Parallelbearbeitung. Entsprechend besteht ein großer Bedarf diesen Vorteil auch auf die Multistrahl-Laserbearbeitung nichtperiodischer Strukturen zu erweitern.In addition to the processing of periodic structures or processing patterns, there are often non-periodic or partially periodic structures (ie there are non-periodic or partially periodic processing points) that cannot be processed with the known laser processing techniques of multi-beam processing, especially in the field of electronics can only be dealt with insufficiently. The advantage of such a multi-beam processing lies in the multiplication of the processing speed due to the parallel processing that is made possible. Accordingly, there is a great need to extend this advantage to multi-beam laser processing of non-periodic structures.

Der folgende Stand der Technik erscheint bildet den technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung: The following prior art appears to form the technical background of the present invention:

Die US 2005 / 0 056 626 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Applizieren von Laserenergie an ein Werkstück, umfassend mindestens eine Laserenergiequelle, die mindestens einen Laserstrahl liefert, eine Vielzahl von Laserstrahlmodulen, die so angeordnet sind, dass sie den mindestens einen Laserstrahl selektiv auf eine Vielzahl von Zielteilbereichen auf einem Werkstück lenken, die zusammen einen Zielbereich abdecken, wobei die Vielzahl von Laserstrahlmodulen zusätzlich so wirkt, dass sie den mindestens einen Laserstrahl ohne eine dazwischenliegende f-Theta-Linse auf das Werkstück fokussiert.the U.S. 2005/0 056 626 A1 discloses an apparatus for applying laser energy to a workpiece, comprising at least one laser energy source that provides at least one laser beam, a plurality of laser beam modules arranged to selectively direct the at least one laser beam to a plurality of target portions on a workpiece that together cover a target area, the plurality of laser beam modules additionally acting to focus the at least one laser beam onto the workpiece without an intervening f-theta lens.

Aus der US 2003 / 0 019 854 A1 ist ein System zum Applizieren von Energie an ein Substrat bekannt, umfassend mindestens eine dynamisch ausrichtbare Quelle für Strahlungsenergie, die eine Vielzahl von Strahlen bereitstellt, wobei sich jeder Strahl in einer dynamisch auswählbaren Richtung ausbreitet; und eine Vielzahl von unabhängig positionierbaren Strahlsteuerungselementen, wobei einige der Strahlsteuerungselemente die Vielzahl von Strahlen empfangen und sie zu auswählbaren Stellen auf dem Substrat lenken.From the U.S. 2003/0 019 854 A1 a system for applying energy to a substrate is known, comprising at least one dynamically steerable source of radiant energy providing a plurality of beams, each beam propagating in a dynamically selectable direction; and a plurality of independently positionable beam steering elements, some of the beam steering elements receiving the plurality of beams and directing them to selectable locations on the substrate.

Aus der DE 103 08 708 A1 ist eine Vorrichtung zur Beaufschlagung eines Objektes mit Laserstrahlung bekannt, umfassend eine Laserlichtquelle zur Erzeugung von Laserstrahlung, ein zweidimensionales Array von Beeinflussungselementen, die die von der Laserlichtquelle ausgehende Laserstrahlung derart ablenken und/oder durchlassen können, dass vorgebbare Orte auf dem Objekt mit Laserstrahlung beaufschlagt werden, ein zweidimensionales Array von Linsenelementen, die die Laserstrahlung oder Teile der Laserstrahlung auf die zu beaufschlagende Oberfläche des Objektes fokussieren können, wobei das Array von Linsenelementen zwischen der Laserlichtquelle und dem Array von Beeinflussungselementen angeordnet ist.From the DE 103 08 708 A1 discloses a device for applying laser radiation to an object, comprising a laser light source for generating laser radiation, a two-dimensional array of influencing elements which can deflect and/or let through the laser radiation emanating from the laser light source in such a way that predeterminable locations on the object are exposed to laser radiation , A two-dimensional array of lens elements that can focus the laser radiation or parts of the laser radiation onto the surface of the object to be acted upon, the array of lens elements being arranged between the laser light source and the array of influencing elements.

Die US 2006 / 0 055 905 A1 offenbart eine lithografische Vorrichtung, umfassend ein Beleuchtungssystem, das einen Strahl von Strahlung liefert; ein Brechungsgitter, das den Strahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufteilt; ein Array von einzeln steuerbaren Elementen, das so konfiguriert ist, dass die Vielzahl der Teilstrahlen der Strahlung auf zugehörige einzeln steuerbare Elemente in dem Array von einzeln steuerbaren Elementen gerichtet werden, um den Strahl zu mustern; und ein Projektionssystem, das den gemusterten Strahl auf einen Zielabschnitt eines Substrats projiziert.the U.S. 2006/0 055 905 A1 discloses a lithographic apparatus comprising an illumination system that provides a beam of radiation; a diffraction grating splitting the beam into a plurality of sub-beams; an array of individually controllable elements configured to direct the plurality of sub-beams of radiation onto associated individually controllable elements in the array of individually controllable elements to pattern the beam; and a projection system that projects the patterned beam onto a target portion of a substrate.

Die US 7 227 618 B1 betrifft ein Mustererstellungssystem zur Erzeugung zweidimensionaler Bilder auf einer Oberfläche, umfassend eine Lichtquelle und ein oder mehrere Zone Plate Modulator (ZPM)-Arrays. Die ZPM-Arrays bestehen aus diffraktiven Zonenplattenmodulationselementen, die in der Lage sind, einfallendes Licht entsprechend den Bilddaten entweder zu beugen oder zu reflektieren. In einem hochauflösenden Mustererstellungssystem werden ZPM-Arrays als Spot-Array-Generatoren verwendet. Ein komplettes hochauflösendes Bild wird durch die Abtastung einzelner Lichtpunkte im Spot-Array mit Hilfe einer Teilfeld-Abtasteinrichtung erzeugt.the U.S. 7,227,618 B1 relates to a pattern creation system for generating two-dimensional images on a surface, comprising a light source and one or more zone plate modulator (ZPM) arrays. The ZPM arrays consist of zone plate modulation diffractive elements capable of either diffracting or reflecting incident light according to the image data. In a high-resolution pattern creation system, ZPM arrays are used as spot array generators. A complete, high-resolution image is generated by scanning individual points of light in the spot array using a subfield scanner.

Basierend auf den vorangehenden Ausführungen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks bereitzustellen, womit eine schnelle und parallele Bearbeitung mehrerer Bearbeitungsstellen des Werkstücks auch bei einer nicht-periodischen oder teil-periodischen Verteilung von Bearbeitungsstellen auf dem Werkstück ermöglicht ist.Based on the foregoing, it is the object of the present invention to provide a laser processing device and a method for laser processing a workpiece, which allows rapid and parallel processing of multiple processing points of the workpiece even with a non-periodic or partially periodic distribution of processing points on the workpiece is enabled.

Gelöst wird die genannte Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 34.The stated object is achieved with a device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 34.

Die der Erfindung zugrunde liegende Laserbearbeitungsvorrichtung ist zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen eines Werkstücks vorgesehen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst

  1. a. eine Laserstrahlungsquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades in Richtung des Werkstücks auszusenden;
  2. b. eine der Laserstrahlungsquelle in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in ein Bündel von Teilstrahlen aufzuteilen;
  3. c. eine der Strahlteilungseinheit in Strahlrichtung nachgeordnete optische Steuereinheit, umfassend eine aus einem Array von reflektiven Mikroscannern gebildete reflektive optische Funktionseinheit, wobei die optische Steuereinheit dazu eingerichtet ist,
    • • aus dem Bündel von Teilstrahlen eine beliebige Anzahl von Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination zu selektieren und auf das Werkstück zu richten,
    • • zumindest einen, vorzugsweise einen jeden, der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen unter Einsatz eines dem jeweiligen Teilstrahl zugeordneten Mikroscanners des Arrays von Mikroscannern innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs des jeweiligen Teilstrahls zu positionieren und/oder zu bewegen.
The laser processing device on which the invention is based is provided for processing predetermined processing points of a workpiece. The laser processing device includes
  1. a. a laser radiation source configured to generate and emit a laser beam along an optical path toward the workpiece;
  2. b. a beam splitting unit which is arranged downstream of the laser radiation source in the beam direction and is set up to split the laser beam into a bundle of partial beams;
  3. c. an optical control unit arranged downstream of the beam splitting unit in the beam direction, comprising a reflective optical functional unit formed from an array of reflective microscanners, the optical control unit being set up for this purpose,
    • • select any number of partial beams in any spatial combination from the bundle of partial beams and direct them onto the workpiece,
    • Positioning and/or moving at least one, preferably each, of the partial beams directed onto the workpiece using a microscanner of the array of microscanners assigned to the respective partial beam within a predetermined partial beam scanning range of the respective partial beam.

Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung eine optische Funktionseinheit umfasst, die zwischen der Strahlteilungseinheit und der reflektiven optischen Funktionseinheit angeordnet ist, wobei die optische Funktionseinheit einen Linsenarray von Linsen umfasst, wobei die dem Bündel von Teilstrahlen zugehörigen Teilstrahlen (T) auf einem ersten Strahlweg bis zur Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit durch den Linsenarray hindurchtreten, sowie nach der Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit zumindest ein Teil der dort reflektierten Teilstrahlen auf einem zweiten Strahlweg erneut durch den Linsenarray hindurchtreten, nämlich derart, dass ein jeweiliger Teilstrahl auf dem zweiten Strahlweg durch eine Linse des Linsenarrays hindurchtritt, die benachbart angeordnet ist zu einer Linse des Linsenarrays, durch welche der Teilstrahl auf dem ersten Strahlweg hindurchtritt.The laser processing device according to the invention is characterized in that the laser processing device comprises an optical functional unit which is arranged between the beam splitting unit and the reflective optical functional unit, the optical functional unit comprising a lens array of lenses, the partial beams (T) belonging to the bundle of partial beams pass through the lens array on a first beam path up to reflection at the reflective optical functional unit, and after reflection at the reflective optical functional unit, at least some of the partial beams reflected there again pass through the lens array on a second beam path, namely in such a way that a respective partial beam appears the second beam path passes through a lens of the lens array which is arranged adjacent to a lens of the lens array through which the partial beam passes on the first beam path.

Die Mikroscanner sind vorzugsweise jeweils dazu eingerichtet, einen Strahlverlauf von einem auf einen jeweiligen Mikroscanner auftreffenden und dort reflektierten Teilstrahl in zwei unabhängigen Koordinatenrichtungen zu verändern bzw. zu manipulieren. Mit einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung können komplexe Faltungen der Teilstrahlen im Strahlengang vermieden werden. Ferner ermöglicht die Array-Anordnung der Mikroscanner eine dichte Packung, wodurch der Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung insgesamt kompakter ausgeführt werden kann, da die Strahlwege bei kleiner Bündeldivergenz sonst sehr lang würden. Im Vergleich zu ähnlichen aus dem Stand der Technik bekannten Systemen ist der vorliegende Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung also deutlich kompakter. Ferner lassen sich einzelne Bauelemente einfacher justieren. Vor allem ist es in besonders einfacher Weise möglich, 2D-Verteilungen von Laserspots in Kombination mit einer individuellen Scanfunktion für jeden Teilstrahl zu realisieren. The microscanners are preferably each set up to change or manipulate a beam path of a partial beam impinging on a respective microscanner and reflected there in two independent coordinate directions. With a laser processing device according to the invention, complex folding of the partial beams in the beam path can be avoided. Furthermore, the array arrangement of the microscanners enables dense packing, as a result of which the structure of the laser processing device can be made more compact overall, since the beam paths would otherwise be very long with small beam divergence. Compared to similar systems known from the prior art, the present design of the laser processing device is therefore significantly more compact. Furthermore, individual components can be adjusted more easily. Above all, it is possible in a particularly simple manner to implement 2D distributions of laser spots in combination with an individual scan function for each partial beam.

Weiterhin sind die optischen Baugruppen klar gruppiert und nicht willkürlich über den Aufbau verteilt, was die Laserbearbeitungsvorrichtung deutlich robuster und damit prozessstabiler macht.Furthermore, the optical assemblies are clearly grouped and not randomly distributed over the structure, which makes the laser processing device significantly more robust and therefore more process-stable.

Zunächst ist festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung aufgrund des (zumindest teilweise) reflektiven Aufbaus einen geringeren Bauraum in Anspruch nimmt als vergleichbare rein transmissiv ausgestaltete Laserbearbeitungsvorrichtungen.First of all, it should be noted that the laser processing device according to the invention, due to the (at least partially) reflective design, takes up less installation space than comparable laser processing devices designed to be purely transmissive.

Optional kann die Laserbearbeitungsvorrichtung des Weiteren eine Strahlpositionierungseinheit umfassen, insbesondere in Form eines Galvanometerscanners, eines Pivot-Scanners oder eines zwei-achsigen Einspiegelscanners, die dazu eingerichtet ist, eine Grobpositionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen relativ zu dem Werkstück auszuführen, nämlich durch Positionieren eines die Teilstrahl-Scanbereiche einschließenden Master-Scanbereichs relativ zu dem Werkstück und/oder dazu eingerichtet ist, die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen über das Werkstück zu bewegen, vorzugsweise synchron und simultan, nämlich durch Bewegen des die Teilstrahl-Scanbereiche einschließenden Master-Scanbereichs relativ zu dem Werkstück.Optionally, the laser processing device can also include a beam positioning unit, in particular in the form of a galvanometer scanner, a pivot scanner or a two-axis single-mirror scanner, which is set up to carry out a rough positioning of the partial beams directed onto the workpiece relative to the workpiece, namely by positioning a the master scan area including the partial beam scan areas relative to the workpiece and/or is set up to move the partial beams directed onto the workpiece over the workpiece, preferably synchronously and simultaneously, namely by moving the master scan area including the partial beam scan areas relative to the workpiece.

Unter dem Master-Scanbereich ist ein auf dem Werkstück räumlich aufgespannter Bereich zu verstehen, welcher die maximale Anzahl von durch die Strahlteilungseinheit erzeugbaren Teilstrahlen auf dem Werkstück einschließt, die Größe des Master-Scanbereichs ist dabei im Wesentlichen durch die Teilung des Laserstrahls in Teilstrahlen durch die Strahlteilungseinheit vorbestimmt. Weiterhin schließt der Master-Scanbereich sämtliche Teilstrahl-Scanbereiche der maximalen Anzahl von auf das Werkstück abgebildeten Teilstrahlen ein. Je nach Anwendung kann jedoch vorgesehen sein, dass nur eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen auch tatsächlich auf das Werkstück gelenkt werden. Unter einem Teilstrahl-Scanbereich ist ein jener Bereich zu verstehen, in welchem ein jeweiliger Teilstrahl auf dem Werkstück individuell positioniert und/oder bewegt werden kann, beispielsweise unter Einsatz der optischen Steuereinheit, insbesondere der reflektiven optischen Funktionseinheit. Die Teilstrahl-Scanbereiche weisen dabei eine geringere Größe als der Master-Scanbereich auf. Die innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahl-Scanbereiche können beabstandet zueinander angeordnet sein, aneinander angrenzen oder überlappen. Die innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden und auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen können gemeinsam (vorzugsweise simultan und synchron) über das Werkstück verschoben werden, der Master-Scanbereich kann also auf unterschiedliche Stellen des Werkstücks gerichtet (gescannt) werden. Ein jeweiliger Teilstrahl kann also beispielsweise zwei Scan- oder Positionierbewegungen erfahren, nämlich bei der Ausrichtung des Master-Scanbereichs auf dem Werkstück sowie bei der Positionierung oder Bewegung innerhalb des jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichs.The master scan area is a spatially spanned area on the workpiece, which includes the maximum number of partial beams that can be generated on the workpiece by the beam splitting unit. The size of the master scan area is essentially determined by the division of the laser beam into partial beams by the beam splitting unit predetermined. Furthermore, the master scan area includes all sub-beam scan areas of the maximum number of sub-beams imaged on the workpiece. Depending on the application, however, it can be provided that only a predetermined number of partial beams are actually directed onto the workpiece. A partial beam scanning area is understood to be an area in which a respective partial beam can be individually positioned and/or moved on the workpiece, for example using the optical control unit, in particular the reflective optical functional unit. The part Beam scan areas are smaller than the master scan area. The sub-beam scan areas located within the master scan area can be arranged at a distance from one another, adjoin one another or overlap. The partial beams located within the master scan area and directed onto the workpiece can be moved together (preferably simultaneously and synchronously) over the workpiece, the master scan area can therefore be directed (scanned) to different locations on the workpiece. A respective sub-beam can therefore experience two scanning or positioning movements, for example, namely when aligning the master scan area on the workpiece and when positioning or moving within the respective sub-beam scan area.

Wie vorstehend erläutert, kann die Strahlpositionierungseinheit ein „optionaler“ Bestandteil der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung sein. Auch ohne eine Strahlpositionierungseinheit können unterschiedliche Stellen eines Werkstücks mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden, beispielsweise indem ein zu bearbeitendes Werkstück in einer Werkstückaufnahme (z.B. auf einem xy-Tisch) angeordnet wird und entsprechend der zu bearbeitenden Stelle relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung positioniert wird. Auch kann die Laserbearbeitungsvorrichtung relativ zu einem positionsfest angeordneten Werkstück positioniert und/oder bewegt werden, beispielsweise durch eine entsprechende Achsanordnung. Sodann kann an den entsprechenden Stellen gleichwohl eine Positionierung oder Bewegung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die zu bearbeitenden Stellen des Werkstücks aus einer kombinierten Zustellung des Werkstücks relativ zur Laserbearbeitungsvorrichtung einerseits und einer Positionierung der innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen relativ zum Werkstück andererseits anzufahren.As explained above, the beam positioning unit can be an "optional" component of the laser processing device according to the invention. Even without a beam positioning unit, different points of a workpiece can be processed with the laser processing device according to the invention, for example by arranging a workpiece to be processed in a workpiece holder (e.g. on an xy table) and positioning it relative to the laser processing device according to the location to be processed. The laser processing device can also be positioned and/or moved relative to a workpiece arranged in a fixed position, for example by means of a corresponding axis arrangement. Then, at the corresponding points, the partial beams directed onto the workpiece can be positioned or moved within the respective partial beam scanning areas. It is also possible to approach the workpiece locations to be machined from a combined infeed of the workpiece relative to the laser machining device on the one hand and positioning of the partial beams within the master scan range relative to the workpiece on the other.

Mit einer eine Strahlpositionierungseinheit umfassenden Laserbearbeitungsvorrichtung wird ermöglicht, die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen bzw. zugehörige Laserspots zur Positionierung und zur Bearbeitung simultan und synchron über das Werkstück zu bewegen. Einerseits können damit die innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen bzw. zugehörige Laserspots relativ zum Werkstück verschoben und positioniert werden. Jedoch ist auch eine simultane und synchrone (scannende) Bearbeitung unterschiedlicher Stellen des Werkstücks damit ermöglicht. Alternativ können einzelne Teilstrahlen aber auch eine - unabhängig von der Strahlpositionierungseinheit ausgeführten Scanbewegung - Scanbewegung innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche erfahren. Jedoch ist die Laserbearbeitungsvorrichtung ohne Weiteres auch zur parallelen Point-and-Shoot Bearbeitung mehrerer Bearbeitungsstellen einsetzbar. Bei einer Point-and-Shoot Bearbeitung wird - wie der Begriff als solcher bereits zum Ausdruck bringt, ein Laserstrahl (hier eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen) auf unterschiedliche Bearbeitungsstellen des Werkstücks gerichtet („point“). Durch Applizieren („shoot“) von Laserpulsen erfolgt an diesen Stellen eine Bearbeitung. Eine Positionierungs- oder Bearbeitungsbewegung der Laserspots während der Laserbearbeitung (Applizieren von Laserpulsen) auf dem Werkstück ist also nicht zwingend erforderlich, auch eine einmalige Ausrichtung kann (je nach Bearbeitungsaufgabe) ausreichen. Gleichsam können auch im Wege einer Point-and-Shoot Bearbeitung unterschiedliche Stellen des Werkstücks bearbeitet werden. Denn zwischen den Point-and-Shoot Schritten kann dabei das Werkstück relativ zur Laserbearbeitungsvorrichtung oder umgekehrt positioniert werden, um die Laserspots auf unterschiedliche zu bearbeitende Stellen zu richten. Gleiches kann auch mit einer Strahlpositionierungseinheit erfolgen, mit welcher eine Neuausrichtung des innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Spotmusters auf dem Werkstück nach erfolgter Bearbeitung an einer Stelle des Werkstücks ausgeführt werden kann.A laser processing device comprising a beam positioning unit makes it possible to move the partial beams or associated laser spots directed onto the workpiece simultaneously and synchronously over the workpiece for positioning and processing. On the one hand, the partial beams or associated laser spots within the master scan area can be shifted and positioned relative to the workpiece. However, it also enables simultaneous and synchronous (scanning) processing of different parts of the workpiece. Alternatively, however, individual partial beams can also undergo a scanning movement—which is carried out independently of the beam positioning unit—within the respective partial beam scanning regions. However, the laser processing device can also be used without further ado for parallel point-and-shoot processing of a plurality of processing points. In point-and-shoot processing, a laser beam (here a specified number of partial beams) is directed at different processing points on the workpiece (“point”), as the term itself already expresses. Processing is carried out at these points by applying ("shooting") laser pulses. A positioning or processing movement of the laser spots during the laser processing (application of laser pulses) on the workpiece is therefore not absolutely necessary, even a one-off alignment can (depending on the processing task) be sufficient. At the same time, different parts of the workpiece can also be processed by means of point-and-shoot processing. Because between the point-and-shoot steps, the workpiece can be positioned relative to the laser processing device or vice versa in order to direct the laser spots to different areas to be processed. The same can also be done with a beam positioning unit, with which a realignment of the spot pattern lying within the master scan area on the workpiece can be carried out at a point on the workpiece after processing has taken place.

Ein entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass auch nicht-periodisch oder teil-periodische Bearbeitungsmuster (also nicht-periodisch oder teil-periodisch auf einem Werkstück verteilte Bearbeitungsstellen) mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden können, dabei entweder im Wege einer simultan und synchron über das Werkstück ausgeführten Bewegung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen bzw. zugehöriger Laserspots oder im Wege der vorangehend erwähnten Point-and-Shoot Bearbeitung. Mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung können die einzelnen auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eines Multistrahlsystems in einem Teilstrahl-Scanbereich einerseits individuell auf dem Werkstück positioniert werden, andererseits kann die Anzahl und die räumliche Verteilung der Teilstrahlen in einem Master-Scanbereich (dieser ist durch die laterale Ausdehnung eines die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen einschließenden Bereichs festgelegt) gezielt eingestellt werden.A decisive advantage of the present invention is that non-periodic or part-periodic processing patterns (i.e. non-periodic or part-periodic processing points distributed on a workpiece) can also be processed with the laser processing device according to the invention, either by way of a simultaneous and synchronous The movement of the partial beams or associated laser spots directed onto the workpiece is carried out over the workpiece or by way of the above-mentioned point-and-shoot processing. With the laser processing device according to the invention, the individual partial beams of a multi-beam system directed at the workpiece can be positioned individually on the workpiece in a partial beam scan area on the one hand, and on the other hand the number and the spatial distribution of the partial beams in a master scan area (this is defined by the lateral extent of a the area including the partial beams directed onto the workpiece) can be adjusted in a targeted manner.

Mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung können Werkstücke mit einem definierten bzw. vorgegebenen Muster von Fehlstellen, Laserbohrungen oder von anderweitig zu bearbeitenden Stellen (die Fehlstellen, Laserbohrungen oder anderweitig zu bearbeitenden Stellen können dabei periodisch, nicht-periodisch oder teil-periodisch angeordnet sein) mit größerer Flexibilität bearbeitet werden. Entsprechend sei nachfolgend allgemein von „Bearbeitungsstellen“ die Rede, wobei mit „Bearbeitungsstellen“ sowohl Fehlstellen, Laserbohrungen als auch anderweitige Bearbeitungsstellen (z.B. der im LIFT Verfahren zu bearbeitenden Stellen, oder der beim Laserbohren zu bearbeitenden Stellen) gemeint sein können. In beiden Fällen kann das zu bearbeitende Werkstück bezogen auf die Bearbeitungsstellen auf der Werkstückoberfläche periodisch, nicht-periodisch oder teil-periodisch aufgebaut sein, d.h. die Bearbeitungsstellen auf der Oberfläche sind bezogen auf eine zweidimensionale Aufsicht in einem flächenartigen periodischen, nicht-periodischen oder teil-periodischen Muster angeordnet. Gleichsam wird mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung eine scannende Bearbeitung eines Werkstücks ermöglicht, d.h. die Teilstrahlen werden über eine Strahlpositionierungseinheit oder unter Einsatz der optischen Steuereinheit über das Werkstück bewegt, während Laserpulse auf dem Werkstück appliziert werdenWith the laser processing device according to the invention, workpieces with a defined or predetermined pattern of imperfections, laser holes or other areas to be machined (the imperfections, laser holes or other areas to be machined can be arranged periodically, non-periodically or semi-periodically) with greater flexibility edit be served. Accordingly, “processing points” are generally referred to below, whereby “processing points” can mean both defects, laser drilling and other processing points (e.g. the points to be machined in the LIFT process or the points to be machined with laser drilling). In both cases, the workpiece to be machined can have a periodic, non-periodic or part-periodic structure in relation to the machining points on the workpiece surface, ie the machining points on the surface are based on a two-dimensional view in a planar periodic, non-periodic or part- arranged in periodic patterns. Scanning processing of a workpiece is also made possible with the laser processing device according to the invention, ie the partial beams are moved over the workpiece via a beam positioning unit or using the optical control unit, while laser pulses are applied to the workpiece

Das von der Strahlteilungseinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellten Bündel von Teilstrahlen stellt zunächst ebenfalls bevorzugt eine periodische Anordnung von Teilstrahlen bereit. Anstelle von periodisch angeordneten Verteilungen der Teilstrahlen kann das Bündel von Teilstrahlen auch eine beliebige räumliche Kombination von Teilstrahlen umfassen bzw. eine derartige freie räumliche Anordnung kann mit der Strahlteilungseinheit eingestellt werden. Erst mit der optischen Steuereinheit können verschiedenste Teilstrahlen aus dem optischen Pfad abgelenkt werden, sodass die Teilstrahlen dahingehend selektiert werden können, dass auf dem Werkstück eine gewünschte Anzahl von Teilstrahlen (bzw. zugehöriger Laserspots) in beliebiger räumlicher Anordnung bezogen auf ein auf dem Werkstück abgebildetes Spotmuster abgebildet wird. Kann durch die Strahlteilungseinheit aus dem Laserstrahl ein Bündel von Teilstrahlen erzeugt werden, welches grundsätzlich eine Abbildung von in einer Spotmatrix angeordneten Laserspots, beispielsweise einer 4 mal 4 Spotmatrix von Laserspots, auf dem Werkstück ermöglicht, so kann mit der optischen Steuereinheit eingestellt werden, ob ein bestimmter Teilstrahl bzw. Laserspot der 4 mal 4 Spotmatrix auch tatsächlich in Richtung des Werkstücks weitergeleitet und auf dem Werkstück abgebildet wird. Entsprechend kann frei eingestellt werden, welche der die Spotmatrix aus 4 mal 4 Laserspots bereitstellenden Teilstrahlen tatsächlich auf dem Werkstück in Form eines Laserspots abgebildet wird, die räumliche Anordnung bzw. ein Muster der Laserspots ist also unter Berücksichtigung der durch die Strahlteilungseinheit vordefinierten Grundmatrix in beliebiger Permutation frei einstellbar. Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik können mit der vorliegenden Erfindung nicht nur einzelne Reihen oder Spalten einer auf dem Werkstück abgebildeten Spot-Matrix ausgewählt werden (bzw. die dazu korrespondierenden Teilstrahlen), sondern beliebige Permutationen einer m × n Matrix von Laserspots (bzw. zugehöriger Teilstrahlen). Eine Festlegung auf ein bestimmtes räumliches Pattern oder eine Anzahl der Teilstrahlen ist nicht notwendig, vielmehr können über die optische Steuereinheit beliebige Teilstrahlen des Bündels von Teilstrahlen selektiert und in Richtung des Werkstücks weitergeleitet werden. Mit der vorliegend vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung wird einerseits eine Parallelbearbeitung verschiedener Bearbeitungsstellen innerhalb eines Master-Scanbereichs ermöglicht, andererseits auch eine individuelle Positionierbarkeit jedes Teilstrahls in einem Teilstrahl-Scanbereich ermöglicht, wobei der Teilstrahl-Scanbereich eine geringere laterale Ausdehnung umfasst als der vorgenannte Master-Scanbereich. Der Master-Scanbereich schließt also eine der Anzahl der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen entsprechende Anzahl an Teilstrahl-Scanbereichen ein.The bundle of partial beams provided by the beam splitting unit of the laser processing device initially likewise preferably provides a periodic arrangement of partial beams. Instead of periodically arranged distributions of the partial beams, the bundle of partial beams can also include any spatial combination of partial beams or such a free spatial arrangement can be set with the beam splitting unit. Only with the optical control unit can a wide variety of partial beams be deflected from the optical path, so that the partial beams can be selected in such a way that a desired number of partial beams (or associated laser spots) on the workpiece in any spatial arrangement based on a spot pattern imaged on the workpiece is mapped. If a bundle of partial beams can be generated from the laser beam by the beam splitting unit, which in principle enables laser spots arranged in a spot matrix, for example a 4 by 4 spot matrix of laser spots, to be imaged on the workpiece, the optical control unit can be used to set whether a certain partial beam or laser spot of the 4 by 4 spot matrix is actually forwarded in the direction of the workpiece and imaged on the workpiece. Accordingly, it can be freely set which of the partial beams providing the spot matrix of 4 by 4 laser spots is actually imaged on the workpiece in the form of a laser spot. The spatial arrangement or pattern of the laser spots is therefore in any permutation, taking into account the basic matrix predefined by the beam splitting unit freely adjustable. In contrast to the prior art described at the beginning, with the present invention not only individual rows or columns of a spot matrix imaged on the workpiece can be selected (or the partial beams corresponding thereto), but also any permutations of an m × n matrix of laser spots ( or associated partial beams). It is not necessary to specify a specific spatial pattern or a number of partial beams; rather, any partial beams of the bundle of partial beams can be selected via the optical control unit and forwarded in the direction of the workpiece. With the laser processing device proposed here, parallel processing of different processing points within a master scan area is made possible on the one hand, and on the other hand individual positioning of each partial beam in a partial beam scan area is made possible, with the partial beam scan area having a smaller lateral extent than the aforementioned master scan area. The master scan area thus includes a number of partial beam scan areas corresponding to the number of partial beams directed onto the workpiece.

Je nach Größe des zu bearbeitenden Bereichs kann eine einmalige Positionierung des Werkstücks relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung ausreichen, beispielsweise in jenem Fall, bei dem der die Bearbeitungsstellen umfassende Bereich kleiner als das mit der Laserbearbeitungsvorrichtung zugängliche Master-Scanbereich ist, also jener Bereich, den die Laserspots über eine Positionierung mittels der Strahlpositionierungseinheit erreichen können (ohne Relativverschiebung zwischen Werkstück und Laserbearbeitungsvorrichtung). Für eine solche bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung (also die Möglichkeit den Master-Scanbereich möglichst groß zu wählen, muss das System aber in der Lage sein die durch die Verzeichnung eines der Laserbearbeitungsvorrichtung ebenfalls zugehörigen Objektivs (z.B. eines F-theta Objektivs) zu kompensieren, was vorliegend mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. dem hier zugrunde gelegten Verfahren ermöglicht wird. Dies sei an späterer Stelle noch genauer erläutert.Depending on the size of the area to be processed, it may be sufficient to position the workpiece once relative to the laser processing device, for example in the case where the area comprising the processing points is smaller than the master scan area accessible with the laser processing device, i.e. the area that the laser spots can be achieved by positioning using the beam positioning unit (without relative displacement between the workpiece and the laser processing device). For such a preferred embodiment of the invention (i.e. the possibility of selecting the master scan area as large as possible, the system must be able to compensate for the distortion of a lens (e.g. an F-theta lens) that is also associated with the laser processing device, which presently made possible with the laser processing device according to the invention or the method on which this is based.This will be explained in more detail later.

Ist der zu bearbeitende Bereich des Werkstücks hingegen größer als der Master-Scanbereich, so ist erforderlich, einen auf eine Relativverschiebung zwischen Werkstück und Laserbearbeitungsvorrichtung bezogenen Bearbeitungsweg bzw. Verschiebeweg zu berechnen. Der Verschiebeweg kann eine Mehrzahl verschiedener Bearbeitungspositionen (also Relativpositionen zwischen Werkstück und Laserbearbeitungsvorrichtung) beinhalten. Die erforderliche Anzahl von Bearbeitungspositionen entspricht der Anzahl der benötigten Bearbeitungsschritte. Nach dem Positionieren des Werkstücks relativ zur Laserbearbeitungsvorrichtung (gemäß einer der Bearbeitungspositionen) wird die Anzahl und räumliche Lage der auf das Werkstück abgebildeten Laserspots bzw. Teilstrahlen anhand der Anzahl und Anordnung (also dem Muster) der in diesem Bearbeitungsbereich vorliegenden Bearbeitungsstellen ermittelt. Bei nicht-periodischen oder teilperiodischen Mustern von Bearbeitungsstellen kann zusätzlich eine individuelle Positionierung einzelner oder mehrerer Teilstrahlen durchgeführt werden. Die optische Steuereinheit ermöglicht dabei sämtliche der Teilstrahlen innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs individuell und autark zu positionieren. Damit können die Teilstrahlen auch bei nicht-periodischen oder teilperiodischen Bearbeitungsmustern exakt auf die Bearbeitungsstellen des Werkstücks gerichtet werden. Weiterhin ermöglicht die optische Steuereinheit die Einstellung einer individuellen Bewegung (also ein Scannen) der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen in dem Teilstrahl-Scanbereich. Über die Strahlpositionierungseinheit kann also zunächst eine Grobpositionierung bzw. ein Grobscan der innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen relativ zum Werkstück erfolgen, weiterhin kann unter Einsatz der optischen Steuereinheit eine individuelle Positionierung (Feinpositionierung) oder eine Bewegung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb eines Teilstrahl-Scanbereichs erfolgen. Betont sei an dieser Stelle, dass eine Grobpositionierung keineswegs meint, dass die Auflösung bei der Positionierung gering ist. Vielmehr kann bereits bei der Grobpositionierung (z.B. unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit) eine sehr genaue Positionierung erfolgen. Beispielsweise kann die Grobpositionierung auch im Sinne einer „Erstpositionierung“ der auf das Werkstück abgebildeten Teilstrahlen bzw. zugehörigen Laserspots verstanden werden, auf welche im Anschluss eine Feinpositionierung (dies kann als weitere Positionierung, individuelle Positionierung oder Zweitpositionierung) der Teilstrahlen bzw. zugehörigen Laserspots erfolgen kann. Mit einer „Feinpositionierung“ ist jedoch nicht zwingend gemeint, dass die Positionierung genauer ist bzw. in höherer räumlicher Auflösung erfolgt.If, on the other hand, the area of the workpiece to be processed is larger than the master scan area, it is necessary to calculate a processing path or displacement path related to a relative displacement between the workpiece and the laser processing device. The displacement path can contain a number of different machining positions (ie relative positions between the workpiece and the laser machining device). The required number of processing positions corresponds to the number of required processing steps. After positioning the workpiece relative to the laser processing device (according to one of the processing positions), the number and spatial position of the images on the workpiece determined laser spots or partial beams based on the number and arrangement (i.e. the pattern) of the processing points present in this processing area. In the case of non-periodic or partially periodic patterns of processing points, individual positioning of one or more partial beams can also be carried out. The optical control unit makes it possible to position all of the partial beams individually and autonomously within a predetermined partial beam scanning area. In this way, the partial beams can be directed exactly onto the processing points of the workpiece, even in the case of non-periodic or part-periodic processing patterns. Furthermore, the optical control unit makes it possible to set an individual movement (ie scanning) of the partial beams directed onto the workpiece in the partial beam scanning area. The beam positioning unit can therefore initially be used for coarse positioning or a coarse scan of the partial beams within the master scan area relative to the workpiece. Furthermore, using the optical control unit, individual positioning (fine positioning) or movement of the partial beams directed at the workpiece within a partial beam can be carried out -Scan area take place. It should be emphasized at this point that a rough positioning in no way means that the resolution during positioning is low. Rather, very precise positioning can already take place during the rough positioning (eg using the beam positioning unit). For example, the coarse positioning can also be understood in the sense of an "initial positioning" of the partial beams or associated laser spots projected onto the workpiece, after which fine positioning (this can be as further positioning, individual positioning or secondary positioning) of the partial beams or associated laser spots can take place . However, "fine positioning" does not necessarily mean that the positioning is more precise or takes place with a higher spatial resolution.

Auf Basis eines Input-Datensatzes, der die auf dem Werkstück vorliegenden oder vorgegebenen Bearbeitungsstellen bzw. deren räumliche Verteilung wiedergibt, kann der notwendige Bearbeitungsweg, die Anzahl der Bearbeitungsschritte, sowie die zu den einzelnen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der dort vorliegenden Bearbeitungsstellen benötigte Anzahl und Position von auf dem Werkstück abgebildeten Laserspots bzw. Teilstrahlen ermittelt werden. Die vorgenannte Ermittlung kann beispielsweise unter der Prämisse einer möglichst schnellen oder effizienten Verfahrensführung bzw. Bearbeitung erfolgen.On the basis of an input data record, which reflects the processing points present or specified on the workpiece or their spatial distribution, the necessary processing path, the number of processing steps, as well as the number and position of the individual processing steps required for processing the processing points present there laser spots or partial beams projected on the workpiece can be determined. The aforementioned determination can be carried out, for example, under the premise of the fastest and most efficient method management or processing possible.

Wie bereits erwähnt, umfasst die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung eine Laserstrahlungsquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades in Richtung des Werkstücks auszusenden. Zwischen der Laserstrahlungsquelle und dem Werkstück kann der ausgesendete Laserstrahl optische Bauelemente durchlaufen, an diesen reflektiert, gebrochen, geteilt der abgelenkt werden. Unter dem erzeugten und ausgesendeten Laserstrahl kann vorliegend ein kontinuierlicher Laserstrahl, insbesondere aber ein Laserpuls zu verstehen sein. Bevorzugt können bei der mit der Erfindung vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung Kurzpuls- oder Ultrakurzpulslaser als Laserstrahlungsquellen eingesetzt werden. Auch ein Einsatz von continuous-wave (cw) Lasern als Laserstrahlungsquelle kommt grundsätzlich in Betracht.As already mentioned, the laser processing device according to the invention comprises a laser radiation source which is set up to generate a laser beam and emit it along an optical path in the direction of the workpiece. The emitted laser beam can pass through optical components between the laser radiation source and the workpiece and be reflected, refracted, divided or deflected by them. In the present case, the generated and emitted laser beam can be understood to mean a continuous laser beam, but in particular a laser pulse. Short-pulse or ultra-short-pulse lasers can preferably be used as laser radiation sources in the laser machining device proposed with the invention. In principle, the use of continuous-wave (cw) lasers as a laser radiation source can also be considered.

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung ferner eine der Laserstrahlungsquelle in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit. Diese ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl in ein Bündel von Teilstrahlen aufzuteilen. Die Teilstrahlen sind dabei in einem vorgegebenen räumlichen Pattern verteilt. Ausgehend von der Laserstrahlungsquelle trifft also ein kollimierter Laserstrahl auf die Strahlteilungseinheit auf. Die Strahlteilungseinheit teilt den Laserstrahl in ein Bündel gleicher Teilstrahlen auf, die jeweils einen definierten Winkel zueinander aufweisen. Zudem kann zwischen der Laserstrahlungsquelle und der Strahlteilungseinheit ein Strahlformungselement vorgesehen sein, mit welchem aus einem Laserstrahl mit gaußförmiger Intensitätsverteilung, in Kombination mit der Strahlteilungseinheit, auf dem Werkstück eine Vielzahl von Teilstrahlen mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung erzeugt werden kann, beispielsweise einer Top-Hat Intensitätsverteilung oder einer ringförmigen Intensitätsverteilung. Somit kann ein Multi-Tophat Pattern von Laserspots auf dem Werkstück erzeugt werden.According to the invention, the device also comprises a beam splitting unit arranged downstream of the laser radiation source in the beam direction. This is set up to split the laser beam into a bundle of partial beams. The partial beams are distributed in a predetermined spatial pattern. Starting from the laser radiation source, a collimated laser beam therefore impinges on the beam splitting unit. The beam splitting unit splits the laser beam into a bundle of identical partial beams, each of which has a defined angle to one another. In addition, a beam shaping element can be provided between the laser radiation source and the beam splitting unit, with which a large number of partial beams with a predetermined intensity distribution, for example a top-hat intensity distribution or a ring-shaped intensity distribution. In this way, a multi-tophat pattern of laser spots can be generated on the workpiece.

Der Begriff der „Strahlrichtung“ nimmt in diesem Zusammenhang auf den Verlauf des Laserstrahls Bezug. Die Angabe der in Strahlrichtung in Bezug zur Laserstrahlungsquelle „nachgeordneten“ Strahlteilungseinheit meint, dass die Strahlteilungseinheit entlang des optischen Pfades hinter der Laserstrahlungsquelle angeordnet ist. Der Laserstrahl wird also zunächst erzeugt und tritt erst dann in die Strahlteilungseinheit ein bzw. trifft auf diese auf. Die hiesige Verwendung des Begriffs der „Strahlrichtung“ schließt jedoch nicht aus, dass einzelne optische Bauelemente der Laserbearbeitungsvorrichtung von den Teilstrahlen mehrfach durchtreten werden.In this context, the term "beam direction" refers to the course of the laser beam. The specification of the beam splitting unit "downstream" in relation to the laser radiation source in the beam direction means that the beam splitting unit is arranged along the optical path behind the laser radiation source. The laser beam is therefore first generated and only then enters the beam splitting unit or impinges on it. However, the use of the term “beam direction” here does not rule out the possibility that individual optical components of the laser processing device are passed through several times by the partial beams.

Bei der Strahlteilungseinheit kann es sich beispielsweise um ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Zu den diesbezüglichen Einzelheiten sei auf den einleitenden Teil der Beschreibung verwiesen. Grundsätzlich kommt aber auch eine Verwendung eines grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannten „Spatial Light Modulators“ als Strahlteilungseinheit in Betracht, solange mit letzterem eine Strahlteilung gewährleistet ist. Unter einem Spatial Light Modulator ist ein optisches Bauelement zu verstehen, welches die Phase und/oder die Amplitude eines Laserstrahls lokal in Abhängigkeit vom Ort variiert. Vermöge des Spatial Light Modulators wird ein eingehender Laserstrahl phasen- und/oder amplitudenmoduliert. Aus dem Stand der Technik sind Spatial Light Modulatoren zur Durchstrahlung bekannt, die lokal eine Phasenverzögerung in einem durch den Spatial Light Modulator hindurchtretenden Laserstrahl erzeugen. Weiterhin sind Spatial Light Modulatoren bekannt, die lokal eine Amplitudenschwächung in einem durch den Spatial Light Modulator hindurchtretenden Laserstrahl erzeugen. Beide Arten von Spatial Light Modulatoren wirken als diffraktive Elemente, hinter denen sich Beugungsbilder ergeben, die von der genauen räumlichen Anordnung der verzögernden bzw. abschwächenden Bereiche abhängen. Das erzeugte Beugungsbild, d.h. die dem Beugungsbild zugrundeliegenden Strahlen verschiedener Ordnung, können auch als Teilstrahlen im Sinne der vorliegenden Erfindung angesehen werden. Betont sei doch, dass es erfindungsgemäß bevorzugt ist, eine auf einem DOE basierte Strahlteilungseinheit zu verwenden.The beam splitting unit can be a diffractive optical element (DOE), for example. For the relevant details, reference is made to the introductory part of the description. In principle, however, there is also a use of a principle from the prior art Technology known "spatial light modulators" considered as a beam splitting unit, as long as beam splitting is guaranteed with the latter. A spatial light modulator is an optical component that varies the phase and/or the amplitude of a laser beam locally as a function of location. Thanks to the Spatial Light Modulator, an incoming laser beam is phase and/or amplitude modulated. Spatial light modulators for transmission are known from the prior art, which locally generate a phase delay in a laser beam passing through the spatial light modulator. Furthermore, spatial light modulators are known which locally generate an amplitude weakening in a laser beam passing through the spatial light modulator. Both types of spatial light modulators act as diffractive elements, behind which diffraction images result, which depend on the exact spatial arrangement of the delaying or attenuating areas. The generated diffraction pattern, ie the rays of different orders on which the diffraction pattern is based, can also be regarded as partial rays in the sense of the present invention. However, it should be emphasized that it is preferred according to the invention to use a beam splitting unit based on a DOE.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik variable Spatial Light Modulatoren bekannt, bei denen sich die auf dem Werkstück ergebende Intensitätsverteilung des modulierten Laserstrahls elektronisch einstellen lässt. Auch solche variablen Spatial Light Modulatoren können auf einer lokal variierenden Phasenverzögerung und/oder Amplitudenabschwächung basieren. In der Regel werden solche Spatial Light Modulatoren nicht durchstrahlt, sondern in einer Reflexionskonfiguration verwendet. Beispielhaft seien an dieser Stelle Spatial Light Modulatoren genannt, die auf einer Reflexion von Laserstrahlung an einer Halbleiteroberfläche basieren, vor welcher eine Flüssigkristallschicht angeordnet ist. Dabei können die doppelbrechenden Eigenschaften der Flüssigkristallschicht gezielt lokal eingestellt werden, beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes über mikrostrukturierte Elektroden. Entsprechende Spatial Light Modulatoren werden von der Firma Hamamatsu unter der Bezeichnung LCOS („Liquid Crystal on Silicon“)-Spatial Light Modulator vertrieben. Weiterhin sind auch transmittierende variable Spatial Light Modulatoren bekannt, diese werden beispielsweise von der Firma Jenoptik unter der Bezeichnung „Flüssigkristall-Lichtmodulatoren Spatial Light Modulator-S“ vertrieben. Die mit derartigen variablen Spatial Light Modulatoren erzeugten Beugungsbilder können ebenfalls als Teilstrahlen im Sinne der Erfindung angesehen werden, jedoch ist die vorangehend beschriebene Variante der Ausbildung der Strahlteilungseinheit in Form eines diffraktiven Strahlteilers zu bevorzugen.Furthermore, variable spatial light modulators are known from the prior art, in which the intensity distribution of the modulated laser beam that results on the workpiece can be adjusted electronically. Such variable spatial light modulators can also be based on a locally varying phase delay and/or amplitude attenuation. As a rule, such spatial light modulators are not transmitted through, but used in a reflection configuration. Spatial light modulators, which are based on a reflection of laser radiation on a semiconductor surface in front of which a liquid crystal layer is arranged, may be mentioned as examples at this point. The birefringent properties of the liquid crystal layer can be adjusted locally in a targeted manner, for example by applying an electric field via microstructured electrodes. Corresponding spatial light modulators are marketed by the company Hamamatsu under the name LCOS (“Liquid Crystal on Silicon”) spatial light modulator. Furthermore, transmitting variable spatial light modulators are also known, which are sold, for example, by Jenoptik under the designation “Liquid Crystal Light Modulators Spatial Light Modulator-S”. The diffraction images generated with such variable spatial light modulators can also be regarded as partial beams within the meaning of the invention, but the previously described variant of the design of the beam splitting unit in the form of a diffractive beam splitter is to be preferred.

Weiterhin seien amplitudenmodulierte variable Spatial Light Modulatoren genannt, die auf mikromechanischen Mikrospiegelarrays basieren. Die einzeln ansteuerbaren Mikrospiegel erlauben es, gezielt räumliche Bereiche aus dem Querschnitt eines Laserstrahls „auszublenden“. Sodann ergibt sich ein Beugungsbild durch Beugung der einfallenden Laserstrahlung an einem „Gitter“ in einer Reflexionsanordnung. Auch derart erzeugte Beugungsbilder können grundsätzlich als Teilstrahlen im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen sein.Furthermore, amplitude-modulated variable spatial light modulators are mentioned, which are based on micromechanical micromirror arrays. The individually controllable micro-mirrors make it possible to selectively "hide" spatial areas from the cross-section of a laser beam. A diffraction pattern then results from the diffraction of the incident laser radiation on a "grating" in a reflection arrangement. Diffraction images generated in this way can basically also be regarded as partial beams within the meaning of the present invention.

Wie schon erwähnt, kann mit jener der Laserbearbeitungsvorrichtung ebenfalls zugehörigen optischen Steuereinheit aus dem Bündel von Teilstrahlen eine beliebige Anzahl von Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination selektiert und auf das Werkstück gerichtet werden. Dabei kann eine erste Anzahl der Teilstrahlen entlang des optischen Pfades in Richtung des Werkstücks weitergeleitet werden. Ferner kann eine zweite Anzahl der Teilstrahlen von einem entsprechenden Bauelement der optischen Steuereinheit oder einer Strahlselektionseinheit aus dem optischen Pfad abgelenkt oder absorbiert werden, was bedeutet, dass die zweite Anzahl der Teilstrahlen nicht auf das Werkstück auftreffen. Die Menge jener der ersten und zweiten Anzahl (d.h. der in Richtung des Werkstücks weitergeleiteten Teilstrahlen und der aus dem optischen Pfad abgeleiteten oder absorbierten Teilstrahlen) hängt von der Anzahl der Bearbeitungsstellen des Werkstückbereichs ab, die in einem bestimmten Bearbeitungsschritt im Bereich des Master-Scanbereichs liegen. Ist es aufgrund der Strahlteilungseinheit beispielsweise grundsätzlich möglich den Laserstrahl in einen 16 mal 16 Teilstrahlarray aufzuteilen und auf ein Werkstück auszurichten, und sind jedoch nur vier Bearbeitungsstellen oder Fehlstellen im für den Master-Scanbereich zugänglichen Bereich des Werkstücks vorhanden, so müssen lediglich vier Teilstrahlen zur Bearbeitung bereitgestellt werden. Die überschüssigen Teilstrahlen können sodann mit der optischen Steuereinheit oder einer Strahlselektionseinheit aus dem optischen Pfad abgelenkt oder entfernt (z.B. absorbiert) werden.As already mentioned, any number of partial beams in any spatial combination can be selected from the bundle of partial beams with the optical control unit also associated with the laser processing device and directed onto the workpiece. A first number of partial beams can be forwarded along the optical path in the direction of the workpiece. Furthermore, a second number of partial beams can be deflected or absorbed from the optical path by a corresponding component of the optical control unit or a beam selection unit, which means that the second number of partial beams do not impinge on the workpiece. The amount of those of the first and second number (i.e. the partial beams transmitted in the direction of the workpiece and the partial beams derived or absorbed from the optical path) depends on the number of processing points of the workpiece area that are in the area of the master scan area in a specific processing step . For example, if the beam splitting unit makes it possible to divide the laser beam into a 16 by 16 partial beam array and align it with a workpiece, and if there are only four processing points or defects in the area of the workpiece accessible to the master scan area, then only four partial beams need to be processed to be provided. The excess partial beams can then be deflected or removed (e.g. absorbed) from the optical path with the optical control unit or a beam selection unit.

Wie erwähnt, umfasst die optische Steuereinheit eine reflektive optische Funktionseinheit. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass die optische Steuereinheit bzw. die der Steuereinheit zugehörige reflektive optische Funktionseinheit jeweils mehrere Bestandteile oder Bauelemente aufweist. Unter einer reflektiven optischen Funktionseinheit ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass auf die reflektive optische Funktionseinheit oder Bestandteile derselbigen auftreffende Teilstrahlen reflektiert oder abgelenkt werden. Die reflektive optische Funktionseinheit ist vorzugsweise dahingehend ausgebildet, dass jeder Teilstrahl auf eine reflektives Bauelement der reflektiven optischen Funktionseinheit trifft, wobei das reflektive Bauelement eine reflektive Strahlrichtungsmanipulationseinheit ist. An späterer Stelle sei dies noch genauer erläutert.As mentioned, the optical control unit includes a reflective optical functional unit. It is not excluded that the optical control unit or the reflective optical functional unit associated with the control unit has a plurality of components or components. A reflective optical functional unit is to be understood within the meaning of the invention that partial beams impinging on the reflective optical functional unit or components thereof are reflected or deflected. The reflective optical function The device is preferably designed such that each partial beam impinges on a reflective component of the reflective optical functional unit, the reflective component being a reflective beam direction manipulation unit. This will be explained in more detail later.

Im Falle von nicht-periodischen oder teil-periodischen Bearbeitungsmustern kann es zusätzlich erforderlich sein, einzelne der auf das Werkstück gerichteten und innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen entsprechend der Lage der mit dem jeweiligen Teilstrahl zu bearbeitenden Bearbeitungsstelle innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs individuell zu positionieren. Auch kann mit der optischen Steuereinheit eine individuelle Bewegung (Scanbewegung) der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb des jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichs ausgeführt werden.In the case of non-periodic or semi-periodic processing patterns, it may also be necessary to individually adjust individual partial beams that are directed at the workpiece and lie within the master scan area according to the position of the processing point to be processed with the respective partial beam within a specified partial beam scan area position. The optical control unit can also be used to carry out an individual movement (scanning movement) of the partial beams directed onto the workpiece within the respective partial beam scanning area.

Wie erwähnt, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung zudem (optional) eine Strahlpositionierungseinheit umfassen, insbesondere in Form eines Galvanometerscanners, eines Pivot-Scanners oder eines zwei-achsigen Einspiegelscanners, die dazu eingerichtet ist, eine Grobpositionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen relativ zu dem Werkstück auszuführen, nämlich durch Positionieren eines die Teilstrahl-Scanbereiche einschließenden Master-Scanbereichs relativ zu dem Werkstück. An den jeweiligen über die Grobpositionierung eingestellten Positionen der Master-Scanbereiche (und damit der Teilstrahlen) kann im Anschluss an die Grobpositionierung eine individuelle Feinpositionierung der Teilstrahlen innerhalb vorgegebener Teilstrahl-Scanbereiche der jeweiligen Teilstrahlen erfolgen. Eine als Galvanometerscanner ausgebildete Strahlpositionierungseinheit kann einen oder mehrere Drehantrieb(e) aufweisen, der bzw. die dazu eingerichtet sind, in der Strahlpositionierungseinheit vorgesehene Spiegel zur gezielten Auslenkung und Positionierung der Teilstrahlen zu bewegen. Galvanometerscanner zur Verwendung in Laserbearbeitungsvorrichtungen sind allgemein bekannt. Mit der Strahlpositionierungseinheit erfolgt also eine Zustellung aller auf das Werkstück gerichteter Teilstrahlen. Die Verwendung eines Pivot-Scanners oder eines zwei-achsigen Einspiegelscanners, d.h. einem Strahlablenksystem das eine virtuelle oder reale Strahlablenkung in zwei Raumrichtungen aus einem Raumpunkt ermöglicht, kann vorteilhaft sein bei Verwendung einer F-sin-Theta Linse bzw. eines F-sin-Theta Objektivs, insbesondere zur Reduktion von Verzeichnungsfehlern. Unter einer F-sin-Theta Linse bzw. einem F-sin-Theta Objektiv ist ein Objektiv mit einer rotationssymmetrischen Korrektur bzw. Verzeichnung entsprechend der Funktion F-sin(theta) zu verstehen.As mentioned, the laser processing device can also (optionally) include a beam positioning unit, in particular in the form of a galvanometer scanner, a pivot scanner or a two-axis single-mirror scanner, which is set up to carry out a rough positioning of the partial beams directed onto the workpiece relative to the workpiece, namely by positioning a master scan area including the sub-beam scan areas relative to the workpiece. At the respective positions of the master scan areas (and thus the partial beams) set via the coarse positioning, individual fine positioning of the partial beams within predetermined partial beam scan areas of the respective partial beams can take place after the coarse positioning. A beam positioning unit designed as a galvanometer scanner can have one or more rotary drive(s) which are set up to move mirrors provided in the beam positioning unit for the purposeful deflection and positioning of the partial beams. Galvanometer scanners for use in laser processing apparatus are well known. With the beam positioning unit, all partial beams directed onto the workpiece are infed. The use of a pivot scanner or a two-axis single-mirror scanner, ie a beam deflection system that enables virtual or real beam deflection in two spatial directions from one point in space, can be advantageous when using an F-sin-theta lens or an F-sin-theta lens, in particular to reduce distortion errors. An F-sin-theta lens or an F-sin-theta objective is to be understood as an objective with a rotationally symmetrical correction or distortion corresponding to the function F-sin(theta).

Alternativ oder zusätzlich ist die Strahlpositionierungseinheit dazu eingerichtet, die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen über das Werkstück zu bewegen, vorzugsweise synchron und simultan, nämlich durch Bewegen des die Teilstrahl-Scanbereiche einschließenden Master-Scanbereichs relativ zu dem Werkstück.Alternatively or additionally, the beam positioning unit is set up to move the partial beams directed onto the workpiece over the workpiece, preferably synchronously and simultaneously, namely by moving the master scan region including the partial beam scan regions relative to the workpiece.

Die Strahlpositionierungseinheit ist der optischen Steuereinheit in Bezug auf die Strahlrichtung bzw. den Strahlengang nachgeordnet, der Strahlengang der Teilstrahlen ist also dahingehend ausgebildet, dass die Teilstrahlen erst im Anschluss an die Reflexion an der reflektiven optischen Steuereinheit (bzw. den jeweiligen reflektiven Strahlrichtungsmanipulationseinheiten) auf die Strahlpositionierungseinheit auftreffen. Die Strahlpositionierungseinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, zu der ersten Anzahl der Teilstrahlen korrespondierende Laserspots in Zusammenwirkung mit der Fokussiereinheit auf dem Werkstück abzubilden. Weiterhin kann die Strahlpositionierungseinheit dazu eingerichtet sein, die Laserspots zur Positionierung und/oder zur Bearbeitung simultan und synchron über das Werkstück zu bewegen. Dabei kann die Positionierung der Bearbeitung vorgelagert sein. Beide Schritte können nach der Positionierung des Werkstücks relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung für die einzelnen Bearbeitungsschritte wiederholt werden. Es ist jedoch auch möglich, ein Werkstück an einer vorgegebenen Anzahl von Stellen ohne die Ausführung einer Bearbeitungsbewegung zu bearbeiten, z. B. im Point-and-Shoot Modus. Ausdrücklich sei an dieser Stelle betont, dass mit der Strahlpositionierungseinheit zwar die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen bzw. die zugehörigen Laserspots positioniert und/oder bewegt werden können, die Strahlpositionierungseinheit kann jedoch lediglich eine gemeinsame Positionier- oder Bearbeitungsbewegung aller Teilstrahlen ausführen. Die individuelle Positionierung und/oder Bewegung einzelner Teilstrahlen innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs erfolgt hingegen unabhängig von der Strahlpositionierungseinheit, nämlich über die optische Steuereinheit.The beam positioning unit is subordinate to the optical control unit with regard to the beam direction or the beam path, so the beam path of the partial beams is designed in such a way that the partial beams are only directed to the Beam positioning unit impinge. The beam positioning unit can in particular be set up to image laser spots corresponding to the first number of partial beams in cooperation with the focusing unit on the workpiece. Furthermore, the beam positioning unit can be set up to move the laser spots simultaneously and synchronously over the workpiece for positioning and/or for processing. The positioning can precede the processing. Both steps can be repeated for the individual processing steps after the workpiece has been positioned relative to the laser processing device. However, it is also possible to machine a workpiece at a predetermined number of points without performing a machining movement, e.g. B. in point-and-shoot mode. It should be expressly emphasized at this point that although the partial beams directed onto the workpiece or the associated laser spots can be positioned and/or moved with the beam positioning unit, the beam positioning unit can only carry out a common positioning or processing movement of all partial beams. The individual positioning and/or movement of individual partial beams within a predetermined partial beam scanning area, on the other hand, takes place independently of the beam positioning unit, namely via the optical control unit.

Wie erwähnt, kann es sich bei der Strahlpositionierungseinheit beispielsweise um einen Galvanometerscanner handeln. Ein solcher Galvanometerscanner kann einen oder mehrere Spiegel aufweisen, die jeweils um eine Drehachse um einen definierten Winkel gedreht werden können. Dadurch können von den Spiegeln reflektierte Teilstrahlen (bzw. ein zugehöriger Master-Scanbereich) innerhalb eines zugänglichen Scanfeldes auf eine gewünschte Stelle des Werkstücks gelenkt werden. Insbesondere bei Verwendung eines Ultrakurzpuls-Lasers als Laserstrahlungsquelle kann aber auch der Einsatz eines Polygon-Scanners als Strahlpositionierungseinheit vorgesehen sein. Polygon-Scanner eignen sich in besonderer Weise für eine hochaufgelöste Bearbeitung eines Werkstücks. Mit einem Scanner können die Prozesszeiten bei der Werkstückbearbeitung signifikant reduziert werden. Alternativ kann aber auch eine Strahlpositionierungseinheit vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen bzw. zugehörige Laserspots statisch auf das Werkstück auszurichten bzw. die Teilstrahlen bzw. zugehörigen Laserspots auf dem Werkstück zu positionieren.As mentioned, the beam positioning unit can be, for example, a galvanometer scanner. Such a galvanometer scanner can have one or more mirrors, each of which can be rotated by a defined angle about an axis of rotation. As a result, partial beams reflected by the mirrors (or an associated master scan area) can be directed to a desired location on the workpiece within an accessible scan field. In particular when using an ultrashort pulse laser as the laser radiation source, however, the use of a polygon scanner can also be provided as the beam positioning unit. Polygon scanners are suitable in in a special way for high-resolution processing of a workpiece. With a scanner, the process times for workpiece processing can be significantly reduced. Alternatively, however, a beam positioning unit can also be provided, which is set up to statically align the partial beams or associated laser spots on the workpiece or to position the partial beams or associated laser spots on the workpiece.

Wie schon eingangs erwähnt, ist die Erfindung nicht nur auf die Laserbearbeitungsvorrichtung gerichtet, sondern auch auf ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks an vorgegebenen Bearbeitungsstellen, jedoch unter Einsatz der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung. Um Wiederholungen zu vermeiden, seien die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des mit der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens bereits an dieser Stelle beschrieben. Selbstverständlich können die hier im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens beschriebenen Merkmale auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der mit der Erfindung vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung herangezogen werden. Die Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. Bestandteile derselbigen können also dazu eingerichtet und/oder ausgebildet sein die nachfolgend genannten Verfahrensschritte und/oder Merkmale auszuführen.As already mentioned at the outset, the invention is directed not only to the laser processing device, but also to a method for laser processing a workpiece at predetermined processing points, but using the laser processing device according to the invention. In order to avoid repetition, the features of the method according to the invention and advantageous refinements of the method proposed with the invention have already been described at this point. Of course, the features described here within the scope of the proposed method can also be used as advantageous configurations of the laser machining device proposed with the invention. The laser processing device or components thereof can therefore be set up and/or designed to carry out the method steps and/or features mentioned below.

Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks an vorgegebenen Bearbeitungsstellen unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung, wobei nach Erzeugung eines Laserstrahls mit einer Laserstrahlungsquelle eine Strahlteilung des Laserstrahls in ein Bündel von Teilstrahlen vorgenommen wird und an einer vorgegebenen Anzahl von Stellen unter Einsatz einer optischen Steuereinheit eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen des Bündels von Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination auf das Werkstück gerichtet wird, und wobei die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs positioniert und/oder bewegt werden.According to the invention, a method is proposed for laser processing a workpiece at predetermined processing points using a laser processing device according to the invention, wherein after a laser beam has been generated with a laser radiation source, the laser beam is split into a bundle of partial beams and at a predetermined number of points using an optical control unit predetermined number of partial beams of the bundle of partial beams is directed onto the workpiece in any spatial combination, and wherein the partial beams directed onto the workpiece are positioned and/or moved within a predetermined partial beam scanning range.

Es sei betont, dass im Rahmen der in der vorliegenden Patentanmeldung verwendeten Terminologie unter einer Positionierung von auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen (unabhängig ob es sich dabei um eine Grob- oder Feinpositionierung handelt) zu verstehen ist, dass die Positionierung bei abgeschaltetem Laser (Laserstrahlungsquelle) ausgeführt wird, bei der eigentlichen Positionierung ist also kein Laserspot auf dem Werkstück abgebildet. Erst im Anschluss wird die Laserstrahlungsquelle eingeschaltet und es wird Laserstrahlung (in Form der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen bzw. zugehöriger Laserspots) auf das Werkstück appliziert. Es wird also erst in einem zweiten Schritt (nach der Positionierung) Laserstrahlung (z.B. in Form von Laserpulsen) appliziert. Eine solche Modulation kann über eine Steuereinheit bzw. die Laserstrahlungsquelle ausgeführt werden.It should be emphasized that within the scope of the terminology used in the present patent application, positioning of partial beams directed onto the workpiece (regardless of whether this is coarse or fine positioning) means that positioning with the laser (laser radiation source) switched off is carried out, i.e. no laser spot is imaged on the workpiece during the actual positioning. Only then is the laser radiation source switched on and laser radiation (in the form of partial beams directed at the workpiece or associated laser spots) is applied to the workpiece. Laser radiation (e.g. in the form of laser pulses) is only applied in a second step (after positioning). Such a modulation can be carried out via a control unit or the laser radiation source.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorangehend zur Positionierung der Teilstrahlen in den jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichen eine Grobpositionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen an den einer vorgegebenen Anzahl von Stellen vorgenommen werden, insbesondere durch Anordnen des Werkstücks in einer Werkstückaufnahme und

  1. a. Positionieren des Werkstücks relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung, oder
  2. b. Positionieren der auf das Werkstück gerichteten und innerhalb eines Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen relativ zu dem Werkstück unter Einsatz einer Strahlpositionierungseinheit, oder
  3. c. Positionieren des Werkstücks relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung und der auf das Werkstück gerichteten und innerhalb eines Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen mit einer Strahlpositionierungseinheit.
According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, prior to positioning the partial beams in the respective partial beam scanning areas, the partial beams directed onto the workpiece can be roughly positioned at a predetermined number of points, in particular by arranging the workpiece in a workpiece holder and
  1. a. Positioning the workpiece relative to the laser processing device, or
  2. b. positioning the partial beams directed at the workpiece and lying within a master scan range relative to the workpiece using a beam positioning unit, or
  3. c. Positioning of the workpiece relative to the laser processing device and the partial beams directed onto the workpiece and lying within a master scan area with a beam positioning unit.

Bei der Werkstückaufnahme kann es sich um einen Bestandteil der Laserbearbeitungsvorrichtung als solcher handeln, ferner kann die Werkstückaufnahme als separates Bauteil ausgebildet sein. Die Werkstückaufnahme kann im einfachsten Fall in Form einer Auflageplatte bzw. eines Tischs ausgebildet sein, auf welchem das Werkstück gewichtskraftbasiert positioniert werden kann. Auch anderweitige Ausbildungen der Werkstückaufnahme sind denkbar, ebenso das Vorsehen geeigneter Befestigungs- oder Positioniermittel zur Befestigung oder Positionierung des Werkstücks in der Werkstückaufnahme. Bei der Werkstückaufnahme kann es sich zudem um einen xy-Tisch handeln, welcher in einer Horizontalebene verfahrbar ist. Entsprechend kann das Werkstück über den xy-Tisch in einer Horizontalebene oder Arbeitsebene bewegt werden.The workpiece holder can be a component of the laser processing device as such, and the workpiece holder can also be designed as a separate component. In the simplest case, the workpiece holder can be designed in the form of a support plate or a table, on which the workpiece can be positioned based on weight. Other configurations of the workpiece holder are also conceivable, as is the provision of suitable fastening or positioning means for fastening or positioning the workpiece in the workpiece holder. The workpiece holder can also be an xy table that can be moved in a horizontal plane. Correspondingly, the workpiece can be moved over the xy table in a horizontal plane or work plane.

Verfahrensgemäß kann auf Basis eines Input-Datensatzes bezüglich der auf dem Werkstück vorliegenden Bearbeitungsstellen bzw. deren räumlicher Verteilung eine Anzahl von Bearbeitungsschritten (diese entspricht der Anzahl der Stellen an welchen die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen - insbesondere die innerhalb des Master-Scanbereichs liegenden Teilstrahlen - relativ zu dem Werkstück positioniert werden müssen), eine zur Ausführung der jeweiligen Bearbeitungsschritte benötigte Relativposition des Werkstücks zur Laserbearbeitungsvorrichtung, ein die Relativpositionen der jeweiligen Bearbeitungsschritte umfassender Bearbeitungsweg sowie die zu den jeweiligen Bearbeitungsschritten zur Bearbeitung der Bearbeitungsstellen benötigte Anzahl von Teilstrahlen, die räumliche Anordnung der Teilstrahlen bzw. zugehöriger Laserspots einer Spotmatrix sowie die individuelle Position eines jeden Teilstrahls in dem vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereich ermittelt und festgelegt werden. Beachtlich ist dabei, dass es häufig eine Mehrzahl von möglichen Lösungen (unterschiedliche Bearbeitungswege, Spotmuster an unterschiedlichen Bearbeitungsstellen etc.) geben kann. Über einen geeigneten Algorithmus kann eine effiziente Bearbeitungsstrategie ermittelt werden, welche die vorgenannten Aspekte berücksichtigt. Effizient heißt an dieser Stelle, dass eine Strategie ermittelt wird, bei welcher im Mittel möglichst viele Teilstrahlen auf dem Werkstück positioniert sind, um damit die Gesamt-Bearbeitungszeit für die jeweilige Bearbeitungsaufgabe zu reduzieren. Dies kann unter Einsatz einer Steuereinheit (diese kann eine Datenverarbeitungseinheit umfassen) ausgeführt werden, wobei die Steuereinheit Bestandteil der Laserbearbeitungsvorrichtung sein kann, oder eine externe Steuereinheit ist. Die Steuereinheit ist dabei vorzugsweise steuerungstechnisch mit der optischen Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit kann Sub-Steuereinheiten umfassen, die den jeweiligen Bestandteilen (z. B. der reflektiven optischen Steuereinheit) der Laserbearbeitungsvorrichtung zugeordnet sein können.According to the method, a number of processing steps (this corresponds to the number of points at which the partial beams directed onto the workpiece - in particular the partial beams lying within the master scan area - must be positioned relative to the workpiece), a relative position of the workpiece to the laser processing device required to carry out the respective processing steps, a processing path comprising the relative positions of the respective processing steps and the respective processing steps for processing the processing points required number of partial beams, the spatial arrangement of the partial beams or associated laser spots of a spot matrix and the individual position of each partial beam in the specified partial beam scanning area are determined and defined. It is noteworthy that there can often be a number of possible solutions (different processing paths, spot patterns at different processing points, etc.). An efficient processing strategy that takes the aforementioned aspects into account can be determined using a suitable algorithm. At this point, efficient means that a strategy is determined in which, on average, as many partial beams as possible are positioned on the workpiece in order to reduce the total processing time for the respective processing task. This can be carried out using a control unit (this can comprise a data processing unit), it being possible for the control unit to be part of the laser processing device or to be an external control unit. The control unit is preferably connected to the optical control unit in terms of control technology. The control unit can include sub-control units that can be assigned to the respective components (eg the reflective optical control unit) of the laser processing device.

Nach Positionierung des Werkstücks relativ zur Laserbearbeitungsvorrichtung und/oder umgekehrt, können die folgenden Schritte ausgeführt werden:

  1. a. Erzeugen eines Laserstrahls von der Laserstrahlungsquelle und Aussenden des Laserstrahls entlang eines optischen Pfades in Richtung des Werkstücks;
  2. b. Selektieren einer beliebigen Anzahl von Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination aus dem Bündel von Teilstrahlen und richten der selektierten Teilstrahlen auf das Werkstück, wobei dies unter Einsatz einer eine reflektive optische Funktionseinheit umfassenden optischen Steuereinheit erfolgt;
  3. c. Positionieren und/oder Bewegen eines jeden auf das Werkstück gerichteten Teilstrahls innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs des jeweiligen Teilstrahls.
After positioning the workpiece relative to the laser processing device and/or vice versa, the following steps can be performed:
  1. a. generating a laser beam from the laser radiation source and emitting the laser beam along an optical path toward the workpiece;
  2. b. selecting any number of partial beams in any spatial combination from the bundle of partial beams and directing the selected partial beams onto the workpiece, this being done using an optical control unit comprising a reflective optical functional unit;
  3. c. Positioning and/or moving each sub-beam directed onto the workpiece within a predetermined sub-beam scanning range of the respective sub-beam.

Betont sei an dieser Stelle, dass gemäß dem vorgenannten Verfahrensschritt c. eine gewünschte Anzahl von auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb der jeweiligen vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereiche positioniert und/oder bewegt werden kann. Es ist also nicht zwingend erforderlich, sämtliche der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen einer Feinpositionierung oder einer Scanbewegung innerhalb des jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichs zu unterziehen. Auch eine einmalige Positionierung eines Teilstrahls (im Wege einer Grob-Positionierung über die Strahlpositionierungseinheit) kann bereits als Positionierung im Sinne des Schritts c. zu verstehen sein, jedoch auch eine über die reflektive optische Funktionseinheit ausgeführte Positionierung des Teilstrahls im Teilstrahl-Scanbereich.It should be emphasized at this point that according to the aforementioned method step c. a desired number of sub-beams directed onto the workpiece can be positioned and/or moved within the respective predetermined sub-beam scanning areas. It is therefore not absolutely necessary to subject all of the partial beams directed onto the workpiece to a fine positioning or a scanning movement within the respective partial beam scanning area. A one-time positioning of a partial beam (by way of a rough positioning via the beam positioning unit) can already be considered as positioning in the sense of step c. to be understood, but also a positioning of the partial beam in the partial beam scanning area carried out via the reflective optical functional unit.

Weiterhin kann es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft sein, dass die optische Steuereinheit dazu eingerichtet ist, im Anschluss an die Grobpositionierung sowie der Positionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs zumindest für einen der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eine individuelle Scanbewegung auszuführen. In vorteilhafter Weise kann mittels der Steuereinheit für eine beliebige Anzahl der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eine solche individuelle Scanbewegung ausgeführt werden, beispielsweise für alle Teilstrahlen, oder eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen. Unter einer „individuellen Scanbewegung“ ist zu verstehen, dass ein jeweiliger Teilstrahl innerhalb des Teilstrahl-Scanbereichs entlang eines vorgegebenen Bewegungspfades über das Werkstück bewegt wird, sodass beispielsweise eine vorgegebene Kontur „abgefahren“ bzw. abgescannt wird, was letztlich zu einer lokalen Bearbeitung des Werkstücks führt.Furthermore, it can be advantageous within the scope of the method according to the invention that the optical control unit is set up to, following the rough positioning and the positioning of the partial beams directed at the workpiece within the specified partial beam scanning range, at least for one of the partial beams directed at the workpiece, an individual to perform a scanning movement. Such an individual scanning movement can advantageously be carried out by means of the control unit for any number of the partial beams directed onto the workpiece, for example for all partial beams or a predetermined number of partial beams. An "individual scanning movement" means that a respective partial beam is moved within the partial beam scanning area along a specified movement path over the workpiece, so that, for example, a specified contour is "traversed" or scanned, which ultimately leads to local processing of the workpiece leads.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des mit der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit im Anschluss an die Grobpositionierung sowie die Positionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs für die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eine simultane und synchrone Scanbewegung ausgeführt wird. In diesem Fall werden sämtliche der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen jeweils innerhalb des jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichs simultan und synchron bewegt. Auch auf diese Art und Weise kann ein vorgegebener Bewegungspfad der jeweiligen Teilstrahlen innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche verwirklicht werden, sodass innerhalb der Teilstrahl-Scanbereiche beispielsweise eine vorgegebene Kontur „abgefahren“ bzw. abgescannt werden kann, was letztlich zu einer lokalen Bearbeitung des Werkstücks führt.According to a further advantageous embodiment of the method proposed by the invention, it can be provided that, using the beam positioning unit, subsequent to the rough positioning and the positioning of the partial beams directed at the workpiece within the specified partial beam scanning range for the partial beams directed at the workpiece, a simultaneous and synchronous scanning movement is carried out. In this case, all of the partial beams directed onto the workpiece are moved simultaneously and synchronously within the respective partial beam scanning area. In this way, too, a predetermined movement path of the respective partial beams within the respective partial beam scan areas can be implemented, so that within the partial beam scan areas, for example, a predetermined contour can be "traversed" or scanned, which ultimately leads to local processing of the workpiece .

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des mit der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass unter Einsatz der optischen Steuereinheit und/oder der Strahlpositionierungseinheit im Anschluss an die Grobpositionierung und gegebenenfalls der Positionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs für eine vorgegebene Anzahl der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eine Positionierungskorrektur von Positionierungsfehlern, insbesondere resultierend aus Verzeichnungsfehlern eines optischen Funktionselements, ausgeführt wird.According to a further advantageous embodiment of the method proposed by the invention, it can be provided that using the optical control unit and/or the beam positioning unit following the rough positioning and, if necessary, the positioning of the partial beams directed onto the workpiece within the predetermined partial beam scanning area for a predetermined Number of partial beams directed at the workpiece a positioning correction of Positioning errors, in particular resulting from distortion errors of an optical functional element, is performed.

Die optische Steuereinheit kann also zur Korrektur von optischen Positionierungsfehlern der Teilstrahlen auf dem Werkstück eingesetzt werden, die aufgrund der Verzeichnung eines F-theta Objektivs oder anderweitig korrigierten Objektiven entstehen können. Nebst der Positionierung der jeweiligen Teilstrahlen auf dem Werkstück (z.B. um eine Laserbohrung durchzuführen) kann nach dem hier beschriebenen Verfahren bzw. mit der hier beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung also auch eine Korrektur von Positionierungsfehlern durchgeführt werden. Im Falle, dass beispielsweise eine 2 x 2 Matrix von auf das Werkstück projizierten Laserspots (Teilstrahlen) mit einer Strahlpositionierungseinheit durch ein F-theta Objektiv (eine F-theta Linse) oder ein anderweitig korrigiertes Objektiv über das Werkstück gescannt (bewegt) wird, dann kann sich die Matrix der Laserspots (Teilstrahlen) bei bestimmten Scanwinkeln, insbesondere bei Scanwinkeln > (0,0) bezüglich der Symmetrieachse des Objektivs verzerren. Die Matrix der Laserspots bzw. Teilstrahlen erfährt sodann eine Drehung und die Abstände der Laserspots verändern sich aufgrund der optischen Verzeichnung des genannten F-theta Objektivs sowie der vorliegenden Konfiguration der Strahlpositionierungseinheit. Mit dem vorliegend beschriebenen Verfahren bzw. der vorliegend beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung kann dieser Effekt aktiv kompensiert werden, z.B. indem für jeden mit der Strahlpositionierungseinheit eingestellten Scanwinkel die Spotpositionen im Wege einer (durch die Steuereinheit und/oder die Strahlpositionierungseinheit) vorgenommene Feinpositonierung der Laserspots bzw. Teilstrahlen angepasst werden (dies kann auch als Verwendung einer Korrekturmatrix bezeichnet werden), sodass die Positionen der Matrix der Laserspots zur Scanwinkeleinstellung mit Scanwinkeln von (0,0) korrigiert werden. Um also ein (relativ großes) Scanfeld (Master-Scanbereich) der Strahlpositionierungseinheit bestmöglich für eine Parallelbearbeitung ausnutzen zu können, müssen die Positionsfehler der Laserspots bzw. Teilstrahlen aktiv kompensiert werden. Dies ist - wie vorangehend beschrieben - unter Einsatz der optischen Steuereinheit, insbesondere der reflektiven optischen Funktionseinheit (insbesondere unter Verwendung einer Korrekturmatrix) sowie einer Strahlpositionierungseinheit ermöglicht. Damit kann eine Kompensation von Positionierungsfehlern individuell für jeden Teilstrahl in Abhängigkeit des Scanwinkels bei einer festen Konfiguration von Strahlpositionierungseinheit und F-theta Objektiv erzielt werden. Die genannte Korrekturmatrix kann dabei unter Einsatz eines optischen Messsystems, dieses kann vorzugsweise ein im Fokus des F-theta Objektivs angeordnetes Messsystem sein, ermittelt werden.The optical control unit can therefore be used to correct optical positioning errors of the partial beams on the workpiece, which can arise due to the distortion of an F-theta lens or lenses that have been corrected in some other way. In addition to the positioning of the respective partial beams on the workpiece (e.g. in order to carry out a laser drilling), a correction of positioning errors can also be carried out according to the method described here or with the laser processing device described here. In the event that, for example, a 2 x 2 matrix of laser spots (partial beams) projected onto the workpiece is scanned (moved) over the workpiece with a beam positioning unit through an F-theta objective (an F-theta lens) or an otherwise corrected objective, then the matrix of the laser spots (partial beams) can be distorted at certain scan angles, especially at scan angles > (0.0) with respect to the axis of symmetry of the lens. The matrix of the laser spots or partial beams is then rotated and the distances between the laser spots change due to the optical distortion of the said F-theta lens and the present configuration of the beam positioning unit. With the method described here or the laser processing device described here, this effect can be actively compensated, e.g. by adjusting the spot positions for each scan angle set with the beam positioning unit by means of a fine positioning of the laser spots or partial beams carried out (by the control unit and/or the beam positioning unit). (this can also be referred to as using a correction matrix) so that the positions of the matrix of laser spots are corrected for scan angle adjustment with scan angles of (0,0). In order to be able to use a (relatively large) scan field (master scan area) of the beam positioning unit in the best possible way for parallel processing, the position errors of the laser spots or partial beams must be actively compensated. As described above, this is made possible by using the optical control unit, in particular the reflective optical functional unit (in particular using a correction matrix) and a beam positioning unit. In this way, positioning errors can be compensated individually for each partial beam as a function of the scan angle with a fixed configuration of beam positioning unit and F-theta lens. The mentioned correction matrix can be determined using an optical measuring system, which can preferably be a measuring system arranged in the focus of the F-theta lens.

Die erwähnte Korrekturmatrix beinhaltet die notwendigen Korrekturen des Feinpositionierungssystems (der reflektiven optischen Funktionseinheit) zur Korrektur von Positionsfehlern der Teilstrahlen, die durch die Strahlpositionierungseinheit sowie ein zugehöriges F-theta Objektiv induziert werden. Dabei ist der Fehler abhängig von dem Scanwinkel der Strahlpositionierungseinheit.The correction matrix mentioned contains the necessary corrections of the fine positioning system (the reflective optical functional unit) to correct position errors of the partial beams that are induced by the beam positioning unit and an associated F-theta lens. The error depends on the scanning angle of the beam positioning unit.

Unter Berücksichtigung des voranstehenden lässt sich festhalten, dass der Teilstrahl-Scanbereich eines auf das Werkstück gerichteten Teilstrahls zusammengesetzt ist aus einem Scanvektor zur Korrektur des genannten Positionsfehlers des Teilstrahls sowie einem Scanvektor zur Positionierung des Teilstrahls auf die Sollposition.Taking the above into account, it can be stated that the partial beam scan range of a partial beam directed onto the workpiece is composed of a scan vector for correcting the stated position error of the partial beam and a scan vector for positioning the partial beam on the target position.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit im Anschluss an die Grobpositionierung sowie die Positionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs für die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eine simultane und synchrone Scanbewegung entlang eines vorgegebenen Scanwegs ausgeführt wird, wobei bei Ausführung der Scanbewegung unter Einsatz der optischen Steuereinheit, insbesondere der reflektiven Mikroscanner, für eine vorgegebene Anzahl der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen eine dynamische Positionierungskorrektur von Positionierungsfehlern, insbesondere resultierend aus Verzeichnungsfehlern eines optischen Funktionselements, ausgeführt wird, vorzugsweise unter Einsatz einer Korrekturmatrix. Bei der Ausführung einer Scanbewegung ist die Laserstrahlungsquelle eingeschaltet (im Gegensatz dazu ist die Laserstrahlungsquelle bei einer Positionierung - sei es eine Grobpositionierung oder Feinpositionierung - ausgeschaltet), sodass die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen entsprechend über dieses bewegt werden können. Dies erlaubt das Scannen (Ausführen der Scanbewegung) „langer Vektoren“ über das Werkstück unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit bei gleichzeitiger Möglichkeit Verzeichnungsfehler dynamischer zu korrigieren. Im Anschluss an die erwähnte Grobpositionierung mit der Strahlpositionierungseinheit kann sodann eine Positionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche erfolgen. Im Anschluss an eine solche Positionierung und einer ggf. erfolgenden Korrektur von statischen Positionierungsfehlern der Teilstrahlen (siehe die vorangehende Beschreibung) kann nach dieser Ausgestaltung eine Bewegung der Teilstrahlen unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit entlang eines Scanwegs ausgeführt werden, der den gesamten Master-Scanbereich beinhalten kann, wobei die optische Steuereinheit die Positionierungsfehler/Verzeichnungsfehler der einzelnen Teilstrahlen unter Verwendung der Korrekturmatrix dynamisch kompensiert (Echtzeitkompensation).According to a further advantageous embodiment of the method, it can be provided that using the beam positioning unit, following the rough positioning and the positioning of the partial beams directed at the workpiece within the specified partial beam scanning area, a simultaneous and synchronous scanning movement for the partial beams directed at the workpiece along a predetermined scanning path is carried out, with the execution of the scanning movement using the optical control unit, in particular the reflective microscanner, for a predetermined number of the partial beams directed onto the workpiece, a dynamic positioning correction of positioning errors, in particular resulting from distortion errors of an optical functional element, is carried out, preferably under Use of a correction matrix. When performing a scanning movement, the laser radiation source is switched on (in contrast, the laser radiation source is switched off during positioning - be it coarse positioning or fine positioning), so that the partial beams directed onto the workpiece can be moved over it accordingly. This allows "long vectors" to be scanned (executed the scan movement) across the workpiece using the beam positioning unit, while at the same time being able to correct distortion errors more dynamically. Subsequent to the aforementioned rough positioning with the beam positioning unit, the partial beams directed onto the workpiece can then be positioned within the respective partial beam scanning regions. Following such positioning and any correction of static positioning errors of the partial beams (see the previous description), according to this embodiment, the partial beams can be moved using the beam positioning unit along a scan path that can include the entire master scan area, wherein the optical control unit detects the positioning error/distortion error of each Partial beams compensated dynamically using the correction matrix (real-time compensation).

Dies sei an folgendem Beispiel erläutert: Mit der Laserbearbeitungsvorrichtung wird eine 1x4 Matrix von Teilstrahlen bzw. zugehörigen Laserspots auf dem Werkstück angeordnet. Sodann werden 4 parallele Linien über das Werkstück gescannt. Die Länge der parallelen Linien entspricht der Länge des Master-Scanbereichs. Die Strahlpositionierungseinheit führt dabei die Scanbewegung aus, während die optische Steuereinheit, also die jeweiligen Mikroscanner, dynamisch die Positionsfehler der Teilstrahlen entlang des Scanwegs kompensiert.This is explained using the following example: With the laser processing device, a 1×4 matrix of partial beams or associated laser spots is arranged on the workpiece. Then 4 parallel lines are scanned across the workpiece. The length of the parallel lines corresponds to the length of the master scan area. The beam positioning unit carries out the scanning movement, while the optical control unit, i.e. the respective microscanner, dynamically compensates for the position errors of the partial beams along the scanning path.

Nachfolgend seien vorteilhafte Ausgestaltungen der mit der Erfindung vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere jene in den Unteransprüchen angegebenen vorteilhaften Ausgestaltungsvarianten, im Detail erläutert. Die Unteransprüche betreffen dabei vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale können in beliebiger Kombination zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, soweit dies technisch möglich ist. Dies gilt auch dann, wenn derartige Kombinationen nicht ausdrücklich durch entsprechende Rückbezüge in den Ansprüchen verdeutlicht sind. Insbesondere gilt dies auch über die Kategorie-Grenzen der Patentansprüche hinweg. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung beschriebenen Ausgestaltungsmerkmale sind gleichermaßen auch als mögliche vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens heranzuziehen. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurden vorteilhafte Ausgestaltungen betreffend die optional vorhandene Strahlpositionierungseinheit bereits vorangehend erläutert. Gleichwohl ist auch diese mit den weiteren der nachfolgend beschriebenen technischen Ausgestaltungen bzw. den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen kombinierbar.Advantageous configurations of the laser processing device proposed with the invention, in particular those advantageous configuration variants specified in the dependent claims, are explained in detail below. The dependent claims relate to advantageous refinements and developments of the present invention. The features mentioned in the subclaims can be used in any combination to develop the laser processing device according to the invention and the method according to the invention, insofar as this is technically possible. This also applies if such combinations are not expressly clarified by corresponding back references in the claims. In particular, this also applies beyond the category boundaries of the patent claims. The configuration features described in connection with the laser processing device according to the invention can also be used as possible advantageous configurations of the method according to the invention. For reasons of clarity, advantageous configurations relating to the optionally present beam positioning unit have already been explained above. Nevertheless, this can also be combined with the other technical configurations described below or with the features specified in the dependent claims.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die Laserbearbeitungsvorrichtung eine optische Funktionseinheit aufweisen, die zwischen der Strahlteilungseinheit und der reflektiven optischen Funktionseinheit angeordnet ist, und eine Gruppe von hintereinander angeordneten optischen Funktionselementen umfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Gruppe von hintereinander angeordneten optischen Funktionselementen umfasst:

  1. a. eine Fokussiereinheit, die insbesondere aus einer oder mehreren hintereinander angeordneten Linsen, Linsensystemen, Spiegeln oder einer Kombination daraus gebildet ist,
  2. b. einen beabstandet zur Fokussiereinheit angeordneten Linsenarray von Linsen.
According to a first configuration of the invention, the laser processing device can have an optical functional unit, which is arranged between the beam splitting unit and the reflective optical functional unit, and comprises a group of optical functional elements arranged one behind the other. In particular, it can be provided that the group of optical functional elements arranged one behind the other comprises:
  1. a. a focusing unit, which is formed in particular from one or more lenses, lens systems, mirrors or a combination thereof arranged one behind the other,
  2. b. a lens array of lenses arranged at a distance from the focusing unit.

Dabei wird beispielsweise bei einem zweidimensionalen Linsenarray immer eine „Reihe“ oder „Spalte“ an Linsen mehr benötigt als beim Array von Mikroscannern der reflektiven optischen Funktionseinheit. Ist beispielsweise eine Anordnung von 4 mal 4 Mikroscannern vorgesehen, so wäre eine Anordnung von 5 mal 4 oder 4 mal 5 Linsen im Linsenarray erforderlich.A two-dimensional lens array, for example, always requires one more “row” or “column” of lenses than the array of microscanners of the reflective optical functional unit. If, for example, an arrangement of 4 by 4 microscanners is provided, an arrangement of 5 by 4 or 4 by 5 lenses in the lens array would be required.

Die Anzahl der Linsen des Linsenarrays bemisst sich insbesondere danach, welche Linsenanzahl benötigt wird, um zu gewährleisten, dass die Teilstrahlen auf dem zweiten Strahlweg (nach Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit) jeweils eine im Vergleich zum ersten Strahlweg (also dem Strahlweg der Teilstrahlen vor dem Auftreffen auf der reflektiven optischen Funktionseinheit) unmittelbar oder nicht-unmittelbar benachbarte Linse durchlaufen kann.The number of lenses in the lens array is measured in particular according to the number of lenses required to ensure that the partial beams on the second beam path (after reflection at the reflective optical functional unit) each have one in comparison to the first beam path (i.e. the beam path of the partial beams before impinging on the reflective optical functional unit) can pass directly or not directly adjacent lens.

Unter der optischen Funktionseinheit kann im Sinne der Erfindung insbesondere eine optische Funktionseinheit zu verstehen sein, deren Bestandteile (die Fokussiereinheit und der Linsenarray) von den Teilstrahlen durchtreten werden können, also transmissiv ausgebildet sind. Dies schließt jedoch nicht aus, dass einzelne Elemente der optischen Funktionseinheit auch reflektiv ausgebildet sein können.Within the meaning of the invention, the optical functional unit can be understood in particular as an optical functional unit whose components (the focusing unit and the lens array) can be passed through by the partial beams, ie are designed to be transmissive. However, this does not rule out the possibility that individual elements of the optical functional unit can also be designed to be reflective.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine dahingehend ausgebildete Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen sein, bei der die dem Bündel von Teilstrahlen zugehörigen Teilstrahlen auf einem ersten Strahlweg bis zur Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit durch die optische Funktionseinheit, insbesondere die Fokussiereinheit und den Linsenarray hindurchtreten, sowie nach der Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit zumindest ein Teil der dort reflektierten Teilstrahlen auf einem zweiten Strahlweg erneut durch die optische Funktionseinheit, insbesondere den Linsenarray und die Fokussiereinheit hindurchtreten. Beim Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit und den Linsenarray können die Teilstrahlen optisch gebrochen werden. Im Anschluss an die Strahlteilung in der Strahlteilungseinheit, propagieren die Teilstrahlen demnach als Bündel kollimierter Teilstrahlen in Richtung der Fokussiereinheit.According to a further advantageous embodiment of the invention, a laser processing device designed to that effect can be provided, in which the partial beams associated with the bundle of partial beams pass through the optical functional unit, in particular the focusing unit and the lens array, on a first beam path up to reflection at the reflective optical functional unit, as well as after the reflection at the reflective optical functional unit, at least some of the partial beams reflected there pass again on a second beam path through the optical functional unit, in particular the lens array and the focusing unit. When passing through the focusing unit and the lens array, the partial beams can be optically refracted. Following the beam splitting in the beam splitting unit, the partial beams accordingly propagate as bundles of collimated partial beams in the direction of the focusing unit.

Vorzugsweise kann die Laserbearbeitungsvorrichtung ferner dahingehend ausgebildet sein, dass auf dem ersten Strahlweg ein jeder Teilstrahl des Bündels von Teilstrahlen durch eine dem jeweiligen Teilstrahl zugeordnete Linse des Linsenarrays hindurchtritt und auf dem zweiten Strahlweg zumindest ein Teil der an reflektiven optischen Funktionseinheit reflektierten Teilstrahlen durch eine dem jeweiligen Teilstrahl zugeordnete Linse des Linsenarrays hindurchtritt. Auf dem zweiten Strahlweg wird - wie an späterer Stelle noch erläutert - von einem jeweiligen Teilstrahl eine im Vergleich zum ersten Strahlweg unterschiedliche, insbesondere benachbarte, Linse durchlaufen. Unter einer „Zuordnung“ ist in diesem Zusammenhang also nicht zu verstehen, dass ein Teilstrahl auf dem ersten Strahlweg und dem zweiten Strahlweg ein und dieselbe Linse durchläuft.Preferably, the laser processing device can also be designed such that on the first beam path each partial beam of the bundle of partial beams passes through a lens of the lens array assigned to the respective partial beam and on the second beam path at least at least part of the partial beams reflected at the reflective optical functional unit passes through a lens of the lens array assigned to the respective partial beam. On the second beam path--as will be explained later--a respective partial beam passes through a different, in particular adjacent, lens compared to the first beam path. In this context, an “assignment” is not to be understood as meaning that a partial beam passes through one and the same lens on the first beam path and the second beam path.

Dabei kann vorgesehen sein, dass auf dem ersten Strahlweg ein jeder Teilstrahl des Bündels von Teilstrahlen durch die Fokussiereinheit hindurchtritt und auf dem zweiten Strahlweg zumindest ein Teil der an der reflektiven optischen Funktionseinheit reflektierten Teilstrahlen erneut durch die Fokussiereinheit hindurchtritt.Provision can be made for each partial beam of the bundle of partial beams to pass through the focusing unit on the first beam path and for at least some of the partial beams reflected on the reflective optical functional unit to pass through the focusing unit again on the second beam path.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass nicht sämtliche der auf ersten Strahlweg durch die Fokussiereinheit und den Linsenarray hindurchgetretenen Teilstrahlen in Richtung des Werkstücks gelangen, sondern zuvor (vorzugsweise auf dem zweiten Strahlweg) durch geeignete Mittel, aus dem Strahlengang abgelenkt bzw. entfernt werden. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen, vorzugsweise auf dem zweiten Strahlweg, aus dem optischen Pfad abgelenkt oder absorbiert wird, so dass die abgelenkten Teilstrahlen nicht auf dem Werkstück auftreffen. Dies kann entweder über eine eigens dazu vorgesehene Strahlselektionseinheit erfolgen oder aber durch die reflektive optische Funktionseinheit. Dadurch kann - entsprechend der Anzahl der für die Bearbeitung an einer gegebenen Position des Master-Scanbereichs auf dem Werkstück notwendigen Teilstrahlen - die entsprechende Anzahl nicht benötigter Teilstrahlen aus Strahlengang der Teilstrahlen abgelenkt oder entfernt werden.It can be provided that not all of the partial beams that have passed through the focusing unit and the lens array on the first beam path arrive in the direction of the workpiece, but rather are deflected or removed from the beam path beforehand (preferably on the second beam path) by suitable means. Accordingly, provision can be made for a predetermined number of partial beams to be deflected or absorbed from the optical path, preferably on the second beam path, so that the deflected partial beams do not impinge on the workpiece. This can be done either via a beam selection unit provided specifically for this purpose or via the reflective optical functional unit. Depending on the number of partial beams required for processing at a given position of the master scan area on the workpiece, the corresponding number of partial beams that are not required can be deflected or removed from the beam path of the partial beams.

Die Fokussiereinheit kann beispielsweise als Einzellinse ausgebildet sein, z.B. als Asphäre. In der Praxis hat sich jedoch die Verwendung komplexer Linsensysteme als vorteilhaft erwiesen, da hiermit Abbildungsfehler besser korrigiert werden können.The focusing unit can, for example, be designed as a single lens, e.g. as an asphere. In practice, however, the use of complex lens systems has proven to be advantageous, since this allows aberrations to be corrected better.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bündel der Mehrzahl von Teilstrahlen vor und nach dem Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg eine Teilstrahlbündel-Achse aufweist, in Bezug zu welcher die Mehrzahl von Teilstrahlen vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Teilstrahlbündelachse vorzugsweise normal zu einer Mikroscanner-Ebene steht, in welcher die reflektiven Mikroscanner angeordnet sind. Durch eine solche Strahlteilung wird eine bestimmte geometrische Grundordnung der auf das Werkstück abgebildeten Teilstrahlen vorbestimmt, wobei es mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung ermöglicht ist, einen jeden der Teilstrahlen innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs individuell zu positionieren. Durch das Hindurchtreten der Teilstrahlen durch die Fokussiereinheit werden die Teilstrahlen zueinander parallelisiert und fokussiert.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the bundle of the plurality of partial beams has a partial beam bundle axis before and after passing through the focusing unit on the first beam path, with respect to which the plurality of partial beams are preferably arranged symmetrically. Furthermore, it can be advantageous if the partial beam bundle axis is preferably perpendicular to a microscanner plane in which the reflective microscanners are arranged. A certain basic geometric order of the partial beams projected onto the workpiece is predetermined by such a beam splitting, it being possible with the laser processing device according to the invention to position each of the partial beams individually within a predetermined partial beam scanning range. As the partial beams pass through the focusing unit, the partial beams are made parallel to one another and focused.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fokussiereinheit derart angeordnet ist, dass die Teilstrahlbündel-Achse vor dem Auftreffen der Teilstrahlen auf der Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg in Bezug zu einer entlang des optischen Pfads verlaufenden Symmetrieachse der Fokussiereinheit versetzt ist. Unter einem Versatz ist insbesondere ein paralleler Versatz um einen vorgegebenen Abstand zu verstehen. Paralleler Versatz meint an dieser Stelle, dass die Teilstrahlbündel-Achse parallel zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit versetzt ist. Der Versatz des Bündels von Teilstrahlen bzw. der Teilstrahlbündel-Achse zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit bewirkt, dass die Teilstrahlbündel-Achse nach Hindurchtreten der Teilstrahlen durch die Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg unter einem Winkel zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit verläuft.According to a further advantageous embodiment of the present invention, it can be provided that the focusing unit is arranged in such a way that the axis of the partial beam bundle is offset before the partial beams impinge on the focusing unit on the first beam path in relation to an axis of symmetry of the focusing unit running along the optical path . An offset is to be understood in particular as a parallel offset by a predetermined distance. At this point, parallel offset means that the partial beam bundle axis is offset parallel to the axis of symmetry of the focusing unit. The offset of the bundle of partial beams or the partial beam axis to the axis of symmetry of the focusing unit causes the partial beam axis to run at an angle to the axis of symmetry of the focusing unit after the partial beams have passed through the focusing unit on the first beam path.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fokussiereinheit derart angeordnet ist (maßgebend ist insbesondere die Anordnung in Bezug zur Strahlteilungseinheit), dass das Bündel von Teilstrahlen vor und/oder nach Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg einen telezentrischen Strahlengang aufweist. Insbesondere gilt dies nach dem Hindurchtreten der Teilstrahlen durch die Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg. Die telezentrische Eigenschaft der Fokussiereinheit bewirkt, dass das Bündel von Teilstrahlen nach dem Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit zunächst derart entlang des ersten Strahlwegs propagiert, dass die optischen Achsen eines jedes Teilstrahls parallel zueinanderstehen. Dies meint folgendes: Die jeweiligen Teilstrahlen des Bündels von Teilstrahlen weisen jeweils ein Bündel aus einer vorgegebenen Anzahl von Sub-Teilstrahlen auf (auf dem Werkstück werden die Sub-Teilstrahlen fokussiert). Unter einem telezentrischen Strahlengang ist an dieser Stelle zu verstehen, dass diese Sub-Teilstrahlen jeweils durch einen Hauptstrahl beschrieben werden können (den Teilstrahl), wobei die Hauptstrahlen nach dem Durchtritt durch die Fokussiereinheit parallel zu einander stehen. Insbesondere sind die Hauptstrahlen parallel zu einer in Bezug zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit verkippten Achse ausgerichtet. Die Achsen-Verkippung resultiert aus dem Versatz der Teilstrahlbündel-Achse in Bezug zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit vor dem Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg.According to a further advantageous embodiment of the present invention, it can be provided that the focusing unit is arranged in such a way (the arrangement in relation to the beam splitting unit is particularly decisive) that the bundle of partial beams before and/or after passing through the focusing unit on the first beam path has a telecentric has beam path. This applies in particular after the partial beams have passed through the focusing unit on the first beam path. The telecentric property of the focusing unit has the effect that the bundle of partial beams, after passing through the focusing unit, initially propagates along the first beam path in such a way that the optical axes of each partial beam are parallel to one another. This means the following: The respective sub-beams of the bundle of sub-beams each have a bundle of a predetermined number of sub-beams (the sub-beams are focused on the workpiece). A telecentric beam path is to be understood here as meaning that these sub-beams can each be described by a main beam (the sub-beam), with the main beams being parallel to one another after passing through the focusing unit. In particular, the principal rays are aligned parallel to an axis that is tilted with respect to the axis of symmetry of the focusing unit. The axis tilting results from the offset of the partial beam tubes del axis with respect to the axis of symmetry of the focusing unit before passing through the focusing unit on the first beam path.

Auf dem zweiten Strahlweg, also auf dem sich an die Reflexion der Teilstrahlen an der reflektiven optischen Funktionseinheit anschließenden Strahlweg, kann der Strahlengang bzw. Strahlverlauf der Teilstrahlen zumindest abschnittsweise telezentrisch oder nicht telezentrisch sein. Im Falle eines telezentrischen Strahlwegs bzw. Strahlverlaufs ist die reflektive optische Funktionseinheit derart angeordnet, dass die optischen Achsen der Teilstrahlen auf dem zweiten Strahlweg für die mit der reflektiven optischen Funktionseinheit, insbesondere den zugehörigen Mikroscannern, eingestellten Scanwinkel der Teilstrahlen dazu führen, dass die Teilstrahlen nach erneutem Hindurchtreten durch den Linsenarray jeweils parallel zueinander stehen. Damit ist der maximale durch die Mikroscanner einstellbare Scanbereich zwingend auf einen Bereich begrenzt, der kleiner als der Durchmesser der einer dem Linsenarray zugehörigen Linse ist. Dies bedeutet für die mit der reflektiven optischen Funktionseinheit ausgeübte Scanfunktion bezüglich der Teilstrahlen, dass das jeweilige Scanfeld eines Teilstrahls kleiner oder deutlich kleiner als der Abstand zwischen den Teilstrahlen auf dem Werkstück ist. Der Füllgrad des Scanfeldes bzw. Master-Scanbereichs auf dem Werkstück ist also begrenzt. Im Falle eines nicht telezentrischen Strahlwegs oder Strahlverlaufs ist die Anordnung der Mikroscanner (bzw. der reflektiven optischen Funktionseinheit) und des Linsenarrays dahingehend gewählt, dass die optischen Achsen der Teilstrahlen auf dem zweiten Strahlweg nach Hindurchtreten durch den Linsenarray nicht parallel sind, d.h. die optischen Achsen beschreiben einen gewissen Winkelraum. Dies führt dazu, dass der durch die Mikroscanner einstellbare Scanbereich größer als der Durchmesser der jeweiligen Linsen des Linsenarrays ist bzw. sein kann. Damit kann der Scanbereich jedes Teilstrahls vergrößert werden, der Füllgrad des Scanbereichs auf dem Werkstück wird größer, maximal kann gar eine vollständige Überdeckung des Scanbereichs mit Teilstrahlen erreicht werden. Allerdings führt ein nicht telezentrischer Strahlengang hinter dem Linsenarray beim Scannen mit der Teilstrahlen mit den Mikroscannern zu einem Versatz der Teilstrahlen in der Eintrittspupille eines Fokussierobjektivs der Strahlpositionierungseinheit. Dies führt auf dem Werkstück zu Teilstrahlen die nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel <90° auf dem Werkstück auftreffen, was für einige Anwendungen unvorteilhaft sein kann, für andere Anwendungen jedoch tolerabel. Insbesondere hängt der Winkel aber von der Positionierung der Fokussieroptik zur Eintrittspupille des Fokussierobjektivs der Strahlpositionierungseinheit ab. Entscheidend ist hierbei, dass sich durch die Änderung der Lage des Teilstrahls in der Eintrittspupille des Objektivs eine Änderung des Einfallwinkels des Teilstrahls auf dem Werkstück ergibt.On the second beam path, ie on the beam path following the reflection of the partial beams at the reflective optical functional unit, the beam path or beam profile of the partial beams can be telecentric or non-telecentric at least in sections. In the case of a telecentric beam path or beam path, the reflective optical functional unit is arranged in such a way that the optical axes of the partial beams on the second beam path for the scanning angles of the partial beams set with the reflective optical functional unit, in particular the associated microscanners, result in the partial beams being again passing through the lens array parallel to each other. The maximum scan range that can be set by the microscanner is therefore necessarily limited to a range that is smaller than the diameter of the lens associated with the lens array. For the scanning function performed with the reflective optical functional unit with regard to the partial beams, this means that the respective scan field of a partial beam is smaller or significantly smaller than the distance between the partial beams on the workpiece. The degree of filling of the scan field or master scan area on the workpiece is therefore limited. In the case of a non-telecentric beam path or beam path, the arrangement of the microscanner (or the reflective optical functional unit) and the lens array is selected in such a way that the optical axes of the partial beams on the second beam path are not parallel after passing through the lens array, i.e. the optical axes describe a certain angular space. This means that the scanning area that can be set by the microscanner is or can be larger than the diameter of the respective lenses of the lens array. In this way, the scan area of each partial beam can be enlarged, the degree of filling of the scan area on the workpiece increases, and at most the scan area can even be completely covered with partial beams. However, a non-telecentric beam path behind the lens array leads to an offset of the partial beams in the entrance pupil of a focusing objective of the beam positioning unit when scanning with the partial beams with the microscanners. This leads to partial beams on the workpiece that do not hit the workpiece perpendicularly but at an angle of <90°, which can be disadvantageous for some applications but tolerable for other applications. In particular, however, the angle depends on the positioning of the focusing optics with respect to the entrance pupil of the focusing objective of the beam positioning unit. The decisive factor here is that the change in the position of the partial beam in the entrance pupil of the lens results in a change in the angle of incidence of the partial beam on the workpiece.

Wie bereits erwähnt, kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die optische Teilstrahlbündel-Achse nach Hindurchtreten der Teilstrahlen durch die Fokussiereinheit auf dem ersten Strahlweg in einem Winkel zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit verläuft. Dies ergibt sich als Folge dessen, dass die Fokussiereinheit eine von Null verschiedene Brennweite hat und die Teilstrahlbündel-Achse zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit versetzt ist.As already mentioned, according to a further advantageous embodiment of the present invention it can be provided that the optical partial beam axis runs at an angle to the axis of symmetry of the focusing unit after the partial beams have passed through the focusing unit on the first beam path. This is due to the fact that the focusing unit has a non-zero focal length and the partial beam axis is offset from the symmetry axis of the focusing unit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Teilstrahlen des Bündels von Teilstrahlen auf dem ersten Strahlweg in einer senkrecht zum optischen Pfad bzw. zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit angeordneten Ebene fokussiert werden, wobei die Ebene vorzugsweise zwischen der Fokussiereinheit und dem Linsenarray angeordnet ist. Ohne Weiteres kann die Fokussierung der Teilstrahlen auch in einer virtuellen Fokusebene erfolgen. Auch auf dem zweiten Strahlweg kann es vorteilhaft sein, die durch Teilstrahlen des Bündels von Teilstrahlen nach Hindurchtreten durch den Linsenarray in der genannten Ebene zu fokussieren.According to a further advantageous embodiment of the present invention, it can be provided that the partial beams of the bundle of partial beams are focused on the first beam path in a plane arranged perpendicular to the optical path or to the axis of symmetry of the focusing unit, the plane preferably being between the focusing unit and the lens array is arranged. The partial beams can also easily be focused in a virtual focal plane. It can also be advantageous on the second beam path to focus the partial beams of the bundle of partial beams after passing through the lens array in said plane.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Linsenarray eine laterale Anordnung von Linsen oder Linsensystemen (z.B. Dublett-Linsen oder Triplett-Linsen) umfasst, die vorzugsweise in einer gemeinsamen Linsenebene angeordnet sind, wobei die Linsenebene senkrecht zum optischen Pfad bzw. zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den dem Linsenarray zugehörigen Linsen oder Linsensystemen um identische Linsen bzw. identische Linsensysteme. Die Linsen oder Linsensysteme können dabei in der Linsenebene insbesondere in Form einer Gitteranordnung oder hexagonalen Anordnung angeordnet sein. Wie erwähnt, sind die Linsen des Linsenarrays dabei derart angeordnet, dass jeder Teilstrahl des Bündels von Teilstrahlen jeweils eine Linse durchläuft. Dabei gilt, dass ein Teilstrahl auf dem ersten Strahlweg eine Linse durchläuft und auf dem zweiten Strahlweg eine andere Linse (bevorzugt eine benachbarte Linse) durchläuft. Wesentlich ist allerdings, dass jeder Teilstrahl auf dem Hinweg jeweils eine andere (eigene) Linse durchläuft, keine Linse wird also auf dem Hinweg von zwei Teilstrahlen durchlaufen. Auf dem Rückweg durchläuft ebenfalls jeder Teilstrahl jeweils eine andere (eigene) Linse die nicht identisch mit der Linse ist, die er auf dem Hinweg durchlaufen hat, sondern bevorzugt eine benachbarte Linse ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the lens array comprises a lateral arrangement of lenses or lens systems (e.g. doublet lenses or triplet lenses), which are preferably arranged in a common lens plane, with the lens plane being perpendicular to the optical path or .is arranged to the axis of symmetry of the focusing unit. The lenses or lens systems associated with the lens array are preferably identical lenses or identical lens systems. The lenses or lens systems can be arranged in the lens plane in particular in the form of a lattice arrangement or hexagonal arrangement. As mentioned, the lenses of the lens array are arranged in such a way that each partial beam of the bundle of partial beams passes through a respective lens. It applies here that a partial beam passes through a lens on the first beam path and passes through another lens (preferably an adjacent lens) on the second beam path. However, it is essential that each partial beam passes through a different (own) lens on the way there, i.e. no lens is passed through by two partial beams on the way there. On the way back, each partial beam also passes through a different (own) lens, which is not identical to the lens through which it passed on the way there, but is preferably an adjacent lens.

Eine solche Anordnung ermöglicht eine Separation der Teilstrahlen in getrennte optische Kanäle. Jeder durch den Linsenarray bzw. die einzelnen Linsen hindurchtretende Teilstrahl wird von der jeweiligen Linse des Linsenarrays kollimiert auf dem ersten Strahlweg. Der Abstand zwischen der Fokussiereinheit und dem Linsenarray ist dahingehend ausgewählt, dass die Teilstrahlen nach Hindurchtreten durch den Linsenarray im Wesentlichen kollimiert sind. Nach Hindurchtreten der Teilstrahlen durch den Linsenarray propagieren die Teilstrahlen in den jeweiligen optischen Kanälen auf dem ersten Strahlweg bis zum Auftreffen auf die reflektive optische Funktionseinheit.Such an arrangement enables the partial beams to be separated into separate optical channels. Each partial beam passing through the lens array or the individual lenses is collimated by the respective lens of the lens array on the first beam path. The distance between the focusing unit and the lens array is selected such that the partial beams are essentially collimated after passing through the lens array. After the partial beams have passed through the lens array, the partial beams propagate in the respective optical channels on the first beam path until they impinge on the reflective optical functional unit.

Wie schon erwähnt ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die reflektive optische Funktionseinheit gebildet ist aus einem Array von reflektiven Mikroscannern. Der Array von reflektiven Mikroscannern kann eine laterale Anordnung von reflektiven Mikroscannern umfassen, die vorzugsweise in einer gemeinsamen Mikroscanner-Ebene angeordnet sind, wobei die Mikroscanner-Ebene senkrecht zum optischen Pfad bzw. zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit angeordnet ist. Die reflektiven Mikroscanner sind dabei derart angeordnet, dass jeweils ein Teilstrahl von jeweils einem Mikroscanner reflektiert wird. Der Einfallswinkel eines jeden Teilstrahls auf den jeweiligen reflektiven Mikroscanner entspricht dabei ungefähr dem eingangs erwähnten Winkel zwischen der Teilstrahlbündel-Achse und der Symmetrieachse der Fokussiereinheit. Entsprechend entspricht die Anzahl der reflektiven Mikroscanner der Anzahl der entlang des ersten Strahlwegs verlaufenden Teilstrahlen. Nach dem Auftreffen eines jeweiligen Teilstrahls auf einen reflektiven Mikroscanner wird der Teilstrahl an diesem Mikroscanner reflektiert.As already mentioned, it is provided according to the invention that the reflective optical functional unit is formed from an array of reflective microscanners. The array of reflective microscanners can include a lateral arrangement of reflective microscanners, which are preferably arranged in a common microscanner plane, the microscanner plane being arranged perpendicular to the optical path or to the axis of symmetry of the focusing unit. The reflective microscanners are arranged in such a way that a partial beam is reflected by a microscanner. The angle of incidence of each partial beam on the respective reflective microscanner corresponds approximately to the initially mentioned angle between the axis of the partial beam bundle and the axis of symmetry of the focusing unit. Correspondingly, the number of reflective microscanners corresponds to the number of partial beams running along the first beam path. After a respective partial beam impinges on a reflective microscanner, the partial beam is reflected on this microscanner.

Vorzugsweise ist ein jeder Mikroscanner dazu eingerichtet, eine Grundstellung sowie zumindest eine erste Ablenkstellung einzunehmen, wobei ein in der ersten Ablenkstellung befindlicher Mikroscanner dazu eingerichtet ist, einen auf den Mikroscanner auftreffenden Teilstrahl in Richtung des zweiten Strahlwegs abzulenken. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, eine zweite Ablenkstellung einzunehmen, wobei ein in der zweiten Ablenkstellung befindlicher Mikroscanner dazu eingerichtet ist, einen auf den Mikroscanner auftreffenden Teilstrahl aus dem optischen Pfad abzulenken. Sofern vorgesehen ist, dass die jeweiligen Mikroscanner zwei Ablenkstellungen einnehmen können, so kann es vorteilhaft sein, wenn die Ablenkung der jeweiligen Teilstrahlen in der ersten und zweiten Ablenkstellung der jeweiligen Mikroscanner entlang einer ersten und zweiten Raumrichtung erfolgt, wobei die erste und zweite Raumrichtung senkrecht zur Symmetrieachse der Fokussiereinheit verlaufen.Each microscanner is preferably set up to assume a basic position and at least one first deflection position, with a microscanner located in the first deflection position being set up to deflect a partial beam impinging on the microscanner in the direction of the second beam path. Provision can also be made for each microscanner to be set up to assume a second deflection position, with a microscanner located in the second deflection position being set up to deflect a partial beam impinging on the microscanner from the optical path. If it is provided that the respective microscanners can assume two deflection positions, it can be advantageous if the respective partial beams are deflected in the first and second deflection positions of the respective microscanners along a first and second spatial direction, with the first and second spatial direction perpendicular to the Run axis of symmetry of the focusing unit.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mit den jeweiligen Mikroscannern für den jeweiligen auf den Mikroscanner auftreffenden Teilstrahl ein Ablenkungswinkel flexibel und dynamisch einstellbar ist. Unter einer dynamischen Einstellung ist zu verstehen, dass jeder Mikroscanner ein eigenes Scanprogramm zugrunde legen kann, welches beispielsweise eine Vielzahl von Mikrovektoren (betreffend die Ausrichtung des Mikroscanners) umfasst. Die Einstellung der Mikroscanner kann dabei insbesondere elektro-mechanisch erfolgen, wobei die Einstellung der Ablenkungswinkel insbesondere über eine mit dem Array von Mikroscannern oder den einzelnen Mikroscannern verbundene Steuereinheit erfolgt.Furthermore, it can be provided that a deflection angle can be set flexibly and dynamically with the respective microscanners for the respective partial beam impinging on the microscanner. A dynamic setting means that each microscanner can be based on its own scan program, which includes, for example, a large number of microvectors (relating to the alignment of the microscanner). In this case, the microscanners can be adjusted in particular electromechanically, with the deflection angles being adjusted in particular via a control unit connected to the array of microscanners or the individual microscanners.

Unter Einsatz der Mikroscanner kann einem jeden Teilstrahl eine zusätzliche Winkelauslenkung hinzuaddiert werden, die nach Hindurchtreten der Teilstrahlen durch den Linsenarray auf dem zweiten Strahlweg zu einem Versatz des jeweiligen Fokuspunkts der Teilstrahlen in der genannten Ebene (gemeint ist die gemeinsame Fokusebene zwischen Linsenarray und Fokussiereinheit) führt. Folglich wirkt sich die mit den Mikroscannern induzierte Winkelauslenkung auf die Position der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen aus. Entsprechend können diese innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs positioniert und/oder bewegt werden.Using the microscanner, an additional angular deflection can be added to each partial beam, which, after the partial beams have passed through the lens array on the second beam path, leads to an offset of the respective focal point of the partial beams in the said plane (meaning the common focal plane between lens array and focusing unit). . Consequently, the angular deflection induced with the microscanners affects the position of the partial beams directed at the workpiece. Accordingly, they can be positioned and/or moved within a predetermined partial beam scanning area.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Linsenebene des Linsenarrays die gleiche Neigung aufweist wie die Mikroscanner-Ebene des Arrays von reflektiven Mikroscannern , und dass die Linsen oder Linsensysteme in der Linsenebene in der gleichen Anordnungssymmetrie, beispielsweise einer kartesischen Anordnung, angeordnet sind wie die Mikroscanner in der Mikroscanner-Ebene.According to a further embodiment it can be provided that the lens plane of the lens array has the same inclination as the microscanner plane of the array of reflective microscanners, and that the lenses or lens systems in the lens plane are arranged in the same arrangement symmetry, for example a Cartesian arrangement as the microscanners in the microscanner level.

Wie bereits erwähnt, propagieren die jeweiligen kollimierten Teilstrahlen im Anschluss an die Reflexion an den Mikroscannern entlang des zweiten Strahlwegs erneut zum Linsenarray. Die jeweiligen Teilstrahlen weisen nun - je nach Winkelauslenkung am reflektiven Array von Mikroscannern - eine zusätzliche Winkelauslenkung gegenüber einem Teilstrahl auf, der an einem Mikroscanner in Grundstellung reflektiert wird. Das Bündel kollimierter Teilstrahlen trifft wiederum auf den Linsenarray auf. Dabei durchläuft ein im wesentlichen kollimierter Teilstrahl genau eine Linse oder ein Linsensystem des Linsenarrays. Umgekehrt wird jede Linse oder jedes Linsensystem des Linsenarrays von genau einem Teilstrahl des am Array von Mikroscannern reflektierten Teilstrahlbündels durchdrungen. Auf dem ersten Strahlweg (d.h. vom Strahlweg von der Fokussierlinse bis zum Linsenarray) und dem zweiten Strahlweg (d.h. vom Strahlweg von dem Array aus Mikroscannern bis zum Linsenarray) durchdringt ein Teilstrahl somit den Linsenarray zweimal mit unterschiedlicher, insbesondere entgegengerichteter, Propagationsrichtung.As already mentioned, the respective collimated partial beams propagate again to the lens array along the second beam path following the reflection at the microscanners. Depending on the angular deflection on the reflective array of microscanners, the respective partial beams now have an additional angular deflection compared to a partial beam that is reflected on a microscanner in the basic position. The bundle of collimated partial beams in turn impinges on the lens array. In this case, an essentially collimated partial beam passes through exactly one lens or one lens system of the lens array. Conversely, each lens or each lens system of the lens array is penetrated by exactly one partial beam of the partial beam bundle reflected at the array of microscanners. On the first ray path (i.e. from the ray path from the focusing lens to the lens array) and the second ray path (i.e. from the ray path from the array from microscanners to the lens array), a partial beam thus penetrates the lens array twice with a different, in particular opposite, direction of propagation.

Wie schon erwähnt, kann es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft sein, dass die an dem Array von Mikroscannern reflektierten Teilstrahlen auf dem zweiten Strahlweg erneut durch den Linsenarray hindurchtreten, wobei ein jeweiliger Teilstrahl auf dem zweiten Strahlweg durch eine Linse des Linsenarrays hindurchtritt, die benachbart angeordnet ist zu einer Linse des Linsenarrays, durch welche der Teilstrahl auf dem ersten Strahlweg hindurchtritt. Die Teilstrahlen treten also auf dem ersten Strahlweg (dieser kann auch als Hinweg der Teilstrahlen zur reflektiven optischen Funktionseinheit bezeichnet werden) durch eine andere Linse des Linsenarrays hindurch als auf dem zweiten Strahlweg (dieser kann auch als Rückweg der Teilstrahlen von der reflektiven optischen Funktionseinheit bezeichnet werden). Vorzugsweise sind die von einem einzelnen Teilstrahl auf dem ersten und zweiten Strahlweg durchlaufenen Linsen benachbart angeordnet. Erst dadurch wird bei sonst telezentrischer Anordnung eine Auftrennung der Kanäle in unterschiedliche Raumrichtungen im Hin- und Rückweg vom Array von Mikroscannern ermöglicht. Unter „benachbart“ kann in diesem Zusammenhang eine unmittelbar benachbarte (Linsen sind z.B. nebeneinander oder übereinander angeordnet) Anordnung der Linsen verstanden werden, jedoch auch eine nicht unmittelbar benachbarte Anordnung verstanden werden (d.h. die Linsen liegen nicht unmittelbar nebeneinander, übereinander etc.).As already mentioned, it can be advantageous within the scope of the invention that the partial beams reflected on the array of microscanners pass through the lens array again on the second beam path, with a respective partial beam on the second beam path passing through a lens of the lens array that is arranged adjacent is to a lens of the lens array, through which the partial beam passes on the first beam path. The partial beams therefore pass through a different lens of the lens array on the first beam path (this can also be referred to as the outward path of the partial beams to the reflective optical functional unit) than on the second beam path (this can also be referred to as the return path of the partial beams from the reflective optical functional unit ). Preferably, the lenses traversed by a single sub-beam on the first and second beam paths are arranged adjacent to one another. Only in this way is it possible to separate the channels into different spatial directions on the outward and return path from the array of microscanners in an otherwise telecentric arrangement. In this context, "adjacent" can be understood to mean an immediately adjacent (lenses are arranged, for example, next to one another or one above the other) arrangement of the lenses, but also an arrangement that is not immediately adjacent (i.e. the lenses are not directly next to one another, one above the other, etc.).

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Array von Mikroscannern ein Array von Mikrospiegeln oder MEMS-Spiegeln/MEMS-Scannern ist, wobei ein jeder Mikroscanner dazu eingerichtet ist, einen darauf auftreffenden Teilstrahlen in zwei Koordinatenrichtungen abzulenken. Unter einer Koordinatenrichtung kann eine Richtung (z.B. eine vertikale oder horizontale) in einer im Raum aufgespannten Ebene zu verstehen sein. Im Falle eines Arrays von einen Mikrospiegeln handelt es sich um eine DMD Anordnung. Das Akronym MEMS steht dabei bekanntlich für mikro-elektro-mechanische-Systeme. Das Akronym DMD bezeichnet einen „digital micromirror device“. Beide Bauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle auf das allgemeine Fachwissen verwiesen sei. MEMS Spiegel bestehen aus einem einzelnen Spiegelsubstrat und können entweder resonant oder quasi-statisch betrieben werden. Bei derartigen Spiegeln handelt es sich um zweidimensionale Elemente zur Strahlungsablenkung. Mögliche Scan-Frequenzen reichen von 0.1 kHz bis 50 kHz. Die in dem Array von Mikroscannern angeordneten Mikroscanner (Mikrospiegel oder MEMS Spiegel) können über die Steuereinheit einzeln angesteuert und verkippt bzw. bewegt werden, um somit jeden Teilstrahl individuell ablenken bzw. mit einem zusätzlichen Ablenkungswinkel beaufschlagen zu können.According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the array of microscanners is an array of micromirrors or MEMS mirrors/MEMS scanners, each microscanner being set up to deflect a partial beam impinging on it in two coordinate directions. A coordinate direction can be understood as a direction (e.g. vertical or horizontal) in a plane spanned in space. In the case of an array of micromirrors, it is a DMD arrangement. As is well known, the acronym MEMS stands for micro-electro-mechanical systems. The acronym DMD designates a "digital micromirror device". Both components are known from the prior art, which is why reference is made to general specialist knowledge at this point. MEMS mirrors consist of a single mirror substrate and can be operated either resonantly or quasi-statically. Such mirrors are two-dimensional elements for deflecting radiation. Possible scan frequencies range from 0.1 kHz to 50 kHz. The microscanners (micromirrors or MEMS mirrors) arranged in the array of microscanners can be individually controlled and tilted or moved via the control unit in order to be able to deflect each partial beam individually or apply an additional deflection angle.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Mikroscanner zumindest teilweise mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sind. Im Vergleich zu einer metallischen Oberfläche wird mit einer dielektrischen Beschichtung vermieden, dass sich der Mikroscanner im Wege einer Restabsorption der auf den Mikroscanner auftreffenden Laserstrahlung aufheizt. Es kann vorgesehen sein, jeden Mikroscanner vollständig dielektrisch zu beschichten, oder nur partiell.According to a further advantageous embodiment, it can be provided that the microscanners are at least partially provided with a dielectric coating. In comparison to a metallic surface, a dielectric coating prevents the microscanner from heating up as a result of residual absorption of the laser radiation impinging on the microscanner. Provision can be made for each microscanner to be completely dielectrically coated, or only partially.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Teilstrahlen auf dem zweiten Strahlweg als Bündel von Teilstrahlen erneut durch die Fokussiereinheit hindurchtreten, wobei die Teilstrahlbündel-Achse vor dem Auftreffen der Teilstrahlen auf die Fokussiereinheit auf dem zweiten Strahlweg in Bezug zu der entlang des optischen Pfads verlaufenden Symmetrieachse der Fokussiereinheit versetzt und/oder verkippt ist.According to a further advantageous embodiment, it can be provided that the partial beams on the second beam path pass through the focusing unit again as a bundle of partial beams, with the partial beam bundle axis before the partial beams impinge on the focusing unit on the second beam path in relation to that along the optical Path running axis of symmetry of the focusing unit is offset and / or tilted.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Strahlselektionseinheit, insbesondere in Form eines Arrays von Aperturblenden, vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen, vorzugsweise auf dem zweiten Strahlweg, aus dem optischen Pfad abzuleiten, z.B. zu reflektieren, oder zu absorbieren, so dass die abgelenkten Teilstrahlen nicht auf dem Werkstück auftreffen, wobei die Strahlselektionseinheit in Bezug auf den Strahlengang vorzugsweise nachgeordnet zur reflektiven optischen Funktionseinheit angeordnet ist. Gleichsam kann die Aperturblende auch zwischen dem Array von Mikroscannern und dem Linsenarray angeordnet sein. Bei Ausbildung der Strahlselektionseinheit in Form eines Arrays von Aperturblenden, ist der Array von Aperturblenden derart gestaltet, dass ein Teilstrahl für einen bestimmten über einen Mikroscanner eingestellten Ablenkwinkel des Teilstrahls auf die Aperturblende trifft und von dieser absorbiert wird, oder in einen Beam-Dump reflektiert wird. Für andere Ablenkwinkel propagiert der Teilstrahl ungehindert durch die Aperturblende.According to a further advantageous embodiment, a beam selection unit, in particular in the form of an array of aperture stops, can be provided, which is set up to derive, eg reflect or absorb, a predetermined number of partial beams from the optical path, preferably on the second beam path , so that the deflected partial beams do not impinge on the workpiece, wherein the beam selection unit is preferably arranged downstream of the reflective optical functional unit with respect to the beam path. Equally, the aperture stop can also be arranged between the array of microscanners and the lens array. If the beam selection unit is designed in the form of an array of aperture diaphragms, the array of aperture diaphragms is designed in such a way that a partial beam hits the aperture diaphragm for a specific deflection angle of the partial beam set via a microscanner and is absorbed by it, or is reflected in a beam dump . For other deflection angles, the partial beam propagates unhindered through the aperture stop.

Über das Zusammenwirken der reflektiven optischen Funktionseinheit und der Strahlselektionseinheit kann die Anzahl der auf das Werkstück auftreffenden Teilstrahlen flexibel eingestellt werden. Dies bezieht sich nicht nur auf die Anzahl der Teilstrahlen, sondern auch auf deren räumliche Auswahl bezogen auf ein von der Strahlteilungseinheit bereitgestelltes zweidimensionales Teilstrahlbündel. Aus letzterem können die Teilstrahlen in beliebiger Kombination bzgl. ihrer Position ausgewählt und der o.g. ersten oder der zweiten Anzahl der Teilstrahlen zugeordnet werden.The number of partial beams impinging on the workpiece can be set flexibly via the interaction of the reflective optical functional unit and the beam selection unit. This relates not only to the number of partial beams, but also to their spatial selection in relation to a two-dimensional partial beam bundle provided by the beam splitting unit. From the latter, the partial beams can be in any com bination with respect to their position and assigned to the above first or second number of partial beams.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlselektionseinheit reflektiv ausgebildet ist, insbesondere als Mikrospiegel oder MEMS-Spiegel. Dabei können einzelne Teilstrahlen von den jeweiligen Mikroscannern in Richtung der reflektiv ausgebildeten Strahlselektionseinheit abgelenkt werden. Weiterhin kann die Strahlselektionseinheit dahingehend ausgebildet sein, dass sie einen festen Array von Spiegeln oder Mikrospiegeln umfasst, die eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen (auch einen bestimmten Teilstrahl) in einen Beam-Dump zu leiten. Gleichsam kann auch der Array von Mikroscannern bzw. ein jeder Mikroscanner als Strahlselektionseinheit wirken (durch Ablenken von Teilstrahlen aus dem optischen Pfad in Richtung eines Nebenpfads). Auch kann die Strahlselektionseinheit einen Array von Mikrospiegeln oder MEMS-Spiegeln umfassen. Die in der Strahlselektionseinheit angeordneten Spiegel können über eine Steuereinheit einzeln angesteuert und verkippt bzw. bewegt werden, um somit jeden Teilstrahl individuell ablenken zu können. Wie schon erwähnt, kann eine erste Anzahl der Teilstrahlen entlang des optisches Pfads in Richtung des Werkstücks weitergeleitet bzw. abgelenkt werden, oder aber aus dem optischen Pfad entfernt bzw. abgelenkt werden (die aus dem optischen Pfad abgelenkten Teilstrahlen treffen nicht auf das Werkstück auf).According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the beam selection unit is designed to be reflective, in particular as a micromirror or MEMS mirror. In this case, individual partial beams can be deflected by the respective microscanners in the direction of the reflective beam selection unit. Furthermore, the beam selection unit can be designed in such a way that it comprises a fixed array of mirrors or micromirrors, which direct a predetermined number of partial beams (also a specific partial beam) into a beam dump. At the same time, the array of microscanners or each microscanner can also act as a beam selection unit (by deflecting partial beams from the optical path in the direction of a secondary path). The beam selection unit can also comprise an array of micromirrors or MEMS mirrors. The mirrors arranged in the beam selection unit can be controlled and tilted or moved individually via a control unit in order to be able to deflect each partial beam individually. As already mentioned, a first number of the partial beams can be forwarded or deflected along the optical path in the direction of the workpiece, or removed from the optical path or deflected (the partial beams deflected from the optical path do not impinge on the workpiece) .

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die in der Strahlselektionseinheit angeordneten Spiegel zumindest teilweise mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sind. Im Vergleich zu einer metallischen Oberfläche wird mit einer dielektrischen Beschichtung vermieden, dass sich der Spiegel im Wege einer Restabsorption der auf den Spiegel auftreffenden Laserstrahlung aufheizt. Es kann vorgesehen sein, jeden Spiegel vollständig dielektrisch zu beschichten, oder nur partiell.According to a further advantageous embodiment, it can be provided that the mirrors arranged in the beam selection unit are at least partially provided with a dielectric coating. Compared to a metallic surface, a dielectric coating prevents the mirror from heating up due to residual absorption of the laser radiation hitting the mirror. Provision can be made for each mirror to be completely dielectrically coated, or only partially.

Wie bereits vorangehend beschrieben, kann die Strahlselektionseinheit in einer alternativen Ausführung auch transmissiv bzw. absorptiv ausgebildet sein, insbesondere als zumindest ein auf einem Chip angeordnetes Blockierelement. As already described above, in an alternative embodiment, the beam selection unit can also be designed to be transmissive or absorptive, in particular as at least one blocking element arranged on a chip.

Derartige Chips sind jedoch auf dem Markt frei erhältlich (siehe beispielsweise https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). Das genannte Blockierelement ist dabei innerhalb einer Chipebene zumindest von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar. In der ersten Stellung ist dabei eine Transmission (also ein Hindurchtreten) eines auf das Blockierelement auftreffenden Teilstrahls ermöglicht. In der zweiten Stellung hingegen ist ein Hindurchtreten eines auf das Blockierelement auftreffenden Teilstrahls verwehrt (Absorption). Das Umschalten des Blockierelements kann über die Steuereinheit kontrolliert werden, entsprechend eignet sich auch ein derartiger Chip (oder ein Array derartiger Chips) zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Eine solche Blockiereinheit kann für einen oder mehrere Teilstrahlen vorgesehen sein, und zwischen der Fokussiereinheit und dem Linsenarray oder zwischen dem Linsenarray und dem Array von Mikroscannern angeordnet sein.However, such chips are freely available on the market (see for example https://www.preciseley.com/mems-optical-shutter.html). Said blocking element can be moved within a chip plane at least from a first to a second position. In the first position, transmission (that is, passage) of a partial beam impinging on the blocking element is made possible. In the second position, on the other hand, a partial beam impinging on the blocking element is prevented from passing through (absorption). The switching of the blocking element can be controlled via the control unit, and accordingly such a chip (or an array of such chips) is also suitable for use with the present invention. Such a blocking unit can be provided for one or more partial beams and can be arranged between the focusing unit and the lens array or between the lens array and the array of microscanners.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Laserstrahlungsquelle und der Strahlteilungseinheit ein Strahlformungselement angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, eine gaußförmige Intensitätsverteilung des Laserstrahls in eine davon abweichende Intensitätsverteilung umzuwandeln, insbesondere in eine Top-Hat Intensitätsverteilung oder eine ringförmige Intensitätsverteilung.According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a beam-shaping element is arranged between the laser radiation source and the beam splitting unit, which is set up to convert a Gaussian intensity distribution of the laser beam into an intensity distribution that deviates therefrom, in particular into a top-hat intensity distribution or an annular one intensity distribution.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlteilungseinheit dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in ein Bündel von Teilstrahlen aufzuteilen, wobei die Teilstrahlen vorzugsweise (im Winkelraum) äquidistante Abstände aufweisen. Auch können die Teilstrahlen von der Strahlteilungseinheit in ein hexagonales Bündel geteilt werden, in einem Querschnitt sind die Teilstrahlen also in einer hexagonalen Verteilung angeordnet. Ein derart bereitgestellter Versatz der Teilstrahlen kann durch Hinzuaddieren einer über die reflektive optische Steuereinheit, insbesondere den Array von Mikroscannern, Winkelauslenkung verändert werden. Die für jeden Teilstrahl über die jeweiligen Mikroscanner (insbesondere MEMS Spiegel) einstellbare Winkelauslenkung führt zu einem zusätzlichen Strahlversatz eines jeweilig manipulierten Teilstrahls auf dem Werkstück, nämlich zu einer Positionsverschiebung innerhalb des jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichs.According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the beam splitting unit is set up to split the laser beam into a bundle of partial beams, the partial beams preferably being equidistantly spaced (in angular space). The partial beams can also be divided into a hexagonal bundle by the beam splitting unit, ie the partial beams are arranged in a hexagonal distribution in a cross section. An offset of the partial beams that is provided in this way can be changed by adding an angular deflection via the reflective optical control unit, in particular the array of microscanners. The angular deflection that can be set for each partial beam via the respective microscanner (in particular MEMS mirror) leads to an additional beam offset of a respectively manipulated partial beam on the workpiece, namely to a position shift within the respective partial beam scanning area.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, anhand vorgegebener Daten einen Bearbeitungsweg für eine Grob-Positionierung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen durch eine Positionierung des Master-Scanbereichs an verschiedenen Stellen des Werkstücks zu ermitteln, wobei die Steuereinheit mit der Strahlpositionierungseinheit steuerungstechnisch verbunden ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, a control unit can be provided which is set up to use predefined data to determine a processing path for a rough positioning of the partial beams directed onto the workpiece by positioning the master scanning area at different points on the workpiece, wherein the control unit is connected in terms of control technology to the beam positioning unit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit weiterhin steuerungstechnisch mit der optischen Steuereinheit, insbesondere mit dem Array von Mikroscannern, und der Strahlselektionseinheit verbunden ist.According to a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the control unit continues to be control-technically connected to the optical control unit, in particular to the Array of microscanners, and the beam selection unit is connected.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, für die verschiedenen Stellen des Master-Scanbereichs auf dem Werkstück jeweils

  1. a. eine erste Anzahl und räumliche Anordnung der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen zu ermitteln;
  2. b. eine zweite Anzahl und räumliche Anordnung der aus dem optischen Pfad abzuleitenden oder zu absorbierenden Teilstrahlen zu ermitteln;
  3. c. die Ableitung bzw. Absorption der gemäß Schritt b. ermittelten Anzahl und räumlichen Anordnung von Teilstrahlen zu veranlassen;
  4. d. für jeden der auf das Werkstück zu richtenden Teilstrahlen innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs des jeweiligen Teilstrahls eine Position zu ermitteln und über eine entsprechende Auslenkung des dem jeweiligen Teilstrahl zugeordneten Mikroscanners des Arrays von Mikroscannern einzustellen und/oder für eine vorgegebene Anzahl an Teilstrahlen einen Scanpfad zu ermitteln und eine Scanbewegung der jeweiligen Teilstrahlen durch Ansteuern der den jeweiligen Teilstrahlen zugeordneten Mikroscanner auszuführen.
According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the control unit is set up for the various points of the master scan area on the workpiece
  1. a. to determine a first number and spatial arrangement of the partial beams directed onto the workpiece;
  2. b. to determine a second number and spatial arrangement of the partial beams to be derived or absorbed from the optical path;
  3. c. the derivation or absorption according to step b. determined number and spatial arrangement of partial beams;
  4. i.e. to determine a position for each of the partial beams to be directed onto the workpiece within the specified partial beam scanning range of the respective partial beam and to adjust it via a corresponding deflection of the microscanner of the array of microscanners assigned to the respective partial beam and/or to create a scan path for a specified number of partial beams determine and carry out a scanning movement of the respective partial beams by controlling the microscanner assigned to the respective partial beams.

Die unter den voranstehenden Ziffern a. und b. beschriebenen Bedingungen definieren die Gestalt eines zur Bearbeitung an einer bestimmten Position benötigten zweidimensionalen Spotarrays. Die Zahl der auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen bzw. der darauf abgebildeten Laserspots, sowie die räumliche Anordnung oder Verteilung der Laserspots, hängt insbesondere von der Anzahl der Bearbeitungsstellen auf dem Werkstück bzw. deren zweidimensionaler räumlicher Verteilung ab. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die optische Steuereinheit und/oder die Strahlselektionseinheit anzusteuern. Nur so kann die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß den unter a. bis c. beschriebenen Bedingungen betrieben werden. Über die Steuereinheit kann beispielsweise veranlasst werden, dass über einen der optischen Steuereinheit zugehörigen Mikroscanner, insbesondere die Justierung einer Stellung des Mikroscanners, ein Teilstrahl in Richtung einer Strahlselektionseinheit abgelenkt wird. Gleichsam kann auch die Strahlselektionseinheit von der Steuereinheit dahingehend angesteuert werden, dass ein Teilstrahl aus dem Strahlengang abgelenkt, absorbiert oder anderweitig entfernt wird, beispielsweise durch Einblenden einer Blende oder einer Strahlfalle in den Strahlengang eines an der reflektiven optischen Funktionseinheit reflektierten Teilstrahls.The under the preceding numbers a. and b. The conditions described define the shape of a two-dimensional spot array required for processing at a specific position. The number of partial beams directed onto the workpiece or the laser spots imaged thereon, as well as the spatial arrangement or distribution of the laser spots, depends in particular on the number of processing points on the workpiece or their two-dimensional spatial distribution. For this purpose, the control unit can be set up to control the optical control unit and/or the beam selection unit. Only in this way can the laser processing device according to the under a. to c. described conditions are operated. For example, the control unit can be used to cause a partial beam to be deflected in the direction of a beam selection unit via a microscanner associated with the optical control unit, in particular by adjusting a position of the microscanner. Likewise, the beam selection unit can also be controlled by the control unit in such a way that a partial beam is deflected from the beam path, absorbed or otherwise removed, for example by inserting an aperture or a beam trap into the beam path of a partial beam reflected on the reflective optical functional unit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Strahlteilungseinheit, die reflektive optische Funktionseinheit und die Strahlpositionierungseinheit anzusteuern. Je nach Bearbeitungsaufgabe und der benötigten Anzahl an einer bestimmten Stelle des Werkstücks auf dieses zu richtenden Teilstrahlen, wird über die Steuereinheit eine entsprechende Ansteuerung der Strahlteilungseinheit, der reflektiven optischen Funktionseinheit, insbesondere jedes einzelnen Mikroscanners und der Strahlpositionierungseinheit vorgenommen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinheit zudem befähigt, eine mit einer Werkstückaufnahme verbundene Positionierungseinheit (z.B. einen xy-Tisch) zu positionieren und/oder zu bewegen.According to a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the control unit is set up to control the beam splitting unit, the reflective optical functional unit and the beam positioning unit. Depending on the processing task and the required number of partial beams to be directed at a certain point on the workpiece, the control unit controls the beam splitting unit, the reflective optical functional unit, in particular each individual microscanner and the beam positioning unit. Alternatively or additionally, the control unit is also able to position and/or move a positioning unit (e.g. an xy table) connected to a workpiece holder.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine in Bezug zu dem zweiten Strahlweg nachgelagert zu der Strahlpositionierungseinheit angeordnete Fokussieroptik vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die (auf das Werkstück gerichteten) Teilstrahlen unter Ausbildung von Laserspots auf das Werkstück zu fokussieren. Beispielsweise kann die Fokussieroptik als Linse ausgebildet sein, bevorzugt als F-Theta-Linse, die auch als Planfeldlinse bezeichnet wird. Auch eine F-Sin(theta) korrigierte Linse kann als Fokussieroptik zum Einsatz kommen. Dabei ist unter einer Linse in diesem Zusammenhang auch ein aus mehreren Linsen zusammengesetztes komplexes Linsensystem zu verstehen. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung eignet sich ferner dazu etwaige Verzeichnungsfehler der F-theta Linse durch entsprechende Positionierung der Teilstrahlen zu kompensieren.According to a further embodiment of the invention, focusing optics arranged downstream of the beam positioning unit in relation to the second beam path can be provided, which are set up to focus the partial beams (directed onto the workpiece) to form laser spots on the workpiece. For example, the focusing optics can be designed as a lens, preferably as an F-Theta lens, which is also referred to as a plane field lens. An F-Sin(theta) corrected lens can also be used as focusing optics. In this context, a lens is also to be understood as meaning a complex lens system composed of a plurality of lenses. The laser processing device according to the invention is also suitable for compensating for any distortion errors of the f-theta lens by appropriate positioning of the partial beams.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung kann eine Laserstrahlungsquelle aufweisen, mit der ein gepulster Laserstrahl erzeugt werden kann. Typische Pulswiederholraten liegen dabei im Bereich zwischen einigen Hertz bis einigen Megahertz. Für eine hochqualitative Materialbearbeitung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Pulsdauer weniger als 100 ns beträgt, bevorzugt weniger als 10 ns, insbesondere weniger als 1 ns. In diesem Pulsdauerbereich überwiegen bei der Materialbearbeitung thermisch bedingte Effekte. Die Pulse können dabei mit mittleren Leistungen von mehr als 10 W, sogar mehr als 40 W appliziert werden. Pro Teilstrahl können je nach Anwendung mittlere Leistungen von wenigen 50 - 500 mW aber auch mittlere Leistungen von 10-50 W vorliegen.The laser machining device proposed with the invention can have a laser radiation source with which a pulsed laser beam can be generated. Typical pulse repetition rates are in the range between a few Hertz and a few Megahertz. For high-quality material processing, it has proven to be advantageous if the pulse duration is less than 100 ns, preferably less than 10 ns, in particular less than 1 ns. In this pulse duration range, thermally induced effects predominate during material processing. The pulses can be applied with average powers of more than 10 W, even more than 40 W. Depending on the application, average powers of a few 50 - 500 mW but also average powers of 10-50 W can be present per partial beam.

Wird gepulste Laserstrahlung mit einer kürzeren Pulsdauer eingesetzt, so gewinnen Effekte an Einfluss, die mit der Deposition vergleichbar sehr hoher Energiemengen in sehr kurzer Zeit einhergehen, d.h. mit hohen Peakleistungen. Bei diesen Effekten kann es sich insbesondere um Sublimationseffekte handeln, bei denen das Material des Werkstücks schlagartig lokal verdampft, d.h. solche Effekte, bei denen anstelle einer Materialumlagerung ein Materialabtrag erfolgt. Hier hat sich der Einsatz von gepulster Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ps, insbesondere bevorzugt weniger als 10 ps und ganz besonders bevorzugt weniger als 1 ps als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere Pulsdauern im Bereich von einigen Hundert Femtosekunden bis zu etwa 10 ps lassen einen gezielten Materialabtrag durch Sublimation zu. Typische Pulswiederholraten liegen zwischen 50 und 2000 Hz. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Pulsenergien können im Bereich von 5 bis 5000 µJ für den Laserstrahl vor der Strahlteilung betragen.If pulsed laser radiation with a shorter pulse duration is used, effects that are associated with the deposition of comparably high amounts of energy in a very short time, ie with high peak powers, gain in influence. With these Effects can be, in particular, sublimation effects in which the material of the workpiece abruptly vaporizes locally, ie effects in which material is removed instead of being redistributed. The use of pulsed laser radiation with a pulse duration of less than 100 ps, particularly preferably less than 10 ps and very particularly preferably less than 1 ps has proven to be advantageous here. In particular, pulse durations in the range of a few hundred femtoseconds up to around 10 ps allow targeted material removal by sublimation. Typical pulse repetition rates are between 50 and 2000 Hz. The pulse energies used within the scope of the present invention can be in the range from 5 to 5000 μJ for the laser beam before beam splitting.

Zukünftig zur Verfügung stehende Laserstrahlungsquellen mit noch kürzeren Pulsdauern sind ebenfalls vorteilhaft im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar.Laser radiation sources with even shorter pulse durations that will be available in the future can also be used advantageously in connection with the laser processing device according to the invention or the method according to the invention.

Allerdings kann auch die Verwendung von gepulster Laserstrahlung mit noch längeren Pulsdauern als den vorstehend genannten 100 ns sinnvoll sein, beispielsweise wenn bestimmte Wellenlängen für die Bearbeitungsaufgabe erforderlich sind, oder eine langsamere Energiedeposition vorteilhaft ist, beispielsweise um eine gezielte lokale Erwärmung zur Initiation einer lokalen Bearbeitungsreaktion, die auch chemischer Natur sein kann, wie das Auslösen einer Polymerisationsreaktion, zu erzielen und gleichzeitig einen vorzeitigen Materialabtrag zu vermeiden.However, the use of pulsed laser radiation with pulse durations even longer than the 100 ns mentioned above can also be useful, for example if certain wavelengths are required for the processing task, or if slower energy deposition is advantageous, for example to achieve targeted local heating to initiate a local processing reaction, which can also be of a chemical nature, such as triggering a polymerization reaction, while at the same time avoiding premature material removal.

Die vorliegende Erfindung ist zwar nicht auf die Verwendung eines Lasers mit einer bestimmten Wellenlänge beschränkt, vorteilhaft ist bei Reparaturprozessen von Fehlstellen allerdings die Verwendung eines UV-Lasers als Laserstrahlungsquelle, wobei die Laserstrahlungsquelle vorzugsweise einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 355 nm, 343 nm, 266 nm oder 257 nm erzeugt. Bei der ablatierenden Bearbeitung eines Werkstücks mit einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung kann die Wellenlänge dahingehend ausgewählt werden, dass Laserstrahlung von dem zu ablatierenden Material absorbiert wird. Laserstrahlung mit Wellenlängen im Nahinfrarot und VIS Bereich ist für Reparaturprozesse weniger geeignet, es sei denn man verwendet kurze Pulsdauern im piko- und femtosekunden-Bereich. Bevorzugt ist die Laserstrahlungsquelle dazu eingerichtet, monochromatische Laserstrahlung zu erzeugen. Je nach Bearbeitungsaufgabe können aber auch breitbandige Laserstrahlungsquellen vorteilhaft sein. Für die ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasste Applikation der Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. des Verfahrens beim Laserbohren ist die Verwendung von IR- (insbesondere 1030 nm, 1064 nm) Lasern und VIS- (515 nm, 532 nm) Lasern vorteilhaft.Although the present invention is not limited to the use of a laser with a specific wavelength, it is advantageous to use a UV laser as the laser radiation source in repair processes for defects, with the laser radiation source preferably being a laser beam with a wavelength of 355 nm, 343 nm, 266 nm nm or 257 nm generated. In the ablating processing of a workpiece with a laser processing device according to the invention, the wavelength can be selected such that the laser radiation is absorbed by the material to be ablated. Laser radiation with wavelengths in the near infrared and VIS range is less suitable for repair processes unless short pulse durations in the picosecond and femtosecond range are used. The laser radiation source is preferably set up to generate monochromatic laser radiation. Depending on the processing task, however, broadband laser radiation sources can also be advantageous. The use of IR (in particular 1030 nm, 1064 nm) lasers and VIS (515 nm, 532 nm) lasers is advantageous for the application of the laser processing device or the method in laser drilling, which is also covered by the present invention.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann zwischen der Strahlteilungseinheit und der Fokussiereinheit eine Maske angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist, Teilstrahlen von höherer oder unerwünschter Ordnung herauszufiltern. Auch kann die Maske dazu vorgesehen und eingerichtet sein, ungebeugte Anteile der Laserstrahlung herauszufiltern.According to a further embodiment of the present invention, a mask can be arranged between the beam splitting unit and the focusing unit, which mask is set up to filter out partial beams of a higher or undesired order. The mask can also be provided and set up to filter out non-diffracted portions of the laser radiation.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung kann die Laserbearbeitungsvorrichtung ein Lambda-Viertel-Verzögerungselement aufweisen. Dieses Verzögerungselement erlaubt die Anpassung der Polarisationsrichtung der erzeugten Laserstrahlung, beispielsweise von linearer Polarisation zu zirkularer Polarisation.According to a further advantageous embodiment of the laser processing device according to the invention, the laser processing device can have a quarter-wave delay element. This delay element allows the polarization direction of the generated laser radiation to be adjusted, for example from linear polarization to circular polarization.

Mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. im Wege des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf einem zu bearbeitenden Werkstück durch die auf das Werkstück gerichteten Teilstrahlen ein Array von Bearbeitungspunkten (Foki) ausgebildet werden, die eine identische z-Fokuslage aufweisen. Die Positionen der einzelnen Bearbeitungspunkte (Teilstrahlen bzw. der zugehörigen Laserspots) aus dem Array der Bearbeitungspunkte weist dabei eine Grundordnung auf, die durch die Winkelverteilung der Strahlteilungseinheit vorbestimmt ist. Durch die Möglichkeit der individuellen Ablenkung jedes Teilstrahls mittels des Arrays von Mikroscannern kann ein jeder Bearbeitungspunkt in einem gewissen Bereich (dem Teilstrahl-Scanbereich) über das Werkstück bewegt bzw. positioniert werden. Der Teilstrahl-Scanbereich jedes Teilstrahls ist dabei (aufgrund der telezentrischen Strahlführung) prinzipbedingt immer kleiner als der Abstand zwischen zwei Bearbeitungspunkten. Im Gegensatz dazu können die Teilstrahl-Scanbereiche bei nicht-telezentrischer Strahlführung auf dem Werkstück überlappen. Weiterhin kann über die Ablenkung eines Teilstrahls in die Strahlselektionseinheit ein bestimmter Bearbeitungspunkt komplett ausgeblendet werden. Somit ergibt sich eine flexible Anordnung von Laserspots auf dem Werkstück.With the laser processing device according to the invention or by means of the method according to the invention, an array of processing points (foci) which have an identical z-focus position can be formed on a workpiece to be processed by the partial beams directed onto the workpiece. The positions of the individual processing points (partial beams or the associated laser spots) from the array of processing points have a basic order that is predetermined by the angular distribution of the beam splitting unit. Due to the possibility of individually deflecting each partial beam by means of the array of microscanners, each processing point can be moved or positioned over the workpiece in a certain area (the partial beam scanning area). Due to the principle of the telecentric beam guidance, the partial beam scanning area of each partial beam is always smaller than the distance between two processing points. In contrast to this, the partial beam scan areas can overlap with non-telecentric beam guidance on the workpiece. Furthermore, a specific processing point can be completely hidden by deflecting a partial beam into the beam selection unit. This results in a flexible arrangement of laser spots on the workpiece.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jene der Laserbearbeitungsvorrichtung zugehörigen Bauelemente, insbesondere die Strahlteilungseinheit, die Fokussiereinheit, der Linsenarray und der Array von Mikroscannern, in Bezug auf ihre Beabstandung und Brennweiten dahingehend angeordnet bzw. ausgebildet sind, dass eine in der Strahlteilungseinheit vorliegende Strahlteilungsebene auf die einzelnen Mikroscanner abgebildet wird und weiterhin die Mikroscanner-Ebene in einer gemeinsamen Ebene abgebildet wird, wobei sich einzelne, den Teilstrahlen zugeordnete optische Kanäle - auch bei Änderung einer individuell eingestellten Teilstrahlrichtung - in einem Kreuzungspunkt in der Ebene kreuzen.According to a further embodiment of the invention, it can be provided that those components associated with the laser processing device, in particular the beam splitting unit, the focusing unit, the lens array and the array of microscanners, are arranged or designed with regard to their spacing and focal lengths such that a Beam splitting unit present beam splitting level is mapped to the individual microscanner and continue the micro scanner plane is imaged in a common plane, with individual optical channels assigned to the partial beams intersecting at a crossing point in the plane, even if an individually set partial beam direction is changed.

Nach einer weiteren Ausgestaltung einer mit der Erfindung vorgeschlagenen Laserbearbeitungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Strahlpositionierungseinheit und/oder die Fokussieroptik dahingehend angeordnet ist/sind, dass die Eintrittspupille der Fokussieroptik in dem Kreuzungspunkt oder einem Kreuzungsbereich der Teilstrahlen angeordnet ist. Jener Ort, an welchem die Teilstrahlen (idealerweise) zusammenlaufen (Kreuzungspunkt) ist der ideale Ort, um die Eintrittspupille der Fokussieroptik, insbesondere des F-theta Objektivs, zu wählen. Anstelle eines definierten Kreuzungspunktes kann sich die Teilstrahlen aber auch über einen sich im Raum erstreckenden Kreuzungsbereich erstrecken.According to a further embodiment of a laser processing device proposed with the invention, it can be provided that the beam positioning unit and/or the focusing optics is/are arranged in such a way that the entrance pupil of the focusing optics is arranged at the crossing point or a crossing region of the partial beams. The place where the partial beams (ideally) converge (point of intersection) is the ideal place to choose the entrance pupil of the focusing optics, especially the F-theta lens. Instead of a defined crossing point, however, the partial beams can also extend over a spatially extending crossing area.

In einer weiteren Alternative der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die optische Funktionseinheit einen Treppenspiegel umfasst, der anstelle oder in Kombination mit der Fokussiereinheit vorgesehen ist, wobei der Treppenspiegel dazu eingerichtet ist, eine zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen verkippte Fokusebene zu erzeugen. Durch einen Treppenspiegel im konvergenten (oder divergenten) Strahlengang kann ein Bündel aus Teilstrahlen so umgelenkt werden, dass die Ebene der Foki einen Winkel zur (parallelen) Ausbreitungsrichtung aufweisen. Damit lässt sich die Funktion der Fokussiereinheit mit versetztem Bündel auch über einen Treppenspiegel lösen. Die Abstände der einzelnen Foki der Teilstrahlen können dabei skaliert werden, ohne den spektralen Fehler der Teilstrahlen zu erhöhen. Der Aufbau des Treppenspiegels ist dabei so gestaltet, dass die einzelnen Spiegelfacetten parallel zueinander, aber nicht in einer Ebene liegen. Dies erlaubt auch für ein telezentrisches Bündel aus Teilstrahlen die Bündel in einer Ebene zu fokussieren, die einen von der Senkrechten abweichenden Winkel zur Ausbreitungsrichtung der Bündel aufweist. Für eine zweidimensionale Anordnung an Laserteilstrahlen sind für jeden Teilstrahl zwei zueinander unter einem Winkel angeordnete Umlenkungen durch die Facetten eines Treppenspiegels erforderlich.In a further alternative of the invention, it can be advantageous that the optical functional unit comprises a staircase mirror, which is provided instead of or in combination with the focusing unit, the staircase mirror being set up to generate a focal plane tilted to the propagation direction of the partial beams. A bundle of partial beams can be deflected by a stair mirror in the convergent (or divergent) beam path in such a way that the plane of the foci has an angle to the (parallel) direction of propagation. This means that the function of the focusing unit with an offset beam can also be solved using a stair mirror. The distances between the individual foci of the partial beams can be scaled without increasing the spectral error of the partial beams. The structure of the stair mirror is designed in such a way that the individual mirror facets are parallel to one another, but not in one plane. For a telecentric bundle of partial beams, this also allows the bundles to be focused in a plane which has an angle deviating from the perpendicular to the direction of propagation of the bundles. For a two-dimensional arrangement of partial laser beams, two deflections arranged at an angle to one another by the facets of a stair mirror are required for each partial beam.

Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren stehen, sind anhand eines nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels genauer erläutert. Dieses soll dem Fachmann die Erfindung verdeutlichen und ihn die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen, ohne jedoch die Erfindung zu beschränken. Die anhand des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale können ebenfalls zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung wie auch des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden. Das Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren näher erläutert. Dort zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung oder dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitbaren Werkstückoberfläche mit einer periodischen Anordnung von Bearbeitungsstellen, wobei nur eine vorgegebene Anzahl der Bearbeitungsstellen einer Bearbeitung unterzogen werden sollen (z.B. Fehlstellen oder Bohrungen) sowie einer zweidimensionalen Laserspotanordnung, die mit einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung auf der Werkstückoberfläche abgebildet werden kann;
  • 2 eine schematische Ansicht einer zweidimensionalen Laserspotanordnung, die mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung auf der Werkstückoberfläche abgebildet werden kann, wobei dargestellt ist, dass erfindungsgemäß eine beliebige Anzahl von Laserspots in beliebiger räumlicher Anordnung auf dem Werkstück abgebildet werden kann;
  • 3 eine schematische Ansicht einer zweidimensionalen Laserspotanordnung, die mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung auf der Werkstückoberfläche abgebildet werden kann, wobei dargestellt ist, dass erfindungsgemäß ein jeder Teilstrahl bzw. ein zugehöriger Laserspot innerhalb eines Teilstrahl-Scanbereichs an unterschiedlichen Positionen positioniert werden kann, nämlich an den tatsächlich zu bearbeitenden Stellen;
  • 4 eine schematische Ansicht einer zweidimensionalen Laserspotanordnung, die mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung auf der Werkstückoberfläche abgebildet werden kann, wobei dargestellt ist, dass die Teilstrahlen bzw. zugehörigen Laserspots simultan und synchron einer gemeinsamen Scanbewegung unterzogen werden;
  • 5 eine schematische Ansicht einer zweidimensionalen Laserspotanordnung, die mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung auf der Werkstückoberfläche abgebildet werden kann, wobei dargestellt ist, dass die Teilstrahlen bzw. zugehörigen Laserspots einer individuellen Scanbewegung unterzogen werden;
  • 6a den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
  • 6b ein Beispiel eines möglichen Strahlverlauf in einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß 6a;
  • 7, 8 eine schematische Ansicht zum Funktionsprinzip jener der Laserbearbeitungsvorrichtung zugehörigen optischen Steuereinheit, insbesondere der Mikroscanner.
Further advantages, configurations and developments, which are related to the laser processing device according to the invention and the method according to the invention, are explained in more detail using an exemplary embodiment described below. This should explain the invention to the person skilled in the art and enable him to carry out the invention, but without restricting the invention. The features described with reference to the exemplary embodiment can also be used to develop the laser processing device according to the invention as well as the method according to the invention. The embodiment is explained in more detail with reference to the figures. There shows:
  • 1 a schematic representation of a workpiece surface that can be processed with the laser processing device according to the invention or the method according to the invention, with a periodic arrangement of processing points, with only a predetermined number of processing points being processed (e.g. defects or bores) and a two-dimensional laser spot arrangement, which can be processed with a laser processing device according to the invention the workpiece surface can be imaged;
  • 2 a schematic view of a two-dimensional laser spot arrangement that can be imaged with the laser processing device according to the invention on the workpiece surface, showing that according to the invention any number of laser spots can be imaged in any spatial arrangement on the workpiece;
  • 3 a schematic view of a two-dimensional laser spot arrangement that can be imaged on the workpiece surface with the laser processing device according to the invention, showing that according to the invention each partial beam or an associated laser spot can be positioned at different positions within a partial beam scanning area, namely at the actually processing bodies;
  • 4 a schematic view of a two-dimensional laser spot arrangement that can be imaged with the laser processing device according to the invention on the workpiece surface, it being shown that the partial beams or associated laser spots are subjected to a common scanning movement simultaneously and synchronously;
  • 5 a schematic view of a two-dimensional laser spot arrangement that can be imaged with the laser processing device according to the invention on the workpiece surface, it being shown that the partial beams or associated laser spots are subjected to an individual scanning movement;
  • 6a the schematic structure of a laser processing device according to the invention;
  • 6b an example of a possible beam path in a laser processing device according to FIG 6a ;
  • 7 , 8th a schematic view of the functional principle of the optical control unit associated with the laser processing device, in particular the microscanner.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. das zugehörige Verfahren eignet sich dazu in einem Werkstück 2 bzw. an einer zugehörigen Oberfläche gleichzeitig mehrere Bearbeitungsstellen 1 zu bearbeiten oder zu reparieren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Reparatur von Displays bzw. Displaykomponenten, beispielsweise OLED Displays oder miniLED Displays. Besonders bevorzugt ist die vorliegende Erfindung (Laserbearbeitungsvorrichtung, Verfahren) auch zur Ausführung von Bohrprozessen (beispielsweise an keramischen Werkstoffen) geeignet. An den genannten Bearbeitungsstellen können also einerseits statische Bearbeitungsprozesse, andererseits aber auch eine scannende Bearbeitung durchgeführt werden. Die hier genannten Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind nicht abschließend.The laser processing device proposed by the invention and the associated method are suitable for simultaneously processing or repairing a plurality of processing points 1 in a workpiece 2 or on an associated surface. In particular, the present invention relates to the repair of displays or display components, for example OLED displays or miniLED displays. The present invention (laser processing device, method) is particularly preferably also suitable for carrying out drilling processes (for example on ceramic materials). On the one hand, static machining processes can be carried out at the mentioned machining points, but on the other hand, scanning machining can also be carried out. The possible uses of the invention mentioned here are not exhaustive.

Wie schon eingangs beschrieben, eignet sich die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. das zugehörige Verfahren insbesondere zur Bearbeitung von Bearbeitungsstellen 1 eines Werkstücks 2, z.B. von Fehlstellen oder Bohrpositionen). Bevor im Einzelnen auf Details der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung eingegangen wird, sei das Grundprinzip der grundsätzliche Bearbeitungsprinzip, auf welchem die Erfindung basiert, allgemein anhand der 1 bis 5 erläutert.As already described above, the laser processing device according to the invention and the associated method is particularly suitable for processing processing points 1 of a workpiece 2, for example defects or drilling positions). Before the details of the laser processing device according to the invention are discussed in detail, let the basic principle be the basic processing principle on which the invention is based, generally with reference to FIG 1 until 5 explained.

Die 1 zeigt schematisch ein zu bearbeitendes Werkstück 2 mit einem (periodischen) Gitter bzw. Muster aus einer Mehrzahl von grundsätzlich bearbeitbaren Bearbeitungsstellen 1. Die grundsätzlich bearbeitbaren Bearbeitungsstellen 1 können beispielsweise eine periodische Struktur von Pixeln des Werkstücks 2 darstellen. Vorliegend ist eine Matrix von möglichen Bearbeitungsstellen 1 wiedergegeben, von denen bestimmte Bearbeitungsstellen 1 zur Bearbeitung vorgesehen sind (sei es z.B. zur Reparatur oder zur Ausführung eines Bohrvorgangs an den genannten Stellen). Vorliegend sind beispielhaft drei der grundsätzlich bearbeitbaren Bearbeitungsstellen 1 bzw. Pixeln mit einem Kreuz gekennzeichnet, was repräsentieren soll, dass an diesen Stellen eine entsprechende Laserbearbeitung vorgenommen werden soll. Die Bearbeitungsstellen 1 können Sub-Strukturen aufweisen (nicht dargestellt). Nachfolgend sei gedanklich angenommen, dass die gekennzeichneten Bearbeitungsstellen 1 im Wege einer Laserbearbeitung bearbeitet (z.B. repariert oder gebohrt) werden müssen, beispielsweise aufgrund lokaler Material-Inhomogenitäten, Schichtdickenabweichungen oder einer gewünschten Bohrung etc.the 1 1 schematically shows a workpiece 2 to be machined with a (periodic) grid or pattern of a plurality of machining points 1 that can basically be machined. The machining points 1 that can basically be machined can represent a periodic structure of pixels of the workpiece 2, for example. A matrix of possible machining points 1 is shown, of which certain machining points 1 are intended for machining (eg for repairs or for performing a drilling process at the points mentioned). In the present example, three of the processing points 1 or pixels that can basically be processed are marked with a cross, which is intended to represent that a corresponding laser processing is to be carried out at these points. The processing points 1 can have sub-structures (not shown). It is assumed below that the marked processing points 1 have to be processed by laser processing (e.g. repaired or drilled), for example due to local material inhomogeneities, layer thickness deviations or a desired drilling etc.

Die 1 zeigt ferner eine Konfiguration von Laserspots 17, bzw. einen zweidimensionalen Array von drei mal drei Laserspots 17, die innerhalb eines Master-Scanbereichs SM angeordnet und auf dem Werkstück 2 abgebildet sind. Der Master-Scanbereich SM definiert einen jenen Bereich, der durch Projektion der Teilstrahlen T auf die Werkstückoberfläche grundsätzlich einer Laserbearbeitung zugänglich ist, also ohne eine zusätzliche Positionierung des Werkstücks 2 relativ zur Laserbearbeitungsvorrichtung oder umgekehrt. Dies schließt jedoch nicht aus, dass auch die innerhalb des Master-Scanbereichs SM liegenden Teilstrahlen T bzw. Laserspots 17 gemeinsam (also der Master-Scanbereich SM) gegenüber dem Werkstück 2 oder das Werkstück 2 gegenüber dem Master-Scanbereich SM bzw. den darin angeordneten Teilstrahlen T (bzw. Laserspots 17) verschoben werden können. Dies kann beispielsweise unter Einsatz einer Strahlpositionierungseinheit 9 erfolgen, mit welcher die innerhalb des Master-Scanbereichs SM liegenden Teilstrahlen T synchron und simultan auf der Oberfläche des Werkstücks 2 verschoben werden können. Auch ist es möglich, lediglich eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen T auf dem Werkstück 2 abzubilden und synchron und simultan auf der Oberfläche des Werkstücks 2 zu bewegen und/oder zu positionieren (auch dies kann über eine Strahlpositionierungseinheit 9 erfolgen). Betont sei, dass eine Relativverschiebung von auf dem Werkstück 2 abgebildeten Laserspots 17 auch durch Bewegen oder Positionieren des Werkstücks 2 relativ zu statisch ausgerichteten (oder sich bewegenden) Teilstrahlen T erfolgen kann.the 1 also shows a configuration of laser spots 17, or a two-dimensional array of three times three laser spots 17, which are arranged within a master scan area S M and imaged on the workpiece 2. The master scan area S M defines an area that is basically accessible to laser processing by projecting the partial beams T onto the workpiece surface, ie without additional positioning of the workpiece 2 relative to the laser processing device or vice versa. However, this does not preclude the partial beams T or laser spots 17 lying within the master scan area S M together (i.e. the master scan area S M ) from being positioned in relation to the workpiece 2 or the workpiece 2 in relation to the master scan area S M or the partial beams T arranged therein (or laser spots 17) can be shifted. This can be done, for example, using a beam positioning unit 9 with which the partial beams T lying within the master scan range S M can be displaced synchronously and simultaneously on the surface of the workpiece 2 . It is also possible to image only a predetermined number of partial beams T on the workpiece 2 and to move and/or position them synchronously and simultaneously on the surface of the workpiece 2 (this can also be done via a beam positioning unit 9). It should be emphasized that a relative shift of laser spots 17 imaged on the workpiece 2 can also take place by moving or positioning the workpiece 2 relative to statically aligned (or moving) partial beams T.

Die Laserspots 17 resultieren erfindungsgemäß aus einer in der Laserbearbeitungsvorrichtung vorgenommenen Strahlteilung eines Laserstrahls L mit einer Strahlteilungseinheit 5 (siehe dazu 6). Eine der Kernideen der Erfindung ist es, aus dem Array der Laserspots 17 einerseits nur diejenigen Laserspots 17 über eine entsprechende Teilstrahlselektion auszuwählen und auf dem Werkstück 2 abzubilden, welche zur Bearbeitung der vorliegenden Bearbeitungsstellen 1 notwendig sind, im Beispiel nach 2 also drei Laserspots 17. Gleichsam ist es - wie erwähnt - aber auch möglich mit der maximalen Anzahl der Teilstrahlen T bzw. der zugehörigen Laserspots 17 (die maximale Anzahl wird durch die Strahlteilungseinheit 5 festgelegt) eine parallele Bearbeitung an den Bearbeitungsstellen 1 eines periodischen Bearbeitungsmusters vorzunehmen.According to the invention, the laser spots 17 result from a beam splitting of a laser beam L carried out in the laser processing device with a beam splitting unit 5 (see 6 ). One of the core ideas of the invention is to select only those laser spots 17 from the array of laser spots 17 via a corresponding partial beam selection and to image them on the workpiece 2, which are necessary for processing the processing points 1 present, in the example 2 i.e. three laser spots 17. As mentioned, it is also possible to carry out parallel processing at the processing points 1 of a periodic processing pattern with the maximum number of partial beams T or the associated laser spots 17 (the maximum number is defined by the beam splitting unit 5). .

In dem Beispiel nach 1 sind die drei mal drei auf dem Werkstück 2 abgebildeten Laserspots 17 jedoch nicht auf die zu bearbeitenden Bearbeitungsstellen (siehe die mit einem Kreuz gekennzeichneten Bearbeitungsstellen 1) gerichtet. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist jedoch - wie erwähnt - dazu eingerichtet, auch nur eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen T (bzw. zugehörigen Laserspots 17) einer maximal möglichen Anzahl von Teilstrahlen T (bzw. Laserspots 17) auf das Werkstück 2 zu richten. In der 2 sind lediglich diejenigen Teilstrahlen T (bzw. die zugehörigen Laserspots 17) auf das Werkstück 2 gerichtet, in dessen Teilstrahl-Scanbereich ST die zu bearbeitenden Stellen (Kennzeichnung mit einem Kreuz) fallen. Bei dem Teilstrahl-Scanbereich ST handelt es sich um einen jenen Bereich eines Teilstrahls T, in welchem dieser bzw. ein zugehöriger Laserspot 17 (unabhängig von den anderen Teilstrahlen T) über eine der Laserbearbeitungsvorrichtung zugehörige optische Steuereinheit individuell und flexibel positioniert und oder gescannt werden kann. Der Scanbereich 20 ist in der 1 mit einem Pfeil schematisch illustriert. Bei einer Positionierung der Laserspots 17 getreu der 2 wäre keine Bearbeitung der mit dem Kreuz gekennzeichneten Bearbeitungsstellen 1 möglich. Entsprechend können die Laserspots 17 bzw. Teilstrahlen T innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche ST individuell positioniert werden (vgl. 3), nämlich im Bereich der tatsächlich zu bearbeitenden Stellen.In the example after 1 However, if the three times three laser spots 17 imaged on the workpiece 2 are not on the processing points to be processed (see those marked with a cross recorded processing points 1) addressed. However, as mentioned, the laser processing device is set up to direct only a predetermined number of partial beams T (or associated laser spots 17) of a maximum possible number of partial beams T (or laser spots 17) onto the workpiece 2. In the 2 only those partial beams T (or the associated laser spots 17) are directed onto the workpiece 2 in whose partial beam scanning range S T the points to be machined (marked with a cross) fall. The partial beam scanning area S T is that area of a partial beam T in which this or an associated laser spot 17 (independently of the other partial beams T) is individually and flexibly positioned and/or scanned via an optical control unit associated with the laser processing device can. The scan area 20 is in the 1 illustrated schematically with an arrow. With a positioning of the laser spots 17 true to the 2 it would not be possible to process the processing points 1 marked with a cross. Accordingly, the laser spots 17 or partial beams T can be individually positioned within the respective partial beam scanning areas S T (cf. 3 ), namely in the area of the actual jobs to be processed.

Nach der Positionierung der Laserspots 17 kann Bearbeitung der zu bearbeitenden Stellen erfolgen. Ohne Weiteres ist es aber auch möglich, die Teilstrahlen T bzw. Laserspots 17 einer Bearbeitungsbewegung zu unterziehen. Diese kann in einer ersten Variante- wie anhand der Pfeile in 4 illustriert - synchron und simultan verlaufen. Wie in der 4 dargestellt kann dabei auch nur eine vorgegebene Anzahl der auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T bzw. zugehörigen Laserspots 17 der genannten Bewegung unterzogen werden. Eine solche synchrone und simultane Bewegung von Teilstrahlen T bzw. Laserspots 17 wird vorzugsweise über eine Strahlpositionierungseinheit 9 bereitgestellt. Gleichsam kann auch das Werkstück 2 gegenüber statischen oder sich bewegenden Teilstrahlen T bewegt werden. Alternativ ist es auch möglich die jeweiligen auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T einer individuellen Bearbeitungsbewegung (Scanbewegung) innerhalb des Teilstrahl-Scanbereichs ST zu unterziehen. Die Bewegung erfolgt sodann nicht synchron, sondern individuell für jeden Teilstrahl T. Illustriert ist dies in der 5, in welche die unterschiedlichen Bewegungspfade der Scanbewegung der einzelnen Teilstrahlen T bzw. Laserspots 17 mit den dortigen - in unterschiedliche Richtungen weisenden Pfeilen bzw. Pfeilfolgen - angedeutet ist. Die individuelle Scanbewegung wird - wie noch zu erläutern ist - mit der optischen Steuereinheit ausgeführt.After the positioning of the laser spots 17, the areas to be processed can be processed. However, it is also easily possible to subject the partial beams T or laser spots 17 to a processing movement. In a first variant, this can be done as shown by the arrows in 4 illustrated - run synchronously and simultaneously. Like in the 4 shown, only a predetermined number of the partial beams T or associated laser spots 17 directed onto the workpiece 2 can be subjected to the said movement. Such a synchronous and simultaneous movement of partial beams T or laser spots 17 is preferably provided via a beam positioning unit 9 . Likewise, the workpiece 2 can also be moved relative to static or moving partial beams T. Alternatively, it is also possible to subject the respective partial beams T directed onto the workpiece 2 to an individual processing movement (scanning movement) within the partial beam scanning region S T . The movement then does not take place synchronously, but individually for each partial beam T. This is illustrated in FIG 5 , in which the different movement paths of the scanning movement of the individual partial beams T or laser spots 17 are indicated with the arrows or sequences of arrows pointing in different directions. As will be explained below, the individual scanning movement is carried out with the optical control unit.

Auf dem Werkstück 2 kann also eine beliebige Konfiguration von Laserspots 17 abgebildet werden (in Anpassung an ein Pattern von Bearbeitungsstellen oder Fehlstellen), dabei limitiert durch die maximale Anzahl von über die Strahlteilungseinheit 5 erzeugbaren Teilstrahlen T. Ohne eine Strahlselektion wird ein über die Strahlteilung vordefinierter Spotarray (z.B. ein 3 mal 3 Array) auf dem Werkstück 2 abgebildet (1).Any configuration of laser spots 17 can therefore be imaged on the workpiece 2 (in adaptation to a pattern of processing points or defects), limited by the maximum number of partial beams T that can be generated via the beam splitting unit 5. Without a beam selection, a beam splitting is predefined Spot array (e.g. a 3 by 3 array) imaged on workpiece 2 ( 1 ).

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass solche Bearbeitungsstellen 1 in einem parallelisierten Bearbeitungsprozess simultan bearbeitet werden können, und zwar in einer beliebigen räumlichen Konfiguration. Bezogen auf das Beispiel der Fehlstellen-Reparatur ist das mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren im Vergleich zu Reparaturtechniken, die auf einer Einzelstrahl-Laserbearbeitung basieren, kostengünstiger und schneller.The method according to the invention and the laser processing device according to the invention are characterized, among other things, by the fact that such processing points 1 can be processed simultaneously in a parallelized processing process, specifically in any spatial configuration. Based on the example of defect repair, the method described with the present invention is cheaper and faster compared to repair techniques based on single-beam laser processing.

Wie in den 1 bis 4 wiedergegeben, kann die mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung eine Mehrzahl von aus einem Laserstrahl L gebildeten Teilstrahlen T auf das zu bearbeitende Werkstück 2 projizieren, auf dem Werkstück 2 kann also ein Array oder ein Bündel aus Teilstrahlen T abgebildet werden. Die Anzahl und die räumliche Anordnung der auf dem Werkstück 2 abgebildeten Teilstrahlen T kann flexibel eingestellt werden. Die Teilstrahlen T sind also flexibel schaltbar, d.h. es können ohne Weiteres auch nur einzelne der dem Array zugehörigen Teilstrahlen T auf das Werkstück 2 gerichtet werden (2). Mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung ist es also möglich, das Werkstück 2 selektiv an bestimmten Bearbeitungsstellen 1mit Laserstrahlung (bzw. den von den Teilstrahlen T ausgebildeten Laserspots) zu beaufschlagen, an welchen zu bearbeitenden Stellen (siehe z.B. die mit einem Kreuz gekennzeichneten Bearbeitungsstellen 1 in 2 und 3) ausgebildet sind. Bei einer Fehlstellenreparatur kann beispielsweise an diesen Bearbeitungsstellen 1 vorliegendes, überschüssiges Material des Werkstücks 2 im Wege der Laserbearbeitung ablatiert werden. Es können also sowohl innerhalb eines vorgegebenen Master-Scanbereichs SM (damit ist ein von den auf das Werkstück 2 projizierten Teilstrahlen T aufgespannter Bearbeitungsbereich gemeint), als auch über diesen Scanbereich hinweg Bearbeitungsstellen 1 des Werkstücks 2 bearbeitet werden. Letzteres ist insbesondere durch eine Relativverschiebung des Werkstücks 2 in Bezug zu der positionsfesten Laserbearbeitungsvorrichtung möglich, alternativ auch durch Verschieben des Master-Scanbereichs SM in Bezug zur Werkstückoberfläche (z.B. über eine Strahlpositionierungseinheit 9), dargestellt z.B. in 4. Auch eine Kombination aus einer Relativverschiebung des Werkstücks 2 zur Laserbearbeitungsvorrichtung und einer von der Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Strahlpositionierungseinheit 9, ausgeführten Scanbewegung des die auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T einschließenden Master-Scanbereichs SM, ist möglich.As in the 1 until 4 reproduced, the laser processing device proposed with the present invention can project a plurality of partial beams T formed from a laser beam L onto the workpiece 2 to be processed. The number and the spatial arrangement of the partial beams T imaged on the workpiece 2 can be set flexibly. The partial beams T can therefore be switched flexibly, ie only individual partial beams T belonging to the array can be directed onto the workpiece 2 ( 2 ). With the laser processing device according to the invention, it is therefore possible to selectively apply laser radiation (or the laser spots formed by the partial beams T) to the workpiece 2 at specific processing points 1, at which points to be processed (see, for example, the processing points 1 marked with a cross in 2 and 3 ) are trained. In the case of a defect repair, for example, excess material of the workpiece 2 present at these processing points 1 can be ablated by means of laser processing. It is therefore possible to process processing points 1 of the workpiece 2 both within a predetermined master scan range S M (this means a processing range spanned by the partial beams T projected onto the workpiece 2) and beyond this scan range. The latter is possible in particular by moving the workpiece 2 relative to the stationary laser processing device, alternatively also by moving the master scan area S M in relation to the workpiece surface (e.g. via a beam positioning unit 9), shown e.g 4 . Also a combination of a relative displacement of the workpiece 2 to the laser processing device and a scanning movement of the master scan region S M including the partial beams T directed onto the workpiece 2, which is carried out by the laser processing device, in particular a beam positioning unit 9, is possible.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Laserbearbeitungsvorrichtungen oder Verfahren ist die mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung (sowie das Verfahren) nicht auf die Abbildung einzelner Reihen oder Spalten eines Arrays von Teilstrahlen T auf dem Werkstück 2 beschränkt, sondern es können geometrisch beliebige Kombinationen von Spotanordnungen auf dem Werkstück 2 bereitgestellt werden. Eine Festlegung auf ein bestimmtes räumliches Pattern oder eine Anzahl der Teilstrahlen T ist nicht notwendig, vielmehr können über die optische Steuereinheit (zu dieser kann auch eine Strahlselektionseinheit 16 gehören) beliebige Teilstrahlen T eines durch die Strahlteilungseinheit 5 bereitgestellten Bündels von Teilstrahlen T selektiert und in Richtung des Werkstücks 2 weitergeleitet werden.In contrast to the laser processing devices or methods known from the prior art, the laser processing device proposed with the present invention (and the method) is not limited to the imaging of individual rows or columns of an array of partial beams T on the workpiece 2, but can be geometrically arbitrary Combinations of spot arrangements on the workpiece 2 are provided. It is not necessary to specify a specific spatial pattern or a number of partial beams T; instead, any partial beams T of a bundle of partial beams T provided by the beam splitting unit 5 can be selected via the optical control unit (which can also include a beam selection unit 16) and directed in the direction of the workpiece 2 are forwarded.

Ein weiteres Kernmerkmal der Erfindung betrifft die individuelle Positionierbarkeit jedes Teilstrahls T in einem Teilstrahl-Scanbereich ST (3, 5), wobei der Teilstrahl-Scanbereich ST eine geringere laterale Ausdehnung umfasst als der vorgenannte Master-Scanbereich SM. Der Master-Scanbereich SM schließt also eine der Anzahl der auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T entsprechende Anzahl an Teilstrahl-Scanbereichen ST ein. Wie nachfolgend anhand der Beschreibung des konstruktiven Aufbaus der Laserbearbeitungsvorrichtung in Bezug zur 5 noch näher erläutert, lässt sich über eine optische Steuereinheit ein jeder der auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T individuell innerhalb eines Teilstrahl-Scanbereichs ST an unterschiedlichen Stellen positionieren (3) bzw. innerhalb dieses Bereichs bewegen (5). Die individuelle Positionierung bzw. Bewegung eines jeden Teilstrahls T innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche ST erfolgt unabhängig von den anderen Teilstrahlen T. Ein jeder der Teilstrahlen T ist über die optische Steuereinheit individuell steuerbar. Entsprechend eignet sich die mit der Erfindung vorgeschlagene Laserbearbeitungsvorrichtung nicht nur zur Bearbeitung von periodisch angeordneten Bearbeitungsmustern bzw. Bearbeitungsstellen 1, sondern auch zur Bearbeitung von nicht-periodisch oder teil-periodisch angeordneten Bearbeitungsstellen 1. In der 3 ist die individuelle Positionierbarkeit von den Teilstrahlen T zugehörigen Laserspots 17 kenntlich gemacht, wobei die Laserspots 17 nicht zentriert im Teilstrahl-Scanbereich ST angeordnet sind, sondern vielmehr in jenen Bereichen der zu bearbeitenden Stellen (mit einem Kreuz markierte Bearbeitungsstellen 1).Die 5 illustriert, dass die auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T bzw. die zugehörigen Laserspots 17 auch eine individuelle Scanbewegung erfahren können, die innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche ST ausgeführt wird. Dabei können die Scanbewegungen der einzelnen Teilstrahlen T bzw. Laserspots 17 unterschiedliche Bewegungspfade (dargestellt durch die Pfeilabfolgen) abfahren.Another core feature of the invention relates to the individual positioning of each partial beam T in a partial beam scanning area S T ( 3 , 5 ), wherein the sub-beam scan area S T includes a smaller lateral extent than the aforementioned master scan area S M . The master scan range S M therefore includes a number of partial beam scan ranges S T corresponding to the number of partial beams T directed onto the workpiece 2 . As below with reference to the description of the structural design of the laser processing device in relation to 5 explained in more detail, an optical control unit can be used to position each of the partial beams T directed onto the workpiece 2 individually at different points within a partial beam scanning range S T ( 3 ) or move within this range ( 5 ). The individual positioning or movement of each sub-beam T within the respective sub-beam scanning regions S T takes place independently of the other sub-beams T. Each of the sub-beams T can be controlled individually via the optical control unit. Accordingly, the laser processing device proposed with the invention is suitable not only for processing periodically arranged processing patterns or processing points 1, but also for processing non-periodically or partially periodically arranged processing points 1. In FIG 3 the individual positionability of the laser spots 17 associated with the partial beams T is indicated, with the laser spots 17 not being arranged centered in the partial beam scanning area S T , but rather in those areas of the points to be processed (processing points 1 marked with a cross). 5 illustrates that the partial beams T directed onto the workpiece 2 or the associated laser spots 17 can also experience an individual scanning movement, which is carried out within the respective partial beam scanning regions S T . The scanning movements of the individual partial beams T or laser spots 17 can follow different movement paths (represented by the arrow sequences).

In der 6a ist der schematische Aufbau der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung wiedergegeben. Bei der dortigen Darstellung handelt es sich um eine schematische Abbildung. In der 6b ist der konkrete Strahlverlauf an einem exemplarischen Beispiel indes im Detail wiedergegeben, nämlich für eine Strahlteilung eines von einer Laserstrahlungsquelle 3 erzeugten Laserstrahls L in drei Teilstrahlen T, die wiederrum jeweils drei Sub-Teilstrahlen Ts umfassen. Die Sub-Teilstrahlen Ts (dargestellt lediglich für einen der Teilstrahlen T) sind auf dem Werkstück 2 auf einen Laserspot fokussiert, weshalb in der vorliegenden Beschreibung unter einem Teilstrahl T bzw. einem dem Teilstrahl T zugehörigen Laserspot zu berücksichtigen ist, dass sich der Strahlverlauf auf eine Anzahl von Sub-Teilstrahlen Ts bezieht. In der 6b ist der Detailverlauf der Teilstrahlen T bzw. Sub-Teilstrahlen Ts ausgehend von einer Strahlteilungseinheit 5 bis zu einer Strahlpositionierungseinheit 9 wiedergegeben.In the 6a shows the schematic structure of the laser processing device according to the invention. The representation there is a schematic illustration. In the 6b However, the specific beam path is reproduced in detail using an exemplary example, namely for a beam splitting of a laser beam L generated by a laser radiation source 3 into three partial beams T, which in turn each comprise three sub-partial beams Ts. The sub-beams Ts (shown only for one of the sub-beams T) are focused on the workpiece 2 onto a laser spot, which is why in the present description under a sub-beam T or a laser spot associated with the sub-beam T, it must be taken into account that the beam path is refers to a number of sub-beams Ts. In the 6b the detailed course of the partial beams T or sub-partial beams Ts, starting from a beam splitting unit 5 to a beam positioning unit 9, is reproduced.

Zur Bearbeitung eines Werkstücks 2 mit einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung wird das Werkstück 2 in einer nicht dargestellten Werkstückaufnahme angeordnet. Die Werkstückaufnahme kann in Form eines in einer Horizontalebene verfahrbaren xy-Tischs ausgebildet sein.For processing a workpiece 2 with a laser processing device according to the invention, the workpiece 2 is arranged in a workpiece holder, not shown. The workpiece holder can be designed in the form of an xy table that can be moved in a horizontal plane.

Wie in der 6a gezeigt umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung zunächst eine Laserstrahlungsquelle 3 mit der ein Laserstrahl L erzeugt und entlang eines optischen Pfades 4 in Richtung des Werkstücks 2 ausgesendet wird, insbesondere in Form von Laserpulsen. Der Laserstrahlungsquelle 3 ist in Strahlrichtung eine Strahlteilungseinheit 5 nachgeordnet. Die Strahlteilungseinheit 5 ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl L in eine Vielzahl von Teilstrahlen T aufzuteilen. Bei der Strahlteilungseinheit 5 kann es sich um ein - an sich bekanntes - diffraktives optisches Element (DOE) oder einen SLM handeln. Bereits mit der Strahlteilungseinheit 5 kann die Anzahl der Teilstrahlen T voreingestellt werden. Auch eine Grobeinstellung der in einer Ebene des Werkstücks 2 vorliegenden Abstände zwischen den Laserspots der Teilstrahlen T, lässt sich bereits mit der Strahlteilungseinheit 5 einstellen. Mit der Strahlteilungseinheit 5 lässt sich ein Laserstrahl L in Teilstrahlen T aufteilen, die auf dem Werkstück 2 ein zweidimensionales räumliches Muster von Laserspots 17 bereitstellen. Wie in der 6b zu erkennen, umfasst jeder Teilstrahl T eine Anzahl (hier drei) von Sub-Teilstrahlen Ts, die jedoch vorliegend zusammengefasst als Teilstrahlen T oder Hauptstrahlen Hs bezeichnet werden können. In der 6a ist nur der Verlauf der Hauptstrahlen Hs wiedergegeben.Like in the 6a shown, the laser processing device initially comprises a laser radiation source 3 with which a laser beam L is generated and emitted along an optical path 4 in the direction of the workpiece 2, in particular in the form of laser pulses. A beam splitting unit 5 is arranged downstream of the laser radiation source 3 in the beam direction. The beam splitting unit 5 is set up to split the laser beam L into a multiplicity of partial beams T. The beam splitting unit 5 can be a—per se known—diffractive optical element (DOE) or an SLM. The number of partial beams T can already be preset with the beam splitting unit 5 . A rough setting of the distances between the laser spots of the partial beams T in a plane of the workpiece 2 can already be set with the beam splitting unit 5 . The beam splitting unit 5 can be used to split a laser beam L into partial beams T, which provide a two-dimensional spatial pattern of laser spots 17 on the workpiece 2 . Like in the 6b recognizable, each partial beam T comprises a number (here three) of sub-beams Ts, which, however, can be collectively referred to as sub-beams T or main beams Hs. In the 6a only the course of the main rays Hs is shown.

Ausgehend von der Laserstrahlungsquelle 3 trifft also ein kollimierter Laserstrahl L auf die Strahlteilungseinheit 5 auf. Die Strahlteilungseinheit 5 teilt den Laserstrahl in ein Bündel gleicher Teilstrahlen T auf, die jeweils einen definierten Winkel zueinander aufweisen.Starting from the laser radiation source 3 , a collimated laser beam L impinges on the beam splitting unit 5 . The beam splitting unit 5 splits the laser beam into a bundle of identical partial beams T, each of which has a defined angle to one another.

Zwischen der Laserstrahlungsquelle 3 und der Strahlteilungseinheit 5 kann ein Strahlformungselement vorgesehen sein (nicht dargestellt), mit welchem aus einem Laserstrahl L mit gaußförmiger Intensitätsverteilung, in Kombination mit der Strahlteilungseinheit 5, auf dem Werkstück eine Vielzahl von Teilstrahlen T mit einer vorgegebenen Intensitätsverteilung erzeugt werden kann, beispielsweise einer Top-Hat Intensitätsverteilung oder einer ringförmigen Intensitätsverteilung. A beam shaping element (not shown) can be provided between the laser radiation source 3 and the beam splitting unit 5, with which a large number of partial beams T with a predetermined intensity distribution can be generated on the workpiece from a laser beam L with a Gaussian intensity distribution, in combination with the beam splitting unit 5 , for example a top-hat intensity distribution or a ring-shaped intensity distribution.

Die in den 6a und 6b gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung weist eine optische Funktionseinheit 7 auf, die zwischen der Strahlteilungseinheit 5 und einer reflektiven optischen Funktionseinheit 8 angeordnet ist. Dabei umfasst die optische Funktionseinheit 7 (diese kann - muss aber nicht -beispielsweise transmissiv ausgebildet sein) und eine Gruppe von hintereinander angeordneten optischen Funktionselementen 10, 12. So umfasst die (hier transmissive) optische Funktionseinheit 7 eine Fokussiereinheit 10 (diese kann beispielsweise aus hintereinander angeordneten Linsen oder Linsensystemen gebildet sein) und einen beabstandet zur Fokussiereinheit 10 angeordneten Linsenarray 11 von Linsen 12. Dabei weist der Linsenarray 11 in Bezug zur Anzahl von Mikroscannern 15 im Array 14 immer eine „Reihe“ oder „Spalte“ an Linsen 12 mehr auf.The in the 6a and 6b The laser processing device shown has an optical functional unit 7 which is arranged between the beam splitting unit 5 and a reflective optical functional unit 8 . In this case, the optical functional unit 7 (this can - but does not have to - be designed to be transmissive, for example) and a group of optical functional elements 10, 12 arranged one behind the other arranged lenses or lens systems) and a lens array 11 of lenses 12 arranged at a distance from the focusing unit 10. The lens array 11 always has one “row” or “column” of lenses 12 more in relation to the number of microscanners 15 in the array 14.

Unter einer transmissiven optischen Funktionseinheit 7 ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die der transmissiven optischen Funktionseinheit zugehörigen Bauteile (die Fokussiereinheit 10 und der Linsenarray 11) von den Teilstrahlen T durchtreten werden. An der reflektiven optischen Funktionseinheit 8 hingegen, werden die Teilstrahlen T reflektiert.A transmissive optical functional unit 7 is to be understood within the meaning of the invention that the partial beams T pass through the components belonging to the transmissive optical functional unit (the focusing unit 10 and the lens array 11). On the other hand, the partial beams T are reflected at the reflective optical functional unit 8 .

Die dem Bündel von Teilstrahlen T zugehörigen Teilstrahlen T treten auf einem ersten Strahlweg bis zur Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit 8 durch die Fokussiereinheit 10 und den Linsenarray 11 hindurch (siehe zum Beispiel die Propagation des unteren Teilstrahls TH in 6a oder des oberen Teilstrahls T samt Sub-Teilstrahlen Ts in 6b). Nach der Reflexion der Teilstrahlen T an der reflektiven optischen Funktionseinheit 8 tritt zumindest ein Teil der dort reflektierten Teilstrahlen T auf einem zweiten Strahlweg erneut durch die optische Funktionseinheit 7, insbesondere den Linsenarray 11 und die Fokussiereinheit 10 hindurch. Im Anschluss an die Strahlteilung in der Strahlteilungseinheit 5, propagieren die Teilstrahlen T demnach als Bündel kollimierter Teilstrahlen T in Richtung der Fokussiereinheit 10. Durch die Fokussiereinheit 10 werden die Teilstrahlen T kollimiert und fokussiert.The partial beams T associated with the bundle of partial beams T pass on a first beam path through the focusing unit 10 and the lens array 11 until they are reflected at the reflective optical functional unit 8 (see, for example, the propagation of the lower partial beam T H in 6a or the upper partial beam T together with sub-partial beams Ts in 6b) . After the partial beams T have been reflected at the reflective optical functional unit 8, at least some of the partial beams T reflected there pass through the optical functional unit 7 again on a second beam path, in particular the lens array 11 and the focusing unit 10. Following the beam splitting in the beam splitting unit 5, the partial beams T accordingly propagate as a bundle of collimated partial beams T in the direction of the focusing unit 10. The partial beams T are collimated and focused by the focusing unit 10.

Wie z.B. anhand des Verlaufs des Teilstrahls TH in 6a oder der Teilstrahlen T in 6b zu erkennen ist, tritt auf dem ersten Strahlweg ein jeder Teilstrahl T des Bündels von Teilstrahlen T durch eine dem jeweiligen Teilstrahl T zugeordnete Linse 12 des Linsenarrays 11 hindurch. Auch die Sub-Teilstrahlen Ts eines jeweiligen Teilstrahls T treten durch eine gemeinsame Linse 12 hindurch (6b). Auf dem zweiten Strahlweg tritt zumindest ein Teil der an reflektiven optischen Funktionseinheit 8 reflektierten Teilstrahlen T erneut durch eine dem jeweiligen Teilstrahl T zugeordnete Linse 12 des Linsenarrays 11 hindurch. Je nach Anzahl der auf das Werkstück 2 abzubildenden Teilstrahlen T kann ein Teil der reflektierten Teilstrahlen T von der reflektiven optischen Steuereinheit 8 in Richtung einer Strahlselektionseinheit 16 abgelenkt werden, wodurch der Teilstrahl T aus dem Strahlengang entfernt bzw. absorbiert wird. Es kann also vorgesehen sein, dass nicht sämtliche der auf dem ersten Strahlweg durch die Fokussiereinheit 10 und den Linsenarray 11 hindurchgetretenen Teilstrahlen T in Richtung des Werkstücks 2 gelangen, sondern zuvor (vorzugsweise auf dem zweiten Strahlweg) durch geeignete Mittel, aus dem Strahlengang abgelenkt bzw. entfernt werden. Die Entfernung bzw. Ablenkung eines Teilstrahls T aus dem Strahlengang kann entweder über eine eigens dazu vorgesehene Strahlselektionseinheit 16 erfolgen (diese kann einen Teilstrahl T aus dem Strahlengang ablenken, z.B. in Richtung einer Strahlfalle), oder ein Teilstrahl T wird durch die reflektive optische Funktionseinheit 8 in Richtung einer Strahlselektionseinheit 16 bzw. einer Strahlfalle gelenkt. Dadurch kann eine entsprechend der Anzahl der für die Bearbeitung an einer gegebenen Position des Master-Scanbereichs SM auf dem Werkstück 2 notwendigen Teilstrahlen T die entsprechende Anzahl nicht benötigter Teilstrahlen T aus Strahlengang der Teilstrahlen T abgelenkt oder entfernt werden.As, for example, based on the course of the partial beam T H in 6a or the partial rays T in 6b can be seen, on the first beam path, each partial beam T of the bundle of partial beams T passes through a lens 12 of the lens array 11 assigned to the respective partial beam T. The sub-partial beams Ts of a respective partial beam T also pass through a common lens 12 ( 6b) . On the second beam path, at least part of the partial beams T reflected on the reflective optical functional unit 8 again passes through a lens 12 of the lens array 11 assigned to the respective partial beam T. Depending on the number of partial beams T to be imaged onto the workpiece 2, some of the reflected partial beams T can be deflected by the reflective optical control unit 8 in the direction of a beam selection unit 16, as a result of which the partial beam T is removed from the beam path or absorbed. It can therefore be provided that not all of the partial beams T that have passed through the focusing unit 10 and the lens array 11 on the first beam path arrive in the direction of the workpiece 2, but instead are deflected or diverted from the beam path beforehand (preferably on the second beam path) by suitable means . A partial beam T can be removed or deflected from the beam path either via a beam selection unit 16 provided specifically for this purpose (this can deflect a partial beam T from the beam path, e.g. in the direction of a beam trap), or a partial beam T is detected by the reflective optical functional unit 8 directed in the direction of a beam selection unit 16 or a beam trap. As a result, a corresponding number of partial beams T required for processing at a given position of the master scan region S M on the workpiece 2 can be deflected or removed from the beam path of the partial beams T or removed.

Wie die 6a und 6b ferner zu erkennen geben, ist die Fokussiereinheit 10 derart angeordnet, dass eine Teilstrahlbündel-Achse AB vor dem Auftreffen der Teilstrahlen T auf der Fokussiereinheit 10 auf dem ersten Strahlweg in Bezug zu einer entlang des optischen Pfads 4 verlaufenden Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10 versetzt ist. Der Versatz des Bündels von Teilstrahlen T bzw. der Teilstrahlbündel-Achse AB zur Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10 bewirkt, dass die Teilstrahlbündelachse AB nach Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit 10 unter einem Winkel zur Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10 verläuft, eindrücklich dargestellt in 6b.As the 6a and 6b can also be seen, the focusing unit 10 is arranged in such a way that a partial beam bundle axis AB is offset before the partial beams T impinge on the focusing unit 10 on the first beam path in relation to an axis of symmetry A F of the focusing unit 10 running along the optical path 4 is. The offset of the bundle of partial beams T or the part beam axis AB to the axis of symmetry A F of the focusing unit 10 causes the partial beam axis AB to run at an angle to the axis of symmetry A F of the focusing unit 10 after passing through the focusing unit 10, impressively shown in 6b .

Weiterhin ist zu erkennen, dass das Bündel von Teilstrahlen T nach Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit 10 auf dem ersten Strahlweg einen telezentrischen Strahlengang aufweist. Besonders gut zu erkennen ist dies in der Detaildarstellung der 6b. Wie dort wiedergegeben, setzen sich die Teilstrahlen T (hier ist exemplarisch ein Bündel aus drei Teilstrahlen T) dargestellt) jeweils aus einem Bündel aus einer vorgegebenen Anzahl von Sub-Teilstrahlen Ts auf (gezeigt für den obere Teilstrahl T). Unter einem telezentrischen Strahlengang ist zu verstehen, dass die Sub-Teilstrahlen Ts jeweils durch einen Hauptstrahl Hs beschrieben werden können, wobei die Hauptstrahlen Hs nach Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit 10 parallel zu einander stehen. Die Hauptstrahlen Hs setzen sich aus Sub-Teilstrahlen Ts zusammen.It can also be seen that the bundle of partial beams T has a telecentric beam path after passing through the focusing unit 10 on the first beam path. This can be seen particularly well in the detailed representation of the 6b . As shown there, the sub-beams T (a bundle of three sub-beams T is shown here as an example) each consist of a bundle of a predetermined number of sub-beams Ts (shown for the upper sub-beam T). A telecentric beam path means that the sub-partial beams Ts can each be described by a main beam Hs, with the main beams Hs being parallel to one another after passing through the focusing unit 10 . The main beams Hs are composed of sub-beams Ts.

Die Teilstrahlen T des Bündels von Teilstrahlen T werden auf dem ersten Strahlweg in einer senkrecht zum optischen Pfad 4 bzw. zur Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10 angeordneten Ebene E fokussiert, wobei die Ebene E vorzugsweise zwischen der Fokussiereinheit 10 und dem Linsenarray 11 angeordnet ist. Auch auf dem zweiten Strahlweg kann es vorteilhaft sein, die Teilstrahlen T des Bündels von Teilstrahlen T nach Hindurchtreten durch den Linsenarray 11 in der genannten Ebene E zu fokussieren.The partial beams T of the bundle of partial beams T are focused on the first beam path in a plane E arranged perpendicular to the optical path 4 or to the axis of symmetry A F of the focusing unit 10, the plane E preferably being arranged between the focusing unit 10 and the lens array 11. It can also be advantageous on the second beam path to focus the partial beams T of the bundle of partial beams T after passing through the lens array 11 in the said plane E.

Der Linsenarray 11 umfasst eine laterale (zwei-dimensionale) Anordnung von Linsen oder Linsensystemen 12, die in einer gemeinsamen Linsenebene 19 angeordnet sind, wobei die Linsenebene 19 senkrecht zum optischen Pfad 4 bzw. zur Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10 angeordnet ist. Die Linsen 12 des Linsenarrays 11 sind dabei derart angeordnet, dass jeder Teilstrahl T (samt Sub-Teilstrahlen Ts) des Bündels von Teilstrahlen T jeweils eine Linse 12 durchläuft. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Separation der Teilstrahlen in getrennte optische Kanäle. Jeder durch den Linsenarray 11 bzw. die einzelnen Linsen 12 hindurchtretende Teilstrahl T wird von der jeweiligen Linse 12 des Linsenarrays 11 kollimiert. Der Abstand zwischen der Fokussiereinheit 10 und dem Linsenarray 11 ist dahingehend ausgewählt, dass die Teilstrahlen T nach Hindurchtreten durch den Linsenarray 11 im Wesentlichen kollimiert sind. Nach Hindurchtreten der Teilstrahlen T durch den Linsenarray 11 propagieren die Teilstrahlen T in den jeweiligen optischen Kanälen auf dem ersten Strahlweg bis zum Auftreffen auf die reflektive optische Funktionseinheit 8. Insgesamt sind die Abstände und Brennweiten der optischen Bauelemente so gewählt, dass eine Strahlteilungsebene in der Strahlteilungseinheit auf die einzelnen Mikroscanner 15 abgebildet wird und ebenso die Mikroscanner 15 in eine gemeinsame Ebene abgebildet werden. Dies erfolgt durch Kombination der Fokussiereinheit 10 und den Linsenarray 11. Durch die genannte zweite Abbildung wird erreicht, dass sich die einzelnen optischen Kanäle - auch bei Änderung einer individuell eingestellten Teilstrahlrichtung - in einer Ebene kreuzen.The lens array 11 comprises a lateral (two-dimensional) arrangement of lenses or lens systems 12, which are arranged in a common lens plane 19, the lens plane 19 being arranged perpendicular to the optical path 4 or to the axis of symmetry A F of the focusing unit 10. The lenses 12 of the lens array 11 are arranged in such a way that each partial beam T (including sub-partial beams Ts) of the bundle of partial beams T passes through a lens 12 in each case. Such an arrangement enables the partial beams to be separated into separate optical channels. Each partial beam T passing through the lens array 11 or the individual lenses 12 is collimated by the respective lens 12 of the lens array 11 . The distance between the focusing unit 10 and the lens array 11 is selected such that the partial beams T are essentially collimated after passing through the lens array 11 . After the partial beams T have passed through the lens array 11, the partial beams T propagate in the respective optical channels on the first beam path until they strike the reflective optical functional unit 8. Overall, the distances and focal lengths of the optical components are selected such that a beam splitting plane in the beam splitting unit is imaged on the individual microscanners 15 and the microscanners 15 are also imaged in a common plane. This is done by combining the focusing unit 10 and the lens array 11. The second image mentioned means that the individual optical channels intersect in one plane—even if an individually set partial beam direction changes.

Die reflektive optische Funktionseinheit 8 ist gebildet aus einem Array 14 von reflektiven Mikroscannern 15. Der Array 14 von reflektiven Mikroscannern ist vorzugsweise in einer lateralen zwei-dimensionalen Anordnung von reflektiven Mikroscannern 15 ausgebildet, wobei die Mikroscanner 15 in einer gemeinsamen Mikroscanner-Ebene 36 angeordnet sind. Die Mikroscanner-Ebene 36 verläuft senkrecht zum optischen Pfad 4 bzw. zur Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10. Die reflektiven Mikroscanner 15 sind dabei derart angeordnet, dass jeweils ein Teilstrahl T (bzw. die zugehörigen Sub-Teilstrahlen Ts) von jeweils einem Mikroscanner 15 reflektiert wird. Der Einfallswinkel α eines jeden Teilstrahls T auf den jeweiligen reflektiven Mikroscanner 15 entspricht dabei ungefähr dem vorangehend erwähnten Winkel zwischen der Teilstrahlbündel-Achse AB und der Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit 10. Entsprechend entspricht die Anzahl der reflektiven Mikroscanner 15 der Anzahl der entlang des ersten Strahlwegs verlaufenden Teilstrahlen T. Nach dem Auftreffen eines jeweiligen Teilstrahls T auf einen reflektiven Mikroscanner 15 wird der Teilstrahl T an diesem Mikroscanner 15 reflektiert.The reflective optical functional unit 8 is formed from an array 14 of reflective microscanners 15. The array 14 of reflective microscanners is preferably formed in a lateral two-dimensional arrangement of reflective microscanners 15, with the microscanners 15 being arranged in a common microscanner plane 36 . The microscanner plane 36 runs perpendicularly to the optical path 4 or to the axis of symmetry A F of the focusing unit 10. The reflective microscanners 15 are arranged in such a way that one partial beam T (or the associated sub-partial beams Ts) from each microscanner 15 is reflected. The angle of incidence α of each partial beam T on the respective reflective microscanner 15 corresponds approximately to the above-mentioned angle between the partial beam bundle axis AB and the axis of symmetry AF of the focusing unit 10. Accordingly, the number of reflective microscanners 15 corresponds to the number along the first Partial beams T running along the beam path. After a respective partial beam T impinges on a reflective microscanner 15, the partial beam T is reflected on this microscanner 15.

Wie insbesondere in den 7 und 8 illustriert, kann mit einem jeweiligen Mikroscanner 15 einem auf dem Mikroscanner einfallenden Teilstrahl T im Vergleich zu einer simplen Reflexion nach dem Prinzip Einfallwinkel α = Ausfallwinkel β (7) ein zusätzlicher Winkelbeitrag x aufaddiert werden (8). Dies kann durch Verkippen des Mikroscanners 15 aus einer Grundstellung erfolgen. Wie in der 8 dargestellt, kann der Mikroscanner 15 dabei mit seiner Mikroscanner-Achse 36 relativ zu einer Mikroscanner-Ebene 18 verkippt werden. Die zusätzliche Winkeladdition ermöglicht letztlich einen zusätzlichen Versatz der auf dem Werkstück 2 abgebildeten Laserspots 17 und eine Positionierbarkeit bzw. Bewegbarkeit der Laserspots 17 innerhalb der jeweiligen Teilstrahl-Scanbereiche ST.As in particular in the 7 and 8th illustrated, with a respective microscanner 15 a partial beam T incident on the microscanner can be compared to a simple reflection according to the principle of angle of incidence α=angle of emergence β ( 7 ) an additional angular contribution x must be added ( 8th ). This can be done by tilting the microscanner 15 from a basic position. Like in the 8th shown, the microscanner 15 can be tilted with its microscanner axis 36 relative to a microscanner plane 18 . The additional angle addition ultimately enables an additional offset of the laser spots 17 imaged on the workpiece 2 and the ability to position or move the laser spots 17 within the respective partial beam scanning regions S T .

Mit den jeweiligen Mikroscannern 15 ist also ein Ablenkungswinkel der Teilstrahlen T flexibel einstellbar. Die Einstellung der Mikroscanner erfolgt vorzugsweise mechanisch, wobei die Einstellung der Ablenkungswinkel über eine mit dem Array 14 von Mikroscannern 15 oder den einzelnen Mikroscannern 15 verbundene Steuereinheit (nicht dargestellt) erfolgt.A deflection angle of the partial beams T can thus be set flexibly with the respective microscanners 15 . The microscanners are preferably set mechanically, with the deflection angles being set using an array 14 of microscanners 15 or the individual microscan nern 15 connected control unit (not shown) takes place.

Die erwähnte Winkeladdition führt nach dem erneuten Hindurchtreten der Teilstrahlen T durch den Linsenarray 11 auf dem zweiten Strahlweg zu einem lateralen Versatz des jeweiligen Fokuspunkts der Teilstrahlen T in der Ebene E. Folglich wirkt sich die mit den Mikroscannern 15 induzierte Winkelauslenkung auf die Position der auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T aus. Dabei wird die Ebene E (diese kann auch als Zwischenfokusebene bezeichnet werden) in die Bearbeitungsebene eines der Strahlpositionierungseinheit 9 zugehörigen Objektivs abgebildet.After the partial beams T have again passed through the lens array 11 on the second beam path, the aforementioned angle addition leads to a lateral offset of the respective focus point of the partial beams T in the plane E. Consequently, the angular deflection induced with the microscanners 15 affects the position of the Workpiece 2 directed sub-beams T from. In this case, the plane E (this can also be referred to as the intermediate focal plane) is imaged in the processing plane of a lens associated with the beam positioning unit 9 .

Im Anschluss an die Reflexion an den Mikroscannern 15 propagieren die jeweiligen kollimierten Teilstrahlen T entlang des zweiten Strahlwegs erneut zum Linsenarray 11. Die Teilstrahlen T weisen nun - je nach Winkelauslenkung am reflektiven Array 14 von Mikroscannern 15 - eine zusätzliche Winkelauslenkung auf gegenüber einem Teilstrahl T der an einem Mikroscanner 15 in Grundstellung (gemäß 7) reflektiert wird. Das Bündel kollimierter Teilstrahlen T trifft wiederum auf den Linsenarray 11 auf. Dabei durchläuft ein im wesentlichen kollimierter Teilstrahl T genau eine Linse 12 des Linsenarrays 11. Umgekehrt wird jede Linse 12 des Linsenarrays 11 von genau einem Teilstrahl T des am Array 14 von Mikroscannern 15 reflektierten Teilstrahlbündels durchdrungen. Auf dem ersten Strahlweg (d.h. vom Strahlweg von der Fokussierlinse 10 bis zum Linsenarray 11) und dem zweiten Strahlweg (d.h. vom Strahlweg von dem Array 14 aus Mikroscannern 15 bis zum Linsenarray 11) durchdringt ein Teilstrahl T somit den Linsenarray 11 zweimal mit unterschiedlicher, insbesondere entgegengerichteter, Propagationsrichtung.Following the reflection at the microscanners 15, the respective collimated partial beams T propagate again along the second beam path to the lens array 11. The partial beams T now have - depending on the angular deflection at the reflective array 14 of microscanners 15 - an additional angular deflection compared to a partial beam T of the on a microscanner 15 in the basic position (according to 7 ) is reflected. The bundle of collimated partial beams T in turn impinges on the lens array 11 . A substantially collimated partial beam T passes through exactly one lens 12 of the lens array 11. Conversely, each lens 12 of the lens array 11 is penetrated by exactly one partial beam T of the partial beam bundle reflected on the array 14 of microscanners 15. On the first beam path (ie from the beam path from the focusing lens 10 to the lens array 11) and the second beam path (ie from the beam path from the array 14 of microscanners 15 to the lens array 11), a partial beam T thus penetrates the lens array 11 twice with a different, in particular opposite direction of propagation.

Wie in den 6a und 6b illustriert, tritt auf dem zweiten Strahlweg ein Teilstrahl TR (samt Sub-Teilstrahlen Ts, siehe 6b)durch eine Linse 12' des Linsenarrays 11 hindurch, die benachbart angeordnet ist zu einer Linse 12 des Linsenarrays 11, durch welche der Teilstrahl TH auf dem ersten Strahlweg hindurchtritt. Die Teilstrahlen T treten also auf dem ersten Strahlweg (dieser kann auch als Hinweg der Teilstrahlen T zur reflektiven optischen Funktionseinheit 8 bezeichnet werden) durch eine andere Linse 12 des Linsenarrays 11 hindurch als auf dem zweiten Strahlweg (dieser kann auch als Rückweg der Teilstrahlen T von der reflektiven optischen Funktionseinheit 8 bezeichnet werden). Die von einem einzelnen Teilstrahl T auf dem ersten und zweiten Strahlweg durchlaufenen Linsen 12, 12' sind bevorzugt - jedoch nicht zwingend - benachbart angeordnet. Erst dadurch wird bei sonst telezentrischer Anordnung eine Auftrennung (darunter ist hier eine Auftrennung in Raumwinkelrichtungen zu verstehen) der Kanäle im Hin- und Rückweg vom Array 14 von Mikroscannern 15 ermöglicht.As in the 6a and 6b illustrated, a partial beam T R (including sub-partial beams Ts, see 6b ) through a lens 12' of the lens array 11, which is arranged adjacent to a lens 12 of the lens array 11, through which the partial beam T H passes on the first beam path. The partial beams T therefore pass through a different lens 12 of the lens array 11 on the first beam path (this can also be referred to as the outward path of the partial beams T to the reflective optical functional unit 8) than on the second beam path (this can also be referred to as the return path of the partial beams T from of the reflective optical functional unit 8). The lenses 12, 12′ through which a single partial beam T passes on the first and second beam path are preferably—but not necessarily—arranged adjacently. This is the only way in which, in an otherwise telecentric arrangement, is it possible for the channels to be separated (which is to be understood here as a separation in solid angle directions) on the outward and return path from the array 14 of microscanners 15 .

Wie schon erwähnt, und in den 6a und 6b dargestellt, treten die Teilstrahlen T auf dem zweiten Strahlweg als Bündel von Teilstrahlen T erneut durch die Fokussiereinheit 10 hindurch, wobei die Teilstrahlbündel-Achse AB vor dem Auftreffen der Teilstrahlen T auf die Fokussiereinheit 10 auf dem zweiten Strahlweg in Bezug zu der entlang des optischen Pfads 4 verlaufenden Symmetrieachse AF der Fokussiereinheit versetzt ist. Hervorzuheben ist an dieser Stelle, dass die Fokussiereinheit 10 die Teilstrahlen T des auf dem zweiten Strahlweg durch die Fokussiereinheit 10 hindurchtretenden Teilstrahlbündels konvergiert, d.h. die optischen Achsen der Teilstrahlen T laufen aufeinander zu (bei dem eingangs erwähnten telezentrischen Strahlverlauf treffen sich die Teilstrahlen gar an einem Raumpunkt). Die Symmetrie der Anordnung der Teilstrahlen um die gemeinsame Teilstrahlbündel-Achse AB ist allerdings im allgemeinen Fall gebrochen, da jeder Teilstrahl einen anderen Winkel aufweisen kann (aufgrund der individuellen Winkeladdition durch die reflektive optische Funktionseinheit 8). Vorzugsweise kollimiert die Fokussiereinheit 10 jeden Teilstrahl T durch die Fokussiereinheit 10 hindurchtretenden Teilstrahl.As already mentioned, and in the 6a and 6b shown, the partial beams T on the second beam path pass through the focusing unit 10 again as a bundle of partial beams T, with the partial beam bundle axis AB before the partial beams T impinge on the focusing unit 10 on the second beam path in relation to that along the optical Path 4 running axis of symmetry A F of the focusing unit is offset. It should be emphasized at this point that the focusing unit 10 converges the partial beams T of the partial beam bundle passing through the focusing unit 10 on the second beam path, i.e. the optical axes of the partial beams T converge (in the case of the telecentric beam path mentioned at the outset, the partial beams even meet at one space point). However, the symmetry of the arrangement of the partial beams about the common partial beam bundle axis AB is broken in the general case, since each partial beam can have a different angle (due to the individual angle addition by the reflective optical functional unit 8). The focusing unit 10 preferably collimates each partial beam T passing through the focusing unit 10 .

Die im Ausführungsbeispiel nach 6a und 6b gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst zudem eine Strahlpositionierungseinheit 9, insbesondere in Form eines Galvanometerscanners, die dazu eingerichtet ist, eine Grobpositionierung der auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T relativ zu dem Werkstück 2 auszuführen, nämlich durch Positionieren eines die Teilstrahl-Scanbereiche ST einschließenden Master-Scanbereichs SM relativ zu dem Werkstück 2. An den jeweiligen über die Grobpositionierung eingestellten Positionen der Master-Scanbereiche SM (und damit der Teilstrahlen T) kann im Anschluss an die Grobpositionierung eine individuelle Feinpositionierung der Teilstrahlen T innerhalb vorgegebener Teilstrahl-Scanbereiche ST der jeweiligen Teilstrahlen T erfolgen. Mit der Strahlpositionierungseinheit 9 erfolgt also eine Zustellung aller auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T.According to the embodiment 6a and 6b The laser processing device shown also includes a beam positioning unit 9, in particular in the form of a galvanometer scanner, which is set up to carry out a rough positioning of the partial beams T directed onto the workpiece 2 relative to the workpiece 2, namely by positioning a master scan region including the partial beam scan regions S T S M relative to the workpiece 2. At the respective positions of the master scan areas S M (and thus the partial beams T) set via the coarse positioning, an individual fine positioning of the partial beams T within predetermined partial beam scan areas S T of the respective Partial beams T take place. The beam positioning unit 9 is therefore used to deliver all partial beams T directed onto the workpiece 2.

Mit der Strahlpositionierungseinheit 9 können die auf das Werkstück 2 gerichteten Teilstrahlen T über das Werkstück 2 bewegt werden, vorzugsweise synchron und simultan, nämlich durch Bewegen des die Teilstrahl-Scanbereiche ST einschließenden Master-Scanbereichs SM relativ zu dem Werkstück 2.With the beam positioning unit 9, the partial beams T directed onto the workpiece 2 can be moved over the workpiece 2, preferably synchronously and simultaneously, namely by moving the master scan region S M enclosing the partial beam scan regions S T relative to the workpiece 2.

Die Strahlpositionierungseinheit 9 ist der optischen Steuereinheit 6 in Bezug auf die Strahlrichtung bzw. den Strahlengang nachgeordnet, der Strahlengang der Teilstrahlen T ist also dahingehend ausgebildet, dass die Teilstrahlen T erst im Anschluss an die Reflexion an der reflektiven optischen Steuereinheit 6 auf die Strahlpositionierungseinheit 9 auftreffen. Wie mehrfach erwähnt, lassen sich auch für die einzelnen auf dem Werkstück 2 abgebildeten Teilstrahlen T bzw. Laserspots 17 individuelle Scanprogramme bzw. Scanbewegungen ausführen.The beam positioning unit 9 is arranged downstream of the optical control unit 6 in relation to the beam direction or the beam path, the beam path of the partial beams T is therefore to that effect designed such that the partial beams T impinge on the beam positioning unit 9 only after the reflection at the reflective optical control unit 6 . As mentioned several times, individual scanning programs or scanning movements can also be executed for the individual partial beams T or laser spots 17 imaged on the workpiece 2 .

In Bezug zu dem zweiten Strahlweg ist nachgelagert zu der Strahlpositionierungseinheit eine Fokussieroptik 13 angeordnet, mit welcher die (auf das Werkstück 2 gerichteten) Teilstrahlen T unter Ausbildung von Laserspots 17 auf dem Werkstück 2 fokussiert werden. Beispielsweise kann die Fokussieroptik 13 als Linse ausgebildet sein, bevorzugt als F-Theta-Linse, die auch als Planfeldlinse bezeichnet wird. In relation to the second beam path, focusing optics 13 are arranged downstream of the beam positioning unit, with which the partial beams T (directed onto the workpiece 2) are focused, forming laser spots 17 on the workpiece 2. For example, the focusing optics 13 can be designed as a lens, preferably as an F-Theta lens, which is also referred to as a plane field lens.

BezugszeichenlisteReference List

11
Bearbeitungsstelleprocessing point
22
Werkstückworkpiece
33
Laserstrahlungsquellelaser radiation source
44
optischer Pfadoptical path
55
Strahlteilungseinheitbeam splitting unit
77
optische Funktionseinheitoptical functional unit
88th
reflektive optische Funktionseinheitreflective optical functional unit
99
Strahlpositionierungseinheitbeam positioning unit
1010
Fokussiereinheitfocusing unit
1111
Linsenarraylens array
1212
Linselens
1313
Fokussieroptik, F-theta LinseFocusing optics, F-theta lens
1414
Arrayarray
1515
Mikroscannermicroscanner
1616
Strahlselektionseinheitbeam selection unit
1717
Laserspotlaser spot
1818
Mikroscanner-Ebenemicroscanner level
1919
Linsenebenelens plane
2020
Scanbereichscan area
3636
Mikroscanner-Achsemicroscanner axis
4040
Werkstückaufnahmeworkpiece holder
LL
Laserstrahllaser beam
TT
Teilstrahlpartial beam
THth
Teilstrahlpartial beam
TRTR
Teilstrahlpartial beam
Tsts
Sub-Teilstrahlsub beam
ABAWAY
Teilstrahlbündel-Achsesub-beam axis
AFAF
Symmetrieachseaxis of symmetry
EE
Ebenelevel
HSHS
Hauptstrahlmain beam
STST
Teilstrahl-ScanbereichPartial beam scan area
SMSM
Master-Scanbereichmaster scan area
αa
Einfallwinkelangle of incidence
ββ
Ausfallwinkeldrop angle
xx
zusätzlicher Winkeladditional angle

Claims (41)

Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung vorgegebener Bearbeitungsstellen (1) eines Werkstücks (2), umfassend a. eine Laserstrahlungsquelle (3), die dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl (L) zu erzeugen und entlang eines optischen Pfades (4) in Richtung des Werkstücks (2) auszusenden; b. eine der Laserstrahlungsquelle (3) in Strahlrichtung nachgeordnete Strahlteilungseinheit (5), die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (L) in ein Bündel von Teilstrahlen (T) aufzuteilen; c. eine der Strahlteilungseinheit (5) in Strahlrichtung nachgeordnete optische Steuereinheit, umfassend eine aus einem Array (14) von reflektiven Mikroscannern (15) gebildete reflektive optische Funktionseinheit (8), wobei die optische Steuereinheit dazu eingerichtet ist, • aus dem Bündel von Teilstrahlen (T) eine beliebige Anzahl von Teilstrahlen in beliebiger räumlicher Kombination zu selektieren und auf das Werkstück (2) zu richten, • zumindest einen, vorzugsweise einen jeden, der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) unter Einsatz eines dem jeweiligen Teilstrahl (T) zugeordneten Mikroscanners (15) des Arrays (14) von Mikroscannern (15) innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) des jeweiligen Teilstrahls (T) zu positionieren und/oder zu bewegen dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung eine optische Funktionseinheit (7) umfasst, die zwischen der Strahlteilungseinheit (5) und der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) angeordnet ist, wobei die optische Funktionseinheit (7) einen Linsenarray (11) von Linsen (12) umfasst, wobei die dem Bündel von Teilstrahlen (T) zugehörigen Teilstrahlen (T) auf einem ersten Strahlweg bis zur Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) durch den Linsenarray (11) hindurchtreten, sowie nach der Reflexion an der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) zumindest ein Teil der dort reflektierten Teilstrahlen (T) auf einem zweiten Strahlweg erneut durch den Linsenarray (11) hindurchtreten, nämlich derart, dass ein jeweiliger Teilstrahl (T) auf dem zweiten Strahlweg durch eine Linse (12) des Linsenarrays (11) hindurchtritt, die benachbart angeordnet ist zu einer Linse (12) des Linsenarrays (11), durch welche der Teilstrahl (T) auf dem ersten Strahlweg hindurchtritt.Laser processing device for processing predetermined processing points (1) of a workpiece (2), comprising a. a laser radiation source (3) which is set up to generate a laser beam (L) and to emit it along an optical path (4) in the direction of the workpiece (2); b. a beam splitting unit (5) which is arranged downstream of the laser radiation source (3) in the beam direction and is set up to split the laser beam (L) into a bundle of partial beams (T); c. an optical control unit downstream of the beam splitting unit (5) in the beam direction, comprising a reflective optical functional unit (8) formed from an array (14) of reflective microscanners (15), wherein the optical control unit is set up to, • from the bundle of partial beams (T ) to select any number of partial beams in any spatial combination and to direct them onto the workpiece (2), • at least one, preferably each, of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) using a partial beam (T ) assigned microscanners (15) of the array (14) of microscanners (15) within a predetermined partial beam scanning range (S T ) of the respective partial beam (T) to be positioned and/or moved, characterized in that the laser processing device has an optical functional unit (7 ) comprises, which is arranged between the beam splitting unit (5) and the reflective optical functional unit (8). t, wherein the optical functional unit (7) comprises a lens array (11) of lenses (12), wherein the bundle of partial beams (T) associated partial beams (T) on a first beam path up to reflection at the reflective optical functional unit (8) pass through the lens array (11), and after being reflected at the reflective optical functional unit (8), at least some of the partial beams (T) reflected there again pass through the lens array (11) on a second beam path, namely in such a way that a respective partial beam (T) on the second ray path passes through a lens (12) of the lens array (11) which is arranged adjacent to a lens (12) of the lens array (11) through which the partial beam (T) passes on the first beam path. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strahlpositionierungseinheit (9) in Form eines Galvanometerscanners, eines Pivot-Scanners oder eines zwei-achsigen Einspiegelscanners, die dazu eingerichtet ist, eine Grobpositionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) relativ zu dem Werkstück (2) auszuführen, nämlich durch Positionieren eines die Teilstrahl-Scanbereiche (ST) einschließenden Master-Scanbereichs (SM) relativ zu dem Werkstück (2) und/oder dazu eingerichtet ist, die auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) über das Werkstück (2) zu bewegen, nämlich synchron und simultan, nämlich durch Bewegen des die Teilstrahl-Scanbereiche (ST) einschließenden Master-Scanbereichs (SM) relativ zu dem Werkstück (2).Laser processing device claim 1 , characterized by a beam positioning unit (9) in the form of a galvanometer scanner, a pivot scanner or a two-axis single-mirror scanner, which is set up to roughly position the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) relative to the workpiece (2) to be carried out, namely by positioning a master scan region (S M ), which includes the partial beam scan regions (S T ), relative to the workpiece (2) and/or is set up to project the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) over the To move the workpiece (2), namely synchronously and simultaneously, namely by moving the sub-beam scan areas (S T ) enclosing the master scan area (S M ) relative to the workpiece (2). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dahingehend ausgebildete Laserbearbeitungsvorrichtung, bei welcher auf dem ersten Strahlweg ein jeder Teilstrahl (T) des Bündels von Teilstrahlen (T) durch eine dem jeweiligen Teilstrahl (T) zugeordnete Linse (12) des Linsenarrays (11) hindurchtritt und auf dem zweiten Strahlweg zumindest ein Teil der an der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) reflektierten Teilstrahlen (T) durch eine dem jeweiligen Teilstrahl (T) zugeordnete Linse (12) des Linsenarrays (11) hindurchtritt.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by a laser processing device designed to that effect, in which on the first beam path each partial beam (T) of the bundle of partial beams (T) passes through a lens (12) of the lens array (11 ) and on the second beam path at least part of the partial beams (T) reflected on the reflective optical functional unit (8) passes through a lens (12) of the lens array (11) assigned to the respective partial beam (T). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dahingehend ausgebildete Laserbearbeitungsvorrichtung, bei welcher auf dem ersten Strahlweg ein jeder Teilstrahl (T) des Bündels von Teilstrahlen (T) durch die Fokussiereinheit (10) hindurchtritt und auf dem zweiten Strahlweg zumindest ein Teil der an der reflektiven optischen Funktionseinheit (8) reflektierten Teilstrahlen (T) erneut durch die Fokussiereinheit (10) hindurchtritt.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by a laser processing device designed to that effect, in which on the first beam path each partial beam (T) of the bundle of partial beams (T) passes through the focusing unit (10) and on the second beam path at least part of the the partial beams (T) reflected by the reflective optical functional unit (8) again passes through the focusing unit (10). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlselektionseinheit (16) in Form eines Arrays (30) von Aperturblenden, die dazu eingerichtet ist, eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen (T) auf dem zweiten Strahlweg, aus dem optischen Pfad (4) abzulenken oder zu absorbieren, so dass die abgelenkten Teilstrahlen (T) nicht auf dem Werkstück (2) auftreffen, wobei die Strahlselektionseinheit (16) in Bezug auf den Strahlengang vorzugsweise nachgeordnet zur reflektiven optischen Funktionseinheit (8) angeordnet ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by a beam selection unit (16) in the form of an array (30) of aperture stops, which is set up to deflect a predetermined number of partial beams (T) on the second beam path from the optical path (4). or to absorb, so that the deflected partial beams (T) do not impinge on the workpiece (2), wherein the beam selection unit (16) is preferably arranged downstream of the reflective optical functional unit (8) with respect to the beam path. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlselektionseinheit (16) reflektiv ausgebildet ist, nämlich als Mikrospiegel oder MEMS-Spiegel.Laser processing device claim 5 , characterized in that the beam selection unit (16) is reflective, namely as a micro mirror or MEMS mirror. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlselektionseinheit (16) absorptiv ausgebildet ist.Laser processing device claim 5 , characterized in that the beam selection unit (16) is absorptive. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel der Mehrzahl von Teilstrahlen (T) vor und nach dem Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit (10) auf dem ersten Strahlweg eine Teilstrahlbündel-Achse (AB) aufweist, in Bezug zu welcher die Mehrzahl von Teilstrahlen (T) symmetrisch angeordnet sind.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the bundle of the plurality of partial beams (T) before and after passing through the focusing unit (10) on the first beam path has a partial beam bundle axis (A B ) in relation to which the A plurality of partial beams (T) are arranged symmetrically. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (10) derart angeordnet ist, dass die Teilstrahlbündel-Achse (AB) vor dem Auftreffen der Teilstrahlen (T) auf der Fokussiereinheit (10) auf dem ersten Strahlweg in Bezug zu einer entlang des optischen Pfads (4) verlaufenden Symmetrieachse (AF) der Fokussiereinheit (10) versetzt ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing unit (10) is arranged such that the partial beam bundle axis (A B ) before the impingement of the partial beams (T) on the focusing unit (10) on the first beam path in relation to an axis of symmetry (A F ) of the focusing unit (10) running along the optical path (4). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (10) derart angeordnet ist, dass das Bündel von Teilstrahlen (T) vor und/oder nach Hindurchtreten durch die Fokussiereinheit (10) auf dem ersten Strahlweg einen telezentrischen Strahlengang aufweist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing unit (10) is arranged in such a way that the bundle of partial beams (T) has a telecentric beam path before and/or after passing through the focusing unit (10) on the first beam path. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Teilstrahlbündel-Achse (AB) nach Hindurchtreten der Teilstrahlen (T) durch die Fokussiereinheit (10) auf dem ersten Strahlweg in einem Winkel zur Symmetrieachse (AF) der Fokussiereinheit (10) verläuft.Laser processing device according to one of the preceding claims , characterized in that the optical partial beam bundle axis (A B ) after the partial beams (T) have passed through the focusing unit (10) on the first beam path at an angle to the axis of symmetry (A F ) of the focusing unit (10) runs. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (T) des Bündels von Teilstrahlen (T) auf dem ersten Strahlweg in einer senkrecht zum optischen Pfad (4) oder zur Symmetrieachse (AF) der Fokussiereinheit (10) angeordneten Ebene (E) fokussiert werden, wobei die Ebene (E) zwischen der Fokussiereinheit (10) und dem Linsenarray (11) angeordnet ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the partial beams (T) of the bundle of partial beams (T) on the first beam path are arranged in a plane perpendicular to the optical path (4) or to the axis of symmetry (A F ) of the focusing unit (10). (E) are focused, the plane (E) being arranged between the focusing unit (10) and the lens array (11). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenarray (11) eine laterale Anordnung von Linsen (12) oder Linsensystemen umfasst, die in einer gemeinsamen Linsenebene (19) angeordnet sind, wobei die Linsenebene (19) senkrecht zum optischen Pfad (4) oder zur Symmetrieachse (AF) der Fokussiereinheit (10) angeordnet ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the lens array (11) comprises a lateral arrangement of lenses (12) or lens systems which are arranged in a common lens plane (19), the lens plane (19) is arranged perpendicular to the optical path (4) or to the axis of symmetry ( AF ) of the focusing unit (10). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Array (14) von reflektiven Mikroscannern (15) eine laterale Anordnung von reflektiven Mikroscannern (15) umfasst, die in einer gemeinsamen Mikroscanner-Ebene (18) angeordnet sind, wobei die Mikroscanner-Ebene (18) senkrecht zum optischen Pfad (4) oder zur Symmetrieachse (AF) der Fokussiereinheit (10) angeordnet ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the array (14) of reflective micro-scanners (15) comprises a lateral arrangement of reflective micro-scanners (15) which are arranged in a common micro-scanner plane (18), the micro-scanner Level (18) is arranged perpendicular to the optical path (4) or to the axis of symmetry (A F ) of the focusing unit (10). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenebene (19) des Linsenarrays (11) die gleiche Neigung aufweist wie die Mikroscanner-Ebene (18) des Arrays (14) von reflektiven Mikroscannern (15), und dass die Linsen (12) oder Linsensysteme in der Linsenebene (19) in der gleichen Anordnungssymmetrie angeordnet sind wie die Mikroscanner (15) in der Mikroscanner-Ebene (18).Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the lens plane (19) of the lens array (11) has the same inclination as the microscanner plane (18) of the array (14) of reflective microscanners (15), and that the lenses ( 12) or lens systems in the lens plane (19) are arranged in the same arrangement symmetry as the microscanners (15) in the microscanner plane (18). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Teilstrahl (T) von jeweils einem Mikroscanner (14) reflektiert wird.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that a respective partial beam (T) is reflected by a respective microscanner (14). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeder Mikroscanner (14) dazu eingerichtet ist, eine Grundstellung sowie zumindest eine erste Ablenkstellung einzunehmen, wobei ein in der ersten Ablenkstellung befindlicher Mikroscanner (14) dazu eingerichtet ist, einen auf den Mikroscanner (14) auftreffenden Teilstrahl (T) in Richtung des zweiten Strahlwegs abzulenken.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that each microscanner (14) is set up to assume a basic position and at least one first deflection position, a microscanner (14) located in the first deflection position being set up to place a beam on the microscanner ( 14) to deflect the incident partial beam (T) in the direction of the second beam path. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeder Mikroscanner (14) dazu eingerichtet ist, eine zweite Ablenkstellung einzunehmen, wobei ein in der zweiten Ablenkstellung befindlicher Mikroscanner (14) dazu eingerichtet ist, einen auf den Mikroscanner (14) auftreffenden Teilstrahl (T) aus dem optischen Pfad (4) abzulenken.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that each microscanner (14) is set up to assume a second deflection position, a microscanner (14) located in the second deflection position being set up to project a partial beam impinging on the microscanner (14). (T) from the optical path (4) deflect. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den jeweiligen Mikroscannern (14) für den jeweiligen auf den Mikroscanner (14) auftreffenden Teilstrahl (T) ein Ablenkungswinkel flexibel und dynamisch einstellbar ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that a deflection angle can be set flexibly and dynamically with the respective microscanners (14) for the respective partial beam (T) impinging on the microscanner (14). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Array (13) von Mikroscannern (14) ein Array von Mikrospiegeln oder MEMS-Spiegeln/MEMS-Scannern ist, wobei ein jeder Mikroscanner (14) dazu eingerichtet ist, einen darauf auftreffenden Teilstrahlen (T) in zwei Koordinatenrichtungen abzulenken.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the array (13) of micro-scanners (14) is an array of micro-mirrors or MEMS mirrors / MEMS scanners, each micro-scanner (14) being set up to impinge thereon a partial beam (T) in two coordinate directions. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (T) auf dem zweiten Strahlweg als Bündel von Teilstrahlen (T) erneut durch die Fokussiereinheit (10) hindurchtreten, wobei die Teilstrahlbündel-Achse (AB) vor dem Auftreffen der Teilstrahlen (T) auf die Fokussiereinheit (10) auf dem zweiten Strahlweg in Bezug zu der entlang des optischen Pfads (4) verlaufenden Symmetrieachse (AF) der Fokussiereinheit (10) versetzt und/oder verkippt ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the partial beams (T) on the second beam path as a bundle of partial beams (T) again pass through the focusing unit (10), the partial beam bundle axis (A B ) before the partial beams impinge (T) on the focusing unit (10) on the second beam path in relation to the axis of symmetry (A F ) of the focusing unit (10) running along the optical path (4) and/or is tilted. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinheit (5) ein diffraktives optisches Element ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam splitting unit (5) is a diffractive optical element. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserstrahlungsquelle (3) und der Strahlteilungseinheit (5) ein Strahlformungselement angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, eine gaußförmige Intensitätsverteilung des Laserstrahls (L) in eine davon abweichende Intensitätsverteilung umzuwandeln, nämlich in eine Top-Hat Intensitätsverteilung oder eine ringförmige Intensitätsverteilung.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that between the laser radiation source (3) and the beam splitting unit (5) a beam shaping element is arranged, which is set up to convert a Gaussian intensity distribution of the laser beam (L) into a different intensity distribution, namely in a top-hat intensity distribution or a ring-shaped intensity distribution. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinheit (5) dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl (L) in ein Bündel von Teilstrahlen (T) aufzuteilen, wobei die Teilstrahlen (T) äquidistante Abstände aufweisen.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the beam splitting unit (5) is set up to split the laser beam (L) into a bundle of partial beams (T), the partial beams (T) being equidistantly spaced. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand vorgegebener Daten einen Bearbeitungsweg für eine Grob-Positionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) durch eine Positionierung des Master-Scanbereichs (SM) an verschiedenen Stellen des Werkstücks zu ermitteln, wobei die Steuereinheit mit der Strahlpositionierungseinheit steuerungstechnisch verbunden ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by a control unit which is set up to use predetermined data to define a processing path for a rough positioning of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) by positioning the master scan region (S M ) to be determined at various points on the workpiece, the control unit being connected to the beam positioning unit in terms of control technology. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit weiterhin steuerungstechnisch mit der optischen Steuereinheit, nämlich mit dem Array (13) von Mikroscannern (14), und der Strahlselektionseinheit (15) verbunden ist.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit is also connected in terms of control technology to the optical control unit, namely to the array (13) of microscanners (14) and the beam selection unit (15). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, für die verschiedenen Stellen des Master-Scanbereichs (SM) auf dem Werkstück jeweils a. eine erste Anzahl und räumliche Anordnung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) zu ermitteln, b. eine zweite Anzahl und räumliche Anordnung der aus dem optischen Pfad (4) abzuleitenden oder zu absorbierenden Teilstrahlen (T) zu ermitteln, c. die Ableitung und/oder Absorption der gemäß Schritt b. ermittelten Anzahl und räumlichen Anordnung von Teilstrahlen (T) zu veranlassen; d. für jeden der auf das Werkstück (2) zu richtenden Teilstrahlen (T) innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) des jeweiligen Teilstrahls (T) eine Position zu ermitteln und über eine entsprechende Auslenkung des dem jeweiligen Teilstrahl (T) zugeordneten Mikroscanners (14) des Arrays von Mikroscannern (14) einzustellen und/oder für eine vorgegebene Anzahl an Teilstrahlen (T) einen Scanpfad zu ermitteln und eine Scanbewegung der jeweiligen Teilstrahlen (T) durch Ansteuern der den jeweiligen Teilstrahlen(T) zugeordneten Mikroscanner (15)auszuführen.Laser processing device according to one of the preceding claims , characterized in that the control unit is set up to a. to determine a first number and spatial arrangement of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2), b. to determine a second number and spatial arrangement of the partial beams (T) to be derived or absorbed from the optical path (4), c. the derivation and/or absorption of the according to step b. determined number and spatial arrangement of partial beams (T); i.e. to determine a position for each of the partial beams (T) to be directed onto the workpiece (2) within the specified partial beam scanning range (S T ) of the respective partial beam (T) and via a corresponding deflection of the microscanner ( 14) of the array of microscanners (14) and/or to determine a scan path for a predetermined number of partial beams (T) and to carry out a scanning movement of the respective partial beams (T) by controlling the microscanners (15) assigned to the respective partial beams (T). . Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Strahlteilungseinheit (5), die reflektive optische Funktionseinheit (8) und die Strahlpositionierungseinheit (9) anzusteuern.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit is set up to control the beam splitting unit (5), the reflective optical functional unit (8) and the beam positioning unit (9). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in Bezug zu dem zweiten Strahlweg nachgelagert zu der Strahlpositionierungseinheit (9) angeordnete Fokussieroptik (13), die dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen (T) auf das Werkstück (2) zu fokussieren.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized by focusing optics (13) which are arranged downstream of the beam positioning unit (9) in relation to the second beam path and are designed to focus the partial beams (T) onto the workpiece (2). Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (13) eine F-Theta Linse oder eine F-Sin-theta korrigierte Linse ist.Laser processing device claim 29 , characterized in that the focusing optics (13) is an F-Theta lens or an F-Sin-theta corrected lens. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jene der Laserbearbeitungsvorrichtung zugehörigen Bauelemente, nämlich die Strahlteilungseinheit (5), die Fokussiereinheit (10), der Linsenarray (11) und der Array (14) von Mikroscannern (15), in Bezug auf ihre Beabstandung und Brennweiten dahingehend angeordnet und ausgebildet sind, dass eine in der Strahlteilungseinheit (5) vorliegende Strahlteilungsebene auf die einzelnen Mikroscanner (15) abgebildet wird und weiterhin die Mikroscanner-Ebene (18) in einer gemeinsamen Ebene abgebildet wird, wobei sich einzelne, den Teilstrahlen (T) zugeordnete optische Kanäle - auch bei Änderung einer individuell eingestellten Teilstrahlrichtung - in einem Kreuzungspunkt in der Ebene kreuzen.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that those components associated with the laser processing device, namely the beam splitting unit (5), the focusing unit (10), the lens array (11) and the array (14) of microscanners (15), with respect to their spacing and focal lengths are arranged and designed in such a way that a beam splitting plane present in the beam splitting unit (5) is imaged onto the individual microscanners (15) and the microscanner plane (18) is also imaged in a common plane, with individual, den Intersect optical channels assigned to partial beams (T) - even when changing an individually set partial beam direction - at a crossing point in the plane. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpositionierungseinheit (9) und/oder die Fokussieroptik (13) dahingehend angeordnet ist/sind, dass die Eintrittspupille der Fokussieroptik (13) in dem Kreuzungspunkt oder einem Kreuzungsbereich der Teilstrahlen (T) angeordnet ist.Laser processing device Claim 31 , characterized in that the beam positioning unit (9) and/or the focusing optics (13) is/are arranged such that the entrance pupil of the focusing optics (13) is arranged at the crossing point or a crossing area of the partial beams (T). Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Funktionseinheit (7) einen Treppenspiegel umfasst, der anstelle oder in Kombination mit der Fokussiereinheit (10) vorgesehen ist, wobei der Treppenspiegel dazu eingerichtet ist, eine zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen (T) verkippte Fokusebene zu erzeugen.Laser processing device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical functional unit (7) comprises a staircase mirror which is provided instead of or in combination with the focusing unit (10), the staircase mirror being set up to have a direction of propagation of the partial beams (T) to generate a tilted focal plane. Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (2) an vorgegebenen Bearbeitungsstellen (1) unter Einsatz einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1, wobei nach Erzeugung eines Laserstrahls (L) mit einer Laserstrahlungsquelle (3) eine Strahlteilung des Laserstrahls (L) in ein Bündel von Teilstrahlen (T) vorgenommen wird und an einer vorgegebenen Anzahl von Stellen unter Einsatz einer optischen Steuereinheit (6) eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlen (T) des Bündels von Teilstrahlen (T) in beliebiger räumlicher Kombination auf das Werkstück (2) gerichtet wird, und wobei die auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) innerhalb eines vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) positioniert und/oder bewegt werden.Method for laser processing a workpiece (2) at predetermined processing points (1) using a laser processing device according to patent claim 1 , wherein after generating a laser beam (L) with a laser radiation source (3), a beam splitting of the laser beam (L) into a bundle of partial beams (T) is carried out and at a predetermined number of points using an optical control unit (6) a predetermined number of sub-beams (T) of the bundle of sub-beams (T) is directed onto the workpiece (2) in any spatial combination, and wherein the sub-beams (T) directed onto the workpiece (2) are positioned within a predetermined sub-beam scanning range (S T ). and/or be moved. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass vorangehend zur Positionierung der Teilstrahlen (T) in den jeweiligen Teilstrahl-Scanbereichen (ST) eine Grobpositionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) an den einer vorgegebenen Anzahl von Stellen vorgenommen wird, nämlich durch Anordnen des Werkstücks (2) in einer Werkstückaufnahme (40) und a. Positionieren des Werkstücks (2) relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung, oder b. Positionieren der auf das Werkstück (2) gerichteten und innerhalb eines Master-Scanbereichs (SM) liegenden Teilstrahlen (T) relativ zu dem Werkstück (2) unter Einsatz einer Strahlpositionierungseinheit (9), oder c. Positionieren des Werkstücks (2) relativ zu der Laserbearbeitungsvorrichtung und der auf das Werkstück (2) gerichteten und innerhalb eines Master-Scanbereichs (SM) liegenden Teilstrahlen (T) mit einer Strahlpositionierungseinheit (9).procedure after Claim 34 , characterized in that prior to the positioning of the partial beams (T) in the respective partial beam scanning areas (S T ), a rough positioning of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) is carried out at a predetermined number of points, namely by arranging the workpiece (2) in a workpiece holder (40) and a. Positioning the workpiece (2) relative to the laser processing device, or b. Positioning the partial beams (T) directed towards the workpiece (2) and lying within a master scan area (S M ) relative to the workpiece (2) using a beam positioning unit (9), or c. Positioning of the workpiece (2) relative to the laser processing device and the partial beams (T) directed towards the workpiece (2) and lying within a master scan area (S M ) with a beam positioning unit (9). Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einsatz der optischen Steuereinheit im Anschluss an die Grobpositionierung sowie die Positionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) für eine vorgegebene Anzahl der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) eine individuelle Scanbewegung ausgeführt wird.procedure after Claim 34 or 35 , characterized in that using the optical control unit following the rough positioning and the positioning of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) within the predetermined partial beam scanning range (S T ) for a predetermined number of the partial beams aimed at the workpiece (2 ) directed partial beams (T) an individual scanning movement is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit (9) im Anschluss an die Grobpositionierung sowie die Positionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) für die auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) eine simultane und synchrone Scanbewegung ausgeführt wird.Procedure according to one of Claims 34 until 36 , characterized in that using the beam positioning unit (9) following the rough positioning and the positioning of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) within the predetermined partial beam scanning range (S T ) for the onto the workpiece (2) directed partial beams (T) a simultaneous and synchronous scanning movement is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einsatz der optischen Steuereinheit und/oder der Strahlpositionierungseinheit im Anschluss an die Grobpositionierung und gegebenenfalls der Positionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen T innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) für eine vorgegebene Anzahl der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) eine Positionierungskorrektur von Positionierungsfehlern, nämlich resultierend aus Verzeichnungsfehlern eines optischen Funktionselements, ausgeführt wird, nämlich unter Einsatz einer Korrekturmatrix.Procedure according to one of Claims 34 until 37 , characterized in that using the optical control unit and / or the beam positioning unit following the coarse positioning and optionally the positioning of the part beams t directed on the workpiece (2), within the predetermined partial beam scan area (S t ) for a predetermined number of the workpiece (2) directed partial beams (T) a positioning correction of positioning errors, namely resulting from distortion errors of an optical functional element, is carried out, namely using a correction matrix. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmatrix unter Einsatz eines optischen Messsystems, nämlich ein im Fokus eines T-theta Objektivs angeordneten Messsystems, ermittelt wird.procedure after Claim 38 , characterized in that the correction matrix is determined using an optical measuring system, namely a measuring system arranged in the focus of a T-theta lens. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einsatz der Strahlpositionierungseinheit (9) im Anschluss an die Grobpositionierung sowie die Positionierung der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) innerhalb des vorgegebenen Teilstrahl-Scanbereichs (ST) für die auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) eine simultane und synchrone Scanbewegung entlang eines vorgegebenen Scanwegs ausgeführt wird wobei bei Ausführung der Scanbewegung unter Einsatz der optischen Steuereinheit, nämlich der reflektiven Mikroscanner (15), für eine vorgegebene Anzahl der auf das Werkstück (2) gerichteten Teilstrahlen (T) eine dynamische Positionierungskorrektur von Positionierungsfehlern, nämlich resultierend aus Verzeichnungsfehlern eines optischen Funktionselements, ausgeführt wird, nämlich unter Einsatz einer Korrekturmatrix.Procedure according to one of Claims 34 until 39 , characterized in that using the beam positioning unit (9) following the rough positioning and the positioning of the partial beams (T) directed onto the workpiece (2) within the predetermined partial beam scanning range (S T ) for the onto the workpiece (2) directed partial beams (T), a simultaneous and synchronous scanning movement is carried out along a predetermined scanning path, with the execution of the scanning movement using the optical control unit, namely the reflective microscanner (15), for a predetermined number of the partial beams directed onto the workpiece (2) (T ) a dynamic positioning correction of positioning errors, namely resulting from distortion errors of an optical functional element, is carried out, namely using a correction matrix. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Einsatz einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 33 ausgeführt wird.Procedure according to one of Claims 34 until 40 , characterized in that the method using a laser processing device according to one of claims 2 until 33 is performed.
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