Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur

Homogenisierung eines Laserstrahls nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1.

Definitionen : In Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung meint die mittlere Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung, insbesondere wenn diese keine ebene Welle ist oder zumindest teilweise divergent ist. Mit Laserstrahl, Lichtstrahl, Teilstrahl oder Strahl ist, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl mit einem Gauß-Profil oder einem modifizierten Gauß-Profil oder einem Top-Hat-Profil, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art zur Homogenisierung eines Laserstrahls sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bereits bekannt. Abbildende Vorrichtungen zur Homogenisierung eines Laserstrahls sind zweistufig ausgeführt und weisen eine erste Homogenisierungsstufe sowie eine zweite

Homogenisierungsstufe auf, welche in Ausbreitungsrichtung hinter der ersten Homogenisierungsstufe angeordnet ist. Die erste

Homogenisiererstufe umfasst ein erstes Substrat, das eine

Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei auf der Lichteintrittsfläche und/oder auf der Lichtaustrittsfläche ein erstes Linsenarray mit einer Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln ausgebildet ist, an denen der zu homogenisierende Laserstrahl gebrochen und in eine Mehrzahl von Teilstrahlenbündeln aufgeteilt werden kann. Die zweite Homogenisiererstufe umfasst ein zweites Substrat, das eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei auf der Lichteintrittsfläche und/oder auf der Lichtaustrittsfläche ein zweites Linsenarray mit einer Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln ausgebildet ist, welche die durch das zweite Linsenarray

transmittierten Teilstrahlen erneut brechen können. Der Laserstrahl weist nach dem Austritt aus der zweiten Homogenisiererstufe eine im Wesentlichen homogene Winkelverteilung auf. Darüber hinaus umfassen die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Homogenisierung eines Laserstrahls eine Fourierlinse, die in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem zweiten Linsenarray

angeordnet ist. Das zweite Linsenarray ist in Kombination mit der Fourierlinse dazu in der Lage, die Teilstrahlenbündel in einer

Arbeitsebene, die insbesondere eine ausgangsseitige Brennebene der Fourierlinse sein kann, derart zu überlagern, dass dort zumindest in einer Richtung eine homogene (gleichmäßige) Intensitätsverteilung erhalten werden kann. Die Fourierlinse transformiert somit die im Wesentlichen homogene Winkelverteilung der Laserstrahlung in eine homogene Intensitätsverteilung in der Arbeitsebene.

Die Zylinderlinsenmittel des ersten und zweiten Linsenarrays können unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Die Mittenabstände oder Scheitelabstände p1, p2 zweier benachbarter Zylinderlinsenmittel in einem Linsenarray (der so genannte„Pitch") sind für beide

Linsenarrays gleich. Es gilt: p1 = p2. Die Brennweiten der

Zylinderlinsenmittel der beiden Linsenarrays und die Abstände der Linsenarrays und der Fourierlinse von dem zweiten Linsenarray sind so gewählt, dass in der Arbeitsebene in einem bestimmten Abstand von dem zweiten Linsenarray eine feste Linienlänge oder Größe eines beleuchteten Felds erzeugt werden kann.

Die DE 102007026730 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung einer homogenen Winkelverteilung mit insgesamt drei

Homogenisierungsstufen mit jeweils mindestens einem Linsenarray, wobei die Abstände zwischen den Homogenisierungsstufen variabel einstellbar sind. Eine Feldlinse (Fourierlinse) kann aus der

homogenen Winkelverteilung eine homogene linienförmige

Intensitätsverteilung in der Arbeitsebene erzeugen. Durch

Verschieben der dritten Homogenisierungsstufe kann dabei die Winkelverteilung der Laserstrahlung eingestellt werden. Diese

Verschiebung der dritten Homogenisierungsstufe kann im Ergebnis dazu verwendet werden, die Länge der Linie in der Arbeitsebene zu verändern. Der Mittenabstand (Pitch) der Linsenmittel der

Linsenarrays ist in allen verwendeten Linsenarrays identisch.

Als nachteilig erweist sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Homogenisierung eines Laserstrahls, dass stets eine zusätzliche Fourierlinse vorgesehen werden muss, um in der Arbeitsebene die gewünschte homogene Intensitätsverteilung zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine

Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls anzugeben, die ohne das Vorsehen einer zusätzlichen Fourierlinse dazu in der Lage ist, in der Arbeitsebene zumindest in einer Richtung eine homogene Intensitätsverteilung zu erzeugen.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Vorrichtung zur

Homogenisierung eines Laserstrahls der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der

vorliegenden Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Homogenisierung von

Laserstrahlung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittenabstände p1 der Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays größer als die Mittenabstände p2 der Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays sind, wobei ein Linsenscheitel eines zentralen Zylinderlinsenmittels des ersten Linsenarrays mit einem Linsenscheitel des diesem

zugeordneten zentralen Zylinderlinsenmittels des zweiten

Linsenarrays fluchtet und die Linsenscheitel der übrigen

Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays und die Linsenscheitel der übrigen Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays und die Linsenscheitel der ihnen zugeordneten Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays ausgehend von der Mitte des zweiten Linsenarrays einen nach außen zunehmenden Scheitelversatz aufweisen, so dass in der Arbeitsebene zumindest in der ersten Richtung eine homogene Intensitätsverteilung erhalten werden kann. Der Begriff „zugeordnet" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass jedes der von den

Zylinderlinsenmitteln des ersten Linsenarrays erzeugten

Teilstrahlenbündel genau durch eines der Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays hindurchtritt (und zwar durch das dem

Teilstrahlenbündel und folglich demjenigen Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays, welches diesen Teilstrahl erzeugt hat,

zugeordnete Zylinderlinsenmittel). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Mittenabstände p1 der Zylinderlinsenmittel des ersten

Linsenarrays verschieden von den Mittenabständen p2 der

Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays sind, wobei p1 > p2 ist. Dass die Mittenabstände p1, p2 zwischen den Linsenscheiteln der benachbarten Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays und des zweiten Linsenarrays jeweils unterschiedlich sind, hat zur Folge, dass für die zentralen (mittleren) Zylinderlinsenmittel der beiden

Linsenarrays der Linsenscheitel des zentralen Zylinderlinsenmittels des ersten Linsenarrays mit dem Linsenscheitel des diesem

zugeordneten zentralen Zylinderlinsenmittels des zweiten

Linsenarrays fluchtet. Für die Linsenscheitel der übrigen (beidseits zu den zentralen Linsenmitteln vorgesehenen) Zylinderlinsenmittel der beiden Linsenarrays ergibt sich ein nach außen zunehmender, seitlicher Versatz. Ausgehend von dem zentralen Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays, dessen optische Achse mit der optischen Achse des diesem zugeordneten zentralen Zylinderlinsenmittels des ersten Linsenarrays fluchtet, weisen die Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays auf Grund des Scheitelversatzes auch einen nach außen zunehmenden Versatz ihrer jeweiligen optischen Achsen in Bezug auf die optischen Achsen der ihnen zugeordneten

Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays auf. Somit treffen die Teilstrahlenbündel mit einem seitlichen Versatz auf die ersten optisch funktionalen Grenzflächen der ihnen zugeordneten

Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls besteht darin, dass diese fourierlinsenfrei ausgebildet ist. Überraschend hat es sich gezeigt, dass mit dem hier beschriebenen optischen Aufbau in der Arbeitsebene zumindest in einer Richtung eine homogene Intensitätsverteilung erhalten werden kann, ohne dass zu diesem Zweck eine zusätzliche Fourierlinse vorgesehen werden müsste.

Um die Strahlqualität in der Arbeitsebene weiter zu erhöhen, kann in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die

Vorrichtung ein Zylinderlinsenmittel umfasst, dessen Zylinderachse senkrecht zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsenmittel der beiden Linsenarrays orientiert ist und das so ausgebildet ist und im

Strahlweg derart hinter dem zweiten Linsenarray angeordnet ist, dass es die Teilstrahlen in der nach dem Hindurchtritt durch die beiden Linsenarrays nicht homogenisierten Achse in die Arbeitsebene fokussieren kann.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass - das erste Substrat auf der zweiten optisch funktionalen

Grenzfläche eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln umfasst, die in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind und ein drittes Linsenarray bilden, wobei die in der zweiten Richtung nebeneinander angeordneten Zylinderlinsenmittel des ersten Substrats parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der

Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays orientiert sind,

- das zweite Substrat auf der zweiten optisch funktionalen

Grenzfläche eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln umfasst, die in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind und ein viertes Linsenarray bilden, wobei die in der zweiten Richtung nebeneinander angeordneten Zylinderlinsenmittel des zweiten Substrats parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der

Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays orientiert sind.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein drittes Substrat mit einem dritten Linsenarray sowie ein viertes Substrat mit einem vierten Linsenarray umfasst, wobei das dritte Linsenarray eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmittel umfasst, die in der zweiten

Richtung nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays orientiert sind, und wobei das vierte Linsenarray eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmittel umfasst, die in der zweiten Richtung

nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays orientiert sind. Dadurch ist es möglich, in der Arbeitsebene eine in zwei zueinander senkrechten Richtungen homogen ausgeleuchtete, im Wesentlichen rechteckige Intensitätsverteilung zu erhalten.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die

Möglichkeit, dass die Mittenabstände p3 der Zylinderlinsenmittel des dritten Linsenarrays größer als die Mittenabstände p4 der

Zylinderlinsenmittel des vierten Linsenarrays sind. Analog zu den Zylinderlinsenmitteln des ersten und des zweiten Linsenarrays kann auch hier ein Versatz der Linsenscheitel für die außermittigen (nicht zentralen) Zylinderlinsenmittel erhalten werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Brennweiten f-ι aller Zylinderlinsenmittel des ersten

Linsenarrays identisch sind und/oder dass die Brennweiten f ₂ aller Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays identisch sind.

Bei einer zweistufigen Ausführung der beiden Linsenarrays kann in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die

Brennweiten f ₃ aller Zylinderlinsenmittel des dritten Linsenarrays identisch sind und/oder dass die Brennweiten f aller

Zylinderlinsenmittel des vierten Linsenarrays identisch sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung Mittel zur Variation des Abstands zwischen dem ersten Linsenarray und dem zweiten Linsenarray umfasst und/oder dass die Vorrichtung Mittel zur Variation des Abstands zwischen dem dritten Linsenarray und dem vierten Linsenarray umfasst.

Vorzugsweise können diese Mittel für eine Verschiebung des zweiten Linsenarrays relativ zum ersten (demzufolge vorzugsweise ortsfest im Strahlengang angeordneten) Linsenarray eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich können diese Mittel für eine Verschiebung des vierten Linsenarrays relativ zum dritten (demzufolge vorzugsweise ortsfest im Strahlengang angeordneten) Linsenarray eingerichtet sein. Durch eine Änderung des Abstands zwischen dem ersten Linsenarray und dem zweiten Linsenarray beziehungsweise des Abstands zwischen dem dritten Linsenarray und dem vierten Linsenarray kann die

Winkelverteilung der homogenisierten Laserstrahlung gezielt

verändert und angepasst werden. So kann zum Beispiel durch

Verschieben des zweiten Linsenarrays die Linienlänge des

ausgeleuchteten Bereichs der Arbeitsebene in einem großen Bereich stufenlos eingestellt werden. Überraschend hat es sich gezeigt, dass dabei in besonders vorteilhafter Weise keine nennenswerten

Leistungsverluste auftreten.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die

Mittenabstände p1, p2 der Zylinderlinsenmittel des ersten und zweiten Linsenarrays so gewählt sein, dass eine Höhe h2 eines äußeren Randstrahls eines n-ten, außermittigen Teilstrahlenbündels innerhalb des diesem zugeordneten Zylinderlinsenmittels des zweiten

Linsenarrays liegt, wobei gilt: h2 < p1 - (n + 1 ) ^* (p1 -p2).

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass für das Verhältnis der Mittenabstände p1/p2 der

Zylinderlinsenmittel des ersten und des zweiten Linsenarrays gilt: 1 < p1/p2 -£ 1,1, vorzugsweise 1 < p1/p2 < 1 ,05, und/oder dass für das Verhältnis der Mittenabstände p3/p4 der Zylinderlinsenmittel des dritten und des vierten Linsenarrays gilt: 1 < p3/p4 -£ 1,1,

vorzugsweise 1 < p3/p4 < 1,05.

Um in der Arbeitsebene die gewünschte homogene, linienförmige Intensitätsverteilung zu erhalten, werden die Mittenabstände p1, p2, die Brennweiten f-ι, f ₂ und deren Abstand d sowie der Abstand zur Arbeitsebene so gewählt, dass die weiter außen („off-axis") stehenden Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays aus unterschiedlichen Winkeln ein gemeinsames Feld in der Arbeitsebene beleuchten. Bei einer linearen Verschiebung des zweiten Linsenarrays ändern sich der Durchmesser der auf die Zylinderlinsenmittel des zweiten

Linsenarrays treffenden Teilstrahlenbündel und damit auch die

Öffnungswinkel der austretenden Teilstrahlenbündel.

Wie oben erwähnt, ist das Verhältnis der Mittenabstände p1/p2 der Zylinderlinsenmittel des ersten und des zweiten Linsenarrays

vorzugsweise wenige Prozent größer als 1 (zum Beispiel 1,05). Der resultierende Strahlversatz p = n ^* (p1-p2) erzeugt nach dem Sinus- Satz einen Winkel ß für einen zentralen Hauptstrahl im n-ten

außermittigen Teilstrahlenbündel. Es gilt sin ß = p/f ₂ . Dabei ist f ₂ die Brennweite der Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays. In einer Entfernung d' vom zweiten Linsenarray sollen sich die Hauptstrahlen aller Teilstrahlenbündel treffen, so dass gilt: n ^* p1 = d' ^* tan ß.

Charakteristisch ist, dass sich die äußeren Randstrahlen eines jeden Teilstrahlenbündels in Strahlausbreitungsrichtung kurz hinter dem zweiten Linsenarray kreuzen. Wenn der Abstand d zwischen dem ersten Linsenarray und dem zweiten Linsenarray um Ad verändert wird und d' » Ad ist, treffen sich die Hauptstrahlen der

Teilstrahlenbündel noch näherungsweise am gleichen Ort. Dabei ändert sich jedoch der Öffnungswinkel α der Teilstrahlenbündel, da die äußeren Randstrahlen in anderer Höhe auf die

Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays treffen. So lässt sich mit d' = 100mm und Ad=12mm eine Linie zwischen 4 und 12mm beleuchten.

Der Öffnungswinkel α eines jeden Teilstrahlenbündels ist gegeben durch α = arcsin(p1 /2 ^* f _h ). Dabei ist fh die resultierende, gemeinsame Brennweite der Zylinderlinsenmittel des ersten und zweiten

Linsenarrays, für die gilt f _h = (f ^* f 2> (f + - d). Der Abstand e einer gemeinsamen Hauptebene vom ersten, fest stehenden Linsenarray ist gegeben durch e = d - (f ₂ ^* d)/(f 1 + f ₂ - d). Die Linienlänge I ergibt sich aus dem Öffnungswinkel α über die Beziehung: I = 2 ((tan(a) ^* (d+d'-e)) - P1/2).

Mit den vorstehend genannten mathematischen Beziehungen sind die Brennweiten f-ι, f ₂ der Zylinderlinsenmittel auf den ersten optisch funktionalen Grenzflächen des ersten und zweiten Linsenarrays mit der Linienlänge I verknüpft. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays voll ausgeleuchtet sind. Das bedeutet, dass die Höhe des Randstrahls jedes auf die

Zylinderlinsenmittel des ersten Linsenarrays treffenden

Teilstrahlenbündels dem halben Mittenabstand (Pitch) p1/2 entspricht. Die Zylinderlinsenmittel des zweiten Linsenarrays sollen möglichst nicht überstrahlt werden. In einer besonders vorteilhaften

Ausführungsform können die Mittenabstände p1, p2 der

Zylinderlinsenmittel des ersten und zweiten Linsenarrays so gewählt sein, dass eine Höhe h2 eines äußeren Randstrahls eines n-ten, außermittigen Teilstrahlenbündels innerhalb des diesem zugeordneten Zylinderlinsenmittels des zweiten Linsenarrays liegt, wobei gilt: h2 < p1 - (n + 1 ) ^* (p1 -p2). Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Höhe eines äußeren Randstrahls des betreffenden

Teilstrahlenbündels innerhalb des zweiten Zylinderlinsenmittels liegt. Ferner lässt sich der Pitchunterschied p1, p2 mit der Anzahl n der ausgeleuchteten Zylinderlinsenmittel verknüpfen. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter

Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden

Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,

Fig. 2 eine Detailansicht eines ersten Substrats und eines zweiten

Substrats der Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematisch stark vereinfachte Prinzipdarstellung, die einzelne Strahlgeometrien veranschaulichen soll.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 soll nachfolgend eine Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls 100 näher erläutert werden, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Zur Vereinfachung der weiteren

Erläuterungen wurde in Fig. 1 und Fig. 2 ein kartesisches

Koordinatensystem eingezeichnet, welches die y-Richtung und die dazu orthogonale z-Richtung definiert, welche vorliegend die

Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung 100 ist. Die ebenfalls angedeutete x-Richtung des kartesischen Koordinatensystems erstreckt sich folgerichtig in die Zeichenebene hinein.

Die Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls 100 ist zweistufig ausgeführt und umfasst ein erstes Substrat 1 mit einer ersten optisch funktionalen Grenzfläche (Lichteintrittsfläche), die eine Mehrzahl in y-Richtung nebeneinander angeordneter

Zylinderlinsenmittel 3 aufweist, deren Zylinderachsen sich parallel zueinander in x-Richtung (und damit in die Zeichenebene hinein) erstrecken und mit einer zweiten optisch funktionalen Grenzfläche (Lichtaustrittsfläche), die vorliegend plan ausgeführt ist.

Die Zylinderlinsenmittel 3 bilden ein erstes Linsenarray. Benachbarte Zylinderlinsenmittel 3 des ersten Linsenarrays weisen einen

Mittenabstand oder Scheitelabstand (einen so genannten Pitch) p1 auf, der für alle Paare benachbarter Zylinderlinsenmittel 3 identisch ist. Ferner weisen alle Zylinderlinsenmittel 3 des ersten Linsenarrays in diesem Ausführungsbeispiel identische Brennweiten f-ι auf.

Die Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls 100 umfasst ferner ein in Strahlausbreitungsrichtung (z-Richtung) hinter dem ersten Substrat 1 angeordnetes zweites Substrat 2 mit einer ersten optisch funktionalen Grenzfläche (Lichteintrittsfläche), die eine Mehrzahl in y-Richtung nebeneinander angeordneter

Zylinderlinsenmittel 4 umfasst, und mit einer zweiten optisch

funktionalen Grenzfläche, die eine Lichtaustrittsfläche bildet und vorliegend plan ausgeführt ist. Die Zylinderachsen der

Zylinderlinsenmittel 4 des zweiten Linsenarrays 2 erstrecken sich wiederum parallel zueinander in x-Richtung und damit in die

Zeichenebene hinein.

Die Zylinderlinsenmittel 4 bilden ein zweites Linsenarray.

Benachbarte Zylinderlinsenmittel 4 des zweiten Linsenarrays weisen einen Mittenabstand oder Scheitelabstand (Pitch) p2 auf, der für alle Paare benachbarter Zylinderlinsenmittel 4 identisch ist. Ferner weisen alle Zylinderlinsenmittel 4 des zweiten Linsenarrays in diesem

Ausführungsbeispiel identische Brennweiten f ₂ auf.

In Strahlausbreitungsrichtung hinter dem zweiten Substrat 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Zylinderlinsenmittel 5 angeordnet, dessen Zylinderachse sich in y-Richtung und somit orthogonal zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsenmittel 3, 4 des ersten und zweiten Linsenarrays erstreckt.

Die Laserstrahlung 100, die von (mindestens) einer hier nicht explizit dargestellten Laserlichtquelle emittiert wird und mit Hilfe mindestens eines Kollimatormittels kollimiert wird, trifft zunächst auf das erste Substrat 1. Die kollimierte Laserstrahlung 100, die zum Beispiel ein Intensitätsprofil in Form eines ein Gauß-Profils aufweisen kann, tritt an der ersten optisch funktionalen Grenzfläche (Lichteintrittsfläche) in das erste Linsenarray ein und wird von den dort ausgebildeten

Zylinderlinsenmitteln 3 in eine der Anzahl der Zylinderlinsenmittel 3 entsprechende Anzahl von Teilstrahlenbündeln 101, 101'

aufgespalten. Um vorliegend die Darstellung nicht zu verkomplizieren und übersichtlicher zu gestalten, sind in Fig. 1 ganz bewusst lediglich drei Zylinderlinsenmittel 3, 3' (ein mittleres Zylinderlinsenmittel 3' sowie zwei äußere Zylinderlinsenmittel 3) des in Fig. 2 gezeigten ersten Linsenarrays sowie drei diesen zugeordnete

Zylinderlinsenmittel 4, 4' (ein mittleres Zylinderlinsenmittel 4' sowie zwei äußere Zylinderlinsenmittel 4) des zweiten Linsenarrays eingezeichnet, so dass in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem ersten Substrat 1 drei Teilstrahlenbündel 101, 101' eingezeichnet sind. In der Detailansicht gemäß Fig. 2 sind neun Teilstrahlenbündel 101 , 101 ' dargestellt.

Im weiteren Strahlweg treten die Teilstrahlenbündel 101, 101' durch die erste optisch funktionale Grenzfläche (Lichteintrittsfläche) in das zweite Substrat 2 ein und werden dort von den Zylinderlinsenmitteln 4, 4' des zweiten Linsenarrays ein weiteres Mal gebrochen, bevor sie aus der zweiten optisch funktionalen Grenzfläche aus dem zweiten Substrat 2 heraustreten. Mit diesem Aufbau kann in einer

Arbeitsebene 6, die vom zweiten Substrat 2 beabstandet ist, zumindest in einer ersten Richtung (y-Richtung) eine homogene, linienförmige Intensitätsverteilung erhalten werden. Das im Strahlweg hinter dem zweiten Substrat 2 angeordnete Zylinderlinsenmittel 5 ist dazu in der Lage, die nicht homogenisierte Achse der Teilstrahlen 101, 101' in die Arbeitsebene 6, die die Brennebene des

Zylinderlinsenmittels 5 ist, zu fokussieren.

Die Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls 100 umfasst ferner Mittel 7 zur Veränderung des Abstands zwischen dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 2 beziehungsweise zwischen dem ersten Linsenarray und dem zweiten Linsenarray. Die Mittel 7 sind vorliegend mit dem zweiten Substrat 2 gekoppelt und können zum Beispiel einen Einstellring umfassen. Durch eine Änderung des Abstands zwischen dem ersten Linsenarray und dem zweiten

Linsenarray kann die Winkelverteilung der homogenisierten

Laserstrahlung gezielt verändert und angepasst werden. Durch

Verschieben des zweiten Linsenarrays kann die Linienlänge des ausgeleuchteten Bereichs der Arbeitsebene 6 in einem großen

Bereich stufenlos eingestellt werden. Überraschend hat es sich gezeigt, dass dabei keine nennenswerten Leistungsverluste auftreten.

Wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen, ist jedem Zylinderlinsenmittel 3 des ersten Linsenarrays (und damit auch jedem von diesem

erzeugten Teilstrahlenbündel 101, 101') genau ein

Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays zugeordnet. Der Begriff „zugeordnet" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass jedes der von den Zylinderlinsenmitteln 3, 3' des ersten Linsenarrays erzeugten Teilstrahlenbündel 101, 101' genau durch eines der

Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays hindurchtritt (und zwar durch das dem Teilstrahlenbündel 101, 101' und folglich

demjenigen Zylinderlinsenmittel 3, 3' des ersten Linsenarrays, welches diesen Teilstrahl 101, 101' erzeugt hat, zugeordnete

Zylinderlinsenmittel 4, 4').

Die Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls 100 weist somit zwei Linsenarrays mit einer Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln 3, 3', 4, 4' auf. Jedes Zylinderlinsenmittel 3, 3' des ersten

Linsenarrays formt somit ein Teilstrahlenbündel 101, 101' aus dem kollimierten Laserstrahl 100, das auf das zugeordnete Linsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays trifft und von diesem ein weiteres Mal gebrochen und zur Arbeitsebene gelenkt wird.

Wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen, sind die Mittenabstände p1 der Zylinderlinsenmittel 3, 3' des ersten Linsenarrays verschieden von den Mittenabständen p2 der Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays, wobei p1 > p2 ist. Das Verhältnis der Mittenabstände p1/p2 der Zylinderlinsenmittel 3, 3', 4, 4' des ersten und des zweiten Linsenarrays ist vorzugsweise wenige Prozent größer als 1 (zum Beispiel 1,05). Dass die Mittenabstände p1, p2 zwischen den

Linsenscheiteln des ersten Linsenarrays und des zweiten

Linsenarrays jeweils unterschiedlich sind, hat zur Folge, dass nur die Linsenscheitel der zentralen Zylinderlinsenmittel 3', 4' der beiden Linsenarrays miteinander fluchten. Für die Linsenscheitel der übrigen Zylinderlinsenmittel 3, 4 der Linsenarrays ergibt sich ein nach außen zunehmender seitlicher Versatz. Ausgehend von dem zentralen

Zylinderlinsenmittel 4' in der Mitte des zweiten Linsenarrays, dessen optische Achse mit der optischen Achse des diesem zugeordneten zentralen Zylinderlinsenmittels 3' des ersten Linsenarrays fluchtet, weisen die Zylinderlinsenmittel 4 des zweiten Linsenarrays auf Grund des Scheitelversatzes auch einen nach außen zunehmenden Versatz ihrer jeweiligen optischen Achsen in Bezug auf die optischen Achsen der ihnen zugeordneten Zylinderlinsenmittel 3 des ersten

Linsenarrays auf. Anhand der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 3 sollen nachfolgend einige Einzelheiten der Strahlgeometrien näher erläutert werden.

Um in der Arbeitsebene 6 die gewünschte homogene, linienförmige Intensitätsverteilung zu erhalten, werden die Mittenabstände p1, p2 und Brennweiten f-ι, f ₂ der Zylinderlinsenmittel 3, 3', 4, 4', der Abstand d zwischen den beiden Linsenarrays sowie der Abstand d' des zweiten Linsenarrays zur Arbeitsebene 6 so gewählt, dass die weiter außen („off-axis") stehenden Zylinderlinsenmittel 4 des zweiten

Linsenarrays aus unterschiedlichen Winkeln ein gemeinsames Feld in der Arbeitsebene 6 beleuchten. Beim Verschieben des zweiten

Linsenarrays ändert sich der Durchmesser der auf die

Zylinderlinsenmittel 4 des zweiten Linsenarrays treffenden

Teilstrahlenbündel 101, 101' und damit auch die Öffnungswinkel der austretenden Teilstrahlenbündel 101, 101'.

Das Verhältnis der Mittenabstände p1/p2 der Zylinderlinsenmittel 3, 3, 4, 4' der Linsenarrays ist vorzugsweise wenige Prozent größer als 1 (zum Beispiel 1,05). Der resultierende Strahlversatz p = n ^* (p1-p2) erzeugt nach dem Sinus-Satz einen Winkel ß für einen zentralen Hauptstrahl im n-ten außermittigen Teilstrahlenbündel 101. Es gilt dabei: sin ß = p/f ₂ . Dabei ist f ₂ die Brennweite der Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays. In einer Entfernung d' vom zweiten Linsenarray sollen sich die Hauptstrahlen aller Teilstrahlenbündel 101, 101' treffen, so dass gilt: n ^* p1 = d' ^* tan ß.

Charakteristisch ist, dass sich die äußeren Randstrahlen eines jeden Teilstrahlenbündels 101, 101' in Strahlausbreitungsrichtung kurz hinter dem zweiten Linsenarray kreuzen. Wenn der Abstand d

zwischen dem ersten Linsenarray und dem zweiten Linsenarray um Δ d verändert wird und d' » Ad ist, treffen sich die zentralen

Hauptstrahlen der Teilstrahlenbündel 101, 101' noch näherungsweise am gleichen Ort. Dabei ändert sich jedoch der Öffnungswinkel α der Teilstrahlenbündel 101, 101', da die äußeren Randstrahlen in anderer Höhe auf die Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays treffen. So lässt sich mit d' = 100mm und Ad=12mm eine Linie

zwischen 4 und 12mm beleuchten.

Der Öffnungswinkel α eines jeden Teilstrahlenbündels 101, 101' ist gegeben durch α = arcsin(p1/2 f _h ). Dabei ist fh die resultierende, gemeinsame Brennweite der Zylinderlinsenmittel 3, 3', 4, 4' des ersten und zweiten Linsenarrays für die gilt f _h = (fi f ₂ )/(fi + f ₂ - d). Der Abstand e einer gemeinsamen Hauptebene 8 vom ersten, fest stehenden Linsenarray ist gegeben durch e = d - (f ₂ d)/(f 1 + f ₂ - d). Die Linienlänge I ergibt sich aus dem Öffnungswinkel α über die

Beziehung: I = 2 ((tan(a) (d+d'-e)) - p1/2).

Mit den vorstehend genannten mathematischen Beziehungen sind die Brennweiten f-ι, f ₂ der Zylinderlinsenmittel 3, 3', 4, 4' des ersten und zweiten Linsenarrays mit der Linienlänge I verknüpft. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Zylinderlinsenmittel 3, 3' des ersten Linsenarrays voll ausgeleuchtet sind. Das bedeutet, dass die Höhe des Randstrahls jedes auf die Zylinderlinsenmittel 3, 3' des ersten Linsenarrays treffenden Teilstrahlenbündels 101, 101' dem halben Mittenabstand (Pitch) p1/2 entspricht. Die Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays sollen nicht überstrahlt werden. Das bedeutet, dass die Höhe eines äußeren Randstrahls des betreffenden Teilstrahlenbündels 101, 101' innerhalb des diesem in der oben erläuterten Weise zugeordneten Zylinderlinsenmittels 4, 4' liegen soll. Damit gilt: h2 < p1 - (n + 1 ) ^* (p1 -p2). Mit dieser Forderung lässt sich der Pitchunterschied zwischen den Zylinderlinsenmitteln 3, 3', 4, 4' des ersten Linsenarrays und des zweiten Linsenarrays mit der Anzahl n der ausgeleuchteten Zylinderlinsenmittel 3, 3', 4, 4' verknüpfen. Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahls 100 beschrieben, bei der jeweils nur eine der beiden optisch funktionalen Grenzflächen der Substrate 1, 2 eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln 3, 3', 4, 4' aufweist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass

- das erste Substrat 1 auf der zweiten optisch funktionalen

Grenzfläche eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln umfasst, die in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der

Zylinderlinsenmittel 3, 3' auf der ersten optisch funktionalen Grenzfläche orientiert sind, wobei benachbarte

Zylinderlinsenmittel einen Mittenabstand p3 haben,

- das zweite Substrat 2 auf der zweiten optisch funktionalen

Grenzfläche eine Mehrzahl von Zylinderlinsenmitteln umfasst, die in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der

Zylinderlinsenmittel 4, 4' auf der ersten optisch funktionalen Grenzfläche orientiert sind, wobei benachbarte

Zylinderlinsenmittel einen Mittenabstand p4 haben.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein drittes, nicht abgebildetes Substrat mit einem dritten Linsenarray sowie ein viertes, nicht abgebildetes Substrat mit einem vierten Linsenarray umfasst, wobei das dritte Linsenarray eine Mehrzahl von

Zylinderlinsenmittel umfasst, die in der zweiten Richtung

nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsenmittel 3, 3' des ersten Linsenarrays orientiert sind, und wobei das vierte Linsenarray eine Mehrzahl von

Zylinderlinsenmittel umfasst, die in der zweiten Richtung

nebeneinander angeordnet sind und parallel zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, welche orthogonal zu den Zylinderachsen der Zylinderlinsenmittel 4, 4' des zweiten Linsenarrays orientiert sind.

Dabei können insbesondere das dritte und das vierte Substrat in Ausbreitungsrichtung Z hinter dem zweiten Substrat 2 angeordnet sein.

Dadurch ist es möglich, in der Arbeitsebene 6 eine in zwei zueinander senkrechten Richtungen homogen ausgeleuchtete, im Wesentlichen rechteckige Intensitätsverteilung zu erhalten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die

Mittenabstände p3 der Zylinderlinsenmittel des dritten Linsenarrays größer als die Mittenabstände p4 der Zylinderlinsenmittel des vierten Linsenarrays sind. Analog zu den Zylinderlinsenmitteln 3, 3', 4, 4' des ersten und des zweiten Linsenarrays kann auch hier ein Versatz der Linsenscheitel für die außermittigen Zylinderlinsenmittel erhalten werden.