DE102021131456A1 - line optics system - Google Patents

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Christoph Tillkorn
Julian Hellstern
Andreas Heimes
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linienoptiksystem (10) zum Erzeugen einer definierten Laserlinie (28) auf einer Arbeitsebene (29), mit: mindestens einer Laserlichtquelle (12) zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls (20); einer ersten optischen Anordnung (14), die dazu eingerichtet ist, aus dem mindestens einen Laserstrahl (20) mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') zu erzeugen, wobei jede Eingangsstrahlgruppe (22, 22', 22'', 22''') mindestens zwei Teilstrahlen (30', 30'', 30'') aufweist; einer Strahlmischeinheit (16), die dazu eingerichtet ist, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') miteinander zu mischen, um mindestens zwei gemischte Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') zu erzeugen; und einer zweiten optischen Anordnung (18), die dazu eingerichtet ist, einen kombinierten Beleuchtungsstrahl (26) aus den mindestens zwei gemischten Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') entlang eines Strahlengangs zu erzeugen, wobei der kombinierte Beleuchtungsstrahl (26) eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene (29) schneidet, wobei der kombinierte Beleuchtungsstrahl (28) im Bereich der Arbeitsebene die definierte Laserlinie (28) ausbildet.The present invention relates to a line optics system (10) for generating a defined laser line (28) on a working plane (29), having: at least one laser light source (12) for generating at least one laser beam (20); a first optical arrangement (14), which is set up to generate at least two input beam groups (22, 22', 22'', 22''') from the at least one laser beam (20), each input beam group (22, 22' , 22'', 22''') has at least two partial beams (30', 30'', 30''); a beam mixing unit (16) which is set up to mix the at least two input beam groups (22, 22', 22'', 22''') with one another in order to produce at least two mixed output beam groups (24, 24', 24'', 24 ''') to create; and a second optical arrangement (18) which is set up to generate a combined illumination beam (26) from the at least two mixed output beam groups (24, 24', 24'', 24''') along a beam path, the combined The illumination beam (26) defines a beam direction which intersects the working plane (29), the combined illumination beam (28) forming the defined laser line (28) in the area of the working plane.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linienoptiksystem zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene.The present invention relates to a line optics system for generating a defined laser line on a working plane.

Ein solches Linienoptiksystem ist dem Grunde nach aus US 2006/182 155 A1 bekannt.Such a line optics system is basically over U.S. 2006/182 155 A1 known.

Die linienförmige Laserbeleuchtung eines solchen Linienoptiksystems kann vorteilhaft dazu verwendet werden, um ein Werkstück thermisch zu bearbeiten. Das Werkstück kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial auf einer Glasplatte sein, die als Trägermaterial dient. Das Kunststoffmaterial kann insbesondere eine Folie sein, auf der organische lichtemittierende Dioden, sogenannte OLEDs, und/oder Dünnschichttransistoren hergestellt werden. OLED-Folien werden zunehmend für Displays in Smartphones, Tablet-PCs, Fernsehgeräten und anderen Geräten mit Bildschirmanzeige verwendet. Nach Herstellung der elektronischen Strukturen muss die Folie von dem Glasträger gelöst werden. Dies kann mit einer Laserbeleuchtung in Form einer dünnen Laserlinie geschehen, die mit einer definierten Geschwindigkeit relativ zu der Glasplatte bewegt wird und dabei die Haftverbindung der Folie durch die Glasplatte hindurch löst. Eine derartige Anwendung wird in der Praxis häufig als LLO bzw. Laser Lift Off bezeichnet.The line-shaped laser illumination of such a line optics system can advantageously be used to thermally process a workpiece. The workpiece can be, for example, a plastic material on a glass plate, which serves as a carrier material. The plastic material can in particular be a film on which organic light-emitting diodes, so-called OLEDs, and/or thin-film transistors are produced. OLED films are increasingly being used for displays in smartphones, tablets, televisions and other screen display devices. After the electronic structures have been produced, the film must be detached from the glass carrier. This can be done with laser illumination in the form of a thin laser line, which is moved at a defined speed relative to the glass plate and in doing so detaches the adhesive bond of the film through the glass plate. In practice, such an application is often referred to as LLO or Laser Lift Off.

Eine weitere vielgenutzte Anwendung für die sequentielle Beleuchtung eines Werkstücks mit einer definierten Laserlinie kann das zeilenweise Aufschmelzen von amorphem Silizium auf einer Trägerplatte sein. Die Laserlinie wird auch hier mit einer definierten Geschwindigkeit relativ zu der Werkstückoberfläche bewegt. Durch das Aufschmelzen und anschließende Abkühlen kann das vergleichsweise kostengünstige amorphe Silizium in höherwertigeres polykristallines Silizium umgewandelt werden. Eine derartige Anwendung wird in der Praxis häufig als Solid State Laser Annealing SLA, als Sequential Lateral Solidification (SLS) oder als Excimer Laser Annealing (ELA) bezeichnet.Another frequently used application for the sequential illumination of a workpiece with a defined laser line can be the line-by-line melting of amorphous silicon on a carrier plate. Here, too, the laser line is moved at a defined speed relative to the workpiece surface. The comparatively inexpensive amorphous silicon can be converted into higher-quality polycrystalline silicon by melting it and then cooling it down. In practice, such an application is often referred to as Solid State Laser Annealing SLA, Sequential Lateral Solidification (SLS) or Excimer Laser Annealing (ELA).

Für derartige Anwendungen wird eine Laserlinie auf der Arbeitsebene benötigt, die in der einen Richtung möglichst lang ist, um eine möglichst breite Arbeitsfläche zu erfassen, und die im Vergleich dazu in der anderen Richtung sehr kurz ist, um eine für den jeweiligen Prozess benötigte Energiedichte bereitzustellen. Wünschenswert ist dementsprechend eine lange, dünne Laserlinie mit einem sehr großen Aspektverhältnis von Linienlänge zu Linienbreite. Für typische Anwendungen kann eine Linienlänge von 100mm und mehr bei einer Linienbreite in einer Größenordnung von 20µm wünschenswert sein. Man bezeichnet die Richtung, in der die Laserlinie verläuft, üblicherweise als lange Achse (LA) und die Linienbreite als kurze Achse (SA, Short Axis)) des sogenannten Strahlprofils. In der Regel soll die Laserlinie in beiden Achsen einen definierten Intensitätsverlauf aufweisen. Wünschenswert ist häufig, dass die Laserlinie in der langen Achse ein möglichst rechteckiges oder trapezförmiges Intensitätsprofil besitzt, wobei Letzteres vorteilhaft sein kann, wenn mehrere Laserlinien zu einer längeren Gesamtlinie aneinandergesetzt werden sollen. In der kurzen Achse ist je nach Anwendung häufig ein rechteckförmiges Intensitätsprofil (sogenanntes Top Hat Profil) oder ein Gaußprofil gewünscht.Such applications require a laser line on the working plane that is as long as possible in one direction in order to cover the widest possible working area and that is very short in comparison in the other direction in order to provide the energy density required for the respective process . Accordingly, a long, thin laser line with a very large aspect ratio of line length to line width is desirable. For typical applications, a line length of 100mm and more with a linewidth of the order of 20µm may be desirable. The direction in which the laser line runs is usually referred to as the long axis (LA) and the line width as the short axis (SA) of the so-called beam profile. As a rule, the laser line should have a defined intensity curve in both axes. It is often desirable for the laser line to have an intensity profile that is as rectangular or trapezoidal as possible in the long axis, with the latter being advantageous if several laser lines are to be joined together to form a longer overall line. Depending on the application, a rectangular intensity profile (so-called top hat profile) or a Gaussian profile is often desired in the short axis.

WO 2018/019374 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen einer solchen Laserlinie mit zahlreichen Details, die die Elemente der optischen Anordnung betreffen. Die optische Anordnung beinhaltet hier einen Kollimator, der einen Laserrohstrahl kollimiert, sowie einen Strahltransformator, einen Homogenisierer und eine Fokussierstufe. Der Strahltransformator nimmt den kollimierten Rohstrahl auf und weitet ihn in der langen Achse auf. Prinzipiell kann der Strahltransformator auch mehrere Laserrohstrahlen von mehreren Laserquellen aufnehmen und zu einem aufgeweiteten Laserstrahl mit höherer Leistung kombinieren. Der Homogenisierer erzeugt das gewünschte Strahlprofil in der langen Achse. Die Fokussierstufe fokussiert den umgeformten Laserstrahl auf eine definierte Position im Bereich der Arbeitsebene. Die bekannte Vorrichtung eignet sich für LLO- und SLA-Anwendungen und kann mit Laserstrahlung mit Wellenlängen aus dem Infrarotbereich (IR) bis hin zum ultravioletten Bereich (UV) implementiert werden. WO 2018/019374 A1 discloses a device for generating such a laser line with numerous details concerning the elements of the optical arrangement. The optical arrangement here includes a collimator that collimates a raw laser beam, as well as a beam transformer, a homogenizer and a focusing stage. The beam transformer takes the collimated raw beam and expands it in the long axis. In principle, the beam transformer can also accept several raw laser beams from several laser sources and combine them into an expanded laser beam with higher power. The homogenizer produces the desired beam profile in the long axis. The focusing stage focuses the reshaped laser beam on a defined position in the area of the working plane. The known device is suitable for LLO and SLA applications and can be implemented with laser radiation with wavelengths from the infrared (IR) to the ultraviolet (UV) range.

Die Intensitätsverteilung von Linienoptiksystemen besteht aus einer homogenen Intensitätsverteilung in der langen Achse des Strahlprofils und einem schmalen Profil entlang der kurzen Achse. Die Homogenität der langen Achse ist in der Regel gestört durch lokale Inhomogenitäten, welche vom Strahlformungsprinzip herrühren oder ihre Ursache in der Oberflächenbeschaffenheit von Optiken haben. Die Sensibilität gegenüber solchen Störungen sinkt, indem die verwendete Strahlquelle an räumlicher Kohärenz verliert.The intensity distribution of line optics systems consists of a homogeneous intensity distribution in the long axis of the beam profile and a narrow profile along the short axis. The homogeneity of the long axis is usually disturbed by local inhomogeneities, which originate from the beam shaping principle or are caused by the surface properties of the optics. Sensitivity to such interference decreases because the beam source used loses spatial coherence.

US 2006/182155 A1 offenbart, dass in einem Fotomasken-Projektionssystem eine Fotomaskenmaske durch Licht von zwei Lasern beleuchtet wird. Ein Strahl von einem der Laser wird mit einem Strahl von dem anderen Laser gemischt, um zwei gemischte Strahlen bereitzustellen, von denen jeder einen Teil der Strahlen von beiden Lasern enthält. Die Mischstrahlen sind schräg zueinander gerichtet und schneiden sich auf der Fotomaske. U.S. 2006/182155 A1 discloses that in a photomask projection system, a photomask mask is illuminated by light from two lasers. A beam from one of the lasers is mixed with a beam from the other laser to provide two mixed beams, each containing a portion of the beams from both lasers. The mixed beams are directed at an angle to one another and intersect on the photomask.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linienoptiksystem bereitzustellen, das einen möglichst homogenen Intensitätsverlauf der Laserlinie ermöglicht. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die räumliche Kohärenz und störende Irregularitäten zu reduzieren.Against this background, it is an object of the present invention to provide a line optical system that has as homogeneous a Intensity profile of the laser line allows. In particular, it is an object of the present invention to reduce spatial coherence and spurious irregularities.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt durch ein Linienoptiksystem zum Erzeugen einer definierten Laserlinie auf einer Arbeitsebene gelöst. Das Linienoptiksystem weist mindestens eine Laserlichtquelle zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls, eine erste optische Anordnung, eine Strahlmischeinheit, und eine zweite optische Anordnung auf. Die erste optische Anordnung ist dazu eingerichtet, aus dem mindestens einen Laserstrahl mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen zu erzeugen, wobei jede Eingangsstrahlgruppe mindestens zwei Teilstrahlen aufweist. Die Strahlmischeinheit ist dazu eingerichtet, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen miteinander zu mischen, um mindestens zwei gemischte Ausgangsstrahlgruppen zu erzeugen. Die zweite optische Anordnung ist dazu eingerichtet, einen kombinierten Beleuchtungsstrahl aus den mindestens zwei gemischten Ausgangsstrahlgruppen entlang eines Strahlengangs zu erzeugen, wobei der kombinierte Beleuchtungsstrahl eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene schneidet, wobei der kombinierte Beleuchtungsstrahl im Bereich der Arbeitsebene die definierte Laserlinie ausbildet.According to one aspect, this object is achieved by a line optics system for generating a defined laser line on a working plane. The line optics system has at least one laser light source for generating at least one laser beam, a first optical arrangement, a beam mixing unit, and a second optical arrangement. The first optical arrangement is set up to generate at least two input beam groups from the at least one laser beam, each input beam group having at least two partial beams. The beam mixing unit is set up to mix the at least two input beam groups with one another in order to generate at least two mixed output beam groups. The second optical arrangement is set up to generate a combined illumination beam from the at least two mixed output beam groups along a beam path, with the combined illumination beam defining a beam direction that intersects the working plane, with the combined illumination beam forming the defined laser line in the area of the working plane.

Die mindestens eine Laserlichtquelle kann eine UV-Laserlichtquelle zum Erzeugen eines UV-Laserstrahls oder eine IR-Laserlichtquelle zur Erzeugung eines IR-Laserstrahls sein. Die mindestens eine Laserlichtquelle kann dazu eingerichtet sein, mehr als einen Laserstrahl zu erzeugen. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Laserlichtquellen vorgesehen sein, wobei jede Laserlichtquelle dazu eingerichtet ist, jeweils einen Laserstrahl zu erzeugen.The at least one laser light source can be a UV laser light source for generating a UV laser beam or an IR laser light source for generating an IR laser beam. The at least one laser light source can be set up to generate more than one laser beam. In particular, a plurality of laser light sources can be provided, each laser light source being set up to generate a respective laser beam.

Die erste optische Anordnung erzeugt die Eingangsstrahlgruppen mittels Bündelung der Teilstrahlen zu den entsprechenden Eingangsstrahlgruppen. Vorzugsweise ist die Anzahl der Teilstrahlen in jeder Eingangsstrahlgruppe gleich. Vorzugsweise sind die Eingangsstrahlgruppen zueinander inkohärent.The first optical arrangement generates the input beam groups by bundling the partial beams to form the corresponding input beam groups. The number of partial beams in each input beam group is preferably the same. Preferably, the input beam groups are mutually incoherent.

Die Teilstrahlen können durch Strahlteilung des mindestens einen Laserstrahls, der mindestens einen Laserlichtquelle erzeugt werden. Insbesondere kann für jede Eingangsstrahlgruppe jeweils eine Laserlichtquelle vorgesehen sein, die jeweils einen Laserstrahl erzeugt. Jeder Laserstrahl kann dann in Teilstrahlen aufgeteilt werden, die dann zu der jeweiligen Eingangsstrahlgruppe gebündelt werden. Alternativ kann die Anzahl der Teilstrahlen der Anzahl der Laserlichtquellen entsprechen, wobei jeder Laserstrahl einer Laserlichtquelle einen Teilstrahl bildet.The partial beams can be generated by beam splitting of the at least one laser beam, the at least one laser light source. In particular, a laser light source can be provided for each input beam group, each of which generates a laser beam. Each laser beam can then be divided into sub-beams, which are then bundled to form the respective input beam group. Alternatively, the number of partial beams can correspond to the number of laser light sources, with each laser beam of a laser light source forming a partial beam.

In jeder Eingangsstrahlgruppe verlaufen die Teilstrahlen vorzugsweise parallel zueinander. Alternativ kann jede Eingangsstrahlgruppe auch konvergierende oder divergierende Teilstrahlen aufweisen. Die Teilstrahlen jeder Eingangsstrahlgruppe überlappen nicht. Dies bedeutet, dass in einer Eingangsstrahlgruppe benachbarte Teilstrahlen voneinander beabstandet sind. Die benachbarten Teilstrahlen weisen dabei zueinander einen definierten Abstand auf. Vorzugsweise ist der definierte Abstand in allen Eingangsstrahlgruppen gleich. Insbesondere weisen benachbarte Teilstrahlen in jeder Eingangsstrahlgruppe einen Versatz in einer lateralen Richtung auf. Der Versatz kann in allen Eingangsstrahlgruppen gleich sein. Jede Strahlgruppe weist eine Strahlrichtung auf. Die Strahlrichtung definiert die Ausbreitungsrichtung der Strahlgruppe. Der Begriff „lateral“ ist in diesem Zusammenhang somit als senkrecht zur Strahlrichtung der jeweiligen Strahlgruppe zu verstehen.In each input beam group, the partial beams preferably run parallel to one another. Alternatively, each input beam group can also have converging or diverging partial beams. The sub-beams of each input beam group do not overlap. This means that in an input beam group, adjacent sub-beams are spaced apart. The adjacent partial beams are at a defined distance from one another. The defined distance is preferably the same in all input beam groups. In particular, adjacent sub-beams in each input beam group have an offset in a lateral direction. The offset can be the same in all input beam groups. Each beam group has a beam direction. The beam direction defines the propagation direction of the beam group. In this context, the term "lateral" is to be understood as perpendicular to the beam direction of the respective beam group.

Die Strahlmischeinheit ist dazu eingerichtet, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen miteinander zu mischen, um mindestens zwei gemischte Ausgangsstrahlgruppen zu erzeugen. Jede Ausgangsstrahlgruppe weist, wie auch die Eingangsstrahlgruppen, Teilstrahlen auf. In jeder Ausgangsstrahlgruppe verlaufen die Teilstrahlen vorzugsweise parallel zueinander. Alternativ kann jede Ausgangsstrahlgruppe auch konvergierende oder divergierende Teilstrahlen aufweisen. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Eingangsstrahlgruppen der Anzahl der Ausgangsstrahlgruppen. Die Anzahl der Teilstrahlen in jeder Ausgangsstrahlgruppe ist mindestens vier. Insbesondere ist die Anzahl der Teilstrahlen jeder Ausgangsstrahlgruppe gleich oder größer der Anzahl aller Teilstrahlen der Eingangsstrahlgruppen. Beispielsweise weist eine Ausgangsstrahlgruppe mindestens vier Teilstrahlen auf, wenn die Anzahl der Eingangsstrahlgruppen zwei ist und die Anzahl der Teilstrahlen je Eingangsstrahlgruppe ebenfalls zwei ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Teilstrahlen in jeder Eingangsstrahlgruppe drei. Bei zwei Eingangsstrahlgruppen weist jede Ausgangsstrahlgruppe dann mindestens sechs Teilstrahlen auf.The beam mixing unit is set up to mix the at least two input beam groups with one another in order to generate at least two mixed output beam groups. Like the input beam groups, each output beam group has partial beams. In each output beam group, the partial beams preferably run parallel to one another. Alternatively, each output beam group can also have converging or diverging partial beams. Preferably, the number of input beam groups corresponds to the number of output beam groups. The number of sub-beams in each output beam group is at least four. In particular, the number of partial beams of each output beam group is equal to or greater than the number of all partial beams of the input beam groups. For example, an output beam group has at least four sub-beams if the number of input beam groups is two and the number of sub-beams per input beam group is also two. Preferably, the number of sub-beams in each input beam group is three. With two input beam groups, each output beam group then has at least six partial beams.

Jede Ausgangsstrahlgruppe wird durch Mischen der Eingangsstrahlgruppen erzeugt. Zum Mischen werden die Teilstrahlen jeder Eingangsstrahlgruppen in Teilgruppen aufgeteilt. Die Teilstrahlen können einmal oder mehrfach geteilt werden, so dass zwei oder mehr Teilgruppen gebildet werden. Die Teilgruppen aus den Eingangsstrahlgruppen werden zu den Ausgangsstrahlgruppen zusammengeführt. Insbesondere werden Teilgruppen aus jeder Eingangsstrahlgruppen zu jeweils einer Ausgangsstrahlgruppe zusammengeführt. Beispielsweise kann jeder Teilstrahl jeder Eingangsstrahlgruppe der Anzahl der Ausgangsstrahlgruppen entsprechend geteilt werden, so dass jede Ausgangsstrahlgruppe aus den geteilten Teilstrahlen jeder Eingangsstrahlgruppe gebildet wird.Each output beamgroup is created by merging the input beamgroups. For mixing, the sub-beams of each input beam group are divided into sub-groups. The sub-beams can be split once or multiple times so that two or more sub-groups are formed. The subgroups from the input beam groups are combined to form the output beam groups. In particular, subgroups from each input beam group are combined to form an output beam group in each case. For example, each sub-beam of each input beam group can correspond to the number of output beam groups be split accordingly, so that each output beam group is formed from the split sub-beams of each input beam group.

Mit anderen Worten folgen die Teilstrahlen jeder Eingangsstrahlgruppe in der Strahlmischeinheit einem Strahlengang, entlang dessen ein oder mehrere optische Elemente zum Mischen der Teilstrahlen vorgesehen sind. Insbesondere können die optischen Elemente die Teilstrahlen jeder Eingangsstrahlgruppe aufteilen und zu den Ausgangsstrahlgruppen bündeln. In dem Strahlengang weist jeder Strahl, insbesondere jeder Teilstrahl einer Strahlgruppe oder Teilgruppe, eine Strahlrichtung entlang des Strahlengangs auf. Die Strahlrichtung definiert die Ausbreitungsrichtung des Strahls.In other words, the partial beams of each input beam group in the beam mixing unit follow a beam path along which one or more optical elements are provided for mixing the partial beams. In particular, the optical elements can split the partial beams of each input beam group and focus them to form the output beam groups. In the beam path, each beam, in particular each sub-beam of a beam group or sub-group, has a beam direction along the beam path. The beam direction defines the propagation direction of the beam.

Die zweite optische Anordnung ist dazu eingerichtet, einen kombinierten Beleuchtungsstrahl aus den mindestens zwei gemischten Ausgangsstrahlgruppen entlang eines Strahlengangs zu erzeugen. Der kombinierte Beleuchtungsstrahl hat im Bereich der Arbeitsebene ein linienförmiges Strahlprofil. Der kombinierte Beleuchtungsstrahl erzeugt somit in der Arbeitsebene die definierte Laserlinie. Mit anderen Worten Besitz der kombinierte Beleuchtungsstrahl im Bereich der Arbeitsebene ein Strahlprofil, das senkrecht zu der Strahlrichtung eine lange Achse mit einer Langachsstrahlbreite und eine kurze Achse mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist. Die zweite optische Anordnung weist entlang des Strahlengangs eine Reihe von optischen Elementen auf, wie beispielweise Linsen- und/oder Spiegelelemente, auf, die dazu eingerichtet sind, das Strahlprofil im Bereich der Arbeitsebene zu erzeugen. Die zweite optische Anordnung kann relativ zu der Arbeitsebene entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar sein, um ein Werkstück mit Hilfe des kombinierten Beleuchtungsstrahls zu bearbeiten.The second optical arrangement is set up to generate a combined illumination beam from the at least two mixed output beam groups along a beam path. The combined illumination beam has a linear beam profile in the area of the working plane. The combined illumination beam thus generates the defined laser line in the working plane. In other words, the combined illumination beam in the region of the working plane has a beam profile which has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width perpendicular to the beam direction. The second optical arrangement has a number of optical elements along the beam path, such as lens and/or mirror elements, which are set up to generate the beam profile in the area of the working plane. The second optical arrangement can be movable relative to the working plane along a direction of movement in order to process a workpiece with the aid of the combined illumination beam.

Das Prinzip der der Strahlmischung zweier einzelner Laserstrahlen wurde bereits in der US 2006/182155 A1 beschrieben. Die vorliegende Erfindung erweitert dieses Prinzip auf die Durchmischung von Strahlgruppen, um den Kohärenzgrad der Beleuchtung weiter zu minimieren.The principle of beam mixing of two individual laser beams has already been U.S. 2006/182155 A1 described. The present invention extends this principle to the mixing of beam groups in order to further minimize the degree of coherence of the illumination.

Das erfindungsgemäße Linienoptiksystem umfasst das Prinzip, Strahlgruppen, welche zueinander inkohärent sind, in mehrere Anteile zu spalten. Diese Anteile sind wiederum zueinander inkohärent und werden durchmischt, so dass die Ausleuchtung der Linienformenden Optiken stets homogen ist, selbst wenn ein Strahl oder eine Strahlgruppe ausfällt. Durch die Maßnahme reduziert sich insbesondere die räumliche Kohärenz und die störenden Irregularitäten werden reduziert.The line optics system according to the invention comprises the principle of splitting beam groups that are incoherent with one another into a number of parts. These parts are in turn incoherent with one another and are mixed so that the illumination of the line-forming optics is always homogeneous, even if a beam or a group of beams fails. The measure reduces in particular the spatial coherence and the disturbing irregularities are reduced.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird somit vollumfänglich gelöst.The task set at the outset is thus achieved in full.

In einer ersten Ausgestaltung weist die Strahlmischeinheit mindestens einen Strahlteiler auf, der dazu eingerichtet ist, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen zu überlagern, um die mindestens zwei Ausgangsstrahlgruppen zu erzeugen.In a first configuration, the beam mixing unit has at least one beam splitter that is set up to superimpose the at least two input beam groups in order to generate the at least two output beam groups.

Dadurch wird auf einfache Weise eine Durchmischung der Eingangsstrahlgruppen erreicht. Ein Strahlteiler ist ein optisches Element, das einen Strahl in zwei neue Strahlen aufteilt. Ein Strahlteiler kann daher auch eine Strahlgruppe, die aus mehreren Teilstrahlen besteht in zwei Teilgruppen aufteilen. Dabei wird jeder Teilstrahl der Strahlgruppe aufgeteilt, wobei ein erster Strahlanteil jedes Teilstrahls in eine erste Richtung und ein zweiter Strahlanteil jedes Teilstrahls in eine zweite Richtung verlaufen. Die Strahlanteile der Teilstrahlen in jeder Richtung bilden jeweils eine Teilgruppe. Wenn zwei Strahlgruppen auf einen Strahlteiler treffen, werden die Strahlgruppen mittels des Strahlteilers überlagert. Vorzugsweise treffen die beiden Strahlgruppen aus unterschiedlichen Richtungen auf den Strahlteiler. Insbesondere sind die Strahlrichtungen der Strahlgruppen orthogonal zueinander. Dabei werden die Strahlgruppen derart aufgeteilt, dass die Strahlrichtung der erzeugten Teilgruppen gleich ist. Mit anderen Worten verläuft immer eine Teilgruppe der einen Strahlgruppe in derselben Strahlrichtung wie eine Teilgruppe der anderen Strahlgruppe, wobei diese parallel verlaufenden Teilgruppen wiederum eine Strahlgruppe bilden. Mit anderen Worten ist jeder Strahlteiler dazu eingerichtet, zwei Strahlgruppen derart zu überlagern, das aus den beiden Strahlgruppen zwei überlagerte Strahlgruppen gebildet werden.As a result, mixing of the input beam groups is achieved in a simple manner. A beam splitter is an optical element that splits a beam into two new beams. A beam splitter can therefore also split a beam group, which consists of several partial beams, into two sub-groups. In this case, each partial beam of the beam group is divided, with a first beam portion of each partial beam running in a first direction and a second beam portion of each partial beam running in a second direction. The beam components of the partial beams in each direction each form a subgroup. When two beam groups meet a beam splitter, the beam groups are superimposed by means of the beam splitter. The two beam groups preferably strike the beam splitter from different directions. In particular, the beam directions of the beam groups are orthogonal to one another. The beam groups are divided in such a way that the beam direction of the generated subgroups is the same. In other words, a subgroup of one beam group always runs in the same beam direction as a subgroup of the other beam group, these subgroups running parallel in turn forming a beam group. In other words, each beam splitter is set up to superimpose two beam groups in such a way that two superimposed beam groups are formed from the two beam groups.

Wenn die Anzahl der Eingangsstrahlgruppen beispielsweise zwei ist, kann ein Strahlteiler zum Durchmischen vorgesehen sein. In der Regel erfolgt dabei die Strahlteilung gleichmäßig, was bedeutet, dass der Strahlteiler in gleiche Anteile teilt. Mit anderen Worten sind der Transmissionskoeffizient und der Reflektionskoeffizient in diesem Fall gleich groß.If the number of input beam groups is two, for example, a beam splitter can be provided for mixing. As a rule, the beam is split evenly, which means that the beam splitter divides into equal parts. In other words, the transmission coefficient and the reflection coefficient are equal in this case.

Wenn die Anzahl der Eingangsstrahlgruppen beispielsweise drei ist, können drei Strahlteiler zum Durchmischen vorgesehen sein. Um eine gleichmäßige Aufteilung der Strahlanteile zu ermöglichen, können die Strahlteiler in diesem Fall unterschiedliche Transmissionskoeffizienten und Reflektionskoeffizienten haben.If the number of input beam groups is three, for example, three beam splitters can be provided for mixing. In this case, the beam splitters can have different transmission coefficients and reflection coefficients in order to enable the beam components to be divided evenly.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Weglängenunterschiede, die die Teilstrahlen oder die Strahlgruppen in der Strahlmischeinheit durchlaufen, derart dimensioniert, dass sie länger als die longitudinale Kohärenzlänge der Laserlichtquelle sind.In a further embodiment, the path length differences through which the partial beams or the beam groups pass in the beam mixing unit are dimensioned in such a way that they are longer than the longitudinal coherence length of the laser light source.

Wie zuvor bereits erläutert, werden die Teilstrahlen einer Eingangsstrahlgruppe in der Strahlmischeinheit in Teilgruppen aufgeteilt. Die Strahlanteile eines Teilstrahls bzw. die Teilgruppen können dann unterschiedliche Weglängen in der Strahlmischeinheit durchlaufen. Der Weglängenunterschied ist dabei länger als die longitudinale Kohärenzlänge der Laserlichtquelle, insbesondere des mindestens einen Laserstrahls, aus dem der Teilstrahl in der ersten optischen Anordnung erzeugt wurde. Auf diese Weise wird die räumliche Kohärenz weiter reduziert.As already explained above, the sub-beams of an input beam group are divided into sub-groups in the beam mixing unit. The beam components of a sub-beam or the sub-groups can then run through different path lengths in the beam mixing unit. The path length difference is longer than the longitudinal coherence length of the laser light source, in particular of the at least one laser beam from which the partial beam was generated in the first optical arrangement. In this way, the spatial coherence is further reduced.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Strahlmischeinheit ein Justageelement auf, das dazu eingerichtet ist, eine der zu mischenden Eingangsstrahlgruppen lateral zu versetzen.In a further refinement, the beam mixing unit has an adjustment element which is set up to laterally offset one of the input beam groups to be mixed.

Wie zuvor bereits erläutert, weist jede Strahlgruppe eine Strahlrichtung auf. Der Begriff „lateral“ ist in diesem Zusammenhang somit als senkrecht zur Strahlrichtung der Eingangsstrahlgruppe zu verstehen. Das Justageelement dazu eingerichtet vor dem Mischen der Eingangsgruppen eine der Eingangsstrahlgruppen lateral, sprich senkrecht zu ihrer Strahlrichtung, zu versetzen. Mittels des Justageelements kann somit die Überlagerung der Teilstrahlen in jeder Ausgangsstrahlgruppe eingestellt werden. Wie zuvor erläutert, wird die Ausgangsstrahlgruppe durch mehrere Teilgruppen der Eingangsstrahlgruppen gebildet. Mittels des Justageelements wird somit die laterale Position einer der Teilgruppen bezüglich der anderen Teilgruppen in der Ausgangsstrahlgruppe eingestellt. Mit anderen Worten werden durch ein laterales Versetzen der Teilstrahlen einer Eingangsstrahlgruppe die entsprechenden Teilstrahlen in jeder Ausgangsstrahlgruppe ebenfalls lateral verschoben. Mittels des Justageelements lässt sich somit einstellen, wie die Teilstrahlen in jeder Ausgangsstrahlgruppe überlagert sind.As previously explained, each beam group has a beam direction. In this context, the term "lateral" is to be understood as perpendicular to the beam direction of the input beam group. The adjustment element is set up to displace one of the input beam groups laterally, that is to say perpendicularly to its beam direction, before the input groups are mixed. The superimposition of the partial beams in each output beam group can thus be adjusted by means of the adjustment element. As previously explained, the output beam group is formed by several subgroups of the input beam groups. The lateral position of one of the subgroups with respect to the other subgroups in the output beam group is thus adjusted by means of the adjustment element. In other words, by laterally offsetting the partial beams of an input beam group, the corresponding partial beams in each output beam group are also laterally shifted. The adjustment element can thus be used to set how the partial beams are superimposed in each output beam group.

Das Justageelement kann beispielsweise ein Umlenkspiegel sein, wobei die Eingangsstrahlgruppe in einer ersten Richtung auf den Umlenkspiegel trifft und in einer zweiten Richtung von dem Spiegel reflektiert wird. Zum lateralen Versetzen kann der Umlenkspiegel in der ersten und/oder zweiten Richtung translatorisch bewegt werden.The adjustment element can be a deflection mirror, for example, with the input beam group impinging on the deflection mirror in a first direction and being reflected by the mirror in a second direction. For lateral displacement, the deflection mirror can be moved translationally in the first and/or second direction.

Die Strahlmischeinheit kann auch mehrere Justageelemente aufweisen, wobei jedes Justageelement dazu eingerichtet ist, jeweils eine der zu mischenden Eingangsstrahlgruppen lateral zu versetzen. Insbesondere kann für jede Eingangsstrahlgruppe ein Justageelement vorgesehen sein.The beam mixing unit can also have a plurality of adjustment elements, each adjustment element being set up to laterally offset one of the input beam groups to be mixed. In particular, an adjustment element can be provided for each input beam group.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Justageelement dazu eingerichtet, eine der zu mischenden Eingangsstrahlgruppen derart lateral zu versetzen, dass die Teilstrahlen in den Ausgangsstrahlgruppen gegenseitig überlappen.In a further refinement, the adjustment element is set up to laterally offset one of the input beam groups to be mixed in such a way that the partial beams in the output beam groups overlap one another.

Wie eingangs erläutert verlaufen die Teilstrahlen in jeder Eingangsstrahlgruppe parallel zueinander und sind voneinander beabstandet. Das Justageelement kann nun die Teilstrahlen einer Eingangsstrahlgruppe derart lateral versetzen, dass die entsprechenden Teilstrahlen der Ausgangstrahlengruppe in der Ausgangstrahlengruppe in der lateralen Richtung zwischen den anderen Teilstrahlen liegen, so dass die Teilstrahlen der Ausgangstrahlengruppe miteinander überlappen. Wenn die Teilstrahlen in einer Ausgangsstrahlgruppe überlappen, hat die Ausgangsstrahlgruppe ein zusammenhängendes Strahlprofil. Dies hat den Vorteil, dass die nachfolgenden Optiken, wie beispielsweise ein Strahltransformator, homogener ausgeleuchtet werden. Es werden unter anderem die Peakintensitäten reduziert, was vorteilhaft bzgl. der Zerstörschwelle und des Degradationsverhaltens der Optik ist. Vorzugsweise ist der definierte Abstand benachbarter Teilstrahlen in allen Eingangsstrahlgruppen gleich groß, wobei der definierte Abstand benachbarter Teilstrahlen kleiner als die laterale Ausdehnung jedes Teilstrahls ist. Die Teilgruppen der Eingangsstrahlgruppen können nun derart mittels des Justageelements in der lateralen Richtung relativ zueinander versetzt sein, dass die benachbarten Teilstrahlen miteinander überlappen. Insbesondere kann der Versatz der Teilgruppen zueinander in der lateralen Richtung der Hälfte des Versatzes der Teilstrahlen in den jeder Teilgruppe entsprechen.As explained at the outset, the partial beams in each input beam group run parallel to one another and are spaced apart from one another. The adjustment element can now laterally displace the partial beams of an input beam group in such a way that the corresponding partial beams of the output beam group are in the output beam group in the lateral direction between the other partial beams, so that the partial beams of the output beam group overlap with one another. When the sub-beams in an output beam group overlap, the output beam group has a coherent beam profile. This has the advantage that the following optics, such as a beam transformer, are illuminated more homogeneously. Among other things, the peak intensities are reduced, which is advantageous with regard to the damage threshold and the degradation behavior of the optics. The defined distance between adjacent partial beams is preferably the same in all input beam groups, with the defined distance between adjacent partial beams being smaller than the lateral extent of each partial beam. The sub-groups of the input beam groups can now be offset relative to one another in the lateral direction by means of the adjustment element in such a way that the adjacent sub-beams overlap with one another. In particular, the offset of the sub-groups relative to one another in the lateral direction can correspond to half the offset of the sub-beams in each sub-group.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die erste optische Anordnung mindestens einen Strahlteiler auf, wobei der mindestens eine Strahlteiler dazu eingerichtet ist, aus dem mindestens einen Laserstrahl eine Mehrzahl von Teilstrahlen zu erzeugen.In a further configuration, the first optical arrangement has at least one beam splitter, the at least one beam splitter being set up to generate a plurality of partial beams from the at least one laser beam.

Mittels der mindestens einen Laserlichtquelle werden ein oder mehrere Laserstrahlen erzeugt. Jeder Strahlteiler ist dazu eingerichtet, einen Laserstrahl zu teilen. Um aus einem Laserstrahl drei oder mehr Teilstrahlen zu erzeugen, können beispielsweise mehrere Strahlteiler im Strahlengang hintereinander angerordnet werden. Aus dem einen oder mehreren Laserstrahlen können dadurch durch Strahlteilung eine Mehrzahl von Teilstrahlen erzeugt werden, die größer als die Anzahl der Laserstrahlen ist. Insbesondere kann für jede Eingangsstrahlgruppe jeweils eine Laserlichtquelle vorgesehen sein, die jeweils einen Laserstrahl erzeugt. Jeder Laserstrahl kann dann mittels einem oder mehreren Strahlteilern in Teilstrahlen aufgeteilt werden, die die jeweilige Eingangsstrahlgruppe bilden. Als Strahlteiler können beispielsweise verschiedene optische Bauelemente eingesetzt werden, beispielsweise halbdurchlässige Spiegel oder Prismen.One or more laser beams are generated by means of the at least one laser light source. Each beam splitter is configured to split a laser beam. In order to generate three or more partial beams from a laser beam, several beam splitters can be arranged one behind the other in the beam path, for example. A plurality of partial beams, which is greater than the number of laser beams, can thereby be generated from the one or more laser beams by beam splitting. In particular, a laser light source can be provided for each input beam group, each of which generates a laser beam. Each laser beam can then be divided into partial beams by means of one or more beam splitters, which form the respective input beam group. Various optical components, for example semi-transparent mirrors or prisms, can be used as beam splitters.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die erste optische Anordnung mindestens zwei Strahlbündeleinheiten auf, wobei jede Strahlbündeleinheit dazu eingerichtet ist, jeweils mindestens zwei der erzeugten Teilstrahlen zu je einer der Eingangsstrahlgruppen zu bündeln.In a further refinement, the first optical arrangement has at least two beam bundle units, each beam bundle unit being set up to bundle at least two of the generated partial beams into one of the input beam groups.

Die Strahlbündeleinheiten weist beispielsweise optische Bauelemente auf, die die entsprechenden Teilstrahlen einer Eingangsstrahlgruppe parallel zueinander ausrichten, so dass diese parallel zueinander verlaufen, nachdem sie die Strahlbündeleinheit passiert haben. Als Strahlbündeleinheit können beispielsweise verschiedene optische Bauelemente eingesetzt werden, beispielsweise Spiegel oder Prismen.The beam bundle units have, for example, optical components that align the corresponding partial beams of an input beam group parallel to one another, so that they run parallel to one another after they have passed the beam bundle unit. Various optical components, for example mirrors or prisms, can be used as the beam bundle unit.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die zweite optische Anordnung mindestens einen Strahltransformator auf, der dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen der Ausgangsstrahlgruppen in einer Richtung quer zu der Strahlrichtung aufzuweiten.In a further refinement, the second optical arrangement has at least one beam transformer which is set up to expand the partial beams of the output beam groups in a direction transverse to the beam direction.

Mit der Ausgestaltung mittels eines Strahltransformators kann das Aspektverhältnis des kombinierten Beleuchtungsstrahls noch weiter und/oder noch effizienter im Hinblick auf die gewünschte Laserlinie optimiert werden. Vorteilhaft können die Ausgangsstrahlgruppen auf diese Weise eine Aufweitung in Richtung der langen Achse erhalten. Beispielsweise kann entweder ein Strahltransformator für alle Ausgangsstrahlgruppen oder je ein Strahltransformator für jede Ausgangsstrahlgruppe vorgesehen sein. Der Strahltransformator kann auch Umformoptik genannt werden.With the configuration using a beam transformer, the aspect ratio of the combined illumination beam can be optimized even further and/or even more efficiently with regard to the desired laser line. In this way, the output beam groups can advantageously be expanded in the direction of the long axis. For example, either one beam transformer can be provided for all output beam groups or one beam transformer for each output beam group. The beam transformer can also be called forming optics.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die zweite optische Anordnung einen - vorzugsweise abbildenden - Homogenisierer auf, der dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen der Ausgangsstrahlgruppen in der langen Achse homogen zu verteilen.In a further refinement, the second optical arrangement has a—preferably imaging—homogenizer which is set up to distribute the partial beams of the output beam groups homogeneously in the long axis.

Die Ausgestaltung mittels eines Homogenisierers erleichtert eine sehr homogene Intensitätsverteilung entlang der langen Achse, was für viele Anwendungen wünschenswert ist. Der Homogenisierer ist insbesondere im Strahlengang nach dem Strahltransformator angeordnet. Der Homogenisierer kann auch Homogenisierungsoptik genannt werden.The design using a homogenizer facilitates a very homogeneous intensity distribution along the long axis, which is desirable for many applications. In particular, the homogenizer is arranged in the beam path after the beam transformer. The homogenizer can also be called homogenization optics.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die zweite optische Anordnung ein Transformationslinsenmittel auf, das dazu eingerichtet ist, die Ausgangsstrahlgruppen zu dem kombinierten Beleuchtungsstrahl zu überlagern.In a further refinement, the second optical arrangement has a transformation lens means which is set up to superimpose the output beam groups to form the combined illumination beam.

Die Transformationslinsenmittel dienen zum Formen des Strahlprofils in der Arbeitsebene. Das Transformationslinsenmittel kann beispielweise ein oder mehrere optische Elemente (bspw. Fourierlinse) entlang des Strahlengangs aufweisen, die das linienförmige Strahlprofil im Bereich der Arbeitsebene zu erzeugen. Dabei bewirken die optischen Elemente vorzugsweise auch eine Strahlformung in der kurzen Achse. Das Transformationslinsenmittel ist insbesondere im Strahlengang nach dem Homogenisierer angeordnet. Das Transformationslinsenmittel kann auch Gesamtheit an Großoptiken genannt werden.The transformation lens means are used to shape the beam profile in the working plane. The transformation lens means can have, for example, one or more optical elements (e.g. Fourier lens) along the beam path, which generate the line-shaped beam profile in the area of the working plane. In this case, the optical elements preferably also bring about beam shaping in the short axis. The transformation lens means is arranged in particular in the beam path after the homogenizer. The transformation lens means can also be called a set of large optics.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines neuen Linienoptiksystems;
  • 2 eine vereinfachte Darstellung der Bildung einer Eingangsstrahlgruppe;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Strahlengangs gemäß einem Ausführungsbeispiel des neuen Linienoptiksystems;
  • 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Strahlmischeinheit, die in Ausführungsbeispielen des neuen Linienoptiksystems zum Einsatz kommen kann;
  • 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Strahlmischeinheit, die in Ausführungsbeispielen des neuen Linienoptiksystems zum Einsatz kommen kann;
  • 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Strahlmischeinheit, die in Ausführungsbeispielen des neuen Linienoptiksystems zum Einsatz kommen kann; und
  • 7 eine schematische Darstellung der Strahlmischeinheit aus 6 mit verschobenem Justageelement.
Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a new line optical system;
  • 2 a simplified representation of the formation of an input beam group;
  • 3 a schematic representation of a beam path according to an embodiment of the new line optics system;
  • 4 a schematic representation of a first embodiment of a beam mixing unit that can be used in exemplary embodiments of the new line optics system;
  • 5 a schematic representation of a second embodiment of a beam mixing unit that can be used in exemplary embodiments of the new line optics system;
  • 6 a schematic representation of a third embodiment of a beam mixing unit, which can be used in exemplary embodiments of the new line optics system; and
  • 7 a schematic representation of the jet mixing unit 6 with shifted adjustment element.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Linienoptiksystems in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Linienoptiksystem 10 erzeugt eine Laserlinie 28 im Bereich einer Arbeitsebene 29, um ein Werkstück (hier nicht dargestellt) zu bearbeiten, das im Bereich der Arbeitsebene 29 platziert ist. Die Laserlinie 28 verläuft in einer Richtung, die im Folgenden als x-Achse bezeichnet ist. Die Laserlinie besitzt eine Linienbreite, die hier in Richtung einer orthogonal zur x-Achse verlaufenden y-Achse betrachtet wird. Dementsprechend korrespondiert die x-Achse im Folgenden mit der langen Achse und die y-Achse korrespondiert mit der kurzen Achse des auf der Arbeitsebene 29 gebildeten Strahlprofils. Anders ausgedrückt besitzt das Strahlprofil eine lange Achse mit einer Langachsstrahlbreite in x-Richtung und eine kurze Achse mit einer Kurzachsstrahlbreite in y-Richtung. Die jeweilige Strahlbreite kann beispielsweise als Breite des Intensitätsprofils I(x, y) bei 50% der Maximalintensität (FWHM, Full Width at Half Maximum) oder beispielsweise als Breite zwischen den 90% Intensitätswerten (Full Width at 90% Maximum, FW@90%) oder auf andere Weise definiert sein.In 1 an exemplary embodiment of the new line optics system is denoted in its entirety by the reference number 10 . The line optics system 10 generates a laser line 28 in the area of a working plane 29 in order to machine a workpiece (not shown here) that is placed in the area of the working plane 29 . The laser line 28 runs in a direction that is referred to below as the x-axis. The laser line has a line width that is viewed here in the direction of a y-axis running orthogonally to the x-axis. The x-axis corresponds accordingly in the following the one with the long axis and the y-axis corresponds with the short axis of the beam profile formed on the working plane 29. In other words, the beam profile has a long axis with a long-axis beamwidth in the x-direction and a short axis with a short-axis beamwidth in the y-direction. The respective beam width can, for example, be defined as the width of the intensity profile I(x, y) at 50% of the maximum intensity (FWHM, Full Width at Half Maximum) or, for example, as the width between the 90% intensity values (Full Width at 90% Maximum, FW@90% ) or defined in some other way.

In einigen Ausführungsbeispielen kann das Werkstück eine Oberflächenschicht aus amorphem Silizium beinhalten, die mit Hilfe der Laserlinie 28 zu polykristallinem Silizium umgewandelt wird. Zur Bearbeitung kann die Laserlinie 28 dabei in einer Bewegungsrichtung relativ zu der Arbeitsebene 29 bewegt werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Werkstück eine transparente Trägerplatte sein, von der eine anhaftende Folie, beispielsweise eine OLED-Folie, gelöst werden soll.In some embodiments, the workpiece may include a surface layer of amorphous silicon that is converted to polycrystalline silicon using laser line 28 . For processing, the laser line 28 can be moved in a direction of movement relative to the working plane 29 . In other exemplary embodiments, the workpiece can be a transparent carrier plate from which an adhering film, for example an OLED film, is to be detached.

Das Linienoptiksystem 10 weist mindestens eine Laserlichtquelle 12 auf. Die Laserlichtquelle 12 kann in bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Festkörperlaser sein. Die Laserlichtquelle 12 erzeugt mindestens einen Laserstrahl 20. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Laserlichtquelle 12 eine Mehrzahl von Laserstrahlen erzeugen. In alternativen Ausführungsbeispielen weist das Linienoptiksystem 10 eine Mehrzahl von Laserlichtquellen 12 auf, wobei jede Laserlichtquelle 12 mindestens einen Laserstrahl 20 erzeugt.The line optics system 10 has at least one laser light source 12 . In preferred exemplary embodiments, the laser light source 12 can be a solid-state laser. Laser light source 12 generates at least one laser beam 20. In preferred embodiments, laser light source 12 can generate a plurality of laser beams. In alternative exemplary embodiments, the line optics system 10 has a plurality of laser light sources 12, with each laser light source 12 generating at least one laser beam 20.

Das Linienoptiksystem 10 weist des Weiteren eine erste optische Anordnung 14 auf. Die erste optische Anordnung 14 ist dazu eingerichtet, aus dem mindestens einen Laserstrahl 20 mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen 22 zu erzeugen. Jede Eingangsstrahlgruppe 22 weist mindestens zwei Teilstrahlen auf. In jeder Eingangsstrahlgruppe 22 verlaufen die Teilstrahlen vorzugsweise parallel zueinander. Vorzugsweise weist jede Eingangsstrahlgruppe 22 dieselbe Anzahl an Teilstrahlen auf.The line optics system 10 also has a first optical arrangement 14 . The first optical arrangement 14 is set up to generate at least two input beam groups 22 from the at least one laser beam 20 . Each input beam group 22 has at least two sub-beams. In each input beam group 22, the partial beams preferably run parallel to one another. Each input beam group 22 preferably has the same number of sub-beams.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die erste optische Anordnung 14 einen oder mehrere Strahlteiler auf, mittels denen der mindestens eine Laserstrahl 20 in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird. Alternativ kann, wenn das Linienoptiksystem 10 eine Mehrzahl von Laserlichtquellen 12 aufweist, die Anzahl der Teilstrahlen der Anzahl der Laserlichtquellen 12 entsprechen, wobei jeder Laserstrahl 20 einer Laserlichtquelle 12 einen Teilstrahl bildet. Die erste optische Anordnung 14 kann des Weiteren für jede Eingangsstrahlgruppe 22 eine Strahlbündeleinheit aufweisen, die die Teilstrahlen zu den Eingangsstrahlgruppen 22 bündelt.In preferred exemplary embodiments, the first optical arrangement 14 has one or more beam splitters, by means of which the at least one laser beam 20 is divided into a plurality of partial beams. Alternatively, if the line optics system 10 has a plurality of laser light sources 12, the number of partial beams can correspond to the number of laser light sources 12, with each laser beam 20 of a laser light source 12 forming a partial beam. Furthermore, the first optical arrangement 14 can have a beam bundle unit for each input beam group 22 , which bundles the partial beams to form the input beam groups 22 .

Das Linienoptiksystem 10 weist des Weiteren eine Strahlmischeinheit 16 auf. Die Strahlmischeinheit 16 ist dazu eingerichtet, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen 22 miteinander zu mischen, um mindestens zwei gemischte Ausgangsstrahlgruppen 24 zu erzeugen. Jede Ausgangsstrahlgruppe 24 weist mindestens vier Teilstrahlen auf. In jeder Ausgangsstrahlgruppen 24 verlaufen die Teilstrahlen vorzugsweise parallel zueinander.The line optics system 10 also has a beam mixing unit 16 . The beam mixing unit 16 is set up to mix the at least two input beam groups 22 with one another in order to generate at least two mixed output beam groups 24 . Each output beam group 24 has at least four sub-beams. In each output beam group 24, the partial beams preferably run parallel to one another.

Das Linienoptiksystem 10 weist des Weiteren eine zweite optische Anordnung 18 auf. Die zweite optische Anordnung 18 ist dazu eingerichtet, einen kombinierten Beleuchtungsstrahl 26 aus den mindestens zwei gemischten Ausgangsstrahlgruppen 24 entlang eines Strahlengangs zu erzeugen. Der kombinierte Beleuchtungsstrahl 26 definiert eine Strahlrichtung, die die Arbeitsebene 29 schneidet. Der kombinierte Beleuchtungsstrahl 26 besitzt im Bereich der Arbeitsebene 29 ein Strahlprofil, das senkrecht zu der Strahlrichtung eine lange Achse mit einer Langachsstrahlbreite und eine kurze Achse mit einer Kurzachsstrahlbreite aufweist. Mit anderen Worten hat der kombinierte Beleuchtungsstrahl 26 hat im Bereich der Arbeitsebene 29 ein linienförmiges Strahlprofil. Der kombinierte Beleuchtungsstrahl 26 erzeugt somit in der Arbeitsebene 29 die Laserlinie 28.The line optics system 10 also has a second optical arrangement 18 . The second optical arrangement 18 is set up to generate a combined illumination beam 26 from the at least two mixed output beam groups 24 along a beam path. The combined illumination beam 26 defines a beam direction that intersects the working plane 29 . In the region of the working plane 29, the combined illumination beam 26 has a beam profile which, perpendicular to the beam direction, has a long axis with a long-axis beam width and a short axis with a short-axis beam width. In other words, the combined illumination beam 26 has a linear beam profile in the area of the working plane 29 . The combined illumination beam 26 thus generates the laser line 28 in the working plane 29.

In 2 ist dargestellt, wie gemäß einem Ausführungsbeispiel des neuen Linienoptiksystems 10 eine Eingangsstrahlgruppe 22 gebildet wird. Die Strahlgruppe 22 besteht, wie in 2 gezeigt, aus mehreren Teilstrahlen 30', 30'' und 30''', welche über ein Optikelement zusammengeführt werden und zumindest über einen Teilbereich ihres Weges parallel verlaufen. Das Optikelement kann beispielsweise eine Strahlbündeleinheit sein. Die Teilstrahlen 30', 30'' und 30''' sind voneinander beabstandet und überlappen nicht miteinander. In 2 sind drei Teilstrahlen dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Eingangsstrahlgruppe 22 eine andere Anzahl an parallelen Teilstrahlen aufweisen, insbesondere zwei, vier oder fünf.In 2 shows how an input beam group 22 is formed according to an embodiment of the new line optics system 10 . The beam group 22 consists, as in 2 shown, from a plurality of partial beams 30 ', 30''and30'', which are brought together via an optical element and run parallel at least over a portion of their path. The optical element can be a beam bundle unit, for example. The partial beams 30', 30'' and 30''' are spaced apart from one another and do not overlap with one another. In 2 three partial beams are shown. In other exemplary embodiments, the input beam group 22 can have a different number of parallel partial beams, in particular two, four or five.

3 zeigt einen exemplarischen Strahlengang gemäß einem Ausführungsbeispiel des neuen Linienoptiksystems 10. Zwei Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' werden mit der (in 3 nicht dargestellten) ersten optischen Anordnung 14 erzeugt. Die Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' treffen auf die Strahlmischeinheit 16. Diese erzeugt daraus zwei Ausgangsstrahlgruppen 24', 24''. Nachfolgend ist die zweite optische Anordnung 18 angeordnet. Die zweite optische Anordnung 18 umfasst einen oder mehrere Strahltransformatoren 32, einen Homogenisierer 34 für die Langachsstrahlformung sowie ein Transformationslinsenmittel 36. Die Komponenten der zweiten optischen Anordnung 18 erzeugen in der Arbeitsebene 29 das eingangs erwähnte, linienförmige Strahlprofil. 3 shows an exemplary beam path according to an embodiment of the new line optics system 10. Two input beam groups 22', 22'' are connected with the (in 3 not shown) first optical arrangement 14 is generated. The input beam groups 22', 22'' impinge on the beam mixing unit 16. This produces two output beam groups 24', 24'' therefrom. The second optical arrangement 18 is arranged below. The second optical arrangement 18 comprises one or more beam transformers 32, a homogenizer 34 for long-axis beam shaping and a Transformation lens means 36. The components of the second optical arrangement 18 generate in the working plane 29 the linear beam profile mentioned at the outset.

In 4 ist eine erste Ausführungsform der Strahlmischeinheit 16 dargestellt. Die Strahlmischeinheit 16 ist dazu ausgebildet, aus zwei Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' zwei Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' zu erzeugen. Eine derartige Strahlmischeinheit 16 kann beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der 3 verwendet werden. Die Strahlmischeinheit 16 weist einem Strahlteiler 38 auf, welcher die Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' überlagert. Dadurch werden die Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' gemischt und entsprechend zwei Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' erzeugt.In 4 A first embodiment of the jet mixing unit 16 is shown. The beam mixing unit 16 is designed to generate two output beam groups 24', 24'' from two input beam groups 22', 22''. Such a jet mixing unit 16 can, for example, in the embodiment of 3 be used. The beam mixing unit 16 has a beam splitter 38 which is superimposed on the input beam groups 22', 22''. As a result, the input beam groups 22', 22'' are mixed and correspondingly two output beam groups 24', 24'' are produced.

Der Strahlteiler 38 ist relativ zu der Strahlrichtung der beiden Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' um 45° gedreht. Die Strahlrichtungen der beiden Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' orthogonal zueinander. Insbesondere treffen die beiden Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' auf unterschiedlichen Seiten auf den Strahlteiler 38. Der Strahlteiler 38 teilt jede Eingangsstrahlgruppe 22', 22'' in jeweils zwei Teilgruppen, die zu den beiden Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' überlagert werden. Ausgehend von dem Strahlteiler 38 sind die Strahlrichtungen der beiden Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' orthogonal zueinander.The beam splitter 38 is rotated by 45° relative to the beam direction of the two input beam groups 22', 22''. The beam directions of the two input beam groups 22', 22'' are orthogonal to one another. In particular, the two input beam groups 22', 22'' meet the beam splitter 38 on different sides. The beam splitter 38 divides each input beam group 22', 22'' into two subgroups, which are superimposed on the two output beam groups 24', 24''. Starting from the beam splitter 38, the beam directions of the two output beam groups 24', 24'' are orthogonal to one another.

Die Strahlmischeinheit 16 weist des Weiteren einen Umlenkspiegel 40 auf, der die Ausgangsstrahlgruppe 24' um 90° umlenkt. Nach dem Umlenken verlaufen die Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' parallel zueinander. Aufgrund der Anordnung des Umlenkspiegels 40 durchläuft die Ausgangsstrahlgruppe 24' in der Strahlmischeinheit 16 eine längere Wegstrecke als die Ausgangsstrahlgruppe 24''. Vorzugsweise ist der Weglängenunterschied derart dimensioniert, dass er länger als die longitudinale Kohärenzlänge der Laserquelle ist. Mit anderen Worten sind die beiden Eingangsstrahlgruppen 22', 22'' eingangs zueinander inkohärent. Ausgangs umfassen die Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' insgesamt vier zueinander inkohärente Teilgruppen.The beam mixing unit 16 also has a deflection mirror 40, which deflects the output beam group 24' by 90°. After the deflection, the output beam groups 24', 24'' run parallel to one another. Due to the arrangement of the deflection mirror 40, the output beam group 24' in the beam mixing unit 16 runs through a longer path than the output beam group 24''. The path length difference is preferably dimensioned in such a way that it is longer than the longitudinal coherence length of the laser source. In other words, the two input beam groups 22', 22'' are incoherent with one another at the input. Initially, the output beam groups 24', 24'' comprise a total of four mutually incoherent subgroups.

In der Regel erfolgt die Strahlteilung gleichmäßig, d.h. der Strahlteiler 38 teilt in gleiche Anteile. Abweichungen davon sind auch möglich. Dies wird am Beispiel der 5 im Folgenden erläutert.As a rule, the beam is divided evenly, ie the beam splitter 38 divides into equal parts. Deviations from this are also possible. This is shown using the example of 5 explained below.

In 5 ist eine zweite Ausführungsform der Strahlmischeinheit 16 dargestellt. Die Strahlmischeinheit 16 ist dazu ausgebildet, aus drei Eingangsstrahlgruppen 22', 22'', 22''' drei Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'', 24''' zu erzeugen. Die Strahlmischeinheit 16 weist drei Strahlteiler 38', 38'', 38''' auf, welcher die Eingangsstrahlgruppen 22', 22'', 22''' überlagern. Dadurch werden die Eingangsstrahlgruppen 22', 22'', 22''' gemischt und entsprechend drei Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'', 24''' erzeugt.In 5 a second embodiment of the jet mixing unit 16 is shown. The beam mixing unit 16 is designed to generate three output beam groups 24', 24'', 24''' from three input beam groups 22', 22'', 22'''. The beam mixing unit 16 has three beam splitters 38', 38'', 38''' which overlay the input beam groups 22', 22'', 22'''. As a result, the input beam groups 22', 22'', 22''' are mixed and correspondingly three output beam groups 24', 24'', 24''' are generated.

Der erste Strahlteiler 38' überlagert die Eingangsstrahlgruppen 22'' und 22''' zu einer ersten und einer zweiten gemischten Strahlgruppe. Der zweite Strahlteiler 38'' überlagert die Eingangsstrahlgruppe 22` und die erste gemischten Strahlgruppe zu der Ausgangsstrahlgruppe 24' und einer dritten gemischten Strahlgruppe. Der dritte Strahlteiler 38' überlagert die zweite gemischte Strahlgruppe und die dritte gemischten Strahlgruppe zu den Ausgangsstrahlgruppen 24'' und 24'''. Eingangsseitig verlaufen die drei Eingangsstrahlgruppen 22', 22'', 22''' parallel zueinander. Ausgangsseitig verlaufen die drei Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'', 24''' ebenfalls parallel zueinander.The first beam splitter 38' combines the input beam groups 22" and 22"' into first and second mixed beam groups. The second beam splitter 38'' superimposes the input beam group 22' and the first mixed beam group to form the output beam group 24' and a third mixed beam group. The third beamsplitter 38' heterodynes the second mixed beamgroup and the third mixed beamgroup to the output beamgroups 24" and 24"'. On the input side, the three input beam groups 22', 22'', 22''' run parallel to one another. On the output side, the three output beam groups 24', 24'', 24''' also run parallel to one another.

Die Strahlmischeinheit 16 weist des Weiteren drei Umlenkspiegel 40', 40'', 40''' auf. Der Umlenkspiegel 40` lenkt die Eingangsstrahlgruppe 22''' auf den Strahlteiler 38'. Der Umlenkspiegel 40'' lenkt die zweite gemischte Strahlgruppe auf den Strahlteiler 38'''. Der Umlenkspiegel 40''' lenkt die Ausgangsstrahlgruppe 24''' derart um, dass sie parallel zu den anderen Ausgangsstrahlgruppen verläuft.The beam mixing unit 16 also has three deflection mirrors 40', 40'', 40'''. The deflection mirror 40` directs the input beam group 22''' onto the beam splitter 38'. The deflection mirror 40'' directs the second mixed beam group onto the beam splitter 38'''. The deflection mirror 40''' deflects the output beam group 24''' in such a way that it runs parallel to the other output beam groups.

5 zeigt somit die Durchmischung von drei Eingangsstrahlgruppen 22', 22'', 22'''. Um eine gleichmäßige Aufteilung der Strahlanteile auf die Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'', 24''' zu realisieren, haben die Strahlteiler 38' und 38''' eine unterschiedliche Transmission wie der Strahlteiler 38''. Im Allgemeinen sind unterschiedliche Transmissionen möglich. 5 thus shows the mixing of three input beam groups 22', 22'', 22'''. In order to achieve a uniform distribution of the beam portions to the output beam groups 24', 24'', 24''', the beam splitters 38' and 38''' have a different transmission than the beam splitter 38''. In general, different transmissions are possible.

Auch in der Strahlmischeinheit der 5 durchlaufen die Teilgruppen der Eingangsstrahlgruppen unterschiedliche Wegstrecken. Die Weglängenunterschiede, welche die Teilstrahlen/-gruppen in der Strahlmischeinheit 16 durchlaufen, sind derart dimensioniert, dass sie größer als die longitudinale Kohärenzlänge der Laserquelle sind, so dass die Teilstrahlen-/gruppen inkohärent zueinander sind.Also in the jet mixing unit 5 the subgroups of the input beam groups traverse different paths. The path length differences which the partial beams/groups pass through in the beam mixing unit 16 are dimensioned in such a way that they are greater than the longitudinal coherence length of the laser source, so that the partial beams/groups are incoherent with one another.

In den 6 und 7 ist eine dritte Ausführungsform der Strahlmischeinheit 16 dargestellt. Die Strahlmischeinheit 16 der dritten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Strahlmischeinheit 16 der ersten Ausführungsform aus 4. Die Strahlmischeinheit 16 der dritten Ausführungsform weist zusätzlich ein Justageelement 42 auf.In the 6 and 7 a third embodiment of the jet mixing unit 16 is shown. The jet mixing unit 16 of the third embodiment is essentially the same as the jet mixing unit 16 of the first embodiment 4 . The jet mixing unit 16 of the third specific embodiment also has an adjustment element 42 .

Das Justageelement 42 ist dazu eingerichtet, die Eingangsstrahlgruppe 22'' lateral, sprich senkrecht zur Strahlrichtung, zu versetzen, bevor die Eingangsstrahlgruppe 22'' auf den Strahlteiler 38 trifft. Vorzugsweise ist das Justageelement 42 ein Umlenkspiegel, der bewegbar ausgestaltet ist. Die Eingangsstrahlgruppe 22'' verläuft eingangs in einer ersten Richtung parallel zu der Eingangsstrahlgruppe 22'. Die Eingangsstrahlgruppe 22'' trifft in der ersten Richtung auf den Umlenkspiegel und wird dann in einer zweiten Richtung von dem Spiegel in Richtung des Strahlteilers 38 reflektiert. Zum lateralen Versetzen kann der Umlenkspiegel in der ersten und/oder zweiten Richtung translatorisch bewegt werden. Im Ausführungsbeispiel der 6 und 7 wird der Umlenkspiegel in der ersten Richtung versetzt. Diese Bewegung in der ersten Richtung ist mittels des Pfeils mit dem Bezugszeichen 48 veranschaulicht.The adjustment element 42 is set up to displace the input beam group 22 ″ laterally, ie perpendicular to the beam direction, before the input beam group 22 ″ impinges on the beam splitter 38 . The adjustment element 42 is preferably a deflection mirror that is designed to be movable. The input beam group 22 '' initially runs in a first direction parallel to the input beam group 22'. The input beam group 22'' strikes the folding mirror in the first direction and is then reflected from the mirror towards the beam splitter 38 in a second direction. For lateral displacement, the deflection mirror can be moved translationally in the first and/or second direction. In the embodiment of 6 and 7 the deflection mirror is offset in the first direction. This movement in the first direction is illustrated by arrow 48 .

Mittels des Justageelements 42 lässt sich somit einstellen, an welcher Position die Eingangsstrahlgruppe 22' auf den Strahlteiler 38 trifft. Dadurch ist auch die laterale Position der Teilgruppen der Eingangsstrahlgruppe 22' in den Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' einstellbar. Insbesondere kann mittels des Justageelements 42 eingestellt werden, wie die Teilgruppen der beiden Eingangsstrahlgruppe 22', 22" überlagert werden.The adjustment element 42 can thus be used to set the position at which the input beam group 22 ′ impinges on the beam splitter 38 . As a result, the lateral position of the subgroups of the input beam group 22' in the output beam groups 24', 24'' can also be adjusted. In particular, the adjustment element 42 can be used to set how the subgroups of the two input beam groups 22', 22'' are superimposed.

Die Eingangsstrahlgruppe 22' hat ein Strahlprofil 44' und die Eingangsstrahlgruppe 22'' hat ein Strahlprofil 44''. Das Strahlprofil 44', 44'' jeder Eingangsstrahlgruppe 22" wird durch die einzelnen Teilstrahlen gebildet. Die Teilstrahlen sind in der lateralen Richtung äquidistant voneinander beabstandet. Benachbarte Teilstrahlen in jeder Eingangsstrahlgruppe 22', 22'' weisen zueinander einen definierten Abstand auf. Die Teilstrahlen überlappen nicht miteinander. Der definierte Abstand benachbarter Teilstrahlen ist kleiner als die laterale Ausdehnung jedes Teilstrahls. In der Ausführungsform der 6 und 7 wird jedes Strahlprofil 44', 44'' durch drei Teilstrahlen gebildet.The input beam group 22' has a beam profile 44' and the input beam group 22'' has a beam profile 44''. The beam profile 44', 44'' of each input beam group 22" is formed by the individual partial beams. The partial beams are equidistant from one another in the lateral direction. Adjacent partial beams in each input beam group 22', 22'' have a defined distance from one another. The partial beams do not overlap with each other.The defined distance between adjacent partial beams is smaller than the lateral extent of each partial beam.In the embodiment of FIG 6 and 7 each beam profile 44', 44'' is formed by three partial beams.

Die Ausgangsstrahlgruppe 24' hat ein Strahlprofil 46' und die Ausgangsstrahlgruppe 24'' hat ein Strahlprofil 46''. Die Strahlprofile 46', 46'' werden durch Überlagerung der Strahlprofile 44', 44'' gebildet.The output beam group 24' has a beam profile 46' and the output beam group 24'' has a beam profile 46''. The beam profiles 46', 46'' are formed by superimposing the beam profiles 44', 44''.

In den 6 und 7 sind die Strahlprofile 44` und 44'' im Wesentlichen identisch. Dies bedeutet, dass sowohl der definierte Abstand benachbarter Teilstrahlen als auch die die laterale Ausdehnung jedes Teilstrahls in beiden Strahlprofilen 44', 44'' gleich ist.In the 6 and 7 the beam profiles 44` and 44'' are essentially identical. This means that both the defined distance between adjacent partial beams and the lateral extent of each partial beam are the same in both beam profiles 44', 44''.

In 6 ist die laterale Position der Eingangsstrahlgruppe 22'' mittels des Justageelements 42 derart eingestellt, dass das die Strahlprofile 44', 44'' derart überlagert werden, dass die Teilstrahlen der Teilgruppen in den Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' zusammenfallen. Auf diese Weise entsprechen die Strahlprofile 46', 46'' im Wesentlichen den Strahlprofilen 44', 44''.In 6 the lateral position of the input beam group 22'' is set by means of the adjustment element 42 such that the beam profiles 44', 44'' are superimposed such that the partial beams of the subgroups in the output beam groups 24', 24'' coincide. In this way, the beam profiles 46', 46'' essentially correspond to the beam profiles 44', 44''.

In 7 ist die laterale Position der Eingangsstrahlgruppe 22'' mittels des Justageelements 42 derart eingestellt, dass das die Strahlprofile 44', 44'' derart überlagert werden, dass die Teilstrahlen in den Ausgangsstrahlgruppen 24', 24'' gegenseitig überlappen. Insbesondere sind die Teilstrahlen der Teilgruppen gegeneinander verschoben. Insbesondere entspricht der Versatz der Teilgruppen zueinander der Hälfte des Versatzes der Teilstrahlen in jeder Teilgruppe. Mit anderen Worten sind die Teilgruppen derart lateral zueinander versetzt, dass in jeder Ausgangsstrahlgruppe 24', 24'' ein Teilstrahl einer Teilgruppe zwischen zwei Teilstrahlen der anderen Teilgruppe angeordnet ist und mit diesen überlappt. Jede Ausgangsstrahlgruppe 24', 24'' hat somit in 7 ein zusammenhängendes Strahlprofil.In 7 the lateral position of the input beam group 22'' is adjusted by means of the adjustment element 42 in such a way that the beam profiles 44', 44'' are superimposed such that the partial beams in the output beam groups 24', 24'' overlap one another. In particular, the sub-beams of the sub-groups are shifted relative to one another. In particular, the offset of the sub-groups relative to one another corresponds to half the offset of the sub-beams in each sub-group. In other words, the sub-groups are laterally offset from one another in such a way that in each output beam group 24', 24'' a sub-beam of one sub-group is arranged between two sub-beams of the other sub-group and overlaps with them. Each output beam group 24', 24'' thus has in 7 a coherent beam profile.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2006182155 A1 [0002, 0008, 0019]US2006182155 A1 [0002, 0008, 0019]
  • WO 2018/019374 A1 [0006]WO 2018/019374 A1 [0006]

Claims (10)

Linienoptiksystem (10) zum Erzeugen einer definierten Laserlinie (28) auf einer Arbeitsebene (29), mit: - mindestens einer Laserlichtquelle (12) zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls (20); - einer ersten optischen Anordnung (14), die dazu eingerichtet ist, aus dem mindestens einen Laserstrahl (20) mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') zu erzeugen, wobei jede Eingangsstrahlgruppe (22, 22', 22'', 22''') mindestens zwei Teilstrahlen (30', 30'', 30'') aufweist; - einer Strahlmischeinheit (16), die dazu eingerichtet ist, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') miteinander zu mischen, um mindestens zwei gemischte Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') zu erzeugen; und - einer zweiten optischen Anordnung (18), die dazu eingerichtet ist, einen kombinierten Beleuchtungsstrahl (26) aus den mindestens zwei gemischten Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') entlang eines Strahlengangs zu erzeugen, wobei der kombinierte Beleuchtungsstrahl (26) eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene (29) schneidet, wobei der kombinierte Beleuchtungsstrahl (28) im Bereich der Arbeitsebene die definierte Laserlinie (28) ausbildet.Line optics system (10) for generating a defined laser line (28) on a working plane (29), with: - At least one laser light source (12) for generating at least one laser beam (20); - a first optical arrangement (14), which is set up to generate at least two input beam groups (22, 22', 22'', 22''') from the at least one laser beam (20), each input beam group (22, 22 ', 22'', 22''') has at least two partial beams (30', 30'', 30''); - a beam mixing unit (16) which is set up to mix the at least two input beam groups (22, 22', 22'', 22''') with one another in order to produce at least two mixed output beam groups (24, 24', 24'', 24'''); and - A second optical arrangement (18) which is set up to generate a combined illumination beam (26) from the at least two mixed output beam groups (24, 24', 24'', 24''') along a beam path, the combined The illumination beam (26) defines a beam direction which intersects the working plane (29), the combined illumination beam (28) forming the defined laser line (28) in the area of the working plane. Linienoptiksystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Strahlmischeinheit (16) mindestens einen Strahlteiler (38, 38', 38'', 38''') aufweist, der dazu eingerichtet ist, die mindestens zwei Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') zu überlagern, insbesondere um die mindestens zwei Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') zu erzeugen.Line optics system (10) according to claim 1 , wherein the beam mixing unit (16) has at least one beam splitter (38, 38', 38'', 38''') which is set up to separate the at least two input beam groups (22, 22', 22'', 22''' ) to be superimposed, in particular in order to generate the at least two output beam groups (24, 24', 24'', 24'''). Linienoptiksystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Weglängenunterschiede, die die Teilstrahlen oder die Strahlgruppen in der Strahlmischeinheit (16) durchlaufen, derart dimensioniert sind, dass sie länger als die longitudinale Kohärenzlänge der Laserlichtquelle (12) sind.Line optics system (10) according to claim 1 or 2 , wherein the path length differences that pass through the partial beams or the beam groups in the beam mixing unit (16) are dimensioned such that they are longer than the longitudinal coherence length of the laser light source (12). Linienoptiksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahlmischeinheit (16) ein Justageelement (42) aufweist, das dazu eingerichtet ist, eine der zu mischenden Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') lateral zu versetzen.Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the beam mixing unit (16) has an adjustment element (42) which is set up to laterally offset one of the input beam groups (22, 22', 22'', 22''') to be mixed. Linienoptiksystem (10) nach Anspruch 4, wobei das Justageelement (42) dazu eingerichtet ist, eine der zu mischenden Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') derart lateral zu versetzen, dass die Teilstrahlen in den Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') gegenseitig überlappen.Line optics system (10) according to claim 4 , wherein the adjustment element (42) is set up to laterally offset one of the input beam groups (22, 22', 22'', 22''') to be mixed in such a way that the partial beams in the output beam groups (24, 24', 24'',24''') overlap each other. Linienoptiksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste optische Anordnung (14) mindestens einen Strahlteiler aufweist, wobei der mindestens eine Strahlteiler dazu eingerichtet ist, aus dem mindestens einen Laserstrahl (20) eine Mehrzahl von Teilstrahlen zu erzeugen.Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the first optical arrangement (14) has at least one beam splitter, wherein the at least one beam splitter is set up to generate a plurality of partial beams from the at least one laser beam (20). Linienoptiksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste optische Anordnung (14) mindestens zwei Strahlbündeleinheiten aufweist, wobei jede Strahlbündeleinheit dazu eingerichtet ist, jeweils mindestens zwei der erzeugten Teilstrahlen zu je einer der Eingangsstrahlgruppen (22, 22', 22'', 22''') zu bündeln.Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the first optical arrangement (14) has at least two beam bundle units, each beam bundle unit being set up to bundle at least two of the generated partial beams into one of the input beam groups (22, 22', 22'', 22'''). Linienoptiksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite optische Anordnung (18) mindestens einen Strahltransformator (32) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen der Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') in einer Richtung quer zu der Strahlrichtung aufzuweiten.Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the second optical arrangement (18) has at least one beam transformer (32) which is set up to expand the partial beams of the output beam groups (24, 24', 24'', 24''') in a direction transverse to the beam direction. Linienoptiksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite optische Anordnung (18) einen Homogenisierer (34) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Teilstrahlen der Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') in der langen Achse homogen zu verteilen.Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the second optical arrangement (18) has a homogenizer (34) which is set up to distribute the partial beams of the output beam groups (24, 24', 24'', 24''') homogeneously in the long axis. Linienoptiksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite optische Anordnung (18) ein Transformationslinsenmittel (36) aufweist, das dazu eingerichtet ist, die Ausgangsstrahlgruppen (24, 24', 24'', 24''') zu dem kombinierten Beleuchtungsstrahl (26) zu überlagern.Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 9 , wherein the second optical arrangement (18) comprises a transformation lens means (36) arranged to superimpose the output beam groups (24, 24', 24'', 24''') into the combined illumination beam (26).
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