KR20140004070A

KR20140004070A - 작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하는 레이저 장치

Info

Publication number: KR20140004070A
Application number: KR1020137008644A
Authority: KR
Inventors: 알렉세이 미하일로프
Original assignee: 리모 파텐트페어발퉁 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2014-01-10
Also published as: JP2013541419A; JP5918768B2; CN103180774A; US20130182435A1; WO2012032116A1; DE102010044875A1; KR101769653B1; CN103180774B; US8967826B2; EP2614399A1

Abstract

본 발명은 작업 평면에서 선형 강도 강도 분포를 생성하는 조명 장치(1)에 관한 것으로, 그러한 조명 장치(1)는 - 제1 전파 방향으로 레이저 광을 방사할 수 있도록 서로 나란히 배열된 M개의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)을 각각 갖는 N개의 열들(R1 내지 R6)로 서로 상하로 배치되는 적어도 하나의 군의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j), - 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)로부터 방출되는 레이저 광을 작업 평면 쪽으로 제2 전파 방향으로 전향시킬 수 있도록 제1 전파 방향으로 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 배후에 배치되고 구성되는 다수의 빔 전향 수단들(4), 및 - 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 개개의 레이저 빔들을 결합시켜 선형 강도 분포를 생성할 수 있도록 제2 전파 방향으로 빔 전향 수단들(4)의 배후에 배치되는 빔 결합 수단들을 포함하고, 인접 열들(R1 내지 R6)은 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 레이저 빔들(A 내지 L)이 중첩 없이 빔 결합 수단들에 입사할 수 있도록 한편으로 제1 및 제2 전파 방향과 수직한 제1 방향(x 방향)으로 그리고 다른 한편으로 제1 전파 방향(z 방향)으로 서로 엇갈려 배치된다.

Description

작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하는 레이저 장치{LASER APPARATUS FOR PRODUCING A LINEAR INTENSITY DISTRIBUTION IN A WORKING PLANE}

본 발명은 작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하는 조명 장치에 관한 것이다.

정의: 빛의 전파 방향이란 특히 빛이 평면파가 아니거나 적어도 부분적으로 발산하는 경우에 빛의 평균 전파 방향을 의미한다. 명시적으로 무언가 달리 언급하지 않는 한, 광선, 부분 빔(partial beam), 레이(ray), 또는 빔(beam)은 기하학적 광학의 이상적인 빔을 의미하는 것이 아니라, 예컨대 가우스 프로파일을 갖는 레이저 빔과 같은 현실의 광선을 의미하는 것으로, 그러한 광선은 극소의 작은 빔 횡단면을 갖는 것이 아니라, 팽창하는 빔 횡단면을 갖는다.

선행 기술에 따르면, 긴 레이저 선들(예컨대, 100 ㎜보다 큰)은 광원과 선의 상응하게 큰 간격에 의해서만 생성된다. 이때, 간격은 전형적으로 적어도 선의 길이만큼 크다. 산업적 적용에서는, 특히 선의 길이가 1 미터보다 큰 경우에는, 흔히 그만큼 큰 장소가 존재하지 않는다.

본 발명의 과제는 작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하는 조명 장치로서, 선행 기술로부터 공지된 조명 장치보다 콤팩트하게 구성되고, 높은 강도를 제공하는 서두에서 언급한 타입의 조명 장치를 제공하는 것이다.

그러한 과제는 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징들을 갖는 조명 장치에 의해 해결된다.

종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 부가의 구성들에 관한 것이다.

청구항 제1항에 따르면, 작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하는 조명 장치는

- 제1 전파 방향으로 레이저 광을 방사할 수 있도록 서로 나란히 배열된 M개의 레이저 광원들을 각각 갖는 N개의 열들로 서로 상하로 배치되는 적어도 하나의 군의 레이저 광원들,

- 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 광을 작업 평면 쪽으로 제2 전파 방향으로 전향시킬 수 있도록 제1 전파 방향으로 레이저 광원들의 배후에 배치되고 구성되는 다수의 빔 전향 수단들, 및

- 레이저 광원들의 개개의 레이저 빔들을 결합시켜 선형 강도 분포를 생성할 수 있도록 제2 전파 방향으로 빔 전향 수단들의 배후에 배치되는 빔 결합 수단들을 포함하되,

인접 열들은 레이저 광원들의 레이저 빔들이 중첩 없이 빔 결합 수단들에 입사할 수 있도록 한편으로 제1 및 제2 전파 방향과 수직한 제1 방향(x 방향)으로 그리고 다른 한편으로 제1 전파 방향(z 방향)으로 서로 엇갈려 배치된다. 본원에서 소개하는 조명 장치에 의해, 작업 평면에서 긴 길이의 선형 강도 분포를 생성하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 따른 방안의 이점은 레이저 빔들의 중첩으로 인한 손실이 생기지 않는다는데 있는데, 왜냐하면 그들이 서로 별개의 2개의 단계로 작업 평면에서 선형 강도 분포로 결합할 수 있기 때문이다. 선형 강도 분포의 생성 시에, 조명 장치의 레이저 광원들의 레이저 빔들은 각각 단지 2개의 광학 요소들, 특히 해당 레이저 빔들을 작업 평면 쪽으로 전향시키는 빔 전향 수단 및 빔 결합 수단과만 연동한다. 그러한 조치에 의해, 작업 평면에서 높은 품질을 갖는 선형 강도 분포를 생성될 수 있게 된다. 조명 장치의 빔 경로에 있는 추가의 렌즈 수단이 레이저 빔들의 허리(waist) 형성에 사용될 수도 있다. 그러나 그것은 레이저 빔들을 선형 강도 분포로 결합시키는 본래의 과정에 관여하는 것이 아니다. 전체적으로, 본 발명에 따른 조명 장치는 바람직하게도 선행 기술로부터 공지된 방안들보다 훨씬 더 콤팩트하게 구성될 수 있다. 레이저 광원들은 동일하게(특히, 모듈 타입으로) 형성되고, 각각 높이(H)와 폭(P)을 갖는 것이 바람직하다. 레이저 광원들은 반도체 레이저 광원들로서 구성되는 것이 바람직하다.

바람직한 일 실시 형태에서는, 레이저 광원들의 인접 열들이 제1 방향(x 방향)으로 각각 일정한 거리(dx)만큼 서로 엇갈려 배치되도록 조치한다. 바람직하게는, 인접 열들이 제1 방향(x 방향)으로 각각 dx = P/N의 거리만큼 서로 엇갈려 배치될 수 있는데, 여기서 P는 레이저 광원들의 폭(레이저 광원들이 서로 나란히 배열된 제1 방향으로의 레이저 광원들의 연장)이다.

바람직한 일 실시 형태에서는, 레이저 빔들이 작업 평면으로부터 Y = Y1의 간격을 갖는 제1 평면에서 빔 결합 수단에 입사할 수 있고, 작업 평면으로부터 Y + Y2의 간격을 갖는 제2 평면에서 빔 결합 수단으로부터 다시 출사할 수 있도록 조치할 수 있다.

매우 바람직한 일 실시 형태에서는, y 방향으로의 2개의 평면들 사이의 간격 ΔY12 = Y1 - Y2가 약 2T 내지 3T가 되도록 하는 것을 제안하는데, 여기서 T는 제1 전파 방향(z 방향)으로의 레이저 빔들의 허리 크기이다. 특히, 평면들의 간격 ΔY12는 레이저 빔들이 손실 없이 제2 평면에서 선형 강도 분포로 결합할 수 있도록 선택될 수 있다. 이때, 광경로 차(optical path difference)는 어디에서나 동일하게 유지된다. 특히, 그것은 예컨대 제2 열의 레이저 광원들이 z 방향으로 제1 열에 대해 H + Δ만큼 떨어져 있고, 제3 열의 레이저 광원들이 제2 열에 대해 H - Δ만큼 떨어져 있으며, 계속해서 그와 같이 되도록 함으로써 달성될 수 있다.

조명 장치의 바람직한 일 실시 형태에서는, 빔 결합 수단이 다수의 유리판들을 포함하되, 유리판들은 레이저 빔들을 선형 강도 분포로 결합시킬 수 있도록 레이저 빔들이 유리판들의 광학 경계면들에서 굴절될 수 있게끔 배치되는 조치를 취한다. 그럼으로써, 작업 평면에서 매우 높은 품질을 갖는 선형 강도 분포를 생성하는 것이 가능하게 된다. 매우 바람직한 일 실시 형태에서는, 유리판들이 서로 짝지어 교차하게 배치되도록 조치한다. 유리판들은 예컨대 x-y 평면에 대해 45°각도로 경사져 배치될 수 있다. 그러나 여기에서 강조하여야 할 사항은 유리판들과 x-y 평면 사이의 각도가 반드시 45°에 달하여야 할 필요는 없다는 것이다.

빔 전향 수단은 매우 바람직한 일 실시 형태에서는 예컨대 거울(mirror) 수단으로서 형성될 수 있다.

작동 중에, 레이저 광원들은 처음에 제1 전파 방향(z 방향)으로 전파되는 레이저 광을 방출한다. 레이저 광원들의 레이저 빔들은 개별적으로 거울 수단에 의해 y 방향으로 90°만큼, 그에 따라 작업 평면(x-z 평면) 쪽으로 전향된다. 각각의 레이저 광원에 대해, 해당 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 광을 전향시키기 위해, 그에 직접 부속된 개개의 거울 수단을 각각 마련하는 방안도 있다. 대안적으로, 각각의 열의 레이저 광원들에 대해, 개개의 공통 거울 수단이 각각 마련될 수도 있다.

또 다른 바람직한 실시 양태에서는, 조명 장치가 제1 군의 레이저 광원들에 대해 면대칭으로 배치되는 적어도 하나의 제2 군의 레이저 광원들을 포함하도록 조치할 수도 있다. 작업 평면에서의 선형 강도 분포가 양자의 군의 레이저 광원들에 의해 생성된다. 특히, 제2 군의 레이저 광원들 그 자체는 청구항 제1항 내지 청구항 제9항에서 제1 군의 레이저 광원들과 관련하여 기술된 특징들을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 조명 장치를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 선행 기술로부터 알려진 인접 레이저 빔들의 중첩 문제를 나타내고 있는, 직교 좌표계에서 서로 90°회전한 2개의 도면들이다.
도 3a는 도 1에 따른 조명 장치의 측면도이다.
도 3b는 도 1 및 도 3a 에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1, 도 3a, 및 도 3b에 따른 조명 장치에 의해 빔 전파 방향으로 서로 이격된 2개의 상이한 x-z 평면들에서 얻을 수 있는 빔 패턴을 나타내고 있는 매우 단순화된 2개의 개략적인 도면들이다.
도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 조명 장치를 측면도로 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5에 따른 조명 장치의 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a 및 도 5b에 따른 조명 장치에 의해 빔 전파 방향으로 서로 이격된 2개의 상이한 x-z 평면들에서 얻을 수 있는 빔 패턴을 나타내고 있는 매우 단순화된 2개의 개략적인 도면들이다.

첨부 도면들을 참조로 한 이후의 바람직한 실시예들의 설명에 의거하여 본 발명의 또 다른 특징들 및 이점들이 명확해질 것이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라 구성된 조명 장치(1)가 사시도로 도시되어 있다. 또한, 그 밖의 도시를 단순화하기 위해, x 방향, y 방향, 및 z 방향을 정의하는 직교 좌표계가 도 1에 도시되어 있다.

그러한 조명 장치(1)는 다수의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)을 구비하는데, 그들은 모듈 타입으로 조립되고, 바람직하게는 레이저 다이오드를 이미터(emitter)로서 각각 포함하고 있다. 본 경우, 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)은 동일하게 형성되고, 각각 높이(H)와 폭(P)을 갖는다. 본 경우, 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)은 x 방향으로 서로 나란히 그리고 y 방향으로 서로 상하로 포개져 4개의 열들(R1, R2, R3, R4)로 배치된다. 여기에서 이미 언급하여야 할 사항은 도시를 간단히 하기 위해 도면상으로 도시된 열들(R1, R2, R3, R4)의 수가 N = 4로 한정되었고, 그 4개의 열들의 각각의 열에서 M = 5개의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)이 각각 서로 나란히 배열되어 있다는 것이다. 분명히 강조하여야 할 사항은 조명 장치(1)에 의해 생성하려는 선 길이에 의존하여 x 방향으로 5개보다 훨씬 더 많은 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)이 서로 나란히 배열될 수 있다는 것이다.

레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 인접 열들(R1, R2, R3, R4)이 각각 x 방향으로 dx의 거리만큼 떨어져 있다는 것이 명백하다. x 방향으로의 인접 열들(R1, R2, R3, R4)의 그러한 변위(dx)는 모든 열들(R1, R2, R3, R4)에 대해 일정한데, 특히 일반식으로 dx = P/N이 성립될 수 있다. 전술한 바와 같이, N은 열들(R1, R2, R3, R4)의 수(본 경우, 4)이고, P는 x 방향으로의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 연장(폭)으로서, 모듈 타입으로 형성된 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)에서는 동일하다. 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)은 y 방향으로 직접 서로 상하로 배치되고, 그에 따라 y 방향으로의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 인접 열들(R1, R2, R3, R4)의 "변위"는 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 높이(H)에 해당한다.

작동 중에, 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)은 처음에 제1 빔 전파 방향(z 방향)으로 전파되는 레이저 광을 방출한다. 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 레이저 빔들은 개별적으로 빔 전향 수단들에 의해, 특히 거울 수단들에 의해 제2 빔 전파 방향(y 방향)으로 90°전향되고, 그에 따라 작업 평면(x-z 평면)으로 전향된다. 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h) 각각에 대해, 해당 레이저 광원(2, 2a 내지 2h)으로부터 방출되는 레이저 광을 작업 평면 쪽으로 90°전향시키기 위해 그 자체의 빔 전향 수단(특히, 거울 수단)을 각각 마련하는 방안도 있다. 그에 대해 대안적으로, 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 열들(R1, R2, R3, R4) 각각에 대해, 빔 전향 수단(특히, 거울 수단)이 각각 마련될 수도 있다. 즉, 빔 전파 방향(z 방향)으로 제4 열(R4)의 배후에 레이저 광원들(2a 내지 2h)로부터 방출되는 레이저 광을 y 방향으로 90°전향시키는 거울 수단(4)이 배치되도록 조치할 수 있다. 도 1에는, 도면상의 도시를 복잡하게 하기 않기 위해 단지 2개의 개별적인 거울 수단(4)만이 점선의 형태로 예시적으로 도시되어 있다.

일견하면, 광경로 길이(optical path length)의 동일성의 조건이 충족되기 위해서는 제1 전파 방향(z 방향)으로의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 인접 열들(R1, R2, R3, R4)의 변위가 수직 변위(H)와 같아야 하는 것으로 보인다. 따라서 각각의 레이저 광원(2, 2a 내지 2h)의 빔 출구 창으로부터 선형 강도 분포의 생성의 지점(Y = Y2)까지의 거리가 모든 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)에 대해 동일하고 LY + LZ와 같아야 한다. 후술할 바와 같이, 일견할 때에 아주 자명해 보이는 그러한 접근은 문제점들을 초래하는데, 그러한 문제점들은 본 발명에 따른 조치들에 의해 회피될 수 있다.

본원에서 설명하는 조명 장치(1)에 의해 달성하고자 하는 주목적은 작업 평면에서 조명되는 선의 조도를 가능한 한 높게 하려는데 있다. 그것은 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이 각각의 레이저 광원(2, 2a 내지 2h)으로부터 방출되는 레이저 광이 개별 레이저 빔들이 하나의 선으로 결합하는 평면에서 빔 허리를 가져야 한다는 것을 의미한다. 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 그러한 조건을 직접적으로 지킬 수는 없는데, 왜냐하면 그 지점까지의 빔 복귀 경로에서 레이저 빔들(A, B, C)이 중첩되는 영역이 생기기 때문이다. 도 2a에서 수평선으로 나타낸 그러한 중첩 영역은 작업 평면에 대해 레이저 빔들(A, B, C)이 선형 강도 분포로 결합하는 지점보다 더 높이 놓인다. 그 경우, 레이저 빔들(A, B, C)은 별개의 렌즈 채널들 통해 제공되어야 한다.

선행 기술로부터, 빔 허리들을 최대로 조밀한 팩으로 결합하기 위한 갖가지 방법들이 공지되어 있다. 그러한 목적으로, 예컨대 렌즈 광섬유들 또는 중공 광섬유들이 사용된다. 그와 관련하여, 렌즈 광섬유들이 더 유리하고, 그에 따라 더 바람직한데, 왜냐하면 그 제조가 기술적 이점들을 제공하기 때문이다. 이때, x 방향으로의 연장 W를 갖는 빔 허리 내에서 완전 발산 θ₀(단위는 라디안)으로 시야를 유지할 경우에, 렌즈들 사이의 간격 LW는 근축 근사(paraxial approximation) LW = W/θ₀로 될 수 있다. 실제로, 그러한 주기(period)는 H*N에 달하는 조명 장치(1)의 총 높이보다 훨씬 더 작다. 그것은 렌즈 광섬유가 다수의 주기들로 구성되어야 한다는 것을 의미하고, 그것은 조명 장치의 구조적 구성을 현저히 어렵게 만든다.

그러한 문제점은 본원에서 소개하는 조명 장치(1)에서는 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)의 레이저 빔들이 서로 별개의 2개의 단계들로 선형 강도 분포로 옮겨지도록 함으로써 회피된다. 제1 단계에서는, 서로 상하로 배치된 레이저 광원들(2a, 2f, 2g, 2h)의 레이저 빔들(A, B, C, D)이 Y = Y1의 높이에 있는 제1 평면(x-z 평면)으로 옮겨지는데, z 방향으로 짝지어 인접한 레이저 빔들(A, B, C, D)이 z 방향으로 서로 Δ의 오프셋을 갖는다. 계속된 경로에서, 레이저 빔들(A, B, C, D)은 예컨대 서로 교차하는 평탄한 유리판들(5, 6)에 의해 Y = Y2의 높이에 있는 제2 평면(x-z 평면)에서 선형 강도 분포로 결합한다.

도 1에는, 도면상의 도시를 복잡하게 하기 않기 위해 그러한 유리판들(5, 6)이 도시되어 있지 않다. 도 1에는, 그 유리판들(5, 6)을 통과할 때의 레이저 빔들(A, B, C, D)(및 구체적으로 도면 부호들을 붙이지 않은 나머지 레이저 빔들)의 빔 경로만이 도시되어 있다. 조명 장치(1)의 빔 경로에 유리판들(5, 6)이 배치되는 것은 도 3a로부터 명확히 파악될 수 있다. 유리판들(5, 6)은 레이저 빔들(A 내지 L)을 선형 강도 분포로 결합시킬 수 있도록 레이저 빔들(A 내지 L)이 유리판들(5, 6)의 광학 경계면들에서 굴절될 수 있게끔 배치된다. 본 경우, 유리판들(5, 6)은 x-y 평면과 45°각도를 이루고 있다. 그러나 여기에서 강조하여야 할 사항은 유리판들(5, 6)이 x-y 평면에 대해 경사지는 각도가 반드시 45°이어야 할 필요는 없다는 것이다. Y = Y1에 있는 제1 평면 및 Y = Y2에 있는 제2 평면에서의 강도 분포들이 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 특히, 도 3a에서는, z 방향으로의 인접 레이저 빔들(A, B, C, D)의 오프셋 Δ를 알아볼 수 있다.

이때, y 방향으로의 2개의 평면들 사이의 간격 ΔY12 = Y1 - Y2가 약 2T 내지 3T의 크기까지 최소화될 수 있는 것이 유리한데, 여기서 T는 z 방향으로의 레이저 빔들(A, B, C, D)의 허리 크기이다. ΔY12가 ΔY12 << LW일 정도로 작은 경우, 레이저 빔들(A, B, C, D)은 중첩으로 인한 손실 없이 선형 강도 분포로 결합할 수 있다. 이때, 광경로 차는 어디에서나 동일하게 유지된다. 그것은 예컨대 열 R2가 z 방향으로 열 R1에 대해 H + Δ만큼 떨어져 있고, 열 R3가 열 R2에 대해 H - Δ만큼 떨어져 있으며, 계속해서 그와 같이 되도록 함으로써 달성될 수 있는데, 그것은 도 1 및 도 3a에서 확인할 수 있는 바와 같다.

본원에서 소개하는 조명 장치(1)에 의해, 작업 평면에서 높은 빔 품질을 갖는 선형 강도 분포를 생성하는 것이 가능하게 된다.

도 5를 참조하면, 거기에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 제1 실시예에 따른 조명 장치(1)에서는 단일의 군의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h)이 마련되는 반면에, 여기에 도시된 실시예에서는 조명 장치(1)가 2개의 군들의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j(도 5a 및 도 5b에서 좌측) 또는 2, 2k 내지 2p(도 5a 및 도 5b에서 우측))을 포함한다.

2개의 군들의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j 또는 2, 2k 내지 2p)은 서로 면대칭으로 구성되고, 작동 중에 z 방향으로 서로 반대의 빔 전파 방향들로 레이저 광을 방출한다. 본 경우, 2개의 군들 각각의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j 또는 2, 2k 내지 2p)은 6개의 열들(R1 내지 R6)로 서로 상하로 배치되는데, 각각의 열에는 총 5개의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j, 2, 2k 내지 2p)이 서로 나란히 배열되어 있다.

제1 실시예에서 이미 전술한 바와 같이, 레이저 빔들(A 내지 L)은 개별적으로 빔 전향 수단들, 특히 거울 수단들에 의해 y방향으로 90°전향되고, 그에 따라 작업 평면(x-z 평면) 쪽으로 전향된다. 도 3b와 함께 도 3a로부터, 어느 레이저 빔들(A 내지 L)에 어느 빔 전향 수단들이 할당되는지 명확히 파악될 것이다. 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j, 2, 2k 내지 2p) 각각에 대해, 해당 레이저 광원(2, 2a 내지 2j 또는 2, 2k 내지 2p)으로부터 방출되는 레이저 광을 90°전향시키기 위해 빔 전향 수단(특히, 거울 수단)을 각각 마련하는 방안도 있다. 그에 대해 대안적으로, 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j 또는 2, 2k 내지 2p)의 열들(R1, R2, R3, R4, R5, R6) 각각에 대해, 빔 전향 수단(특히, 거울 수단)이 각각 마련될 수도 있다. 그와 같이 전향된 레이저 빔들은 다시 평탄한 유리판들(5, 6)에 의해 이미 전술한 방식으로 2개의 단계들로 작업 평면에서 선형 강도 분포로 옮겨진다. 유리판들(5, 6)은 전술한 방식대로 서로 교차하여 배치된다. 본 경우에도 역시, 유리판들(5, 6)은 x-y 평면과 45°각도를 이루고 있다. 그러나 여기에서 강조하여야 할 사항은 유리판들(5, 6)과 x-y 평면 사이의 각도가 반드시 45°이어야 할 필요는 없다는 것이다. 이제, Y = Y1에 있는 제1 x-z 평면에서는 2개가 아니라, 3개의 열들의 레이저 빔들(A 내지 L)이 발생하고(도 6a 참조), 그 3개의 열들의 레이저 빔들(A 내지 L)이 Y = Y2에 있는 제2 평면 x-z 평면에서 선으로 합쳐진다(도 6). 그를 위해, 서로 짝지어 교차하는 다수의 평탄한 유리판들(5, 6)이 바람직하게는 어레이의 형태로 배치될 수 있다.

레이저 광원들(2, 2a 내지 2j, 2, 2k 내지 2p)은 역시 전술한 방식대로 x 방향 및 z 방향으로 서로 엇갈려 배치된다. 인접 열들(R1 내지 R6)은 일정한 거리 dx(바람직하게는 여기서도 dx = P/N이 성립)만큼 떨어져 있다. 제1 빔 전파 방향(z 방향)으로의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j 또는 2, 2k 내지 2p)의 인접 열들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)의 오프셋은 도 5a로부터 바로 명확히 파악될 것이다.

본원에서 소개하는 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h 또는 2, 2a 내지 2j, 2k 내지 2p)의 기하학적 배열의 주된 특징은 모듈 타입으로 형성된 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h 또는 2, 2a 내지 2j, 2k 내지 2p)이 x 방향으로 오프셋을 둘 뿐만 아니라 z 방향으로도 오프셋을 두고 열을 지어서 3차원 스택(stack)으로 통합되되, 이때 레이저 광원들(2, 2a 내지 2h 또는 2, 2a 내지 2j, 2k 내지 2p)의 특별한 각도 설정을 사용할 필요가 없다는데 있다.

바람직하게도 레이저 빔들의 중첩으로 인한 손실이 생기지 않는데, 왜냐하면 레이저 빔들이 전술한 대로 2개의 단계들로 선형 강도 분포로 결합하기 때문이다. 레이저 광원(2, 2a 내지 2h 또는 2, 2a 내지 2j, 2k 내지 2p)의 각각의 레이저 빔은 많아야 2개의 광학 요소들, 특히 빔 전향 거울일 수 있는 빔 전향 수단(4) 및 각각의 평탄한 유리판(5, 6)과만 연동한다. 빔 경로에서 추가의 렌즈 수단이 레이저 빔의 허리 형성에 사용될 수도 있다. 그러나 그것은 레이저 빔들을 선형 강도 분포로 결합하는 과정에 관여하는 것은 아니다.

Claims

작업 평면에서 선형 강도 분포를 생성하는 조명 장치(1)로서,
- 제1 전파 방향으로 레이저 광을 방사할 수 있도록 서로 나란히 배열된 M개의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)을 각각 갖는 N개의 열들(R1 내지 R6)로 서로 상하로 배치되는 적어도 하나의 군의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j),
- 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)로부터 방출되는 레이저 광을 작업 평면 쪽으로 제2 전파 방향으로 전향시킬 수 있도록 제1 전파 방향으로 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 배후에 배치되고 구성되는 다수의 빔 전향 수단들(4), 및
- 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 개개의 레이저 빔들을 결합시켜 선형 강도 분포를 생성할 수 있도록 제2 전파 방향으로 빔 전향 수단들(4)의 배후에 배치되는 빔 결합 수단들을 포함하되,
인접 열들(R1 내지 R6)은 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 레이저 빔들(A 내지 L)이 중첩 없이 빔 결합 수단들에 입사할 수 있도록 한편으로 제1 및 제2 전파 방향과 수직한 제1 방향(x 방향)으로 그리고 다른 한편으로 제1 전파 방향(z 방향)으로 서로 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 인접 열들(R1 내지 R6)은 제1 방향으로 각각 일정한 거리 dx만큼 서로 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제2항에 있어서, 인접 열들(R1 내지 R6)은 제1 방향으로 각각 dx = P/N의 거리만큼 서로 엇갈려 배치되되, 여기서 P는 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)의 폭인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔들(A 내지 L)은 작업 평면으로부터 Y = Y1의 간격을 갖는 제1 평면에서 빔 결합 수단에 입사할 수 있고, 작업 평면으로부터 Y = Y2의 간격을 갖는 제2 평면에서 빔 결합 수단으로부터 다시 출사할 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제4항에 있어서, y 방향으로의 2개의 평면들 사이의 간격 ΔY12 = Y1 - Y2는 약 2ㅆ 내지 3T이되, 여기서 T는 제1 전파 방향(z 방향)으로의 레이저 빔들(A 내지 L)의 허리 크기인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제5항에 있어서, 평면들의 간격 ΔY12는 레이저 빔들(A 내지 L)이 제2 평면에서 손실 없이 선형 강도 분포로 결합할 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 빔 결합 수단은 다수의 유리판들(5, 6)을 포함하되, 유리판들(5, 6)은 레이저 빔들(A 내지 L)을 선형 강도 분포로 결합시킬 수 있도록 레이저 빔들(A 내지 L)이 유리판들(5, 6)의 광학 경계면들에서 굴절될 수 있게끔 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제7항에 있어서, 유리판들(5, 6)은 짝지어 서로 교차하게 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 빔 전향 수단(4)은 거울 수단으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 조명 장치(1)는 제1 군의 레이저 광원들(2, 2a 내지 2j)과 면대칭으로 배치되는 적어도 하나의 제2 군의 레이저 광원들(2, 2k 내지 2p)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.