DE102021210767A1

DE102021210767A1 - Räumliche Lichtmoduliervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung

Info

Publication number: DE102021210767A1
Application number: DE102021210767.2A
Authority: DE
Inventors: Marcel Slodczyk; Thomas Kiedrowski; Tobias Graf; Dmitriy Mikhaylov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine räumliche Lichtmoduliervorrichtung für ein optisches Materialbearbeitungssystem mit einem räumlichen Lichtmodulator (30), welcher ein Feld (32) von lichtmodulierenden Pixeln umfasst, und einer Steuerung (34), wobei die räumliche Lichtmoduliervorrichtung zusätzlich eine Wellenfrontsensoreinrichtung (38) mit einer Detektionsfläche (40), auf welcher ein mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierter Lichtstrahl (42) auftrifft, umfasst, wobei die Wellenfrontsensoreinrichtung (38) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, eine Information (44) bezüglich der Ist-Wellenfront des auf der Detektionsfläche (40) auftreffenden Lichtstrahls (42) an die Steuerung (34) auszugeben, und wobei die Steuerung (34) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, anhand von zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten, an denen eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder mindestens eine physikalische Größe mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweisen, von der Wellenfrontsensoreinrichtung (38) ausgegebenen Informationen (44) eine Wellenfront-Relation zu bestimmen, welche eine Wellenfrontänderung der Wellenfront in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine räumliche Lichtmoduliervorrichtung für ein optisches Materialbearbeitungssystem und ein optisches Materialbearbeitungssystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Stand der Technik
1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen räumlichen Lichtmoduliersystems, welches der Anmelderin als interner Stand der Technik bekannt ist.
Das in 1 schematisch dargestellte herkömmliche räumliche Lichtmoduliersystem hat einen räumlichen Lichtmodulator 10 mit einem ein- oder mehrdimensionalen Feld 12 von lichtmodulierenden Pixeln, welche mittels einer Steuerung 14 ansteuerbar sind. Ein von einem Laser 16 emittierter Lichtstrahl 18 trifft auf das ein- oder mehrdimensionale Feld 12 von Pixeln und wird mittels der Pixel moduliert, bevor der Lichtstrahl 18 mittels einer Linse 20 auf eine Arbeitsebene 22 fokussiert wird. Vor seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 12 von Pixeln kann der Lichtstrahl 18 außerdem mittels zweier Linsen 24 in seinem Strahldurchmesser variiert und/oder mittels einer Polarisiereinrichtung 26 polarisiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine räumliche Lichtmoduliervorrichtung für ein optisches Materialbearbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein optisches Materialbearbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Verfahren zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten sowohl zum Kalibrieren als auch zum flexiblen Korrigieren einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung derart, dass ein mittels eines ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln eines räumlichen Lichtmodulators der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung modulierter Lichtstrahl in seiner Amplitudenverteilung, in seiner Phasenverteilung und/oder in seiner Polarisation einem gewünschten Strahlprofil entspricht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der modulierte Lichtstrahl eine „definierte Strahlform“ aufweist, welche sich für einen anschließend oder gleichzeitig mittels des Lichtstrahls ausgeführten optischen Materialbearbeitungsprozess vorteilhaft eignet. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung Möglichkeiten zur flexiblen Korrektur des Lichtstrahls auch während des damit ausgeführten optischen Materialbearbeitungsprozesses, wodurch der Kalibriervorgang auch mehrmals ausgeführt werden kann, sodass selbst thermische Verschiebungen und Signalfehler an einem gewünschten Strahlprofilmuster nachkorrigiert werden können. Des Weiteren können die mittels der vorliegenden Erfindung realisierten Möglichkeiten sowohl automatisch als auch manuell zur Anpassung des Strahlprofils des Lichtstrahls an ein gewünschtes Strahlprofil ausgeführt werden. Auch statische oder dynamische optische Aberrationen im gesamten optischen System können dabei korrigiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist die Steuerung dazu ausgebildet und/oder programmiert, unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation den spezifischen Soll-Phasenhub für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds festzulegen oder neufestzulegen. Die Steuerung kann in diesem Fall mittels einer Kalibrierung oder Nachkalibrierung des räumlichen Lichtmodulators eine gewünschte Ist-Wellenfront des an dem ein- oder mehrdimensionalen Feld des räumlichen Lichtmodulators modulierten Lichtstrahls sicherstellen.
Alternativ oder ergänzend kann, sofern die räumliche Lichtmoduliervorrichtung noch mindestens eine weitere optische Komponente aufweist, mittels welcher die Ist-Wellenfront des auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld auftreffenden Lichtstrahls variierbar ist, die Steuerung auch dazu ausgebildet und/oder programmiert sein, unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation eine Soll-Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente und/oder eine Soll-Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente festzulegen oder neufestzulegen und mindestens eine Aktoreinrichtung derart anzusteuern, dass eine Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Position und/oder eine Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Betriebsgröße einstellbar ist. Auch auf diese Weise ist mittels der Steuerung sicherstellbar, dass der Lichtstrahl die gewünschte Ist-Wellenfront aufweist.
Beispielsweise kann die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation mittels der Steuerung festlegbar ist, eine Gesamtlichtintensität des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierten Lichtstrahls, eine Lichtintensitätsverteilung des Lichtstrahls, eine Emissionsleistung einer den Lichtstrahl emittierenden Lichtquelle, eine Lichtfrequenz der Lichtquelle, eine Impulsfrequenz der gepulsten Lichtquelle, eine Impulsdauer der gepulsten Lichtquelle und/oder mindestens eine ermittelte und/oder geschätzte Temperatur an mindestens einem Teil der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung sein. Die hier genannten Beispiele sind jedoch nicht abschließend zu interpretieren.
Vorzugsweise ist der Steuerung mindestens ein Grenzwert für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation mittels der Steuerung festlegbar ist, vorgegeben, wobei die Steuerung nach Festlegung der Wellenfront-Relation zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, zu erkennen, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe den einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen der vorgegebenen Grenzwerte übersteigt, und, gegebenenfalls, für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds den spezifischen Soll-Phasenhub unter Berücksichtigung zumindest der Wellenfront-Relation zur automatischen Wellenfrontkorrektur neufestzulegen. Dies ermöglicht eine automatische Nachkalibrierung der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung in mittels des mindestens einen Grenzwerts vorgegebenen Extremsituationen.
Vorzugteilhafter Weise beginnt die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung, sobald zumindest der räumliche Lichtmodulator, die den mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierten Lichtstrahl emittierende Lichtquelle und/oder mindestens eine weitere Lichtquelle der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung in ihren Betriebszustand geschaltet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuerung dazu ausgebildet und/oder programmiert, mithilfe einer Wellenfrontverzerrungs-Funktion, einer Fokussierbarkeit-Funktion oder einer Point-Spread-Funktion die Ist-Wellenfront zu ermitteln. Dies erleichtert einer Ermittlung der Ist-Wellenfront.
Alternativ oder ergänzend kann auf der Steuerung mindestens ein Regressionsalgorithmus und/oder mindestens ein Algorithmus zum maschinellen Lernen hinterlegt sein, mittels welchem die Steuerung dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, die Wellenfront-Relation festzulegen. Auf diese Weise ist eine verlässliche Festlegung der Wellenfront-Relation möglich.
Bevorzugter Weise sind eine Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung und/oder eine Polarisation eines auf das ein- oder mehrdimensionale Feld von Pixeln auftreffenden Materialbearbeitungslichtstrahls modulierbar, indem jeweils ein auf einen jeweiligen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds auftreffender Teil des Materialbearbeitungslichtstrahls um einen spezifischen Soll-Phasenhub des jeweiligen Pixels moduliert ist, wobei der auf der Detektionsfläche auftreffende Lichtstrahl zumindest ein Teilstrahl des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierten Materialbearbeitungslichtstrahls oder ein weiterer mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierter Probenlichtstrahl ist. Insbesondere kann der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierte Materialbearbeitungslichtstrahl mittels eines Strahlteilers so geteilt sein, dass ein erster Teilstrahl des Materialbearbeitungslichtstrahls auf der Detektionsfläche auftrifft und ein zweiter Teilstrahl des Materialbearbeitungslichtstrahls zu einer vorrichtungseigenen oder vorrichtungsexternen Materialbearbeitungseinheit ausrichtbar oder ausgerichtet ist.
Auch ein optisches Materialbearbeitungssystem mit einer derartigen räumlichen Lichtmoduliervorrichtung bewirkt die vorausgehend beschriebenen Vorteile.
Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung die oben erläuterten Vorteile. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung gemäß den oben ausgeführten Ausführungsformen von räumlichen Lichtmoduliervorrichtungen weitergebildet werden kann.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen räumlichen Lichtmoduliersystems;
2a bis 2c schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;
3 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;
4 eine schematische Teildarstellung einer dritten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;
6a bis 6e ein Flussdiagramm und schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung; und
7 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung
2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Die in 2a schematisch dargestellte räumliche Lichtmoduliervorrichtung hat einen räumlichen Lichtmodulator 30, welcher auch als ein SLM (Spatial Light Modulator) oder als ein Strahlformer mit einem programmierbaren/einstellbaren Strahlformungsmuster bezeichnet werden kann. Der räumliche Lichtmodulator 30 weist ein ein- oder mehrdimensionales Feld 32 von lichtmodulierenden Pixeln auf, wobei die Pixel oder Pixelgruppen von mehreren Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 derart spezifisch ansteuerbar sind, dass ein lokaler Phasenhub Φ des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe variierbar ist/variiert wird. Das mehrdimensionale Feld 32 von lichtmodulierenden Pixeln kann ein zwei- oder dreidimensionales Feld 32 sein. Unter der spezifischen Ansteuerbarkeit der Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ist zu verstehen, dass der lokale Phasenhub Φ des jeweiligen Pixels/der jeweiligen Pixelgruppe unabhängig von dem mindestens einen lokalen Phasenhub Φ des mindestens einen benachbarten Pixels/der mindestens einen benachbarten Pixelgruppe variiert/eingestellt werden kann. Die unterschiedlichen Phasenhübe Φ der Pixel/Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ergeben ein Strahlformungsmuster des räumlichen Lichtmodulators 30, welches auch als eine Phasenmaske des räumlichen Lichtmodulators 30 bezeichnet werden kann. Der Phasenhub Φ kann auch als Phasenmodulation des jeweiligen Pixels/der jeweiligen Pixelgruppe bezeichnet werden.
Eine Steuerung 34 der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist dazu ausgebildet und/oder programmiert, für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 einen spezifischen Soll-Phasenhub Φ₀ festzulegen, und die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung des für den jeweiligen Pixel/die jeweilige Pixelgruppe festgelegten Soll-Phasenhubs Φ₀ mittels mindestens eines Steuersignals 36 anzusteuern. Unter einer spezifischen Festlegung des Soll-Phasenhubs Φ₀ des jeweiligen Pixels/der jeweiligen Pixelgruppe kann verstanden werden, dass der Soll-Phasenhub Φ₀ des jeweiligen Pixels/der jeweiligen Pixelgruppe von der Steuerung 34 abweichend von dem mindestens einen Soll-Phasenhub Φ₀ des mindestens einen benachbarten Pixel/der mindestens einen benachbarten Pixelgruppe festgelegt werden kann.
Der an jedem Pixel/jeder Pixelgruppe des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 bewirkte Phasenhub Φ lässt sich somit mittels einer an den jeweiligen Pixel angelegten Spannung und/oder mittels einer an den jeweiligen Pixel ausgegebenen Stromstärke (als dem mindestens einen Steuersignal 36) einstellen. Somit kann die Steuerung 34 beispielsweise dazu ausgelegt/programmiert sein, unterschiedliche Spannungen und/oder Stromstärken selbst an benachbarte Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 (als das mindestens eine Steuersignal 36) bereitzustellen. Alternativ kann die Steuerung 34 dazu ausgelegt/programmiert sein, als das mindestens eine Steuersignal 36 auch jeweils ein optische Signal (bevorzugt bei einem Optically Addressed Spatial Light Modulator), ein akustisches Signal und/oder ein akusto-optisches Signal (speziell bei einem AOM, Acusto-Optical-Modulator) als das mindestens eine Steuersignal 36 an die Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 auszugeben. Es wird hier außerdem darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Beispiele für das mindestens eine Steuersignal 36 nicht abschließend zu interpretieren sind.
Außerdem umfasst die räumliche Lichtmoduliervorrichtung eine Wellenfrontsensoreinrichtung 38 mit einer Detektionsfläche 40, auf welcher ein mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierter Lichtstrahl 42 auftrifft. Durch das Ansteuern der Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung des für den jeweiligen Pixel/die jeweilige Pixelgruppe festgelegten Soll-Phasenhubs Φ₀ wird eine Ist-Wellenfront des Lichtstrahls 42 mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 variiert. Die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 ist dazu ausgebildet und/oder programmiert, eine Information 44 bezüglich der Ist-Wellenfront des auf der Detektionsfläche 40 auftreffenden Lichtstrahls 42 an die Steuerung 34 auszugeben. Die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 kann insbesondere ein Wellenfrontsensor zur direkten Messung der Ist-Wellenfront, wie z.B. ein Hartmann-Shack-Sensor sein. Es wird hier jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit des Wellenfrontsensors nicht auf diesen Sensortyp limitiert ist. Alternativ kann die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 auch eine Sensorik zur indirekten Bestimmung der Ist-Wellenfront, speziell eine Strahlprofilkamera sein. Als Strahlprofilkamera kann beispielsweise eine CCD-Kamera (Charge-Coupled Device) oder eine CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) für die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 eingesetzt sein. Selbstverständlich sind die hier aufgezählten Beispiele für die Strahlprofilkamera nicht abschließend zu interpretieren.
Die Steuerung 34 ist zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert, anhand von zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten von der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 ausgegebenen Informationen 44 eine Wellenfront-Relation zu bestimmen. Die mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten der Ausgabe der Informationen 44 sind so gewählt, dass eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten variiert und/oder mindestens eine physikalische Größe zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweist. Die Steuerung 34 ist deshalb dazu ausgebildet und/oder programmiert, als Wellenfront-Relation eine Relation/Funktion zu ermitteln, welche eine Wellenfrontänderung der Wellenfront des Lichtstrahls 42 in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt. Unter der Wellenfrontänderung kann insbesondere eine Wellenfrontverzerrung verstanden werden. Zum Ermitteln der Wellenfront-Relation kann die Steuerung 34 beispielsweise eine Wellenfrontverzerrungs-Funktion, eine Fokussierbarkeit-Funktion oder eine Point-Spread-Funktion einsetzen. Insbesondere kann auf der Steuerung 34 mindestens ein Regressionsalgorithmus und/oder mindestens ein Algorithmus zum maschinellen Lernen hinterlegt sein, um damit die Wellenfront-Relation festzulegen. Das Ermitteln der Wellenfront-Relation ist deshalb mittels der Steuerung 34 verlässlich ausführbar.
Die ermittelte Wellenfront-Relation kann anschließend von der Steuerung 34 vorteilhaft genutzt werden:

Beispielsweise kann die Steuerung 34 dazu ausgebildet und/oder programmiert sein, unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation den spezifischen Soll-Phasenhub Φ₀ für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 festzulegen oder neufestzulegen. Die Steuerung 34 kann in diesem Fall anhand der bestimmten Wellenfront-Relation den räumlichen Lichtmodulator 30, bzw. sein Strahlformungsmuster/seine Phasenmaske derart justieren oder nachkalibrieren, dass der an dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 des räumlichen Lichtmodulators 30 modulierte Lichtstrahl 42 eine gewünschte Ist-Wellenfront aufweist.

In der Regel weist die räumliche Lichtmoduliervorrichtung noch mindestens eine weitere optische Komponente 46 bis 52 auf, mittels welcher die Ist-Wellenfront des auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 auftreffenden Lichtstrahls 42 (vor oder nach seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32) variierbar ist/variiert wird. Dies ermöglicht eine alternative oder zusätzliche Nutzung der bestimmten Wellenfront-Relation, indem die Steuerung 34 dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation eine Soll-Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 und/oder eine Soll-Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 festzulegen oder neufestzulegen. Anschließend ist die Steuerung dazu ausgelegt/programmiert, mindestens eine (nicht dargestellte) Aktoreinrichtung derart anzusteuern, dass eine Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Position und/oder eine Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Betriebsgröße einstellbar ist/eingestellt wird.
Beispielsweise kann der Lichtstrahl von einer Lichtquelle 46 der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung, wie beispielsweise von einem Laser 46, emittiert sein, so dass die Steuerung 34 auch mittels mindestens eines Lichtquellen-Steuersignals 54a eine Betriebsgröße der Lichtquelle/des Lasers 46, wie insbesondere eine Emissionsleistung der Lichtquelle/des Lasers 46, zum Bewirken einer gewünschten Ist-Wellenfront neueinstellen kann. Als weitere Beispiele für die mindestens eine weitere optische Komponente 46 bis 52 weist die räumliche Lichtmoduliervorrichtung der 2a noch eine Teleskopeinrichtung 48, eine Polarisiereinrichtung 50 und eine Fokussiereinrichtung 52 auf. Mittels der Teleskopeinrichtung 48 kann der Lichtstrahl 42 vor seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 von Pixeln auf einen passenden Strahldurchmesser erweitert oder reduziert werden. Zusätzlich kann der Lichtstrahl 42 vor seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 von Pixeln mittels der Polarisiereinrichtung 50 entsprechend einer passenden Polarisation polarisiert werden. Optionaler Weise kann der mittels der Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 modifizierte Lichtstrahl 42 außerdem mittels der Fokussiereinrichtung 52 so fokussiert werden, dass er auf eine (nichtdargestellte) Arbeitsebene fokussiert ist. Eine Position der Teleskopeinrichtung 48, der Polarisiereinrichtung 50 und/oder der Fokussiereinrichtung 52 können von der Steuerung 34 unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation mittels mindestens eines Optik-Steuersignals 54b bis 54d neueingestellt werden. Entsprechend kann auch eine Betriebsgröße der Teleskopeinrichtung 48, der Polarisiereinrichtung 50 und/oder der Fokussiereinrichtung 52 von der Steuerung 34 mittels des mindestens einen Optik-Steuersignals 54b bis 54d so variiert werden, dass der Lichtstrahl 42 eine gewünschte Ist-Wellenfront hat. Die in 2a bildlich wiedergegebenen Beispiele für die mindestens eine weitere optische Komponente 46 bis 52 sind außerdem nicht abschließend zu interpretieren. Unter der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 können z.B. auch mindestens ein Spiegel, mindestens ein Filter und/oder mindestens eine Linse verstanden werden. Insbesondere kann eine Neu-Positionierung des mindestens einen Spiegels einen lateralen Versatz des Lichtstrahl 42 variieren/herauskorrigieren, während mittels einer Neu-Positionierung der mindestens einen Linse ein Fokusshift am Lichtstrahl 42 bewirkbar ist.
Das hier beschriebene Zusammenwirken der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 zum Justieren oder Nachkalibrieren des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder zur Neu-Positionierung und/oder Neu-Einstellung der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 ermöglicht eine vorteilhafte Formung der Wellenfront/ Ist-Wellenfront des Lichtstrahl 42 gemäß einem bevorzugten Intensitätsprofil/Strahlprofil, wie beispielsweise einer gewünschten Soll-Wellenfront. Das Zusammenwirken der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 kann damit auch zur Realisierung einer gewünschten Intensitätsverteilung und/oder einer bevorzugten Strahlform des Lichtstrahl 42 genutzt werden. Die hier beschriebene räumliche Lichtmoduliervorrichtung ermöglicht somit gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Formung des Lichtstrahl 42. Da der räumliche Lichtmodulator 30 auch für eine Strahlformung entlang der optischen Achse des Lichtstrahls 42, z.B. durch Bessel-Strahlen, eingesetzt werden kann, kann auch diese Modulation des Lichtstrahls 42 mittels des Zusammenwirkens der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 verbessert werden.
Sobald bei einer Nutzung der hier beschriebenen Technologie eine Abweichung der Ist-Wellenfront von der Soll-Wellenfront erkannt wird, so kann durch Justieren oder Nachkalibrieren des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder Neu-Positionierung und/oder Neu-Einstellung der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 dafür gesorgt werden, dass der Lichtstrahl 42 das gewünschte Intensitätsprofil/Strahlprofil im Bereich einer vorgebbaren Toleranz aufweist. Das Justieren oder Nachkalibrieren des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder die Neu-Positionierung und/oder Neu-Einstellung der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 kann wahlweise automatisch oder manuell erfolgen.
Mittels des hier beschriebenen Zusammenwirkens der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 können durch Justieren oder Nachkalibrieren des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder durch Neu-Positionierung und/oder Neu-Einstellung der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 Kalibrierfehler, Verschiebungen einer (nicht dargestellten) Arbeitsebene des Lichtstrahls 42 und optischen Aberrationen herauskorrigiert werden. Auch ein Fokusshift und/oder ein lateraler Strahlversatz können durch das vorteilhafte Zusammenwirken der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 mit der Steuerung 34 herauskorrigiert werden. Während herkömmlicher Weise hohe Intensitäten des Lichtstrahls 42 häufig zu Signalstörungen führen, welche ein Verschieben der Arbeitsebene oder optische Aberrationen bewirken, kann dieser Nachteil des Stands der Technik durch das hier beschriebene Zusammenwirken der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 behoben werden. Selbst thermische Effekte, wie insbesondere thermische Verschiebungen oder sogenannte „thermische Linsen“, welche bei einer relativ hohen Lichtintensität des Lichtstrahls 42 herkömmlicher Weise oft auftreten, können mittels der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 erkannt und dann kompensiert werden. Selbst bei außergewöhnlich hohen Belastungen des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 herkömmlicher Weise auftretende Aberrationen am Lichtstrahl 42, wie eine Defokussierung des Lichtstrahls 42, eine Verzerrung seiner Wellenfront, eine laterale Translation des Lichtstrahls 42 und/oder Astigmatismen unterschiedlichen Grades können mittels der hier beschriebenen flexiblen Korrektur behoben werden.
Die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation mittels der Steuerung 34 festlegbar ist/festgelegt wird, kann z.B. eine Gesamtlichtintensität des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierten Lichtstrahls 42, eine Lichtintensitätsverteilung des Lichtstrahls 42, eine Emissionsleistung der den Lichtstrahl 42 emittierenden Lichtquelle 46, eine Lichtfrequenz der Lichtquelle 46, eine Impulsfrequenz der gepulsten Lichtquelle 46, eine Impulsdauer der gepulsten Lichtquelle 46 und/oder mindestens eine ermittelte und/oder geschätzte Temperatur an mindestens einem Teil der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung sein. Die hier aufgezählten Beispiele für die mindestens eine physikalische Größe sind jedoch nicht abschließend zu interpretieren. Unter der Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung kann eine Zeitdauer verstanden werden, welche beginnt, sobald zumindest der räumliche Lichtmodulator 30, die den Lichtstrahl 42 emittierende Lichtquelle 46 und/oder mindestens eine (nicht skizzierte) weitere Lichtquelle der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung in ihren Betriebszustand geschaltet sind.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann der Steuerung 34 mindestens ein Grenzwert für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation festlegbar ist, vorgegeben sein. In diesem Fall ist die Steuerung 34 vorzugsweise nach Festlegung der Wellenfront-Relation zusätzlich noch dazu ausgebildet und/oder programmiert, zu erkennen, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe den einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen der vorgegebenen Grenzwerte übersteigt. Gegebenenfalls ist die Steuerung 34 dann dazu ausgebildet/programmiert, für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 den spezifischen Soll-Phasenhub Φ₀ und/oder für die mindestens eine weitere optische Komponente 46 bis 52 ihre jeweilige Soll-Position und/oder ihre jeweilige Soll-Betriebsgröße unter Berücksichtigung zumindest der Wellenfront-Relation zur automatischen Wellenfrontkorrektur neufestzulegen. Damit kann eine Nachkalibrierung des räumliche Lichtmodulators 30 gezielt dann von der Steuerung 34 ausgeführt werden, wenn aufgrund eines auftretenden Extremwerts für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe eine entsprechende Anpassung des Betriebs des räumliche Lichtmodulators 30 vorteilhaft ist.
Der Lichtstrahl 42 kann z.B. ein Materialbearbeitungslichtstrahl 42 sein. Somit kann mittels der hier beschriebenen räumlichen Lichtmoduliervorrichtung auch eine Ist-Wellenfront eines Materialbearbeitungslichtstrahls 42 vorteilhaft an einen gewünschten Verwendungszweck des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 angepasst werden, obwohl ein zur optischen Materialbearbeitung geeigneter Materialbearbeitungslichtstrahl 42 in der Regel eine vergleichsweise hohe Lichtintensität aufweist. Gleichzeitig können, indem jeweils ein auf einen jeweiligen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 auftreffender Teil des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 um einen spezifischen Soll-Phasenhub Φ des jeweiligen Pixels moduliert ist/wird, eine Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung und/oder eine Polarisation des auf das ein- oder mehrdimensionale Feld 32 von Pixeln auftreffenden Materialbearbeitungslichtstrahls 42 moduliert werden. Die hier beschriebene räumliche Lichtmoduliervorrichtung kann deshalb vorteilhaft für ein optisches Materialbearbeitungssystem, bzw. zum Ausführen von optischen Materialbearbeitungsprozessen eingesetzt werden.
Wie in 2a bildlich wiedergegeben ist, kann der auf der Detektionsfläche 40 auftreffende Lichtstrahl 42 zumindest ein Teilstrahl 42 des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierten Materialbearbeitungslichtstrahls 42 sein. Alternativen dazu sind anhand weiterer Figuren wiedergegeben.
Wie in 2b gezeigt, kann der räumliche Lichtmodulator 30 Flüssigkristalle 56 aufweisen. Die Flüssigkristalle 56 können z.B. als Flüssigkristallschicht oder als Flüssigkristallgel, jeweils mit einer Vielzahl von Flüssigkristallen 56, am räumlichen Lichtmodulator 30 vorliegen. Der in 2b schematisch dargestellte räumliche Lichtmodulator 30 kann auch als ein LCoS-SLM (Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator) bezeichnet werden. Auf einer ersten Seite der Flüssigkristalle 56 kann eine transparente Elektrode 58a liegen, während auf einer entgegen gerichteten zweiten Seite der Flüssigkristalle 56 eine ein- oder mehrdimensional gepixelte Elektrode 58b ausgebildet ist. Durch Anlegen eines ein- oder mehrdimensionalen Felds lokaler Spannungen U_pixel zwischen der transparenten Elektrode 58a und der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b kann das Strahlformungsmuster/die Phasenmaske des räumlichen Lichtmodulators 30 eingestellt werden. Durch die „gepixelte Ausbildung“ der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b können auch unterschiedliche lokale Spannungen U_pixel an den Pixeln des im Inneren der Flüssigkristalle 56 ausgebildeten ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln angelegt werden. Mittels einer zwischen den Flüssigkristallen 56 und der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b liegenden Spiegelschicht 60 kann der durch die erste Seite der Flüssigkristalle 56 einfallende Lichtstrahl 42 reflektiert werden. Bei dem räumlichen Lichtmodulator 30 der 2b liegt auf einer von den Flüssigkristallen 56 weg gerichteten Seite der transparenten Elektrode 58a noch ein Glassubstrat 62, während auf einer von den Flüssigkristallen 56 weg gerichteten Seite der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b ein Siliziumsubstrat 64 angeordnet ist. Mittels einer Keramikbasis 66 auf einer von den Flüssigkristallen 56 weg gerichteten Seite des Siliziumsubstrats 64 kann dem räumlichen Lichtmodulator 30 noch zusätzliche Stabilität/Festigkeit verliehen werden.
Der von einem als Pixel fungierenden Teilvolumen der Flüssigkristalle 56 resultierende Phasenhub Φ ergibt sich nach Gleichung (Gl. 1) mit: $Φ = 2 * \frac{2 π}{λ} * d * | n_{e} (θ) - n_{0} |$
wobei λ eine Wellenlänge des Lichtstrahls 42, d eine Schichtdicke der Flüssigkristalle 56 und der Betrag eine Differenz der Brechungsindices n_e und n₀ der Flüssigkristalle 56 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einstellwinkel Θ ist. Bei dem in 2b schematisch dargestellten räumlichen Lichtmodulator 30 ergibt sich der Phasenhub Φ somit durch eine Änderung des Brechungsindex n_e.
Anhand der 2c ist erkennbar, dass der räumliche Lichtmodulator 30 auch eine ein- oder mehrdimensionale Anordnung 68 von mikromechanischen Spiegeln 70, welche an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 72 angeordnet und senkrecht zu der Oberfläche verstellbar sind, sein kann. Jeder der Spiegel 70 kann die Funktion eines Pixels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 erfüllen. Ein mittels des jeweiligen Spiegels 70 bewirkter Phasenhub Φ ergibt sich durch Änderung einer optischen Weglänge des auf den um eine Strecke Δs verstellten Spiegel 70 auftreffenden Lichts gemäß Gleichung (Gl. 2) mit: $Φ = \frac{2 π}{λ} * Δ s$
3 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Bei der Ausführungsform der 3 wird der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierte Materialbearbeitungslichtstrahl 42 mittels eines Strahlteilers 74 so geteilt ist, dass ein erster Teilstrahl 42a des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 auf der Detektionsfläche 40 auftrifft, während ein zweiter Teilstrahl 42b des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 zu einer vorrichtungseigenen oder vorrichtungsexternen Materialbearbeitungseinheit, wie beispielsweise einer Arbeitsebene 22, ausrichtbar oder ausgerichtet ist. Damit kann auch während eines mittels des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 ausgeführten Prozesses, wie insbesondere während eines optischen Materialbearbeitungsprozesses, gleichzeitig die Kalibrierung oder Korrektur des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder die Neu-Positionierung und/oder Neu-Einstellung der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 mittels der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 ausgeführt werden.
Die Arbeitsebene 22 kann beispielsweise eine Strahlformungsebene sein. Die Arbeitsebene 22 kann auch in einem Neigungswinkel kleiner als 90° zur optischen Achse des Lichtstrahls 42 liegen. Vorzugsweise ist die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 derart positioniert, dass eine Abbildungsebene der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 in der Arbeitsebene 22 des Lichtstrahls/Materialbearbeitungslichtstrahls 42, bzw. in der Fokussierebene der Fokussiereinrichtung 52 liegt.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der 3 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsform der 2a bis 2c verwiesen.
4 zeigt eine schematische Teildarstellung einer dritten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Bei der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der 4 ist der auf der Detektionsfläche 40 auftreffende Lichtstrahl 76 nicht zumindest ein Teilstrahl des Materialbearbeitungslichtstrahls 42, sondern ein weiterer mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierter Probenlichtstrahl 76. Der Probenlichtstrahl 76 ist von einer (nicht skizzierten) weiteren Lichtquelle ungleich der Lichtquelle zur Emission des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 emittiert. Die Verwendung des Probenlichtstrahls 76 für die mittels der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 ausgeführte Kalibrierung oder Korrektur ermöglich eine Ausbildung der Detektionsfläche 40 für eine nur vergleichsweise geringe Lichtintensität, da der Probenlichtstrahl 76 im Gegensatz zu dem Materialbearbeitungslichtstrahl 42 häufig eine deutlich geringe Lichtintensität aufweisen kann. Außerdem kann auch bei der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der 4 der mittels des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 ausgeführte Prozess, wie insbesondere ein optischer Materialbearbeitungsprozess, unterbrechungsfrei fortgesetzt werden, während gleichzeitig mittels des Probenlichtstrahls 76 die Kalibrierung oder Korrektur des räumlichen Lichtmodulators 30 und/oder die Neu-Positionierung und/oder Neu-Einstellung der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46 bis 52 ausgeführt wird.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der 4 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der 2 und 3 verwiesen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Die in 5 schematisch dargestellte räumliche Lichtmoduliervorrichtung weist als Weiterbildung zu der Ausführungsform der 3 noch eine Strahlweiche 78 auf, mittels welcher der an dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 modulierte Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 auf eine Strahlfalle 80 ablenkbar/abgelenkt ist. Durch Verwendung der Strahlweiche 78 und der Strahlfalle 80 kann nach einem Aktivieren der Lichtquelle 46 zum Emittieren des auf der Detektionsfläche 40 auftreffenden Lichtstrahls 42a eine vorgegebene Wartezeit abgewartet werden, bevor nach einem Abwarten der Wartezeit die Informationen 44 zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten ermittelt werden. Die Wartezeit kann größer-gleich einer Zeit sein, welche nach dem Aktivieren der Lichtquelle 46 bis zu deren Emission von dem Lichtstrahl 42 mit seinem „standardgemäßen Strahlprofil“ in der Regel notwendig ist. Mittels der Strahlweiche 78 kann der Lichtstrahl 42 insbesondere solange ausgekoppelt werden, bis ein stabiles Strahlprofil des Lichtstrahls 42 gewährleistet ist. Vorzugsweise ist deshalb die Steuerung 34 dazu ausgelegt/programmiert, erst nach dem Abwarten der Wartezeit die Strahlweiche 78 so zu schalten, dass der Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 durch die Strahlweiche 78 auf eine Arbeitsebene 22 und die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 fällt. Evtl. kann auf die Ausstattung der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung mit der Strahlweiche 78 und der Strahlfalle 80 auch verzichtet werden, indem der Lichtstrahl 42 auf einen nicht-kritischen Bereich der Arbeitsebene 22 gerichtet ist, bis das gewünschte Strahlprofil des Lichtstrahls 42 gewährleistet ist.
Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der 5 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der 2 bis 4 verwiesen.
6a bis 6e zeigen ein Flussdiagramm und schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Obwohl das im Weiteren beschriebene Verfahren mit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der 5 ausgeführt wird, ist eine Ausführbarkeit des Verfahrens auf keine spezielle räumliche Lichtmoduliervorrichtung und auf keinen besonderen Typ des räumlichen Lichtmodulators 30 beschränkt.
In einem Verfahrensschritt S1 des Verfahrens wird ein spezifischer Soll-Phasenhub Φ₀ für Pixel oder Pixelgruppen von mehreren Pixeln eines ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von lichtmodulierenden Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 festgelegt. Von dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 des räumlichen Lichtmodulators 30 sind die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 derart spezifisch ansteuerbar, dass ein (lokaler) Phasenhub Φ des jeweiligen Pixels variierbar ist/variiert wird. Deshalb werden in einem weiteren Verfahrensschritt S2 die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung des für den jeweiligen Pixel festgelegten Soll-Phasenhubs Φ₀ mittels mindestens eines Steuersignals 36 angesteuert.
Das hier beschriebenen Verfahren weist auch einen Verfahrensschritt S3 auf, in welchem Informationen 44 bezüglich einer Ist-Wellenfront eines auf einer Detektionsfläche 40 einer Wellenfrontsensoreinrichtung 38 auftreffenden Lichtstrahls 42, welcher mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln moduliert ist, ermittelt werden. Das Ermitteln der Informationen 44 kann durch eine direkte Messung der Ist-Wellenfront mittels der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 oder durch eine indirekte Ermittlung der Ist-Wellenfront mittels der Wellenfrontsensoreinrichtung 38 geschehen. Beispiele für die Wellenfrontsensoreinrichtung 38 sind oben schon genannt. Außerdem wird der Verfahrensschritt S3 zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten ausgeführt, an denen eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder mindestens eine physikalische Größe mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweist. Insbesondere kann die Ist-Wellenfront durch eine Wellenfrontverzerrungs-Funktion, eine Fokussierbarkeit-Funktion oder eine Point-Spread-Funktion ermittelt werden.
Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt S4 eine Wellenfront-Relation, welche eine Wellenfrontänderung der Ist-Wellenfront in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt, anhand der (zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten ermittelten) Informationen 44 bestimmt. Beispielsweise kann die Wellenfront-Relation mittels mindestens eines Regressionsalgorithmus und/oder mindestens eines Algorithmus zum maschinellen Lernen festgelegt werden. Als Wellenfront-Relation kann in dem Verfahrensschritt S4 auch eine Relation für eine an dem Lichtstrahl 42 auftretende Wellenfrontverzerrung in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe bestimmt werden. Insbesondere kann in dem Verfahrensschritt S4 auch mindestens ein Korrektur-Phasenhologramm zur Korrektur der Wellenfrontverzerrung festgelegt werden. Als Korrektur-Phasenhologramm wird in diesem Fall mindestens ein parametrisiertes/ quantitativ mathematisch beschreibendes Phasenhologramm, wie z.B. mindestens ein zweidimensionales Polynom, festgelegt. Durch Interpolation und/oder Extrapolation können außerdem auch Korrektur-Phasenhologramme für nicht-untersuchte Werte der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe bestimmt werden. Dazu können mathematische Fit-Modelle und/oder Methoden des maschinellen Lernens hinzugezogen werden.
Die bestimmte Wellenfront-Relation kann danach vorteilhaft genutzt werden: Beispielsweise kann als (optionaler) Verfahrensschritt S5 der spezifische Soll-Phasenhub Φ₀ für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung zumindest der festgelegten Wellenfront-Relation festgelegt oder neufestgelegt werden. Der Verfahrensschritt S5 ermöglicht damit eine Kalibrierung/Nachkalibrierung des räumlichen Lichtmodulators 30 so, dass der damit modulierte Lichtstrahl 42 ein gewünschtes Strahlprofil/Intensitätsprofil aufweist. Die Kalibrierung/Nachkalibrierung des räumlichen Lichtmodulators 30 kann mittels mindestens eines Korrektur-Phasenhologramms, insbesondere mittels einer Faltung mehrerer Hologramme, ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein erstes strahlformendes Phasenhologramm der in dem Verfahrensschritt S1 festgelegten Soll-Phasenhübe Φ₀ mit einem Korrektur-Phasenhologramm zur Korrektur einer in dem Verfahrensschritt S4 festgestellten (evtl. von einer Lichtintensität des Lichtstrahls 42 abhängigen) Wellenfrontverzerrung gefaltet werden.
Alternativ, ergänzend oder gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt S5 kann auch ein Verfahrensschritt S6 ausgeführt werden. Als erster Teilschritt S6a des Verfahrensschritts S6 können unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation für mindestens eine weitere optische Komponente 46, 48 und 52 der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung, mittels welcher die Ist-Wellenfront des auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 auftreffenden Lichtstrahls 42 variierbar ist, eine Soll-Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46, 48 und 52 und/oder eine Soll-Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente festgelegt oder neufestgelegt werden. Als weiterer Teilschritt S6b des Verfahrensschritts S6 können dann eine Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46, 48 und 52 entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Position und/oder eine Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente 46, 48 und 52 entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Betriebsgröße eingestellt werden. Der Teilschritt S6b kann wahlweise manuell oder maschinell ausgeführt werden. Beispiele für die mindestens eine weitere optische Komponente 46, 48 und 52 sind oben schon aufgezählt.
Das hier beschriebene Verfahren realisiert die oben schon erläuterten Vorteile. Insbesondere kann mittels eines mindestens einmaligen Ausführens des Verfahrens auch bei einer vergleichsweise hohen Lichtintensität des Lichtstrahls 42, bei welcher der räumliche Lichtmodulator 30 und/oder die mindestens eine weitere optische Komponenten 46, 48 und 52 einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist, da sich der räumliche Lichtmodulator 30 und/oder die mindestens eine weitere optische Komponenten 46, 48 und 52 mit Zunahme der Lichtleistung des Lichtstrahls 42 schneller erwärmen, sichergestellt werden, dass thermische Änderungen keinen Nachteil auf das Strahlprofil/Intensitätsprofil des Lichtstrahls 42 haben. Das hier beschriebene Verfahren gewährleistet damit, dass der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 modifizierte Lichtstrahl 42 selbst bei dessen hoher Lichtintensität noch eine gewünschte Qualität aufweist und deshalb seinen Verwendungszweck mit einer hohen Effizienz erfüllen kann. Selbst Verzerrungen der Wellenfront des Lichtstrahls 42, welche z.B. zur Defokussierung des Lichtstrahls 42, einer lateralen Translation und/oder zu Astigmatismen unterschiedlichen Grades führen, können mittels des hier beschriebenen Verfahrens leicht behoben werden.
Vorzugsweise kann noch ein in 6a nicht skizzierter Verfahrensschritt ausgeführt werden, indem nach einem Aktivieren der den Lichtstrahl 42 emittierenden Lichtquelle 46 zuerst eine vorgegebene Wartezeit abgewartet wird, und erst nach einem Abwarten der Wartezeit mit dem Messen der Wellenfront-Informationen 44 zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten begonnen wird. Damit kann sichergestellt werden, dass die Kalibrierung oder Korrektur nur für ein „stabiles“ Strahlprofil des Lichtstrahls 42 ausgeführt wird.
Wie anhand der 6c bis 6e erkennbar ist, ermöglicht das hier beschriebene Verfahren auch eine „Live-Überwachung“ des Strahlprofil-Optimiervorgangs bei gleichzeitig ausgeführtem Lasermaterialbearbeitungsprozess. Dazu ist in den 6c bis 6e die zeitliche Entwicklung des Strahlprofils des Lichtstrahls 42 auf der Detektionsfläche 40 nach 0 Sekunden (6c), nach 1 Sekunde (6d) und nach 3,5 Sekunden (6e) bei einer in der Arbeitsebene 22 gewünschten eindimensionalen 5-Spot-Verteilung dargestellt.
Insbesondere kann während eines Betriebs der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung abgewartet werden, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation festgelegt wird, einen einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen von mehreren vorgegebenen Grenzwerten übersteigt. Gegebenenfalls wird dann mindestens einer der Verfahrensschritte S5 und S6 mindestens einmalig zur automatischen Wellenfrontkorrektur ausgeführt.
7 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.
Auch das im Weiteren beschriebene Verfahren umfasst die oben schon erläuterten Verfahrensschritte S1 bis S6. Speziell wird bei dem hier beschriebenen Verfahren in dem Verfahrensschritt S3 die Ist-Wellenfront in Abhängigkeit von der (aktuellen) Emissionsleistung der den Lichtstrahl 42 emittierenden Lichtquelle 46 bestimmt. Anschließend wird in dem Verfahrensschritt S4 als Wellenfront-Relation ein Model für eine Wellenfront oder Wellenfrontverzerrung des Lichtstrahls 42 in Abhängigkeit von der (aktuellen) Emissionsleistung der Lichtquelle 46 gebildet. Dieses Modell kann dann zum Ausführen mindestens eines der Verfahrensschritte S5 und S6 verwendet werden.
Die Bestimmung der Ist-Wellenfront kann wahlweise durch eine indirekte Bestimmung der Ist-Wellenfront oder durch eine direkte Messung der Ist-Wellenfront erfolgen. In beiden Fällen ist die Messung/Bestimmung der Ist-Wellenfront in parametrisierter Form möglich. Beispielsweise kann die Ist-Wellenfront durch Gewichtungsfaktoren von (zweidimensionalen) Zernike-Polynomen parametrisiert werden. Die orthogonalen Zernike-Polynome eignen sich sehr gut zur mathematischen Charakterisierung von Wellenfrontverzerrungen. Von den unendlich vielen Zernike-Polynomen sind die ersten 7 bis 14 meist ausreichend zur Wiedergabe einer Wellenfront durch ihre Superposition.
In dem Flussdiagramm der 7 ist mittels der Teilschritte S3_in-1 und S3_in-2 eine indirekte Bestimmung der Ist-Wellenfront (z.B. mittels einer Strahlprofilkamera) bildlich wiedergegeben. Zuvor wird als Randbedingungen definiert, für welche Gesamtanzahl N_P von verschiedenen Emissionsleistungen der Lichtquelle 46 die Ist-Wellenfront mit einer Gesamtanzahl N_z von verschiedenen Zernike-Polynomen parametrisiert werden soll. Für die indirekte Bestimmung der Ist-Wellenfront wird, nach einem Teilschritt S3_in-1 zum Einstellen der dem aktuellen Laufwert j entsprechenden Emissionsleistung der Lichtquelle 46, ein p-Laufwert gleich Null gesetzt und dann eine p-Schleife ausgeführt, in welchem für das jeweilige Zernike-Polynom jeweils der optimale Gewichtungsfaktor in einem Teilschritt S3_in-2 bestimmt wird. Jedes Zernike-Polynom kann in seiner Gewichtung in einem zuvor eingestellten Wertebereich variiert werden, wobei für jede Variation die Güte der Fokussierung (durch Bestimmung des Strahldurchmessers) oder die Güte der Abbildung (mittels des Kontrasts/der Schärfe des Bildes) mithilfe der Strahlprofilkamera erfasst werden kann. Die Kombination der Zernike-Polynome, die zum kleinsten Fokusdurchmesser oder zum schärfsten Bild führt, kann danach als das Negativ der Wellenfrontverzerrung, d.h. als deren „Korrektur“ weiterverwendet werden. Bei diesem Optimierungsverfahren der Kombination der Zernike-Polynome können die Parameter wahlweise gleichzeitig oder nacheinander variiert werden. Verwendet werden können dazu auch Optimierungsalgorithmen, wie z.B. Nelder-Mead, Newton, Powell und/oder Conjugate Gradients. Die durch Ausführen der hier beschriebenen indirekten Bestimmung der Wellenfront erhaltenen Gewichtungsfaktoren der N_z ausgewählten Zernike-Polynome können dann für den Verfahrensschritt S4 genutzt werden.
Mittels der Teilschritte S3_d-1 und S3_d-2 ist in dem Flussdiagramm der 7 auch eine direkte Messung der Ist-Wellenfront mittels eines Wellenfrontsensors (wie z.B. mittels eines Hartmann-Shack-Sensors) wiedergegeben. in den meisten Fällen liefert der Wellenfrontsensor eine Approximation der Ist-Wellenfront in Form von Zernike-Polynomen. Für die direkte Messung der Ist-Wellenfront wird nach einem Teilschritt S3_d-1 zum Einstellen der dem aktuellen Laufwert j entsprechenden Emissionsleistung der Lichtquelle 46 (von N_P verschiedenen Emissionsleistungen) eine Messung der Wellenfront in Form von Gewichtungsfaktoren der Zernike-Polynome als Teilschritt S3_d-2 ausgeführt. Somit erhält man auch durch die direkte Messung der Ist-Wellenfront mittels des Wellenfrontsensors Gewichtungsfaktoren von Zernike-Polynomen zum anschließenden Ausführen des Verfahrensschritts S4.
Bei dem hier beschriebenen Verfahrensschritt S3 wird die Ist-Wellenfront, bzw. die Wellenfrontverzerrung bei N_P verschiedenen Emissionsleistungen der Lichtquelle 46 ermittelt. Vorzugsweise liegen die N_P verschiedenen Emissionsleistungen der Lichtquelle 46 in einem Betriebsbereich der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung. Es wird hier jedoch ausdrücklich nochmals darauf hingewiesen, dass die zur Korrektur der Wellenfrontverzerrung notwenigen Phasenhologramme auch für nicht untersuchte Emissionsleistungen der Lichtquelle 46 durch Interpolation zwischen den bereits bekannten Parametern von Phasenhologramme von untersuchten Emissionsleistungen oder durch Extrapolation über die bekannten Parameter von Phasenhologramme von untersuchten Emissionsleistungen bestimmt werden können.
Obwohl bei der Ausführungsform der 7 der Verfahrensschritt S3 unter Verwendung von Zernike-Polynomen ausgeführt wird, ist seine Ausführbarkeit nicht auf Zernike-Polynome beschränkt. Anstelle oder zusätzlich zu Zernike-Polynomen können auch andere zweidimensionale Polynome zur Erzeugung orthogonaler Systeme genutzt werden, wie z.B. Laguerre- Polynome, Legendre-Polynome, Jacobi- Polynome, Hermitesche- Polynome, Hahn- Polynome, Tschebyschow- Polynome und/oder Gegenbauer-Polynome. Zur Darstellung von Freiformflächen können auch sogenannte Forbes-Polynome verwendet werden.
Danach kann in dem Verfahrensschritt S4 ein Kalibriermodell gebildet werden. Optionaler Weise kann auch eine Verifizierung des Modells erfolgen, bevor die dem gebildeten Kalibriermodell entsprechende Kalibrierung oder Korrektur ausgeführt wird. Die Bildung von Kalibriermodellen ist ein gängiges Regressionsproblem, welches mithilfe von gängigen mathematischen Methoden approximiert werden kann. Z.B. kann ein mathematisches Modell als Basis vorgeschlagen werden, wonach die einzelnen Parameter des Modells durch die Trainingsdaten gefittet werden können. Beispiele sind eine Linearregression oder auch eine Polynomregression n-ten Grades, bei der sowohl der Grad des Polynoms als auch seine Koeffizienten durch die Lösung von Least-Square oder über ähnliche Methoden optimiert werden können. Auch ein empirisches Modell kann anhand von ausschließlich Trainingsdaten gebildet werden. Dazu eignen sich insbesondere Methoden des maschinellen Lernens, wie z.B. Lasso Regression, Neural Networks, Convolutional Neural Networks, Random Forest Method und Support Vector Machines. Nachdem das Modell gebildet ist, kann es anhand von Testdaten validiert werden.
Anschließend kann durch Ausführen mindestens eines der Verfahrensschritte S5 und S6 unter Nutzung des gebildeten Modells eine erkannte Wellenfrontverzerrung ausgeglichen werden.

Claims

Räumliche Lichtmoduliervorrichtung für ein optisches Materialbearbeitungssystem mit: einem räumlichen Lichtmodulator (30), welcher ein ein- oder mehrdimensionales Feld (32) von lichtmodulierenden Pixeln umfasst, wobei die Pixel oder Pixelgruppen von mehreren Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) derart spezifisch ansteuerbar sind, dass ein lokaler Phasenhub (Φ) des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe variierbar ist; und einer Steuerung (34), welche dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) einen spezifischen Soll-Phasenhub (Φ₀) festzulegen, und die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) unter Berücksichtigung des für den jeweiligen Pixel festgelegten Soll-Phasenhubs (Φ₀) so anzusteuern, dass mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators (30) eine Ist-Wellenfront eines auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld (32) auftreffenden Lichtstrahls (42, 42a, 76) variierbar ist; gekennzeichnet durch eine Wellenfrontsensoreinrichtung (38) mit einer Detektionsfläche (40), auf welcher der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierte Lichtstrahl (42, 42a, 76) auftrifft, wobei die Wellenfrontsensoreinrichtung (38) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, eine Information (44) bezüglich der Ist-Wellenfront des auf der Detektionsfläche (40) auftreffenden Lichtstrahls (42, 42a, 76) an die Steuerung (34) auszugeben; wobei die Steuerung (34) zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, anhand von zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten, an denen eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder mindestens eine physikalische Größe mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweisen, von der Wellenfrontsensoreinrichtung (38) ausgegebenen Informationen (44) eine Wellenfront-Relation zu bestimmen, welche eine Wellenfrontänderung der Wellenfront in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (34) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation den spezifischen Soll-Phasenhub (Φ₀) für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) festzulegen oder neufestzulegen.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die räumliche Lichtmoduliervorrichtung noch mindestens eine weitere optische Komponente (46 bis 52) aufweist, mittels welcher die Ist-Wellenfront des auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld (32) auftreffenden Lichtstrahls (42, 42a, 76) variierbar ist, und wobei die Steuerung (34) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation eine Soll-Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) und/oder eine Soll-Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) festzulegen oder neufestzulegen und mindestens eine Aktoreinrichtung derart anzusteuern, dass eine Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Position und/oder eine Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Betriebsgröße einstellbar ist.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation mittels der Steuerung (34) festlegbar ist, eine Gesamtlichtintensität des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierten Lichtstrahls (42, 42a, 76), eine Lichtintensitätsverteilung des Lichtstrahls (42, 42a, 76), eine Emissionsleistung einer den Lichtstrahl (42, 42a, 76) emittierenden Lichtquelle (46), eine Lichtfrequenz der Lichtquelle (46), eine Impulsfrequenz der gepulsten Lichtquelle (46), eine Impulsdauer der gepulsten Lichtquelle (46) und/oder mindestens eine ermittelte und/oder geschätzte Temperatur an mindestens einem Teil der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerung (34) mindestens ein Grenzwert für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation mittels der Steuerung (34) festlegbar ist, vorgegeben ist, und wobei die Steuerung (34) nach Festlegung der Wellenfront-Relation zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, zu erkennen, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe den einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen der vorgegebenen Grenzwerte übersteigt, und, gegebenenfalls, für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) den spezifischen Soll-Phasenhub (Φ₀) unter Berücksichtigung zumindest der Wellenfront-Relation zur automatischen Wellenfrontkorrektur neufestzulegen.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung beginnt, sobald zumindest der räumliche Lichtmodulator (30), die den mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierten Lichtstrahl (42, 42a, 76) emittierende Lichtquelle (46) und/oder mindestens eine weitere Lichtquelle der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung in ihren Betriebszustand geschaltet sind.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (34) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, mithilfe einer Wellenfrontverzerrungs-Funktion, einer Fokussierbarkeit-Funktion oder einer Point-Spread-Funktion die Ist-Wellenfront zu ermitteln.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Steuerung (34) mindestens ein Regressionsalgorithmus und/oder mindestens ein Algorithmus zum maschinellen Lernen hinterlegt ist, mittels welchem die Steuerung (34) dazu ausgebildet und/oder programmiert ist, die Wellenfront-Relation festzulegen.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung und/oder eine Polarisation eines auf das ein- oder mehrdimensionale Feld (32) von Pixeln auftreffenden Materialbearbeitungslichtstrahls (42) modulierbar sind, indem jeweils ein auf einen jeweiligen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) auftreffender Teil des Materialbearbeitungslichtstrahls (42) um einen spezifischen Soll-Phasenhub (Φ) des jeweiligen Pixels moduliert ist, und wobei der auf der Detektionsfläche (40) auftreffende Lichtstrahl (42, 42a, 76) zumindest ein Teilstrahl (42, 42a) des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierten Materialbearbeitungslichtstrahls (42) oder ein weiterer mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierter Probenlichtstrahl (76) ist.
Räumliche Lichtmoduliervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierte Materialbearbeitungslichtstrahl (42) mittels eines Strahlteilers (74) so geteilt ist, dass ein erster Teilstrahl (42a) des Materialbearbeitungslichtstrahls (42) auf der Detektionsfläche (40) auftrifft und ein zweiter Teilstrahl (42b) des Materialbearbeitungslichtstrahls (42) zu einer vorrichtungseigenen oder vorrichtungsexternen Materialbearbeitungseinheit (22) ausrichtbar oder ausgerichtet ist.
Optisches Materialbearbeitungssystem mit einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung mit den Schritten: Festlegen eines spezifischen Soll-Phasenhubs (Φ₀) für Pixel oder Pixelgruppen von mehreren Pixeln eines ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von lichtmodulierenden Pixeln des räumlichen Lichtmodulators (30)(S1), wobei die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) derart spezifisch ansteuerbar sind, dass ein lokaler Phasenhub (Φ) des jeweiligen Pixels variierbar ist; und Ansteuern der Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) unter Berücksichtigung des für den jeweiligen Pixel festgelegten Soll-Phasenhubs (Φ₀)(S2); gekennzeichnet durch die Schritte: Ermitteln von Informationen (44) bezüglich einer Ist-Wellenfront eines auf einer Detektionsfläche (40) einer Wellenfrontsensoreinrichtung (38) auftreffenden Lichtstrahls (42, 42a, 76), welcher mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln moduliert ist, zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten, an denen eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder mindestens eine physikalische Größe mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweist, mittels der Wellenfrontsensoreinrichtung (38)(S3); und Bestimmen einer Wellenfront-Relation, welche eine Wellenfrontänderung der Ist-Wellenfront in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt, anhand der Informationen (44)(S4).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei unter Berücksichtigung zumindest der festgelegten Wellenfront-Relation der spezifische Soll-Phasenhub (Φ₀) für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) festgelegt oder neufestgelegt wird (S5).
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei unter Berücksichtigung zumindest der bestimmten Wellenfront-Relation für mindestens eine weitere optische Komponente (46 bis 52) der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung, mittels welcher die Ist-Wellenfront des auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld (32) auftreffenden Lichtstrahls (42, 42a, 76) variierbar ist, eine Soll-Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) und/oder eine Soll-Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) festgelegt oder neufestgelegt werden (S6a), und eine Position der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Position und/oder eine Betriebsgröße der mindestens einen weiteren optischen Komponente (46 bis 52) entsprechend der festgelegten oder neufestgelegten Soll-Betriebsgröße eingestellt werden (S6b).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei bei mindestens einem vorgegebenen Grenzwert für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die Wellenfront-Relation festgelegt wird, abgewartet wird, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe den einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen der vorgegebenen Grenzwerte übersteigt, und, gegebenenfalls, für jeden Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) sein spezifischer Soll-Phasenhub (Φ₀) unter Berücksichtigung zumindest der Wellenfront-Relation zur automatischen Wellenfrontkorrektur neufestgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Ist-Wellenfront mithilfe einer Wellenfrontverzerrungs-Funktion, einer Fokussierbarkeit-Funktion oder einer Point-Spread-Funktion ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Wellenfront-Relation mittels mindestens eines Regressionsalgorithmus und/oder mindestens eines Algorithmus zum maschinellen Lernen festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, nach einem Aktivieren der den mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds (32) von Pixeln modulierten Lichtstrahls (42, 42a, 76) emittierenden Lichtquelle (46) eine vorgegebene Wartezeit abgewartet wird, und erst nach einem Abwarten der Wartezeit mit dem Messen der Wellenfront-Informationen (44) zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten begonnen wird.