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Patent Searching and Data


Title:
OPTICAL ARRANGEMENT AND LASER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/243043
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an optical arrangement (16) for transferring laser beams (14a - 14f) from at least two laser light sources (12a - 12f) into a combination beam (18), comprising beam guidance optics (20) which are designed in such a way that they comprise at least two separate optical channels (22a - 22c) for the laser beams (14a -14c), wherein each optical channel (22a - 22c) comprises terminating optical means (36a - 36c) for exiting a channel output beam (38a - 38c) of the respective optical channel (22a - 22c), wherein at least one deflecting body (42a - 42c) which is assigned to only one optical channel (22a - 22c) is provided, wherein the deflecting body (42a - 42c) is designed in such a way that exclusively the channel output beam (38a - 38c) of the associated optical channel (22a - 22c) is detected and the detected channel output beam (38a - 38c) is deflected in the direction of a focus region (44).

Inventors:
BECK TORSTEN (DE)
FLAMM DANIEL (DE)
HEIMES ANDREAS (DE)
HELLSTERN JULIAN (DE)
LINGEL CHRISTIAN (DE)
MARSCHALL FELIX (DE)
THIERFELDER SILKE (DE)
TILLKORN CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/064582
Publication Date:
December 26, 2019
Filing Date:
June 05, 2019
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF LASER & SYSTEMTECHNIK GMBH (DE)
International Classes:
G02B27/09; B23K26/06; B23K26/073
Domestic Patent References:
WO2006066706A22006-06-29
WO2018019374A12018-02-01
Foreign References:
DE102008027229B42016-06-30
Attorney, Agent or Firm:
DREISS PATENTANWÄLTE PARTG MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Optische Anordnung (16) zur Überführung von

Laserstrahlen (14a - 14f) wenigstens zweier

Laserlichtquellen (12a - 12f) in einen

Kombinationsstrahl (18) welcher eine Strahltaille (46) aufweist,

wobei die optische Anordnung (16) eine

Strahlführungsoptik (20) umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass wenigstens zwei getrennte optische Kanäle (22a - 22c) für die Laserstrahlen (14a - 14c) bereitgestellt werden, wobei jeder optische Kanal (22a - 22c) ein Abschlussoptikmittel (36a - 36c) zum Austreten eines Kanalausgangsstrahls (38a - 38c) des jeweiligen optischen Kanals (22a - 22c) aufweist, wobei wenigstens ein Umlenkkörper (42a - 42c)

vorgesehen ist, der nur einem optischen Kanal (22a - 22c) zugeordnet ist, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) derart ausgebildet ist, dass ausschließlich der Kanalausgangsstrahl (38a - 38c) des zugeordneten optischen Kanals (22a - 22c) erfasst wird und der erfasste Kanalausgangsstrahl (38a - 38c) in Richtung eines Fokusbereichs (44) gelenkt wird.

2. Optische Anordnung (16) nach Anspruch 1, wobei einem optischen Kanal (22a - 22c) maximal ein Umlenkkörper (42a - 42c) zugeordnet ist.

3. Optische Anordnung (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei für jeden optischen Kanal (22a - 22c) ein Umlenkkörper (42a - 42c) vorgesehen ist.

4. Optische Anordnung (16) nach Anspruch 1 oder 2, wobei einem optischen Kanal (22a - 22c) nur dann ein

Umlenkkörper (42a - 42c) zugeordnet ist, wenn der Kanalausgangsstrahl (38a, 38c) , der durch das

Abschlussoptikmittel (36a, 36c) dieses optischen

Kanals (22a, 22c) austritt, eine Ausbreitungsrichtung aufweist, welche nicht in Richtung des Fokusbereichs (44) weist.

5. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei die Strahlführungsoptik (20) derart ausgebildet ist, dass die aus den optischen Kanälen (22a - 22c) austretenden Kanalausgangsstrahlen (38a - 38c) sämtlich eine Ausbreitungsrichtung parallel zu einer gemeinsamen Hauptrichtung (40) aufweisen.

6. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) als Transmissionsoptik ausgebildet ist, wobei der erfasste Kanalausgangsstrahl (38a - 38c) durch eine

Lichteintrittsfläche (48) in den Umlenkkörper (42a - 42c) eingestrahlt wird und durch eine

Lichtaustrittsfläche (50) aus dem Umlenkkörper (42a - 42c) austritt.

7. Optische Anordnung (16) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Lichteintrittsfläche (48) schräg zur

Lichtaustrittsfläche (50) verläuft.

8. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c)

monolithisch aus einem für die Laserstrahlen

transparentem Material ausgebildet ist.

9. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) derart ausgebildet ist, dass die Divergenz des erfassten Kanalausgangsstrahls (38a - 38c) vor und nach dem Umlenken durch den Umlenkkörper (42a - 42c)

unverändert ist.

10. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) als optisches Prisma ausgebildet ist.

11. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei der Umlenkkörper (42a - 42c) als Reflexionsoptik ausgebildet ist.

12. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei ein Linsenmittel (52) vorgesehen ist, welches im Strahlengang auf die Strahltaille (46) folgend oder in der Strahltaille (46) angeordnet ist.

13. Optische Anordnung (16) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Linsenmittel als Kollimatorlinse (52) ausgebildet ist, welche zumindest einseitig eine Brennebene (54) oder Brennlinie aufweist, und wobei die Kollimatorlinse (52) derart angeordnet ist, dass die Brennebene (54) oder Brennlinie durch den

Fokusbereich (44) verläuft.

14. Optische Anordnung (16) nach einem der vorherigen

Ansprüche, wobei die Strahlführungsoptik (20) in jedem optischen Kanal (22a - 22c) jeweils ein Teleskop (32) zur Strahlformung umfasst, und wobei das

Abschlussoptikmittel (36a - 36c) Bestandteil des

Teleskops (32) in dem jeweiligen optischen Kanal (22a

- 22c) ist.

15. Optische Anordnung (16) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Teleskop (32) als anamorphotisches Teleskop ausgebildet ist.

16. Lasersystem (10) zur Erzeugung einer

Nutzlichtverteilung (L) , welche einen linienförmigen Strahlquerschnitt aufweist, umfassend:

- wenigstens zwei Laserlichtquellen (12a - 12f) , wobei jede Laserlichtquelle (12a - 12f) zur Abgabe

wenigstens eines Laserstrahls (14a - 14f) ausgebildet ist ;

- eine optische Anordnung (16) nach einem der

vorherigen Ansprüche, wobei die optische Anordnung (16) derart angeordnet ist, die Laserstrahlen (14a - 14f) der Laserlichtquellen (12a - 12f) in den

Kombinationsstrahl (18) überführt werden;

- eine Umformoptik (26) zur Formung des linienförmigen Intensitätsprofils aus dem Kombinationsstrahl (18), wobei die Umformoptik (26) im Strahlengang nach der Strahltaille (46) des Kombinationsstrahls (18) angeordnet ist.

Description:
Titel: Optische Anordnung und Lasersystem

Beschreibung

Es wird eine optische Anordnung zur Überführung von

Laserstrahlen mehrerer Laserlichtquellen in einen

Kombinationsstrahl aufweisend eine Strahltaille beschrieben sowie ein Lasersystem umfassend eine solche optische

Anordnung .

Ein möglicher, jedoch nicht ausschließlicher,

Einsatzbereich für die optische Anordnung sind

Lasersysteme, die zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung mit linienartigem Strahlprofil dienen. Derartige

Strahlprofile werden beispielsweise bei der Bearbeitung von Oberflächen von Halbleitern oder Gläsern eingesetzt, z.B.

bei der Herstellung von TFT-Displays , bei der Dotierung von Halbleitern, bei der Herstellung von Solarzellen oder zur Herstellung ästhetisch ausgestalteter Glasoberflächen für Bauzwecke. Hierbei wird das linienartige Strahlprofil senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Linie über die zu bearbeitende Oberfläche gescannt. Durch die Strahlung können oberflächliche Umwandlungsprozesse

(Umkristallisation, Schmelzungen, Diffusionsprozesse) ausgelöst werden und die gewünschten Bearbeitungsergebnisse erzielt werden.

Bei den genannten Lasersystemen erfolgt die Umwandlung der Laserstrahlen in die gewünschte, linienförmige

Nutzlichtverteilung mittels Optikeinrichtungen, welche die Laserstrahlung insbesondere Umformen und/oder

homogenisieren. Eine optische Anordnung zur Erzeugung einer linienförmigen Nutzlichtverteilung aus Laserstrahlung ist beispielsweise in der WO 2018/019374 Al beschrieben.

Da für die genannten Bearbeitungsprozesse in der Regel hochintensive Strahlung und/oder lang ausgedehnte

linienförmige Intensitätsverteilungen erwünscht sind, sollen oftmals mehrere Laserlichtquellen zur Speisung der gewünschten Nutzlichtverteilung eingesetzt werden.

Um die zur Linienformung wirksamen Optikeinrichtungen nicht für jede Laserlichtquelle separat vorsehen zu müssen, ist es erwünscht, die Laserstrahlen der verschiedenen

Laserlichtquellen zusammen zu führen und zu einem

Kombinationsstrahl zu bündeln, insbesondere räumlich zu bündeln. Beispielsweise in der WO 2018/019374 Al ist eine optische Anordnung mit gefaltetem Strahlengang durch eine Mehrzahl von Spiegeln und Linsen beschrieben, wobei die Laserstrahlen mehrerer Laserlichtquellen mittels eines Sammelspiegels bei gleichzeitiger Aufweitung des

resultierenden Strahles vereinigt werden. Die DE 10 2008 027 229 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Strahlformung und Bündelung, bei welcher Gruppen von Laserstrahlen ein Stück ihres Weges in getrennten optischen Kanälen verlaufen und mittels einer auf mehrere Strahlgruppen wirkenden

Teleskopoptik vereinigt werden. Derartige Anordnungen umfassen optische Elemente, welche mehrere getrennt verlaufende Laserstrahlen gleichzeitig erfassen und

dementsprechend große Eintrittsaperturen aufweisen müssen. Dies kann mit optischen Fehlern (z.B. Linsenfehler) verbunden sein und eine Justierung bzw. Feinabstimmung einzelner Strahlen untereinander erschweren. Außerdem können großformatige Linsenbauteile zu höheren Kosten und komplexen Bauraumanforderungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Strahlzusammenführung für mehrere Laserstrahlen zu

ermöglichen, welche Flexibilität bei der Anpassung an

Bauraumanforderungen und bei der optischen Justierung bietet .

Diese Aufgabe wird durch eine optische Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Hierbei handelt es sich um eine

Vorrichtung zur Überführung von Laserstrahlen wenigstens zweier Laserlichtquellen in einen Kombinationsstrahl, d.h. einen Strahl aus zusammengeführtem Licht der einzelnen Laserstrahlen, insbesondere in der Art eines Bündels aus räumlich zusammengeführten Strahlen

(Kombinationsstrahlbündel) . Die optische Anordnung ist derart ausgebildet, dass der Kombinationsstrahl eine

Strahltaille aufweist.

Die optische Anordnung umfasst eine Strahlführungsoptik, welche dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei getrennte optische Kanäle für die Laserstrahlen bereit zu stellen. Insofern verläuft jeder Laserstrahl in einem der wenigstens zwei optischen Kanäle. Jeder optische Kanal umfasst ein Abschlussoptikmittel, durch welches ein Kanalausgangsstrahl des jeweiligen optischen Kanals austritt, wenn die optische Anordnung mit Laserlichtquellen betrieben wird.

Für wenigstens einen der optischen Kanäle ist ein

Umlenkkörper vorgesehen und dem jeweiligen optischen Kanal zugeordnet. Der Umlenkkörper ist dabei derart ausgebildet, dass ausschließlich der Kanalausgangsstrahl des

zugeordneten optischen Kanals erfasst wird und die

Kanalausgangsstrahlen der übrigen optischen Kanäle von diesem Umlenkkörper nicht erfasst werden. Der erfasst

Kanalausgangsstrahl wird durch den Umlenkkörper in Richtung eines Fokusbereiches des Kombinationsstrahls geleitet bzw. umgelenkt .

Die Laserstrahlen der mehreren Laserlichtquellen werden somit im Strahlengang vor der Strahltaille in getrennten optischen Kanälen geführt. Ein optischer Kanal zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in ihm ein Lichtstrahl räumlich getrennt und/oder optisch getrennt von den anderen optischen Kanälen geführt wird. Ein optischer Kanal kann eine Mehrzahl von optisch wirksamen Bauteilen umfassen (Linsen, Blenden, Spiegel, usw.) . Den Abschluss eines jeweiligen optischen Kanals bildet insbesondere das

Abschlussoptikmittel, welches beispielsweise als

Sammellinse ausgestaltet ist.

Die Führung der Laserstrahlen in getrennten optischen

Kanälen bietet u.a. den Vorteil, dass die optisch wirksamen Bauteile des jeweiligen optischen Kanals nur eine begrenzte Größe aufweisen müssen, da nur Licht in dem jeweiligen optischen Kanal von dem Bauteil erfasst werden muss.

Insbesondere kann je nach Ausgestaltung auf Linsen mit großen Abmessungen verzichtet werden, so dass Bauraum eingespart werden kann und Linsenfehler verringert werden können. Außerdem kann in den separaten optischen Kanälen eine Formung und Feinabstimmung der Strahleigenschaften der verschiedenen Laserstrahlen unabhängig voneinander

erfolgen. Durch die getrennten optischen Kanäle ergibt sich auch eine verbesserte Skalierbarkeit des Gesamtaufbaus . Zusätzliche Kanäle können hinzugefügt werden, ohne dass der gesamte optische Aufbau geändert werden muss.

Mittels des wenigstens einen Umlenkkörpers werden die aus den verschiedenen Abschlussoptikmitteln austretenden

Strahlen zu der Strahltaille des Kombinationsstrahls zusammengeführt. Insofern wird die Lichtverteilung in dieser Strahltaille von mehreren Laserlichtquellen gespeist. Als Strahltaille wird der Bereich definiert, in welcher der Kombinationsstrahl den geringsten

Strahlquerschnitt aufweist, also die schmälste Stelle des Kombinationsstrahls .

Die Umlenkkörper sind insbesondere derart ausgebildet, dass die Ausbreitungsrichtung des Lichts vor dem Umlenkkörper von der Ausbreitungsrichtung nach dem Umlenkkörper

abweicht. Insofern wird mittels der Umlenkkörper aus den verschiedenen Kanalausgangsstrahlen ein Bündel erzeugt, welches in der Strahltaille zusammenläuft. Die Umlenkkörper dienen vorzugsweise zur Beeinflussung der

Ausbreitungsrichtung. Die voneinander beabstandeten

Laserstrahlen können ohne großformatige Linsen

zusammengeführt werden. Die eingangs geschilderten Probleme können dadurch reduziert werden.

Bei der beschriebenen Anordnung ist es ferner möglich, Position, Ausrichtung und/Ausgestaltung der einzelnen

Umlenkkörper zu verändern und so die Eigenschaften des Kombinationsstrahls, insbesondere in der Strahltaille, zu justieren. Insofern kann durch die Position, Ausrichtung und/oder Ausgestaltung der Umlenkkörper ein effektiver Divergenzwinkel für den Kombinationsstrahl nach der

Strahltaille vorgegeben werden.

Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet ein Strahl

(Lichtstrahl, Laserstrahl, Kanalausgangsstrahl, ...) keinen idealisierten Strahl im Sinne der geometrischen Optik, sondern einen realen Lichtstrahl, der im Querschnitt aus physikalischen Gründen stets eine endliche Ausdehnung aufweist. Im Falle eines Laserstrahls beispielsweise ist der Intensitätsverlauf im Strahlquerschnitt durch die jeweils beteiligten Lasermoden in der Laserlichtquelle beeinflusst .

Die optische Anordnung ist vorzugsweise zur Zusammenführung einer Mehrzahl (insbesondere > 3) von Laserstrahlen

verschiedener Laserlichtquellen ausgebildet. Insbesondere umfasst die optische Anordnung eine Mehrzahl (insbesondere > 3) von optischen Kanälen. Beispielsweise kann die

optische Anordnung derart ausgebildet sein, dass die

Laserstrahlen in einem eingangsseitigen Bereich der

Strahlführungsoptik nebeneinander verlaufen, insbesondere gruppiert nebeneinander verlaufen. Die optischen Kanäle sind insbesondere jeweils dazu ausgelegt, dass pro Kanal nur ein Laserlichtstrahl einer Laserlichtquelle verläuft. Insbesondere ist einem optischen Kanal entweder ein

Umlenkkörper zugeordnet, oder der aus dem optischen Kanal austretende Kanalausgangsstrahl geht direkt in die

Strahltaille des Kombinationsstrahls über.

Vorzugsweise ist jedem optischen Kanal ein Umlenkkörper zugeordnet. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die Kanalausgangsstrahlen der verschiedenen optischen Kanäle nach Durchtritt durch das jeweilige Abschlussoptikmittel zunächst nicht in Richtung der Strahltaille verlaufen.

Ein vereinfachter Aufbau ergibt sich beispielsweise

dadurch, dass einem optischen Kanal nur dann ein Umlenkkörper zugeordnet ist, wenn der Kanalausgangsstrahl, der in Betrieb der Anordnung durch das jeweilige

Abschlussoptikmittel austritt, eine Ausbreitungsrichtung aufweist, welche zunächst nicht in Richtung des

Fokusbereichs weist. Insofern ist ein Umlenkkörper

insbesondere nur für diejenigen optischen Kanäle

vorgesehen, für welche die Strahltaille nicht in Richtung der Austrittsrichtung des Kanalausgangsstrahles liegt. Die übrigen Kanalausgangsstrahlen können insofern ohne

Umlenkkörper zur Strahltaille geführt werden.

Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet die

Ausbreitungsrichtung eines Strahls (Lichtstrahl,

Laserstrahl, Kanalausgangsstrahl, ...) die räumlich

gemittelte Ausgangsrichtung, insbesondere im Sinne des räumlichen Mittels des Poynting-Vektors.

Die Strahlführungsoptik ist vorzugsweise derart

ausgebildet, dass die aus sämtlichen optischen Kanälen (bzw. deren Abschlussoptikmitteln) austretenden

Kanalausgangsstrahlen sämtlich eine Ausbreitungsrichtung parallel zu einer Hauptrichtung aufweisen. Die

Hauptrichtung bildet insbesondere eine optische Achse der Strahlführungsoptik. Insofern treten die

Kanalausgangsstrahlen zunächst zueinander parallel aus den verschiedenen optischen Kanälen aus und werden durch die Umlenkkörper zu der Strahltaille im Fokusbereich vereinigt.

Denkbar ist jedoch auch, dass die Kanalausgangsstrahlen bereits direkt nach Austritt aus den Abschlussoptikmitteln in verschiedene Richtungen verlaufen. Beispielsweise kann die Strahlführungsoptik derart ausgebildet sein, dass die aus den optischen Kanälen austretenden

Kanalausgangsstrahlen teilweise oder sämtlich bereits eine Richtungskomponente hin zu dem Fokusbereich aufweisen.

Dadurch wird die erforderliche Umlenkung durch die

Umlenkkörper verringert.

Der wenigstens ein Umlenkkörper ist vorzugsweise als

Transmissions-Optik ausgebildet, so dass der erfasste

Kanalausgangsstrahl durch eine Lichteintrittsfläche in den Umlenkkörper eingestrahlt wird und durch eine hiervon abweichende Lichtaustrittsfläche aus dem Umlenkkörper austritt. Vorzugsweise ist dabei die Lichteintrittsfläche schräg zur Lichtaustrittsfläche orientiert.

Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche selbst sind vorzugsweise eben ausgebildet.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Umlenkkörper einstückig aus einem für die Laserstrahlen transparenten Material ausgebildet. Das Material weist vorzugsweise einen Brechungsindex > 1 für die Laserstrahlen auf, so dass die Umlenkung aufgrund von Brechungswirkung an den Grenzflächen des Umlenkkörpers erfolgt.

Vorteilhafterweise ist der Umlenkkörper derart ausgebildet, dass ein Divergenzwinkel bzw. Divergenzraumwinkel des erfassten Kanalausgangsstrahls vor und nach dem Umlenken durch den Umlenkkörper im Wesentlichen unverändert ist. Insofern dient der Umlenkkörper vorzugsweise nicht als Linsenmittel zur Bündelung und/oder Aufweitung des Strahles, sondern dient im Wesentlichen nur zur Führung und Umlenkung des jeweiligen Strahls in Richtung Strahltaille . Die optische Funktion zur Veränderung der

Divergenzeigenschaften des Strahls kann durch die

Linsenmittel der jeweiligen optischen Kanäle, insbesondere durch das Abschlussoptikmittel bereitgestellt werden. Bei derartigen Ausgestaltungen erfolgt eine etwaige

Fokussierung und die erforderliche Umlenkung durch

unterschiedliche optische Bauteile. Diese Trennung der optischen Funktionen kann eine Justierung der optischen Anordnung vereinfachen.

Denkbar ist insbesondere, dass der wenigstens eine

Umlenkkörper als optisches Prisma ausgebildet ist.

Zur weiteren Ausgestaltung weist die optische Anordnung insbesondere ein Linsenmittel auf, welches im Strahlengang nach der Strahltaille oder in der Strahltaille angeordnet ist. Das Linsenmittel ist insbesondere dazu ausgebildet, den Kombinationsstrahl zur Einkopplung in ein nachfolgendes Strahltransformationselement zu formen. Vorzugsweise ist das Linsenmittel als Kollimatorlinse ausgebildet, die zur Kollimierung bzw. Parallelisierung des Kombinationsstrahls nach der Strahltaille dient. Dadurch wird verhindert, dass der Kombinationsstrahl nach der Strahltaille wieder

unerwünscht auseinanderläuft. Das kollimierte Bündel bzw. telezentrisch verlaufende Lichtbündel kann dann weiter optisch verarbeitet werden, z.B. zur Ausbildung einer linienförmigen Lichtverteilung. Die Kollimatorlinse weist vorzugsweise zumindest einseitig eine Brennebene oder Brennlinie auf. Die Kollimatorlinse kann derart angeordnet sein, dass die Brennebene oder

Brennlinie durch den Fokusbereich, d.h. durch die

Strahltaille, verläuft. Insofern ist die Strahltaille vorzugsweise in der obj ektseitigen Brennweite zur

Kollimatorlinse angeordnet. Die Kollimatorlinse ist z.B. als Sammellinse ausgebildet. Insbesondere bildet die

Kollimatorlinse die eigentliche Ausgangsapertur der

optischen Anordnung. Der Kombinationsstrahl tritt dann, gegebenenfalls nach Kollimation, durch diese

Ausgangsapertur aus und kann weiter verarbeitet werden.

Zur weiteren Ausgestaltung umfasst die Strahlführungsoptik in zumindest einigen optischen Kanälen oder in jedem optischen Kanal eine anamorphotische Optik zur

Strahlformung, insbesondere ein Teleskop zur Strahlformung, wobei das Abschlussoptikmittel des jeweiligen optischen Kanals ein Bestandteil der anamorphotischen Optik

(insbesondere des Teleskops) in diesem optischen Kanal ist. Ein Teleskop kann insbesondere zwei im Strahlengang

aufeinander folgende Sammellinsen umfassen, welche im

Abstand ihrer addierten Brennweiten angeordnet sind, so dass ihre einander zugewandten Brennebenen zusammen fallen (etwa in der Art eines Keppler-Teleskops ) . Vorzugsweise ist das Teleskop in dem wenigstens einen optischen Kanal als anamorphotisches Teleskop ausgebildet, so dass

Laserstrahlen in dem jeweiligen optischen Kanal anamorph verformt werden. Insbesondere ist das Teleskop dazu

ausgebildet, eine zylindrische Veränderung des Abbildungsmaßstabs entlang einer Achse senkrecht zur

Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen in dem optischen Kanal zu bewirken.

Vorzugsweise umfasst die Strahlführungsoptik in jedem optischen Kanal zwei im Strahlengang seriell angeordnete, anamorphotische Teleskope, welche bezüglich zweier

verschiedener Verzeichnungsrichtungen wirken (insbesondere bezüglich zweier senkrechter Richtungen) . Dadurch können die Strahleigenschaften bezüglich zweier senkrechter Achsen eingestellt werden.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein

Lasersystem zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung mit linienförmigen Strahlquerschnitt gelöst. Das Lasersystem umfasst wenigstens zwei Laserlichtquellen zur Abgabe von Laserstrahlen. Das Lasersystem umfasst außerdem eine optische Anordnung der vorstehend beschriebenen Art, wobei die optische Anordnung derart angeordnet ist, dass die Laserstrahlen der Laserlichtquellen in den

Kombinationsstrahl überführt werden. Der Kombinationsstrahl wird mittels einer im Strahlengang nachfolgenden

Umformoptik weiter verarbeitet und in die gewünschte linienförmige Nutzlichtverteilung umgeformt und ggf.

homogenisiert. Die Umformoptik ist dabei im Strahlengang nach der Strahltaille des Kombinationsstrahls angeordnet. Mittels der optischen Anordnung wird ein von mehreren

Laserlichtquellen gespeister Kombinationslichtstrahl erzeugt, der von der Umformoptik in die gewünschte

linienförmige Nutzlichtverteilung überführt wird. Durch eine Justierung der optischen Anordnung, insbesondere der Umlenkkörper und/oder der Abschlussoptikmittel können die Strahleigenschaften des Kombinationsstrahles auf die

Umformoptik abgestimmt werden.

Die Umformoptik ist vorzugsweise in der Strahltaille oder in räumlicher Nähe zur Strahltaille angeordnet,

gegebenenfalls im Strahlengang nach einer

Kollimationslinse, wie oben beschrieben. Die Umformoptik kann daher mit vergleichsweise kleinen räumlichen

Abmessungen ausgeführt werden.

Weitere Einzelheiten und mögliche Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben .

Es zeigen:

Figur 1 schematische Darstellung eines Lasersystems zur

Erzeugung einer linienförmigen

Nutzlichtverteilung in Draufsicht;

Figur 2 schematische Darstellung des Lasersystems gemäß

Figur 1 in Seitenansicht;

Figur 3 schematische Darstellung einer optischen

Anordnung in Draufsicht;

Figur 4 schematische Darstellung einer weiteren optischen

Anordnung in Draufsicht; Figur 5 schematische Darstellung einer weiteren optischen Anordnung in Seitenansicht;

Figur 6 schematische Darstellung der optischen Anordnung gemäß Figur 5 in Draufsicht;

Figur 7 schematische Darstellung eines Lasersystems mit zwei Gruppen umfassend jeweils zwei optische Kanäle ;

Figur 8 schematische Darstellung einer optischen

Anordnung mit zwei optischen Kanälen;

Figur 9 Darstellung entsprechend Figur 6 für eine

Anordnung mit zwei optischen Kanälen.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein

Lasersystem 10 zur Erzeugung einer Nutzlichtverteilung (L) mit einem linienförmigen Strahlquerschnitt.

In einigen Figuren ist ein rechtshändig orientiertes, kartesisches Koordinatensystem dargestellt. Auf die

definierten Richtungen des Koordinatensystems wird zur Beschreibung geometrischer Relationen Bezug genommen, ohne dass dies einschränkend für die Anordnung und Ausrichtung der Vorrichtungen sein soll. Insbesondere können einzelne Einheiten des Lasersystems 10 abweichende Orientierungen aufweisen. Im dargestellten Beispiel erstreckt sich die Nutzlichtverteilung linienförmig in der X-Y-Ebene entlang der Y-Richtung.

Das Lasersystem 10 kann beispielsweise eine Mehrzahl von Laserlichtquellen 12a bis 12f zur Abgabe von jeweils zugeordneten Laserstrahlen 14a bis 14f umfassen.

Selbstverständlich kann auch eine Laserlichtquelle zum Einsatz kommen, welche dazu geeignet ist, mehrere

Laserstrahlen (z.B. 14a bis 14c oder 14a bis 14f)

abzugeben. Im dargestellten Beispiel sind die

Laserlichtquellen 12a bis 12f derart angeordnet, dass in einem eingangsseitigen Bereich des Lasersystems 10 die Laserstrahlen 14a bis 14f in zwei Gruppen umfassend jeweils drei Laserstrahlen verlaufen. Beispielsweise sind die

Laserstrahlen 14a bis 14f in einer gemeinsamen Ebene (im dargestellten Beispiel in der Y-Z-Ebene) angeordnet.

Die Laserstrahlen 14a bis 14f treten in eine optische

Anordnung 16 ein, welche zur Überführung von jeweils mehreren Laserstrahlen (14a bis 14c und 14d bis 14f) in jeweils einen Kombinationsstrahl 18 dient. Im dargestellten Beispiel ist die optische Anordnung 16 derart ausgebildet, dass eine erste Gruppe von Laserstrahlen 14a bis 14c in den Kombinationsstrahl 18 zusammengeführt wird, und eine zweite Gruppe von Laserstrahlen 14d bis 14f in den

Kombinationsstrahl 18' zusammengeführt wird. Für die weitere Beschreibung wird beispielhaft nur auf die erste Gruppe von Laserstrahlen 14a bis 14c und die auf diese wirkenden optischen Bauteile Bezug genommen. Die zweite Gruppe von Laserstrahlen 14d bis 14f kann entsprechend optisch verarbeitet werden.

Die Laserstrahlen 14a bis 14c verlaufen in der optischen Anordnung 16 zunächst in einer Strahlführungsoptik 20, welche getrennte optische Kanäle 22a bis 22c bereitstellt . Im dargestellten Beispiel verläuft in jedem optischen Kanal 22a bis 22c je ein Laserstrahl 14a bis 14c. Die in den optischen Kanälen 22a bis 22c geführten Laserstrahlen 14a bis 14c gehen in eine Strahlvereinigungsoptik 24 über und werden in dieser zu dem Kombinationsstrahl 18

zusammengeführt .

Der Kombinationsstrahl 18 wird im weiteren Verlauf durch eine Umformoptik 26 geführt, welche den Kombinationsstrahl 18 in die gewünschte linienförmige Nutzlichtverteilung L umformt. Für die Umformoptik 26 sind verschiedene

Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann die

Umformoptik 26 ein Strahltransformationselement 28

umfassen, welches zunächst die Strahleigenschaften des Kombinationsstrahls 18 anisotrop verändert. Im

dargestellten Beispiel vergrößert das

Strahltransformationselement 28 das Strahlparameterprodukt bzw. die Beugungsmaßzahl M 2 des Kombinationsstrahl 18 entlang der Y-Richtung und verkleinert das

Strahlparameterprodukt bzw. die Beugungsmaßzahl M 2 entlang der X-Richtung (vergleiche Figur 2) . Die Umformoptik kann außerdem einen skizziert dargestellten Homogenisierer 30 umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, die Intensitätsverteilung entlang einer Vorzugsrichtung (beispielsweise Y-Richtung) zu homogenisieren.

Die Figur 2 zeigt das schematisch dargestellte Lasersystem 10 gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Laserstrahlen 14a bis 14f sämtlich in einer Ebene und liegen daher in der Ansicht gemäß Figur 2 übereinander. Ein grundsätzlicher Aspekt der Erfindung kann darin bestehen, dass die optische Anordnung 16 die Laserstrahlen 14a bis 14f nur bezüglich einer

Wirkungsrichtung (im dargestellten Beispiel: Y-Richtung) zusammenführt und vereinigt. Insofern kann die optische Anordnung 16 insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Laserstrahlen 14a bis 14f bezüglich einer zur

Vorzugsrichtung senkrechten Richtung (im dargestellten Beispiel X-Richtung) im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben. Die Strahlführungsoptik 20 ist vorzugsweise auch dazu ausgebildet, die in den optischen Kanälen 22a bis 22c geführten Laserstrahlen 14a bis 14c vorzuformen.

Beispielsweise kann in wenigstens einem optischen Kanal 22a bis 22c zumindest ein Teleskop 32, 32' zur Beeinflussung der Strahleigenschaften in den jeweiligen optischen Kanälen vorgesehen sein. Ein solches Teleskop 32, 32' wirkt als Strahlformungsoptik und kann insbesondere dazu ausgelegt sein, den Strahlquerschnitt in dem optischen Kanal 14a bis 14f zu verändern. Denkbar ist, dass das Teleskop anamorphe optische Eigenschaften aufweist. Beispielsweise kann in einem optischen Kanal 22a bis 22c ein anamorphes Teleskop 32 vorgesehen sein, welches die Strahleigenschaften

bezüglich einer ersten Richtung (im dargestellten Beispiel: Y-Richtung) beeinflusst. Zusätzlich kann, im Strahlengang vorausgehend oder nachfolgend, ein weiteres Teleskop 32 ' vorgesehen sein, welches die Strahleigenschaften in einer hierzu senkrechten Richtung verändert (im dargestellten Beispiel: X-Richtung; siehe Figur 2) . Für die Teleskope 32, 32' sind verschiedene Ausgestaltungen möglich.

Beispielsweise können die Teleskope 32, 32' als Galileo- Teleskop oder Kepler-Teleskop ausgebildet sein. Denkbar ist insbesondere, die Teleskope 32, 32' als Anordnung aus wenigstens zwei Sammellinsen 34a, 34b bzw. 34a', 34b' auszugestalten, wobei die Sammellinsen derart ausgebildet sind, dass ihre Brennebenen im Strahlengang zwischen ihnen zusammen fallen.

Wie in Figur 3 erkennbar, weist die Strahlführungsoptik 20 für jeden optischen Kanal 22a bis 22c ein

Abschlussoptikmittel 36a bis 36c auf. Vorzugsweise ist jedem einzelnen optischen Kanal 22a bis 22c jeweils ein separates Abschlussoptikmittel 36a bis 36c zugeordnet.

Durch das jeweilige Abschlussoptikmittel 36a bis 36c tritt die in dem jeweiligen optischen Kanal 22a bis 22c geführte Laserstrahlung als zugeordneter Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c aus. Insofern ist jedem einzelnen optischen Kanal 22a bis 22c genau ein Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c

zugeordnet .

Die Abschlussoptikmittel 36a bis 36c können in

vorteilhafter Weise von einer Linse eines Teleskops 32 in den jeweiligen optischen Kanal 22a bis 22c bereitgestellt werden. Vorzugsweise bildet die ausgangsseitige Linse 34b des jeweiligen Teleskops 32 jeweils das

Abschlussoptikmittel 36a bis 36c in dem jeweiligen

optischen Kanal 22a bis 22c.

Die Strahlführungsoptik 22 kann derart ausgebildet sein, dass die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c nach Austritt aus dem jeweiligen Abschlussoptikmittel 36a bis 36c

zunächst sämtlich entlang einer Hauptrichtung 40 verlaufen (vergleiche Figur 3) . Denkbar ist insbesondere, dass die optischen Kanäle 22a bis 22c derart ausgebildet sind, dass die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c symmetrisch bezüglich einer optischen Achse angeordnet sind (wobei die optische Achse entlang der Hauptrichtung 40 verläuft) . Im Beispiel der Figur 3 verlaufen die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c in der Y-Z-Ebene achsensymmetrisch zu einem mittleren

Kanalausgangsstrahl 38b. Insofern verläuft der mittlere Kanalausgangsstrahl 38b entlang der Hauptrichtung 40 auf der optischen Achse des Systems. Derartige Ausgestaltungen sind jedoch nicht zwingend. Es kann auch vorteilhaft sein, dass die Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c teilweise schräg zueinander verlaufen, insbesondere derart, dass sie ein konvergierendes Lichtbüschel bilden.

Die optische Anordnung 16 umfasst außerdem mehrere

Umlenkkörper 42a bis 42c. Jeder Umlenkkörper 42a bis 42c ist einem der optischen Kanäle 22a bis 22c zugeordnet. Ein jeweiliger Umlenkkörper 42a bis 42c ist dabei derart bemessen und derart angeordnet, dass er ausschließlich den Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c des jeweils zugeordneten optischen Kanals 22a bis 22c erfasst. Insbesondere ist ein jeweiliger Umlenkkörper 42a bis 42c im Bereich des jeweils zugeordneten Abschlussoptikmittels 36a bis 36c angeordnet.

Die Umlenkkörper 42a bis 42c sind vorzugsweise als

Transmissionsoptiken, also als transmittierend wirkender optischer Körper ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch, dass die Umlenkkörper 42a bis 42c jeweils als Reflexionsoptik ausgebildet sind, insbesondere als Kombinationsanordnung von Spiegeln. Die Umlenkkörper wirken derart auf die jeweils zugeordneten Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c ein, dass der jeweils von einem Umlenkkörper 42a bis 42c

erfasste Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c zu einem

Fokusbereich 44 der optischen Anordnung 16 umgelenkt wird und dort eine Strahltaille 46 des Kombinationsstrahls 18 ausgebildet wird.

Insbesondere erfolgt die Umlenkung des jeweils erfassten Kanalausgangsstrahls 38a bis 38c durch Brechung an

Begrenzungsflächen des Umlenkkörpers 42a bis 42c.

Insbesondere weist jeder Umlenkkörper eine

Lichteintrittsfläche 48 auf, durch welche der jeweils erfasste Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c in den jeweils zugeordneten Umlenkkörper 42a bis 42c eingekoppelt wird.

Der Umlenkkörper 42a bis 42c weist dann auch eine

Lichtaustrittsfläche 50 auf, durch welche der erfasste und eingekoppelte Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c den

Umlenkkörper 42a bis 42c wieder verlässt und danach eine Richtungskomponente hin zu dem Fokusbereich 44 aufweist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Lichtaustrittsfläche schräg zur Lichteintrittsfläche orientiert ist.

Im dargestellten Beispiel sind die Umlenkkörper 42a bis 42c als monolithische Körper in Form von optischen Prismen ausgestaltet .

Es kann vorteilhaft sein, wenn jedem optischen Kanal 22a bis 22c genau ein Umlenkkörper 42a bis 42c zugeordnet ist (vergleiche Figur 3) . Dies ermöglicht es, für jeden

Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c die Ausbreitungsrichtung präzise einzustellen und so die Eigenschaften des

Kombinationsstrahls 18 in der Strahltaille 46 zu

beeinflussen .

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, Umlenkkörper 42a bis 42c nur für solche optischen Kanäle 22a bis 22c vorzusehen, für welche der austretende Kanalausgangsstrahl 38a bis 38c sich nicht in Richtung des gewünschten Fokusbereichs 44 ausbreitet. Eine entsprechende Ausgestaltung ist

beispielhaft in Figur 4 skizziert. Der durch das

Abschlussoptikmittel 36b des mittleren optischen Kanals 22b austretende Kanalausgangsstrahl 38b verläuft bereits auf der optischen Achse des Systems in Hauptrichtung 40 und zielt auf den Fokusbereich 44. Insofern muss hier keine Umlenkung durch einen Umlenkkörper erfolgen. Für die randständigen optischen Kanäle 36a und 36c sind jedoch entsprechende, zugeordnet Umlenkkörper 42a und 42c vorgesehen. Diese Ausgestaltung führt zu einer kompakten Strahlvereinigungsoptik 24.

Um den Kombinationsstrahl 18 für die Einkopplung in das nachfolgende Strahltransformationselement 28 vorzubereiten, kann die optische Anordnung 16 ein Linsenmittel 52

umfassen. Insbesondere kann das Linsenmittel als

Kollimatorlinse 52 ausgebildet sein, welche dazu dient, den Kombinationsstrahl 18 zu kollimieren und/oder bezüglich der Hauptrichtung 40 zu parallelisieren . Die Kollimatorlinse 52 ist vorzugsweise im Strahlengang auf die Strahltaille 46 folgend angeordnet. Die Kollimatorlinse 52 erfasst den Kombinationsstrahl 18 vorzugsweise vollständig und ist insofern insbesondere auf den Divergenzwinkel im Bereich der Strahltaille 46 abgestimmt.

Vorzugsweise ist die Kollimatorlinse als Sammellinse ausgebildet, welche eine Brennebene 54 definiert. Die

Kollimatorlinse 52 ist insbesondere derart angeordnet, dass die Brennebene 54 durch die Strahltaille 46 verläuft.

Dadurch kann erreicht werden, dass der Kombinationsstrahl 18 nach Durchtritt durch die Kollimatorlinse 52

parallelisiert ist und insofern mit geringem

Divergenzwinkel auf ein nachfolgendes

Strahltransformationselement 28 tritt. Denkbar ist auch, dass die Kollimatorlinse als Streulinse ausgebildet ist, welche im Strahlengang vor der Strahltaille 46 angeordnet ist . Die Umlenkung der Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c kann grundsätzlich auch mittels einer einzelnen Zylinderlinse 56 erfolgen, welche im Strahlengang folgend auf die

Abschlussoptikmittel 36a bis 36c angeordnet ist (vergleiche Figur 6) .

Die Zylinderlinse 56 wirkt insbesondere zur Bündelung von Licht in der Ebene, in welcher die optischen Kanäle 22a,

22b, 22c nebeneinander angeordnet sind. Insofern weist die Zylinderlinse 56 vorzugsweise eine Achse auf, welche senkrecht zur Ebene verläuft, in welcher die optischen Kanäle 22a bis 22c nebeneinander verlaufen.

Vorzugsweise ist die Zylinderlinse 56 derart bemessen, dass sämtliche Kanalausgangsstrahlen 38a bis 38c erfasst werden und den Fokusbereich 44 gebündelt werden und dort eine Strahltaille ausbilden. Derartige Ausgestaltungen bilden eine besonders einfache Strahlvereinigungsoptik 24', bei welcher zusätzliche Bauteile zur Zylinderlinse 56 im

Wesentlichen eingespart werden können (vergleiche Figur 6) .

Insbesondere dann, wenn eine Zylinderlinse 56 mit großer Brennweite gewählt wird, weist der Kombinationsstrahl 18 im Bereich der Strahltaille 46 einen kleinen Divergenzwinkel auf und dann direkt einem nachfolgenden

Strahltransformationselement 28 zugeführt werden.

Die im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebene

Strahlvereinigungsoptik 24' wirkt anamorphotisch und beeinflusst somit die Strahleigenschaften des Kombinationsstrahls 18 in Schnitten senkrecht zur Ebene der Strahlvereinigung kaum (vergleiche Figur 5) .

Im den Figuren 1- 6 sind optische Anordnungen 16

dargestellt, welche beispielhaft Laserstrahlen in drei optischen Kanälen 22a bis 22c zu dem Kombinationsstrahl 18 zusammenführen. Diese Ausgestaltung ist nicht zwingend. Insbesondere kann die Zahl der optischen Kanäle in der Anordnung anders gewählt werden.

Dies wird anhand der Figuren 7-9 veranschaulicht, welche jeweils eine optische Anordnung 16 darstellen, die mit zwei optischen Kanälen arbeitet. Die Laserstrahlen verlaufen beispielhaft in zwei Gruppen umfassend jeweils zwei

Laserstrahlen. Zur Veranschaulichung wird nur eine Gruppe mit den beiden Laserstrahlen 14a, 14b in den optischen Kanälen 22a, 22b beschrieben.

Ähnlich wie bei der Ausgestaltung in Figur 1 verlaufen die Laserstrahlen 14a und 14b in der optischen Anordnung 16 zunächst in einer Strahlführungsoptik 20, welche die beiden getrennten optischen Kanäle 22a 22b bereitstellt . Die in den optischen Kanälen 22a und 22b geführten Laserstrahlen 14a und 14b gehen in die Strahlvereinigungsoptik 24 über und werden in dieser zu dem Kombinationsstrahl 18

zusammengeführt. Der Kombinationsstrahl 18 wird dann wiederum durch ein Strahltransformationselement 28 geführt, das zur Umformung des Kombinationsstrahls 18 in die

gewünschte linienförmige Nutzlichtverteilung L beiträgt. Durch das Abschlussoptikmittel 36a bzw. 36b des jeweiligen optischen Kanals 22a bzw. 22b tritt jeweils ein

zugeordneter Kanalausgangsstrahl 38a bzw. 38b aus (vgl. Figur 8) . Im dargestellten Beispiel ist jedem optischen Kanal 22a bzw. 22b je ein Umlenkkörper 42a bzw. 42b

zugeordnet, so dass die Kanalausgangsstrahlen in der beschriebenen Art und Weise zu der Strahltaille 46

zusammengeführt werden. Die Umlenkung der Kanalausgangsstrahlen 36a und 36b mittels einer Zylinderlinse 56 für den Fall einer Anordnung mit zwei optischen Kanälen 22a und 22b ist in Figur 9

dargestellt. Die Zylinderlinse 56 ist dabei im Strahlengang auf die Abschlussoptikmittel 36a und 36b folgend angeordnet und erfasst die zwei optischen Kanäle 22a und 22b.