(57)【要約】  均質化されるべき光を透過することが可能な、複数のレンズ（６，９，１０）を有するレンズアレイ（５，７，８）を有し、レンズアレイ（５，７，８）のレンズ（６，９，１０）の少なくとも２つの異なる中心間距離を有し、レンズ（６，９，１０）の中心間距離は、内から外に向けて減少または増加する光を均質化するための装置。さらにまた、本発明は、かかる光を均質化するための装置によって、作業面において、線状の強度分布を生じさせるためのレーザ装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均質化されるべき光を透過することが可能な、複数のレンズ（６，９，１０）を有するレンズアレイ（５，７，８）を有し、レンズアレイ（５，７，８）のレンズ（６，９，１０）の少なくとも２つの異なる中心間距離を有する光を均質化するための装置において、レンズ（６，９,１０）の中心間距離は、内から外に向けて減少または増加することを特徴とする、光を均質化するための装置。
【請求項２】
レンズアレイ（５，７，８）の中心におけるレンズ（６，９,１０）の中心間距離が最も小さく、レンズアレイ（５，７，８）の中心から縁部に向けて連続的に増加することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
レンズアレイ（５，７，８）の中心におけるレンズ（６，９,１０）の中心間距離が最も大きく、レンズアレイ（５，７，８）の中心から縁部に向けて連続的に減少することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
レンズ（６，９,１０）の少なくとも１つ、特に全レンズ（６，９,１０）の焦点距離（ｆ６，ｆ１０）が同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
均質化されるべき光を透過可能な複数のレンズ（９，１０）を有する２つのレンズアレイ（７，８）を有し、特に、両レンズアレイ（７，８）が等しく形成されてなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
レンズ（６，９，１０）はシリンドリカルレンズとして形成されてなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
レーザ光を出射することが複数のレーザモジュール（１）と、各レーザモジュール（１）のレーザ光を作業面において線形の強度分布に重畳させることが可能であるように、レーザモジュール（１）の１つから出射されるべきレーザ光を形成することが可能な光学手段（２）とを有する、作業面において線状強度分布を発生させるためのレーザ装置において、光学手段（２）は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光を均質化するための装置を少なくとも有することを特徴とする、レーザ装置。
【請求項８】
光学手段（２）は、レーザモジュール（１）の１つから出射されるレーザ光を、少なくとも部分的に線状の強度分布を有するレーザ光を生じることができるように形成することが可能であり、少なくとも部分的に線状の強度分布を有する各レーザモジュール（１）のレーザ光（３）を、作業面内において、線状の強度分布（４）に重畳させることが可能であることを特徴とする、請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
レーザモジュール（１）のそれぞれは、少なくとも１つのレーザ光源を有することを特徴とする、請求項７または８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのレーザ光源は、レーザダイオードバーまたはレーザダイオードバースタックとして形成されることを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
レーザモジュール（１）のそれぞれは、コリメーション手段、特に少なくとも１つの速軸コリメーションレンズと、場合によっては、少なくとも１つの遅軸コリメーションレンズとを有することを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
光学手段（２）は、ビームを重畳させるために視野レンズを有することを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った光を均質化するための装置、および請求項７の上位概念に従った作業面において線状強度分布を発生させるためのレーザ装置に関する。
【０００２】
前述の装置は、米国特許公開第２００４／０１３０７９０号明細書から知られている。そこに記載の光を均質化するための装置は、複数の、特に、すべてのレンズが、他のすべてのレンズと、アパーチャ、焦点距離、および場合によっては、その他のパラメータに関して異なるレンズアレイを有する。レンズアレイにおいてこれらの異なるレンズを、特に、同時に割り当てることによって、良好な光の均質化が達成される。
【０００３】
さらにまた別の光を均質化するための装置は、国際公開第２００５／０８５９３５号明細書から知られる。そこに記載の装置においては、複数の両凸シリンドリカルレンズが互いに１つのレンズアレイに配置され、各レンズは大きさが同じであって、同じ焦点距離を有する。かかる装置では、作業面においては、トップハットと表される強度分布が得られる。かかる強度分布は、たとえば非常によい均質性と非常に急峻な側面とを示す。
【０００４】
しかしながら、特別の用途のためには、落ちていく側面が一定の上昇を示すことを所望することがあり得る。これは技術の水準に従った均質化の場合、焦点をぼかすことによって達成することができる。しかしながら、この場合通常は、強度プロフィールが悪くなり、制御が難しい。このための１つの応用が、たとえば冒頭で述べたレーザ装置によって発生させるような、長い合成されたラインである。
【０００５】
技術の水準に従えば、たとえば１００ｍｍよりも長い、長いレーザ光線は、光源とラインとの間の距離を適切な大きさにすることによってのみ生じさせられる。典型的には、その距離は、ラインが長い程、少なくとも大きくなる。産業上適用する場合、特に１ｍよりも長いラインの長さの場合は、それ程十分な場所は利用できないことが多い。
【０００６】
冒頭で述べたタイプのレーザ装置は、米国特許第６７１７１０５号明細書によって知られている。そこに記載のレーザ装置は、複数のレーザ光源を有し、該レーザ光源には、それぞれ光学手段が配置されている。光学手段は、レーザ光源のレーザ光から線状の強度分布を有するレーザビームを形成し、これらの各レーザビームは、作業面において共通の線状強度分布に対して重畳させることができる。
【０００７】
上述の本発明の基本にある課題は、作業面において、一定の上昇を示す側部を有するトップハットプロフィールが達成される、冒頭で述べたタイプの装置を提供することである。さらにまた、本発明は、比較的長く、かつ光源が作業面からそれほど離れてはいないけれども線状の強度分布が作業面において得られるレーザ装置を提供するという課題を基本としている。
【０００８】
これは、本発明に従えば、装置については、請求項１の特徴を有する、冒頭で述べたタイプの装置によって、レーザ装置については、請求項７の特徴を有する、冒頭で述べたタイプのレーザ装置によって達成される。下位の請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。
【０００９】
請求項１に従えば、レンズ間の中心間距離は、内から外に低下する、または増加する。均質化装置の所望のビーム特性は、中心間距離（ピッチ）を変えることによって、特に、レンズアレイの各レンズの焦点距離が同時に一定である場合に実現される。これは、視野レンズの焦点において、異なる大きさを有する視野が重畳されるという結果となる。この原理は、１段階および２段階の均質化に適しており、一体化された均質化装置への利用にも適している。したがって、本発明の核は、１つまたは２つの軸について、規定された、台形状の角度分布を発生させる均質化装置である。
【００１０】
請求項７に従えば、レーザ装置の光学手段は、本発明に従った均質化するための装置を有している。このようなレーザ装置の可能性のある適用分野としては、たとえば、レーザ長が２５ｃｍの小さな作業間隔において、たとえば１１０ｃｍの幅を有する長いラインを照射することができる、材料加工法がある。 
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に従ったレーザ装置の斜視図である。
【図２ａ】本発明に従った、光を均質化するための装置の第１の実施形態の側面図である。
【図２ｂ】本発明に従った、光を均質化するための装置の第２の実施形態の側面図である。
【図３】任意のユニットにおける、これらの装置の一方によって達成可能な強度分布である。
【図４】任意のユニットにおける、本発明に従ったレーザ装置によって達成可能な強度分布である。
【００１２】
前述の本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照した、好ましい実施形態についての以下の説明によって明らかになるであろう。
【００１３】
簡単に示すために、図のいくつかにおいては、デカルト座標が示される。
本発明に従ったレーザ装置の基本的原理は、図１に示されている。図に見られるのは、類似してはいるが、絶対的に同じでなくてはならないというものではないビームプロフィールを有する７つのレーザモジュール１であって、これらのモジュールが、光学モジュールを照射する。この光学モジュールには、ビーム形成のための７つの光学手段２があり、これらの光学手段２が、それぞれ、少なくとも部分的線状の強度分布を有するレーザ光３を発生する。この場合、特に、本発明に従った均質化するための装置（図２ａおよび図２ｂ）を利用することによって、レーザ光３のラインの長さと側部形状を、作業面において、線状の強度分布４が、レーザ光３の各ラインを重畳させることによって生じるように調整される。レーザ光３の合成された７つの部分ラインが、１つの均質な線状の強度分布４をもたらす。
【００１４】
光学モジュールを照射するレーザモジュール１は、光学モジュールが入射ビームから十分独立しているために、問題なく交換可能である。
【００１５】
図２ａは、レンズアレイ５を有する、本発明に従った光を均質化するための装置を示し、レンズアレイ５は、複数のレンズ６を有する。レンズ６は、Ｙ方向にシリンダ軸を有するシリンドリカルレンズとして形成される。レンズアレイ５の中央におけるレンズ６間の中心間距離（ピッチ）Ｐ１，Ｐ２は、縁におけるよりも小さいことが明らかである。これは、レンズ６が隣り合って配置されているＸ方向（記載の座標系を参照）において、レンズ６の幅が中央から外方に向かって増加することによって達成される。代りに、中心間距離を中央から外方に向かって低下させてもよい。
【００１６】
レンズ６の焦点距離は、しかしながら、全レンズ６について同じである。特に、Ｚ方向後方で屈曲する表面の焦点距離ｆ６は、Ｚ方向または均質化されるべき光の発散方向におけるレンズ６の厚みに相当する。
【００１７】
図２ｂは、本発明に従った、光を均質化するための２段階の装置を示す。この装置は、２つのシリンドリカルレンズアレイ７，８を有し、これらのシリンドリカルレンズアレイ７，８は、それぞれ複数のレンズ９，１０を有している。この場合も、レンズ７，８の中心間距離Ｐ１，Ｐ２は、中央から外方に増加している。代りに、中心間距離が、中央から外方に減少してもよい。
【００１８】
また、この装置の場合も、レンズの焦点距離は、第１のレンズアレイ７上の全レンズ９について、および／または第２のレンズアレイ８上の全レンズ１０について同じである。特に、Ｚ方向後方において屈曲する表面の焦点距離ｆ１０は、Ｚ方向におけるレンズ１０に対するレンズ９の距離に相当する。
【００１９】
本発明に従った装置を２つの互いに垂直な方向に構成してもよい。この場合、たとえば、図２ｂに従ったレンズアレイ７，８の互いに向かい合った側面上に、それぞれ、Ｘ方向にシリンダ軸を有する複数のシリンドリカルレンズが設けることが可能である。これらのシリンドリカルレンズも、中央から外方に相応に変化する中心間距離を有することができる。
【００２０】
レンズアレイ５の各レンズ６，９，１０の焦点距離が、同時に一定の場合、レンズ６，９，１０の中心間距離（ピッチ）を変えることによって、たとえば、図に示した均質化装置のビーム特性が、実現される。このビーム特性は、視野レンズの焦点において、異なる大きさの視野が重畳することによって生じる。図３に示すように、このタイプの均質化装置によって、一定の強度の中央領域と強度が線形に低下する２つの縁部領域を有する強度分布を得ることが可能である。また、１つまたは２つの軸について規定された、台形状の角度分布を得ることも可能である。この原理は、１段の均質化および２段の均質化に適しており、一体になった均質化装置への利用にも適している。
【００２１】
図４に、レーザ装置についてのシミュレーション結果が示される。レーザ光３の、それぞれ台形状強度分布を有する１９０ｍｍ長の２本のラインは、線状の強度分布４に合成される。この場合に達成される均質性は、９６％±約１〜２％に達する。
【００２２】
レーザ光３の各ラインの強度分布が一定して上昇する側部は、したがって、光学的に、作業面においては、線状の強度分布４に重畳することができる。この場合側部に比較的弱い上昇がある場合、作業面において、大きな許容範囲が与えられる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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