WO2023218031A1 - Optik, vorrichtung und verfahren zur bearbeitung eines werkstücks - Google Patents

Optik, vorrichtung und verfahren zur bearbeitung eines werkstücks Download PDF

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WO2023218031A1 PCT/EP2023/062756 EP2023062756W WO2023218031A1 WO 2023218031 A1 WO2023218031 A1 WO 2023218031A1 EP 2023062756 W EP2023062756 W EP 2023062756W WO 2023218031 A1 WO2023218031 A1 WO 2023218031A1
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focusing
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Georg KÖNIG
Oskar Hofmann
Marcel Prochnau
Jörg Hofmann
Cailing FU
Mario HESKER
Nicole Grubert
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Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
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    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source

Definitions

  • the present invention relates to an optics for generating a linear focus, as well as a device and a method for processing a workpiece.
  • Surfaces can be structured by removing material using light.
  • Conventional setups use pulsed laser radiation, which is focused on the object to be processed using a focusing optical element.
  • the resolution of an image using a focusing optical element is determined, among other things, by the working distance and the size of the aperture. In order to be able to create sufficiently small structures, short working distances must be maintained. This limits the field of view of a corresponding optical element. In this case, the area that can be processed with the optical elements is limited in accordance with the field of view and is often only a few square millimeters in size.
  • the depth of field is comparatively small due to a large numerical aperture, which is necessary to create the smallest structures. This makes machining a surface sensitive to changes in the working distance.
  • the object of the invention is to produce microstructures with a size of a few micrometers on large processing surfaces on the order of several square decimeters. This object is achieved by an optics for generating a linear focus according to claim 1, a device for processing a workpiece according to claim 13 and a method for processing a surface according to claim 15. Advantageous developments are specified in the subclaims.
  • An optic according to the invention has at least one beam transformation element which has at least two different effective refractive powers. Furthermore, the optics according to the invention has a beam focusing array.
  • the beam focusing array has at least two focusing optical elements, each with at least one effective refractive power.
  • the optics according to the invention make it possible to form a linear focus at least along an optical axis of each focusing optical element of the beam focusing array.
  • the term “effective” refractive power enables a clear description of the optics according to the invention in the image of geometric optics.
  • Optical elements that have an effective refractive power can, analogous to optical elements that have a refractive power, incident light rays distract so that they meet in a focal point.
  • the value of the effective refractive power is also given as the reciprocal of a focal length.
  • the focal length refers to the distance between a main plane on which the refraction of the light rays can be traced back and the focal point at which the refracted light rays can meet.
  • the term “effective” is only intended to emphasize that it is irrelevant to the invention whether the deflection described above is caused by refraction, diffraction or reflection. It is also unimportant whether the light rays actually reach one focal point or beforehand to another meet optical element.
  • a beam path refers to the geometric path of light rays through an optical system.
  • ray paths pass through an element, this means that a ray of light can undergo a change in its properties at the point of the ray path where the element is located.
  • the light beam does not have to be transmitted through the optical element in question, but can also be reflected, for example.
  • the focusing optical elements of the beam focusing array are arranged such that beam paths which have experienced at least two different effective refractive powers of the beam transformation element run through each of the focusing optical elements.
  • at least two focus points can be generated behind each focusing optical element of the beam focusing array.
  • the at least two focus points are advantageously arranged along the optical axis of the respective focusing optical element.
  • a linear focus, a focus line or a longitudinal focus line is referred to below as a distance that contains at least two focus points on an optical axis of a focusing optical element.
  • An optical element that can have multiple refractive powers is, for example, an axicon.
  • An axicon is a lens with one plane and one conical shaped surface. The different effective refractive powers of the conical surface are therefore arranged in a ring around the optical axis of the axicon.
  • Incident light rays that, for example, run parallel to the optical axis of the axicon can, for example, experience a stronger refractive power the smaller their distance from the optical axis of the axicon.
  • an axicon has several focus points along its optical axis.
  • the beam transforming element can preferably be a diffractive optical element.
  • a diffractive optical element can transform the wavefronts of incident light rays, which can change the properties of outgoing light rays.
  • the properties that the diffractive optical elements have can be specifically determined by using analytical or iterative mathematical methods from the properties of the incident and the desired outgoing light rays.
  • the diffractive optical element can also be designed in such a way that it has at least two effective refractive powers. This means that the wave fronts of incident light rays can be transformed in such a way that emerging light rays potentially meet in at least two different focal points as the rays continue to travel.
  • the diffractive optical element is a transmissive diffractive optical element, so that transmitted light rays each experience one of the at least two effective refractive powers.
  • a transformation of the wave fronts can be brought about, for example, by different optical path lengths that light travels in the substrate.
  • the substrate can, for example, have a height profile, which can also be determined, for example, on the basis of analytical or iterative mathematical methods.
  • the beam transformation element can also be a reflective diffractive optical element, so that reflected light beams each experience one of the at least two effective refractive powers.
  • a reflecting surface of the reflective diffractive optical element can have a height profile that causes a corresponding transformation of the reflected wavefront.
  • the beam transformation element can be a variable diffractive optical element that can transform the wavefronts differently at different times. This can be, for example, a transmissive or reflective spatial light modulator.
  • the refractive powers of the beam transformation element can be continuously distributed. This means that there is a continuous frequency distribution of refractive powers and light rays passing through the beam focusing element can experience any effective refractive power that lies between a minimum effective refractive power and a maximum effective refractive power.
  • Each effective refractive power that the beam transforming element has can be functionally linked to a focal point on a longitudinal focus line.
  • a continuous frequency distribution of the effective refractive powers therefore enables the formation of a continuous longitudinal focus line.
  • the focal points can be present at individual points along the longitudinal focal line.
  • the refractive powers can then be selected, for example, so that the focus points are equidistant from one another.
  • the intensity of the light beam can be increased in a longitudinally limited area around a respective focus point in such a way that the area is suitable for processing surfaces. The distance between such focus points from one another can then be chosen so that these areas overlap and a continuous area of increased intensity is formed, even with a discrete frequency distribution of the effective refractive powers.
  • the beam transformation element can have at least two areas, each of which has a different effective refractive power. Each area can have at least two unconnected partial areas on the beam transforming element.
  • areas of different refractive power of the beam transformation element can be designed and arranged in such a way that the same beam power hits each area of a specific refractive power. This can be particularly advantageous if the power of each focal point that is part of a longitudinal focus line should be the same.
  • the areas of the beam transformation element, each of which has a specific refractive power can be arranged and designed in such a way that the integral of the intensity of the light beams over the area of the respective area results in the same power for all such areas.
  • the areas with the same refractive power can be annular and/or circular. It can be advantageous here to adapt the areas to the geometry of the intensity distribution of the light beam on the beam transformation element.
  • the intensity distribution of the light beams on the beam transformation element can, for example, be rotationally symmetrical and/or Gaussian-shaped.
  • the beam transforming element is, for example, a diffractive optical element and no geometrically delimitable areas of certain refractive power can be defined
  • the beam transforming element can be designed in such a way that the total power of all light beams that have experienced a certain effective refractive power of the beam transforming element has the same value for each effective refractive power has.
  • the properties that are necessary to produce such light beams can be determined using analytical or iterative methods.
  • the optics according to the invention also has a beam focusing array.
  • the beam focusing array has at least two focusing optical elements.
  • a focusing optical element can in principle be any optical element that has an effective refractive power and can focus a light beam.
  • the focusing optical element can be reflective, diffractive or refractive.
  • the at least two focusing optical elements are arranged in such a way that beam paths which have experienced at least two different refractive powers of the beam transformation element run through each of the at least two focusing optical elements. This can ensure that light rays that pass through the entire optics can be deflected by one focusing optical element to at least two focus points along their direction of propagation.
  • the focusing optical elements of the beam focusing array can be arranged next to one another along a first arrangement direction in such a way that all beam paths run through a focusing optical element only once.
  • the focusing optical elements can also be aligned so that their respective main planes are arranged parallel to one another.
  • the effective power of each focusing optical element can have the same value. It is particularly advantageous if the focusing optical elements are arranged such that their main planes lie in a plane that is parallel to the first arrangement direction.
  • the individual focusing optical elements can also be arranged next to one another in such a way that they touch their respective neighboring focusing optical elements at at least one point on their edges.
  • the focusing optical elements can be arranged along the first arrangement direction and along a second arrangement direction.
  • the focusing optical elements can preferably be arranged in an arrangement plane which is spanned by the first arrangement direction and the second arrangement direction.
  • the focusing optical elements can be aligned so that their respective main planes are parallel to the arrangement plane.
  • the focusing optical elements can be arranged at equidistant distances from one another.
  • the focusing optical elements of the beam focusing array can be arranged in such a way that their area occupied together in the arrangement plane is essentially oval, circular, rectangular or is square.
  • the focusing optical elements of the beam focusing array can be arranged such that the beam paths are perpendicular to the main planes of the focusing optical element.
  • the beam focusing array can be a microlens array, wherein the microlenses can be designed as convex, plano-convex, aspherical or as axicons.
  • the beam focusing array has a substrate that extends at least along the first direction and has a front and a back side.
  • the focusing optical elements can be formed by moldings on at least the front and/or the back.
  • the formations can be designed in such a way that each formation has properties of a convex lens, a plano-convex lens, an aspherical lens or an axicon.
  • the beam focusing array can be a diffractive optical element.
  • the focusing optical elements are designed as diffractive focusing optical elements, each of which has an effective refractive power and specifically reshapes incident light rays.
  • These diffractive focusing optical elements can be designed in such a way that they locally delay the phase of incident wave fronts.
  • the wavefronts of incident light rays can be transformed in such a way that emerging light rays are focused to a focal point.
  • the properties of the diffractive focusing optical elements can be specifically determined using analytical or iterative mathematical methods.
  • the optics have a beam homogenization element which causes a change in an intensity distribution of the light beams on the beam transformation element. It is particularly advantageous if a homogeneous intensity distribution can be generated. Depending on the application, intensity distributions can be advantageous for example, rectangular and homogeneous or round and homogeneous. The intensity distribution can, for example, also be adjusted so that a homogeneous intensity distribution is present only after passing through the beam transformation element, so that the same beam power hits each focusing optical element of the beam focusing array. To change the intensity distribution, diffractive optical elements can be used, the properties of which can be specifically calculated using analytical or iterative methods.
  • the optics have a scanner which is arranged in the beam path at least in front of the beam focusing array.
  • the scanner can be used to deflect light beams along the beam focusing array.
  • the focus lines can be created which can be generated along the optical axis of these particular focusing optical elements.
  • this arrangement makes it possible to selectively generate individual focus lines by deflecting light rays through the scanner so that they only pass through one focusing optical element.
  • the light beam can be deflected by the scanner to different subregions of the beam focusing array, each of which has a plurality of focusing optical elements. In this way, several focus lines can be generated simultaneously on the different subregions of the beam focusing array.
  • the scanner can be a galvanometer scanner, a polygon scanner or a transmissive optical deflector.
  • the exact design of the scanner is not limited to these designs.
  • a correction element in the beam path behind the scanner which causes the beam paths on the beam focusing array to be perpendicular to a main plane of the focusing optical elements.
  • This can be achieved by telecentric optics or by other optical elements or an arrangement of optical elements that can cause beam paths to be perpendicular to the main planes of the focusing optical elements.
  • the first rays of light are generated by a light source.
  • the light beams can advantageously be collimated and/or pulsed.
  • at least one of the light sources is pulsed, a laser or a pulsed laser.
  • the use of a pulsed laser, for example in the form of an ultra-short pulse laser, offers the advantage that the workpiece is subjected to less thermal stress.
  • high peak intensities can be generated with these lasers, which can be advantageous for surface processing overall.
  • the wavelength of light is not limited to a specific region of the electromagnetic spectrum.
  • the light advantageously has wavelengths in the UV, visible or infrared range.
  • the power, the beam profile or the intensity distribution of the beams of rays generated by the light source can be adjusted. It can be particularly advantageous if the light beam has a Gaussian beam profile, a Bessel beam profile or a homogeneous beam profile or can be adjusted to such.
  • At least one longitudinal focus line which intersects a processing plane, is generated using the optics to generate a linear focus.
  • the focus line can advantageously be perpendicular to the processing plane.
  • the processing plane can be flat or curved or have discontinuous areas.
  • a surface of a workpiece is arranged in the processing plane in such a way that at least one longitudinal focus line intersects the surface.
  • all focal lines can intersect the surface. It is particularly advantageous for the device if the intersection of at least one focus line and the surface lies in the center of the at least one focus line.
  • the workpiece can move along in a direction that lies in the editing plane.
  • the workpiece can be moved on a conveyor belt or, for example, be an unrolled part of a belt in a roll-to-roll process.
  • a light beam is generated which, using optics according to the invention, produces a longitudinal focus line for each focusing optical element, which contains at least two focus points.
  • a surface of the workpiece is cut by the focus line in at least one intersection point in the method. It can be particularly advantageous if the focus line is perpendicular to the surface. It can also be advantageous if the light beam is pulsed.
  • the method can be used advantageously when the workpiece moves along the longitudinal focus line. This may mean that the distance between the intersection at which a longitudinal focus line intersects the surface of the workpiece and the focusing optical element that produces the longitudinal focus line from incident light rays changes. A change in this distance can be triggered, for example, by vibrations of a workpiece along the longitudinal focus line. It can be advantageous if the longitudinal focus line hits the surface of the workpiece perpendicularly.
  • the surface of the workpiece can be moved along a first direction, the first direction being perpendicular to the focus line and lying parallel to the surface.
  • a movement can be characterized by speed and acceleration values of the workpiece at different points in time.
  • the movement can preferably be a constant movement.
  • the movement can also be an accelerated movement at certain times in the process.
  • the movement can also be stopped or reversed in direction.
  • the movement can also be controlled additionally or exclusively depending on parameters other than specific points in time. As parameters, for example, wise a position of the workpiece, a speed and / or acceleration of the workpiece serve. In particular, the times at which light pulses are generated can also serve as parameters.
  • the workpiece will be machined at all points where it has intersections with longitudinal focus lines that can be created. For the sake of simplicity, the following description does not take the transverse extent of the focus points into account.
  • the set of all intersections of the longitudinal focus lines with the workpiece forms longitudinal intersection lines.
  • These longitudinal cutting lines contain all points of the workpiece that are machinable when the workpiece is at rest.
  • the set of all intersections of the workpiece with the longitudinal focus lines forms multiple intersection surfaces.
  • the cutting surfaces are each spanned by a longitudinal cutting line and the first direction and each contain an intersection of a longitudinal focus line with the workpiece.
  • the cut surfaces contain all points of the workpiece that can be processed in the advantageous embodiment of the method in which the workpiece can move along the first direction. If a - essentially two-dimensional - surface of the workpiece is machined, machining lines result from the intersections of the cutting surface with the surface.
  • an angle that is included between the first direction and a second direction is not an integer multiple of 90°.
  • the second direction here is the direction along which the focusing optical elements are at the shortest distance from one another.
  • the angle that is included by the first direction and the second direction is also referred to below as the angle of attack.
  • a pattern can be generated on the surface, which is formed from points on the surface. If the surface is moved along the first direction and light pulses are also generated at times t p , the light beam can be deflected in the method at at least one of the times t p in such a way that one of the focus lines is generated, which defines the surface to be processed at a point in the pattern cuts. The light beam can therefore always be deflected to one of the focus lines exactly when a point of the pattern is on this focus line.
  • the method can be designed such that at at least one of the times t p the light beam is deflected in such a way that at least two of the focus lines are generated simultaneously, each of which intersects the surface to be processed at a point in the pattern.
  • the points of the pattern can advantageously be created as through holes in the workpiece or as surface removal.
  • the shape of the surface removal or holes at the points of the pattern is not limited to round shapes, but can be any shape that can be imaged with the optics.
  • the light beam is pulsed periodically and the position or speed of movement of the surface and the deflection of the light beams are adjusted by the scanner so that the condition described above can be met.
  • the movement of the workpiece and the scanner can in this case be controlled so that at each periodically occurring pulse time at least one focus line is generated which intersects the surface at a point which is an element of the pattern.
  • the position and design of the focusing optical elements of the beam focusing array can be adapted to the pattern to be generated, so that the beam focusing array is illuminated over the entire area or over part of the area by each laser pulse in order to generate all points and/or subsets of the points of the pattern.
  • Figure 2 various embodiments of optics according to the invention with a scanner
  • Figure 3 a method for generating points of a pattern on a surface.
  • Figure 4 a method for generating points of a pattern on a surface, where the included angle between the first direction and the second direction is not equal to an integer multiple of 90°.
  • Figure 1 shows various embodiments of the optics according to the invention.
  • the optics are shown in their simplest arrangement, with all elements arranged along one direction.
  • mirrors can be located at any point in the beam path as long as the underlying arrangement of the elements shown along the beam path is not changed.
  • optional beam-shaping elements such as lens systems, can be arranged in the beam path, which enlarge or reduce the cross section of a light beam.
  • the coordinate system 1 shown is used for orientation.
  • Figure la shows a beam transformation element 12, which is arranged in the beam path in front of a beam focusing array 15.
  • focusing optical elements 16 are aligned side by side along an x-direction in a plane that is parallel to the beam transforming element 12.
  • the beam transformation element 12 is shown schematically as a diffractive optical element and the beam focusing array 15 as a microlens array.
  • a beam of rays 11 passes through the beam transformation element 12.
  • the transformed beam of rays 14 generated thereby passes through the beam focusing array 15.
  • a partial beam of rays with a longitudinal focus line 17 is generated.
  • the focusing optical elements 16 of the beam focusing array 15 are shown schematically as lenses in Figure la.
  • Figure lb shows an arrangement similar to Figure la, in which the beam focusing array 15 is, however, a diffractive optical element. Otherwise, please refer to the description of Fig. la).
  • the diffractive optical elements of the beam focusing array 15 have an analogous effect to the focusing optical elements 16 in Fig. la).
  • a beam homogenization element 13 is arranged in the beam path in front of the beam transformation element 12.
  • the beam 11 first passes through the beam homogenization element 13.
  • the intensity distribution of the beam can, for example, be homogeneous.
  • the shaped beam 18 impinges on the beam transforming element 12, creating a transformed shaped beam 19 which subsequently passes through the beam focusing array 15 to produce longitudinal focus lines 17.
  • Figure ld shows the arrangement from Figure lc together with the surface of a workpiece 3.
  • the surface of the workpiece 3 is arranged such that it is intersected by the longitudinal focus lines 17.
  • Figure 2a shows part of the optics together with a scanner 21, which is arranged in the beam path behind the beam transformation element 12, which is not shown in Figures 2a) and b).
  • the beam 22a, b can be deflected along the beam focusing array 15 in the direction of the x-axis.
  • the beams of rays are shown at two different deflection angles.
  • the first deflected beam 22a is so directs that it generates a first pair of focus lines 23a.
  • Another, second deflected beam 22b generates a second pair of focus lines 23b when passing through a different location of the beam focusing array 15. Since the beam focusing array can be chosen to be of any size, this makes it possible to process large areas.
  • the number of focus lines that are simultaneously generated by the deflected light beam depends on the beam size of the deflected light beam on the beam focusing array 15, which can be chosen essentially arbitrarily.
  • the light beam 22a can advantageously also be shaped so that it only illuminates one focusing optical element 16 at the same time and as a consequence only one focus line is generated at the same time.
  • FIG 2b a similar arrangement of scanner 21 and beam focusing array 15 is shown as in Figure 2a).
  • a correction element 24 is arranged between the scanner 21 and the beam focusing array 15.
  • the correction element 24 corrects the angle of incidence of the deflected beam of rays 22a such that the corrected, deflected beam of rays 25a impinges on the focusing optical element 15 perpendicular to the main plane of the focusing optical element 15.
  • the beam transforming element 12 can also have the correcting properties of the correction element 24.
  • Figure 2c shows an arrangement in which the scanner 21 is arranged in the beam path both in front of the beam focusing array 15 and in front of the beam transformation element 12.
  • the beam of rays 26a can therefore first be deflected via the beam transformation element 12 and, as a result, via the beam focusing array 15.
  • the beam transformation element 12 also has the correcting properties of the correction element 24, which cause the deflected beam bundles 27b to strike the focusing optical elements 15 perpendicular to the main plane of the focusing optical elements 15.
  • Figure 3 visualizes a method according to the invention for generating a pattern 31 on the surface of a workpiece 3.
  • the pattern 31 can be generated by depositing energy in the form of light radiation at certain points on the surface. Energy deposition causes surface material to be removed via various mechanisms. The material removal here is not just limited to the surface. In advantageous embodiments, all of the material can be removed at desired locations, creating holes in the workpiece.
  • Figures 3a) and 3b) show a top view of the surface of the workpiece 3 along the z-direction.
  • the two figures show the arrangement at two different times during the procedure.
  • the aim of the method is to create the pattern 31, which has a large number of pattern points.
  • the surface removal generated at the pattern points 31a, b is not limited to a specific shape.
  • a hole 36 with a circular outline is shown in FIG.
  • the device allows a point of the pattern in the form of a hole or surface removal to be created under each focusing element 16 of the beam focusing array 15, along the corresponding longitudinal focus line.
  • the focusing optical elements 16 of the beam focusing array 15 have the shortest distance from one another along a second direction 33.
  • the beam focusing array 15 is arranged in this example so that the second direction is parallel to the x-axis 4.
  • the surface of the workpiece 3 is arranged in a processing plane which is intersected by the longitudinal focus lines.
  • the workpiece can be moved along the first direction 32.
  • the first direction extends along the y-axis 5 and is perpendicular to the second direction 33.
  • the set of all points that can potentially be created can be visualized by processing lines 34.
  • the processing lines 34 are parallel to the first direction 32, which is parallel to the y-direction 5 in FIG. This means that a processing line 34 exists for each focusing optical element 16.
  • the distance 35 between two adjacent processing lines 34 is in this case given by the distance between the centers of the associated optical elements 16 along the second direction 33.
  • the light source is advantageously pulsed and generates light pulses at times tp. If the surface of the workpiece 3 is moved along the first direction 32, a longitudinal focus line is generated at time tp, which intersects the surface of the workpiece 3 at a pattern point 31a. At this point, the light beam is deflected onto the focusing optical element 16, which creates this line of focus. This line of focus then intersects the surface and creates a hole 36 or surface erosion
  • Figures 3b) and c) the arrangement is shown at a time tp at which a longitudinal focus line 38 is generated which intersects the surface at a pattern point 31a in order to generate a pattern element. Holes 36 or surface ablations that have already been created are also shown in FIG. 3b.
  • the light beam can also be deflected such that multiple longitudinal focus lines 34 are created simultaneously. In this way, several pattern points 31b can be generated simultaneously, as shown in Figure 3a).
  • FIG. 4 shows the method described above in an advantageous embodiment.
  • An angle of attack 41 which is included between the first direction 32 and the second direction 33, is here not equal to an integer multiple of 90°.
  • the result is that the distance 43 between the processing lines 42 is smaller than if the first direction 32 is perpendicular to the second direction 33.
  • the processing lines 34 and their distance 35 of the arrangement at an angle of attack of 90 ° are shown again in FIG. In this case, the distance between two processing lines is equal to the length of the shortest distance between two focusing optical elements 44.
  • the advantageous embodiment in which the angle of attack is not equal to an integer multiple of 90 °, allows points of the pattern to be positioned at any distance 43 at any time to create large areas.
  • the smallest distance between two points of the pattern that can be created in the y-direction 5 can be determined arbitrarily by the movement speed of the workpiece.
  • the minimum distance in the x-direction 4 is given by the distance 43 between two adjacent processing lines 42, which can be adjusted by the angle of attack 41.
  • this method can also be used to generate patterns that are learned at distances that are shorter than the shortest distance between adjacent longitudinal focus lines.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks.

Description

Optik, Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werk- Stücks.
Oberflächen können durch Materialabtrag mit Hilfe von Licht strukturiert werden. Konventionelle Aufbauten bedienen sich dafür gepulster Laserstrahlung, die mit einem fokussierenden optischen Element auf das zu bearbeitende Ob- jekt fokussiert wird. Das Auflösungsvermögen einer Abbildung mittels eines fokussierenden optischen Elements wird unter anderem durch den Arbeitsabstand und die Größe der Apertur bestimmt. Um hinreichend kleine Strukturen erzeugen zu können, müssen kurze Arbeitsabstände eingehalten werden. Das beschränkt das Sichtfeld eines entsprechenden optischen Elements. In diesem Fall ist auch die Fläche, die mit den optischen Elementen bearbeitbar ist, dem Sichtfeld entsprechende eingeschränkt und oft nur wenige Quadratmillimeter groß.
Des Weiteren ist die Schärfentiefe durch eine große numerische Apertur, die zur Erzeugung kleinster Strukturen nötig ist, vergleichsweise gering. Das macht die Bearbeitung einer Oberfläche empfindlich gegenüber Änderungen des Arbeitsabstands.
Großflächige feinstrukturierte Oberflächen lassen sich also nur erschwert herstellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Kleinststrukturen mit einer Größe von wenigen Mikrometer auf großen Bearbeitungsflächen in der Größenordnung mehrerer Quadratdezimeter zu erzeugen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks nach Anspruch 13 und ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche nach Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Optik weist zumindest ein Strahltransformierungselement auf, das zumindest zwei unterschiedliche effektive Brechkräfte aufweist. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Optik ein Strahlfokussierungsarray auf. Das Strahlfokussierungsarray weist zumindest zwei fokussierende optische Elemente mit jeweils zumindest einer effektiven Brechkraft auf. Durch die erfindungsgemäße Optik ist die Ausbildung eines linearen Fokus zumindest entlang einer optischen Achse jedes fokussierenden optischen Elements des Strahlfokussierungsarrays möglich.
Die Bezeichnung „effektive" Brechkraft ermöglicht eine anschauliche Beschreibung der erfindungsgemäßen Optik im Bild der geometrischen Optik. Optische Elemente, die eine effektive Brechkraft aufweisen, können analog zu optischen Elementen, die eine Brechkraft aufweisen, einfallende Lichtstrahlen so ablenken, dass sie sich in einem Fokuspunkt treffen. In Analogie zur Brechkraft ist auch der Wert der effektiven Brechkraft als Kehrwert einer Brennweite gegeben. Die Brennweite bezeichnet die Distanz zwischen einer Hauptebene, auf die die Brechung der Lichtstrahlen zurückzuführen ist, und dem Fokuspunkt, in dem sich die gebrochenen Lichtstrahlen treffen können. Die Bezeichnung „effektiv" soll dabei lediglich herausstellen, dass es für die Erfindung unerheblich ist, ob die oben beschriebene Ablenkung durch Refraktion, Diffraktion oder Reflexion bewirkt wird. Ebenso ist davon unbenommen, ob die Lichtstrahlen einen Fokuspunkt tatsächlich erreichen, oder vorher auf ein anderes optisches Element treffen.
Ein Strahlengang bezeichnet den geometrischen Verlauf von Lichtstrahlen durch ein optisches System. Wenn Strahlengänge durch ein Element verlaufen, bedeutet das, dass ein Lichtstrahl an der Stelle des Strahlengangs, an dem sich das Element befindet, eine Veränderung seiner Eigenschaften erfahren kann. Dazu muss der Lichtstrahl nicht durch das betreffende optische Element transmittiert werden, sondern kann beispielsweise auch reflektiert werden.
Lichtstrahlen und damit auch Strahlengänge, die durch das Strahltransformierungselement verlaufen, erfahren jeweils eine der zumindest zwei effektiven Brechkräfte des Strahltransformierungselements. Die fokussierenden optischen Elemente des Strahlfokussierungsarrays sind erfindungsgemäß derart angeordnet, dass durch jedes der fokussierenden optischen Elemente Strahlengänge verlaufen, die zumindest zwei unterschiedliche effektive Brechkräfte des Strahltransformierungselements erfahren haben. Auf diese Weise können hinter jedem fokussierenden optischen Element des Strahlfokussierungsarrays zumindest zwei Fokuspunkte erzeugt werden. Die zumindest zwei Fokuspunkte sind vorteilhafterweise entlang der optischen Achse des jeweiligen fokussierenden optischen Elements angeordnet. Als linearer Fokus, als Fokuslinie oder als longitudinale Fokuslinie wird im Folgenden eine Strecke bezeichnet, die zumindest zwei Fokuspunkte auf einer optischen Achse eines fokussierenden optischen Elements enthält.
Ein optisches Element, das mehrere Brechkräfte aufweisen kann, ist beispielsweise ein Axicon. Ein Axicon ist eine Linse mit einer planen und einer konisch geformten Oberfläche. Die unterschiedlichen effektiven Brechkräfte der konischen Oberfläche sind dadurch ringförmig um die optische Achse des Axicons angeordnet. Einfallende Lichtstrahlen, die beispielsweise parallel zur optischen Achse des Axicons verlaufen, können zum Beispiel eine umso stärkere Brechkraft erfahren, je kleiner ihr Abstand zur optischen Achse des Axicons ist. Für parallel einfallende Lichtstrahlen weist ein Axicon dadurch mehrere Fokuspunkte entlang seiner optischen Achse auf.
Das Strahltransformierungselement kann vorzugsweise ein diffraktives optisches Element sein. Ein diffraktives optisches Element kann die Wellenfronten einfallender Lichtstrahlen transformieren, wodurch Eigenschaften auslaufender Lichtstrahlen verändert werden können. Die Eigenschaften, die die diffrak- tiven optischen Elemente dazu aufweisen, können gezielt durch Anwendung analytischer oder iterativer mathematischer Verfahren aus den Eigenschaften der einfallenden und der erwünschten auslaufenden Lichtstrahlen bestimmt werden. Das diffraktive optische Element kann dabei auch so ausgebildet werden, dass es zumindest zwei effektive Brechkräfte aufweist. Das bedeutet, dass die Wellenfronten einfallender Lichtstrahlen derart transformiert werden können, dass sich ausfallende Lichtstrahlen im weiteren Strahlenverlauf potenziell in zumindest zwei unterschiedlichen Fokuspunkten treffen.
Vorteilhafterweise ist das diffraktive optische Element ein transmissives diffraktives optisches Element, sodass transmittierte Lichtstrahlen jeweils eine der zumindest zwei effektiven Brechkräfte erfahren. Eine Transformation der Wellenfronten kann z.B. durch unterschiedliche optische Weglängen, die Licht im Substrat zurücklegt, bewirkt werden. Das Substrat kann dafür beispielsweise ein Höhenprofil aufweisen, das ebenfalls z.B. auf Basis der analytischen oder iterativen mathematischen Verfahren bestimmt werden kann.
In einer optionalen Ausgestaltung kann das Strahltransformierungselement auch ein reflektives diffraktives optisches Element sein, sodass reflektierte Lichtstrahlen jeweils eine der zumindest zwei effektiven Brechkräfte erfahren. Dafür kann eine reflektierende Fläche des reflektiven diffraktiven optischen Elements ein Höhenprofil aufweisen, das eine entsprechende Transformation der reflektierten Wellenfront bewirkt. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann das Strahltransformierungselement ein variables diffraktives optisches Element sein, das die Wellenfronten zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedlich transformieren kann. Dies kann beispielsweise ein transmissiver oder reflektiver spatial light modulator sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Strahltransformierungselements können die Brechkräfte des Strahltransformierungselements kontinuierlich verteilt sein. Das bedeutet, dass eine kontinuierliche Häufigkeitsverteilung der Brechkräfte vorliegt und Lichtstrahlen, die das Strahlfokussierungselement durchlaufen, jede effektive Brechkraft, die zwischen einer minimalen effektiven Brechkraft und einer maximalen effektiven Brechkraft liegt, erfahren können.
Jede effektive Brechkraft die das Strahltransformierungselement aufweist, kann funktional mit einem Fokuspunkt auf einer longitudinalen Fokuslinie verknüpft werden. Eine kontinuierliche Häufigkeitsverteilung der effektiven Brechkräfte ermöglicht daher eine Ausbildung einer kontinuierlichen longitudinalen Fokuslinie. Bei einer diskreten Häufigkeitsverteilung der effektiven Brechkräfte können die Fokuspunkte an einzelnen Punkten entlang der longitudinalen Fokuslinie vorliegen. Dann können die Brechkräfte beispielsweise so gewählt werden, dass die Fokuspunkte äquidistant zueinander beabstandet sind. Die Intensität des Lichtstrahls kann in einem longitudinal begrenzten Bereich um einen jeweiligen Fokuspunkt derart erhöht sein, dass sich der Bereich zur Bearbeitung von Oberflächen eignet. Der Abstand derartiger Fokuspunkte zueinander kann dann so gewählt werden, dass sich diese Bereiche überlagern und sich selbst bei einer diskreten Häufigkeitsverteilung der effektiven Brechkräfte ein kontinuierlicher Bereich erhöhter Intensität bildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Strahltransformierungselement zumindest zwei Bereiche aufweisen, die jeweils eine unterschiedliche effektive Brechkraft aufweisen. Jeder Bereich kann zumindest zwei unzusammenhängende Teilbereiche auf dem Strahltransformierungselement aufweisen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung können Bereiche unterschiedlicher Brechkraft des Strahltransformierungselements derart ausgebildet und angeordnet sein, dass auf jeden Bereich einer bestimmten Brechkraft die gleiche Strahlleistung trifft. Das kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Leistung jedes Fokuspunkts, der Teil einer longitudinalen Fokuslinie ist, gleich sein soll. Die Bereiche des Strahltransformierungselements, die jeweils eine bestimmte Brechkraft aufweisen, können derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das Integral der Intensität der Lichtstrahlen über die Fläche des jeweiligen Bereichs, für alle derartigen Bereiche die gleiche Leistung ergibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Bereiche gleicher Brechkraft ringförmig und/oder kreisförmig ausgebildet sein. Es kann hier von Vorteil sein, die Bereiche an die Geometrie der Intensitätsverteilung des Lichtbündels auf dem Strahltransformierungselements anzupassen. Die Intensitätsverteilung der Lichtstrahlen auf dem Strahltransformierungselements kann beispielsweise rotationssymmetrisch und/oder Gauß-förmig sein.
Ist das Strahltransformierungselement beispielsweise ein diffraktives optisches Element und es lassen sich keine geometrisch eingrenzbaren Bereiche bestimmter Brechkraft definieren, lässt sich das Strahltransformierungselement derart ausbilden, dass die Gesamtleistung aller Lichtstrahlen, die eine bestimmte effektive Brechkraft des Strahltransformierungselements erfahren haben, für jede effektive Brechkraft den gleichen Wert hat. Die Eigenschaften, die zur Erzeugung solcher Lichtstrahlen nötig sind, können in diesem Fall über analytische oder iterative Verfahren bestimmt werden.
Die erfindungsgemäße Optik weist zudem ein Strahlfokussierungsarray auf. Das Strahlfokussierungsarray weist zumindest zwei fokussierende optische Elemente auf. Ein fokussierendes optisches Element kann grundsätzlich jedes optische Element sein, das eine effektive Brechkraft aufweist und einen Lichtstrahl fokussieren kann. Das fokussierende optische Element kann sowohl re- flektiv, diffraktiv oder auch refraktiv sein. Die zumindest zwei fokussierenden optischen Elemente sind derart angeordnet, dass durch jedes der zumindest zwei fokussierenden optischen Elemente Strahlengänge verlaufen, die zumindest zwei unterschiedliche Brechkräfte des Strahltransformierungselements erfahren haben. Dadurch kann bewirkt werden, dass Lichtstrahlen, die die gesamte Optik durchlaufen, von jeweils einem fokussierenden optischen Element zu zumindest zwei Fokuspunkten entlang ihrer Ausbreitungsrichtung abgelenkt werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die fokussierenden optischen Elemente des Strahlfokussierungsarrays so entlang einer ersten Anordnungsrichtung nebeneinander angeordnet sein, dass alle Strahlengänge nur einmal durch ein fokussierendes optisches Element verlaufen. Die fokussierenden optischen Elemente können zudem so ausgerichtet sein, dass ihre jeweiligen Hauptebenen parallel zueinander angeordnet sind. Außerdem kann die effektive Brechkraft jedes fokussierenden optischen Elements den gleichen Wert aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die fokussierenden optischen Elemente so angeordnet sind, dass ihre Hauptebenen in einer Ebene liegen, die parallel zur ersten Anordnungsrichtung ist. Die einzelnen fokussierenden optischen Elemente können außerdem so nebeneinander angeordnet sein, dass sie ihre jeweiligen benachbarten fokussierenden optischen Elemente an zumindest einem Punkt an deren Rändern berühren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die fokussierenden optischen Elemente entlang der ersten Anordnungsrichtung und entlang einer zweiten Anordnungsrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise können die fokussierenden optischen Elemente in einer Anordnungsebene angeordnet sein, die von der ersten Anordnungsrichtung und der zweiten Anordnungsrichtung aufgespannt wird. Dabei können die fokussierenden optischen Elemente so ausgerichtet sein, dass ihre jeweiligen Hauptebenen parallel zur Anordnungsebene sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die fokussierenden optischen Elemente in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet sein. Vorteilhafterweise können die fokussierenden optischen Elemente des Strahlfokussierungsarrays derart angeordnet sein, dass ihre gemeinsam in der Anordnungsebene eingenommene Fläche im Wesentlichen oval, kreisförmig, rechteckig oder quadratisch ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die fokussierenden optischen Elemente des Strahlfokussierungsarrays derart angeordnet sein, dass die Strahlengänge senkrecht zu Hauptebenen der fokussierenden optischen Element stehen.
In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung kann das Strahlfokussierungsarray ein Mikrolinsenarray sein, wobei die Mikrolinsen konvex, plan-konvex, asphärisch oder als Axicons ausgebildet sein können. Das kann bedeuten, dass das Strahlfokussierungsarrays ein Substrat aufweist, das sich zumindest entlang der ersten Richtung erstreckt und eine Vorder- und eine Rückseite aufweist. Die fokussierenden optischen Elemente können dabei durch Ausformungen an zumindest der Vorder- und/oder der Rückseite ausgebildet sein. Die Ausformungen können dabei derart ausgebildet sein, dass jede Ausformung Eigenschaften einer konvexen Linse, einer plan-konvexen Linse, einer asphärischen Linse oder eines Axicons aufweist.
Das Strahlfokussierungsarray kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein dif- fraktives optisches Element sein. Die fokussierenden optischen Elemente sind dabei als diffraktive fokussierende optische Elemente ausgebildet, die jeweils eine effektive Brechkraft aufweisen und einfallende Lichtstrahlen gezielt umformen. Diese diffraktiven fokussierenden optischen Elemente können derart ausgebildet sein, dass sie einfallende Wellenfronten lokal in ihrer Phase verzögern. Die Wellenfronten einfallender Lichtstrahlen können dadurch derart transformiert werden, dass ausfallende Lichtstrahlen zu einem Fokuspunkt fokussiert werden. Auch hier können die Eigenschaften der diffraktiven fokussierenden optischen Elemente gezielt über analytische oder iterative mathematische Verfahren bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Optik ein Strahlhomogenisierungselement auf, das eine Veränderung einer Intensitätsverteilung der Lichtstrahlen auf dem Strahltransformierungselement bewirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine homogene Intensitätsverteilung erzeugt werden kann. Je nach Anwendung können Intensitätsverteilungen vorteilhaft sein, die beispielsweise rechteckig und homogen oder rund und homogen sind. Die Intensitätsverteilung kann beispielsweise auch so angepasst werden, dass erst nach dem Durchgang durch das Strahltransformierungselement eine homogene Intensitätsverteilung vorliegt, sodass auf jedes fokussierende optische Element des Strahlfokussierungsarrays von der gleichen Strahlleistung trifft. Zur Veränderung der Intensitätsverteilung können diffraktive optische Elemente benutzt werden, deren Eigenschaften durch analytische oder iterative Verfahren gezielt berechnet werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Optik einen Scanner auf, der im Strahlengang zumindest vor dem Strahlfokussierungsarray angeordnet ist. Mit dem Scanner sind Lichtstrahlen entlang des Strahlfokussierungsarrays ablenkbar. Indem Lichtstrahlen zu bestimmten fokussierenden optischen Elementen abgelenkt werden, können die Fokuslinien erzeugt werden, die entlang der optischen Achse dieser bestimmten fokussierenden optischen Elemente erzeugbar sind. Zum einen ermöglicht diese Anordnung, einzelne Fokuslinien selektiv zu erzeugen, indem Lichtstrahlen durch den Scanner so abgelenkt werden, dass sie nur ein fokussierendes optisches Element durchlaufen. Außerdem kann der Lichtstrahl durch den Scanner zu verschiedenen Teilbereichen des Strahlfokussierungsarrays, die jeweils mehrere fokussierende optische Elemente aufweisen, abgelenkt werden. Auf diese Weise können an den unterschiedlichen Teilbereichen des Strahlfokussierungsarrays jeweils mehrere Fokuslinien gleichzeitig erzeugt werden.
Vorteilhafterweise kann der Scanner ein Galvanometerscanner, ein Polygonscanner oder ein transmissiver optische Deflektor sein. Die genaue Ausgestaltung des Scanners ist aber nicht auf diese Bauformen beschränkt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich im Strahlengang hinter dem Scanner ein Korrekturelement, das bewirkt, dass die Strahlengänge am Strahlfokussierungsarray senkrecht auf einer Hauptebene der fokussierenden optischen Elemente stehen. Das kann durch eine telezentrische Optik erreicht werden oder durch andere optische Elemente oder einer Anordnung optischer Elemente, die bewirken können, dass Strahlengänge senkrecht auf den Hauptebenen der fokussierenden optischen Elemente stehen.
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks werden erste Lichtstrahlen von einer Lichtquelle erzeugt. Die Lichtstrahlen können vorteilhafterweise kollimiert sein und/oder gepulst sein. In einer bevorzugten Ausführung ist mindestens eine der Lichtquellen gepulst, ein Laser oder ein gepulster Laser. Die Verwendung eines gepulsten Lasers, beispielsweise in der Form eines Ultra-Kurz-Puls-Lasers, bietet den Vorteil, dass das Werkstück weniger stark thermisch belastet wird. Außerdem können mit diesen Lasern hohe Spitzenintensitäten erzeugt werden, was insgesamt vorteilhaft für die Oberflächenbearbeitung sein kann. Die Wellenlänge des Lichts ist nicht auf einen bestimmten Bereich des elektromagnetischen Spektrums beschränkt. Vorteilhafterweise weist das Licht Wellenlängen im UV-, sichtbaren, oder infraroten Bereich auf.
Es kann zudem von Vorteil sein, wenn weitere Lichtstrahlen von zumindest einer zweiten Lichtquelle erzeugt werden und sich die jeweiligen Strahlgänge zumindest in bestimmten Abschnitten entlang des Strahlengangs überlagern oder in bestimmten Abschnitten entlang des Strahlengangs parallel verlaufen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Leistung, das Strahlprofil oder die Intensitätsverteilung der von der Lichtquelle erzeugten Strahlenbündel einstellbar ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Lichtstrahl ein Gauß-Strahl- profil, ein Besselstrahl-profil oder ein homogenes Strahlprofil aufweist bzw. auf ein solches einstellbar ist.
Aus den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen wird mit der Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus zumindest eine longitudinale Fokuslinie erzeugt, die eine Bearbeitungsebene schneidet. Die Fokuslinie kann hier vorteilhafterweise senkrecht auf der Bearbeitungsebene stehen. Die Bearbeitungsebene kann eben oder gekrümmt sein oder auch unstetige Stellen aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine Oberfläche eines Werkstücks derart in der Bearbeitungsebene angeordnet, dass zumindest eine longitudinale Fokuslinie die Oberfläche schneidet. Vorteilhafterweise können alle Fokuslinien die Oberfläche schneiden. Es ist besonders vorteilhaft für die Vorrichtung, wenn der Schnittpunkt von zumindest einer Fokuslinie und der Oberfläche im Zentrum der zumindest einen Fokuslinie liegt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann sich das Werkstück entlang einer Richtung, die in der Bearbeitungsebene liegt, bewegen. Vorteilhafterweise kann das Werkstück auf einem Förderband bewegt werden oder zum Beispiel ein abgerollter Teil eines Bandes in einem Rolle-zu-Rolle Prozess sein.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks wird ein Lichtstrahl erzeugt, der mit einer erfindungsgemäßen Optik je fokussierendem optischen Element eine longitudinalen Fokuslinie erzeugt, die zumindest zwei Fokuspunkte enthält. Eine Oberfläche des Werkstücks wird im Verfahren von der Fokuslinie in zumindest einem Schnittpunkt geschnitten. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Fokuslinie senkrecht auf der Oberfläche steht. Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn der Lichtstrahl gepulst wird.
Das Verfahren kann vorteilhaft zur Anwendung kommen, wenn sich das Werkstück entlang der longitudinalen Fokuslinie bewegt. Das kann bedeuten, dass der Abstand zwischen dem Schnittpunkt, in dem eine longitudinalen Fokuslinie die Oberfläche des Werkstücks schneidet, und dem fokussierenden optischen Element, das die longitudinale Fokuslinie aus einfallenden Lichtstrahlen erzeugt, sich verändert. Eine Veränderung dieses Abstands kann beispielsweise durch Schwingungen eines Werkstücks entlang der longitudinalen Fokuslinie ausgelöst werden. Es kann vorteilhaft sein, wenn die longitudinale Fokuslinie senkrecht auf die Oberfläche des Werkstücks trifft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann die Oberfläche des Werkstücks entlang einer ersten Richtung bewegt werden, wobei die erste Richtung senkrecht zur Fokuslinie steht und parallel zur Oberfläche liegt. Eine Bewegung kann durch Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte des Werkstücks zu verschiedenen Zeitpunkten gekennzeichnet sein. Die Bewegung kann bevorzugt eine konstante Bewegung sein. Optional kann die Bewegung aber auch zu bestimmten Zeitpunkten des Verfahrens eine beschleunigte Bewegung sein. Optional kann die Bewegung auch gestoppt werden cider in ihrer Richtung umgekehrt werden. Optional kann die Bewegung auch zusätzlich oder ausschließlich in Abhängigkeit von anderen Parametern als bestimmten Zeitpunkten gesteuert werden. Als Parameter können beispiels- weise eine Position des Werkstücks, eine Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Werkstücks dienen. Als Parameter können insbesondere auch die Zeitpunkte dienen, zu denen Lichtpulse erzeugt werden.
Das Werkstück wird an allen Stellen bearbeitet werden, an denen es Schnittpunkte mit erzeugbaren longitudinalen Fokuslinien aufweist. Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung auf eine Berücksichtigung der transversalen Ausdehnung der Fokuspunkte verzichtet. Wenn das Werkstück ruht, bildet die Menge aller Schnittpunkte der longitudinalen Fokuslinien mit dem Werkstück , longitudinale Schnittlinien. Diese longitudinalen Schnittlinien enthalten alle Punkte des Werkstücks, die bearbeitbar sind, wenn das Werkstück ruht.
Wenn das Werkstück beispielsweise entlang der ersten Richtung bewegt wird, dann bildet die Menge aller Schnittpunkte des Werkstücks mit den longitudinalen Fokuslinien mehrere Schnittflächen. Die Schnittflächen werden von je einer longitudinalen Schnittlinie und der ersten Richtung aufgespannt und enthalten je einen Schnittpunkt einer longitudinalen Fokuslinie mit dem Werkstück. Die Schnittflächen enthalten alle Punkte des Werkstücks, die in der vorteilhaften Ausführung des Verfahrens in der sich das Werkstück entlang der ersten Richtung bewegen kann, bearbeitet werden können. Wird eine - im Wesentlichen zweidimensionale - Oberfläche des Werkstücks bearbeitet, ergeben sich aus den Schnittpunkten der Schnittfläche mit der Oberfläche Bearbeitungslinien.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Winkel, der zwischen der ersten Richtung und einer zweiten Richtung eingeschlossen wird, ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 90°. Die zweite Richtung sei hier die Richtung, entlang welcher die fokussierenden optischen Elemente den kürzesten Abstand zueinander haben. Der Winkel, der von der ersten Richtung und der zweiten Richtung eingeschlossen wird, wird nachfolgend auch als Anstellwinkel bezeichnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann auf der Oberfläche ein Muster erzeugt werden, das aus Punkten auf der Oberfläche gebildet wird. Wird die Oberfläche entlang der ersten Richtung bewegt und außerdem Lichtpulse zu Zeitpunkten tp erzeugt, kann im Verfahren zu zumindest einem der Zeitpunkte tp der Lichtstrahl so abgelenkt werden, dass eine der Fokuslinien erzeugt wird, die die zu bearbeitende Oberfläche in einem Punkt des Musters schneidet. Es kann also immer genau dann der Lichtstrahl zu einer der Fokuslinien abgelenkt werden, wenn sich ein Punkt des Musters auf dieser Fokuslinie befindet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren derart ausgelegt sein, dass zu zumindest einem der Zeitpunkte tp der Lichtstrahl so abgelenkt wird, dass zumindest zwei der Fokuslinien gleichzeitig erzeugt werden, die die zu bearbeitende Oberfläche in jeweils einem Punkt des Musters schneiden.
Die Punkte des Musters können vorteilhafterweise als durchgehende Löcher im Werkstück oder als Oberflächenabtrag erzeugt werden. Die Form des Oberflächenabtrags oder der Löcher an den Punkten des Musters ist nicht auf runde Formen beschränkt, sondern kann jede Form aufweisen, die mit der Optik abbildbar ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Lichtstrahl periodisch gepulst ist und die Position oder Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche und die Ablenkung der Lichtstrahlen durch den Scanner so angepasst wird, dass die oben beschriebene Bedingung erfüllt werden kann. Die Bewegung des Werkstücks und der Scanner können in diesem Fall so gesteuert werden, dass zu jedem periodisch auftretenden Pulszeitpunkt zumindest eine Fokuslinie erzeugt wird, die die Oberfläche in einem Punkt schneidet, der ein Element des Musters ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Position und Ausbildung der fokussierenden optischen Elemente des Strahlfokussierungsarrays an das zu erzeugende Muster angepasst sein, sodass das Strahlfokussierungsarray von jedem Laserpuls vollflächig oder teilflächig ausgeleuchtet wird, um alle Punkte und/oder Teilmengen der Punkte des Musters zu erzeugen. Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft anhand von Figuren veranschaulicht werden.
Es zeigt:
Figur la)-d): beispielhafte Anordnungen von Elementen in erfindungsgemäßen Optiken.
Figur 2: verschiedene Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Optiken mit einem Scanner
Figur 3: ein Verfahren zur Erzeugung von Punkten eines Musters auf einer Oberfläche.
Figur 4: ein Verfahren zur Erzeugung von Punkten eines Musters auf einer Oberfläche, wobei der eingeschlossene Winkel zwischen erster Richtung und zweiter Richtung ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 90° ist.
Figur 1 zeigt verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Optik. Die Optik ist in ihrer einfachsten Anordnung dargestellt, in der alle Elemente entlang einer Richtung angeordnet sind. In weiteren, nicht dargestellten optionalen Ausführungen können sich Spiegel an jeder Stelle im Strahlengang befinden, solange die zugrundeliegende Anordnung der gezeigten Elemente entlang des Strahlengangs nicht verändert wird. Außerdem können optional strahlformende Elemente, wie beispielsweise Linsensysteme, im Strahlengang angeordnet sein, die einen Lichtstrahls in seinem Querschnitt vergrößern oder verkleinern. Das gezeigte Koordinatensystem 1 dient der Orientierung.
Figur la zeigt ein Strahltransformierungselement 12, das im Strahlengang vor einem Strahlfokussierungsarray 15 angeordnet ist. Im Strahlfokussierungsarray sind fokussierende optische Elemente 16 nebeneinander entlang einer x-Richtung in einer Ebene, die parallel zum Strahltransformierungselement 12 ist, ausgerichtet. In Figur la) ist das Strahltransformierungselement 12 schematisch als diffraktives optische Element und das Strahlfokussierungsarray 15 als Mikrolinsenarray dargestellt. Ein Strahlenbündel 11 tritt durch das Strahltransformierungselement 12. Das dadurch erzeugte transformierte Strahlenbündel 14 tritt durch das Strahlfokussierungsarray 15. Für jedes fokussierende optische Element 16, durch das das transformierte Strahlenbündel 14 verläuft, wird ein Teilstrahlenbündel mit einer longitudinalen Fokuslinie 17 erzeugt. Die fokussierenden optischen Elemente 16 des Strahlfokussierungsarrays 15 sind in Figur la schematisch als Linsen dargestellt.
Figur lb) zeigt eine zur Figur la ähnliche Anordnung, in dem das Strahlfokussierungsarray 15 allerdings ein diffraktives optisches Element ist. Ansonsten wird auf die Beschreibung zu Fig. la) verwiesen. Die diffraktiven optischen Elemente des Strahlfokussierungsarrays 15 haben dabei eine analoge Wirkung wie die fokussierenden optischen Elemente 16 in Fig. la).
In Figur lc) ist im Strahlengang vor dem Strahltransformierungselement 12 ein Strahlhomogenisierungselement 13 angeordnet. Das Strahlenbündel 11 tritt zuerst durch das Strahlhomogenisierungselement 13. Dadurch wird ein geformtes Strahlenbündel 18 mit einer vorteilhaften Intensitätsverteilung erzeugt. Die Intensitätsverteilung des Strahlenbündels kann hierbei beispielsweise homogen sein. Das geformte Strahlenbündel 18 trifft auf das Strahltransformierungselement 12, wodurch ein transformiertes geformtes Strahlenbündel 19 entsteht, das anschließend durch das Strahlfokussierungsarray 15 tritt, um longitudinale Fokuslinien 17 zu erzeugen.
Figur ld) zeigt die Anordnung aus Figur lc zusammen mit der Oberfläche eines Werkstücks 3. Die Oberfläche des Werkstücks 3 ist derart angeordnet, dass sie von den longitudinalen Fokuslinien 17 geschnitten wird.
Figur 2a) zeigt einen Teil der Optik zusammen mit einem Scanner 21, der im Strahlengang hinter dem Strahltransformierungselement 12 angeordnet ist, das in Fig. 2a) und b) nicht gezeigt ist. Mit dem Scanner 21 ist das Strahlenbündel 22a, b entlang des Strahlfokussierungsarrays 15 in Richtung der x- Achse ablenkbar. In Fig. 2a) sind die Strahlenbündel unter zwei verschiedenen Ablenkwinkeln gezeigt. Das erste abgelenkte Strahlenbündel 22a ist so abge- lenkt, dass es ein erstes Fokuslinienpaar 23a erzeugt. Ein anderes, zweites abgelenktes Strahlenbündel 22b erzeugt ein zweites Fokuslinienpaar 23b beim Durchtreten an einer anderen Stelle des Strahlfokussierungsarrays 15. Da das Strahlfokussierungsarray beliebig groß gewählt werden kann, wird dadurch die Bearbeitung großer Flächen möglich. Die Anzahl der Fokuslinien, die von dem abgelenkten Lichtstrahl gleichzeitig erzeugt werden, ist abhängig von der Strahlgröße des abgelenkten Lichtstrahls auf dem Strahlfokussierungsarray 15, die im Wesentlichen beliebig gewählt werden kann. Der Lichtstrahl 22a kann vorteilhafterweise auch so geformt sein, dass er nur ein fokussierendes optisches Element 16 gleichzeitig ausleuchtet und als Konsequenz nur eine Fokuslinie gleichzeitig erzeugt wird.
In Figur 2b ist eine ähnliche Anordnung von Scanner 21 und Strahlfokussierungsarray 15 wie in Fig. 2a) gezeigt. Zwischen Scanner 21 und Strahlfokussierungsarray 15 ist ein Korrekturelement 24 angeordnet. Das Korrekturelement 24 korrigiert den Einfallswinkel des abgelenkten Strahlenbündels 22a derart, dass das korrigierte, abgelenkte Strahlenbündel 25a senkrecht zur Hauptebene des fokussierenden optischen Elements 15 auf das fokussierende optische Element 15 auftrifft. Die korrigierenden Eigenschaften des Korrekturelements 24 kann auch das Strahltransformierungselement 12 aufweisen.
Figur 2c zeigt eine Anordnung, in der der Scanner 21 im Strahlengang sowohl vor dem Strahlfokussierungsarray 15 als auch vor dem Strahltransformierungselement 12 angeordnet ist. Das Strahlenbündel 26a ist also zuerst über das Strahltransformierungselement 12 und resultierend daraus über das Strahlfokussierungsarray 15 ablenkbar. In der in Figur 2d gezeigten Anordnung weist das Strahltransformierungselement 12 zudem die korrigierenden Eigenschaften des Korrekturelements 24 auf, die bewirken, dass die abgelenkten Strahlbündel 27b senkrecht zur Hauptebene der fokussierenden optischen Elemente 15 auf die fokussierenden optischen Elemente 15 treffen.
Figur 3 visualisiert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung eines Musters 31 auf der Oberfläche eines Werkstücks 3. Das Muster 31 kann erzeugt werden, indem Energie in Form von Lichtstrahlung an bestimmten Stellen auf der Oberfläche deponiert wird. Die Energiedeposition führt über verschiedene Mechanismen dazu, dass Oberflächenmaterial abgetragen wird. Der Materialabtrag ist hier nicht nur auf die Oberfläche beschränkt. In vorteilhaften Ausführungen kann an gewünschten Stellen das gesamte Material abgetragen werden, sodass Löcher im Werkstück entstehen.
Die Figuren 3a) und 3b) zeigen eine Aufsicht auf die Oberfläche des Werkstücks 3 entlang der z-Richtung. Die beiden Figuren zeigen die Anordnung zu zwei verschiedenen Zeitpunkten während des Verfahrens. Ziel des Verfahrens ist es das Muster 31 zu erzeugen, das eine Vielzahl von Musterpunkten aufweist.
Der an den Musterpunkten 31a, b erzeugte Oberflächenabtrag ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt. Beispielhaft ist in Figur 3 ein Loch 36 mit kreisförmigem Umriss gezeigt. Die Vorrichtung erlaubt es unter jedem fokussierendem Element 16 des Strahlfokussierungsarrays 15, entlang der entsprechenden longitudinalen Fokuslinie, ein Punkt des Musters in Form eines Lochs bzw. Oberflächenabtrags zu erzeugen.
Die fokussierenden optischen Elemente 16 des Strahlfokussierungsarrays 15 weisen den kürzesten Abstand zueinander entlang einer zweiten Richtung 33 auf. Das Strahlfokussierungsarray 15 ist in diesem Beispiel so angeordnet, dass die zweite Richtung parallel zur x-Achse 4 ist. Die Oberfläche des Werkstücks 3 ist in einer Bearbeitungsebene angeordnet, die von den longitudinalen Fokuslinien geschnitten wird. Das Werkstück kann entlang der ersten Richtung 32 bewegt werden. In Figur 3 erstreckt sich die erste Richtung entlang der y- Achse 5 und ist senkrecht zur zweiten Richtung 33.
Die Menge aller Punkte, die potentiell erzeugbar sind, kann durch Bearbeitungslinien 34 visualisiert werden. Die Bearbeitungslinien 34 sind parallel zur ersten Richtung 32, die in Figur 3 parallel zu y-Richtung 5 ist. Das bedeutet, dass zu jedem fokussierenden optischen Element 16 eine Bearbeitungslinie 34 existiert. Der Abstand 35 zwischen zwei benachbarten Bearbeitungslinien 34 ist in diesem Fall durch den Abstand der Zentren der zugehörigen optischen Elemente 16 entlang der zweiten Richtung 33 gegeben.
Zur Erzeugung eines Musters ist die Lichtquelle vorteilhafterweise gepulst und erzeugt zu Zeitpunkten tp Lichtpulse. Wenn die Oberfläche des Werkstücks 3 entlang der ersten Richtung 32 bewegt wird, wird zum Zeitpunkt tp eine longitudinale Fokuslinie erzeugt, die die Oberfläche des Werkstücks 3 in einem Musterpunkt 31a schneidet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Lichtstrahl auf das fokussierende optische Element 16 abgelenkt, das diese Fokuslinie erzeugt. Diese Fokuslinie schneidet dann die Oberfläche und erzeugt ein Loch 36 oder Oberflächenabtrag
In Figur 3b) und c) ist die Anordnung zu einem Zeitpunkt tp dargestellt, zu dem eine longitudinale Fokuslinie 38 erzeugt wird, die die Oberfläche in einem Musterpunkt 31a schneidet, um eine Musterelement zu erzeugen. In Figur 3b sind auch bereits erzeugte Löcher 36 oder Oberflächenabträge dargestellt. Der Lichtstrahl kann auch so abgelenkt werden, dass mehrere longitudinale Fokuslinien 34 gleichzeitig erzeugt werden. Auf diese Weise können mehrere Musterpunkte 31b gleichzeitig erzeugt werden, wie in Figur 3a) dargestellt.
Figur 4 zeigt das oben beschriebene Verfahren in einer vorteilhaften Ausführungsform. Ein Anstellwinkel 41, der zwischen erster Richtung 32 und zweiter Richtung 33 eingeschlossen wird, ist hier ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 90°. Das hat zur Folge, dass der Abstand 43 der Bearbeitungslinien 42 geringer ist, als wenn die erste Richtung 32 senkrecht zu der zweiten Richtung 33 steht. Die Bearbeitungslinien 34 und deren Abstand 35 der Anordnung bei einem Anstellwinkel von 90° sind in Fig. 4 nochmals dargestellt. In diesem Fall ist der Abstand zweier Bearbeitungslinien gleich der Länge der kürzesten Strecke zwischen zwei fokussierenden optischen Elementen 44. Die vorteilhafte Ausführungsform, in der der Anstellwinkel ungleich einem ganzzahligen vielfachen von 90° ist, erlaubt es, Punkte des Musters in beliebigen Abständen 43 auf beliebig großen Flächen zu erzeugen. Der kleinste Abstand zwischen zwei erzeugbaren Punkten des Musters in y-Richtung 5 kann durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks beliebig bestimmt werden. Der minimale Abstand in x-Richtung 4 wird durch den Abstand 43 zwischen zwei benachbarten Bearbeitungslinien 42 gegeben, der durch den Anstellwinkel 41 eingestellt werden kann. Der Abstand 43 zwischen zwei benachbarten Bearbeitungslinien 42 ergibt sich in diesem Beispiel aus der Projektion der kürzesten Strecke zwischen zwei fokussierenden optischen Elementen 45 auf eine Achse, die senkrecht zur ersten Richtung 32 ausgerichtet ist und in einer Ebene mit den fokussierenden optischen Elementen liegt. Ist die Länge der kürzesten Strecke zwischen zwei fokussierenden optischen Elementen 44 gleich a und ist der Anstellwinkel 41 gleich a, lässt sich der Abstand b 43 der Bearbeitungslinien bestimmen mit b = | a sin(a) | .
Dadurch sind mit diesem Verfahren auch Muste re lerne nte in Abständen erzeugbar, die kürzer sind als der kürzeste Abstand zwischen benachbarten longitudinalen Fokuslinien.
Bezugszeichen:
1 x-z Koordinatensystem
2 x-y Koordinatensystem
3 Oberfläche eines Werkstücks
4 X-Achse/X-Richtung
5 Y-Achse/Y-Richtung
6 Z-Achse/Z-Richtung
11 Lichtstrahl
12 Strahltransformierungselement
13 Strahlhomogenisierungselement
14 transformiertes Strahlbündel
15 Strahlfokussierungsarray
16 fokussierendes optisches Element
17 longitudinale Fokuslinie
18 geformtes Strahlbündel
19 transformiertes geformtes Strahlbündel
21 Scanner
22 a), b) abgelenktes transformiertes Strahlbündel
23 a), b) longitudinale Fokuslinien aus abgelenkten Strahlbündeln
24 Korrekturelement 25 a), b) korrigiertes abgelenktes Strahlbündel
26 abgelenktes Strahlbündel
27 a), b) abgelenktes transformiertes Strahlbündel
31 Muster
31a, b Musterpunkt
32 erste Richtung und Bewegungsrichtung des Werkstücks
33 zweite Richtung
34 Bearbeitungslinien
35 Abstand zwischen Bearbeitungslinien
36 Oberflächenabtrag oder Loch
37 abgelenktes Strahlbündel
38 longitudinale Fokuslinie
41 Anstellwinkel
42 Bearbeitungslinien
43 Abstand zwischen Bearbeitungslinien
44 Länge einer kürzesten Strecke zwischen zwei fokussierenden optischen Elementen45 kürzeste Strecke zwischen zwei fokussierenden optischen Elementen

Claims

Patentansprüche
1. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus aufweisend mindestens ein Strahltransformierungselement (12), das zumindest zwei unterschiedliche effektive Brechkräfte aufweist, ein Strahlfokussierungsarray (15), aufweisend mindestens zwei fokussierende optische Elemente (16), wobei die zumindest zwei fokussierenden optischen Elemente (16) so angeordnet sind, dass durch jedes der zumindest zwei fokussierenden optischen Elemente (16) Strahlengänge verlaufen, die zumindest zwei unterschiedliche effektive Brechkräfte des Strahltransformierungselements (12) erfahren haben.
2. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach Anspruch 1, wobei das Strahltransformierungselement (12), zumindest zwei Bereiche unterschiedlicher effektiver Brechkraft aufweist, und die zumindest zwei fokussierenden optischen Elemente (16) so angeordnet sind, dass durch jedes der zumindest zwei fokussierenden optischen Elemente (16) Strahlengänge verlaufen, die durch zumindest zwei der Bereiche unterschiedlicher effektiver Brechkräfte des Strahltransformierungselements (12) verlaufen.
3. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die effektiven Brechkräfte des Strahltransformierungselements (12) kontinuierlich verteilt sind.
4. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher effektiver Brechkraft derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass auf jeden Bereich einer bestimmten effektiven Brechkraft die gleiche bestimmte Strahlleistung trifft.
5. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die mindestens zwei Bereiche ringförmig und/oder kreisförmig sind.
6. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlengänge am Strahlfokussierungsarray (15) senkrecht auf einer Hauptebene der fokussierenden optischen Elemente stehen.
7. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Strahlhomogenisierungselement (13), das im Strahlengang vor dem Strahltransformierungselement (12) angeordnet ist und mit dem eine Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls auf dem Strahltransformierungselement (12) homogenisierbar ist.
8. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Scanner (21), der entlang des Strahlengangs vor dem Strahlfokussierungsarray (15) angeordnet ist und mit dem ein Lichtstrahl über das Strahlfokussierungsarray (15) ablenkbar ist.
9. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach dem vorhergehenden Anspruch, aufweisend ein Korrekturelement (24), das im Strahlengang nach dem Scanner (21) angeordnet ist, sodass die Strahlengänge am Strahlfokussierungsarray (15) senkrecht auf einer Hauptebene der fokussierenden optischen Elemente (16) stehen.
10. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, wobei der Scanner (21) ein Galvanometerscanner, ein Polygonscanner, oder ein transmissiver optischer Deflektor ist.
11. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahltransformierungselement (12) ein diffraktives optisches Element ist.
12. Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlfokussierungsarray (15) ein diffraktives optisches Element oder ein Mikrolinsenarray ist.
13. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks, aufweisend mindestens eine Lichtquelle, mit der zumindest ein Lichtstrahl erzeugbar ist, eine Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Bearbeitungsebene, wobei aus dem zumindest einen Lichtstrahl mit der Optik zur Erzeugung eines linearen Fokus ein linearer Fokus erzeugbar ist, der die Bearbeitungsebene schneidet.
14. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, aufweisend ein Werkstück, das in der Bearbeitungsebene angeordnet ist, wobei das Werkstück entlang einer Richtung, die in der Bearbeitungsebene liegt, bewegbar ist.
15. Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche (3), wobei zumindest ein Lichtstrahl erzeugt wird, wobei aus dem Lichtstrahl mit einer Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 12 je fokussierendem optischen Element eine Fokuslinie (17) erzeugt wird, die zumindest zwei Fokuspunkte enthält, wobei die Fokuslinie die Oberfläche (3) schneidet.
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich die Oberfläche (3) entlang der Fokuslinien bewegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei die Oberfläche (3) während des Verfahrens entlang einer ersten Richtung (32) senkrecht zur Fokuslinie (17) bewegt wird, wobei die erste Richtung (32) in der zu bearbeitenden Oberfläche (3) liegt. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Winkel (41), der zwischen der ersten Richtung (32) und einer zweiten Richtung (33), eingeschlossen wird, ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 90° ist, wobei die zweite Richtung (33) die Richtung ist, entlang welcher die fokussierenden optischen Elemente (16) den kürzesten Abstand zueinander haben. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei auf der zu bearbeitenden Oberfläche (3) ein Muster (31) erzeugt wird, das durch eine Menge M an Punkten (31a, b) auf der zu bearbeitenden Oberfläche (3) zusammengesetzt ist, wobei Lichtpulse zu Zeitpunkten tp erzeugt werden, wobei zu zumindest einem der Zeitpunkte tp der Lichtstrahl (37) so abgelenkt wird, dass eine der Fokuslinien (38) erzeugt wird, die die zu bearbeitende Oberfläche (3) in einem Punkt (31a, b), der ein Element der Menge M ist, schneidet. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei auf der zu bearbeitenden Oberfläche (3) ein Muster (31) erzeugt wird, das durch eine Menge M an Punkten (31a, b) auf der zu bearbeitenden Oberfläche (3) zusammengesetzt ist, wobei Lichtpulse zu Zeitpunkten tp erzeugt werden, wobei zu zumindest einem der Zeitpunkte tp der Lichtstrahl so abgelenkt wird, dass zumindest zwei Fokuslinien (38) gleichzeitig erzeugt werden, die beide die zu bearbeitende Oberfläche (3) in jeweils einem Punkt (31a, b), der ein Element der Menge M ist, schneiden.
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