DE102022104083A1

DE102022104083A1 - line optics system

Info

Publication number: DE102022104083A1
Application number: DE102022104083.6A
Authority: DE
Inventors: Julian Hellstern; Andreas Heimes; Christoph Irion
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023160920A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linienoptiksystem (10) zum Erzeugen einer definierten Laserlinie (24) auf einer Arbeitsebene (26), mit: mindestens einer Laserlichtquelle (12) zum Erzeugen mindestens eines Laserstrahls (20); einer optischen Anordnung (14), die dazu eingerichtet ist, aus dem mindestens einen Laserstrahl (20) einen Beleuchtungsstrahl (22) entlang eines Strahlengangs zu erzeugen, wobei der Beleuchtungsstrahl (22) eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene (26) schneidet, wobei der Beleuchtungsstrahl (22) im Bereich der Arbeitsebene (26) die definierte Laserlinie (24) ausbildet, wobei die optische Anordnung (14) in dem Strahlengang eine Fokussiereinheit (18) mit einem Fokussierobjektiv (28) zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahls (22) aufweist, wobei das Fokussierobjektiv (28) parallel zur Strahlrichtung bewegbar ist; einem Kamerasystem (36), das dazu eingerichtet ist, den Beleuchtungsstrahl (22) an einer definierten Positionen strahlabwärts des Fokussierobjektiv (28) zu beobachten, wobei der Beleuchtungsstrahl (22) an der definierten Positionen einen Fokuszustand aufweist; und einer Steuereinrichtung (44), die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage einer Fokuszustandsänderung an der mindestens einen definierten Position eine Position des Fokussierobjektivs (28) parallel zur Strahlrichtung nach zu regeln.The present invention relates to a line optics system (10) for generating a defined laser line (24) on a working plane (26), having: at least one laser light source (12) for generating at least one laser beam (20); an optical arrangement (14) which is set up to generate an illumination beam (22) from the at least one laser beam (20) along a beam path, the illumination beam (22) defining a beam direction which intersects the working plane (26), wherein the illumination beam (22) forms the defined laser line (24) in the area of the working plane (26), the optical arrangement (14) in the beam path having a focusing unit (18) with a focusing objective (28) for focusing the illumination beam (22), wherein the focusing lens (28) is movable parallel to the beam direction; a camera system (36) configured to observe the illumination beam (22) at a defined position downstream of the focusing lens (28), the illumination beam (22) having a focus state at the defined position; and a control device (44) which is set up to readjust a position of the focusing lens (28) parallel to the beam direction on the basis of a change in the focus state at the at least one defined position.

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 2006/182155 A1 bekannt.Such a line optics system is basically over U.S. 2006/182155 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.

Bei hoher Laserleistung kann es in Linienfokussystemen zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften kommen. Gründe hierfür sind beispielsweise thermische Linsen der Optiken oder eine mechanische Ausdehnung aufgrund von Temperaturänderungen. Dies kann zu einer Verschiebung der Fokuslage der Laserlinie führen.At high laser power, the optical properties of line focus systems can change. Reasons for this are, for example, thermal lenses of the optics or mechanical expansion due to temperature changes. This can lead to a shift in the focal position of the laser line.

Dieses Problem ist bei Schneidoptiken und Linienfokussystemen bekannt. Zur Kompensation wurde bisher eine Fokussieroptik des Linienfokussystems auf Grundlage einer Kennlinie geregelt. Diese Kennlinie gibt die Position der Fokussieroptik an Abhängigkeit der Zeit an. Die Kennlinie wird im Voraus, beispielsweise in einem Kalibrationsprozess, bestimmt und kann beispielsweise in Form von Steuerdaten von einer Steuereinheit des Linienoptiksystems verwendet werden, um die Fokussieroptik im Betrieb zu Regeln.This problem is known in cutting optics and line focus systems. To compensate, a focusing optics of the line focus system was previously controlled on the basis of a characteristic. This characteristic indicates the position of the focusing optics as a function of time. The characteristic curve is determined in advance, for example in a calibration process, and can be used, for example in the form of control data, by a control unit of the line optics system in order to regulate the focusing optics during operation.

Beispielsweise zeigt die Druckschrift DE 10 2018 200 078 A1 ein optisches System zum Erzeugen einer Beleuchtungslinie. Das optische System umfasst eine Laserstrahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls entlang einer optischen Achse. Ferner umfasst das optische System eine Strahlformungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl derart zu formen, dass ein Strahlprofil des Laserstrahls eine lange Achse und eine kurze Achse aufweist, und eine im Strahlengang des Laserstrahls der Strahlformungseinrichtung nachgeordnete Abbildungseinrichtung (beispielsweise ein Fokussierungsobjektiv), die dazu eingerichtet ist, den so geformten Laserstrahl als eine Beleuchtungslinie abzubilden. Die Strahlformungseinrichtung umfasst mindestens eine Teleskopanordnung, welche eine erste Linsengruppe und eine zweite Linsengruppe umfasst, wobei die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe mindestens bezüglich der kurzen Achse eine optische Brechkraft aufweisen. Das optische System umfasst eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen mindestens einer der ersten und zweiten Linsengruppe entlang der optischen Achse. Das optische System umfasst eine zweite Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Abbildungseinrichtung entlang der optischen Achse. Das optische System umfasst ferner eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die erste und zweite Bewegungseinrichtung so anzusteuern, dass die mindestens eine der ersten und zweiten Linsengruppe sowie die Abbildungseinrichtung bewegt wird, während die Laserstrahlquelle den Laserstrahl erzeugt. Zur Steuerung der ersten und zweiten Bewegungseinrichtung sind Steuerdaten in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert.For example, the pamphlet shows DE 10 2018 200 078 A1 an optical system for generating an illumination line. The optical system includes a laser beam source for generating a laser beam along an optical Axis. Furthermore, the optical system comprises a beam shaping device, which is set up to shape the laser beam in such a way that a beam profile of the laser beam has a long axis and a short axis, and an imaging device (e.g. a focusing lens) arranged downstream of the beam shaping device in the beam path of the laser beam is set up to image the laser beam thus shaped as an illumination line. The beam shaping device comprises at least one telescope arrangement, which comprises a first lens group and a second lens group, the first lens group and the second lens group having an optical refractive power at least with respect to the short axis. The optical system includes first moving means for moving at least one of the first and second lens groups along the optical axis. The optical system includes a second moving device for moving the imaging device along the optical axis. The optical system also includes a control unit which is set up to control the first and second movement device in such a way that the at least one of the first and second lens groups and the imaging device are moved while the laser beam source generates the laser beam. To control the first and second movement device, control data are stored in a memory of the control unit.

Die bekannten Linienoptiksysteme lassen aber noch Raum für Verbesserungen, insbesondere hinsichtlich der Regelung der Fokussieroptik.However, the known line optics systems still leave room for improvement, in particular with regard to the regulation of the focusing optics.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linienoptiksystem bereitzustellen, das eine verbesserte Regelung der Fokussieroptik aufweist.Against this background, it is an object of the present invention to provide a line optics system that has improved regulation of the focusing optics.

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 optische Anordnung, ein Kamerasystem und eine Steuereinrichtung auf. Die optische Anordnung ist dazu eingerichtet, aus dem mindestens einen Laserstrahleinen Beleuchtungsstrahl entlang eines Strahlengangs zu erzeugen, wobei der Beleuchtungsstrahl eine Strahlrichtung definiert, die die Arbeitsebene schneidet, wobei der Beleuchtungsstrahl im Bereich der Arbeitsebene die definierte Laserlinie ausbildet, wobei die optische Anordnung in dem Strahlengang eine Fokussiereinheit mit einem Fokussierobjektiv zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahls aufweist, wobei das Fokussierobjektiv parallel zur Strahlrichtung bewegbar ist. Das Kamerasystem ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl an einer definierten Position strahlabwärts des Fokussierobjektiv zu beobachten, wobei der Beleuchtungsstrahl an der definierten Position einen Fokuszustand aufweist. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, auf Grundlage einer Fokuszustandsänderung an der definierten Position eine Position des Fokussierobjektivs parallel zur Strahlrichtung nach zu regeln.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, an optical arrangement, a camera system and a control device. The optical arrangement is set up to generate an illumination beam from the at least one laser beam along a beam path, with the illumination beam defining a beam direction that intersects the working plane, with the illumination beam forming the defined laser line in the region of the working plane, with the optical arrangement in the beam path has a focusing unit with a focusing lens for focusing the illumination beam, the focusing lens being movable parallel to the beam direction. The camera system is set up to observe the illumination beam at a defined position downstream of the focusing lens, the illumination beam having a focus state at the defined position. The control device is set up to readjust a position of the focusing lens parallel to the beam direction on the basis of a change in the focus state at the defined position.

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 optische Anordnung ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl aus dem mindestens einen Laserstrahl entlang eines Strahlengangs zu erzeugen. Der Beleuchtungsstrahl hat im Bereich der Arbeitsebene ein linienförmiges Strahlprofil. Der Beleuchtungsstrahl erzeugt somit in der Arbeitsebene die definierte Laserlinie. Mit anderen Worten besitzt der 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. Zum Erzeugen des Beleuchtungsstrahls aus dem mindestens einen Laserstrahl kann die optische entlang des Strahlengangs eine Reihe von strahlführenden und strahlformenden Optiken aufweisen. Die optische Anordnung kann zudem relativ zu der Arbeitsebene entlang einer Bewegungsrichtung, vorzugsweise parallel zu der Arbeitsebene, bewegbar sein, um ein Werkstück mit Hilfe des Beleuchtungsstrahls zu bearbeiten.The optical arrangement is set up to generate the illumination beam from the at least one laser beam along a beam path. The illumination beam has a linear beam profile in the area of the working plane. The illumination beam thus generates the defined laser line in the working plane. In other words, the illumination beam has a beam profile in the region of the working plane 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. To generate the illumination beam from the at least one laser beam, the optical system can have a series of beam-guiding and beam-shaping optics along the beam path. In addition, the optical arrangement can be movable relative to the working plane along a direction of movement, preferably parallel to the working plane, in order to process a workpiece with the aid of the illumination beam.

Die optische Anordnung weist die Fokussiereinheit auf. Die Fokussiereinheit ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl zu fokussieren. Insbesondere kann die Fokussiereinheit den Beleuchtungsstrahl in der Richtung der kurzen Achse fokussieren. Mit anderen Worten dient die Fokussiereinheit zur Fokussierung der kurzen Achse der Laserlinie. Die Fokussiereinheit ist vorzugsweise im Strahlengang nach den strahlführenden und strahlformenden Optiken angeordnet.The optical arrangement has the focusing unit. The focusing unit is set up to focus the illumination beam. In particular, the focusing unit can focus the illumination beam in the short-axis direction. In other words, the focusing unit serves to focus the short axis of the laser line. The focusing unit is preferably arranged in the beam path after the beam-guiding and beam-shaping optics.

Zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahls weist die Fokussiereinheit ein Fokussierobjektiv auf. Das Fokussierobjektiv kann eine oder mehrere Optiken aufweisen. Der Fokus des Fokussierobjektivs liegt an einer Fokusposition strahlabwärts des Fokussierobjektivs. Mit anderen Worten ist die Fokusposition des Fokus des Fokussierobjektivs die Position strahlabwärts des Fokussierobjektivs, an der das Fokussierobjektiv den Beleuchtungsstrahl fokussiert. Die Fokusposition definiert somit einen Abstand strahlabwärts zu dem Fokussierobjektiv, an dem der Fokus des Fokussierobjektivs liegt. Der Begriff „strahlabwärts“ ist bezüglich des Strahlengangs und der Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls zu verstehen und bedeutet, dass etwas im Strahlengang bzw. in Strahlrichtung nachfolgend angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt die Fokusposition des Fokus des Fokussierobjektivs im Strahlengang bzw. in Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls nach, sprich hinter, dem Fokussierobjektiv.The focusing unit has a focusing lens for focusing the illumination beam. The focusing lens can have one or more optics. The focus of the focusing lens is at a focus position downstream of the focusing lens. In other words, the focal position of the focus of the focusing lens is the position downstream of the focusing lens at which the focusing lens illuminates the illumination beam focused. The focus position thus defines a distance down the beam from the focusing objective, at which the focus of the focusing objective lies. The term "beam down" is to be understood in relation to the beam path and the beam direction of the illumination beam and means that something is arranged downstream in the beam path or in the beam direction. In other words, the focal position of the focus of the focusing objective is in the beam path or in the beam direction of the illumination beam, ie behind the focusing objective.

Das Fokussierobjektiv ist des Weiteren parallel zur Strahlrichtung bewegbar. Mit anderen Worten ist das Fokussierobjektiv so gelagert, dass es parallel zur Strahlrichtung bewegt werden kann. Zur Bewegung des Fokussierobjektivs kann die Fokussiereinheit beispielsweise eine Bewegungseinrichtung aufweisen. Durch eine Bewegung des Fokussierobjektivs kann die Position des Fokus des Fokussierobjektivs eingestellt werden.Furthermore, the focusing lens can be moved parallel to the beam direction. In other words, the focusing objective is mounted in such a way that it can be moved parallel to the direction of the beam. To move the focusing lens, the focusing unit can have a movement device, for example. By moving the focusing lens, the position of the focus of the focusing lens can be adjusted.

Das Linienoptiksystem kann strahlabwärts der Fokussiereinheit auch noch weitere Optiken aufweisen, wie beispielsweise Schutzgläser, Umlenkspiegel und dergleichen. Die weiteren Optiken haben vorzugsweise keine strahlformende oder fokussierende Funktion.The line optics system can also have other optics downstream of the focusing unit, such as protective glasses, deflection mirrors and the like. The other optics preferably have no beam-shaping or focusing function.

Das Kamerasystem ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl an einer definierten Position strahlabwärts des Fokussierobjektiv zu beobachten. Beobachten bedeutet, dass das Kamerasystem beispielsweise ein oder mehrere Bilder des Beleuchtungsstrahls aufnimmt, in dem oder in denen der Beleuchtungsstrahl an der definierten Position abgebildet ist. Die definierte Position ist in Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls nach dem Fokussierobjektiv angeordnet.The camera system is set up to observe the illumination beam at a defined position downstream of the focusing lens. Observing means that the camera system records, for example, one or more images of the illumination beam in which the illumination beam is imaged at the defined position. The defined position is arranged after the focusing lens in the beam direction of the illumination beam.

Das Fokussierobjektiv hat in der Strahlrichtung zu der definierten Position einen Abstand. Der Beleuchtungsstrahl hat an der definierten Position einen Fokuszustand. Der Fokuszustand beschreibt die Fokussierung an der definierten Position relativ zu dem Fokussierobjektiv, sprich in dem Abstand zu dem Fokussierobjektiv. Insbesondere beschreibt der Fokuszustand, wie stark der Beleuchtungsstrahl an der definierten Position fokussiert ist. Mit anderen Worten gibt der Fokuszustand einen Grad der Fokussierung an der Position an. An der Fokusposition, sprich im Fokus des Fokussierobjektivs, ist die Fokussierung maximal. Umso weiter man sich von der Fokusposition parallel zur Strahlrichtung entfernt, umso geringer wird die Fokussierung. Der Fokuszustand an der definierten Position ändert sich, wenn sich die Fokusposition des Fokus des Fokussierobjektivs ändert.The focusing lens is at a distance from the defined position in the beam direction. The illumination beam has a focus state at the defined position. The focus state describes the focusing at the defined position relative to the focusing lens, i.e. at the distance from the focusing lens. In particular, the focus state describes how strongly the illumination beam is focused at the defined position. In other words, the focus state indicates a degree of focus at the position. Focusing is at its maximum at the focus position, i.e. in the focus of the focusing lens. The further one moves away from the focus position parallel to the beam direction, the lower the focusing becomes. The focus state at the defined position changes as the focus position of the focus of the focusing lens changes.

Die Änderung des Fokuszustands wird Fokuszustandsänderung genannt. Die Fokusposition kann sich beispielsweise in zwei Fällen ändern, nämlich zum einen bei einer Verschiebung des Fokussierobjektivs parallel zu der Strahlrichtung und zum anderen aufgrund einer, insbesondere thermisch bedingten, Veränderung der optischen Eigenschaften des Fokussierobjektivs. Wenn sich der Fokuszustand an der definierten Position ändert, ändert sich daher auch entsprechend der Fokuszustands des Beleuchtungsstrahls in der Arbeitsebene. Das Kamerasystem ist insbesondere dazu eingerichtet, den Fokuszustand an der definierten Position, insbesondere die Fokuszustandsänderungen an der definierten Position zu beobachten.The change in focus state is called focus state change. The focus position can change, for example, in two cases, namely on the one hand when the focusing lens is displaced parallel to the beam direction and on the other hand due to a change in the optical properties of the focusing lens, in particular caused by heat. Therefore, when the focus state changes at the defined position, the focus state of the illumination beam in the working plane also changes accordingly. The camera system is set up in particular to monitor the focus state at the defined position, in particular the changes in focus state at the defined position.

Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, auf Grundlage der Fokuszustandsänderung an der definierten Position eine Position des Fokussierobjektivs parallel zur Strahlrichtung nach zu regeln. Die Steuereinrichtung analysiert vorzugsweise den mittels des Kamerasystems beobachteten Fokuszustand an der definierten Position, um auf dessen Grundlage die Fokuszustandsänderung zu bestimmen. Um die Fokuszustandsänderung zu bestimmen, kann die Steuereinrichtung beispielsweise den Fokuszustand an der definierten Position zu einem bestimmten Zeitpunkt beobachteten und mit einem vorbestimmten Fokuszustand vergleichen. Alternativ kann die Steuereinrichtung den Fokuszustand an zwei oder mehr bestimmten Zeitpunkten beobachten und die beobachteten Fokuszustände miteinander vergleichen.The control device is set up to readjust a position of the focusing lens parallel to the beam direction on the basis of the change in focus state at the defined position. The control device preferably analyzes the focus state at the defined position observed by means of the camera system in order to determine the change in focus state on the basis thereof. In order to determine the focus state change, the control device can, for example, observe the focus state at the defined position at a specific point in time and compare it with a predetermined focus state. Alternatively, the control device can observe the focus state at two or more specific points in time and compare the observed focus states with one another.

Auf Basis der bestimmten oder beobachteten Fokuszustandsänderung kann die Steuereinrichtung dann die Lage des Fokussierobjektivs entsprechend nachregeln. Zum Nachregeln kann beispielsweise eine Richtung und/oder eine Schrittweite zum Verschieben der Position des Fokussierobjektivs parallel zu der Strahlrichtung basierend auf der bestimmten Fokuszustandsänderung bestimmt werden. Insbesondere wird die Lage des Fokussierobjektivs dabei so geregelt, dass die Fokusposition in die Arbeitsebene verschoben wird. Auf diese Weise wird die kurze Achse der Laserlinie in der Arbeitsebene fokussiert.On the basis of the determined or observed focus state change, the control device can then readjust the position of the focusing lens accordingly. For readjustment, for example, a direction and/or an increment for shifting the position of the focusing objective parallel to the beam direction can be determined based on the determined focus state change. In particular, the position of the focusing objective is regulated in such a way that the focus position is shifted into the working plane. In this way, the short axis of the laser line is focused in the working plane.

Das Nachregeln der Position des Fokussierobjektivs erfolgt somit in Form einer Rückkopplungsschleife (einem sogenannten Feedbackloop). Dabei wird eine erste Fokuszustandsänderung an der definierten Position zunächst beobachtet, um dann die Position des Fokussierobjektivs entsprechend nach zu regeln, was dann zu einer zweiten Fokuszustandsänderung des Fokuszustands an der definierten Position führt.The readjustment of the position of the focusing objective thus takes place in the form of a feedback loop (a so-called feedback loop). A first change in the focus state at the defined position is first observed in order to then adjust the position of the focusing lens accordingly, which then leads to a second change in the focus state at the defined position.

Das Nachregeln kann passiv oder aktiv erfolgen. Passives Nachregeln bedeutet, dass der Fokuszustand über die Zeit beobachtet wird, während das Fokussierobjektiv an einer Position angeordnet ist. Dabei kann eine Fokuszustandsänderung bestimmt werden, die durch eine, insbesondere thermisch bedingten, Veränderung der optischen Eigenschaften des Fokussierobjektivs bewirkt wird. Die Regelung der Position des Fokussierobjektivs erfolgt dann derart, dass diese bestimmte Fokuszustandsänderung kompensiert wird. Mit anderen Worten bewirkt die Nachregelung eine Fokuszustandsänderung, die die bestimmte Fokuszustandsänderung rückgängig macht. Die Nachregelung erfolgt somit in diesem Fall entsprechend dem Gegenkopplungsprinzip. Insbesondere kann bei der passiven Nachregelung das Fokussierobjektiv initial derart angeordnet, dass sein, dass die Fokusposition in der Arbeitsebene angeordnet ist. Mittel der Nachregelung im Gegenkopplungsprinzip kann dann die Position des Fokussierobjektivs auf Basis der beobachteten Fokuszustandsänderung derart nachgeregelt werden, dass die Fokusposition wieder in die Arbeitsebene zurückverschoben wird. Aktives Nachregeln bedeutet, dass der Fokuszustand über die Zeit beobachtet wird, während die Position des Fokussierobjektivs verändert wird. Entsprechend der dabei bestimmten Fokuszustandsänderung kann dann die Position des Fokussierobjektivs entsprechend nachgeregelt werden.The readjustment can be passive or active. Passive readjustment means that the focus state is observed over time while the focusing lens is placed at one position. A change in the focus state can be determined, which is brought about by a change in the optical properties of the focusing lens, in particular caused by heat. The position of the focusing lens is then regulated in such a way that this specific change in the focus state is compensated for. In other words, the readjustment causes a focus state change that reverses the specific focus state change. In this case, the readjustment takes place according to the negative feedback principle. In particular, in the case of passive readjustment, the focusing lens can initially be arranged in such a way that the focus position is arranged in the working plane. The position of the focusing objective can then be readjusted on the basis of the observed change in the focus state by means of readjustment using the negative feedback principle in such a way that the focus position is shifted back into the working plane. Active tracking means that the focus state is observed over time while the position of the focusing lens is changed. The position of the focusing lens can then be readjusted accordingly in accordance with the change in focus state determined in the process.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die definierte Position in Strahlrichtung auf gleicher Höhe wie die Arbeitsebene. In diesem Fall weist der Beleuchtungsstrahl sowohl an der definierten Position, die mittels des Kamerasystems beobachtet wird, als auch in der Arbeitsebene den gleichen Fokuszustand auf. Insbesondere, wenn das Kamerasystem beobachtet, dass der Fokuszustand an der definierten Position optimal ist, ist der Beleuchtungsstrahl in der Arbeitsebene fokussiert, was bedeutet, dass die Fokusposition dann in der Arbeitsebene liegt. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für die aktive Nachregelung. Dabei kann die Position des Fokussierobjektivs auf Basis der beobachteten Fokuszustandsänderung nachgeregelt werden, um den Fokuszustand an der definierten Position optimal einzustellen, wodurch dann die Fokusposition in die Arbeitsebene verschoben wird. Dies kann insbesondere iterativ erfolgen. Iterativ bedeutet hierbei, dass die Nachregelung in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt, wobei Richtung und/oder Schrittweite der Positionsänderung des Fokussierobjektivs basierend auf der jeweiligen Fokuszustandsänderung der Schritte bestimmt werden.In a preferred embodiment, the defined position in the beam direction is at the same level as the working plane. In this case, the illuminating beam has the same focal state both at the defined position, which is observed using the camera system, and in the working plane. In particular, when the camera system observes that the focus state is optimal at the defined position, the illumination beam is focused in the working plane, which means that the focus position is then in the working plane. This embodiment is particularly suitable for active readjustment. In this case, the position of the focusing lens can be readjusted on the basis of the observed change in the focus state in order to set the focus state optimally at the defined position, as a result of which the focus position is then shifted into the working plane. In particular, this can be done iteratively. In this context, iterative means that the readjustment takes place in a plurality of successive steps, with the direction and/or increment of the change in position of the focusing lens being determined on the basis of the respective change in the focus state of the steps.

Die Steuereinrichtung kann insbesondere eine Regelungseinheit und eine Datenverarbeitungseinheit aufweisen. Die Datenverarbeitungseinheit kann beispielsweise Berechnungsschritte zum Bestimmen der Fokuszustandsänderung durchführen. Die Regelungseinheit kann beispielsweise Steuerbefehle erzeugen, mittels denen die Position des Fokussierobjektivs geregelt wird. Beispielsweise kann mittels der Steuerbefehle eine Bewegungseinrichtung gesteuert werden, die dazu eingerichtet ist, das Fokussierobjektiv zu bewegen.The control device can in particular have a control unit and a data processing unit. The data processing unit can, for example, carry out calculation steps for determining the focus state change. The control unit can, for example, generate control commands by means of which the position of the focusing objective is controlled. For example, the control commands can be used to control a movement device that is set up to move the focusing lens.

Das erfindungsgemäße Linienoptiksystem ist derart gestaltet, dass die Fokusposition online, sprich im Betrieb, einfach nachgeregelt werden kann in Reaktion auf beobachtete Änderungen des Fokuszustands. Auf diese Weise kann der Beleuchtungsstrahl, insbesondere die Laserlinie, in der Arbeitsebene im Betrieb fokussiert werden. Die im Stand der Technik bisher verwendete Regelung entsprechend einer Kennlinie hat den Nachteil, dass diese bei UV Linienfokussystemen schwierig umsetzbar ist. Des Weiteren machen Verschmutzung und Änderung der Prozessparameter neue Kennlinien notwendig. Die vorgeschlagene Nachregelung entsprechend einer beobachteten Fokuszustandsänderung ist hingegen in diesen Fällen anwendbar. Das erfindungsgemäße Linienoptiksystem ermöglicht somit eine verbesserte und breiter anwendbare Regelung des Fokussierobjektivs.The line optics system according to the invention is designed in such a way that the focus position can be easily readjusted online, ie during operation, in response to observed changes in the focus state. In this way, the illumination beam, in particular the laser line, can be focused in the working plane during operation. The regulation used in the prior art according to a characteristic curve has the disadvantage that it is difficult to implement in UV line focus systems. Furthermore, contamination and changes in the process parameters make new characteristic curves necessary. In contrast, the proposed readjustment according to an observed focus state change can be used in these cases. The line optics system according to the invention thus enables improved and more widely applicable regulation of the focusing objective.

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

In einer ersten Ausgestaltung des Linienoptiksystems ist das Kamerasystem strahlabwärts der Arbeitsebene angeordnet.In a first embodiment of the line optics system, the camera system is arranged downstream of the working plane.

Der Beleuchtungsstrahl wird somit im Strahlengang nach der Arbeitsebene beobachtet. Dazu kann der Beleuchtungsstrahl entweder beobachtet werden, nachdem er die Arbeitsebene passiert hat oder nachdem er an der Arbeitsebene reflektiert worden ist.The illumination beam is thus observed in the beam path after the working plane. For this purpose, the illuminating beam can be observed either after it has passed the working plane or after it has been reflected at the working plane.

Insbesondere kann das Kamerasystem derart angerordnet sein, dass es einen reflektierten Strahl des Beleuchtungsstrahls an der Arbeitsebene beobachten kann. Der reflektierte Strahl ist ein Rückreflex des Beleuchtungsstrahls an der Arbeitsebene. Insbesondere kann im Betrieb der Beleuchtungsstrahl an einer Oberfläche eines mit der Laserlinie zu bearbeitenden Werkstücks reflektiert werden, das in der Arbeitsebene angeordnet ist. Der Rückreflex kann dann mittels des Kamerasystems beobachtet werden. Auf diese Weise kann neben der Fokusverschiebung auch eine Variation der Arbeitsebene kompensiert werden.In particular, the camera system can be arranged in such a way that it can observe a reflected beam of the illumination beam at the working plane. The reflected beam is a back reflection of the illuminating beam at the work plane. In particular, during operation the illumination beam can be reflected on a surface of a workpiece to be machined with the laser line, which is arranged in the working plane. The back reflection can then be observed using the camera system. In this way, in addition to the focus shift, a variation in the working plane can also be compensated.

Alternativ kann das Kamerasystem auch hinter der Arbeitsebene angeordnet. Die Arbeitsebene liegt dabei zwischen dem Kamerasystem und der Fokussiereinheit. Das Kamerasystem kann dadurch einen Beleuchtungsstrahl beobachten, der die Arbeitsebene passiert. Bei dieser Anordnung des Kamerasystems kann die Fokusposition dann bestimmt und angepasst werden, wenn kein Werkstück in der Arbeitsebene angeordnet ist oder wenn mittels der Laserlinie vollständig durch das Werkstück geschnitten wurde, so dass die Laserlinie die Arbeitsebene passieren und zu dem Kamerasystem gelangen kann.Alternatively, the camera system can also be arranged behind the working level. The working plane lies between the camera system and the focusing unit. The camera system can thus observe an illumination beam that passes the work plane. With this arrangement of the camera system, the focus position can then be determined and adjusted if no workpiece is arranged in the working plane or if the laser line has been used to cut completely through the workpiece, so that the laser line can pass through the working plane and reach the camera system.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Linienoptiksystem eine weitere Optik auf, die strahlabwärts der Fokussiereinheit angeordnet ist, wobei die weitere Optik dazu eingerichtet ist, den Beleuchtungsstrahl aufzuteilen, wobei ein Teil des Beleuchtungsstrahls in Richtung der Arbeitsebene und ein weiterer Teil des Beleuchtungsstrahls in Richtung des Kamerasystems verläuft.In a further configuration, the line optics system has further optics, which are arranged downstream of the focusing unit, the further optics being set up to split the illumination beam, with part of the illumination beam in the direction of the working plane and another part of the illumination beam in the direction of the camera system runs.

Wie zuvor bereits erläutert kann im Strahlenlang nach der Fokussiereinheit eine weitere Optik, wie beispielsweise ein Umlenkspiegel oder ein Schutzglas, angeordnet sein, über die der Beleuchtungsstrahl in Richtung der Arbeitsebene gelangt. Die weitere Optik kann beispielsweise den Beleuchtungsstrahl in zwei Teile aufteilen. Insbesondere kann die weitere Optik derart aufgebaut sein, dass sie einen Teil des Beleuchtungsstrahls reflektiert und einen anderen Teil des Beleuchtungsstrahls hindurchlässt, sprich transmittiert. Entweder der transmittierte oder der reflektierte Teil verlaufen in Richtung der Arbeitsebene, wohingegen der entsprechend andere Teil in Richtung des Kamerasystems verläuft und von diesem beobachtet wird. Der reflektierte Teil des Beleuchtungsstrahls kann als Rückreflex des Beleuchtungsstrahls an der weiteren Optik bezeichnet werden.As already explained above, further optics, such as a deflection mirror or a protective glass, can be arranged in the beam length after the focusing unit, via which the illumination beam reaches the working plane. The additional optics can, for example, split the illumination beam into two parts. In particular, the additional optics can be constructed in such a way that they reflect part of the illumination beam and allow another part of the illumination beam to pass through, that is to say transmit it. Either the transmitted or the reflected part runs in the direction of the working plane, whereas the corresponding other part runs in the direction of the camera system and is observed by it. The reflected part of the illuminating beam can be referred to as a back reflection of the illuminating beam at the additional optics.

Insbesondere kann das Kamerasystem dazu eingerichtet sein, den Rückreflex des Beleuchtungsstrahls an der weiteren Optik zu beobachten. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die weitere Optik ein Schutzglas aufweist, durch das der Beleuchtungsstrahl in Richtung der Arbeitsebene hindurchläuft, wobei ein Rückreflex an dem Schutzglas mittels des Kamerasystems beobachtet wird.In particular, the camera system can be set up to observe the back reflection of the illumination beam on the additional optics. This is particularly advantageous when the further optics have a protective glass through which the illumination beam runs in the direction of the working plane, with a back reflection being observed on the protective glass by means of the camera system.

Alternativ kann das Kamerasystem auch dazu eingerichtet sein, den transmittierten Teil des Beleuchtungsstrahls zu beobachten. Dazu kann beispielsweise die weitere Optik einen teilweise durchlässigen, insbesondere halbdurchlässig, Umlenkspiegel aufweisen. Der Umlenkspiegel kann den Beleuchtungsstrahl in Richtung der Arbeitsebene umlenken, sprich reflektieren, wobei der durch den Umlenkspiegel durchgelassene, transmittierte Teil des Beleuchtungsstrahls mittels des Kamerasystems beobachtet werden kann.Alternatively, the camera system can also be set up to observe the transmitted part of the illumination beam. For this purpose, for example, the further optics can have a partially transparent, in particular semi-transparent, deflection mirror. The deflection mirror can deflect, i.e. reflect, the illumination beam in the direction of the working plane, in which case the transmitted part of the illumination beam that has passed through the deflection mirror can be observed by means of the camera system.

In einer weiteren Ausgestaltung des Linienoptiksystems weist das Kamerasystem eine Kamera auf, die dazu eingerichtet ist, ein erstes Bild des Beleuchtungsstrahls zu einem ersten Zeitpunkt aufzunehmen, wobei das erste Bild eine Abbildung des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position zu dem ersten Zeitpunkt aufweist.In a further configuration of the line optics system, the camera system has a camera that is set up to record a first image of the illumination beam at a first point in time, the first image having an image of the illumination beam at the defined position at the first point in time.

Mit anderen Worten ist die Kamera dazu eingerichtet, ein Bild zu einem bestimmten Zeitpunkt aufzunehmen, wobei in dem Bild der Beleuchtungsstrahl in einem bestimmten Fokuszustand abgebildet ist. Wie eingangs bereits erläutert, hängt der Fokuszustand zu einen von dem Abstand parallel zu der Strahlrichtung zu dem Fokussierobjektiv und zum anderen von den optischen Eigenschaften des Fokussierobjektivs, sprich der Lage der Fokusposition relativ zu der Position des Fokussierobjektivs ab. Die Abbildungsschärfe der Abbildung des Beleuchtungsstrahls in dem aufgenommenen Bild ist daher abhängig von dem Fokuszustand.In other words, the camera is set up to record an image at a specific point in time, with the illumination beam being imaged in a specific focus state in the image. As already explained above, the focus state depends on the one hand on the distance parallel to the beam direction to the focusing lens and on the other hand on the optical properties of the focusing lens, i.e. the location of the focus position relative to the position of the focusing lens. The imaging sharpness of the imaging of the illumination beam in the recorded image is therefore dependent on the focus state.

In einer weiteren Ausgestaltung des Linienoptiksystems ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Fokuszustand des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position auf Basis des ersten Bildes zu bestimmen und die Fokuszustandsänderung auf Basis des bestimmten Fokuszustands und eines vorbestimmten Fokuszustands zu bestimmen.In a further configuration of the line optics system, the control device is set up to determine the focus state of the illumination beam at the defined position on the basis of the first image and to determine the focus state change on the basis of the determined focus state and a predetermined focus state.

Insbesondere kann das Fokussierobjektiv initial in dem Linienoptiksystem derart angeordnet sein, dass die Fokusposition in der Arbeitsebene angeordnet ist. Der vorbestimmte Fokuszustand entspricht dabei somit dem Fokuszustand, den der Beleuchtungsstrahl an der definierten Position einnimmt, wenn die Fokusposition in der Arbeitsebene angeordnet ist. Der vorbestimmte Fokuszustand kann beispielsweise im Voraus festgelegt oder berechnet sein. Alternativ kann der vorbestimmte Fokuszustand, beispielsweise in einem Initialisierungsprozess, auf Basis eines initialen, mittels der Kamera zuvor aufgenommenen Bildes bestimmt werden, wobei in dem Initialisierungsprozess die Fokusposition vorzugsweise in der Arbeitsebene angeordnet ist. Der vorbestimmte Fokuszustand kann daher auch als vordefinierter oder vorheriger oder initialer Fokuszustand bezeichnet werden. Die Regelung der Position des Fokussierobjektivs kann dabei derart erfolgen, dass der vorbestimmte Fokuszustand wieder eingestellt wird. Mit anderen Worten kann die Nachregelung entsprechend des Gegenkopplungsprinzips erfolgen.In particular, the focusing lens can initially be arranged in the line optics system in such a way that the focus position is arranged in the working plane. The predetermined focus state thus corresponds to the focus state that the illumination beam assumes at the defined position when the focus position is arranged in the working plane. The predetermined focus state may be set or calculated in advance, for example. Alternatively, the predetermined focus state can be determined, for example in an initialization process, on the basis of an initial image previously recorded by the camera, with the focus position preferably being arranged in the working plane in the initialization process. The predetermined focus state can therefore also be referred to as a predefined or previous or initial focus state. The position of the focusing lens can be regulated in such a way that the predetermined focus state is set again. In other words, the readjustment can take place according to the negative feedback principle.

In einer weiteren Ausgestaltung des Linienoptiksystems ist die Kamera dazu eingerichtet, ein zweites Bild des Beleuchtungsstrahls zu einem zweiten Zeitpunkt aufzunehmen, wobei das zweite Bild eine Abbildung des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position zu dem zweiten Zeitpunkt aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Fokuszustand des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position zu dem ersten Zeitpunkt auf Basis des ersten Bildes und den Fokuszustand des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position zu dem zweiten Zeitpunkt auf Basis des zweiten Bildes zu bestimmen und die Fokuszustandsänderung auf Basis der zu dem ersten und zweiten Zeitpunkt bestimmten Fokuszustände zu bestimmen.In a further configuration of the line optics system, the camera is set up to record a second image of the illumination beam at a second point in time, the second image having an image of the illumination beam at the defined position at the second point in time, the control device being set up to determine the focus state of the illumination beam at the defined position at the first point in time based on the first image and the focus state of the to determine the illumination beam at the defined position at the second point in time on the basis of the second image and to determine the focus state change on the basis of the focus states determined at the first and second points in time.

Der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt sind voneinander verschieden. Mit anderen Worten ist die Kamera dazu eingerichtet zu unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils ein Bild des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position aufzunehmen. Insbesondere kann die Kamera dazu eingerichtet sein, auch an mehr als zwei Zeitpunkten Bilder aufzunehmen. Auf Basis der aufgenommenen Bilder kann die Steuereinrichtung dann die damit beobachteten Fokuszustände miteinander vergleichen, um damit insbesondere die Fokuszustandsänderung an der definierten Position zwischen zwei Zeitpunkten zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann dann die Position des Fokussierobjektivs auf Grundlage der bestimmten Fokuszustandsänderung regeln. Werden zu mehr als zwei Zeitpunkten Bilder mittels der Kamera erfasst, kann die Steuereinrichtung beispielsweise die Fokuszustandsänderung jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten bestimmen und die Position des Fokussierobjektivs Grundlage der bestimmten Fokuszustandsänderungen entsprechend nachregeln. Die Nachregelung erfolgt dabei somit iterativ. Zur Regelung der Position des Fokussierobjektivs, insbesondere zur Festlegung der Richtung und/oder eine Schrittweite der Bewegung des Fokussierobjektivs können auch mehrere Fokuszustandsänderungen, beispielsweise die letzten zwei oder drei, berücksichtigt werden.The first point in time and the second point in time are different from each other. In other words, the camera is set up to record an image of the illumination beam at the defined position at different points in time. In particular, the camera can be set up to record images at more than two points in time. On the basis of the recorded images, the control device can then compare the focus states observed with one another in order in particular to determine the change in focus state at the defined position between two points in time. The controller can then regulate the position of the focusing lens based on the determined focus state change. If images are captured by the camera at more than two points in time, the control device can, for example, determine the focus state change between two consecutive points in time and correspondingly readjust the position of the focusing lens based on the determined focus state changes. The readjustment thus takes place iteratively. To regulate the position of the focusing lens, in particular to define the direction and/or an increment of the movement of the focusing lens, multiple focus state changes, for example the last two or three, can also be taken into account.

In einer weiteren Ausgestaltung des Linienoptiksystems ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Position des Fokussierobjektivs derart zu regeln, dass das Fokussierobjektiv zur Aufnahme des ersten Bildes an einer ersten Position und zur Aufnahme des zweiten Bildes an einer zweiten Position angeordnet ist.In a further configuration of the line optics system, the control device is set up to regulate the position of the focusing lens in such a way that the focusing lens is arranged in a first position for recording the first image and in a second position for recording the second image.

Auf diese Weise kann das Fokussierobjektiv aktiv bewegt werden, um nach dem optimalen Fokuszustand zu suchen. Insbesondere ist die Lage des Kamerasystems, sprich der definierten Position, in Strahlrichtung relativ zu der Arbeitsebene vordefiniert, sprich bekannt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die definierte Position, an der das Kamerasystem den Beleuchtungsstrahl beobachtet, in Strahlrichtung auf Höhe der Arbeitsebene liegt. Durch das aktive Bewegen des Fokussierobjektiv und das gleichzeitige Beobachten des Fokuszustands kann dann der optimale Fokuszustand eingestellt werden.In this way, the focusing lens can be actively moved to search for the optimal focus condition. In particular, the position of the camera system, ie the defined position, in the beam direction relative to the working plane is predefined, ie known. This is particularly advantageous when the defined position at which the camera system observes the illumination beam is at the level of the working plane in the beam direction. The optimum focus state can then be set by actively moving the focusing lens and simultaneously observing the focus state.

In einer weiteren Ausgestaltung des Linienoptiksystems ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, zur Bestimmung jedes Fokuszustands einen Fokuswert des Fokuszustands auf Basis eines Strahlprofils des Beleuchtungsstrahls an der definierten Position zu dem ersten und/oder zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, insbesondere wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Fokuszustandsänderung auf Basis eines Vergleichs der Fokuswerte der Fokuszustände zu bestimmen.In a further configuration of the line optics system, the control device is set up to determine a focus value of the focus state on the basis of a beam profile of the illumination beam at the defined position at the first and/or second point in time in order to determine each focus state, in particular the control device being set up to determine the to determine the focus state change based on a comparison of the focus values of the focus states.

Ein Fokuswert gibt ein Maß für die Fokussierung, sprich der Abbildungsschärfe, an einer definierten Position des Beleuchtungsstrahls in Strahlrichtung an. Der Fokuswert hat an der Fokusposition des Fokus des Fokussierobjektivs ein globales Extremum. Insbesondere kann der Verlauf der Fokuswerte in Strahlrichtung als parabelartigen Verlauf modelliert werden, wobei die Position des Extremums der Fokusposition entspricht. Zur Bestimmung des Fokuswerts kann beispielsweise ein Strahlprofil der Abbildung des Beleuchtungsstrahls in der Richtung der kurzen Achse betrachtet werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, für die Abbildung des Beleuchtungsstrahls in dem entsprechenden Bild das Strahlprofil des Beleuchtungsstrahls in der Richtung der kurzen Achse zu bestimmen, wobei der Fokuswert auf Grundlage des Strahlprofils der Abbildung bestimmt wird. Das Strahlprofil ist ein Intensitätsprofil, das den Intensitätsverlauf des Beleuchtungsstrahls in der Richtung der kurzen Achse an der definierten Position darstellt. Das Strahlprofil kann insbesondere auf Basis einer Projektion der Bildpunkte der Abbildung in dem entsprechenden Bild entlang der Richtung der langen Achse auf die Richtung der kurzen Achse bestimmt werden. Das Strahlprofil kann vorzugsweise ein rechteckförmiges Intensitätsprofil (ein sogenanntes Top Hat Profil) oder ein Gaußprofil sein. Der Fokuswert kann beispielsweise eine Steilheit (auch Flankensteilheit genannt) des Strahlprofils sein. Die Steilheit beschreibt die Steigung im Randbereich des Strahlprofils, sprich an einer Flanke des Strahlprofils. Umso kleiner der Wert die Steilheit ist, umso steiler ist die Flanke. Der Fokuswert kann beispielsweise auch das Inverse der Steilheit sein. Der Fokuswert ist dann umso kleiner, umso steiler die Flanke ist. Alternativ kann der Fokuswert auch die Breite des Strahlprofils sein. Insbesondere kann als die Breite des Strahlprofils die Breite des Bereichs des Strahlprofils genommen werden, in dem die Intensitätswerte gleich oder größer als 1/e2, 50% oder 90% des Maximums des Strahlprofils sind. An der Fokusposition sind die Steilheit des Strahlprofils maximal und das Inverse der Steilheit sowie die Breite des Strahlprofils minimal. Die Fokuszustandsänderung kann beispielsweise auf Basis der Differenz der Fokuswerte der zu vergleichenden Fokuszustände bestimmt werden. Insbesondere kann auf Basis der Differenz der Fokuswerte die Richtung und/oder die Schrittweite zum Verschieben der Position des Fokussierobjektivs parallel zu der Strahlrichtung zur Nachregelung festgelegt werden.A focus value indicates a measure of the focusing, i.e. the sharpness of the image, at a defined position of the illumination beam in the direction of the beam. The focus value has a global extremum at the focus position of the focus of the focusing lens. In particular, the progression of the focus values in the beam direction can be modeled as a parabola-like progression, with the position of the extremum corresponding to the focus position. To determine the focus value, for example, a beam profile of the imaging of the illumination beam in the short-axis direction can be considered. In particular, the control device can be set up to determine the beam profile of the illumination beam in the direction of the short axis for the imaging of the illumination beam in the corresponding image, with the focus value being determined on the basis of the beam profile of the imaging. The beam profile is an intensity profile representing the intensity profile of the illumination beam in the short-axis direction at the defined position. In particular, the beam profile can be determined on the basis of a projection of the image points of the image in the corresponding image along the long-axis direction onto the short-axis direction. The beam profile can preferably be a rectangular intensity profile (a so-called top hat profile) or a Gaussian profile. The focus value can be a steepness (also called edge steepness) of the beam profile, for example. The steepness describes the gradient in the edge area of the beam profile, i.e. on a flank of the beam profile. The smaller the value of the steepness, the steeper the slope. The focus value can also be the inverse of the slope, for example. The focus value is then the smaller, the steeper the edge is. Alternatively, the focus value can also be the width of the beam profile. In particular, the width of the beam profile can be taken to be the width of the region of the beam profile in which the intensity values are equal to or greater than 1/e2, 50% or 90% of the maximum of the beam profile. At the focus position, the slope of the beam profile is at a maximum and the inverse of the slope and the width of the beam profile are at a minimum. The focus state change can be determined, for example, on the basis of the difference in the focus values of the focus states to be compared. In particular, based on the difference in the focus values, the direction and/or the increment for shifting the posi tion of the focusing lens can be set parallel to the beam direction for readjustment.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Linienoptiksystem eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Fokussierobjektivs parallel zu der Strahlrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Bewegungseinrichtung zu steuern, um die Position des Fokussierobjektivs zu regeln.In a further configuration, the line optics system has a movement device for moving the focusing lens parallel to the beam direction, the control device being set up to control the movement device in order to regulate the position of the focusing lens.

Beispielsweise kann die Steuereinrichtung Steuerbefehle an die Bewegungseinrichtung senden, wobei die Bewegungseinrichtung dann das Fokussierobjektiv entsprechend dieser Steuerbefehle bewegt. Die Bewegungseinrichtung kann beispielsweise eine Linearführung aufweisen, entlang der das Fokussierungsobjektiv parallel zu der Strahlrichtung bewegt werden kann. Die Linearführung stellt somit eine Führung für das Fokussierobjektiv parallel zu der Strahlrichtung bereit. Die Bewegungseinrichtung kann des Weiteren eine Antriebseinrichtung aufweisen, die das Fokussierobjektiv parallel zu der Strahlrichtung, insbesondere entlang der Linearführung, bewegen kann. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Antriebseinrichtung steuern.For example, the control device can send control commands to the movement device, with the movement device then moving the focusing lens in accordance with these control commands. The movement device can have a linear guide, for example, along which the focusing lens can be moved parallel to the beam direction. The linear guide thus provides a guide for the focusing lens parallel to the beam direction. The movement device can also have a drive device that can move the focusing objective parallel to the beam direction, in particular along the linear guide. In particular, the control device can control the drive device.

In einer weiteren Ausgestaltung des Linienoptiksystems weist die optische Anordnung des Weiteren strahlführende und strahlformende Optiken auf, die dazu eingerichtet sind, aus dem mindestens einen Laserstrahl den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen.In a further configuration of the line optics system, the optical arrangement also has beam-guiding and beam-shaping optics, which are set up to generate the illumination beam from the at least one laser beam.

Die optische Anordnung weist vorzugsweise entlang des Strahlengangs eine Reihe von strahlführenden und strahlformenden Optiken aufweisen, mittels denen der Beleuchtungsstrahl erzeugt wird. Diese Optiken sind vorzugsweise im Strahlengang vor der Fokussiereinheit angeordnet. Der von den strahlführenden und strahlformenden Optiken erzeugte Beleuchtungsstrahl wird von der Fokussiereinheit in der Arbeitsebene fokussiert. Als strahlführenden und strahlformenden Optiken kann die optische Anordnung beispielsweise einen Strahltransformator, einen Homogenisierer und Großoptiken aufweisen. Der Strahltransformator kann im Strahlengang nach der Laserlichtquelle angeordnet sein. Der Strahltransformator ist dazu eingerichtet, den mindestens einen Laserstrahl in einer Richtung quer zu der Strahlrichtung, insbesondere in Richtung der langen Achse, aufzuweiten. Insbesondere dient der Strahltransformators dazu, das Aspektverhältnis des Beleuchtungsstrahls noch weiter und/oder noch effizienter im Hinblick auf die gewünschte Laserlinie zu optimieren. Der Homogenisierer kann im Strahlengang nach dem Strahltransformator angeordnet sein. Der Homogenisierer ist dazu eingerichtet, den mindestens einen, vorzugsweise aufgeweiteten, Laserstrahl in der langen Achse homogen zu verteilen. Der Homogenisierer dient somit dazu, eine homogene Intensitätsverteilung des Beleuchtungsstrahls entlang der langen Achse zu erreichen. Die Großoptiken sind vorzugsweise im Strahlengang nach dem Homogenisierer angeordnet. Die Großoptiken dienen zum Formen des Strahlprofils in der Arbeitsebene. Die Großoptiken können beispielweise ein oder mehrere optische Elemente (bspw. Fourierlinse) entlang des Strahlengangs aufweisen, die das linienförmige Strahlprofil im Bereich der Arbeitsebene erzeugen.The optical arrangement preferably has a row of beam-guiding and beam-shaping optics along the beam path, by means of which the illumination beam is generated. These optics are preferably arranged in the beam path in front of the focusing unit. The illumination beam generated by the beam-guiding and beam-shaping optics is focused by the focusing unit in the working plane. The optical arrangement can have, for example, a beam transformer, a homogenizer and large optics as beam-guiding and beam-shaping optics. The beam transformer can be arranged in the beam path after the laser light source. The beam transformer is set up to expand the at least one laser beam in a direction transverse to the beam direction, in particular in the direction of the long axis. In particular, the beam transformer serves to optimize the aspect ratio of the illumination beam even further and/or even more efficiently with regard to the desired laser line. The homogenizer can be arranged in the beam path after the beam transformer. The homogenizer is set up to distribute the at least one, preferably expanded, laser beam homogeneously in the long axis. The homogenizer thus serves to achieve a homogeneous intensity distribution of the illumination beam along the long axis. The large optics are preferably arranged in the beam path after the homogenizer. The large optics are used to shape the beam profile in the working plane. The large optics can have, for example, one or more optical elements (e.g. Fourier lenses) along the beam path, which generate the linear beam profile in the area of the working plane.

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 ersten Ausführungsbeispiels eines neuen Linienoptiksystems;
2 Darstellungen der Abbildung des Beleuchtungsstrahls mittels eines Fokussierobjektivs und verschiedener Strahlprofile des Beleuchtungsstrahls;
3 zwei Darstellungen der Verschiebung der Fokusposition eines Fokussierobjektivs;
4 vier Darstellungen von verschiedenen Anordnungen eines Kamerasystems im Strahlengang eines Linienoptiksystems;
5 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Linienoptiksystems mit Nachregelung entsprechend einer Kennlinie;
6 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Linienoptiksystems mit Nachregelung über ein Kamerasystem; und
7 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Linienoptiksystems mit Nachregelung über ein Kamerasystem.

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 a first embodiment of a new line optical system;
2 Representations of the imaging of the illumination beam by means of a focusing lens and different beam profiles of the illumination beam;
3 two representations of the displacement of the focus position of a focusing lens;
4 four representations of different arrangements of a camera system in the beam path of a line optics system;
5 a schematic representation of an example of a line optical system with readjustment according to a characteristic;
6 a schematic representation of a second embodiment of a line optics system with readjustment via a camera system; and
7 a schematic representation of a third embodiment of a line optics system with readjustment via a camera system.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Linienoptiksystems in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Linienoptiksystem 10 erzeugt eine Laserlinie 24 im Bereich einer Arbeitsebene 26, um ein Werkstück (hier nicht dargestellt) zu bearbeiten, das im Bereich der Arbeitsebene 26 platziert ist. Die Laserlinie 24 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 26 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 24 in the area of a working plane 26 in order to machine a workpiece (not shown here) that is placed in the area of the working plane 26 . The laser line 24 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. Dem accordingly, the x-axis below corresponds to the long axis and the y-axis corresponds to the short axis of the beam profile formed on the working plane 26 . 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 24 zu polykristallinem Silizium umgewandelt wird. Zur Bearbeitung kann die Laserlinie 24 dabei in einer Bewegungsrichtung relativ zu der Arbeitsebene 26 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 24 . For processing, the laser line 24 can be moved in a direction of movement relative to the working plane 26 . 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 optische Anordnung 14 auf. Die optische Anordnung 14 ist dazu eingerichtet, einen Beleuchtungsstrahl 22 aus dem mindestens einen Laserstrahl 20 entlang eines Strahlengangs zu erzeugen. Der Beleuchtungsstrahl 22 definiert eine Strahlrichtung, die die Arbeitsebene 26 schneidet. Der Beleuchtungsstrahl 22 besitzt im Bereich der Arbeitsebene 26 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 Beleuchtungsstrahl 22 im Bereich der Arbeitsebene 26 ein linienförmiges Strahlprofil. Der Beleuchtungsstrahl 22 erzeugt somit in der Arbeitsebene 26 die Laserlinie 24.The line optics system 10 also has an optical arrangement 14 . The optical arrangement 14 is set up to generate an illumination beam 22 from the at least one laser beam 20 along a beam path. The illumination beam 22 defines a beam direction that intersects the working plane 26 . In the region of the working plane 26, the illumination beam 22 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 illumination beam 22 has a linear beam profile in the area of the working plane 26 . The illumination beam 22 thus generates the laser line 24 in the working plane 26.

Die optische Anordnung weist entlang des Strahlengangs eine Reihe von strahlführenden und strahlformenden Optiken 16 und eine Fokussiereinheit 18 auf. Die Fokussiereinheit 18 ist strahlabwärts von den strahlführenden und strahlformenden Optiken 16 angeordnet.The optical arrangement has a row of beam-guiding and beam-shaping optics 16 and a focusing unit 18 along the beam path. The focusing unit 18 is arranged downstream of the beam-guiding and beam-shaping optics 16 .

Die strahlführenden und strahlformenden Optiken 16 sind dazu eingerichtet, aus dem mindestens einen Laserstrahl 20 den Beleuchtungsstrahl 22 zu erzeugen. Als strahlführenden und strahlformenden Optiken 16 kann die optische Anordnung beispielsweise einen Strahltransformator, einen Homogenisierer und Großoptiken aufweisen. Die Fokussiereinheit 18 ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl 22 zu fokussieren. Insbesondere fokussiert die Fokussiereinheit 18 den Beleuchtungsstrahl 22 in der Richtung der kurzen Achse.The beam-guiding and beam-shaping optics 16 are set up to generate the illumination beam 22 from the at least one laser beam 20 . The optical arrangement can have, for example, a beam transformer, a homogenizer and large optics as beam-guiding and beam-shaping optics 16 . The focusing unit 18 is set up to focus the illumination beam 22 . In particular, the focusing unit 18 focuses the illumination beam 22 in the short-axis direction.

Zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahls 22 weist die Fokussiereinheit 18 ein Fokussierobjektiv 28 auf. Das Fokussierobjektiv 28 kann eine oder mehrere Optiken aufweisen. Das Fokussierobjektiv 28 ist parallel zur Strahlrichtung bewegbar. Die Fokussiereinheit 18 weist eine Bewegungseinrichtung 30 auf, die dazu eingerichtet ist, das Fokussierobjektiv 28 parallel zu der Strahlrichtung zu bewegen. Die Bewegungseinrichtung 30 weist eine Linearführung 32 und eine Antriebseinrichtung 34 auf. Die Linearführung 32 stellt somit eine Führung für das Fokussierobjektiv 28 parallel zu der Strahlrichtung bereit. Entlang der Linearführung 32 ist das Fokussierobjektiv 28 bewegbar. Die Antriebseinrichtung 34 ist dazu eingerichtet, das Fokussierobjektiv 28 parallel zu der Strahlrichtung, insbesondere entlang der Linearführung 32, zu bewegen.The focusing unit 18 has a focusing objective 28 for focusing the illumination beam 22 . The focusing lens 28 may include one or more optics. The focusing lens 28 can be moved parallel to the beam direction. The focusing unit 18 has a movement device 30 which is set up to move the focusing lens 28 parallel to the beam direction. The movement device 30 has a linear guide 32 and a drive device 34 . The linear guide 32 thus provides a guide for the focusing lens 28 parallel to the beam direction. The focusing lens 28 can be moved along the linear guide 32 . The drive device 34 is set up to move the focusing objective 28 parallel to the beam direction, in particular along the linear guide 32 .

Das Linienoptiksystem 10 weist des Weiteren ein Kamerasystem 36 auf. Das Kamerasystem 36 ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl 22 strahlabwärts des Fokussierobjektivs 28 zu beobachten. Insbesondere ist das Kamerasystem 36 ist dazu eingerichtet, den Beleuchtungsstrahl 22 an einer definierten Position strahlabwärts des Fokussierobjektiv 28 zu beobachten. Der Beleuchtungsstrahl 22 hat an dieser definierten Position einen bestimmten Fokuszustand. Das Kamerasystem 36 weist ein abbildendes System 38 und eine Kamera 40 auf. Das abbildende System 38 bildet den Beleuchtungsstrahl 22 auf die Kamera 40 ab. Die Kamera 40 ist dazu eingerichtet, ein Bild des Beleuchtungsstrahls 22 zu einem bestimmten Zeitpunkt aufzunehmen. Insbesondere ist die Kamera 40 derart angeordnet, dass Sie ein Bild des Beleuchtungsstrahls 22 an der definierten Position strahlabwärts des Fokussierobjektivs 28 aufnimmt. Das Bild weist somit eine Abbildung des Beleuchtungsstrahls 22 an der definierten Position auf. Vorzugsweise ist die Kamera dazu eingerichtet, zu mehreren Zeitpunkten, beispielsweise zu einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt, jeweils ein Bild des Beleuchtungsstrahls 22 an der definierten Position aufzunehmen.The line optics system 10 also has a camera system 36 . The camera system 36 is set up to observe the illumination beam 22 downstream of the focusing lens 28 . In particular, the camera system 36 is set up to observe the illumination beam 22 at a defined position downstream of the focusing lens 28 . The illumination beam 22 has a specific focus state at this defined position. The camera system 36 has an imaging system 38 and a camera 40 . The imaging system 38 images the illumination beam 22 onto the camera 40 . The camera 40 is set up to record an image of the illumination beam 22 at a specific point in time. In particular, the camera 40 is arranged in such a way that it records an image of the illumination beam 22 at the defined position downstream of the focusing lens 28 . The image thus has an image of the illumination beam 22 at the defined position. The camera is preferably set up to record an image of the illumination beam 22 at the defined position at a plurality of points in time, for example at a first and a second point in time.

Das Linienoptiksystem 10 weist des Weiteren eine Steuereinrichtung 44 auf. Die Steuereinrichtung 44 ist dazu eingerichtet, die Position des Fokussierobjektivs 28 parallel zur Strahlrichtung zu regeln. Die Steuereinrichtung 44 kann dazu beispielsweise entsprechende Steuerbefehle an die Bewegungseinrichtung 30 senden. Die Bewegungseinrichtung 30 kann dann mittels der Antriebseinrichtung 34 das Fokussierobjektiv 28 entsprechend der Steuerbefehle entlang der Linearführung 32 bewegt. Die Steuereinrichtung 44 kann des Weiteren Daten von dem Kamerasystem 36 empfangen. Die Daten können ein oder mehrere aufgenommene Bilder aufweisen. Die Steuereinrichtung 44 regelt die Position des Fokussierobjektivs basierend auf den Daten des Kamerasystems 36.The line optics system 10 also has a control device 44 . The control device 44 is set up to regulate the position of the focusing lens 28 parallel to the beam direction. For this purpose, the control device 44 can, for example, send corresponding control commands to the movement device 30 . The movement device 30 can then use the drive device 34 to move the focusing lens 28 along the linear guide 32 in accordance with the control commands. Furthermore, the control device 44 can receive data from the camera system 36 . The data may include one or more captured images. The control device 44 regulates the position of the focusing lens based on the data from the camera system 36.

Zur Regelung der Position des Fokussierobjektivs 28 kann die Steuereinrichtung 26 kann beispielsweise verschiedene Untereinheiten aufweisen, die jeweils eine Steuerung einer Komponente des Linienoptiksystems 10 und/oder eine Verarbeitung von Daten durchführen. Die Steuereinrichtung 44 kann dazu beispielsweise eine Regelungseinheit und eine Datenverarbeitungseinheit aufweisen. Die Regelungseinheit kann beispielsweise Steuerbefehle erzeugen, mittels denen die Position des Fokussierobjektivs geregelt wird. Die Datenverarbeitungseinheit kann beispielsweise Berechnungsschritte basierend durchführen, in denen die von dem Kamerasystem 36 empfangenen Daten analysiert werden. Auf Basis dieser Analyse wird dann die Position des Fokussierobjektivs 28 entsprechend geregelt, insbesondere die entsprechenden Steuerbefehle erzeugt.In order to regulate the position of the focusing lens 28, the control device 26 can have, for example, various sub-units which each control a component of the line optics system 10 and/or process data. For this purpose, the control device 44 can have, for example, a control unit and a data processing unit. The control unit can, for example, generate control commands by means of which the position of the focusing objective is controlled. The data processing unit can, for example, carry out calculation steps based on which the data received from the camera system 36 are analyzed. On the basis of this analysis, the position of the focusing lens 28 is then regulated accordingly, in particular the corresponding control commands are generated.

Die Steuereinrichtung 44 kann mit einem nichtflüchtigen Datenspeicher, in dem ein Computerprogramm gespeichert ist, verbunden sein oder diesen aufweisen. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Steuereinrichtung 4 ein Mehrzweckcomputer, wie etwa ein handelsüblicher Personal Computer, der unter Windows®, Linux oder MacOS läuft, und das Computerprogramm aus dem Speicher weist einen Programmcode auf, der zum Implementieren der Regelung des Fokussierobjektivs 28 gestaltet und ausgebildet ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 44 ein logischer Schaltkreis, wie etwa ein vor Ort programmierbares Gate-Array (FPGA: Field Programmable Gate Array), ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC: Application-Specific Integrated Circuit), ein Mikrocontroller oder ein beliebiger anderer angemessener programmierbarer elektrischer Schaltkreis. Darin kann die Regelung des Fokussierobjektivs 28, insbesondere Steuer- und Bestimmungsschritte, mit dem logischen Schaltkreis implementiert werden, sodass der logische Schaltkreis zum Implementieren der Regelung des Fokussierobjektivs 28 gestaltet und ausgebildet ist. Zum Implementieren der Regelung des Fokussierobjektivs 28 in dem logischen Schaltkreis kann eine beliebige angemessene Programmiersprache oder Hardwarebeschreibungssprache verwendet werden, wie etwa C, VHDL und dergleichen.The control device 44 can be connected to or have a non-volatile data memory in which a computer program is stored. In some embodiments, controller 4 is a general purpose computer, such as a commercially available personal computer running Windows®, Linux, or MacOS, and the computer program from memory includes program code designed and configured to implement control of focusing lens 28 . In an alternative embodiment, the controller 44 is a logic circuit such as a Field Programmable Gate Array (FPGA), an Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), a microcontroller, or any other appropriate programmable electrical circuit. Therein, the regulation of the focusing objective 28, in particular control and determination steps, can be implemented with the logic circuit, so that the logic circuit for implementing the regulation of the focusing objective 28 is designed and constructed. Any appropriate programming language or hardware description language may be used to implement the control of the focusing lens 28 in the logic circuitry, such as C, VHDL, and the like.

Die Steuereinrichtung 44 ist dazu eingerichtet auf Grundlage einer Fokuszustandsänderung an der definierten Position eine Position des Fokussierobjektivs 28 parallel zur Strahlrichtung nach zu regeln. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 44 den oder die mittels des Kamerasystems beobachteten Fokuszustände analysieren, um die Fokuszustandsänderung zu bestimmen. Auf Basis der bestimmten Fokuszustandsänderung kann die Steuereinrichtung 44 dann die Lage des Fokussierobjektivs 28 entsprechend nachregeln. Insbesondere kann die Lage des Fokussierobjektivs 28 so eingestellt werden, dass die Fokusposition in die Arbeitsebene 26 verschoben wird. Mit anderen Worten erfolgt die Nachregelung in Form einer Rückkopplungsschleife. Auf Basis einer an der definierten Position beobachteten Fokuszustandsänderung wird die Position des Fokussierobjektivs 28 nachgeregelt, was dann wiederum zu einer Fokuszustandsänderung führt.The control device 44 is set up to readjust a position of the focusing lens 28 parallel to the beam direction on the basis of a change in the focus state at the defined position. For example, the control device 44 can analyze the focus state or states observed by means of the camera system in order to determine the change in focus state. The control device 44 can then readjust the position of the focusing lens 28 accordingly on the basis of the change in focus state determined. In particular, the position of the focusing objective 28 can be adjusted in such a way that the focus position is shifted into the working plane 26 . In other words, the readjustment takes place in the form of a feedback loop. The position of the focusing lens 28 is readjusted on the basis of a focus state change observed at the defined position, which in turn leads to a focus state change.

In 2(A) ist beispielhaft ein Fokussierobjektiv 28 dargestellt, dass einen Beleuchtungsstrahl an einer Fokusposition 46 fokussiert. In den 2(B) und 2(C) sind zwei Strahlprofile des Beleuchtungsstrahls 22 in Richtung der kurzen Achse dargestellt. 2(B) zeigt ein Gaußprofil. 2(C) zeigt ein rechteckiges Strahlprofil, ein sogenanntes Top Hat Profil.In 2(A) a focusing lens 28 is shown as an example that focuses an illumination beam at a focus position 46 . In the 2 B) and 2(c) two beam profiles of the illumination beam 22 are shown in the direction of the short axis. 2 B) shows a Gaussian profile. 2(c) shows a rectangular beam profile, a so-called top hat profile.

Beide Strahlprofile aus den 2(B) und 2(C) haben eine Steilheit im Flankenbereich bzw. Randbereich des Strahlprofils. Die Steilheit drückt den Intensitätsabfall y über der Wegstrecke x an der Flanke, sprich in dem Randbereich des Strahlprofils. Die Flanke ist der Randbereich des Profils, in dem die Steigung am größten ist. Die Steilheit ist somit durch den Quotienten y/x definiert. Entsprechend ist das Inverse der Steilheit als der Quotient x/y definiert.Both beam profiles from the 2 B) and 2(c) have a steepness in the edge area or edge area of the beam profile. The steepness suppresses the drop in intensity y over the path x on the edge, i.e. in the edge area of the beam profile. The flank is the edge area of the profile where the gradient is greatest. The slope is thus defined by the quotient y/x. Correspondingly, the inverse of the slope is defined as the quotient x/y.

Beide Strahlprofile aus den 2(B) und 2(C) haben des Weiteren eine Breite. Insbesondere kann als die Breite des Strahlprofils die Breite des Bereichs des Strahlprofils genommen werden, in dem die Intensitätswerte gleich oder größer als 1/e², 50% oder 90% des Maximalwerts der Intensität des Strahlprofils sind.Both beam profiles from the 2 B) and 2(c) also have a width. In particular, the width of the beam profile can be taken to be the width of the region of the beam profile in which the intensity values are equal to or greater than 1/e ² , 50% or 90% of the maximum value of the intensity of the beam profile.

In der Fokusposition 46 hat das Strahlprofil des Beleuchtungsstrahls in Richtung der kurzen Achse eine minimale Breite und eine maximale Steilheit. Umso weiter man sich von der Fokusposition 46 parallel zur Strahlrichtung entfernt, umso kleiner wird die Steilheit des Strahlprofils und umso größer werden die Breite und das Inverse der Steilheit des Strahlprofils.In the focus position 46, the beam profile of the illumination beam has a minimum width and a maximum steepness in the direction of the short axis. The further one moves away from the focus position 46 parallel to the beam direction, the smaller it becomes the steepness of the beam profile and the greater the width and the inverse of the steepness of the beam profile.

Die Steilheit, das Inverse der Steilheit oder die Breite des Strahlprofils können somit zur Beschreibung des Fokuszustandes des Beleuchtungsstrahls an einer bestimmten Position in Strahlrichtung verwendet werden. Mit anderen Worten können die Steilheit, das Inverse der Steilheit oder die Breite des Strahlprofils ein Fokuswert des Fokuszustandes sein.The slope, the inverse of the slope or the width of the beam profile can thus be used to describe the focus state of the illumination beam at a specific position in the beam direction. In other words, the slope, the inverse of the slope or the width of the beam profile can be a focus value of the focus state.

Die Steuereinrichtung 44 die Fokuszustandsänderung beispielsweise durch Vergleich der Fokuswerte von zwei Fokuszuständen bestimmen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 44 die Fokuszustandsänderung auf Basis einer Differenz der entsprechenden Fokuswerte der Fokuszustände bestimmen. Die beiden zu vergleichenden Fokuszustände können dabei beispielsweise zwei Fokuszustände an der definierten Position zu unterschiedlichen Zeitpunkten sein.The control device 44 determines the focus state change, for example by comparing the focus values of two focus states. In particular, the controller 44 can determine the focus state change based on a difference in the corresponding focus values of the focus states. The two focus states to be compared can be, for example, two focus states at the defined position at different points in time.

In 3(A) ist beispielhaft dargestellt, wie sich die Fokusposition 46 des Fokussierobjektivs 28 im Betrieb aufgrund von thermischen Effekten verschieben kann, während sich die Lage des Fokussierobjektivs 28 nicht ändert. Die ursprüngliche Fokusposition ist mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet. Die verschobene Fokusposition ist mit dem Bezugszeichen 46' bezeichnet.In 3(A) is shown as an example of how the focus position 46 of the focusing lens 28 can shift during operation due to thermal effects, while the position of the focusing lens 28 does not change. The original focus position is denoted by reference number 46 . The shifted focus position is denoted by reference numeral 46'.

In 3(B) ist beispielhaft dargestellt, wie sich die Fokusposition 46 des Fokussierobjektivs 28 geregelt werden kann. Das Fokussierobjektiv 28 kann entlang der Linearführung 32 bewegt werden. In der Darstellung der 3(B) wird das Fokussierobjektiv beispielhaft in Richtung der Fokusposition verschoben, wobei die Lage des verschobene Fokussierobjektiv mit dem Bezugszeichen 28" bezeichnet ist. Entsprechend wird durch die Verschiebung des Fokussierobjektiv 28 auch die Fokusposition 46 entsprechend verschoben, wobei die verschobene Fokusposition mit dem Bezugszeichen 46" bezeichnet ist.In 3(B) is shown as an example of how the focus position 46 of the focusing lens 28 can be regulated. The focusing lens 28 can be moved along the linear guide 32 . In the representation of 3(B) the focusing lens is shifted in the direction of the focus position, for example, with the position of the shifted focusing lens being denoted by the reference numeral 28". Correspondingly, the shifting of the focusing lens 28 also causes the focus position 46 to be shifted, with the shifted focus position being denoted by the reference numeral 46". .

In 4 sind vier beispielhafte Anordnungen des Kamerasystems 36 im Strahlengang des Linienoptiksystems 10 gezeigt, an denen das Kamerasystems 36 den Beleuchtungsstrahl 22 beobachten kann.In 4 four exemplary arrangements of the camera system 36 are shown in the beam path of the line optics system 10, on which the camera system 36 can observe the illumination beam 22.

In 4(A) ist das Kamerasystem 36 hinter der Arbeitsebene 26 angeordnet. Das Kamerasystem 36 beobachtet in dieser Anordnung den Beleuchtungsstrahl 22, wenn dieser durch die Arbeitsebene hindurchgeht.In 4(A) the camera system 36 is arranged behind the working plane 26 . In this arrangement, the camera system 36 observes the illumination beam 22 as it passes through the working plane.

In 4(B) ist im Strahlengang zwischen dem Fokussierobjektiv 28 und der Arbeitsebene 26 ein Umlenkspiegel 48 angeordnet, der den Beleuchtungsstrahl 22 in Richtung der Arbeitsebene 26 umlenkt. Der Umlenkspiegel 48 ist teilweise durchlässig. Das Kamerasystem 36 ist so angeordnet, dass der durch den Umlenkspiegel 48 durchgelassene Teil in Richtung des Kamerasystems 36 verläuft. Das Kamerasystem 36 beobachtet in dieser Anordnung den durch den Umlenkspiegel 48 hindurchgelassenen Teil des Beleuchtungsstrahls 22.In 4(B) a deflection mirror 48 is arranged in the beam path between the focusing objective 28 and the working plane 26 and deflects the illumination beam 22 in the direction of the working plane 26 . The deflection mirror 48 is partially transparent. The camera system 36 is arranged in such a way that the part let through by the deflection mirror 48 runs in the direction of the camera system 36 . In this arrangement, the camera system 36 observes the part of the illumination beam 22 that is allowed to pass through the deflection mirror 48.

In 4(C) ist wird der Beleuchtungsstrahl 22 an der Arbeitsebene 26 reflektiert. Das Kamerasystem 36 ist so angeordnet, dass der an der Arbeitsebene 26 reflektierte Beleuchtungsstrahl in Richtung des Kamerasystems 36 verläuft. Das Kamerasystem 36 beobachtet in dieser Anordnung den an der Arbeitsebene reflektierten Beleuchtungsstrahls 22.In 4(c) The illumination beam 22 is reflected at the working plane 26 . The camera system 36 is arranged in such a way that the illumination beam reflected at the working plane 26 runs in the direction of the camera system 36 . In this arrangement, the camera system 36 observes the illumination beam 22 reflected at the working plane.

In 4(D) ist im Strahlengang zwischen dem Fokussierobjektiv 28 und der Arbeitsebene 26 eine weitere Optik 50, beispielsweise ein Schutzglas, angeordnet, durch die der Beleuchtungsstrahl 22 in Richtung der Arbeitsebene 26 hindurchläuft. Ein Teil des Beleuchtungsstrahls 22 wird an der weiteren Optik 50 reflektiert. Das Kamerasystem 36 ist so angeordnet, dass der an der weiteren Optik 50 reflektierte Teil des Beleuchtungsstrahls 22 in Richtung des Kamerasystems 36 verläuft. Das Kamerasystem 36 beobachtet in dieser Anordnung den an der weiteren Optik 50 reflektierten Teil des Beleuchtungsstrahls 22.In 4(D) a further optics 50 , for example a protective glass, is arranged in the beam path between the focusing lens 28 and the working plane 26 , through which the illumination beam 22 passes in the direction of the working plane 26 . A part of the illumination beam 22 is reflected at the additional optics 50 . The camera system 36 is arranged in such a way that the part of the illumination beam 22 reflected on the further optics 50 runs in the direction of the camera system 36 . In this arrangement, the camera system 36 observes the part of the illumination beam 22 reflected by the further optics 50.

5 zeigt ein Beispiel eines Linienoptiksystems 10, in dem die Nachregelung der Position des Fokussierobjektivs entsprechend einer Kennlinie erfolgt. Das Linienoptiksystem 10 aus 5 weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das Linienoptiksystem aus 1. Allerdings hat das Linienoptiksystem 10 in 5 kein Kamerasystem 36. 5 shows an example of a line optics system 10 in which the readjustment of the position of the focusing lens takes place according to a characteristic. The line optics system 10 off 5 has a similar structure as the line optics system 1 . However, the line optics system has 10 in 5 no camera system 36.

Das Linienfokussystem 1 umfasst eine oder mehrere strahlformende / -führende Optiken 16 (z.B. Homogenisierer oder Großoptiken). Des Weiteren folgt die Fokussierung der kurzen Achse mittels eines Fokussierobjektivs 28, bestehend aus einer oder mehrerer Optiken, welches auf einer Linearführung 32 entlang der Strahlrichtung verfahren werden kann. Zwischen den Optiken 16 und dem Fokussierobjektivs 28 kann im Strahlengang ein dem Umlenkspiegel 52 angeordnet sein. Dem Fokussierobjektivs 28 folgen eine oder mehrere weitere Optiken 50 (z.B. ein Optikschutzglas oder ein Schutzglas der Prozesskammer). Der Beleuchtungsstrahl 22 wird fokussiert auf die Arbeitsebene 26. In der Arbeitsebene kann ein Werkstück angeordnet sein, wobei eine Oberfläche des Werkstücks in der Arbeitsebene 26 liegt. Die Oberfläche des Werkstücks kann auch Substratebene genannt werden.The line focus system 1 comprises one or more beam-shaping/guiding optics 16 (e.g. homogenizers or large optics). Furthermore, the short axis is focused by means of a focusing objective 28, consisting of one or more optics, which can be moved on a linear guide 32 along the beam direction. A deflection mirror 52 can be arranged in the beam path between the optics 16 and the focusing objective 28 . The focusing objective 28 is followed by one or more further optics 50 (e.g. a protective glass for the optics or a protective glass for the process chamber). The illumination beam 22 is focused onto the working plane 26. A workpiece can be arranged in the working plane, with a surface of the workpiece lying in the working plane 26. The surface of the workpiece can also be called the substrate plane.

Gewünscht ist, ein definiertes und insbesondere fokussiertes Strahlprofil in der Arbeitsebene vorzuhalten, unabhängig von dem beschriebenen Einlaufverhalten. Entsprechend einer vordefinierten Kennlinie kann das zeitliche Einlaufverhalten über eine Variation der Objektivposition kompensiert werden. Diese Kennlinie kann u.a. abhängen von der eingehenden Leistung. Die Kennlinie kann insbesondere in Voraus, beispielsweise durch einen Kalibrierungsprozess, bestimmt werden.It is desirable to have a defined and, in particular, focused beam profile in the working plane, regardless of the approach behavior described. According to a predefined characteristic, the run-in behavior over time can be compensated by varying the lens position. This characteristic can depend, among other things, on the incoming power. In particular, the characteristic curve can be determined in advance, for example by a calibration process.

Wie zuvor bereits erläutert, hat die Nachregelung entsprechend einer Kennlinie einige Nachteile. Wie zuvor bereits beschrieben, sieht das neue Linienoptiksystem 10 insbesondere vor, anstatt der Regelung über eine Kennlinie zusätzlich ein Kamerasystem 36 zum Beobachten des Beleuchtungsstrahls 22 an einer definierten Position strahlabwärts des Fokussierobjektivs 28 zu verwenden und die Lage des Fokussierobjektivs 28 auf Grundlage einer an der definierten Position beobachteten Fokuszustandsänderung entsprechend einer Rückkopplungsschleife nach zu regeln. In den 6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele des neuen Linienoptiksystems 10 gezeigt. Die in den 6 und 7 dargestellten Linienoptiksysteme entsprechen im Wesentlichen dem Linienoptiksystem 10 aus 1 und zeigen den Strahlengang in einer detaillierten Darstellung. Insbesondere kann zwischen den Optiken 16 und dem Fokussierobjektiv 28 ein Umlenkspiegel angeordnet sein. Des Weiteren folgen dem Fokussierobjektiv 28 eine oder mehrere weitere Optiken 50 (z.B. ein Optikschutzglas oder ein Schutzglas der Prozesskammer).As already explained above, the readjustment according to a characteristic curve has some disadvantages. As already described above, the new line optics system 10 provides in particular for using a camera system 36 for observing the illumination beam 22 at a defined position downstream of the focusing lens 28 and the position of the focusing lens 28 on the basis of a defined position instead of controlling via a characteristic curve Adjust position observed focus state change according to a feedback loop. In the 6 and 7 two further exemplary embodiments of the new line optical system 10 are shown. The in the 6 and 7 line optics systems shown essentially correspond to line optics system 10 1 and show the beam path in a detailed representation. In particular, a deflection mirror can be arranged between the optics 16 and the focusing lens 28 . Furthermore, the focusing objective 28 is followed by one or more additional optics 50 (for example an optics protective glass or a protective glass of the process chamber).

Insbesondere können mittels des Kamerasystems 36 verschiedene reflektierte Strahlen des Beleuchtungsstrahls 22 beobachtet werden. In den 6 und 7 sind verschiedene, beispielhafte Anordnungen des Kamerasystems 36 in dem Linienoptiksystem 36 dargestellt. Diese Anordnungen des Kamerasystems 36 entsprechen den Anordnungen aus den 4(C) und 4(D).In particular, different reflected beams of the illumination beam 22 can be observed by means of the camera system 36 . In the 6 and 7 Various exemplary arrangements of the camera system 36 in the line optics system 36 are shown. These arrangements of the camera system 36 correspond to the arrangements from FIGS 4(c) and 4(D) .

Der Beleuchtungsstrahl 22 kann beispielsweise an der Arbeitsebene 26, insbesondere an der Substratebene, die in der Arbeitsebene 26 angeordnet ist, reflektiert werden. Der an der Arbeitsebene 26 reflektierte Strahl ist mit dem Bezugszeichen 54 gekennzeichnet und kann auch als Reflex 54 an der Arbeitsebene 26 bezeichnet werden. Der Reflex 54 kann die Optiken 50 durchlaufen. Das Kamerasystem 36 ist in der 6 derart angeordnet, dass es den Reflex 54 beobachten kann.The illumination beam 22 can, for example, be reflected at the working plane 26, in particular at the substrate plane, which is arranged in the working plane 26. The beam reflected at the working plane 26 is identified by the reference number 54 and can also be referred to as a reflection 54 at the working plane 26 . The reflex 54 can pass through the optics 50 . The camera system 36 is in the 6 arranged in such a way that the reflection 54 can be observed.

Des Weiteren kann der Beleuchtungsstrahl 22 auch an einer der weiteren Optiken 50 (beispielsweise an einer Oberfläche eines Schutzglases, reflektiert werden. Der an der weiteren Optik 50 reflektierte Strahl ist mit dem Bezugszeichen 56 gekennzeichnet und kann auch als Reflex 56 des Beleuchtungsstrahls 22 an der weiter Optik 50 bezeichnet werden. Das Kamerasystem 36 ist in der 7 derart angeordnet, dass es den Reflex 54 beobachten kann.Furthermore, the illumination beam 22 can also be reflected on one of the additional optics 50 (e.g. on a surface of a protective glass). The beam reflected on the additional optics 50 is identified by the reference number 56 and can also be reflected as a reflection 56 of the illumination beam 22 on the next Optics 50. The camera system 36 is in FIG 7 arranged in such a way that the reflection 54 can be observed.

Auf Basis der beobachteten Reflexe 54, 56 des Beleuchtungsstrahls 22 kann die Steuereinrichtung 44 dann die Position des Fokussierobjektivs 28 entlang der Linearführung 32 über die vorgeschlagene Rückkopplungsschleife entsprechend nachregeln. Bei der Beobachtung des Reflexes 54 an der Arbeitsebene 26 kann auf diese Weise neben der Fokusverschiebung auch zusätzlich noch eine Variation der Arbeitsebene kompensiert werden.On the basis of the observed reflections 54, 56 of the illumination beam 22, the control device 44 can then adjust the position of the focusing lens 28 along the linear guide 32 accordingly via the proposed feedback loop. When observing the reflection 54 at the working plane 26, in addition to the focus shift, a variation of the working plane can also be compensated for in this way.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US2006182155A1 [0002]
WO 2018019374 A1 [0006]
DE 102018200078 A1 [0009]

Claims

Line optics system (10) for generating a defined laser line (24) on a working plane (26), with: - At least one laser light source (12) for generating at least one laser beam (20); - an optical arrangement (14) which is set up to generate an illumination beam (22) from the at least one laser beam (20) along a beam path, the illumination beam (22) defining a beam direction which intersects the working plane (26), the illumination beam (22) forming the defined laser line (24) in the area of the working plane (26), the optical arrangement (14) in the beam path having a focusing unit (18) with a focusing objective (28) for focusing the illumination beam (22). , wherein the focusing lens (28) is movable parallel to the beam direction; - a camera system (36) which is set up to observe the illumination beam (22) at a defined position downstream of the focusing lens (28), the illumination beam (22) having a focus state at the defined position; and - A control device (44) which is set up to regulate a position of the focusing lens (28) parallel to the beam direction on the basis of a change in the focus state at the defined position.

Line optics system (10) according to claim 1 , wherein the camera system (36) is arranged downstream of the working plane (26).

Line optics system (10) according to claim 1 , wherein the line optics system (10) has further optics (48, 50) which are arranged downstream of the focusing unit (18), the further optics (48, 50) being set up to split the illumination beam (22), with a part of the illumination beam (22) in the direction of the working plane (26) and another part of the illumination beam (22) in the direction of the camera system (36).

Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the camera system (36) has a camera (40) which is set up to record a first image of the illumination beam (22) at a first point in time, the first image being an image of the illumination beam (22) at the defined position relative to the has first point in time.

Line optics system (10) according to claim 4 , wherein the control device (44) is set up to determine the focus state of the illumination beam (22) at the defined position on the basis of the first image and to determine the focus state change on the basis of the determined focus state and a predetermined focus state.

Line optics system (10) according to claim 4 or 5 , wherein the camera (40) is set up to record a second image of the illumination beam (22) at a second point in time, the second image having an image of the illumination beam (22) at the defined position at the second point in time, the control device ( 44) is set up to determine the focus state of the illumination beam at the defined position at the first point in time on the basis of the first image and the focus state of the illumination beam at the defined position at the second point in time on the basis of the second image and to determine the change in focus state on the basis of the to to determine focus states determined at the first and second points in time.

Line optics system (10) according to claim 6 , wherein the control device (44) is set up to regulate the position of the focusing lens (28) in such a way that the focusing lens (28) is arranged in a first position for recording the first image and in a second position for recording the second image.

Line optical system (10) according to one of Claims 5 until 7 , wherein the control device (44) is set up to determine a focus value of the focus state on the basis of a beam profile of the illumination beam (22) at the defined position at the first and/or second point in time in order to determine each focus state, in particular wherein the control device (44) is set up to determine the focus state change on the basis of a comparison of the focus values of the focus states.

Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the line optics system (10) has a movement device (30) for moving the focusing lens (28) parallel to the beam direction, the control device (44) being set up to control the movement device (30) in order to adjust the position of the focusing lens (28 ) to regulate.

Line optical system (10) according to one of Claims 1 until 9 , wherein the optical arrangement (14) further comprises beam-guiding and beam-shaping optics (16) which are set up to generate the illumination beam (22) from the at least one laser beam (20).