EP2054751A1 - Apparatus for homogenizing light and laser apparatus for producing a linear intensity distribution in a work plane - Google Patents

Apparatus for homogenizing light and laser apparatus for producing a linear intensity distribution in a work plane

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EP2054751A1
EP2054751A1 EP07764852A EP07764852A EP2054751A1 EP 2054751 A1 EP2054751 A1 EP 2054751A1 EP 07764852 A EP07764852 A EP 07764852A EP 07764852 A EP07764852 A EP 07764852A EP 2054751 A1 EP2054751 A1 EP 2054751A1
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EP
European Patent Office
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laser
lenses
intensity distribution
light
lens array
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07764852A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Mitra
Andreas Bayer
Heiko Ganser
Torsten STEINBRÜCK
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Focuslight Germany GmbH
Original Assignee
Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2054751A1 publication Critical patent/EP2054751A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
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    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements
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    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between

Definitions

  • the present invention relates to a device for homogenizing light according to the preamble of claim 1 and to a laser device for producing a linear intensity distribution in a working plane according to the preamble of claim 7.
  • Homogenization of light have lens arrays in which a plurality, in particular all of the lenses are different from all other lenses in terms of aperture, focal length and possibly other parameters. By a particular random distribution of these different lenses in the array is a good
  • WO 2005/085935 Another device for homogenization is known from WO 2005/085935.
  • a plurality of biconvex cylindrical lenses are arranged side by side in a lens array, wherein each of the lenses is the same size and has the same focal length.
  • a top hat Such an intensity distribution has, for example, very good homogeneity and very steep flanks.
  • the falling flanks may have a defined pitch. This can in Homogenisierern according to the prior art by Defocusing can be achieved. However, the intensity profile generally deteriorates and is difficult to control.
  • An application for this purpose are, for example, long, compound lines, as they are to be generated by the laser device mentioned above.
  • long laser lines for example greater than 100 mm
  • the distance is at least as long as the line is long. In industrial applications, this much space is often not available, especially for line lengths of more than one meter.
  • a laser device of the type mentioned is known from US 6,717, 105 B1.
  • the laser device described therein comprises a plurality of laser light sources, each associated with an optical means.
  • the optical means each form laser beams with a linear intensity distribution from the laser light of the laser light sources, wherein these individual laser beams can be superimposed in a working plane to form a common line-shaped intensity distribution.
  • the center distances of the lenses decrease or increase from the inside to the outside.
  • the desired radiation characteristic of the homogenizer is realized by a variation of the center distance (pitch), in particular with a simultaneously constant focal length of the individual lenses of the lens array.
  • the center distance pitch
  • This principle is suitable for one-stage as well as two-stage homogenization, as well as for the use of a monolithic
  • the core of the invention is thus a homogenizer, which generates a defined, trapezoidal angular distribution for one or two axes.
  • the optical means of the laser device comprise a device according to the invention for homogenization.
  • Fig. 1 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 2a shows a side view of a first embodiment of a device according to the invention for the homogenization of light
  • FIG. 2b shows a side view of a second embodiment of a device according to the invention for the homogenization of light
  • FIG. 4 shows an intensity distribution which can be achieved with a laser device according to the invention in arbitrary units.
  • FIG. 1 The basic principle of a laser device according to the invention is shown in FIG.
  • On display are seven laser modules 1 with similar, but not necessarily the same beam profile that illuminate a Optikmod ul.
  • seven optical means 2 are included for beam shaping, each generating laser light 3 with an at least partially line-shaped intensity distribution.
  • the special feature is that through the use of inventive
  • the laser modules 1, which illuminate that Optikmod ul, can be easily replaced due to the vast independence of the optical module from the input beam.
  • Fig. 2a shows a device according to the invention for
  • the lenses 6 are formed as cylindrical lenses with cylinder axes in the Y direction. It can be clearly seen that the pitch P 1 , P 2 of the lenses 6 in the center of the lens array 5 is smaller than at the edge. This is achieved in that the width of the lenses 6 in the X direction (see coordinate system shown), in which they are arranged side by side, increases from the center outwards. Alternatively, there is a possibility that the center distance decreases from the center to the outside.
  • the focal length of the lenses 6 is the same for all the lenses 6.
  • the focal length f ⁇ of the rear refractive surfaces in the Z direction may correspond to the thickness of the lenses 6 in the Z direction or in the propagating direction of the homogenizing light.
  • Fig. 2b shows a two-stage device according to the invention for the homogenization of light.
  • This comprises two lens arrays 7, 8, each having a plurality of lenses 9, 1 0. Again, take the center distance P 1 , P 2 of the lenses 7, 8 from the center outwards. Alternatively, there is also the possibility that the center distance decreases from the center to the outside.
  • the focal length of the lenses for all lenses 9 on the first lens array 7 and / or for all lenses 10 on the second lens array 8 is the same.
  • the focal length fio of the Z-direction rear refractive surfaces may correspond to the distance of the lenses 9 to the lenses 10 in the Z direction.
  • a plurality of cylindrical lenses with cylinder axes can then be arranged in the X direction, for example on the mutually facing sides of the lens arrays 7, 8 according to FIG. 2b.
  • These cylindrical lenses can be a corresponding from the
  • FIG. 3 shows that with such a device for homogenization, an intensity profile can be generated which has a central region of constant intensity and two edge regions with linearly decreasing intensity.
  • a defined, trapezoidal angular distribution for one or two axes can be generated.
  • This principle is suitable for one-stage as well as for a two-stage homogenization, as well as for the use of a monolithic homogenizer.
  • FIG. 4 shows a simulation result for the laser device. Two lines of the laser light 3 with trapezoidal intensity distribution, each 190 mm in length, are combined to form a linear intensity distribution 4. The homogeneity thereby achieved is about 96% or about + 1-2%.
  • flanks with constant slope of the intensity distribution of the individual lines of the laser light 3 can thus be superimposed optimally in the working plane to a linear intensity distribution 4.

Abstract

Apparatus for homogenizing light, comprising a lens array (5, 7, 8) with a plurality of lenses (6, 9, 10) through which the light to be homogenized can pass, with at least two different centre-to-centre distances of the lenses (6, 9, 10) of the lens array (5, 7, 8) being provided and with the centre-to-centre distances of the lenses (6, 9, 10) decreasing or increasing from the inside to the outside. The invention further relates to a laser apparatus for producing a linear intensity distribution in a work plane with such an apparatus for homogenizing light.

Description

"Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht sowie "Apparatus for the homogenization of light as well
Laservorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigenLaser device for producing a linear
Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene"Intensity distribution in a working plane "
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Laservorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung in einer Arbeitsebene gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The present invention relates to a device for homogenizing light according to the preamble of claim 1 and to a laser device for producing a linear intensity distribution in a working plane according to the preamble of claim 7.
Eine Vorrichtung der vorgenannten Art ist aus der US 2004/0130790 A1 bekannt. Die darin beschriebenen Vorrichtungen zurA device of the aforementioned type is known from US 2004/0130790 A1. The devices described therein for
Homogenisierung von Licht weisen Linsenarrays auf, bei denen eine Vielzahl, insbesondere sämtliche der Linsen unterschiedlich von allen anderen Linsen hinsichtlich Apertur, Brennweite und gegebenenfalls weiterer Parameter sind. Durch eine insbesondere zufällige Verteilung dieser unterschiedlichen Linsen in dem Array wird eine guteHomogenization of light have lens arrays in which a plurality, in particular all of the lenses are different from all other lenses in terms of aperture, focal length and possibly other parameters. By a particular random distribution of these different lenses in the array is a good
Homogenisierung des Lichts erreicht.Homogenization of the light achieved.
Eine weitere Vorrichtung zur Homogenisierung ist aus der WO 2005/085935 bekannt. Bei der darin beschriebenen Vorrichtung sind eine Vielzahl von bikonvexen Zylinderlinsen nebeneinander in einem Linsenarray angeordnet, wobei jede der Linsen gleich groß ist und die gleiche Brennweite aufweist. Mit einer derartigen Vorrichtung lässt sich in einer Arbeitsebene eine Intensitätsverteilung erzielen, die als „Top-Hat" bezeichnet wird. Eine derartige Intensitätsverteilung weist beispielsweise eine sehr gute Homogenität und sehr steile Flanken auf.Another device for homogenization is known from WO 2005/085935. In the device described therein, a plurality of biconvex cylindrical lenses are arranged side by side in a lens array, wherein each of the lenses is the same size and has the same focal length. With such a device, it is possible to achieve an intensity distribution in a working plane, which is referred to as a "top hat." Such an intensity distribution has, for example, very good homogeneity and very steep flanks.
Für spezielle Anwendung kann es aber erwünscht sein, dass die abfallenden Flanken eine definierte Steigung aufweisen. Dieses kann bei Homogenisierern gemäß dem Stand der Technik durch Defokussierung erreicht werden. Dabei verschlechtert sich aber im Allgemeinen das Intensitätsprofil und ist schwer kontrollierbar. Eine Anwendung hierfür sind beispielsweise lange, zusammengesetzte Linien, wie sie mit der eingangs genannten Laservorrichtung erzeugt werden sollen.For special applications, however, it may be desirable for the falling flanks to have a defined pitch. This can in Homogenisierern according to the prior art by Defocusing can be achieved. However, the intensity profile generally deteriorates and is difficult to control. An application for this purpose are, for example, long, compound lines, as they are to be generated by the laser device mentioned above.
Gemäß dem Stand der Technik werden lange Laserlinien, die beispielsweise größer als 100 mm sind , nur durch einen entsprechend großen Abstand von Lichtquelle und Linie erzeugt. Typischerweise ist dabei der Abstand mindestens so groß, wie die Linie lang ist. Bei industriellen Anwendungen ist so viel Platz häufig nicht vorhanden, insbesondere bei Linienlängen von mehr als einem Meter.According to the state of the art, long laser lines, for example greater than 100 mm, are produced only by a correspondingly large distance between the light source and the line. Typically, the distance is at least as long as the line is long. In industrial applications, this much space is often not available, especially for line lengths of more than one meter.
Eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US 6,717, 105 B1 bekannt. Die darin beschriebene Laservorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Laserlichtquellen, denen jeweils ein Optikmittel zugeordnet ist. Die Optikmittel formen aus dem Laserlicht der Laserlichtquellen jeweils Laserstrahlen mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung, wobei diese einzelnen Laserstrahlen in einer Arbeitsebene zu einer gemeinsamen linienförmigen Intensitätsverteilung überlagert werden können.A laser device of the type mentioned is known from US 6,717, 105 B1. The laser device described therein comprises a plurality of laser light sources, each associated with an optical means. The optical means each form laser beams with a linear intensity distribution from the laser light of the laser light sources, wherein these individual laser beams can be superimposed in a working plane to form a common line-shaped intensity distribution.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist dieThe problem underlying the present invention is the
Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit der sich in einer Arbeitsebene ein „Top-Hat-Profil" mit Flanken erzielen lässt, die eine definierte Steigung aufweisen. Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine Laservorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der linienförmige Intensitätsverteilungen in einer Arbeitsebene erzeugt werden können, die relativ lang sind und bei denen die Quelle trotzdem nicht weit von der Arbeitsebene entfernt sein muss. Die wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie hinsichtlich der Laservorrichtung durch eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 erreicht. DieTo provide a device of the type mentioned above, with which a "top-hat profile" with flanks can be achieved in a working plane, which have a defined pitch the line-shaped intensity distributions can be generated in a working plane which are relatively long and in which the source nevertheless need not be far away from the working plane. The invention is achieved with respect to the device by a device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1 and with respect to the laser device by a laser device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 7. The
Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.Subclaims relate to preferred embodiments of the invention.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen , dass die Mittenabstände der Linsen von innen nach außen abnehmen oder zunehmen. Realisiert wird somit die gewünschte Abstrahlcharakteristik des Homogenisierers durch eine Variation des Mittenabstandes (Pitch), insbesondere bei gleichzeitig konstanter Brennweite der einzelnen Linsen des Linsenarrays. Dies hat zur Folge, dass sich im Brennpunkt einer Feldlinse Felder mit unterschiedlicher Größe überlagern . Dieses Prinzip eignet sich für eine einstufige als auch zweistufige Homogenisierung, sowie für den Einsatz eines monolithischenAccording to claim 1 it is provided that the center distances of the lenses decrease or increase from the inside to the outside. Thus, the desired radiation characteristic of the homogenizer is realized by a variation of the center distance (pitch), in particular with a simultaneously constant focal length of the individual lenses of the lens array. As a result, fields of different sizes are superimposed at the focal point of a field lens. This principle is suitable for one-stage as well as two-stage homogenization, as well as for the use of a monolithic
Homogenisierers. Kern der Erfindung ist somit ein Homogenisierer, welcher eine definierte, trapezförmige Winkelverteilung für eine oder zwei Achsen erzeugt.Homogenizer. The core of the invention is thus a homogenizer, which generates a defined, trapezoidal angular distribution for one or two axes.
Gemäß Anspruch 7 umfassen die Optikmittel der Laservorrichtung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Homogenisierung. MöglicheAccording to claim 7, the optical means of the laser device comprise a device according to the invention for homogenization. Possible
Anwendungsgebiete derartiger Laservorrichtungen sind zum Beispiel Materialbearbeitungsmethoden, bei denen man in einem kleinen Arbeitsabstand von beispielsweise 25cm vom Laser lange Linien mit einer Breite von beispielsweise 1 10cm beleuchten möchte. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenApplications of such laser devices are, for example, material processing methods in which you want to illuminate long lines with a width of for example 1 10cm in a small working distance of 25 cm for example from the laser. Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßenFig. 1 is a perspective view of an inventive
Laservorrichtung;Laser device;
Fig. 2a eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht;2a shows a side view of a first embodiment of a device according to the invention for the homogenization of light;
Fig. 2b eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht;2b shows a side view of a second embodiment of a device according to the invention for the homogenization of light;
Fig. 3 eine mit einer der Vorrichtungen erzielbareFig. 3 a achievable with one of the devices
Intensitätsverteilung in willkürlichen EinheitenIntensity distribution in arbitrary units
Fig. 4 eine mit einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung erzielbare Intensitätsverteilung in willkürlichen Einheiten.4 shows an intensity distribution which can be achieved with a laser device according to the invention in arbitrary units.
Zur Verdeutlichung ist in einigen der Figuren ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet.For clarity, a Cartesian coordinate system is shown in some of the figures.
Das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Zu sehen sind sieben Lasermodule 1 mit ähnlichem , aber nicht zwingend gleichem Strahlprofil, die ein Optikmod ul beleuchten. I n diesem Optikmodul sind sieben Optikmittel 2 zur Strahlformung enthalten , die jeweils Laserlicht 3 mit einer zumindest abschnittsweise linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugen . Das Besondere ist dabei, dass durch den Einsatz von erfindungsgemäßenThe basic principle of a laser device according to the invention is shown in FIG. On display are seven laser modules 1 with similar, but not necessarily the same beam profile that illuminate a Optikmod ul. In this optical module seven optical means 2 are included for beam shaping, each generating laser light 3 with an at least partially line-shaped intensity distribution. The special feature is that through the use of inventive
Vorrichtungen zur Homogenisierung (siehe Fig . 2a und Fig . 2b) die Linienlänge und die Flankenform jeder einzelnen Linie des Laserlichts 3 so eingestellt wird , dass in der Arbeitsebene durch Überlagerung der einzelnen Linien des Laserlichts 3 eine linienförmige I ntensitätsverteilung 4 entsteht. Die zusammengesetzten sieben Teillinien des Laserlichts 3 ergeben eine homogene linienförmigeDevices for homogenization (see Fig. 2a and Fig. 2b) the Line length and the edge shape of each individual line of the laser light 3 is set so that in the working plane by superposition of the individual lines of the laser light 3, a linear intensity distribution 4 arises. The composite seven partial lines of the laser light 3 result in a homogeneous linear
I ntensitätsverteilung 4.Intensity distribution 4.
Die Lasermodule 1 , die dass Optikmod ul beleuchten, können aufgrund der weitgehenden Unabhängigkeit des Optikmoduls vom Eingangsstrahl, problemlos ausgetauscht werden .The laser modules 1, which illuminate that Optikmod ul, can be easily replaced due to the vast independence of the optical module from the input beam.
Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zurFig. 2a shows a device according to the invention for
Homogenisierung von Licht mit einem Linsenarray 5, das eine Mehrzahl von Linsen 6 aufweist. Die Linsen 6 sind als Zylinderlinsen mit Zylinderachsen in Y-Richtung ausgebildet. Es ist deutlich ersichtlich, dass der Mittenabstand (Pitch) P1 , P2 der Linsen 6 in der Mitte des Linsenarrays 5 kleiner ist als am Rand . Dies wird dadurch erreicht, dass die Breite der Linsen 6 in X-Richtung (siehe eingezeichnetes Koordinaten-System), in der sie nebeneinander angeordnet sind, von der Mitte nach außen zunimmt. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der M ittenabstand von der Mitte nach außen abnimmt.Homogenization of light with a lens array 5 having a plurality of lenses 6. The lenses 6 are formed as cylindrical lenses with cylinder axes in the Y direction. It can be clearly seen that the pitch P 1 , P 2 of the lenses 6 in the center of the lens array 5 is smaller than at the edge. This is achieved in that the width of the lenses 6 in the X direction (see coordinate system shown), in which they are arranged side by side, increases from the center outwards. Alternatively, there is a possibility that the center distance decreases from the center to the outside.
Die Brennweite der Linsen 6 ist jedoch für sämtliche Linsen 6 gleich . Insbesondere kann die Brennweite fβ der in Z-Richtung hinteren brechenden Oberflächen der Dicke der Linsen 6 in Z-Richtung beziehungsweise in Ausbreitungsrichtung des homogenisierenden Lichts entsprechen.However, the focal length of the lenses 6 is the same for all the lenses 6. In particular, the focal length fβ of the rear refractive surfaces in the Z direction may correspond to the thickness of the lenses 6 in the Z direction or in the propagating direction of the homogenizing light.
Fig. 2b zeigt eine zweistufige erfindungsgemäße Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht. Diese umfasst zwei Linsenarrays 7 , 8, die jeweils eine Mehrzahl von Linsen 9, 1 0 aufweisen . Auch hier nimmt der Mittenabstand P1 , P2 der Linsen 7, 8 von der Mitte nach außen zu. Alternativ besteht auch hier die Möglichkeit, dass der Mittenabstand von der Mitte nach außen abnimmt.Fig. 2b shows a two-stage device according to the invention for the homogenization of light. This comprises two lens arrays 7, 8, each having a plurality of lenses 9, 1 0. Again, take the center distance P 1 , P 2 of the lenses 7, 8 from the center outwards. Alternatively, there is also the possibility that the center distance decreases from the center to the outside.
Auch bei dieser Vorrichtung ist die Brennweite der Linsen für sämtliche Linsen 9 auf dem ersten Linsenarray 7 und/oder für sämtliche Linsen 10 auf dem zweiten Linsenarray 8 gleich. Insbesondere kann die Brennweite fio der in Z-Richtung hinteren brechenden Oberflächen dem Abstand der Linsen 9 zu den Linsen 10 in Z-Richtung entsprechen.Also in this device, the focal length of the lenses for all lenses 9 on the first lens array 7 and / or for all lenses 10 on the second lens array 8 is the same. In particular, the focal length fio of the Z-direction rear refractive surfaces may correspond to the distance of the lenses 9 to the lenses 10 in the Z direction.
Es besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei zueinander senkrechten Richtungen auszuführen. Dabei kann dann beispielsweise auf den einander zugewandten Seiten der Linsenarrays 7, 8 gemäß Fig. 2b jeweils eine Mehrzahl von Zylinderlinsen mit Zylinderachsen in X-Richtung angeordnet sein. Auch diese Zylinderlinsen können einen entsprechenden sich von derIt is possible to carry out the device according to the invention in two mutually perpendicular directions. In this case, for example, a plurality of cylindrical lenses with cylinder axes can then be arranged in the X direction, for example on the mutually facing sides of the lens arrays 7, 8 according to FIG. 2b. These cylindrical lenses can be a corresponding from the
Mitte nach außen verändernden Mittenabstand aufweisen.Have center outwardly changing center distance.
Durch die Variation des Mittenabstandes (Pitch) der Linsen 6, 9, 10 bei gleichzeitig konstanter Brennweite der einzelnen Linsen 6, 9, 10 des Linsenarrays 5 wird eine Abstrahlcharakteristik der Vorrichtung zur Homogenisierung realisiert, die beispielhaft aus Fig. 3 ersichtlich ist. Diese Abstrahlcharakteristik entsteht dadurch, dass sich im Brennpunkt einer Feldlinse Felder mit unterschiedlicher Größe überlagern. Fig. 3 zeigt, dass mit einer derartigen Vorrichtung zur Homogenisierung ein Intensitätsprofil erzeugt werden kann, dass einen mittleren Bereich konstanter Intensität und zwei Randbereiche mit linear abfallender Intensität aufweist. Es kann also eine definierte, trapezförmige Winkelverteilung für eine oder zwei Achsen erzeugt werden. Dieses Prinzip eignet sich für eine einstufige als auch für eine zweistufige Homogenisierung, sowie für den Einsatz eines monolithischen Homogenisierers.By varying the center distance (pitch) of the lenses 6, 9, 10 with a simultaneously constant focal length of the individual lenses 6, 9, 10 of the lens array 5, a radiation characteristic of the device for homogenization is realized, which can be seen by way of example in FIG. This radiation characteristic is created by overlapping fields of different sizes at the focal point of a field lens. FIG. 3 shows that with such a device for homogenization, an intensity profile can be generated which has a central region of constant intensity and two edge regions with linearly decreasing intensity. Thus, a defined, trapezoidal angular distribution for one or two axes can be generated. This principle is suitable for one-stage as well as for a two-stage homogenization, as well as for the use of a monolithic homogenizer.
In Fig. 4 ist ein Simulationsergebnis für die Laservorrichtung abgebildet. Zwei Linien des Laserlichts 3 mit trapezförmiger Intensitätsverteilung mit je 190 mm Länge werden zu einer linienförmigen Intensitätsverteilung 4 zusammengesetzt. Die dabei erzielte Homogenität beträgt etwa 96% beziehungsweise etwa +1-2%.FIG. 4 shows a simulation result for the laser device. Two lines of the laser light 3 with trapezoidal intensity distribution, each 190 mm in length, are combined to form a linear intensity distribution 4. The homogeneity thereby achieved is about 96% or about + 1-2%.
Die Flanken mit konstanter Steigung der Intensitätsverteilung der einzelnen Linien des Laserlichts 3 können somit optimal in der Arbeitsebene zu einer linienförmigen Intensitätsverteilung 4 überlagert werden. Dabei ist bei vergleichsweise schwacher Steigung der Flanken eine große Toleranz gegenüber Justageungenauigkeiten in der Arbeitsebene gegeben. The flanks with constant slope of the intensity distribution of the individual lines of the laser light 3 can thus be superimposed optimally in the working plane to a linear intensity distribution 4. In this case, given a comparatively weak slope of the flanks, there is a large tolerance for alignment inaccuracies in the working plane.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Vorrichtung zur Homogenisierung von Licht, umfassend ein Linsenarray (5, 7, 8) mit einer Mehrzahl von Linsen (6, 9, 10), durch die das zu homogenisierende Licht hindurch treten kann, wobei mindestens zwei unterschiedliche Mittenabstände der Linsen (6, 9, 10) des Linsenarrays (5, 7, 8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenabstände der Linsen (6, 9, 10) von innen nach außen abnehmen oder zunehmen.A device for homogenizing light, comprising a lens array (5, 7, 8) with a plurality of lenses (6, 9, 10) through which the light to be homogenized can pass, wherein at least two different center distances of the lenses (6 , 9, 10) of the lens array (5, 7, 8) are provided, characterized in that the center distances of the lenses (6, 9, 10) decrease or increase from the inside to the outside.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenabstände der Linsen (6, 9, 10) in der Mitte des Linsenarrays (5, 7, 8) am kleinsten sind und von der Mitte zum Rand des Linsenarrays (5, 7, 8) kontinuierlich zunehmen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the center distances of the lenses (6, 9, 10) in the middle of the lens array (5, 7, 8) are the smallest and from the center to the edge of the lens array (5, 7, 8) increase continuously.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenabstände der Linsen (6, 9, 10) in der Mitte des Linsenarrays (5, 7, 8) am größten sind und von der Mitte zum Rand des Linsenarrays (5, 7, 8) kontinuierlich abnehmen.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the center distances of the lenses (6, 9, 10) in the middle of the lens array (5, 7, 8) are the largest and from the center to the edge of the lens array (5, 7, 8) decrease continuously.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite (fβ, fio) mindestens einer Mehrzahl der Linsen (6, 9, 10), insbesondere sämtlicher Linsen (6, 9, 10) gleich ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the focal length (fβ, fio) of at least a plurality of the lenses (6, 9, 10), in particular all lenses (6, 9, 10) is the same.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Linsenarrays (7, 8) mit einer Mehrzahl von Linsen (9, 10) umfasst, durch die das zu homogenisierende Licht hindurch treten kann, wobei insbesondere beide Linsenarrays (7, 8) gleich ausgebildet sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the device comprises two lens arrays (7, 8) with a plurality of lenses (9, 10) through which the light to be homogenized can pass, in particular both lens arrays (7, 8) are identical.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (6, 9, 10) als Zylinderlinsen ausgebildet sind.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lenses (6, 9, 10) are formed as cylindrical lenses.
7. Laservorrichtung zur Erzeugung einer linienförmigen Intensitätsverteilung (4) in einer Arbeitsebene, umfassend eine Mehrzahl von Lasermodulen (1 ), die Laserlicht aussenden können, sowie Optikmittel (2), die jeweils das von einem der Lasermodule (1 ) ausgehende Laserlicht derart formen können, dass das Laserlicht (3) der einzelnen Lasermodule (1 ) in der Arbeitsebene zu einer linienförmigen Intensitätsverteilung (4) überlagert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel (2) mindestens eine Vorrichtung zur Homogenisierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassen.7. A laser device for generating a linear intensity distribution (4) in a working plane, comprising a plurality of laser modules (1) which can emit laser light, and optical means (2), each of which one of the laser modules (1) outgoing laser light can shape such in that the laser light (3) of the individual laser modules (1) in the working plane can be superimposed to form a linear intensity distribution (4), characterized in that the optical means (2) comprise at least one homogenizing device according to one of claims 1 to 6.
8. Laservorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel (2) das von einem der Lasermodule (1 ) ausgehende Laserlicht derart formen können, dass jeweils Laserlicht (3) mit einer zumindest abschnittsweise linienförmigen Intensitätsverteilung erzeugt werden kann, wobei dieses Laserlicht (3) der einzelnen Lasermodule (1 ) mit der zumindest abschnittsweise linienförmigen Intensitätsverteilung in der Arbeitsebene zu einer linienförmigen Intensitätsverteilung (4) überlagert werden kann.8. Laser device according to claim 7, characterized in that the optical means (2) of one of the laser modules (1) outgoing laser light can form such that each laser light (3) can be generated with an at least partially linear intensity distribution, said laser light ( 3) of the individual laser modules (1) can be superimposed with the at least partially linear intensity distribution in the working plane to form a linear intensity distribution (4).
9. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes der Lasermodule (1 ) mindestens eine Laserlichtquelle umfasst.9. Laser device according to one of claims 7 or 8, characterized in that each of the laser modules (1) comprises at least one laser light source.
10. Laservorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Laserlichtquelle als Laserdiodenbarren oder als Stack von Laserdiodenbarren ausgebildet ist.10. Laser device according to claim 9, characterized in that the at least one laser light source as Laser diode bar or formed as a stack of laser diode bars.
1 1 . Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes der Lasermodule (1 ) Kollimationsmittel, insbesondere mindestens eine Fast-Axis- Kollimationslinse und gegebenenfalls auch mindestens eine Slow-Axis-Kollimationslinse umfasst.1 1. Laser device according to one of claims 7 to 10, characterized in that each of the laser modules (1) comprises collimation means, in particular at least one fast-axis collimating lens and optionally also at least one slow-axis collimating lens.
12. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel (2) eine Feldlinse zur Strahlüberlagerung umfassen. 12. Laser device according to one of claims 7 to 1 1, characterized in that the optical means (2) comprise a field lens for beam superposition.
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