Titel

Räumliche Lichtmoduliervorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators

Die Erfindung betrifft eine räumliche Lichtmoduliervorrichtung für ein optisches Materialbearbeitungssystem und ein optisches Materialbearbeitungssystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators.

Stand der Technik

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen räumlichen Lichtmoduliersystems, welches der Anmelderin als interner Stand der Technik bekannt ist.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte herkömmliche räumliche Lichtmoduliersystem hat einen räumlichen Lichtmodulator 10 mit einem ein- oder mehrdimensionalen Feld 12 von lichtmodulierenden Pixeln, welche mittels einer Steuerung 14 ansteuerbar sind. Ein von einem Laser 16 emittierter Lichtstrahl 18 trifft auf das ein- oder mehrdimensionale Feld 12 von Pixeln und wird mittels der Pixel moduliert, bevor der Lichtstrahl 18 mittels einer Linse 20 auf eine Arbeitsebene 22 fokussiert wird. Vor seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 12 von Pixeln kann der Lichtstrahl 18 außerdem mittels zweier Linsen 24 in seinem Strahldurchmesser variiert und/oder mittels einer Polarisiereinrichtung 26 polarisiert werden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft eine räumliche Lichtmoduliervorrichtung für ein optisches Materialbearbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein optisches Materialbearbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein Verfahren zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Vorteile der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten sowohl zum Kalibrieren als auch zum flexiblen Korrigieren eines räumlichen Lichtmodulators derart, dass ein mittels eines ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln des jeweiligen räumlichen Lichtmodulators modulierter Lichtstrahl in seiner Amplitudenverteilung, in seiner Phasenverteilung und/oder in seiner Polarisation einem gewünschten Strahlprofil entspricht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der modulierte Lichtstrahl eine „definierte Strahlform“ aufweist, welche sich für einen anschließend oder gleichzeitig mittels des Lichtstrahls ausgeführten optischen Materialbearbeitungsprozess vorteilhaft eignet. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung Möglichkeiten zur flexiblen Korrektur des Lichtstrahls auch während des damit ausgeführten optischen Materialbearbeitungsprozesses, wodurch der Kalibriervorgang auch mehrmals ausgeführt werden kann, sodass selbst thermische Verschiebungen und Signalfehler an einem gewünschten Strahlprofilmuster nachkorrigiert werden können. Des Weiteren können die mittels der vorliegenden Erfindung realisierten Möglichkeiten sowohl automatisch als auch manuell zur Anpassung des Strahlprofils des Lichtstrahls an ein gewünschtes Strahlprofil ausgeführt werden. Auch statische oder dynamische optische Aberrationen im gesamten optischen System können dabei korrigiert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet und/oder programmiert, den lokalen Ist-Phasenhub des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe mittels einer Auswertung einer Amplitudenverteilung, einer Phasenverteilung, einer Polarisation und/oder eines Interferenzbildes und/oder mittels einer mechanischen Abtastung zu ermitteln. Dies erlaubt eine genaue und verlässliche Ermittlung des lokalen Ist-Phasenhubs des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist die Steuerung zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert, für mindestens einen weiteren der Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds seine spezifische Phasenhub-Relation, welche seinen wahrscheinlichen lokalen Phasenhub in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt, durch Interpolation und/oder Extrapolation aus den für mindestens zwei ausgewählte Pixel festgelegten spezifischen Phasenhub- Relationen zu bestimmen. Somit können selbst bei einer vergleichsweise großen Gesamtanzahl von Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds für alle seine Pixel spezifische Phasenhub- Relationen in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße und/oder der mindestens einen physikalischen Größe relativ schnell bestimmt werden.

Insbesondere kann die Steuerung dazu ausgebildet und/oder programmiert sein, anhand der für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds ermittelten oder durch Interpolation und/oder Extrapolation bestimmten spezifischen Phasenhub-Relation eine Kalibrierung und/oder eine Nachkorrektur des räumlichen Lichtmodulators auszuführen. Dies verbessert einen anschließenden Betrieb der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.

Beispielsweise kann der Steuerung mindestens ein Grenzwert für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die spezifische Phasenhub- Relation für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds mittels der Steuerung ermittelt oder bestimmt ist, vorgegeben sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall die Steuerung nach Ermittlung oder Bestimmung der spezifischen Phasenhub-Relation für den mindestens einen Pixel zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert, zu erkennen, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe den einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen der vorgegebenen Grenzwerte übersteigt. Gegebenenfalls ist die Steuerung dann dazu ausgebildet und/oder programmiert, für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds mit der ermittelten oder bestimmten spezifischen Phasenhub- Relation seinen spezifischen Soll-Phasenhub unter Berücksichtigung zumindest seiner spezifischen Phasenhub- Relation neufestzulegen.

Bevorzugter Weise ist die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die mindestens eine spezifische Phasenhub- Relation mittels der Steuerung festlegbar ist, einer an dem jeweiligen Pixel vorliegenden lokalen Lichtintensität, eine Gesamtlichtintensität eines auf dem räumlichen Lichtmodulator auftreffenden Lichtstrahls, eine Lichtintensitätsverteilung des auf dem räumlichen Lichtmodulator auftreffenden Lichtstrahls, eine Emissionsleistung einer den auf dem räumlichen Lichtmodulator auftreffenden Lichtstrahl emittierenden Lichtquelle, eine Lichtfrequenz der Lichtquelle, eine Impulsfrequenz der gepulsten Lichtquelle, eine Impulsdauer der gepulsten Lichtquelle und/oder mindestens eine ermittelte und/oder geschätzte Temperatur an mindestens einem Teil der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung. Allerdings sind die hier aufgezählten Beispiele für die mindestens eine physikalische Größe nicht abschließend zu interpretieren.

Die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung beginnt vorzugsweise, sobald zumindest der räumliche Lichtmodulator, die den auf dem räumlichen Lichtmodulator auftreffenden Lichtstrahl emittierende Lichtquelle und/oder mindestens eine weitere Lichtquelle der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung in ihrem Betriebszustand geschaltet ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung sind eine Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung und/oder eine Polarisation eines auf das ein- oder mehrdimensionale Feld von Pixeln auftreffenden Materialbearbeitungslichtstrahls modulierbar, indem jeweils ein auf einen jeweiligen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds auftreffender Teil des Materialbearbeitungslichtstrahls um einen spezifischen Soll-Phasenhub des jeweiligen Pixels moduliert ist. Somit kann selbst ein Materialbearbeitungslichtstrahl, welcher aufgrund seiner vergleichsweise hohen Lichtintensität zum Ausführen mindestens eines optischen Materialbearbeitungsprozesses geeignet ist, in seiner Amplitudenverteilung, seiner Phasenverteilung und/oder seiner Polarisation unter Nutzung der vorliegenden Erfindung so moduliert werden, dass sein aktuelles Strahlprofil einem gewünschten Strahlprofil entspricht.

Vorteilhafterweise kann der mittels der Sensoreinrichtung zur Ermittlung des jeweiligen lokalen Ist-Phasenhubs untersuchte Lichtstrahl zumindest ein Teilstrahl des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierten Materialbearbeitungslichtstrahls oder ein weiterer mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierter Probenlichtstrahl sein. Die Verwendung des Probenlichtstrahls für die mittels der Sensoreinrichtung und der Steuerung ausgeführte Kalibrierung oder Korrektur erlaubt auch die Verwendung einer nur für eine relativ geringe Lichtintensität auf ihrer Detektionsfläche ausgelegten Sensoreinrichtung, da der Probenlichtstrahl im Gegensatz zu dem Materialbearbeitungslichtstrahl eine vergleichsweise geringe Lichtintensität aufweisen kann.

Ebenso kann der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds von Pixeln modulierte Materialbearbeitungslichtstrahl mittels eines Strahlteilers so geteilt sein, dass ein erster Teilstrahl des Materialbearbeitungslichtstrahls zu der Sensoreinrichtung ausrichtbar oder ausgerichtet ist und ein zweiter Teilstrahl des Materialbearbeitungslichtstrahls zu einer vorrichtungseigenen oder vorrichtungsexternen Materialbearbeitungseinheit ausrichtbar oder ausgerichtet ist. Damit kann auch während eines mittels des Materialbearbeitungslichtstrahls ausgeführten optischen Materialbearbeitungsprozesses gleichzeitig die Kalibrierung oder Korrektur des räumlichen Lichtmodulators mittels der Sensoreinrichtung und der Steuerung ausgeführt werden.

Auch bei einem optischen Materialbearbeitungssystem mit einer derartigen räumlichen Lichtmoduliervorrichtung sind die vorausgehend beschriebenen Vorteile gewährleistet.

Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators die oben beschriebenen Vorteile. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen der optischen Lichtmoduliervorrichtung weitergebildet werden kann.

Beispielsweise kann für mindestens eine Gruppe von benachbarten Pixeln als dem mindestens einen ausgewählten Pixel die spezifische Phasenhub- Relation ermittelt werden.

Vorteilhafterweise kann für mindestens einen weiteren der Pixel und/oder für mindestens eine weitere Gruppe von benachbarten Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds seine spezifische Phasenhub-Relation, welche seinen wahrscheinlichen lokalen Phasenhub in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt, durch Interpolation und/oder Extrapolation aus den für mindestens zwei ausgewählte Pixel festgelegten spezifischen Phasenhub- Relationen bestimmt werden. Insbesondere können die Interpolation und/oder die Extrapolation unter Verwendung von mindestens einem mathematischen Fit-Modell und/oder mindestens einer Methode des maschinellen Lernens ausgeführt werden.

Wahlweise kann nach einem Aktivieren einer den auf dem räumlichen Lichtmodulator auftreffenden Lichtstrahl emittierenden Lichtquelle eine vorgegebene Wartezeit abgewartet werden, und die Ist-Phasenhübe können erst nach einem Abwarten der Wartezeit ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine „Anlaufzeit“ der Lichtquelle abgewartet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen räumlichen Lichtmoduliersystems;

Fig. 2a bis 2c schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer zweiten

Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Teildarstellung einer dritten

Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung;

Fig. 6a bis 6c ein Flussdiagramm und schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators; und

Fig. 7a und 7b Flussdiagramme zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators. Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.

Die in Fig. 2a schematisch dargestellte räumliche Lichtmoduliervorrichtung hat einen räumlichen Lichtmodulator 30, welcher auch als ein SLM (Spatial Light Modulator) oder als ein Strahlformer mit einem programmierbaren/einstellbaren Strahlformungsmuster bezeichnet werden kann. Der räumliche Lichtmodulator 30 weist ein ein- oder mehrdimensionales Feld 32 von lichtmodulierenden Pixeln auf, wobei die Pixel oder Pixelgruppen von mehreren Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 mittels einer an den jeweiligen Pixel oder an die jeweilige Pixelgruppe ausgegebenen Steuergröße 36 einer Steuerung 34 derart spezifisch ansteuerbar sind, dass ein (lokaler) Phasenhub (D des jeweiligen Pixels, bzw. der jeweiligen Pixelgruppe, variierbar ist/variiert wird. Das mehrdimensionale Feld 32 von lichtmodulierenden Pixeln kann ein zwei- oder dreidimensionales Feld 32 sein. Unter der spezifischen Ansteuerbarkeit der Pixel oder der Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ist zu verstehen, dass der (lokale) Phasenhub (D des jeweiligen Pixels/der jeweiligen Pixelgruppe unabhängig von dem mindestens einen (lokalen) Phasenhub (D des mindestens einen benachbarten Pixels/der mindestens einen benachbarten Pixelgruppe variiert/eingestellt werden kann. Die unterschiedlichen Phasenhübe (D der Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ergeben ein Strahlformungsmuster des räumlichen Lichtmodulators 30, welches auch als eine Phasenmaske des räumlichen Lichtmodulators 30 bezeichnet werden kann. Der Phasenhub (D kann auch als Phasenmodulation des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe bezeichnet werden.

Die Steuerung 34 der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist dazu ausgebildet und/oder programmiert, für die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 einen spezifischen Soll-Phasenhub (Do festzulegen, und die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung des jeweils festgelegten Soll-Phasenhubs (Do mittels der an den jeweiligen Pixel oder an die jeweilige Pixelgruppe ausgegebenen Steuergröße 36 anzusteuern. Unter einer spezifischen Festlegung des Soll-Phasenhubs ( o des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe kann verstanden werden, dass der Soll-Phasenhub (Do des jeweiligen Pixels/der jeweiligen Pixelgruppe von der Steuerung 34 abweichend von dem mindestens einen Soll-Phasenhub (Do des mindestens einen benachbarten Pixel/der mindestens einen benachbarten Pixelgruppe festgelegt werden kann. Der an den Pixeln oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 bewirkte Phasenhub ( lässt sich somit mittels einer an den jeweiligen Pixel angelegten Spannung und/oder mittels einer an den jeweiligen Pixel ausgegebenen Stromstärke (als der mindestens einen Steuergröße 36) einstellen. Somit kann die Steuerung 34 beispielsweise dazu ausgelegt/programmiert sein, unterschiedliche Spannungen und/oder Stromstärken selbst an benachbarte Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 (als die mindestens eine Steuergröße 36) bereitzustellen. Alternativ kann die Steuerung 34 dazu ausgelegt/programmiert sein, als die mindestens eine Steuergröße 36 auch jeweils ein optisches Signal (bevorzugt bei einem Optically Addressed Spatial Light Modulator), ein akustisches Signal und/oder ein akusto-optisches Signal (speziell bei einem AOM, Acusto-Optical- Modulator) als die mindestens eine Steuergröße 36 an die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 auszugeben. Es wird hier außerdem darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Beispiele für die mindestens eine Steuergröße 36 nicht abschließend zu interpretieren sind.

Außerdem umfasst die räumliche Lichtmoduliervorrichtung eine Sensoreinrichtung 38, mittels welcher ein mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierter Lichtstrahl 42 auf einen lokalen Ist-Phasenhub des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe untersucht werden kann. Die Sensoreinrichtung 38 ist dazu ausgebildet und/oder programmiert, den lokalen Ist-Phasenhub des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe zu ermitteln und mittels eines Signals 44 an die Steuerung 34 auszugeben. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung 38 eine Detektionsfläche 40 haben, auf welcher der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierte Lichtstrahl 42 auftrifft. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung 38 dazu ausgebildet und/oder programmiert sein, den lokalen Ist-Phasenhub des jeweiligen Pixels oder der jeweiligen Pixelgruppe mittels einer Auswertung einer Amplitudenverteilung, einer Phasenverteilung, einer Polarisation und/oder eines Interferenzbildes und/oder mittels einer mechanischen Abtastung des Lichtstrahls 42 zu ermitteln. Unter der Amplitudenverteilung, Phasenverteilung und/oder Polarisation des Lichtstrahls 42 können auch eine Intensitätsverteilung des Lichtstrahls 42, eine „Strahlform“ des Lichtstrahls 42 oder ein Strahlprofil des Lichtstrahls 42 verstanden werden. Die Sensoreinrichtung 38 ist vorzugsweise eine Strahlprofilkamera, wie beispielsweise eine CMOS- Kamera oder eine CCD- Kamera.

Die Steuerung 34 ist dann dazu ausgebildet und/oder programmiert, für mindestens einen ausgewählten Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 anhand der zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten, an denen eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung, mindestens eine der ausgegebenen Steuergrößen 36 und/oder mindestens eine physikalische Größe mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweisen, ausgegebenen Ist- Phasenhübe eine spezifische Phasenhub-Relation zu ermitteln, welche einen wahrscheinlichen lokalen Phasenhub (D des jeweiligen Pixels in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße 36 und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt. Außerdem ist die Steuerung 34 dazu ausgebildet/programmiert, für den mindestens einen ausgewählten Pixel seinen spezifischen Soll-Phasenhub (Do anschließend unter Berücksichtigung zumindest seiner spezifischen Phasenhub-Relation festzulegen.

Das vorteilhafte Zusammenwirken der Sensoreinrichtung 28 mit der Steuerung 34 ermöglicht eine Justage des räumlichen Lichtmodulators 30, beispielsweise zur Korrektur von Kalibrierfehlern, Verschiebungen seiner (nicht dargestellten) Arbeitsebene und optischen Aberrationen. Auch ein Fokusshift und/oder ein lateraler Strahlversatz können durch das vorteilhafte Zusammenwirken der Sensoreinrichtung 38 mit der Steuerung 34 herauskorrigiert werden. Selbst thermische Effekte, wie insbesondere thermische Verschiebungen, welche bei einer relativ hohen Lichtintensität des Lichtstrahls 42 häufig auftreten, können mittels der Sensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 erkannt und dann kompensiert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist die Steuerung 34 dazu ausgebildet und/oder programmiert, für mindestens einen weiteren der Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 seine spezifische Phasenhub-Relation, welche seinen wahrscheinlichen lokalen Phasenhub (D in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße 36 und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt, durch Interpolation und/oder Extrapolation aus den für mindestens zwei ausgewählte Pixel festgelegten spezifischen Phasenhub- Relationen zu bestimmen. Somit können selbst bei einer vergleichsweise großen Gesamtanzahl von Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 für alle seine Pixel spezifische Phasenhub- Relationen in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße 36 und/oder der mindestens einen physikalischen Größe relativ schnell bestimmt werden. Die Steuerung 34 kann deshalb auch dazu genutzt werden, um anhand der für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ermittelten oder durch Interpolation und/oder Extrapolation bestimmten spezifischen Phasenhub-Relation eine Kalibrierung und/oder eine Nachkorrektur des räumlichen Lichtmodulators 30 auszuführen.

Mittels des Zusammenwirkens der Sensoreinrichtung 38 mit der Steuerung 34 kann der räumliche Lichtmodulator 30, bzw. sein Strahlformungsmuster/seine Phasenmaske derart justiert oder nachkalibriert werden, dass der an dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 des räumlichen Lichtmodulators 30 modulierte Lichtstrahl 42 in seiner Amplitudenverteilung, Phasenverteilung und/oder Polarisation derart modifiziert ist, dass er eine gewünschte Intensitätsverteilung und/oder ein bevorzugtes Strahlprofil aufweist. Die mittels des räumlichen Lichtmodulators 30 bewirkte Strahlformung kann auch entlang der optischen Achse des Lichtstrahls 42, z.B. durch Bessel-Strahlen, stattfinden. Insbesondere kann mittels der Festlegung der Soll-Phasenhübe <Do der Pixel unter Berücksichtigung der mindestens einen bestimmten spezifischen Phasenhub- Relation ein modifiziertes Strahlformungsmuster/eine korrigierte Phasenmaske des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln so erstellt werden, dass der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modifizierte Lichtstrahl 42 eine für seine gleichzeitige oder spätere Verwendung vorteilhafte Amplitudenverteilung, Phasenverteilung und/oder Polarisation aufweist. Die Modifizierung des Strahlformungsmusters/der Phasenmaske des räumlichen Lichtmodulators 30 kann wahlweise automatisch oder manuell erfolgen. Nach dem Justieren oder Kalibrieren des räumlichen Lichtmodulators 30, bzw. seines ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln, kann der Lichtstrahl 42 aufgrund seiner vorteilhaften Intensitätsverteilung, bzw. seines bevorzugten Strahlprofils vielseitig eingesetzt werden. Die hier beschriebene Kalibrierung oder Korrektur kann außerdem für verschiedene Leistungen des Lichtstrahls 42 ausgeführt werden. Die Steuerung 34 kann dies unter Verwendung von Methoden des maschinellen Lernens ausführen, um den Messaufwand zu reduzieren. Vorzugsweise ist die Steuerung 34 dazu ausgebildet und/oder programmiert, das Strahlformungsmuster/die Phasenmaske des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln so (lange) zu modifizierten, dass/bis ein mittels der Sensoreinrichtung 38 ermitteltes Strahlprofil des Lichtstrahls 42 einem vorgegebenen Strahlprofil entspricht, bzw. Abweichungen des Strahlprofils des Lichtstrahls 42 von dem vorgegebenen Strahlprofil im Bereich einer vorgegebenen Toleranz liegen. Das vorgegebene Strahlprofil kann der Steuerung 34 vorgegeben sein. Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Steuerung 34 jedoch auch dazu ausgebildet/programmiert sein, das vorgegebene Strahlprofil anhand einer Soll-Modulierungsinformation selbst zu berechnen. Unter der Soll-Modulierungsinformation können Vorgaben bezüglich einer bevorzugten Soll-Amplitudenverteilung, einer vorteilhaften Phasenverteilung, einer gewünschten Polarisation und/oder eines vorgesehenen Verwendungszwecks des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierten Lichtstrahls 42 verstanden werden.

Der Lichtstrahl 42 kann ein Materialbearbeitungslichtstrahl 42 sein. Somit können mittels der hier beschriebenen räumlichen Lichtmoduliervorrichtung auch eine Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung und/oder eine Polarisation des auf das ein- oder mehrdimensionale Feld 32 von Pixeln auftreffenden Materialbearbeitungslichtstrahls 42 moduliert werden, obwohl ein zur optischen Materialbearbeitung geeigneter Materialbearbeitungslichtstrahl 42 in der Regel eine vergleichsweise hohe Lichtintensität aufweist. Trotzdem kann, indem jeweils ein auf einen jeweiligen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 auftreffender Teil des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 um einen spezifischen Soll-Phasenhub <D des jeweiligen Pixels moduliert ist, das Strahlprofil des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 so moduliert werden, dass/bis es dem gewünschten Strahlprofil entspricht.

Die hier beschriebene räumliche Lichtmoduliervorrichtung kann deshalb vorteilhaft für ein optisches Materialbearbeitungssystem, bzw. zum Ausführen von optischen Materialbearbeitungsprozessen eingesetzt werden. Wie in Fig. 2a bildlich wiedergegeben ist, kann der mittels der Sensoreinrichtung 38 zur Ermittlung des jeweiligen lokalen Ist-Phasenhubs untersuchte Lichtstrahl 42 zumindest ein Teilstrahl 42 des mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierten Materialbearbeitungslichtstrahls 42 sein. Der Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 kann wahlweise von einer externen oder einer vorrichtungseigenen Lichtquelle 46, wie beispielsweise von einem Laser 46, emittiert sein. Als vorteilhafte Weiterbildung kann auch die Lichtquelle/der Laser 46 mittels mindestens eines Ansteuerungssignals 48 der Steuerung 34 ansteuerbar sein. Insbesondere eine Emissionsleistung der Lichtquelle/des Lasers 46 kann mittels des mindestens einen Ansteuerungssignals 48 einstellbar sein.

Die hier beschriebene Technik steigert insbesondere eine Leistungsverträglichkeit der Optik des jeweiligen optischen Materialbearbeitungssystems. Dies kann einen mittels des optischen Materialbearbeitungssystems ausgeführten Produktionsprozess beschleunigen und/oder eine Bauteilqualität der dabei hergestellten Bauteile verbessern.

Lediglich beispielhaft weist die räumliche Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 2a noch eine Teleskopeinrichtung 50, eine Polarisiereinrichtung 52 und eine Fokussiereinrichtung 54 auf. Mittels der Teleskopeinrichtung 50 kann der Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 vor seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 von Pixeln auf einen passenden Strahldurchmesser erweitert oder reduziert werden. Entsprechend kann der Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 vor seinem Auftreffen auf dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 von Pixeln mittels der Polarisiereinrichtung 52 entsprechend einer passenden Polarisation polarisiert werden. Optionaler Weise kann auch der mittels der Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 modifizierte Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 mittels der Fokussiereinrichtung 54 so fokussiert werden, dass er auf eine (nichtdargestellte) Arbeitsebene fokussiert ist. Der auf die Arbeitsebene fokussierte Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 eignet sich besonders vorteilhaft für auf/in der Arbeitsebene ausgeführte optische Materialbearbeitungsprozesse. Die Teleskopeinrichtung 50, die Polarisiereinrichtung 52 und/oder die Fokussiereinrichtung 54 können mindestens eine Linse, mindestens ein Linsensystem und/oder mindestens eine Wellenplatte aufweisen. Da derartige optische Einrichtungen aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht genauer darauf eingegangen. Als optionale Weiterbildung kann die Steuerung 34 auch dazu ausgelegt/programmiert sein, unter Berücksichtigung der für den mindestens einen ausgewählten Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ausgegebenen Ist-Phasenhübe oder seiner spezifischen Phasenhub-Relation die Teleskopeinrichtung 50, die Polarisiereinrichtung 52 und/oder die Fokussiereinrichtung 54 anzusteuern, damit das mittels der Sensoreinrichtung 38 bestimmte Strahlprofil dem vorgegebenen Strahlprofil im Bereich einer vorgegebenen Toleranz entspricht. Beispielsweise können auf diese Weise eine Korrektur des Fokusshifts oder eine Korrektur des lateralen Versatzes ausgeführt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung ist der Steuerung 34 mindestens ein Grenzwert für die Einschaltzeit und/oder die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die spezifische Phasenhub- Relation für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 mittels der Steuerung 34 ermittelt oder bestimmt ist/wird, vorgegeben. In diesem Fall ist die Steuerung 34 nach Ermittlung oder Bestimmung der spezifischen Phasenhub- Relation für den mindestens einen Pixel zusätzlich dazu ausgebildet und/oder programmiert, zu erkennen, wann die Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung und/oder ein aktuell an der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung vorliegender Wert der mindestens einen physikalischen Größe den einzigen vorgegebenen Grenzwert oder einen der vorgegebenen Grenzwerte übersteigt. Gegebenenfalls legt die Steuerung dann für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 mit der ermittelten oder bestimmten spezifischen Phasenhub-Relation seinen spezifischen Soll-Phasenhub <Do unter Berücksichtigung zumindest seiner spezifischen Phasenhub- Relation neu fest. Bei der hier beschriebenen Weiterbildung ist somit eine automatische Nachkalibrierung (ohne einen Mehraufwand für einen Benutzer der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung) realisiert.

Die mindestens eine physikalische Größe, in Abhängigkeit von welcher die mindestens eine spezifische Phasenhub- Relation mittels der Steuerung 34 festlegbar ist/festgelegt ist, kann z.B. eine an dem jeweiligen Pixel vorliegende lokalen Lichtintensität, eine Gesamtlichtintensität des auf dem räumlichen Lichtmodulator 30 auftreffenden Lichtstrahls 42, eine Lichtintensitätsverteilung des Lichtstrahls 42, eine Emissionsleistung der den Lichtstrahl 42 emittierenden Lichtquelle 46, eine Lichtfrequenz der Lichtquelle 46, eine Impulsfrequenz der gepulsten Lichtquelle 46, eine Impulsdauer der gepulsten Lichtquelle 46 und/oder mindestens eine ermittelte und/oder geschätzte Temperatur an mindestens einem Teil der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung sein. Die hier aufgezählten Beispiele für die mindestens eine physikalische Größe sind jedoch nicht abschließend zu interpretieren. Unter der Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung kann eine Zeitdauer verstanden werden, welche beginnt, sobald zumindest der räumliche Lichtmodulator 30, die Lichtquelle 46 und/oder mindestens eine weitere Lichtquelle der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung in ihrem Betriebszustand geschaltet sind.

Wie mittels der Fig. 2b bildlich wiedergegeben ist, kann der räumliche Lichtmodulator 30 Flüssigkristalle 56 aufweisen. Die Flüssigkristalle 56 können z.B. als Flüssigkristallschicht oder als Flüssigkristallgel, jeweils mit einer Vielzahl von Flüssigkristallen 56, am räumlichen Lichtmodulator 30 vorliegen. Der in Fig. 2b schematisch dargestellte räumliche Lichtmodulator 30 kann auch als ein LCoS-SLM (Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator) bezeichnet werden. Auf einer ersten Seite der Flüssigkristalle 56 kann eine transparente Elektrode 58a liegen, während auf einer entgegen gerichteten zweiten Seite der Flüssigkristalle 56 eine ein- oder mehrdimensional gepixelte Elektrode 58b ausgebildet ist. Durch Anlegen eines ein- oder mehrdimensionalen Felds lokaler Spannungen U _PiXei zwischen der transparenten Elektrode 58a und der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b kann das Strahlformungsmuster/die Phasenmaske des räumlichen Lichtmodulators 30 eingestellt werden. Durch die „gepixelte Ausbildung“ der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b können auch unterschiedliche lokale Spannungen U _PiXei an den Pixeln des im Inneren der Flüssigkristalle 56 ausgebildeten ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln angelegt werden. Mittels einer zwischen den Flüssigkristallen 56 und der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b liegenden Spiegelschicht 60 kann der durch die erste Seite der Flüssigkristalle 56 einfallende Lichtstrahl 42 reflektiert werden. Bei dem räumlichen Lichtmodulator 30 der Fig. 2b liegt auf einer von den Flüssigkristallen 56 weg gerichteten Seite der transparenten Elektrode 58a noch ein Glassubstrat 62, während auf einer von den Flüssigkristallen 56 weg gerichteten Seite der ein- oder mehrdimensional gepixelten Elektrode 58b ein Siliziumsubstrat 64 angeordnet ist. Mittels einer Keramikbasis 66 auf einer von den Flüssigkristallen 56 weg gerichteten Seite des Siliziumsubstrats 64 kann dem räumlichen Lichtmodulator 30 noch zusätzliche Stabilität/Festigkeit verliehen werden.

Für einen reflektiven räumlichen Phasenmodulator ergibt sich der von einem als Pixel fungierenden Teilvolumen der Flüssigkristalle 56 resultierende Phasenhub <D nach Gleichung (Gl. 1) mit: wobei eine Wellenlänge des Lichtstrahls 42, d eine Schichtdicke der Flüssigkristalle 56 und der Betrag eine Differenz der Brechungsindices n _e und no der Flüssigkristalle 56 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einstellwinkel 0 ist. Bei dem in Fig. 2b schematisch dargestellten räumlichen Lichtmodulator 30 ergibt sich der Phasenhub <D somit durch eine Änderung des Brechungsindex n _e .

Anhand der Fig. 2c ist erkennbar, dass der räumliche Lichtmodulator 30 auch eine ein- oder mehrdimensionale Anordnung 68 von mikromechanischen Spiegeln 70, welche an einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 72 angeordnet und senkrecht zu der Oberfläche verstellbar sind, sein kann. Jeder der Spiegel 70 kann die Funktion eines Pixels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 erfüllen. Ein mittels des jeweiligen Spiegels 70 bewirkter Phasenhub 0 ergibt sich durch Änderung einer optischen Weglänge des auf den um eine Strecke As verstellten Spiegel 70 auftreffenden Lichts gemäß Gleichung (Gl. 2) mit:

Fig. 3 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierte Materialbearbeitungslichtstrahl 42 mittels eines Strahlteilers 74 so geteilt ist, dass ein erster Teilstrahl 42a des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 zu der Sensoreinrichtung 38 ausrichtbar oder ausgerichtet ist, während ein zweiter Teilstrahl 42b des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 zu einer vorrichtungseigenen oder vorrichtungsexternen Materialbearbeitungseinheit, wie beispielsweise einer Arbeitsebene 22, ausrichtbar oder ausgerichtet ist. Damit kann auch während eines mittels des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 ausgeführten Prozesses, wie insbesondere während eines optischen Materialbearbeitungsprozesses, gleichzeitig die Kalibrierung oder Korrektur des räumlichen Lichtmodulators 30 mittels der Sensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 ausgeführt werden. Die Arbeitsebene 22 kann beispielsweise eine Strahlformungsebene sein. Die Arbeitsebene 22 kann auch in einem Neigungswinkel kleiner als 90° zur optischen Achse des Lichtstrahls 42 liegen. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung 38 derart positioniert, dass eine Abbildungsebene der Sensoreinrichtung 38 in der Arbeitsebene 22 des Lichtstrahls/Materialbearbeitungslichtstrahls 42, bzw. in der Fokussierebene der Fokussiereinrichtung 54 liegt.

Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 3 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsform der Fig. 2a bis 2c verwiesen.

Fig. 4 zeigt eine schematische Teildarstellung einer dritten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.

Bei der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 4 ist der mittels der Sensoreinrichtung 38 untersuchte Lichtstrahl 76 nicht zumindest ein Teilstrahl des Materialbearbeitungslichtstrahls 42, sondern ein weiterer mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln modulierter Probenlichtstrahl 76. Der Probenlichtstrahl 76 ist von einer (nicht skizzierten) weiteren Lichtquelle ungleich der Lichtquelle zur Emission des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 emittiert. Die Verwendung des Probenlichtstrahls 76 für die mittels der Sensoreinrichtung 38 und der Steuerung 34 ausgeführte Kalibrierung oder Korrektur ermöglich eine Ausbildung der Detektionsfläche 40 für eine nur vergleichsweise geringe Lichtintensität, da der Probenlichtstrahl 76 im Gegensatz zu dem Materialbearbeitungslichtstrahl 42 häufig eine deutlich geringe Lichtintensität aufweisen kann. Außerdem kann auch bei der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 4 der mittels des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 ausgeführte Prozess, wie insbesondere ein optischer Materialbearbeitungsprozess, unterbrechungsfrei fortgesetzt werden, während gleichzeitig mittels des Probenlichtstrahls 76 die Kalibrierung oder Korrektur des räumlichen Lichtmodulators 30 ausgeführt wird.

Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 4 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 verwiesen. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer räumlichen Lichtmoduliervorrichtung.

Die in Fig. 5 schematisch dargestellte räumliche Lichtmoduliervorrichtung weist als Weiterbildung zu der Ausführungsform der Fig. 3 noch eine Strahlweiche 78 auf, mittels welcher der an dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 modulierte Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 auf eine Strahlfalle 80 ablenkbar/abgelenkt ist. Durch Verwendung der Strahlweiche 78 und der Strahlfalle 80 kann nach einem Aktivieren der Lichtquelle 46 zum Emittieren des von der Sensoreinrichtung 38 untersuchten Lichtstrahls 42a eine vorgegebene Wartezeit abgewartet werden, bevor nach einem Abwarten der Wartezeit die zum Festlegen des spezifischen Soll-Phasenhubs <Do der Pixel berücksichtigte Amplitudenverteilung, Phasenverteilung und/oder Polarisation des Lichtstrahls 42a ermittelt wird. Die Wartezeit kann größer-gleich einer Zeit sein, welche nach dem Aktivieren der Lichtquelle 46 bis zu deren Emission von dem Lichtstrahl 42 mit seinem „standardgemäßen Strahlprofil“ in der Regel notwendig ist. Mittels der Strahlweiche 78 kann der Lichtstrahl 42 insbesondere solange ausgekoppelt werden, bis ein stabiles Strahlprofil des Lichtstrahls 42 gewährleistet ist. Vorzugsweise ist deshalb die Steuerung 34 dazu ausgelegt/programmiert, erst nach dem Abwarten der Wartezeit die Strahlweiche 78 so zu schalten, dass der Lichtstrahl/Materialbearbeitungslichtstrahl 42 durch die Strahlweiche 78 auf eine Arbeitsebene 22 und die Sensoreinrichtung 38 fällt. Evtl, kann auf die Ausstattung der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung mit der Strahlweiche 78 und der Strahlfalle 80 auch verzichtet werden, indem der Lichtstrahl 42 auf einen nicht-kritischen Bereich der Arbeitsebene 22 gerichtet ist, bis das gewünschte Strahlprofil des Lichtstrahls 42 gewährleistet ist.

Bezüglich weiterer Merkmale und Eigenschaften der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 5 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der Fig. 2 bis 4 verwiesen.

Fig. 6a bis 6c zeigen ein Flussdiagramm und schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators. Obwohl das im Weiteren beschriebene Verfahren zum Betreiben des räumlichen Lichtmodulators 30 mit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung der Fig. 5 ausgeführt wird, ist eine Ausführbarkeit des Verfahrens auf keine spezielle räumliche Lichtmoduliervorrichtung und auf keinen besonderen Typ des räumlichen Lichtmodulators 30 beschränkt.

In einem Verfahrensschritt S1 des Verfahrens wird ein spezifischer Soll- Phasenhub (Do für Pixel oder Pixelgruppen von mehreren Pixeln eines ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von lichtmodulierenden Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 festgelegt. Von dem ein- oder mehrdimensionalen Feld 32 des räumlichen Lichtmodulators 30 sind die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 derart spezifisch mittels einer an den jeweiligen Pixel oder an die jeweilige Pixelgruppe ausgegebenen Steuergröße 36 ansteuerbar, dass ein lokaler Phasenhub (D des jeweiligen Pixels variierbar ist/variiert wird. Deshalb werden in einem weiteren Verfahrensschritt S2 die Pixel oder Pixelgruppen des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung des jeweils festgelegten Soll-Phasenhubs ( o mittels der an den jeweiligen Pixel oder an die jeweilige Pixelgruppe ausgegebenen Steuergröße 36 angesteuert.

Der Phasenhub (D(x,y) eines jeweiligen Pixels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 mit den spezifischen Koordinaten x und y des jeweiligen Pixels (dargestellt in Fig. 6c) ergibt sich nach Gleichung (Gl. 3) als eine Transferfunktion fr gemäß der mindestens einen Steuergröße Cs(x,y) welches an den jeweiligen Pixel mit den spezifischen Koordinaten x und y ausgegeben wird mit:

(Gl- 3) ( y) = /r(Cs( ,y))

Die Transferfunktion fr kann auch als Phasenantwort bezeichnet werden. Die Transferfunktion fr ist meist ortsabhängig, da beispielsweise die Flüssigkristalle 56 des räumlichen Lichtmodulators 30 keine homogene Schichtdicke d aufweist. Mit der Variation der Schichtdicke d der Flüssigkristalle 56 variiert somit auch die Phasenantwort. Mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann jedoch die Phasenantwort so genau bestimmt werden, dass eine möglichst präzise und effiziente Strahlformung mittels des räumlichen Lichtmodulators 30 erreicht werden kann.

Dazu weist das hier beschriebenen Verfahren noch einen Verfahrensschritt S3 auf, in welchem für mindestens einen ausgewählten Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ein Ist-Phasenhub des jeweiligen Pixels zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeiten, an denen eine Einschaltzeit der räumlichen Lichtmoduliervorrichtung, mindestens eine der ausgegebenen Steuergrößen 36 und/oder mindestens eine physikalische Größe mindestens zwei unterschiedliche Werte aufweist, ermittelt wird. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt S4 für den mindestens einen ausgewählten Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 anhand seiner Ist-Phasenhübe eine spezifische Phasenhub- Relation ermittelt, welche einen wahrscheinlichen lokalen Phasenhub <D des jeweiligen Pixels in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße 36 und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt. Zuletzt wird als Verfahrensschritt S5 der spezifische Soll-Phasenhub <Do für den mindestens einen ausgewählten Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 unter Berücksichtigung zumindest seiner spezifischen Phasenhub-Relation festgelegt oder neufestgelegt.

Die Verfahrensschritte S3 bis S5 ermöglichen damit eine Kalibrierung/Nachkalibrierung des räumlichen Lichtmodulators 30 so, dass der damit modulierte Lichtstrahl 42 eine gewünschte Amplitudenverteilung, Phasenverteilung und/oder Polarisation aufweist. Insbesondere kann mittels eines mindestens einmaligen Ausführens der Verfahrensschritte S3 bis S5 auch bei einer vergleichsweise hohen Lichtintensität des Lichtstrahls 42, bei welcher der räumliche Lichtmodulator 30 und/oder mindestens eine weitere optische Komponenten (im gleichen Strahlengang) einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist, da der räumliche Lichtmodulator 30 sich mit Zunahme der Lichtleistung des Lichtstrahls 42 schneller erwärmt, sichergestellt werden, dass thermische Änderungen keinen Nachteil auf die Modulation des Lichtstrahls 42 haben. Das hier beschriebene Verfahren gewährleistet damit, dass der mittels des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 von Pixeln des räumlichen Lichtmodulators 30 modifizierte Lichtstrahl 42 selbst bei dessen hoher Lichtintensität noch eine gewünschte Qualität aufweist und deshalb seinen Verwendungszweck mit einer hohen Effizienz erfüllen kann. Darum kann die mittels des räumlichen Lichtmodulators 30 betriebene Strahlformung mit höchster Präzision und Effizienz bei jeder gewünschten Lichtintensität des Lichtstrahls 42 ausgeführt werden. Selbst Verzerrungen einer Wellenfront des Lichtstrahls 42, welche z.B. zur Defokussierung des Lichtstrahls 42, einer lateralen Translation und/oder zu Astigmatismen unterschiedlichen Grades führen, können mittels des hier beschriebenen Verfahrens leicht behoben werden.

Beispielsweise kann in dem Verfahrensschritt S1 ein Phasenhologramm für eine gegebene Strahlformungsaufgabe berechnet werden. Dies kann unter Verwendung eines iterativen Fourier-Algorithmus (IFTA) erfolgen. Die für eine Arbeitsebene 22 des Lichtstrahls gewünschte Amplitudenverteilung, Phasenverteilung und/oder Polarisation des Lichtstrahls 42, bzw. das in der Arbeitsebene 22 bevorzugte Strahlprofil des Lichtstrahls 42 kann entsprechend der Fraunhofer-Näherung proportional zur Fourier-Transformation bestimmt werden. Auf diese Weise können die Soll-Phasenhübe <T>o sehr exakt berechnet werden, was eine hohe Güte der Strahlformung gewährleistet. Das berechnete Phasenhologramm kann dabei in die mindestens eine Steuergröße Cs „übersetzt“ werden.

Mittels des hier beschriebenen Verfahrens können insbesondere eine Amplitudenverteilung, eine Phasenverteilung und/oder eine Polarisation eines auf das ein- oder mehrdimensionale Feld 32 von Pixeln auftreffenden Materialbearbeitungslichtstrahls 42 moduliert werden. Dies geschieht, indem jeweils ein auf einen jeweiligen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 auftreffender Teil des Materialbearbeitungslichtstrahls 42 um den (lokalen) Phasenhub <T>(x,y) des jeweiligen Pixels mit den Koordinaten x und y moduliert wird.

Um den Einfluss der Lichtintensität des Lichtstrahls 42 mit zu berücksichtigen, kann der Verfahrensschritt S3 auch bei unterschiedlichen Niveaus der Lichtintensität des Lichtstrahls 42 ausgeführt werden. Zur Messung der Phasenantwort ist es allerdings sinnvoll, „vermessenen Pixel“ so auszuwählen, dass sie im Wirkbereich des einfallenden Lichtstrahls 42 liegen, wie dies in Fig. 6c schematisch wiedergegeben ist. Bevorzugt wird die spezifische Phasenhub- Relation für mindestens eine Gruppe von benachbarten Pixeln als dem mindestens einen ausgewählten Pixel ermittelt wird. Es ist allerdings nicht notwendig, die Phasenantwort für jeden Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 zu bestimmen. Stattdessen kann für mindestens einen weiteren der Pixel und/oder für mindestens eine weitere Gruppe von benachbarten Pixeln des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 seine spezifische Phasenhub-Relation, welche seinen wahrscheinlichen lokalen Phasenhub <D in Abhängigkeit von der Einschaltzeit, der Steuergröße 36 und/oder der mindestens einen physikalischen Größe wiedergibt, durch Interpolation und/oder Extrapolation aus den für mindestens zwei ausgewählte Pixel festgelegten spezifischen Phasenhub-Relationen bestimmt werden. Damit kann auch durch Interpolation zwischen den „vermessenen Pixeln“ oder durch Extrapolation für die „nicht-vermessenen Pixel“ ihre Phasenantwort zur Neufestlegung ihres Soll-Phasenhubs <Do bestimmt werden. Hierzu können einfache mathematische Fit- Modelle und/oder Methoden des maschinellen Lernens hinzugezogen werden. Anschließend kann die für den mindestens einen Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ermittelte oder durch Interpolation und/oder Extrapolation bestimmte spezifische Phasenhub-Relation zur Kalibrierung und/oder zur Nachkorrektur des räumlichen Lichtmodulators 30 verwendet werden. Je mehr „vermessene Pixel“ ausgewählt werden, desto genauer ist die Kalibrierung oder Korrektur. Für manche Anwendungen kann es sinnvoll sein, zuerst die Phasenantwort aller Pixel des gesamten ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 bei einer bestimmten Lichtintensität zu bestimmen und dann für andere Lichtintensitäten nur noch einzelne „vermessene Pixel“ auszuwählen.

Vorzugsweise wird nach einem Aktivieren einer den auf dem räumlichen Lichtmodulator 30 auftreffenden Lichtstrahl 42 emittierenden Lichtquelle 46 eine vorgegebene Wartezeit abgewartet, und die Ist-Phasenhübe werden erst nach einem Abwarten der Wartezeit ermittelt. Damit kann sichergestellt werden, dass die Kalibrierung oder Korrektur nur für ein „stabiles“ Strahlprofil des Lichtstrahls 42 ausgeführt wird.

Fig. 7a und 7b zeigen Flussdiagramme zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines räumlichen Lichtmodulators.

Bei dem im Weiteren beschriebene Verfahren umfassen die Verfahrensschritte

S3 und S4 mehrere Teilschritte, welche in dem Flussdiagramm der Fig. 7a dargestellt sind: Als Teilschritt S3a des Verfahrensschritts S3 wird eine Messung einer „globalen Phasen antwort“ <X> _g ausgeführt, d.h. es wird eine über alle Pixel des gesamten ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 gemittelte Phasenantwort bestimmt. Dazu wird die „globale Phasenantwort“ <T> _g jeweils für Ns verschiedene Steuergrößen Cs und NP verschiedene Lichtleistungen ermittelt. In einem Teilschritt S4a des Verfahrensschritts S4 wird dann ein Modell g _g für die bestimmten Werte der „globalen Phasenantwort“ <T> _g erstellt und vorzugsweise validiert.

Ein Teilschritt S3b des Verfahrensschritts S3 umfasst außerdem eine Messung einer „lokalen Phasenantwort“ <T>i(x,y) für N Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32. Die „lokale Phasenantwort“ <T>i(x,y) wird für jeden der N Pixel jeweils für Ns verschiedene Steuergrößen Cs und NP verschiedene Lichtleistungen gemessen. Danach wird in einem Teilschritt S4b des Verfahrensschritts S4 ein Modell gi für die bestimmten Werte der „lokalen Phasenantwort“ <X>i(x,y) festgelegt und vorzugsweise auch validiert. In einem weiteren Teilschritt S4c des Verfahrensschritts S4 werden dann basierend auf den Modellen g _g und gi die Soll-Phasenhübe <T>o festgelegt und durch entsprechende Ansteuerung der Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 angewendet.

Die Teilschritte S3a und S3b sind in dem Flussdiagramm der Fig. 7b genauer dargestellt. In einem Unterschritt S3a-1 wird die Messung der „globalen Phasenantwort“ <T> _g gestartet. Ein Laufwert j der NP verschiedenen Lichtleistungen wird vor einer j-Schleife auf Null gesetzt, während in einem Unterschritt S3a-2 die Lichtleistung entsprechend eingestellt wird. Ein Laufwert i der Ns verschiedenen Steuergrößen Cs wird immer vor einem Neubeginn einer i- Schleife auf Null gesetzt, während innerhalb der i-Schleife in einem Unterschritt S3a-3 die entsprechende Steuergröße Cs an die Pixel des ein- oder mehrdimensionalen Felds 32 ausgegeben wird, in einem Unterschritt S3a-4 die jeweilige „globale Phasenantwort“ <T> _g gemessen und in einem Unterschritt S3a-5 die gemessene „globale Phasenantwort“ <T> _g abgespeichert wird. Die Messung der „globalen Phasenantwort“ <T> _g wird in einem Unterschritt S3a-6 beendet.

Die Messung der „lokalen Phasenantwort“ <T>i(x,y) wird in einem Unterschritt S3b- 1 gestartet. In einem Unterschritt S3b-2 der j-Schleife wird die Lichtleistung entsprechend dem aktuellen Laufwert j eingestellt. Ein Laufwert k der N verschiedenen Pixel wird vor einem Neubeginn einer k-Schleife auf Null gesetzt, während in einem Unterschritt S3b-3 der jeweilige Pixel zum Messen seiner „lokalen Phasenantwort“ (Di(x,y) bestimmt wird. Danach wird für den jeweils bestimmten Pixel die i-Schleife ausgeführt, wobei in einem Unterschritt S3b-4 die dem aktuellen Laufwert i entsprechende Steuergröße Cs an den jeweiligen Pixel ausgegeben wird, in einem Unterschritt S3b-5 die jeweilige „lokale Phasenantwort“ (Di(x,y) des jeweiligen Pixels gemessen und in einem Unterschritt S3b-6 die gemessene „lokale Phasenantwort“ (Di(x,y) abgespeichert wird. Die Messung der „lokalen Phasen antwort“ (Di(x,y) wird in einem Unterschritt S3b-7 beendet.

Beim Ausführen des Teilschritts S4c kann zum Festlegen der Soll-Phasenhübe (Do basierend auf den Modellen g _g und gi ein Kalibriermodell erstellt werden. Die Bildung des Kalibriermodells repräsentiert ein gängiges Regressionsproblem. Ein solches Kalibriermodell kann mithilfe von gängigen mathematischen Methoden approximiert werden. Z.B. kann ein mathematisches Modell als Basismodell vorgeschlagen werden, wonach die einzelnen Parameter des Modells durch die Trainingsdaten angefittet werden. Beispiele wären eine Linearregression oder auch eine Polynomregression n-ten Grades, bei der sowohl der Grad des Polynoms als auch seine Koeffizienten durch die Lösung von Least-Square oder über ähnliche Methoden optimiert werden. Für die Wahl eines passenden Basismodells ist es sinnvoll, sich mit der Funktionsweise des räumlichen Lichtmodulators 30 auseinanderzusetzen. Eine Alternative ist die Bildung eines empirischen Modells rein anhand der Daten. Dies kann z.B. durch die gängigen Methoden des maschinellen Lernens erfolgen. Als Beispiel sollen hier Lasso- Regression, Neural Networks, Convolutional Neural Networks, Random Forest Method und Support Vector Machines genannt sein. Nachdem das Kalibriermodell gebildet ist, kann es anhand von Testdaten validiert werden.

Bezüglich weiterer Merkmale des Verfahrens der Fig. 7a und 7b und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der Fig. 6a bis 6c verwiesen.