WO2019243043A1 - Optische anordnung und lasersystem - Google Patents

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WO2019243043A1
WO2019243043A1 PCT/EP2019/064582 EP2019064582W WO2019243043A1 WO 2019243043 A1 WO2019243043 A1 WO 2019243043A1 EP 2019064582 W EP2019064582 W EP 2019064582W WO 2019243043 A1 WO2019243043 A1 WO 2019243043A1
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optical
channel
optical arrangement
optics
designed
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Torsten Beck
Daniel FLAMM
Andreas Heimes
Julian Hellstern
Christian LINGEL
Felix MARSCHALL
Silke Thierfelder
Christoph Tillkorn
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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    • G02B27/0966—Cylindrical lenses

Definitions

  • Combination beam having a beam waist described and a laser system comprising such an optical
  • Laser systems that are used to generate a useful light distribution with a line-like beam profile.
  • Beam profiles are used, for example, in the processing of surfaces of semiconductors or glasses, for example
  • the line-like beam profile is scanned perpendicular to the direction of expansion of the line over the surface to be processed.
  • the radiation can cause superficial conversion processes
  • the laser beams are converted into the desired linear ones
  • Bundle combination beam especially spatially bundle up.
  • WO 2018/019374 A1 describes an optical arrangement with a folded beam path through a plurality of mirrors and lenses, the laser beams of a plurality of laser light sources using a collecting mirror with simultaneous widening of the
  • DE 10 2008 027 229 B4 describes a device for beam shaping and bundling, in which groups of laser beams run a part of their way in separate optical channels and by means of one which acts on several beam groups
  • Telescope optics are united. Such arrangements include optical elements which simultaneously detect and separate multiple laser beams
  • the invention has for its object a
  • Device for converting laser beams of at least two laser light sources into a combination beam, ie a beam of combined light from the individual laser beams, in particular in the manner of a bundle of spatially combined beams
  • Combination beam (Combination beam).
  • the optical arrangement is designed such that the combination beam is a
  • the optical arrangement comprises beam guiding optics which are designed to provide at least two separate optical channels for the laser beams.
  • each laser beam runs in one of the at least two optical channels.
  • Each optical channel comprises a terminating optical means through which a channel output beam of the respective optical channel emerges when the optical arrangement is operated with laser light sources.
  • optical channels For at least one of the optical channels is a
  • the deflecting body provided and assigned to the respective optical channel.
  • the deflecting body is designed such that only the channel output beam of the
  • Channel exit beam is directed or deflected by the deflecting body in the direction of a focus area of the combination beam.
  • An optical channel draws is particularly characterized in that a light beam is spatially separated and / or optically separated from the other optical channels.
  • An optical channel can comprise a plurality of optically active components (lenses, diaphragms, mirrors, etc.). The end of each optical channel is in particular the
  • Channels offers the advantage that the optically active components of the respective optical channel only have to have a limited size, since only light in the respective optical channel has to be detected by the component.
  • lenses with large dimensions can be dispensed with, so that installation space can be saved and lens errors can be reduced.
  • shaping and fine tuning of the beam properties of the different laser beams can be carried out independently of one another in the separate optical channels
  • the separate optical channels also result in an improved scalability of the overall structure. Additional channels can be added without changing the overall optical design.
  • Beams merged to form the beam waist of the combination beam are from several laser light sources fed.
  • the area in which the combination beam has the lowest is defined as the beam waist
  • Beam cross-section that is, the narrowest point of the combination beam.
  • the deflecting bodies are in particular designed in such a way that the direction of propagation of the light in front of the deflecting body is different from the direction of propagation after the deflecting body
  • a bundle is generated from the various channel exit beams by means of the deflecting bodies, which bundle converges in the beam waist.
  • the deflection bodies are preferably used to influence the
  • Laser beams can be made without large format lenses
  • the position, orientation and / or configuration of the deflecting body can make an effective divergence angle for the combination beam according to the
  • Beam waist can be specified.
  • the intensity profile in the beam cross section is influenced by the laser modes involved in the laser light source.
  • the optical arrangement is preferably for bringing together a plurality (in particular> 3) of laser beams
  • the optical arrangement comprises a plurality (in particular> 3) of optical channels.
  • the plurality in particular> 3 of optical channels.
  • optical arrangement can be designed such that the
  • Beam guidance optics run side by side, in particular run side by side in groups.
  • the optical channels are each designed so that only one laser light beam from a laser light source runs per channel.
  • an optical channel is either a
  • a deflection body is preferably assigned to each optical channel. This is particularly advantageous if the channel output beams of the different optical channels do not initially run in the direction of the beam waist after they have passed through the respective optical means.
  • the other channel output beams can be without
  • Deflection bodies are guided to the beam waist.
  • the beam guiding optics is preferably such
  • Channel output beams all have a direction of propagation parallel to a main direction.
  • the main direction is in particular an optical axis of the beam guidance optics.
  • the channel exit beams already immediately after they exit the end optics run in different directions.
  • the beam guiding optics can be designed such that those emerging from the optical channels
  • the at least one deflecting body is preferably as
  • Channel exit beam is radiated into the deflecting body through a light entry surface and exits the deflecting body through a different light exit surface.
  • the light entry surface is preferably oriented obliquely to the light exit surface.
  • the light entry surface and light exit surface itself are preferably flat.
  • the deflecting body is formed in one piece from a material that is transparent to the laser beams.
  • the material preferably has a refractive index> 1 for the laser beams, so that the deflection takes place at the interfaces of the deflecting body due to the refractive effect.
  • the deflecting body is advantageously designed in such a way that a divergence angle or divergence solid angle of the detected channel exit beam is essentially unchanged before and after the deflecting by the deflecting body.
  • the deflecting body preferably does not serve as a lens means for bundling and / or widening the Beam, but essentially only serves to guide and deflect the respective beam in the direction of the beam waist.
  • This separation of the optical functions can simplify an adjustment of the optical arrangement.
  • Deflection body is designed as an optical prism.
  • the optical arrangement has in particular a lens means which is arranged in the beam path after the beam waist or in the beam waist.
  • the lens means is in particular designed to shape the combination beam for coupling into a subsequent beam transformation element.
  • the lens means is preferably designed as a collimator lens which serves to collimate or parallelize the combination beam after the beam waist. This prevents the combination beam after the beam waist again
  • the collimated bundle or telecentric light bundle can then be processed optically, for example to form a linear light distribution.
  • the collimator lens preferably has a focal plane or focal line on at least one side.
  • the collimator lens can be arranged such that the focal plane or
  • the beam waist is preferably in the focal length on the object side
  • the collimator lens is e.g. trained as a converging lens.
  • the collimator lens is e.g. trained as a converging lens.
  • Exit aperture and can be processed further.
  • the beam guiding optics include anamorphic optics in at least some optical channels or in each optical channel
  • Beam shaping in particular a telescope for beam shaping, the terminating optics of the respective optical channel being a component of the anamorphic optics
  • a telescope (especially the telescope) in this optical channel.
  • a telescope can in particular have two in the beam path
  • the telescope is preferably formed in the at least one optical channel as an anamorphic telescope, so that
  • Laser beams are deformed anamorphically in the respective optical channel.
  • the telescope is one of them
  • the beam guiding optics preferably comprise two anamorphic telescopes arranged serially in the beam path, which telescopes with respect to two
  • the task at the beginning is also a
  • the laser system for generating a useful light distribution with a linear beam cross section solved.
  • the laser system comprises at least two laser light sources for emitting laser beams.
  • the laser system also comprises an optical arrangement of the type described above, the optical arrangement being arranged such that the laser beams from the laser light sources in the
  • Combination beam can be transferred.
  • the combination beam is followed by a beam that follows in the beam path
  • the shaping optics are arranged in the beam path after the beam waist of the combination beam.
  • Forming optics can be matched.
  • the shaping optics are preferably arranged in the beam waist or in spatial proximity to the beam waist,
  • the shaping optics can therefore have comparatively small spatial dimensions
  • Figure 1 shows a schematic representation of a laser system
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the laser system according to
  • Figure 4 is a schematic representation of another optical element
  • Figure 5 shows a schematic representation of a further optical arrangement in side view
  • Figure 6 shows a schematic representation of the optical arrangement according to Figure 5 in plan view
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a laser system with two groups, each comprising two optical channels
  • Figure 8 is a schematic representation of an optical sensor
  • Figure 1 shows a schematic representation
  • Laser system 10 for generating a useful light distribution (L) with a linear beam cross section.
  • the defined directions of the coordinate system are used to describe geometric relations, without this being intended to restrict the arrangement and alignment of the devices.
  • individual Units of the laser system 10 have different orientations.
  • the useful light distribution extends linearly in the XY plane along the Y direction.
  • the laser system 10 can comprise, for example, a plurality of laser light sources 12a to 12f for emitting associated laser beams 14a to 14f.
  • Laser beams e.g. 14a to 14c or 14a to 14f
  • Laser light sources 12a to 12f are arranged such that the laser beams 14a to 14f run in two groups, each comprising three laser beams, in an input region of the laser system 10.
  • the laser beams 14a to 14f run in two groups, each comprising three laser beams, in an input region of the laser system 10.
  • Laser beams 14a to 14f are arranged in a common plane (in the example shown in the Y-Z plane).
  • the laser beams 14a to 14f enter an optical one
  • the optical arrangement 16 which serves to convert a plurality of laser beams (14a to 14c and 14d to 14f) into a combination beam 18.
  • the optical arrangement 16 is designed such that a first group of laser beams 14a to 14c is combined in the combination beam 18 and a second group of laser beams 14d to 14f in the
  • Combination beam 18 ' is merged.
  • first group of laser beams 14a to 14c and those on them will be used as examples acting optical components referenced.
  • the second group of laser beams 14d to 14f can be processed optically accordingly.
  • the laser beams 14a to 14c initially run in the optical arrangement 16 in a beam guiding optics 20 which provides separate optical channels 22a to 22c.
  • a laser beam 14a to 14c runs in each optical channel 22a to 22c.
  • the laser beams 14a to 14c guided in the optical channels 22a to 22c pass into a beam combining optics 24 and become the combination beam 18 in this
  • the combination beam 18 is guided through a shaping lens 26, which transforms the combination beam 18 into the desired linear useful light distribution L.
  • a shaping lens 26 which transforms the combination beam 18 into the desired linear useful light distribution L.
  • Forming optics 26 a beam transformation element 28
  • Beam transformation element 28 the beam parameter product or the diffraction index M 2 of the combination beam 18 along the Y direction and reduces this
  • the shaping optics can also include a homogenizer 30, outlined, which is designed to homogenize the intensity distribution along a preferred direction (for example, Y direction).
  • FIG. 2 shows the schematically represented laser system 10 according to FIG. 1 in a side view.
  • the laser beams 14a to 14f all run in one plane and are therefore one above the other in the view according to FIG.
  • a basic aspect of the invention can consist in that the optical arrangement 16 only applies the laser beams 14a to 14f with respect to one
  • Direction of action (in the example shown: Y direction) merges and combines.
  • the optical arrangement 16 can in particular be designed in such a way that the laser beams 14a to 14f with respect to one another
  • Preferred direction vertical direction (in the example shown X direction) remain essentially unaffected.
  • the beam guiding optics 20 are preferably also designed to preform the laser beams 14a to 14c guided in the optical channels 22a to 22c.
  • At least one telescope 32, 32 ' can be provided in at least one optical channel 22a to 22c to influence the beam properties in the respective optical channels.
  • a telescope 32, 32 ' acts as beam shaping optics and can in particular be designed to change the beam cross section in the optical channel 14a to 14f.
  • the telescope has anamorphic optical properties.
  • an anamorphic telescope can be used in an optical channel 22a to 22c 32, which is the beam properties
  • a further telescope 32 ' can be provided which changes the beam properties in a direction perpendicular thereto (in the example shown: X direction; see FIG. 2).
  • Various configurations are possible for the telescopes 32, 32 '.
  • the telescopes 32, 32 ' can be designed as a Galileo telescope or Kepler telescope.
  • the beam guiding optics 20 have for each optical channel 22a to 22c
  • Final optics 36a to 36c A separate terminating optical means 36a to 36c is preferably assigned to each individual optical channel 22a to 22c.
  • each individual optical channel 22a to 22c is exactly one channel output beam 38a to 38c
  • the end optical means 36a to 36c can be in
  • the output-side lens 34b of the respective telescope 32 preferably forms that in each case
  • optical channel 22a to 22c optical channel 22a to 22c.
  • the beam guiding optics 22 can be designed such that the channel output beams 38a to 38c after exiting the respective terminating optics means 36a to 36c
  • the optical channels 22a to 22c are designed such that the channel output beams 38a to 38c are arranged symmetrically with respect to an optical axis (the optical axis running along the main direction 40).
  • the channel output beams 38a to 38c are axially symmetrical to a central one in the Y-Z plane
  • Channel output beam 38b In this respect, the central channel output beam 38b runs along the main direction 40 on the optical axis of the system. Such configurations are not mandatory, however. It can also be advantageous for the channel output beams 38a to 38c to run partially obliquely to one another, in particular in such a way that they form a converging light bundle.
  • the optical arrangement 16 also includes several
  • Each deflecting body 42a to 42c is assigned to one of the optical channels 22a to 22c.
  • a respective deflecting body 42a to 42c is dimensioned and arranged in such a way that it exclusively the Channel output beam 38a to 38c of the respectively assigned optical channel 22a to 22c is detected.
  • a respective deflecting body 42a to 42c is arranged in the area of the respectively associated optics means 36a to 36c.
  • the deflecting bodies 42a to 42c are preferably as
  • Transmission optics ie designed as a transmitting optical body.
  • the deflecting bodies 42a to 42c are each designed as reflection optics, in particular as a combination arrangement of mirrors.
  • the deflecting bodies act on the respectively assigned channel output beams 38a to 38c in such a way that that of a deflecting body 42a to 42c
  • Focus area 44 of the optical arrangement 16 is deflected and a beam waist 46 of the combination beam 18 is formed there.
  • the respective channel output beam 38a to 38c is deflected by refraction
  • Boundary surfaces of the deflecting body 42a to 42c are Boundary surfaces of the deflecting body 42a to 42c.
  • each deflecting body has one
  • Light entry surface 48 through which the respectively detected channel output beam 38a to 38c is coupled into the respectively assigned deflecting body 42a to 42c.
  • the deflecting body 42a to 42c then also has one
  • the deflecting bodies 42a to 42c are designed as monolithic bodies in the form of optical prisms.
  • Channel output beam 38a to 38c precisely adjust the direction of propagation and thus the properties of the
  • deflection bodies 42a to 42c only for those optical channels 22a to 22c for which the emerging channel output beam 38a to 38c does not propagate in the direction of the desired focus area 44.
  • a corresponding design is
  • End optical means 36b of the central optical channel 22b the channel output beam 38b emerging already runs on the optical axis of the system in the main direction 40 and is aimed at the focus area 44.
  • there is no need for a deflection by a deflecting body there is no need for a deflection by a deflecting body.
  • corresponding, assigned deflecting bodies 42a and 42c are provided for the marginal optical channels 36a and 36c intended. This configuration leads to compact beam combining optics 24.
  • the optical arrangement 16 can use a lens means 52
  • the lens means as
  • Collimator lens 52 may be formed, which serves to collimate the combination beam 18 and / or to parallelize with respect to the main direction 40.
  • the collimator lens 52 is preferably arranged in the beam path following the beam waist 46.
  • the collimator lens 52 preferably captures the combination beam 18 completely and is in this respect in particular matched to the divergence angle in the region of the beam waist 46.
  • the collimator lens is preferably designed as a converging lens which defines a focal plane 54.
  • Collimator lens 52 is in particular arranged in such a way that the focal plane 54 runs through the beam waist 46.
  • Beam transformation element 28 occurs. It is also conceivable that the collimator lens is designed as a scattering lens which is arranged in the beam path in front of the beam waist 46.
  • the channel output beams 38a to 38c can in principle also be deflected by means of a single cylindrical lens 56, which follows the beam path in the beam path
  • the cylindrical lens 56 acts in particular to bundle light in the plane in which the optical channels 22a,
  • the cylindrical lens 56 preferably has an axis which runs perpendicular to the plane in which the optical channels 22a to 22c run side by side.
  • the cylindrical lens 56 is preferably dimensioned such that all the channel output beams 38a to 38c are detected and the focus area 44 are bundled and form a beam waist there.
  • Such configurations form a particularly simple beam combining optics 24 ', in which additional components for the cylindrical lens 56 in the
  • the combination beam 18 has a small divergence angle in the region of the beam waist 46 and then directly a subsequent one
  • Beam transformation element 28 are supplied.
  • Beam combining optics 24 have an anamorphic effect and thus influence the beam properties of the Combination beam 18 in sections perpendicular to the plane of the beam union hardly (compare Figure 5).
  • FIGS. 7-9 each represent an optical arrangement 16 which works with two optical channels.
  • the laser beams run, for example, in two groups, each comprising two
  • Laser beams For illustration purposes, only one group with the two laser beams 14a, 14b in the optical channels 22a, 22b is described.
  • the laser beams 14a and 14b in the optical arrangement 16 initially run in a beam guiding optical system 20 which provides the two separate optical channels 22a 22b.
  • the laser beams 14a and 14b guided in the optical channels 22a and 22b pass into the beam combining optics 24 and become the combination beam 18 in the latter
  • the combination beam 18 is in turn guided through a beam transformation element 28, which is used to transform the combination beam 18 into the
  • the optics 36a and 36b of the respective optical channels 22a and 22b respectively enter
  • each optical channel 22a or 22b is a deflecting body 42a or 42b
  • the cylindrical lens 56 is arranged in the beam path following the optics 36a and 36b and detects the two optical channels 22a and 22b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung (16) zur Überführung von Laserstrahlen (14a – 14f) wenigstens zweier Laserlichtquellen (12a – 12f) in einen Kombinationsstrahl (18), umfassend eine Strahlführungsoptik (20), welche derart ausgebildet ist, dass wenigstens zwei getrennte optische Kanäle (22a – 22c) für die Laserstrahlen (14a –14c) bereitgestellt werden, wobei jeder optische Kanal (22a – 22c) ein Abschlussoptikmittel (36a – 36c) zum Austreten eines Kanalausgangsstrahls (38a – 38c) des jeweiligen optischen Kanals (22a – 22c) aufweist, wobei wenigstens ein Umlenkkörper (42a – 42c) vorgesehen ist, der nur einem optischen Kanal (22a – 22c) zugeordnet ist, wobei der Umlenkkörper (42a – 42c) derart ausgebildet ist, dass ausschließlich der Kanalausgangsstrahl (38a – 38c) des zugeordneten optischen Kanals (22a – 22c) erfasst wird und der erfasste Kanalausgangsstrahl (38a – 38c) in Richtung eines Fokusbereichs (44) umgelenkt wird.

Description

Titel: Optische Anordnung und Lasersystem
Beschreibung
Es wird eine optische Anordnung zur Überführung von
Laserstrahlen mehrerer Laserlichtquellen in einen
Kombinationsstrahl aufweisend eine Strahltaille beschrieben sowie ein Lasersystem umfassend eine solche optische
Anordnung .
Ein möglicher, jedoch nicht ausschließlicher,
Einsatzbereich für die optische Anordnung sind
Lasersysteme, die zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung mit linienartigem Strahlprofil dienen. Derartige
Strahlprofile werden beispielsweise bei der Bearbeitung von Oberflächen von Halbleitern oder Gläsern eingesetzt, z.B.
bei der Herstellung von TFT-Displays , bei der Dotierung von Halbleitern, bei der Herstellung von Solarzellen oder zur Herstellung ästhetisch ausgestalteter Glasoberflächen für Bauzwecke. Hierbei wird das linienartige Strahlprofil senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Linie über die zu bearbeitende Oberfläche gescannt. Durch die Strahlung können oberflächliche Umwandlungsprozesse
(Umkristallisation, Schmelzungen, Diffusionsprozesse) ausgelöst werden und die gewünschten Bearbeitungsergebnisse erzielt werden.
Bei den genannten Lasersystemen erfolgt die Umwandlung der Laserstrahlen in die gewünschte, linienförmige
Nutzlichtverteilung mittels Optikeinrichtungen, welche die Laserstrahlung insbesondere Umformen und/oder
homogenisieren. Eine optische Anordnung zur Erzeugung einer linienförmigen Nutzlichtverteilung aus Laserstrahlung ist beispielsweise in der WO 2018/019374 Al beschrieben.
Da für die genannten Bearbeitungsprozesse in der Regel hochintensive Strahlung und/oder lang ausgedehnte
linienförmige Intensitätsverteilungen erwünscht sind, sollen oftmals mehrere Laserlichtquellen zur Speisung der gewünschten Nutzlichtverteilung eingesetzt werden.
Um die zur Linienformung wirksamen Optikeinrichtungen nicht für jede Laserlichtquelle separat vorsehen zu müssen, ist es erwünscht, die Laserstrahlen der verschiedenen
Laserlichtquellen zusammen zu führen und zu einem
Kombinationsstrahl zu bündeln, insbesondere räumlich zu bündeln. Beispielsweise in der WO 2018/019374 Al ist eine optische Anordnung mit gefaltetem Strahlengang durch eine Mehrzahl von Spiegeln und Linsen beschrieben, wobei die Laserstrahlen mehrerer Laserlichtquellen mittels eines Sammelspiegels bei gleichzeitiger Aufweitung des
resultierenden Strahles vereinigt werden. Die DE 10 2008 027 229 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Strahlformung und Bündelung, bei welcher Gruppen von Laserstrahlen ein Stück ihres Weges in getrennten optischen Kanälen verlaufen und mittels einer auf mehrere Strahlgruppen wirkenden
Teleskopoptik vereinigt werden. Derartige Anordnungen umfassen optische Elemente, welche mehrere getrennt verlaufende Laserstrahlen gleichzeitig erfassen und
dementsprechend große Eintrittsaperturen aufweisen müssen. Dies kann mit optischen Fehlern (z.B. Linsenfehler) verbunden sein und eine Justierung bzw. Feinabstimmung einzelner Strahlen untereinander erschweren. Außerdem können großformatige Linsenbauteile zu höheren Kosten und komplexen Bauraumanforderungen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Strahlzusammenführung für mehrere Laserstrahlen zu
ermöglichen, welche Flexibilität bei der Anpassung an
Bauraumanforderungen und bei der optischen Justierung bietet .
Diese Aufgabe wird durch eine optische Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Hierbei handelt es sich um eine
Vorrichtung zur Überführung von Laserstrahlen wenigstens zweier Laserlichtquellen in einen Kombinationsstrahl, d.h. einen Strahl aus zusammengeführtem Licht der einzelnen Laserstrahlen, insbesondere in der Art eines Bündels aus räumlich zusammengeführten Strahlen
(Kombinationsstrahlbündel) . Die optische Anordnung ist derart ausgebildet, dass der Kombinationsstrahl eine
Strahltaille aufweist.
Die optische Anordnung umfasst eine Strahlführungsoptik, welche dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei getrennte optische Kanäle für die Laserstrahlen bereit zu stellen. Insofern verläuft jeder Laserstrahl in einem der wenigstens zwei optischen Kanäle. Jeder optische Kanal umfasst ein Abschlussoptikmittel, durch welches ein Kanalausgangsstrahl des jeweiligen optischen Kanals austritt, wenn die optische Anordnung mit Laserlichtquellen betrieben wird.
Für wenigstens einen der optischen Kanäle ist ein
Umlenkkörper vorgesehen und dem jeweiligen optischen Kanal zugeordnet. Der Umlenkkörper ist dabei derart ausgebildet, dass ausschließlich der Kanalausgangsstrahl des
zugeordneten optischen Kanals erfasst wird und die
Kanalausgangsstrahlen der übrigen optischen Kanäle von diesem Umlenkkörper nicht erfasst werden. Der erfasst
Kanalausgangsstrahl wird durch den Umlenkkörper in Richtung eines Fokusbereiches des Kombinationsstrahls geleitet bzw. umgelenkt .
Die Laserstrahlen der mehreren Laserlichtquellen werden somit im Strahlengang vor der Strahltaille in getrennten optischen Kanälen geführt. Ein optischer Kanal zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in ihm ein Lichtstrahl räumlich getrennt und/oder optisch getrennt von den anderen optischen Kanälen geführt wird. Ein optischer Kanal kann eine Mehrzahl von optisch wirksamen Bauteilen umfassen (Linsen, Blenden, Spiegel, usw.) . Den Abschluss eines jeweiligen optischen Kanals bildet insbesondere das
Abschlussoptikmittel, welches beispielsweise als
Sammellinse ausgestaltet ist.
Die Führung der Laserstrahlen in getrennten optischen
Kanälen bietet u.a. den Vorteil, dass die optisch wirksamen Bauteile des jeweiligen optischen Kanals nur eine begrenzte Größe aufweisen müssen, da nur Licht in dem jeweiligen optischen Kanal von dem Bauteil erfasst werden muss.
Insbesondere kann je nach Ausgestaltung auf Linsen mit großen Abmessungen verzichtet werden, so dass Bauraum eingespart werden kann und Linsenfehler verringert werden können. Außerdem kann in den separaten optischen Kanälen eine Formung und Feinabstimmung der Strahleigenschaften der verschiedenen Laserstrahlen unabhängig voneinander
erfolgen. Durch die getrennten optischen Kanäle ergibt sich auch eine verbesserte Skalierbarkeit des Gesamtaufbaus . Zusätzliche Kanäle können hinzugefügt werden, ohne dass der gesamte optische Aufbau geändert werden muss.
Mittels des wenigstens einen Umlenkkörpers werden die aus den verschiedenen Abschlussoptikmitteln austretenden
Strahlen zu der Strahltaille des Kombinationsstrahls zusammengeführt. Insofern wird die Lichtverteilung in dieser Strahltaille von mehreren Laserlichtquellen gespeist. Als Strahltaille wird der Bereich definiert, in welcher der Kombinationsstrahl den geringsten
Strahlquerschnitt aufweist, also die schmälste Stelle des Kombinationsstrahls .
Die Umlenkkörper sind insbesondere derart ausgebildet, dass die Ausbreitungsrichtung des Lichts vor dem Umlenkkörper von der Ausbreitungsrichtung nach dem Umlenkkörper
abweicht. Insofern wird mittels der Umlenkkörper aus den verschiedenen Kanalausgangsstrahlen ein Bündel erzeugt, welches in der Strahltaille zusammenläuft. Die Umlenkkörper dienen vorzugsweise zur Beeinflussung der
Ausbreitungsrichtung. Die voneinander beabstandeten
Laserstrahlen können ohne großformatige Linsen
zusammengeführt werden. Die eingangs geschilderten Probleme können dadurch reduziert werden.
Bei der beschriebenen Anordnung ist es ferner möglich, Position, Ausrichtung und/Ausgestaltung der einzelnen
Umlenkkörper zu verändern und so die Eigenschaften des Kombinationsstrahls, insbesondere in der Strahltaille, zu justieren. Insofern kann durch die Position, Ausrichtung und/oder Ausgestaltung der Umlenkkörper ein effektiver Divergenzwinkel für den Kombinationsstrahl nach der
Strahltaille vorgegeben werden.
Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet ein Strahl
(Lichtstrahl, Laserstrahl, Kanalausgangsstrahl, ...) keinen idealisierten Strahl im Sinne der geometrischen Optik, sondern einen realen Lichtstrahl, der im Querschnitt aus physikalischen Gründen stets eine endliche Ausdehnung aufweist. Im Falle eines Laserstrahls beispielsweise ist der Intensitätsverlauf im Strahlquerschnitt durch die jeweils beteiligten Lasermoden in der Laserlichtquelle beeinflusst .
Die optische Anordnung ist vorzugsweise zur Zusammenführung einer Mehrzahl (insbesondere > 3) von Laserstrahlen
verschiedener Laserlichtquellen ausgebildet. Insbesondere umfasst die optische Anordnung eine Mehrzahl (insbesondere > 3) von optischen Kanälen. Beispielsweise kann die
optische Anordnung derart ausgebildet sein, dass die
Laserstrahlen in einem eingangsseitigen Bereich der
Strahlführungsoptik nebeneinander verlaufen, insbesondere gruppiert nebeneinander verlaufen. Die optischen Kanäle sind insbesondere jeweils dazu ausgelegt, dass pro Kanal nur ein Laserlichtstrahl einer Laserlichtquelle verläuft. Insbesondere ist einem optischen Kanal entweder ein
Umlenkkörper zugeordnet, oder der aus dem optischen Kanal austretende Kanalausgangsstrahl geht direkt in die
Strahltaille des Kombinationsstrahls über.
Vorzugsweise ist jedem optischen Kanal ein Umlenkkörper zugeordnet. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die Kanalausgangsstrahlen der verschiedenen optischen Kanäle nach Durchtritt durch das jeweilige Abschlussoptikmittel zunächst nicht in Richtung der Strahltaille verlaufen.
Ein vereinfachter Aufbau ergibt sich beispielsweise
dadurch, dass einem optischen Kanal nur dann ein Umlenkkörper zugeordnet ist, wenn der Kanalausgangsstrahl, der in Betrieb der Anordnung durch das jeweilige
Abschlussoptikmittel austritt, eine Ausbreitungsrichtung aufweist, welche zunächst nicht in Richtung des
Fokusbereichs weist. Insofern ist ein Umlenkkörper
insbesondere nur für diejenigen optischen Kanäle
vorgesehen, für welche die Strahltaille nicht in Richtung der Austrittsrichtung des Kanalausgangsstrahles liegt. Die übrigen Kanalausgangsstrahlen können insofern ohne
Umlenkkörper zur Strahltaille geführt werden.
Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet die
Ausbreitungsrichtung eines Strahls (Lichtstrahl,
Laserstrahl, Kanalausgangsstrahl, ...) die räumlich
gemittelte Ausgangsrichtung, insbesondere im Sinne des räumlichen Mittels des Poynting-Vektors.
Die Strahlführungsoptik ist vorzugsweise derart
ausgebildet, dass die aus sämtlichen optischen Kanälen (bzw. deren Abschlussoptikmitteln) austretenden
Kanalausgangsstrahlen sämtlich eine Ausbreitungsrichtung parallel zu einer Hauptrichtung aufweisen. Die
Hauptrichtung bildet insbesondere eine optische Achse der Strahlführungsoptik. Insofern treten die
Kanalausgangsstrahlen zunächst zueinander parallel aus den verschiedenen optischen Kanälen aus und werden durch die Umlenkkörper zu der Strahltaille im Fokusbereich vereinigt.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Kanalausgangsstrahlen bereits direkt nach Austritt aus den Abschlussoptikmitteln in verschiedene Richtungen verlaufen. Beispielsweise kann die Strahlführungsoptik derart ausgebildet sein, dass die aus den optischen Kanälen austretenden
Kanalausgangsstrahlen teilweise oder sämtlich bereits eine Richtungskomponente hin zu dem Fokusbereich aufweisen.
Dadurch wird die erforderliche Umlenkung durch die
Umlenkkörper verringert.
Der wenigstens ein Umlenkkörper ist vorzugsweise als
Transmissions-Optik ausgebildet, so dass der erfasste
Kanalausgangsstrahl durch eine Lichteintrittsfläche in den Umlenkkörper eingestrahlt wird und durch eine hiervon abweichende Lichtaustrittsfläche aus dem Umlenkkörper austritt. Vorzugsweise ist dabei die Lichteintrittsfläche schräg zur Lichtaustrittsfläche orientiert.
Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche selbst sind vorzugsweise eben ausgebildet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Umlenkkörper einstückig aus einem für die Laserstrahlen transparenten Material ausgebildet. Das Material weist vorzugsweise einen Brechungsindex > 1 für die Laserstrahlen auf, so dass die Umlenkung aufgrund von Brechungswirkung an den Grenzflächen des Umlenkkörpers erfolgt.
Vorteilhafterweise ist der Umlenkkörper derart ausgebildet, dass ein Divergenzwinkel bzw. Divergenzraumwinkel des erfassten Kanalausgangsstrahls vor und nach dem Umlenken durch den Umlenkkörper im Wesentlichen unverändert ist. Insofern dient der Umlenkkörper vorzugsweise nicht als Linsenmittel zur Bündelung und/oder Aufweitung des Strahles, sondern dient im Wesentlichen nur zur Führung und Umlenkung des jeweiligen Strahls in Richtung Strahltaille . Die optische Funktion zur Veränderung der
Divergenzeigenschaften des Strahls kann durch die
Linsenmittel der jeweiligen optischen Kanäle, insbesondere durch das Abschlussoptikmittel bereitgestellt werden. Bei derartigen Ausgestaltungen erfolgt eine etwaige
Fokussierung und die erforderliche Umlenkung durch
unterschiedliche optische Bauteile. Diese Trennung der optischen Funktionen kann eine Justierung der optischen Anordnung vereinfachen.
Denkbar ist insbesondere, dass der wenigstens eine
Umlenkkörper als optisches Prisma ausgebildet ist.
Zur weiteren Ausgestaltung weist die optische Anordnung insbesondere ein Linsenmittel auf, welches im Strahlengang nach der Strahltaille oder in der Strahltaille angeordnet ist. Das Linsenmittel ist insbesondere dazu ausgebildet, den Kombinationsstrahl zur Einkopplung in ein nachfolgendes Strahltransformationselement zu formen. Vorzugsweise ist das Linsenmittel als Kollimatorlinse ausgebildet, die zur Kollimierung bzw. Parallelisierung des Kombinationsstrahls nach der Strahltaille dient. Dadurch wird verhindert, dass der Kombinationsstrahl nach der Strahltaille wieder
unerwünscht auseinanderläuft. Das kollimierte Bündel bzw. telezentrisch verlaufende Lichtbündel kann dann weiter optisch verarbeitet werden, z.B. zur Ausbildung einer linienförmigen Lichtverteilung. Die Kollimatorlinse weist vorzugsweise zumindest einseitig eine Brennebene oder Brennlinie auf. Die Kollimatorlinse kann derart angeordnet sein, dass die Brennebene oder
Brennlinie durch den Fokusbereich, d.h. durch die
Strahltaille, verläuft. Insofern ist die Strahltaille vorzugsweise in der obj ektseitigen Brennweite zur
Kollimatorlinse angeordnet. Die Kollimatorlinse ist z.B. als Sammellinse ausgebildet. Insbesondere bildet die
Kollimatorlinse die eigentliche Ausgangsapertur der
optischen Anordnung. Der Kombinationsstrahl tritt dann, gegebenenfalls nach Kollimation, durch diese
Ausgangsapertur aus und kann weiter verarbeitet werden.
Zur weiteren Ausgestaltung umfasst die Strahlführungsoptik in zumindest einigen optischen Kanälen oder in jedem optischen Kanal eine anamorphotische Optik zur
Strahlformung, insbesondere ein Teleskop zur Strahlformung, wobei das Abschlussoptikmittel des jeweiligen optischen Kanals ein Bestandteil der anamorphotischen Optik
(insbesondere des Teleskops) in diesem optischen Kanal ist. Ein Teleskop kann insbesondere zwei im Strahlengang
aufeinander folgende Sammellinsen umfassen, welche im
Abstand ihrer addierten Brennweiten angeordnet sind, so dass ihre einander zugewandten Brennebenen zusammen fallen (etwa in der Art eines Keppler-Teleskops ) . Vorzugsweise ist das Teleskop in dem wenigstens einen optischen Kanal als anamorphotisches Teleskop ausgebildet, so dass
Laserstrahlen in dem jeweiligen optischen Kanal anamorph verformt werden. Insbesondere ist das Teleskop dazu
ausgebildet, eine zylindrische Veränderung des Abbildungsmaßstabs entlang einer Achse senkrecht zur
Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen in dem optischen Kanal zu bewirken.
Vorzugsweise umfasst die Strahlführungsoptik in jedem optischen Kanal zwei im Strahlengang seriell angeordnete, anamorphotische Teleskope, welche bezüglich zweier
verschiedener Verzeichnungsrichtungen wirken (insbesondere bezüglich zweier senkrechter Richtungen) . Dadurch können die Strahleigenschaften bezüglich zweier senkrechter Achsen eingestellt werden.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein
Lasersystem zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung mit linienförmigen Strahlquerschnitt gelöst. Das Lasersystem umfasst wenigstens zwei Laserlichtquellen zur Abgabe von Laserstrahlen. Das Lasersystem umfasst außerdem eine optische Anordnung der vorstehend beschriebenen Art, wobei die optische Anordnung derart angeordnet ist, dass die Laserstrahlen der Laserlichtquellen in den
Kombinationsstrahl überführt werden. Der Kombinationsstrahl wird mittels einer im Strahlengang nachfolgenden
Umformoptik weiter verarbeitet und in die gewünschte linienförmige Nutzlichtverteilung umgeformt und ggf.
homogenisiert. Die Umformoptik ist dabei im Strahlengang nach der Strahltaille des Kombinationsstrahls angeordnet. Mittels der optischen Anordnung wird ein von mehreren
Laserlichtquellen gespeister Kombinationslichtstrahl erzeugt, der von der Umformoptik in die gewünschte
linienförmige Nutzlichtverteilung überführt wird. Durch eine Justierung der optischen Anordnung, insbesondere der Umlenkkörper und/oder der Abschlussoptikmittel können die Strahleigenschaften des Kombinationsstrahles auf die
Umformoptik abgestimmt werden.
Die Umformoptik ist vorzugsweise in der Strahltaille oder in räumlicher Nähe zur Strahltaille angeordnet,
gegebenenfalls im Strahlengang nach einer
Kollimationslinse, wie oben beschrieben. Die Umformoptik kann daher mit vergleichsweise kleinen räumlichen
Abmessungen ausgeführt werden.
Weitere Einzelheiten und mögliche Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben .
Es zeigen:
Figur 1 schematische Darstellung eines Lasersystems zur
Erzeugung einer linienförmigen
Nutzlichtverteilung in Draufsicht;
Figur 2 schematische Darstellung des Lasersystems gemäß
Figur 1 in Seitenansicht;
Figur 3 schematische Darstellung einer optischen
Anordnung in Draufsicht;
Figur 4 schematische Darstellung einer weiteren optischen
Anordnung in Draufsicht; Figur 5 schematische Darstellung einer weiteren optischen Anordnung in Seitenansicht;
Figur 6 schematische Darstellung der optischen Anordnung gemäß Figur 5 in Draufsicht;
Figur 7 schematische Darstellung eines Lasersystems mit zwei Gruppen umfassend jeweils zwei optische Kanäle ;
Figur 8 schematische Darstellung einer optischen
Anordnung mit zwei optischen Kanälen;
Figur 9 Darstellung entsprechend Figur 6 für eine
Anordnung mit zwei optischen Kanälen.
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein
Lasersystem 10 zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung (L) mit einem linienförmigen Strahlquerschnitt.
In einigen Figuren ist ein rechtshändig orientiertes, kartesisches Koordinatensystem dargestellt. Auf die
definierten Richtungen des Koordinatensystems wird zur Beschreibung geometrischer Relationen Bezug genommen, ohne dass dies einschränkend für die Anordnung und Ausrichtung der Vorrichtungen sein soll. Insbesondere können einzelne Einheiten des Lasersystems 10 abweichende Orientierungen aufweisen. Im dargestellten Beispiel erstreckt sich die Nutzlichtverteilung linienförmig in der X-Y-Ebene entlang der Y-Richtung.
Das Lasersystem 10 kann beispielsweise eine Mehrzahl von Laserlichtquellen 12a bis 12f zur Abgabe von jeweils zugeordneten Laserstrahlen 14a bis 14f umfassen.
Selbstverständlich kann auch eine Laserlichtquelle zum Einsatz kommen, welche dazu geeignet ist, mehrere
Laserstrahlen (z.B. 14a bis 14c oder 14a bis 14f)
abzugeben. Im dargestellten Beispiel sind die
Laserlichtquellen 12a bis 12f derart angeordnet, dass in einem eingangsseitigen Bereich des Lasersystems 10 die Laserstrahlen 14a bis 14f in zwei Gruppen umfassend jeweils drei Laserstrahlen verlaufen. Beispielsweise sind die
Laserstrahlen 14a bis 14f in einer gemeinsamen Ebene (im dargestellten Beispiel in der Y-Z-Ebene) angeordnet.
Die Laserstrahlen 14a bis 14f treten in eine optische
Anordnung 16 ein, welche zur Überführung von jeweils mehreren Laserstrahlen (14a bis 14c und 14d bis 14f) in jeweils einen Kombinationsstrahl 18 dient. Im dargestellten Beispiel ist die optische Anordnung 16 derart ausgebildet, dass eine erste Gruppe von Laserstrahlen 14a bis 14c in den Kombinationsstrahl 18 zusammengeführt wird, und eine zweite Gruppe von Laserstrahlen 14d bis 14f in den
Kombinationsstrahl 18' zusammengeführt wird. Für die weitere Beschreibung wird beispielhaft nur auf die erste Gruppe von Laserstrahlen 14a bis 14c und die auf diese wirkenden optischen Bauteile Bezug genommen. Die zweite Gruppe von Laserstrahlen 14d bis 14f kann entsprechend optisch verarbeitet werden.
Die Laserstrahlen 14a bis 14c verlaufen in der optischen Anordnung 16 zunächst in einer Strahlführungsoptik 20, welche getrennte optische Kanäle 22a bis 22c bereitstellt . Im dargestellten Beispiel verläuft in jedem optischen Kanal 22a bis 22c je ein Laserstrahl 14a bis 14c. Die in den optischen Kanälen 22a bis 22c geführten Laserstrahlen 14a bis 14c gehen in eine Strahlvereinigungsoptik 24 über und werden in dieser zu dem Kombinationsstrahl 18
zusammengeführt .
Der Kombinationsstrahl 18 wird im weiteren Verlauf durch eine Umformoptik 26 geführt, welche den Kombinationsstrahl 18 in die gewünschte linienförmige Nutzlichtverteilung L umformt. Für die Umformoptik 26 sind verschiedene
Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann die
Umformoptik 26 ein Strahltransformationselement 28
umfassen, welches zunächst die Strahleigenschaften des Kombinationsstrahls 18 anisotrop verändert. Im
dargestellten Beispiel vergrößert das
Strahltransformationselement 28 das Strahlparameterprodukt bzw. die Beugungsmaßzahl M2 des Kombinationsstrahl 18 entlang der Y-Richtung und verkleinert das
Strahlparameterprodukt bzw. die Beugungsmaßzahl M2 entlang der X-Richtung (vergleiche Figur 2) . Die Umformoptik kann außerdem einen skizziert dargestellten Homogenisierer 30 umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, die Intensitätsverteilung entlang einer Vorzugsrichtung (beispielsweise Y-Richtung) zu homogenisieren.
Die Figur 2 zeigt das schematisch dargestellte Lasersystem 10 gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Laserstrahlen 14a bis 14f sämtlich in einer Ebene und liegen daher in der Ansicht gemäß Figur 2 übereinander. Ein grundsätzlicher Aspekt der Erfindung kann darin bestehen, dass die optische Anordnung 16 die Laserstrahlen 14a bis 14f nur bezüglich einer
Wirkungsrichtung (im dargestellten Beispiel: Y-Richtung) zusammenführt und vereinigt. Insofern kann die optische Anordnung 16 insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Laserstrahlen 14a bis 14f bezüglich einer zur
Vorzugsrichtung senkrechten Richtung (im dargestellten Beispiel X-Richtung) im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben. Die Strahlführungsoptik 20 ist vorzugsweise auch dazu ausgebildet, die in den optischen Kanälen 22a bis 22c geführten Laserstrahlen 14a bis 14c vorzuformen.
Beispielsweise kann in wenigstens einem optischen Kanal 22a bis 22c zumindest ein Teleskop 32, 32' zur Beeinflussung der Strahleigenschaften in den jeweiligen optischen Kanälen vorgesehen sein. Ein solches Teleskop 32, 32' wirkt als Strahlformungsoptik und kann insbesondere dazu ausgelegt sein, den Strahlquerschnitt in dem optischen Kanal 14a bis 14f zu verändern. Denkbar ist, dass das Teleskop anamorphe optische Eigenschaften aufweist. Beispielsweise kann in einem optischen Kanal 22a bis 22c ein anamorphes Teleskop 32 vorgesehen sein, welches die Strahleigenschaften
bezüglich einer ersten Richtung (im dargestellten Beispiel: Y-Richtung) beeinflusst. Zusätzlich kann, im Strahlengang vorausgehend oder nachfolgend, ein weiteres Teleskop 32 ' vorgesehen sein, welches die Strahleigenschaften in einer hierzu senkrechten Richtung verändert (im dargestellten Beispiel: X-Richtung; siehe Figur 2) . Für die Teleskope 32, 32' sind verschiedene Ausgestaltungen möglich.
Beispielsweise können die Teleskope 32, 32' als Galileo- Teleskop oder Kepler-Teleskop ausgebildet sein. Denkbar ist insbesondere, die Teleskope 32, 32' als Anordnung aus wenigstens zwei Sammellinsen 34a, 34b bzw. 34a', 34b' auszugestalten, wobei die Sammellinsen derart ausgebildet sind, dass ihre Brennebenen im Strahlengang zwischen ihnen zusammen fallen.
Wie in Figur 3 erkennbar, weist die Strahlführungsoptik 20 für jeden optischen Kanal 22a bis 22c ein
Abschlussoptikmittel 36a bis 36c auf. Vorzugsweise ist jedem einzelnen optischen Kanal 22a bis 22c jeweils ein separates Abschlussoptikmittel 36a bis 36c zugeordnet.
Durch das jeweilige Abschlussoptikmittel 36a bis 36c tritt die in dem jeweiligen optischen Kanal 22a bis 22c geführte Laserstrahlung als zugeordneter Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c aus. Insofern ist jedem einzelnen optischen Kanal 22a bis 22c genau ein Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c
zugeordnet .
Die Abschlussoptikmittel 36a bis 36c können in
vorteilhafter Weise von einer Linse eines Teleskops 32 in den jeweiligen optischen Kanal 22a bis 22c bereitgestellt werden. Vorzugsweise bildet die ausgangsseitige Linse 34b des jeweiligen Teleskops 32 jeweils das
Abschlussoptikmittel 36a bis 36c in dem jeweiligen
optischen Kanal 22a bis 22c.
Die Strahlführungsoptik 22 kann derart ausgebildet sein, dass die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c nach Austritt aus dem jeweiligen Abschlussoptikmittel 36a bis 36c
zunächst sämtlich entlang einer Hauptrichtung 40 verlaufen (vergleiche Figur 3) . Denkbar ist insbesondere, dass die optischen Kanäle 22a bis 22c derart ausgebildet sind, dass die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c symmetrisch bezüglich einer optischen Achse angeordnet sind (wobei die optische Achse entlang der Hauptrichtung 40 verläuft) . Im Beispiel der Figur 3 verlaufen die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c in der Y-Z-Ebene achsensymmetrisch zu einem mittleren
Kanalausgangsstrahl 38b. Insofern verläuft der mittlere Kanalausgangsstrahl 38b entlang der Hauptrichtung 40 auf der optischen Achse des Systems. Derartige Ausgestaltungen sind jedoch nicht zwingend. Es kann auch vorteilhaft sein, dass die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c teilweise schräg zueinander verlaufen, insbesondere derart, dass sie ein konvergierendes Lichtbüschel bilden.
Die optische Anordnung 16 umfasst außerdem mehrere
Umlenkkörper 42a bis 42c. Jeder Umlenkkörper 42a bis 42c ist einem der optischen Kanäle 22a bis 22c zugeordnet. Ein jeweiliger Umlenkkörper 42a bis 42c ist dabei derart bemessen und derart angeordnet, dass er ausschließlich den Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c des jeweils zugeordneten optischen Kanals 22a bis 22c erfasst. Insbesondere ist ein jeweiliger Umlenkkörper 42a bis 42c im Bereich des jeweils zugeordneten Abschlussoptikmittels 36a bis 36c angeordnet.
Die Umlenkkörper 42a bis 42c sind vorzugsweise als
Transmissionsoptiken, also als transmittierend wirkender optischer Körper ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch, dass die Umlenkkörper 42a bis 42c jeweils als Reflexionsoptik ausgebildet sind, insbesondere als Kombinationsanordnung von Spiegeln. Die Umlenkkörper wirken derart auf die jeweils zugeordneten Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c ein, dass der jeweils von einem Umlenkkörper 42a bis 42c
erfasste Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c zu einem
Fokusbereich 44 der optischen Anordnung 16 umgelenkt wird und dort eine Strahltaille 46 des Kombinationsstrahls 18 ausgebildet wird.
Insbesondere erfolgt die Umlenkung des jeweils erfassten Kanalausgangsstrahls 38a bis 38c durch Brechung an
Begrenzungsflächen des Umlenkkörpers 42a bis 42c.
Insbesondere weist jeder Umlenkkörper eine
Lichteintrittsfläche 48 auf, durch welche der jeweils erfasste Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c in den jeweils zugeordneten Umlenkkörper 42a bis 42c eingekoppelt wird.
Der Umlenkkörper 42a bis 42c weist dann auch eine
Lichtaustrittsfläche 50 auf, durch welche der erfasste und eingekoppelte Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c den
Umlenkkörper 42a bis 42c wieder verlässt und danach eine Richtungskomponente hin zu dem Fokusbereich 44 aufweist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Lichtaustrittsfläche schräg zur Lichteintrittsfläche orientiert ist.
Im dargestellten Beispiel sind die Umlenkkörper 42a bis 42c als monolithische Körper in Form von optischen Prismen ausgestaltet .
Es kann vorteilhaft sein, wenn jedem optischen Kanal 22a bis 22c genau ein Umlenkkörper 42a bis 42c zugeordnet ist (vergleiche Figur 3) . Dies ermöglicht es, für jeden
Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c die Ausbreitungsrichtung präzise einzustellen und so die Eigenschaften des
Kombinationsstrahls 18 in der Strahltaille 46 zu
beeinflussen .
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, Umlenkkörper 42a bis 42c nur für solche optischen Kanäle 22a bis 22c vorzusehen, für welche der austretende Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c sich nicht in Richtung des gewünschten Fokusbereichs 44 ausbreitet. Eine entsprechende Ausgestaltung ist
beispielhaft in Figur 4 skizziert. Der durch das
Abschlussoptikmittel 36b des mittleren optischen Kanals 22b austretende Kanalausgangsstrahl 38b verläuft bereits auf der optischen Achse des Systems in Hauptrichtung 40 und zielt auf den Fokusbereich 44. Insofern muss hier keine Umlenkung durch einen Umlenkkörper erfolgen. Für die randständigen optischen Kanäle 36a und 36c sind jedoch entsprechende, zugeordnet Umlenkkörper 42a und 42c vorgesehen. Diese Ausgestaltung führt zu einer kompakten Strahlvereinigungsoptik 24.
Um den Kombinationsstrahl 18 für die Einkopplung in das nachfolgende Strahltransformationselement 28 vorzubereiten, kann die optische Anordnung 16 ein Linsenmittel 52
umfassen. Insbesondere kann das Linsenmittel als
Kollimatorlinse 52 ausgebildet sein, welche dazu dient, den Kombinationsstrahl 18 zu kollimieren und/oder bezüglich der Hauptrichtung 40 zu parallelisieren . Die Kollimatorlinse 52 ist vorzugsweise im Strahlengang auf die Strahltaille 46 folgend angeordnet. Die Kollimatorlinse 52 erfasst den Kombinationsstrahl 18 vorzugsweise vollständig und ist insofern insbesondere auf den Divergenzwinkel im Bereich der Strahltaille 46 abgestimmt.
Vorzugsweise ist die Kollimatorlinse als Sammellinse ausgebildet, welche eine Brennebene 54 definiert. Die
Kollimatorlinse 52 ist insbesondere derart angeordnet, dass die Brennebene 54 durch die Strahltaille 46 verläuft.
Dadurch kann erreicht werden, dass der Kombinationsstrahl 18 nach Durchtritt durch die Kollimatorlinse 52
parallelisiert ist und insofern mit geringem
Divergenzwinkel auf ein nachfolgendes
Strahltransformationselement 28 tritt. Denkbar ist auch, dass die Kollimatorlinse als Streulinse ausgebildet ist, welche im Strahlengang vor der Strahltaille 46 angeordnet ist . Die Umlenkung der Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c kann grundsätzlich auch mittels einer einzelnen Zylinderlinse 56 erfolgen, welche im Strahlengang folgend auf die
Abschlussoptikmittel 36a bis 36c angeordnet ist (vergleiche Figur 6) .
Die Zylinderlinse 56 wirkt insbesondere zur Bündelung von Licht in der Ebene, in welcher die optischen Kanäle 22a,
22b, 22c nebeneinander angeordnet sind. Insofern weist die Zylinderlinse 56 vorzugsweise eine Achse auf, welche senkrecht zur Ebene verläuft, in welcher die optischen Kanäle 22a bis 22c nebeneinander verlaufen.
Vorzugsweise ist die Zylinderlinse 56 derart bemessen, dass sämtliche Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c erfasst werden und den Fokusbereich 44 gebündelt werden und dort eine Strahltaille ausbilden. Derartige Ausgestaltungen bilden eine besonders einfache Strahlvereinigungsoptik 24', bei welcher zusätzliche Bauteile zur Zylinderlinse 56 im
Wesentlichen eingespart werden können (vergleiche Figur 6) .
Insbesondere dann, wenn eine Zylinderlinse 56 mit großer Brennweite gewählt wird, weist der Kombinationsstrahl 18 im Bereich der Strahltaille 46 einen kleinen Divergenzwinkel auf und dann direkt einem nachfolgenden
Strahltransformationselement 28 zugeführt werden.
Die im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebene
Strahlvereinigungsoptik 24' wirkt anamorphotisch und beeinflusst somit die Strahleigenschaften des Kombinationsstrahls 18 in Schnitten senkrecht zur Ebene der Strahlvereinigung kaum (vergleiche Figur 5) .
Im den Figuren 1- 6 sind optische Anordnungen 16
dargestellt, welche beispielhaft Laserstrahlen in drei optischen Kanälen 22a bis 22c zu dem Kombinationsstrahl 18 zusammenführen. Diese Ausgestaltung ist nicht zwingend. Insbesondere kann die Zahl der optischen Kanäle in der Anordnung anders gewählt werden.
Dies wird anhand der Figuren 7-9 veranschaulicht, welche jeweils eine optische Anordnung 16 darstellen, die mit zwei optischen Kanälen arbeitet. Die Laserstrahlen verlaufen beispielhaft in zwei Gruppen umfassend jeweils zwei
Laserstrahlen. Zur Veranschaulichung wird nur eine Gruppe mit den beiden Laserstrahlen 14a, 14b in den optischen Kanälen 22a, 22b beschrieben.
Ähnlich wie bei der Ausgestaltung in Figur 1 verlaufen die Laserstrahlen 14a und 14b in der optischen Anordnung 16 zunächst in einer Strahlführungsoptik 20, welche die beiden getrennten optischen Kanäle 22a 22b bereitstellt . Die in den optischen Kanälen 22a und 22b geführten Laserstrahlen 14a und 14b gehen in die Strahlvereinigungsoptik 24 über und werden in dieser zu dem Kombinationsstrahl 18
zusammengeführt. Der Kombinationsstrahl 18 wird dann wiederum durch ein Strahltransformationselement 28 geführt, das zur Umformung des Kombinationsstrahls 18 in die
gewünschte linienförmige Nutzlichtverteilung L beiträgt. Durch das Abschlussoptikmittel 36a bzw. 36b des jeweiligen optischen Kanals 22a bzw. 22b tritt jeweils ein
zugeordneter Kanalausgangsstrahl 38a bzw. 38b aus (vgl. Figur 8) . Im dargestellten Beispiel ist jedem optischen Kanal 22a bzw. 22b je ein Umlenkkörper 42a bzw. 42b
zugeordnet, so dass die Kanalausgangsstrahlen in der beschriebenen Art und Weise zu der Strahltaille 46
zusammengeführt werden. Die Umlenkung der Kanalausgangsstrahlen 36a und 36b mittels einer Zylinderlinse 56 für den Fall einer Anordnung mit zwei optischen Kanälen 22a und 22b ist in Figur 9
dargestellt. Die Zylinderlinse 56 ist dabei im Strahlengang auf die Abschlussoptikmittel 36a und 36b folgend angeordnet und erfasst die zwei optischen Kanäle 22a und 22b.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Anordnung (16) zur Überführung von
Laserstrahlen (14a - 14f) wenigstens zweier
Laserlichtquellen (12a - 12f) in einen
Kombinationsstrahl (18) welcher eine Strahltaille (46) aufweist,
wobei die optische Anordnung (16) eine
Strahlführungsoptik (20) umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass wenigstens zwei getrennte optische Kanäle (22a - 22c) für die Laserstrahlen (14a - 14c) bereitgestellt werden, wobei jeder optische Kanal (22a - 22c) ein Abschlussoptikmittel (36a - 36c) zum Austreten eines Kanalausgangsstrahls (38a - 38c) des jeweiligen optischen Kanals (22a - 22c) aufweist, wobei wenigstens ein Umlenkkörper (42a - 42c)
vorgesehen ist, der nur einem optischen Kanal (22a - 22c) zugeordnet ist, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) derart ausgebildet ist, dass ausschließlich der Kanalausgangsstrahl (38a - 38c) des zugeordneten optischen Kanals (22a - 22c) erfasst wird und der erfasste Kanalausgangsstrahl (38a - 38c) in Richtung eines Fokusbereichs (44) gelenkt wird.
2. Optische Anordnung (16) nach Anspruch 1, wobei einem optischen Kanal (22a - 22c) maximal ein Umlenkkörper (42a - 42c) zugeordnet ist.
3. Optische Anordnung (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei für jeden optischen Kanal (22a - 22c) ein Umlenkkörper (42a - 42c) vorgesehen ist.
4. Optische Anordnung (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei einem optischen Kanal (22a - 22c) nur dann ein
Umlenkkörper (42a - 42c) zugeordnet ist, wenn der Kanalausgangsstrahl (38a, 38c) , der durch das
Abschlussoptikmittel (36a, 36c) dieses optischen
Kanals (22a, 22c) austritt, eine Ausbreitungsrichtung aufweist, welche nicht in Richtung des Fokusbereichs (44) weist.
5. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Strahlführungsoptik (20) derart ausgebildet ist, dass die aus den optischen Kanälen (22a - 22c) austretenden Kanalausgangsstrahlen (38a - 38c) sämtlich eine Ausbreitungsrichtung parallel zu einer gemeinsamen Hauptrichtung (40) aufweisen.
6. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) als Transmissionsoptik ausgebildet ist, wobei der erfasste Kanalausgangsstrahl (38a - 38c) durch eine
Lichteintrittsfläche (48) in den Umlenkkörper (42a - 42c) eingestrahlt wird und durch eine
Lichtaustrittsfläche (50) aus dem Umlenkkörper (42a - 42c) austritt.
7. Optische Anordnung (16) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Lichteintrittsfläche (48) schräg zur
Lichtaustrittsfläche (50) verläuft.
8. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c)
monolithisch aus einem für die Laserstrahlen
transparentem Material ausgebildet ist.
9. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) derart ausgebildet ist, dass die Divergenz des erfassten Kanalausgangsstrahls (38a - 38c) vor und nach dem Umlenken durch den Umlenkkörper (42a - 42c)
unverändert ist.
10. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) als optisches Prisma ausgebildet ist.
11. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) als Reflexionsoptik ausgebildet ist.
12. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei ein Linsenmittel (52) vorgesehen ist, welches im Strahlengang auf die Strahltaille (46) folgend oder in der Strahltaille (46) angeordnet ist.
13. Optische Anordnung (16) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Linsenmittel als Kollimatorlinse (52) ausgebildet ist, welche zumindest einseitig eine Brennebene (54) oder Brennlinie aufweist, und wobei die Kollimatorlinse (52) derart angeordnet ist, dass die Brennebene (54) oder Brennlinie durch den
Fokusbereich (44) verläuft.
14. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Strahlführungsoptik (20) in jedem optischen Kanal (22a - 22c) jeweils ein Teleskop (32) zur Strahlformung umfasst, und wobei das
Abschlussoptikmittel (36a - 36c) Bestandteil des
Teleskops (32) in dem jeweiligen optischen Kanal (22a
- 22c) ist.
15. Optische Anordnung (16) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Teleskop (32) als anamorphotisches Teleskop ausgebildet ist.
16. Lasersystem (10) zur Erzeugung einer
Nutzlichtverteilung (L) , welche einen linienförmigen Strahlquerschnitt aufweist, umfassend:
- wenigstens zwei Laserlichtquellen (12a - 12f) , wobei jede Laserlichtquelle (12a - 12f) zur Abgabe
wenigstens eines Laserstrahls (14a - 14f) ausgebildet ist ;
- eine optische Anordnung (16) nach einem der
vorherigen Ansprüche, wobei die optische Anordnung (16) derart angeordnet ist, die Laserstrahlen (14a - 14f) der Laserlichtquellen (12a - 12f) in den
Kombinationsstrahl (18) überführt werden;
- eine Umformoptik (26) zur Formung des linienförmigen Intensitätsprofils aus dem Kombinationsstrahl (18), wobei die Umformoptik (26) im Strahlengang nach der Strahltaille (46) des Kombinationsstrahls (18) angeordnet ist.
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