DE102020114077A1

DE102020114077A1 - Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht und Anordnung einer Mehrzahl derartiger Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102020114077A1
Application number: DE102020114077.0A
Authority: DE
Inventors: Henning Kalis; Florian Seck; Mikhail Ivanenko
Original assignee: Limo Display GmbH
Current assignee: Focuslight Germany GmbH
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-12-02
Also published as: JP2023503139A; KR20220035975A; JP7382504B2; TW202234126A; WO2021239278A1; US20240069252A1; CN114514085A; TWI832116B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1.1-1.m) zur Homogenisierung von Laserlicht (2.1-2.m), umfassend- ein erstes Mikrolinsenarray (3) mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen (30.1-30.n), die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind,- ein zweites Mikrolinsenarray (4) mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen (40.1-40.n), die in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei das zweite Mikrolinsenarray (4) in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts (2.1-2.m) vom ersten Mikrolinsenarray (3) beabstandet angeordnet ist und die Ebene (41) der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays (4) zur Ebene (31) der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays (3) um einen Winkel |α| geneigt ist und wobei die Mikrolinsenarrays (3, 4) so ausgebildet sind, dass sich die Brennweiten der in der ersten Richtung nebeneinander angeordneten Mikrolinsen (30.1-30.n, 40.1-40.n) ausgehend von der ersten Mikrolinse (30.1, 40.1) bis zur n-ten Mikrolinse (30n, 40n) verändern, wobei in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem zweiten Mikrolinsenarray (4) ein optischer Keil (5) angeordnet ist und die Brennweiten der Mikrolinsen (30.1-30.n, 40.1-40.n) der Mikrolinsenarrays (3, 4) so gewählt sind, dass eine Brennebene (6) der Vorrichtung (1.1-1.m) in einem Luftspalt (7) zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray (4) und dem optischen Keil (5) liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht, umfassend ein erstes Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen, die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, ein zweites Mikrolinsenarray mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen, die in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei das zweite Mikrolinsenarray in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts vom ersten Mikrolinsenarray beabstandet angeordnet ist und die Ebene der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays zur Ebene der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays um einen Winkel |α| geneigt ist und wobei die Mikrolinsenarrays so ausgebildet sind, dass sich die Brennweiten der in der ersten Richtung nebeneinander angeordneten Mikrolinsen ausgehend von der ersten Mikrolinse bis zur n-ten Mikrolinse verändern. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung einer Mehrzahl derartiger Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht.
Aus der WO 2008/043491 A1 ist eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht bekannt, die monolithisch aufgebaut ist. Die Vorrichtung weist zwei voneinander beabstandete Mikrolinsenarrays auf, wobei die Ebene der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays gegenüber der Ebene der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays um einen Winkel α geneigt ist. Die Mikrolinsen der beiden Mikrolinsenarrays sind nach ihren Durchmessern beziehungsweise Brennweiten geordnet. Ausgehend von einer ersten Mikrolinse des ersten Mikrolinsenarrays und einer ersten Mikrolinse des zweiten Mikrolinsenarrays, deren Abstand der kürzeste Abstand zwischen allen einander zugeordneten Mikrolinsen der beiden Mikrolinsenarrays ist, nehmen die Durchmesser beziehungsweise Brennweiten in einer ersten Richtung, in der die Mikrolinsen nebeneinander angeordnet sind, zu. Das bedeutet, dass die letzte Mikrolinse des ersten Mikrolinsenarrays und die letzte Mikrolinse des zweiten Mikrolinsenarrays den größten Durchmesser beziehungsweise die größte Brennweite und den größten Abstand voneinander haben.
Ein Nachteil dieser Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht besteht darin, dass die Brennpunkte der Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays auf der Oberfläche der Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays beziehungsweise im Glassubstrat des zweiten Mikrolinsenarrays liegen. Dieses führt dazu, dass abhängig von den Betriebsparametern der Laserlichtquelle, insbesondere in Abhängigkeit von der Intensität, der Ausleuchtung des zweiten Mikrolinsenarrays und der Strahldivergenz, sehr rasch Energiedichten des Laserlichts auftreten können, die dazu führen können, dass eine Zerstörschwelle einer Beschichtung der Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays oder eine Zerstörschwelle des Glassubstrats des zweiten Mikrolinsenarrays erreicht werden können. Dieses kann zu einer irreversiblen Zerstörung des zweiten Mikrolinsenarrays bei einem Einsatz hochenergetischer Laserstrahlung führen, wie sie zum Beispiel in der Materialbearbeitung, insbesondere für die Kristallisation von Silizium, verwendet wird.
Weiterhin besteht bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht das Problem, dass bei zunehmendem Neigungswinkel α der Ebene der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays in Abhängigkeit von der Art der Beleuchtung, die typischerweise gaußförmig ist, ein physikalischer Abtasteffekt entsteht. Dieser führt zu einem unerwünschten, im Wesentlichen linearen Anstieg oder Abfall des Intensitätsverlaufs entlang der resultierenden linienförmigen Intensitätsverteilung in der Arbeitsebene. Eine derartige Makro-Inhomogenität bewirkt, dass das zu bearbeitende Werkstück ungleichmäßig bearbeitet wird, was zwingend vermieden werden sollte.
Der monolithische Aufbau der aus der WO 2008/043491 A1 bekannten Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht lässt darüber hinaus eine nachträgliche Justage, insbesondere eine Justage des Abstands zur Feinjustage der Linienlänge in der Arbeitsebene, nicht zu.
Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht der eingangs genannten Art und eine Anordnung einer Mehrzahl derartiger Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die während des Betriebs in einer Laservorrichtung zu einer geringeren Energiedichte in und auf den optischen Komponenten führen sowie Mikro- beziehungsweise Makro-Inhomogenitäten wirksam verringern können.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Anordnung wird diese Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht zeichnet sich dadurch aus, dass in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem zweiten Mikrolinsenarray ein optischer Keil angeordnet ist und die Brennweiten der Mikrolinsen der Mikrolinsenarrays so gewählt sind, dass eine Brennebene der Vorrichtung in einem Luftspalt zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray und dem optischen Keil liegt. Das erste und das zweite Mikrolinsenarray der erfindungsgemäßen, nicht monolithisch ausgeführten Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht weisen in der ersten Richtung sich ändernde Krümmungsradien, Durchmesser beziehungsweise Brennweiten auf, so dass interferenzbedingte Mikro-Inhomogenitäten wirksam unterdrückt werden können. Dadurch, dass sich die Brennebene der Vorrichtung in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts in einem Luftspalt hinter dem zweiten Mikrolinsenarray und vor dem optischen Keil befindet, eignet sich die hier vorgestellte Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht auch für Anwendungen, bei denen sehr hohe Laserleistungen, insbesondere sehr hohe Pulsenergien, auftreten. Denn ein hoher Energieeintrag in die optischen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere in das Glassubtrat des zweiten Mikrolinsenarrays oder eine Beschichtung des zweiten Mikrolinsenarrays, kann wirksam verhindert werden. Da sich die Brennebene innerhalb des Luftspalts zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray und dem optischen Keil befindet, kann auch ein zu hoher Energieeintrag in den optischen Keil wirksam verhindert werden. Aufgrund des nicht-monolithischen Aufbaus der Vorrichtung sind das erste Mikrolinsenarray und das zweite Mikrolinsenarray überdies zwei physisch voneinander getrennte Bauteile. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, Dezentrierungsfehler der Mikrolinsenarrays zueinander zu kompensieren und auch den Abstand zwischen den Mikrolinsenarrays zu verändern. Durch diese Veränderung des Abstands kann insbesondere auch die resultierende Linienlänge in einer Arbeitsebene in einem gewissen Rahmen variiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsenarrays so ausgebildet sind, dass sich die Brennweiten der in der ersten Richtung nebeneinander angeordneten Mikrolinsen ausgehend von der ersten Mikrolinse bis zur n-ten Mikrolinse sukzessive vergrößern. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht insbesondere eine einfachere Herstellung der Mikrolinsenarrays.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays der Anzahl der Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays entspricht, so dass jeder der Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays eine Mikrolinse des ersten Mikrolinsenarrays zugeordnet ist. Daraus ergibt sich, dass im Betrieb der Vorrichtung diejenigen Teilstrahlen des Laserlichts, die durch eine i-te Mikrolinse (i = 1...n) des ersten Mikrolinsenarrays hindurchgetreten sind, zumindest größtenteils auch durch eine i-te Mikrolinse (i = 1...n) des zweiten Mikrolinsenarrays hindurchtreten, so dass insoweit eine Zuordnung der Mikrolinsen gegeben ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Mikrolinsen als Zylinderlinsen ausgebildet sind, deren Zylinderachsen sich jeweils in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und senkrecht zu einer dritten Richtung, welche die Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts definiert, orientiert sind. Die Zylinderachsen der Zylinderlinsen sind somit insbesondere parallel zueinander orientiert. Beispielsweise können auch azylindrische Mikrolinsen (beispielsweise für das zweite Mikrolinsenarray) oder sphärische Mikrolinsen verwendet werdet, wobei insbesondere bei einer sphärischen Ausgestaltung die Komplexität des optischen Gesamtaufbaus noch zusätzlich steigt. Die Verwendung von Zylinderlinsen ist somit in der praktischen Anwendung vorteilhafter.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der optische Keil eine Lichteintrittsfläche aufweist, die parallel zur Ebene der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays orientiert ist. Daraus ergibt sich, dass die Lichteintrittsfläche des optischen Keils zur Ebene der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays ebenfalls um einen Winkel |α| geneigt ist. Dieses führt dazu, dass der Winkelversatz, der durch das zweite Mikrolinsenarray verursacht wird, durch den optischen Keil kompensiert wird und nur ein resultierender Parallelversatz erzeugt wird.
Die wohldefinierte gemeinsame Brennebene innerhalb des Luftspalts zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray und dem optischen Keil, der in einem Abstand d_L hinter dem zweiten Mikrolinsenarray angeordnet ist, kann insbesondere durch eine Anpassung der Krümmungsradien beziehungsweise Brennweiten der Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays erreicht werden. Vorzugsweise gilt für die Brennweite ƒ₁ ⁽ⁱ⁾ der i-ten Mikrolinse des ersten Mikrolinsenarrays: $ƒ_{1}^{(i)} = - \frac{{(ƒ^{(i)})}^{2}}{\frac{d_{G}}{n_{G}} + d_{L} - ƒ^{(i)}}$
wobei d_G die Glasdicke und n_G den Brechungsindex des Glassubstrats des zweiten Mikrolinsenarrays bezeichnen und wobei ƒ⁽ⁱ⁾ die Brennweite der i-ten Mikrolinse des zweiten Mikrolinsenarrays bezeichnet und wobei d_L der Abstand zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray und dem optischen Keil ist und wobei gilt: i = 1...n. Mit dieser Formel können alle Brennweiten der insgesamt n Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays auf Basis optischer Eigenschaften der insgesamt n Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays sehr einfach berechnet werden. Der Nenner weist typischerweise ein negatives Vorzeichen auf, so dass die Brennweiten ƒ₁ ⁽ⁱ⁾ aller Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays ein positives Vorzeichen besitzen und diese Mikrolinsen somit konvex geformt sind. Vorzugsweise gilt: $\frac{d_{G}}{n_{G}} + d_{L} < ƒ^{(i)}$
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass für die Abstände $d_{12}^{(i + 1)}$
zwischen den Mikrolinsen des ersten Mikrolinsenarrays und den Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays gilt: $d_{12}^{(i + 1)} = \frac{2 (ƒ^{(i)} + \frac{p^{(i)}}{2} tan (α))}{β (\frac{2 ƒ^{(i)}}{p^{(i)}} - tan (α))}$
wobei p⁽ⁱ⁾ den Mittenabstand zwischen der i-ten Mikrolinse und der i+1-ten Mikrolinse, ƒ⁽ⁱ⁾ die Brennweite der i-ten Mikrolinse des zweiten Mikrolinsenarrays und β die numerische Apertur des zweiten Mikrolinsenarrays bezeichnen, wobei gilt: i = 1...n-1. Die Abstände $d_{12}^{(i + 1)},$
die typischerweise im Mikrometer- oder Millimeterbereich liegen, werden somit durch eine rekursive Formel bestimmt und hängen insbesondere von optischen Eigenschaften (Brennpunkt und numerische Apertur) und geometrischen Eigenschaften (Mittenabstand) der Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsenarrays ab.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Neigungswinkel α so gewählt ist, dass gilt: $\frac{β}{2} < arcsin [n_{G} sin {α - arcsin (sin \frac{[α]}{n_{G}})}]$
wobei β die numerische Apertur und n_G den Brechungsindex des zweiten Mikrolinsenarrays bezeichnen. Vorzugsweise sollte |α| < 15° sein, da bei größeren Winkeln unter Umständen Abbildungsfehler auftreten können, die in geeigneter Weise durch zusätzliche Maßnahmen kompensiert werden müssten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass der optische Keil so ausgebildet ist, dass er translatorisch bewegbar ist und/oder um eine sich in der zweiten Richtung erstreckende Achse rotierbar ist. Dadurch ermöglicht es der optische Keil, eine optische Weglänge des Laserlichts durch eine dynamische Justage, insbesondere Rotation und/oder Translation, zum Beispiel während einer Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Laservorrichtung, welche zumindest eine hier vorgestellte Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserlicht aufweist, fein zu justieren. Dadurch wird insbesondere die Möglichkeit geschaffen, in Echtzeit Einfluss auf die sich ergebende Oberflächenbeschaffenheit des zu bearbeitenden Werkstücks zu nehmen.
Es soll an dieser Stelle noch angemerkt werden, dass es auch möglich ist, anstelle von Mikrolinsenarrays entsprechende Mikrospiegelarrays in Kombination mit einem refraktiven optischen Keil zu verwenden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, die Mikrospiegelarrays mit dem einfallenden Laserlicht parallel zu einem Krümmungsscheitel zu treffen, um dadurch den Astigmatismus zu verringern.
Eine erfindungsgemäße Anordnung weist eine Mehrzahl von Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf, wobei die Vorrichtungen in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und zueinander benachbarte Vorrichtungen so ausgebildet sind, dass die Ebene der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays zur Ebene der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays abwechselnd um einen Winkel +α und um einen Winkel -α geneigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine gerade Anzahl von Vorrichtungen nebeneinander angeordnet ist. Eine in dieser Weise ausgeführte Anordnung einer geraden Anzahl von Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht führt bei einer Laservorrichtung, die in einer Arbeitsebene eine linienförmige Intensitätsverteilung erzeugen kann, zu einer Überlagerung einer geraden Anzahl linearer Intensitätsprofile des Laserlichts in der Arbeitsebene, welche die gleiche Steigung mit unterschiedlichen Vorzeichen aufweisen. Dadurch können in besonders vorteilhafter Weise auch lineare Makro-Inhomogenitäten ausgeglichen werden, so dass das resultierende Intensitätsprofil in der Arbeitsebene wieder homogenisiert ist.
Die Auslöschung der Makro-Inhomogenitäten kann alternativ auch durch eine Vorhomogenisierung des Laserlichts erreicht werden, da der Abtasteffekt bei annähernd homogener Ausleuchtung der Vorrichtung keinen signifikanten Beitrag mehr leistet. Dann könnte zum Beispiel auch nur eine Vorrichtung oder eine ungerade Anzahl von Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht verwendet werden.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine Auslöschung der Makro-Inhomogenitäten auch durch eine unsymmetrische Anpassung eines zum Beispiel gaußartigen Strahlprofils (insbesondere entsprechend einer Weibull-Verteilung) des Laserlichts erreicht wird. Hierfür muss die Asymmetrie des Strahlprofils an die mit dem Neigungswinkel einhergehende Breitenmodulation der Mikrolinsen der Mikrolinsenarrays angepasst werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen:

1 eine schematisch sehr stark vereinfachte Darstellung einer Laservorrichtung, mittels derer in einer Arbeitsebene eine linienförmige Intensitätsverteilung erzeugt werden kann,
2 eine Draufsicht auf eine Anordnung zweier Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht in einer ersten Konfiguration,
3 eine Draufsicht auf eine Anordnung zweier Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht in einer zweiten Konfiguration,
4 eine Draufsicht auf eine erste der beiden Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht gemäß 2 und 3,
5 eine Detailansicht, die den Strahlengang zweier Teilstrahlen des Laserlichts durch zwei voneinander beabstandete Mikrolinsen und einen optischen Keil zeigt,
6 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit einer Anzahl m > 2 von Vorrichtungen zur Homogenisierung von Laserlicht.

Zur Verdeutlichung wurde in den Figuren jeweils ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet. Eine y-Achse erstreckt sich jeweils senkrecht zur Zeichenebene.
Bevor weiter unten Einzelheiten einer Vorrichtung 1.1-1.m zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1-2.m und einer daraus gebildeten Anordnung 103 einer Anzahl m ≥ 2 derartiger Vorrichtungen 1.1-1.m näher beschrieben werden sollen, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 zunächst einige grundlegende Prinzipien erläutert, auf welche Weise mittels einer Laservorrichtung 100, die mit der Anordnung 103 ausgestattet ist, in einer Arbeitsebene 105 eine linienförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts 2.1-2.m erzeugt werden kann.
1 zeigt den Aufbau einer entsprechenden Laservorrichtung 100 in schematisch sehr stark vereinfachter Form und ohne dabei zum Beispiel einzelne Laserstrahlen oder auch Einzelheiten der optischen Komponenten der Laservorrichtung 100, insbesondere spezifische Formen optisch funktionaler Flächen der optischen Komponenten, explizit darzustellen.
Typischerweise weist die Laservorrichtung 100 eine Laserlichtquelle 101 mit einer Mehrzahl von Lasermodulen 101.1, 101.2, ..., 101.m beziehungsweise Laseremittern auf, wobei das während des Betriebs von diesen Lasermodulen 101.1, 101.2, ..., 101.m beziehungsweise Laseremittern emittierte Laserlicht 2.1-2.m vorzugsweise ähnliche, aber nicht zwingend identische Strahlprofile aufweist. Die Lasermodule 101.1, 101.2, ..., 101.m beziehungsweise Laseremitter der Laserlichtquelle 101 beleuchten während des Betriebs eine Strahltransformationsvorrichtung 102, die eine Mehrzahl von Optikmitteln zur Strahlformung umfasst, die dazu ausgebildet sind, im Winkelraum eine zumindest abschnittsweise linienförmige Intensitätsverteilung zu erzeugen. Derartige Strahltransformationsvorrichtungen 102 sind aus dem Stand der Technik in ganz unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und sollen daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden.
Nach dieser Strahlformung passiert das Laserlicht 2.1-2.m eine Anordnung 103 einer Anzahl m ≥ 2 von Vorrichtungen 1.1-1.m zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1-2.m, die weiter unten noch näher erläutert werden, und nachfolgend zumindest eine in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts 2.1-2.m hinter der Anordnung 103 angeordnete Fourierlinse 104. Diese Fourierlinse 104 dient dem Zweck, im Ortsraum in einer in Strahlausbreitungsrichtung hinter der Fourierlinse 104 angeordneten Arbeitsebene 105, in der sich ein zu bearbeitendes Werkstück befindet, die linienförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts 2.1-2.m zu erzeugen. Das Besondere ist dabei, dass durch die Verwendung der Anordnung 103 einer vorzugsweise geraden Anzahl m ≥ 2 von Vorrichtungen 1.1-1.m zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1-2.m die Linienlänge und die Flankenform jeder einzelnen Linie des Laserlichts 2.1-2.m so eingestellt werden kann, dass in der Arbeitsebene 105 durch die Überlagerung der einzelnen Linien des Laserlichts 2.1-2.m eine linienförmige Intensitätsverteilung generiert werden kann. Die zusammengesetzten Teillinien des Laserlichts 2.1-2m ergeben dadurch eine homogene linienförmige Intensitätsverteilung in der Arbeitsebene 105.
Nachfolgend sollen unter Bezugnahme auf 2 bis 5 weitere Einzelheiten einer Anordnung 103 zweier Vorrichtungen 1.1, 1.2 zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2 näher erläutert werden. 2 und 3 zeigen dabei zwei unterschiedliche Konfigurationen der beiden Vorrichtungen 1.1, 1.2 zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2, welche die Anordnung 103 bilden.
Allgemein kann die Anordnung 103 vorzugsweise eine gerade Anzahl m ≥ 2 derartiger Vorrichtungen 1.1-1.m aufweisen. Wie in 2 und 3 zu erkennen, sind die beiden in x-Richtung nebeneinander angeordneten Vorrichtungen 1.1, 1.2 so ausgebildet, dass sie jeweils spiegelsymmetrisch zu einer sich zwischen ihnen erstreckenden y-z-Ebene sind. Die beiden dort gezeigten Konfigurationen unterscheiden sich dadurch voneinander, dass die Positionen der Vorrichtungen 1.1, 1.2 vertauscht sind.
Jede der beiden Vorrichtungen 1.1, 1.2 weist ein erstes Mikrolinsenarray 3 mit einer Anzahl n von Mikrolinsen 30.1-30.n auf, die in einer ersten Richtung (x-Richtung) nebeneinander angeordnet sind und als Zylinderlinsen ausgebildet sind, deren Zylinderachsen im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind. Ferner weist jede der beiden Vorrichtungen 1.1, 1.2 ein zweites Mikrolinsenarray 4 auf, das in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts 2.1, 2.2 (z-Richtung) vom ersten Mikrolinsenarray 3 beabstandet angeordnet ist und eine Anzahl n von Mikrolinsen 40.1-40.n umfasst, die ebenfalls in der ersten Richtung (x-Richtung) nebeneinander angeordnet sind und als Zylinderlinsen ausgebildet sind, deren Zylinderachsen im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind. Die Zylinderachsen der als Zylinderlinsen ausgeführten Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n erstrecken sich jeweils in einer zweiten Richtung (y-Richtung) senkrecht zu der ersten Richtung (x-Richtung) und senkrecht zu einer dritten Richtung (z-Richtung), welche die Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts 2.1, 2.2 definiert.
Die Anzahl n der Mikrolinsen 30.1-30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 entspricht der Anzahl n der Mikrolinsen 40.1-40.n des zweiten Mikrolinsenarrays 4. Das bedeutet mit anderen Worten, dass jeder der Mikrolinsen 40.1-40.n des zweiten Mikrolinsenarrays 4 eine Mikrolinse 30.1-30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 zugeordnet ist, so dass im Betrieb der Vorrichtungen 1.1, 1.2 Teilstrahlen 20, 21 des Laserlichts 2.1, 2.2 die durch eine i-te Mikrolinse 30.i (i = 1...n) des ersten Mikrolinsenarrays 3 hindurchgetreten sind, zumindest größtenteils durch eine i-te Mikrolinse 40.i (i = 1...n) des zweiten Mikrolinsenarrays 4 hindurchtreten. Diese Situation ist in 5 im Detail gezeigt. Um die Darstellung zu vereinfachen, wurden für die Beschreibung der Ausführungsbeispiele Mikrolinsenarrays 3, 4 gewählt, die eine Anzahl n = 7 von Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n aufweisen. Es versteht sich, dass diese Anzahl lediglich beispielhaft ist.
Beispielsweise können in alternativen Ausführungsformen auch azylindrische oder sphärische Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n verwendet werdet, wobei insbesondere bei einer sphärischen Ausgestaltung die Komplexität des optischen Gesamtaufbaus noch zusätzlich steigt.
Ferner weisen die beiden Vorrichtungen 1.1, 1.2 zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2 jeweils einen optischen Keil 5 auf, der von dem zweiten Mikrolinsenarray 4 beabstandet ist und somit in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts 2.1, 2.2 hinter dem zweiten Mikrolinsenarray 4 angeordnet ist.
Wie insbesondere in 2 und 3 zu erkennen, ist die Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 in beiden dort gezeigten Konfigurationen jeweils um einen Winkel |α| geneigt, so dass die Abstände der Mikrolinsen 30.1-30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 von den damit korrespondierenden Mikrolinsen 40.1-40.n des zweiten Mikrolinsenarrays 4 variieren. Dabei ist bei der ersten Vorrichtung 1.1 die Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 in beiden Konfigurationen um einen Winkel +α geneigt und bei der zweiten Vorrichtung 1.2 ist die Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 entgegengesetzt um einen Winkel -α geneigt
Die Mikrolinsenarrays 3, 4 der beiden Vorrichtungen 1.1, 1.2 zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2 sind so ausgebildet, dass die Vorrichtungen 1.1, 1.2 jeweils eine Brennebene 6 in einem Luftspalt 7 zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray 4 und dem optischen Keil 5 aufweisen. Zu diesem Zweck sind die Mikrolinsenarrays 3, 4 in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen so ausgebildet, dass sich die Brennweiten beziehungsweise Durchmesser der Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n in der ersten Richtung (x-Richtung) betrachtet ausgehend von der ersten Mikrolinse 30.1, 40.1 bis zur n-ten Mikrolinse 30n, 40n sukzessive vergrößern. Ganz allgemein können die Mikrolinsenarrays 3, 4 so ausgebildet sein, dass sich die Brennweiten beziehungsweise Durchmesser der Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n in der ersten Richtung (x-Richtung) betrachtet ausgehend von der ersten Mikrolinse 30.1, 40.1 bis zur n-ten Mikrolinse 30n, 40n verändern, so dass eine auf- oder absteigende Ordnung der Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n nach Brennweiten beziehungsweise Durchmessern in der ersten Richtung nicht zwingend ist, wenngleich jedoch insbesondere aus Fertigungsgründen bevorzugt ist.
Aufgrund der Neigung der Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 um den Winkel |α| ist der Abstand der ersten Mikrolinse 30.1 (kürzeste Brennweite) des ersten Mikrolinsenarrays 3 von der dieser zugeordneten ersten Mikrolinse 40.1 (kürzeste Brennweite) des zweiten Mikrolinsenarrays 4 jeweils der minimale Abstand zwischen den beiden Mikrolinsenarrays 3, 4 beider Vorrichtungen 1.1, 1.2. Demgegenüber ist der Abstand der n-ten Mikrolinse 30.n (größte Brennweite) des ersten Mikrolinsenarrays 3 von der n-ten Mikrolinse 40.n (größte Brennweite) des zweiten Mikrolinsenarrays 4 der maximale Abstand zwischen den beiden Mikrolinsenarrays 3, 4 der Vorrichtungen 1.1, 1.2.
Durch die Lage der Brennebene 6 im Luftspalt 7 zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray 4 und dem optischen Keil 5 wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Energiedichte in den Glassubstraten der optisch funktionalen Bauteile, insbesondere in dem zweiten Mikrolinsenarray 4 und in dem optischen Keil 5, und auch auf deren Oberflächen erheblich verringert werden kann. Dadurch ist es möglich, dass die hier vorgestellten Vorrichtungen 1.1, 1.2 zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2 beziehungsweise die aus diesen gebildete Anordnung 103 auch zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2 mit hoher Leistung verwendet werden kann, ohne dass es zu Beschädigungen der Glassubstrate und der Oberflächen der optisch funktionalen Bauteile, insbesondere des zweiten Mikrolinsenarrays 4 und des optischen Keils 5, der Vorrichtungen 1.1, 1.2 beziehungsweise der aus diesen gebildeten Anordnung 103 kommt.
Der optische Keil 5 weist eine Lichteintrittsfläche 50 auf, die parallel zur Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 orientiert ist und somit ebenfalls um den Winkel |α| - das heißt um den Winkel +α bei der ersten Vorrichtung 1.1 und um den Winkel -α bei der zweiten Vorrichtung 1.2 - zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 geneigt ist. Der optische Keil 5 kann in vorteilhafter Weise zur Feinjustierung der optischen Weglänge des Laserlichts 2.1, 2.2 und damit auch zur Feinjustierung und Kompensation möglicher Mikro-Inhomogenitäten verwendet werden. Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise in Echtzeit die Oberflächenqualität der mittels der Laservorrichtung 100 zu bearbeitenden Werkstücke verbessert werden. Der optische Keil 5 kann zu diesem Zweck im Millisekunden-Bereich bewegt werden. Dadurch, dass die hier vorgestellten Vorrichtungen 1.1, 1.2 zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1, 2.2 nicht monolithisch ausgebildet sind, ist in einem gewissen Rahmen auch eine Einstellung der Linienlänge sowie eine Kompensation von Dezentrierungsfehlern der Mikrolinsenarrays 3, 4 möglich.
Die wohldefinierte gemeinsame Brennebene 6 innerhalb des Luftspalts 7 zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray 4 und dem optischen Keil 5, der in einem Abstand d_L hinter dem zweiten Mikrolinsenarray 4 angeordnet ist, kann durch eine Anpassung der Krümmungsradien beziehungsweise Brennweiten der Mikrolinsen 30.1-30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 erreicht werden. Dabei kann die Brennweite ƒ₁ ⁽ⁱ⁾ für die i-te der insgesamt n Mikrolinsen 30.1-30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 wie folgt berechnet werden: $ƒ_{1}^{(i)} = - \frac{{(ƒ^{(i)})}^{2}}{\frac{d_{G}}{n_{G}} + d_{L} - ƒ^{(i)}}$
In dieser Formel bezeichnen d_G die Glasdicke und n_G den Brechungsindex des Glassubstrats des zweiten Mikrolinsenarrays 4. Ferner bezeichnet ƒ⁽ⁱ⁾ die Brennweite der i-ten der insgesamt n Mikrolinsen 40.1-40.n des zweiten Mikrolinsenarrays 4. Dabei gilt stets: ƒ₁ ⁽ⁱ⁾ > ƒ⁽ⁱ⁾.
Vorzugsweise gilt: $\frac{d_{G}}{n_{G}} + d_{L} < ƒ^{(i)}$
Wie oben bereits erwähnt, weist der optische Keil 5, der in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem zweiten Mikrolinsenarray 4 angeordnet ist, eine Lichteintrittsfäche 50 auf, die parallel zur Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 angeordnet ist und somit ebenfalls um den Winkel |α| zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 geneigt ist. Dadurch können in vorteilhafter Weise Phasenunterschiede einzelner Teilstrahlen des Laserlichts 2.1, 2.2 gewährleistet werden, um dadurch interferenzbedingte Mikro-Inhomogenitäten zu minimieren. Zudem kann mithilfe des optischen Keils 5 ein durch das zweite Mikrolinsenarray 4 aufgeprägter Winkelversatz auf einfache Weise korrigiert werden.
Der Neigungswinkel α sollte in vorteilhafter Weise das folgende Kriterium erfüllen: $\frac{β}{2} < arcsin [n_{G} sin {α - arcsin (sin \frac{[α]}{n_{G}})}]$
Dabei bezeichnet β die numerische Apertur des zweiten Mikrolinsenarrays 4, die für alle Mikrolinsen 40.1-40.n gleich ist. Die Dicke des optischen Keils 5 an seiner dünnsten Stelle kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. Vorzugsweise sollte |α| < 15° sein, da bei größeren Winkeln unter Umständen Abbildungsfehler auftreten können, die in geeigneter Weise durch zusätzliche Maßnahmen kompensiert werden müssten.
Die Abstände $d_{12}^{(i + 1)}$
der beiden Mikrolinsenarrays 3, 4, die typischerweise im Mikrometer- beziehungsweise Millimeterbereich liegen, können durch eine rekursive Beziehung bestimmt werden, für die gilt: $d_{12}^{(i + 1)} = \frac{2 (ƒ^{(i)} + \frac{p^{(i)}}{2} tan (α))}{β (\frac{2 ƒ^{(i)}}{p^{(i)}} - tan (α))}$
In dieser Formel bezeichnet p⁽ⁱ⁾ den Mittenabstand zwischen der i-ten Mikrolinse 40.i und der i+1-ten Mikrolinse 40.i+1 (i = 1...n-1) des zweiten Mikrolinsenarrays 4.
Die Anordnung 103 weist vorzugsweise eine gerade Anzahl m ≥ 2 der hier vorgestellten Vorrichtungen 1.1-1.m auf. Die in 2 und 3 dargestellten Anordnungen 103 weisen exemplarisch zwei derartige Vorrichtungen 1.1, 1.2 auf, die spiegelsymmetrisch zu der zwischen ihnen verlaufenden y-z-Ebene ausgebildet sind. Das bedeutet vorliegend für die erste Konfiguration gemäß 2, dass die erste Mikrolinse 30.1 des ersten Mikrolinsenarrays 3 der ersten Vorrichtung 1a benachbart zur ersten Mikrolinse 30.1 des ersten Mikrolinsenarrays 3 der zweiten Vorrichtung 1b angeordnet ist. Für die zweite Konfiguration gemäß 3, bei der die Positionen der beiden Vorrichtungen 1.1, 1.2 im Vergleich zu der in 2 gezeigten Konfiguration vertauscht sind, ergibt sich, dass die n-te Mikrolinse 30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 der ersten Vorrichtung 1a neben der n-ten Mikrolinse 30.n des ersten Mikrolinsenarrays 3 der zweiten Vorrichtung 1b angeordnet ist. Entsprechendes gilt in beiden Konfigurationen auch für die Mikrolinsen 40.1-40.n des zweiten Mikrolinsenarrays 4.
Eine in der hier beschriebenen Weise ausgeführte Anordnung 103 führt zu einer Überlagerung der beiden linearen Intensitätsprofile des Laserlichts 2.1, 2.2 in der Arbeitsebene 105, welche die gleiche Steigung mit unterschiedlichen Vorzeichen aufweisen. Dadurch können lineare Makro-Inhomogenitäten ausgeglichen werden, so dass das resultierende Intensitätsprofil in der Arbeitsebene 105 wieder homogenisiert ist.
Wenn die Anordnung 103 eine gerade Anzahl m > 2 derartiger Vorrichtungen 1.1-1.m aufweist, werden diese in der in 6 veranschaulichten Weise aneinandergereiht, wobei die Spiegelsymmetrie benachbarter Vorrichtungen 1.1-1.m, durch die das Laserlicht 2.1, 2.2 ..., 2m hindurchtreten kann, stets beibehalten wird. Das bedeutet, dass zueinander benachbarte Vorrichtungen 1.1-1.m so ausgebildet sind, dass die Ebene 41 der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays 4 zur Ebene 31 der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays 3 abwechselnd um einen Winkel +α und um einen Winkel -α geneigt ist.
Die Auslöschung der Makro-Inhomogenitäten kann alternativ auch durch eine Vorhomogenisierung des Laserlichts 2.1-2.m erreicht werden, da der Abtasteffekt bei annähernd homogener Ausleuchtung der Vorrichtung 1.1-1.m keinen signifikanten Beitrag mehr leistet. Dann könnte zum Beispiel auch nur eine der Vorrichtungen 1.1-1.m oder eine ungerade Anzahl von Vorrichtungen 1.1-1.m zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1-2.m verwendet werden.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine Auslöschung der Makro-Inhomogenitäten durch eine unsymmetrische Anpassung eines zum Beispiel gaußartigen Strahlprofils erreicht wird. Hierfür muss die Asymmetrie des Strahlprofils an die mit dem Neigungswinkel einhergehende Breitenmodulation der Mikrolinsen 30.1-30.n, 40.1-40.n der Mikrolinsenarrays 3, 4 angepasst werden.
Bearbeitungsprozesse von Werkstücken, welche typischerweise mit Laservorrichtungen 100 durchgeführt werden, die derartige Vorrichtungen 1.1-1.m zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1-2.m beziehungsweise eine Anordnung 103 einer geraden Anzahl m ≥ 2 derartiger Vorrichtungen 1.1-1.m aufweisen, sind sehr sensitiv im Hinblick auf Intensitätsschwankungen (daher ist auch die Unterdrückung der interferenzbedingten Intensitätsfluktuationen vorteilhaft). Diese werden sich auch mit den hier vorgestellten Vorrichtungen 1.1-1.m zur Homogenisierung von Laserlicht 2.1-2.m beziehungsweise mit der aus diesen gebildeten Anordnung 103 zwar nicht vollständig unterdrücken lassen, treten aber nur in stark abgeschwächter Form auf.
Um die optischen Eigenschaften des Laserlichts 2.1-2.m auf dem in der Arbeitsebene 105 zu bearbeitenden Werkstück darüber hinaus noch weiter zu verbessern, kann der optische Keil 5 während des Bearbeitungsprozesses um die y-Achse rotiert werden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, der resultierenden linearen Intensitätsverteilung einen zeitabhängigen Winkel-Offset aufzuprägen, so dass die sich in der Arbeitsebene 105 ergebende Laserlinie beispielsweise im Millisekunden-Bereich hin- und herbewegt werden kann, wodurch das periodische Muster auf dem zu bearbeitenden Werkstück an Kontrast verliert. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um eine Echtzeitmanipulation der optischen Weglänge. Durch eine Variation des Abstands des zweiten Mikrolinsenarrays 4 vom ersten Mikrolinsenarray 3 kann überdies die Linienlänge in der Arbeitsebene 105 in einem gewissen Rahmen verändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/043491 A1 [0002, 0005]

Claims

Vorrichtung (1.1-1.m) zur Homogenisierung von Laserlicht (2.1-2.m), umfassend - ein erstes Mikrolinsenarray (3) mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen (30.1-30.n), die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, - ein zweites Mikrolinsenarray (4) mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen (40.1-40.n), die in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei das zweite Mikrolinsenarray (4) in Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts (2.1-2.m) vom ersten Mikrolinsenarray (3) beabstandet angeordnet ist und die Ebene (41) der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays (4) zur Ebene (31) der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays (3) um einen Winkel |α| geneigt ist und wobei die Mikrolinsenarrays (3, 4) so ausgebildet sind, dass sich die Brennweiten der in der ersten Richtung nebeneinander angeordneten Mikrolinsen (30.1-30.n, 40.1-40.n) ausgehend von der ersten Mikrolinse (30.1, 40.1) bis zur n-ten Mikrolinse (30n, 40n) verändern, dadurch gekennzeichnet, dass in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem zweiten Mikrolinsenarray (4) ein optischer Keil (5) angeordnet ist und die Brennweiten der Mikrolinsen (30.1-30.n, 40.1-40.n) der Mikrolinsenarrays (3, 4) so gewählt sind, dass eine Brennebene (6) der Vorrichtung (1.1-1.m) in einem Luftspalt (7) zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray (4) und dem optischen Keil (5) liegt.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsenarrays (3, 4) so ausgebildet sind, dass sich die Brennweiten der in der ersten Richtung nebeneinander angeordneten Mikrolinsen (30.1-30.n, 40.1-40.n) ausgehend von der ersten Mikrolinse (30.1, 40.1) bis zur n-ten Mikrolinse (30n, 40n) sukzessive vergrößern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Mikrolinsen (30.1-30.n) des ersten Mikrolinsenarrays (3) der Anzahl der Mikrolinsen (40.1-40.n) des zweiten Mikrolinsenarrays (4) entspricht, so dass jeder der Mikrolinsen (40.1-40.n) des zweiten Mikrolinsenarrays (4) eine Mikrolinse (30.1-30.n) des ersten Mikrolinsenarrays (3) zugeordnet ist.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (30.1-30.n, 40.1-40.n) als Zylinderlinsen ausgebildet sind, deren Zylinderachsen sich jeweils in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und senkrecht zu einer dritten Richtung, welche die Strahlausbreitungsrichtung des Laserlichts (2.1-2.m) definiert, orientiert sind.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Keil (5) eine Lichteintrittsfläche (50) aufweist, die parallel zur Ebene (41) der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays (4) orientiert ist.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brennweite ƒ₁ ⁽ⁱ⁾ der i-ten Mikrolinse (30.i) des ersten Mikrolinsenarrays (3) gilt: $ƒ_{1}^{(i)} = - \frac{{(ƒ^{(i)})}^{2}}{\frac{d_{G}}{n_{G}} + d_{L} - ƒ^{(i)}}$
wobei d_G die Glasdicke und n_G den Brechungsindex eines Glassubstrats des zweiten Mikrolinsenarrays (4) bezeichnen und wobei ƒ⁽ⁱ⁾ die Brennweite der i-ten Mikrolinse (40.i) des zweiten Mikrolinsenarrays (4) bezeichnet und wobei d_L der Abstand zwischen dem zweiten Mikrolinsenarray (4) und dem optischen Keil (5) ist und wobei gilt: i = 1...n.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abstände $d_{12}^{(i + 1)}$
zwischen den Mikrolinsen (30.1-30.n) des ersten Mikrolinsenarrays (3) und den Mikrolinsen (40.1-40.n) des zweiten Mikrolinsenarrays (4), gilt: $d_{12}^{(i + 1)} = \frac{2 (ƒ^{(i)} + \frac{p^{(i)}}{2} tan (α))}{β (\frac{2 ƒ^{(i)}}{p^{(i)}} - tan (α))}$
wobei p⁽ⁱ⁾ den Mittenabstand zwischen der i-ten Mikrolinse (40.i) und der i+1-ten Mikrolinse (40.i+1) und ƒ⁽ⁱ⁾ die Brennweite der i-ten Mikrolinse (40.i) und β die numerische Apertur des zweiten Mikrolinsenarrays (4) bezeichnen, wobei gilt i = 1...n-1.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α so gewählt ist, dass gilt: $\frac{β}{2} < arcsin [n_{G} sin {α - arcsin (sin \frac{[α]}{n_{G}})}]$
wobei β die numerische Apertur und n_G den Brechungsindex des zweiten Mikrolinsenarrays (4) bezeichnen.
Vorrichtung (1.1-1.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Keil (5) so ausgebildet ist, dass er translatorisch bewegbar ist und/oder um eine sich in der zweiten Richtung erstreckende Achse rotierbar ist.
Anordnung (103) einer Mehrzahl von Vorrichtungen (1.1-1.m) zur Homogenisierung von Laserlicht (2.1-2.m) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtungen (1.1-1.m) in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und wobei zueinander benachbarte Vorrichtungen (1.1-1.m) so ausgebildet sind, dass die Ebene (41) der Linsenscheitel des zweiten Mikrolinsenarrays (4) zur Ebene (31) der Linsenscheitel des ersten Mikrolinsenarrays (3) abwechselnd um einen Winkel +α und um einen Winkel -α geneigt ist.
Anordnung (103) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Anzahl von Vorrichtungen (1.1-1.m) nebeneinander angeordnet ist.