(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面のレーザ加工のための機械加工装置であって、
レーザ光線が光軸上の放射方向で放射されるレーザ光線入口部と、
前記放射方向で前記レーザ光線入口部の後ろに配置された回転部であって、該回転部によって前記レーザ光線が前記光軸に対して平行にオフセット方向の間隔で配置され、前記オフセット方向が前記光軸周りに一時的に回転する、前記回転部と、
前記放射方向で前記回転部の後ろに配置された少なくとも１つの拡散部であって、該拡散部によって前記レーザ光線が複数の部分光線にファンアウトされ、該複数の部分光線が前記光軸に対して径方向に、連続又は不連続の強度分布を形成し、該複数の部分光線が全光線を表す、前記拡散部と、
前記放射方向で前記拡散部の後ろに配置された第１モジュールであって、該第１モジュールによって、前記部分光線がそれぞれ集束される、前記第１モジュールと、
前記放射方向で前記第１モジュールの後ろに配置された選択部であって、該選択部によって、前記部分光線の一部が前記全光線から除去される、前記選択部と、
前記放射方向で前記第１モジュールの後ろに配置された第２モジュールであって、該第２モジュールによって、前記部分光線の光線角度がそれぞれ相互に対してより小さくなる、前記第２モジュールと、
前記放射方向で前記第２モジュールの後ろに配置された偏向部であって、該偏向部によって、前記部分光線が時間の関数として偏向される、前記偏向部と、
前記放射方向で前記第２モジュールの後ろに配置された集束部であって、該集束部によって、前記全光線の残りの部分光線がそれぞれ集束される、前記集束部と、
を備える、機械加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の機械加工装置であって、
前記第２モジュールは、前記放射方向で、前記選択部の後ろに配置されている、機械加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の機械加工装置であって、
前記放射方向で前記拡散部の後ろ、又は前記第１モジュールの後ろに配置された拡大システムをさらに有し、前記拡大システムによって、前記全光線の部分光線間、及び／又は前記部分光線の主光線間、の間隔が拡縮される、機械加工装置。
【請求項４】
請求項３記載の機械加工装置であって、
前記拡大システムは、前記光軸に沿って、前記選択部と前記第２モジュールとの間に配置される、機械加工装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記レーザ光線は、前記拡散部によって、複数のそれぞれ平行な部分光線にファンアウトされ、
前記第１モジュールは、前記部分光線をそれぞれ共通のプレートに集束し、前記部分光線は前記光軸に平行であり、前記部分光線は領域内で放射方向に前記共通のプレート前後で重複せず、
前記選択部は、前記部分光線が重複しない前記領域内に配置される、
機械加工装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記複数の部分光線の主光線間の角度は、前記第１モジュールによって変更され、前記部分光線の主光線は、前記第１モジュールによって、相互に平行になる、機械加工装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記拡散部は、前記光軸周りに、及び／又は、前記光軸に対して垂直な軸周りに、回転可能に設けられている、
機械加工装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記拡散部は、１又はそれ以上の回折光学要素、１又はそれ以上のダイクロイック分光器、１又はそれ以上の屈折光学要素、１又はそれ以上のマイクロレンズアレイ、１又はそれ以上の固定又は動的な回折格子、１又はそれ以上の空間光変調器、１又はそれ以上のホログラム、および／または、１又はそれ以上の回折格子光バルブ、を有するグループの中から選択された、１又はそれ以上のものを有する、または、ものである、
機械加工装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記選択部は、前記除去される部分光線の放射路に導入される吸収部を有する、または、
前記選択部は、前記除去される部分光線の放射路に導入されるミラーを有し、該ミラーによって前記除去される部分光線が吸収部に偏向される、
機械加工装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記選択部は、多数のマイクロミラーを有する静的又は動的なマイクロミラーアレイを有し、１又はそれ以上の除去される部分光線は、それぞれ、マイクロミラーによって吸収部上に偏向される、
機械加工装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記選択部は、前記除去される部分光線をマスク及び／又は吸収するマスクを有し、
前記マスクは、好ましくは移動可能であり、前記除去される部分光線の放射路に移動される、
機械加工装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記放射方向で、前記第１モジュールの前に配置された選択部をさらに有し、
前記選択部によって、前記部分光線の一部がマスクされる、
機械加工装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記拡散部は、回折光学要素、好ましくは、回折格子であり、
前記拡散部によって、前記回折光学要素により生成される回折パターンの全次数は、前記光線から除去され、前記次数は主次数ではなく、または０次数でない、
機械加工装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記拡散部は、回折光学要素、好ましくは、回折格子であり、
前記選択部によって、少なくとも１つの部分光線は除去され、該部分光線は、前記回折光学要素により生成される回折パターンの主次数である、
機械加工装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記拡散部は、相互に対して前記残りの部分光線の主光線を集束する前記第１モジュール及び／又は前記第２モジュールの入射ひとみに配置されており、
前記主光線は、前記光軸に沿った前記第２モジュールと前記集束部との間の面内において、相互に対して最小の間隔をとり、前記面の後ろで前記集束部まで離れて移動する、
機械加工装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記第２モジュールによって、前記部分光線の光線角度は、前記光軸上で点反射した対向する角度のような光線角度に対して、相互にそれぞれより小さくなり、
前記対応する部分光線の光線が、相互に対し、前記第１モジュールへの入射時に、前記部分光線を夫々有し、該部分光線が好ましくは平行である、
機械加工装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記集束部は、前記残りの部分光線の主光線を相互に平行にする、
機械加工装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記集束部は、前記残りの部分光線の主光線を前記機械加工する表面上に集束する、
機械加工装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
レーザシステムを更に有し、
前記レーザシステムによって、レーザ光線は、前記放射方向に前記光軸上に生成され、前記レーザ光線は、前記レーザ光線入口部に入射する、
機械加工装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の機械加工装置であって、
前記レーザシステムは、前記レーザ光線を生成するために、非パルス状レーザ、マイクロ秒レーザ、ナノ秒レーザ、ピコ秒レーザ、又はフェムト秒レーザを有する、
機械加工装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記第１及び／又は第２モジュールは、定義されたペッツヴァルの和又は該ペッツヴァルの和で構成されている、少なくとも１つの正レンズ、及び、少なくとも１つの負レンズ、を有する、
機械加工装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記光軸に沿って、前記放射方向に、前記レーザ光線入口部の後ろで前記回転部の前に、配置された焦点変更部を更に有し、
前記焦点変更部により、前記レーザ光線の光線間の角度が調整され、前記光線は、前記光軸上で前記焦点変更部の後ろの点に向けて先細りになり、あるいは、前記光軸上で前記焦点変更部の前又は中における点からの光線の放射で離れて移動し、前記対応する点の間隔は、前記焦点変更部によって、前記光軸に沿って変化する、
機械加工装置。
【請求項２３】
請求項３又は４記載の機械加工装置であって、
前記拡大システムは、複数の回転対称のレンズを有し、該レンズは、前記光軸に対して同軸のレンズ軸で配置され、相互に前記光軸に沿って移動可能である、
機械加工装置。
【請求項２４】
請求項３又は４記載の機械加工装置であって、
前記拡大システムは、第１グループのアナモフィックプリズム、及び、前記第１グループに対し光軸周りに９０°回転した第２グループのアナモフィックプリズムを有し、
前記第１グループのプリズム及び前記第２グループのプリズムは、前記光軸に対し垂直であり前記プリズムの非平行面に平行な軸周りにそれぞれ相互に回転可能であり、
前記第１グループは前記拡散部と前記第１モジュールとの間に配置され、前記第２グループは前記選択部と前記第２モジュールとの間に配置されている、
機械加工装置。
【請求項２５】
請求項３又は４記載の機械加工装置であって、
前記拡大システムは、第１グループの円柱レンズと、前記第１グループに対し光軸周りに９０°回転した第２グループの円柱レンズと、を有し、
前記第１グループの円柱レンズ及び前記第２グループの円柱レンズは、前記光軸に沿って相互にそれぞれ配置され、
前記第１グループは前記拡散部と前記第１モジュールとの間に配置され、前記第２グループは前記選択部と前記第２モジュールとの間に配置されている、
機械加工装置。
【請求項２６】
請求項１乃至２５のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記回転部は、前記光軸に対し傾斜して配置され、前記光軸周りに回転可能な平面平行プレートを有する、
機械加工装置。
【請求項２７】
請求項１乃至２６のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記回転部は、少なくとも２つのくさびプレートを有する構成を有しており、前記くさびプレートは、前記光軸周りに回転可能である、
機械加工装置。
【請求項２８】
請求項１乃至２７のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記回転部は、Schmidt-Pechanプリズム、回転Ｋ−ミラー、又は回転ドーププリズムを有し、前記プリズムは前記光軸周りに回転可能である、
機械加工装置。
【請求項２９】
請求項１乃至２８のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記回転部は、２つのミラー間に配置された面平行プレートを有し、
前記光軸に沿った前記ミラーの一方上に入射したレーザ光線が、該ミラーによって前記面平行プレートへ反射され、該面平行プレートを通過し、他の前記ミラー上に入射し、そこから、前記光軸に対し平行方向で、前記光軸に対して０よりも大きい間隔で、反射されるように、前記ミラーと前記面平行プレートは、配置され、
前記面平行プレートは回転可能であり、前記ミラーは前記光軸に対して平行方向で配置されている、
機械加工装置。
【請求項３０】
請求項１乃至２９のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記光軸に対し回転可能な偏光部を更に有し、
該偏光部によって前記レーザ光線の偏光状態は変化し、前記光線の偏光方向は前記偏光部によって前記光軸周りに回転可能であり、前記偏光部は前記回転部の前に前記放射方向で配置されている、
機械加工装置。
【請求項３１】
請求項３０記載の機械加工装置であって、
前記偏光部が前記光軸周りに回転する回転周期は、前記回転部の前記オフセット方向が前記光軸周りに回転する回転周期の半分の大きさである、
機械加工装置。
【請求項３２】
請求項３０又は３１に記載の機械加工装置であって、
前記偏光部は、半波プレート、１／４波プレート、接線方向偏光部、半径方向偏光部、又は、リターダープレートの組合せ、である、
機械加工装置。
【請求項３３】
請求項１乃至３２のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記偏向部は、前記光軸周りに回転可能に設けられた、１又はそれ以上のガルバノメータスキャナー、１又はそれ以上のポリゴンスキャナー、１又はそれ以上の共鳴スキャナー、１又はそれ以上の圧電スキャナー、１又はそれ以上のＭＥＭミラー、１又はそれ以上のマイクロミラースキャナー、１又はそれ以上の音響光偏光器あるいは電光偏向器、及び／又は、くさびプレート又は面平行プレートの組合せ、を有するグループの中から選択された１又はそれ以上のものを有する、
機械加工装置。
【請求項３４】
請求項１乃至３３のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記偏向部の回転の有効点が前記第１及び第２モジュールにより生成された前記拡散部のイメージに合うように、前記偏向部は位置している、
機械加工装置。
【請求項３５】
請求項１乃至３４のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記集束部は、Ｆ−θレンズを有する、又は、である、
機械加工装置。
【請求項３６】
請求項１乃至３５のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
前記偏向部は、前記光軸に沿って、前記集束部の前に配置されている、
機械加工装置。
【請求項３７】
請求項１乃至３６のうちいずれか１項記載の機械加工装置であって、
少なくとも１つの処理気体ノズルをさらに有し、
前記処理気体ノズルによって、少なくとも１つの気体噴射は、１又はそれ以上の前記部分光線により加工された前記表面の領域上を目標とする、
機械加工装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の機械加工装置であって、
前記処理気体ノズルは、前記部分光線によって加工される表面をそれぞれ目標にした複数の部分ノズルを有する、
機械加工装置。
【請求項３９】
表面のレーザ加工のための方法であって、
レーザ光線が光軸上の放射方向で放射され、
前記レーザ光線が前記光軸に対してオフセット方向の間隔で平行に配置され、前記オフセット方向が前記光軸周りに一時的に回転し、
前記レーザ光線が複数の部分光線にファンアウトされ、該複数の部分光線が前記光軸に対して径方向に、連続又は不連続の強度分布を形成し、
該複数の部分光線が全光線を表し、
前記部分光線がそれぞれ集束され、
前記部分光線の一部が前記全光線から除去され、
前記部分光線の光線間の角度がそれぞれより小さくなり、
前記部分光線が時間の関数として偏向され、それぞれ、前記部分光線の光線間の角度が減少し、
前記全光線の残りの部分光線がそれぞれ集束される、
方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法であって、
偏向部が前記光線の円偏向を導く動作を行う、
方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、
回転部の前記回転は、前記偏向部の偏向と同期している、
方法。
【請求項４２】
請求項３９乃至４１のうちいずれか１項記載の方法であって、
前記部分光線は、前記加工される表面上の周期で、焦点の周期的な配置を形成し、
レーザ加工は、第１加工工程で前記焦点で実施され、その後、さらなる加工工程で、前記表面は、前記焦点に対して、ある距離で前記表面の面内に前記焦点の周期配置の方向で配置され、前記配置後、前記表面のさらなるレーザ加工が実施され、前記周期は前記距離の整数倍である、
方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法であって、
前記方法は、請求項１乃至３８のうちいずれか１項記載の機械加工装置で実施される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面のレーザ加工のための機械加工装置に関するものであり、レーザ光が回転部によって、光軸周りに平行に回転し移動可能であり、移動したレーザ光は、拡散部によって、複数の部分光線にファンアウトされ、複数の部分光線は、それぞれ、集束され、部分光線の一部は、その結果の全光線から除去され、部分光線の光線角度は相互に相対的に小さくなり、残りの部分光線は、時間の関数として偏向され、残りの部分光線は、それぞれ、集束され得る。
本発明は、さらに、対応する方法に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
パルス状あるいは連続的な（連続波）レーザ放射でレーザ加工を行う場合、レーザ放射源の一定の開発によって、より高い平均レーザ出力が利用可能である。長短波レーザ放射源の市場では、ここ数年、産業上利用可能なレーザシステムの平均レーザ出力が大きく増加している。５０−１５０Ｗ範囲の出力を有する、商業上利用可能で、今日、産業上適した超短波レーザ放射源が存在する。４００Ｗ及びそれ以上の出力を有するレーザ源は、次の数年で市場を支配するであろう。より高い平均出力は、より高い強度あるいはより広い表面の放射によって、レーザ処理を加速させるために、利用され得る。多くの用途、特に、ミクロ機械加工では、しばしば、小スポット径の需要があり、その形状において、より高精度を達成している。一貫した小スポット形状を有する平均レーザ出力の増加で、非常に大きなエネルギー入力という条件で、機械加工の一貫した質を有する処理率の増加が達成され得る。したがって、一般に、定義された機械加工点に対する有用なレーザ出力又はレーザ強度の最大制限は、各処理に対して存在する。にもかかわらず、一貫したスポット径で処理率を増加させるために、一般に、２つの手法が追求されている。第１の手法は、加工物又はレーザスポットの迅速な移動によって、加工物上のレーザエネルギーを一時的に速く移動させることである。第２手法は、より広い表面上でレーザ力を分割することである。複数の加工点で平行に機械加工を行うことが、第２の手法の一例として、考え得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
その述べられた手法は、迅速な光線移動及び／又は光線形成を行うことができる走査システムによって用いることができる。この目的のために、一部の走査システム、例えば、ガルバノメータースキャナー、ポリゴンスキャナーなど、が市場に存在する。平均レーザ力のさらなる増加で、標準的な走査システムの走査速度は、近年、もはや、１つの光線におけるレーザ力を用いるのに十分ではなくなっている。
したがって、本発明の目的は、レーザで非常に高いレーザ出力で、高精度な表面の再加工を可能にする、表面のレーザ加工のための機械加工装置を示すことである。
さらに、その目的は、レーザ加工のための、対応する方法を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１に係る、表面のレーザ加工のための機械加工装置、および、請求項３９に係る、表面のレーザ加工のための方法、によって達成される。従属請求項は、本発明に係る機械加工装置、及び本発明に係る方法、の有利な展開を示している。
本発明によれば、表面のレーザ加工のための機械加工装置が示され、複数の部分光線が加工される面上を移動する。
機械加工装置は、レーザ光線が放射されるレーザ光線入口部を有する。レーザ光線が放射される方向は、ここで、放射方向と称される。放射されたレーザ光線の放射方向は、このシステムの光軸を定義する。このシステムの光軸は、ここで連続直線として理解されるべきで、しかし、おそらく現在の偏向ミラーの場合には、対応して曲げられる。
ここでは、光線、例えば、特に、レーザ光線、部分光線、好ましくは、主光線から、対応する光線の主光線周りに特定角度範囲で、あるいは、特定の間隔範囲（好ましくは、主光線に垂直方向で計測される）で、広がっている、ある量の光線、と理解すべきである。したがって、好ましくは、主光線、及びこの主光線周りのある量の光線は、各光線に割り当てられる。その角度範囲及び間隔範囲は、有限次元あるいは微小であってもよい。部分光線が平行にされた場合、その部分光線は、好ましくは、角度範囲の代わりに間隔範囲で定義される。ここで、光線、好ましくは、光子の飛行路又は光線の波面に垂直な直線によって理解される。
また、光線は、幾何光学のイメージで、多数の光線として記載されており、主光線に対して、それぞれ、自由伝搬で変化しない角度をそれぞれ有している。全体で、主光線と他の光線間の全角度の総計から、角度分布は定義され得る。主光線は、入射ひとみの中心を通り広がる光線であり得る。好ましくは、入射ひとみは、この光学システムへのレーザ放射入口の自由開口部である。レーザ光線は、光軸に垂直な面内に、強度分布を形成し、その強度分布は、一時的な平均として、レーザ光線の局所エネルギー分布を表す。
本発明によれば、前記放射方向で前記レーザ光線入口部の後ろに回転部が配置され、該回転部によって前記レーザ光線が前記光軸に対して平行にオフセット方向の間隔で配置され、前記オフセット方向が前記光軸周りに一時的に回転する。この間隔は、好ましくは、０より大きく、しかし０でもあり得る。
回転部が放射方向でレーザ光線入口部の後ろに配置されているということは、レーザ入口で放射方向で光軸上で出射されたレーザ光線が、機械加工装置に入射した後、回転部に到達することを意味する。回転部は、上記した間隔で、光軸に対して平行にレーザ光線を配置する。したがって、レーザ光線が光軸上の回転部に入射し、光軸に対して上記間隔で、しかし、回転部に対して平行に、その回転部から去る。回転部を去る光線に対する光軸の方向は、ここで、オフセット方向として示されるべきである。本発明によれば、オフセット方向は、一時的に光軸周りに回転する。回転部から現れるレーザ光線は、したがって、光軸に対して垂直な面内の光路として記載され、光軸周りに回転する。上記した間隔が０の場合、オフセット方向は定義されない。
好ましくは、オフセット方向は、光軸周りに閉じられた路に沿って、特に、好ましくは、円で回転し、上記した路は円である。
本発明に係る機械加工装置は、さらに、前記放射方向で前記回転部の後ろに配置された拡散部を有する。該拡散部によって前記レーザ光線が複数の部分光線にファンアウトされる。拡散部は、好ましくは、分光器として考えてもよい。部分光線は、それにより、前記光軸に対して垂直な面内に、連続の強度分布を形成してもよく、しかし、好ましくは、各部分光線が上記した光軸に垂直な面内において、強度の局所最大値を有する強度分布を有していてもよい。この場合、部分光線は、それぞれ、個別のレーザ光線として、考えられ、あるいは、構成され得る。部分光線は、それにより、光軸に沿って、部分領域内のその端領域で部分光線と隣接して、重畳される、あるいは、相互から完全に離れて、存在してもよい。後者の場合、上記した面の強度分布は、不連続である。部分光線の分布は、分光器の構成によって決定される。
前記レーザ光線が複数の部分光線にファンアウトされるということは、好ましくは、部分光線の主光線が拡散して拡散部の後ろで広がるという意味である。拡散部のこの機能は、好ましくは、拡散部が、主光線を、光軸に対する方向でそれぞれ異なる、有限数あるいは無限数の新主光線に分割するように記載され得る。各新主光線に対して、ある量の光線が存在し、その光線は、新主光線に対して、拡散部に入射するレーザ光線の光線と同一の角度分布を有している。新主光線は、このある量の光線と共に、部分光線として、考慮され得る。拡散部は、したがって、角度アパーチュアにおける入射レーザ光線の強度分布において、変化をもたらす。
連続強度分布は、それ自体で、拡散部により形成される一貫した光度分布であり得る。第１モジュールによって、各部分光線は、近軸の幾何光学の意味で、光軸に対し垂直方向で共通の焦点面上の点に集束され得る。その連続の場合、したがって、無限数の点が焦点面に存在し、したがって、無限数の部分光線が存在する。
不連続強度分布の例は、レーザ光線を有限数の部分光線に分割する分光器（４倍の４つの部分光線の回折格子に分解する）である。第１モジュールの焦点面において、局所的に、分けられた焦点は、したがって、近軸光学の概念で集束することで生成され得る。屈折制限光学の概念では、焦点領域は焦点面上に生成され得る。
連続強度分布及び不連続強度分布の組合せは、拡散部によって影響され得る。この例として、４倍の４つの領域の形成が述べられ、それぞれ、“Ｆ”を形成している。
拡散部により生成された部分光線の総計は、ここで、全光線と称されるべきである。
拡散部は、しかし、上記の光軸に垂直な面内にいかなる強度分布を生成することができる。最も簡単な場合で、例えば、拡散部は、回折格子式に従って、光線を生成することができる。
【数１】
0006430523.tif 000002
ｎは回折格子の整数の次数、λはレーザ光線の波長、ｇは回折格子定数、θｎは光軸に対する部分光線の主光線の角度、を示す。分光器の構成に従って、１つの強度分布又は
複雑な複数の強度分布の２次元回折格子が、ここで生成され得る。
上述したように、拡散部は、光軸に対し垂直なイメージ面内に、連続強度分布を形成する部分光線を、形成することができる。この場合、隣接する部分光線は、一方を他方に統合する。強度分布は、それにより、いかなる形状をも想定でき、強度分布のその形状は、拡散部により定められる。部分光線の上述した定義は、いかなる拡散部に対しても利用可能である。拡散部により形成される各全光線は、いかなる部分光線の数、角度範囲、又は間隔範囲、から構成されるものとして、表現され得て、対応する主光線周りに広がる一定の部分光線の光線は、無限小であり得る。他の拡散部は、しかし、不連続部分光線を生成でき、その不連続部分光線は、重複することなく、との光線は、対応する主光線まわりで、有限、失消しない角度範囲又は間隔範囲内で広がる。
拡散部は、好ましくは、マイクロ及び／又はナノ構成のパターンを有する回折光学要素であり得る。分光器は、さらに、ダイクロイック分光器、屈折光学要素、例えば、マイクロレンズアレイ、または固定又は動的な回折格子ようなもの、例えば、空間光変調器、ホログラム、回折格子光バルブようなもの、であり得る。
好ましくは、拡散部は、平行な部分光線を生成する。
本発明の好ましい実施形態では、拡散部は、少なくとも１つの軸、特に光軸周り、好ましくは、相互に垂直である２又は３つの軸で、特に好ましくは光軸を含む軸周りに回転可能に設けられていてもよい。
本発明に係る機械加工装置は、さらに、第１モジュールを有し、第１モジュールは放射方向で拡散部の後ろに配置され、それにより、複数の部分光線は、それぞれ、集束され得る。したがって、拡散部により生成された各部分光線において、対応する部分光線の光線は、相互に対して偏向され、１つの焦点でそれぞれ交差する。
好ましくは、部分光線の主光線の角度は、さらに、第１モジュールによって、相互に対しより小さくなってもよく、特に好ましくは、全部分光線の主光線は、相互に平行になってもよい。部分光線は、したがって、第１モジュールによって偏向され、第１モジュールの後ろの主光線方向は、相互に平行に広がってもよい。仮に拡散部により生成された部分光線が個別のレーザ光線または個別のレーザ光束である場合、これらは第１モジュール後ろで相互に平行に広がることができる。第１モジュールは第１リレーモジュールと称されてもよい。
モジュールは、好ましくは、拡散部が第１モジュールの入射ひとみに位置するように配置される。
本発明に係る機械加工装置は、さらに、選択部を有し、選択部は放射方向で第１モジュールの後ろに配置され、選択部によって部分光線の一部が第１モジュールにより生成された全光線から除去される。好ましくは、選択部は光軸に沿った領域内に配置され、その領域内で、第１モジュールによる集束によって、部分光線は相互に重複することがない。
本発明の好ましい実施形態において、選択部は、除去される部分光線の放射路に導入される吸収部を有していてもよく、好ましくは、ミラーによって除去される部分光線が吸収部に偏向されてもよい。この目的のために、ミラーは、好ましくは、２次元上で移動可能であってもよい。結果として、特定の部分光線が全光線から選択され、残りの部分光線は、妨げられることなく選択部を通過し、機械加工装置のさらなる放射路にしたがってもよい。
また、選択部は、好ましくは、除去される部分光線の放射路に導入される吸収部を有していてもよい。
選択部は、除去される部分光線の放射路で移動可能なマスクを有していてもよい。このマスクは、この目的のために、好ましくは、２次元内で動的に移動可能であってもよい。
本発明の一実施形態において、選択部は、マイクロミラーアレイを有していてもよく、そこで、個別の部分光線は、１又はそれ以上の移動可能なミラーに当たり、そのミラーは、対応する部分光線を全光線の放射路から吸収部に導き、あるいは、全部分光線を反射し、その全部分光線は、機械加工装置の光軸方向の全光線から除去されず、除去される部分光線は、例えば偏向されることなく吸収部に当たってもよい。
選択部は、さらに、付加的に又は選択的に、除去される部分光線を平行にする及び／又は吸収する、マスクを有していてもよい。そのようなマスクは、全光線から部分光線を除去することができる。そのようなマスクは、ミラー、マスク、静的又は動的なマイクロミラーアレイのような、前に述べた部に加えて、放射方向でこの対応する装置の後ろで用いられ、選択部の第１部分によって除去されない部分光線から、さらに、部分光線を全光線から除去してもよい。
例えば、拡散部が回折格子である場合、入って来るレーザ光線は、それを主とより高い次数に分割する。さらに、０次数は存在し、拡散部に結合されるレーザ光線の回折しない光に対応している。０およびより高い回折次数は、しばしば望まれず、その理由は、拡散部の効率を下げ、加工される表面における機械加工処理を妨げる可能性があるからである。そのような０及びより高い次数は、好ましくは、全光線から、選択部、特にマスクによって除去されてもよい。
マスクは、例えば、金属シートの、被覆の、及び透明の基板であってもよく、その場合不透明の被覆は、穿孔からなる適切な回折格子を有する適切な開口部又はミラーを有していてもよい。そのマスクにより、望まれる主次数が影響を受けずに伝搬し、０及びより高い回折次数が、選択され、吸収部に吸収又は偏向される。
好ましくは、少なくとも１つの部分光線は、選択部により除去され、部分光線は回折光学要素によって生成される回折パターンの主次数であってもよい。
本発明の好ましい実施形態において、選択部は、ミラー又はマスクを有し、これらは上記したように、光軸に対し垂直に移動可能であり、さらに、開口部を有するマスクであってもよい。開口部を有するマスクは、それにより、移動可能なミラー又は移動可能なマスクの前、又は好ましくは後ろに、配置されてもよい。
本発明に係る機械加工装置は、さらに、第２モジュールを有し、その第２モジュールは放射方向で第１モジュールの後ろ、好ましくは選択部の後ろに配置されてもよく、それにより、部分光線の光線角度はそれぞれ相互に対しより小さくなる。したがって、光線角度は、第２モジュール上に入射する各部分光線において、第２モジュールによって、相互により小さくなる。好ましくは、部分光線は、第２モジュールで平行になってもよい。
好ましくは、さらに、本発明の実施形態において、部分光線の光線角度は、相互に対して、第２モジュールによって、それぞれより小さくなり、それら角度に対する部分光線は、光軸上の対応する角度のように、点反射され、対応する部分光線の光線は、相互に対し、第１モジュール内に入射してもよい。したがって、部分光線の１つを考える場合、その光線は相互に対して特定角度で第１モジュールに入射する。この好ましい実施形態において、光線は、相互に対して同一角度で第２モジュールを去り、しかし、光軸上で点反射される。したがって、部分光線は、第２モジュールを去った後、第１モジュールに入射するのに対し、さかさまになる。
本発明の好ましい実施形態において、部分光線の主光線は、第２モジュールによって、集束できる。主光線が集束され得るということは、それら主光線が第２モジュールによって偏向され、相互に近づくという、意味である。部分光線の主放射方向は、したがって、第２モジュールによって変更され、部分光線の主光線間の間隔は、光軸に対し垂直方向に、光軸に沿って、最小間隔の点まで、より小さくなる。
第２モジュールは、第２リレーモジュールと称されてもよい。リレーモジュールは、放射方向の前に位置する要素と共に、特に全光線内において、第１モジュールによって、低減されてもよく、選択部によって、除去された部分光線を光線面内にイメージし、その光線面内では、主光線が相互に対して最小間隔を有していてもよい。全光線は、ここで、最小径を有している。この面内において、各部分光線の主光線は、交差することができる。
本発明に係る機械加工装置は、放射方向に第２モジュールの後ろで、好ましくは集束部の前に、偏向部を有しており、これにより、部分光線は時間関数として偏向されてもよい。
偏向部によって、部分光線の主光線の放射方向は、偏向されてもよい。好ましくは、偏向部によって、その点で、部分光線の効率的な偏向が可能となり、その点で主光線は、第２モジュールによる集束により、相互からの最小間隔を有する。
偏向部により、好ましくは、加工物の加工面内、例えば、機械加工される面上、に高度な力学で、部分光線の調整可能な偏向が可能となる。好ましくは、偏向部は、２つの偏向部を有し、それら偏向部は、相互に対し垂直に配置され、２つの空間方向で光線偏向が可能となる。好ましくは、ガルバノメータースキャナーは、偏向部として用いられる。他の動的な光線偏向部、例えば、ポリゴンスキャナー、共鳴スキャナー、圧電スキャナー、ＭＥＭ反射部、音響あるいは電光偏向器（ＡＯＤ又はＥＯＤ）などを用いることができる。
本発明に係る機械加工装置は、さらに、集束部を有し、それにより、全光線の残りの部分光線は夫々集束され得る。好ましくは、それら部分光線は、それにより、加工される表面上に集束され得る。
集束部は、好ましくは、放射方向で、偏向部の後ろに配置される。好ましくは、集束部は、さらに、放射方向の点の後ろに配置され、その点で、部分光線の主光線は第２モジュールによって集束され、相互に対して最小間隔を有する。この場合、集束部は、したがって、光軸に沿って、第２モジュールに対してある間隔で配置され、第２モジュール内で、部分光線の主光線は再度離れて移動する。集束部の後ろで、部分光線は、相互に平行に広がることができる。
集束部は、例えば、テレセントリック特性を有するＦθ補正レンズであってもよい。光線偏向部によって、結果の焦点は、好ましくは、加工される表面上のいかなる２次元路上に偏向されてもよい。回転部によって生じる回転光線オフセットは、部分光線の移動を、放射面内で半径ｒ′の軌道で生じさせ、その放射面内では、部分光線の主光線が、相互に対する最小間隔を、第２モジュールの後ろで、有する。この光線オフセットは、集束部の光軸に対する光線の位置を導き、その光線は、光軸に対する主光線の角度βで加工物に当たる。
平行レーザ光線が機械加工装置のレーザ光線入口で入射する場合、それは好ましい。好ましくは、レーザ光線は、拡散部により、複数のそれぞれ平行な部分光線にファンアウトされる。
本発明の好ましい実施形態において、第１モジュールは、部分光線を、それぞれ、好ましくは共通の面に集束し、その共通の面は、特に好ましくは放射方向に垂直である。結果として、全光線の部分光線が放射方向で第１モジュールの後ろで重複しない領域が生じる。
好ましくは、選択部は、この領域内に配置され、その領域では、部分光線が重複しない。
本発明のこの実施形態において、上記面の後ろでは、部分光線がそれぞれ初期に発散して広がる。好ましくは、部分光線は、それぞれ、第２モジュールによって平行になり、部分光線は、それぞれ、平行に、第２モジュールの後ろで、広がる。部分光線は、この場合、特に、その部分光線が、第２モジュールによる偏向のため、集束する場合に、平行に広がる。
本発明の好ましい実施形態において、拡散部、第１モジュール及び第２モジュールは、相互に対する間隔で配置され、拡散部は、上記した面内で、イメージされ、その面内で、部分光線が、第２モジュールの後、相互に対する最小間隔を有する。
好ましい実施形態において、第１モジュール及び第２モジュールは、それぞれ、２つの正のレンズ及び１つの負のレンズを有することができ、それらレンズは、ペッツヴァルの和で定義され、その値は好ましくは０に近い又は０に等しい。第１モジュールは、それにより、好ましくは、正確に、第２モジュールに対し逆に、配置されている。
本発明の好ましい実施形態において、機械加工装置は拡大システムを有していてもよく、さらに、拡大システムは、放射方向で拡散部の後ろ、好ましくは第１モジュールの後ろに配置され、それにより、部分光線間又は部分光線の主光線間の間隔は変更されてもよい。拡大システムは、したがって、好ましくは、部分光線が、主光線が相互に平行な状態で、相互に対し主光線の特定の間隔で、拡大システム内に入射し、主光線が相互に対し平行で主光線の異なる間隔で出射するように、設計されている。
特に好ましいものとして、拡大システムは、光軸に沿って、選択部と第２モジュールとの間に配置されてもよい。
拡大システムは、好ましくは、全光線を拡縮し、相互に対する部分光線の間隔における変化に影響を与えてもよい。有限又は微小の部分光線の任意の連続強度分布の場合に、これは拡大システムによって拡縮され得る。
好ましくは、拡大システムは、選択部と第２モジュールとの間に、放射方向に配置される。
拡大システムは、例えば、固定焦点距離レンズ、自由あるいは連続した位置または動作要素を有する移動レンズ、例えば、液体レンズ、を有してもよく、特に好ましくは動力化されてもよい。好ましくは、拡大システムは、それにより、回転対称であり、特に好ましくは、球面又は非球面レンズによるものであってもよい。それは、結果として、光軸に垂直な両空間方向に共通で、拡縮され得る。また、拡大システムは、例えば、円柱又は非円柱の表面によって設計されてよく、その拡縮は、光軸に対して夫々垂直方向で別に変化され得る。さらに、この拡大機能は、好ましくは、アナモフィックプリズムによって生成されてもよい。
可能な拡大範囲は、数１０％であるより大きい範囲を有していてもよい。
さらに、拡大システムを拡散部と集束部との間のいずれの位置に、位置させることもできる。さらに、それは、この領域内のレンズ群の整数要素であってもよい。
本発明の好ましい実施形態において、拡大システムは、複数の回転対称レンズを有し、このレンズは、レンズ軸が光軸に対し同軸であり、特に好ましくは、相互に光軸に沿って移動可能である。相互に対するレンズの間隔を調整することで、相互に対する部分光線の間隔は、調整されてもよい。好ましくは、偶数、特に好ましくは４、のこれらレンズが用いられる。その理由は、結果として、部分光線は、相互に平行に入射し、拡大システムを相互に平行に去るからである。
本発明のさらなる好ましい実施形態において、拡大システムは、第１グループのアナモフィックプリズム又はくさびプレート及び、好ましくは、さらに、第２グループのアナモフィックプリズム又はくさびプレート、を有することができる。第２グループのアナモフィックプリズム又はくさびプレートは、第１グループに対する光軸周りに９０°回転されたものである。第２グループに対し第１グループは光軸周りに９０°回転されるということは、それにより、その回転が、光軸が第１グループから第２グループまで直線として延びているという仮定の元で、示されている、ことを意味している。仮に光軸が第１グループと第２グループとの間で曲がっている場合、例えば、偏向ミラーによって、そのグループは、相互に対して回転し、その曲りが無い場合に、それらは、９０°、光軸周りに相互に回転される。
本発明のさらなる好ましい実施形態において、拡大システムは、第１グループの円柱レンズおよび、好ましくは、さらに、第１グループに対し光軸周りに９０°回転した第２グループの円柱レンズを有することができる。第１グループは９０°、光軸周りに第２グループに対して回転されるということは、その回転が、光軸が第１グループから第２グループまで直線として延びているという仮定の元で、示されている、ことを意味している。仮に、光軸は、第１グループと第２グループとの間で曲がっている場合、例えば、偏向ミラーによって、そのグループは、相互に対して回転し、その曲りが無い場合に、それらは、９０°、光軸周りに相互に回転される。
この実施形態において、第１対のプリズム又は円柱レンズおよび、第２対のプリズム又は円柱レンズは、それぞれ、相互に対して軸周りに回転可能であり、その軸は、光軸に垂直で、プリズム又はくさびプレートの平行でない表面に平行に、あるいは、円柱レンズの曲面に平行に配置されている。それにより、部分光線は、プリズム又はくさびプレートの平行でない表面の１つによって、後段に入射し、そのプリズム又はくさびプレートを、平行でない表面の異なる１つを介して去る、ということが仮定され、それは、放射方向が結果として変化し得るからである。同一のことが、円柱レンズの曲面に対して適用される。
そのグループのプリズムは、それぞれ、プリズムが回転可能な軸が相互に各グループで平行となるように、配置されている。これら軸は、第２グループの場合、９０°、光軸周りに、第１対の軸に対して、上記したように、回転する。
本発明の好ましい実施形態において、各グループは、正確には、２つのプリズム、又は、２つのくさびプレート、又は、４つの円柱レンズを有する。
本発明のさらなる好ましい実施形態において、機械加工装置は、さらに、レーザシステムを有し、それにより、平行なレーザ光線が生成され、レーザ光線は、放射方向で、光軸上で、レーザ光線入口で放射されてもよい。好ましくは、レーザシステムは、レーザ光線を生成するために、非パルス状レーザ、マイクロ秒レーザ、ナノ秒レーザ、ピコ秒レーザ、フェムト秒レーザを有していてもよい。レーザ光線の波長は、赤外線範囲で例えば１０６４ｎｍ又は１０３０ｎｍであり、可視線範囲で例えば５３２ｎｍ又は５１５ｎｍであり、紫外線範囲で例えば３５５ｎｍ又は３４８ｎｍであり得る。
本発明の好ましい実施形態において、回転部は平面平行プレートとして設計されてもよく、それは、例えば、ガラスプレートであり、好ましくは、光軸に対し角度≠０°及び≠９０°で傾斜して配置され、光軸周りに回転可能である。レーザ光線は、光軸上、面平行プレート内に当たる場合、光軸に対しオフセットして平行に後段を去る。
本発明のさらなる好ましい実施形態において、回転部は、少なくとも２つのくさびプレートを有することができ、それらプレートは、連続して光軸に沿って配置され、あるいは、それからなり、光軸周りに回転可能である。光軸に沿ってくさびプレートに入射するレーザ光線が、くさびプレートを通過するときに、平行にオフセットし、レーザ光線がしたがって、光軸からの間隔が０よりも大きく、しかし、光軸に平行に去る、ように、くさびプレートは配置されている。
好ましくは、くさびプレートは、同一のくさび角度及び屈折率を有する。特に、好ましくは、相互に対する各グループのくさびプレートの間隔は、それぞれ、変更可能で、それにより、各グループによるオフセットは変更される。
好ましくは、くさびプレートは光軸に垂直な面のまわりで配置され、反射される。
本発明の好ましい実施形態において、回転部は、２つの面平行プレートを有することができ、それらプレートは、連続して、光軸に沿って配置され、光軸に対して相互に独立して傾斜され得る。
本発明のさらなる好ましい実施形態において、回転部は、２つのミラー間に配置された面平行プレートを有することができる。光軸に沿ったミラーの一方上に入射したレーザ光線が、該ミラーによって面平行プレートへ反射され、該面平行プレートを通過し、他のミラー上に入射し、そこから、光軸に対し平行方向で、光軸に対して０よりも大きい間隔で、反射されるように、ミラーと前記面平行プレートは、配置され、面平行プレートは回転可能である。好ましくは、ミラーは光軸に対して平行方向で配置されてもよい。好ましくは、ミラーは、さらに、光軸に対し垂直でミラー表面に対して平行な軸周りに回転可能である。この構成によって、出て行くレーザ光線が光軸に対してオフセットする、間隔が調整されてもよい。
両ミラーを動作させ、傾斜角度を適合させることで、面平行プレート上へのレーザ光線の入射角度は、調整され得る。光線オフセット及び軌道半径は、それにより、面平行プレートによって調整され、半径は入射角度を変化させることで、変化され得る。好ましくは、２つのミラーは、常時、対応して対称に配置され、面平行プレート上のレーザ光線の入射点は、回転部の回転の軸に対応し、回転光線の回転軸は第２ミラー上の反射後、全角度調整に対して、同一である。
回転部は、さらに、Schmidt-Pechanプリズム、回転Ｋ−ミラー、あるいは、ドーププリズムを有し、あるいは、それで構成され、光軸周りに回転可能である。
本発明の好ましい実施形態において、機械加工装置は、好ましくは、さらに、偏光部を有し、それにより、レーザ光線の偏光状態が変化されてもよい。レーザ光線の偏光方向は、それにより、光軸周り、好ましくは偏光部によって回転可能である。特に好ましくは、偏光部は放射方向で回転部の前に配置されている。
本発明によれば、偏光部は、本発明のこの実施形態において、光軸周りに回転可能である。偏光部の回転により、偏光部の偏光方向も、それにより光軸周りに回転する。
好ましくは、偏光部が光軸周りに回転する回転周期は、回転部のオフセット方向が光軸周りに回転する回転周期の半分の大きさである。結果として、レーザ光線の移動方向及び位置に対する、偏光ベクトルの定義された向きが達成され得る。
特に好ましくは、偏光部は、ここで、半波プレートである。また、偏光部は、円偏光の生成のために１／４波プレート、又は、他種の偏光の生成のためにリターダープレートの組合せ、を有していて、あるいは、であってもよい。特に、偏光ベクトルがレーザ光線の強度分布の中心に対して半径方向を向いている場合に、半径方向偏光がこれにより生成され得る。偏光ベクトルがレーザ光線の強度分布の中心に対して接線方向を向いている場合に、接線方向偏光を生成することもできる。これは、区分された半波あるいは１／４プレートを用いることで可能となる。偏光部は、さらに、接線方向偏光部、半径方向偏光部、又は、リターダープレートの組合せ、であってもよい。
上記した偏向部は、好ましくは、光軸周りに回転可能に設けられた、（ガルバノメータスキャナー、ポリゴンスキャナー、共鳴スキャナー、圧電スキャナー、ＭＥＭミラー）、であってもよく、及び／又は、光軸周りに回転可能に設けられた、（音響光偏向器又は電光偏向器又は、くさびプレート又は面平行プレートの組合せ、）を有していてもよい。偏向部として述べられた装置は、個別或いは組合せで生成されてもよく、１又はそれ以上の上記装置が用いられてもよい。
好ましくは、偏向部の回転の有効点が、第１及び第２モジュールにより生成された拡大部のイメージが位置する面内に位置するように、偏向部は位置している。偏向部の２つの偏向軸間の空間中心（図心）は、好ましくは、回転の有効点として考えられてもよい。
本発明の好ましい実施形態において、機械加工装置は、処理気体ノズルを有していてもよく、それにより、少なくとも１つの気体噴射が、１又はそれ以上の部分光線によって加工される表面の領域を目標にする。好ましくは、処理気体ノズルは、集束部と加工される表面との間に配置される。処理気体ノズルは、気体噴射を機械加工の点上に直接当て、そこで、液体又は気体状の材料の排出を引き起こす。好ましくは、処理気体ノズルは、複数の部分ノズルを有していてもよく、それにより、部分光線の動作領域がそれぞれ目標とされ得る。
本発明に係る機械加工装置は、好ましくは、レーザアブレーションによる広領域の周期的な構成の生成、レーザアブレーションによる強度分布の生成、複数の加工点で平行レーザ穴開け、レーザ切断、および、螺旋状穴開け、のために用いられてもよい。一般に、本発明に係る機械加工装置は、加工点あるいは強度分布の固定されたパターンでのレーザ加工、または、複数の部分光線での平行加工のために用いられてもよく、異なる光線分布は、各面の除去において調整され、結果として、より大きい及び非周期的な除去の幾何の場合、部分光線の数に対応して増加した排出力が、達成される。さらに、本発明に係る装置は、薄い金属箔における周期的な構成の広い領域の生成に用いられてもよい。生成される光線の数に応じて、標準的な１の光線加工に対する少なくとも１００の係数で処理速度における有効な増加がここで示されている。特に、超短パルス機械加工の分野において、日に達成されなかった生産率が達成され得る。
本発明の好ましい実施形態において、機械加工装置はさらに焦点変更部を有していてもよく、焦点変更部は、光軸に沿って、放射方向に、レーザ光線入口部の後ろで回転部の前に、配置されており、それにより、レーザ光線の光線間の角度が調整され、光線は、光軸上で焦点変更部の後ろの点に向けて先細りになり、あるいは、光軸上で焦点変更部の前又は中における点からの光線の放射で離れて移動し、焦点変更部からの光軸に沿った対応する点の間隔は変化する。その間隔は、好ましくは動的に変化してもよい。焦点変更部は、したがって、好ましくは、その間隔における変化を可能にする調整装置を有している。関連する部は、第１モジュールの前に第１モジュールの焦点を配置することから、焦点変更部という言葉が選択されている。第１モジュールは、したがって、焦点変更部と共に、第１モジュールの前にだけ第１モジュールに対して配置された焦点を有する。
本発明は、さらに、表面のレーザ加工のための方法に関するものであり、レーザ光線が光軸上の放射方向で放射され、前記レーザ光線が前記光軸に対してオフセット方向の間隔で平行に配置され、前記オフセット方向が前記光軸周りに一時的に回転し、前記レーザ光線が複数の部分光線にファンアウトされ、該複数の部分光線が前記光軸に対して径方向に、連続又は不連続の強度分布を形成し、該複数の部分光線が全光線を表し、前記部分光線がそれぞれ集束され、前記部分光線の一部が前記全光線から除去され、前記残りの部分光線の光線間の角度がそれぞれより小さくなり、前記部分光線が時間の関数として偏向され、それぞれ、前記部分光線の光線間の角度が減少し、前記全光線の残りの部分光線がそれぞれ集束される。
好ましくは、偏向部が前記光線の円偏向を導く動作を行う。部分光線は、したがって、好ましくは、螺旋状の穴開け動作を実施する。
レーザ技術で使用される言葉で、本方法は、多数の部分光線で同期的な螺旋状穴開けとして考えられ得る。
好ましくは、回転部の前記回転は、前記偏向部の偏向と同期していてもよい。偏向部は、したがって、同一周期で同一局面のファイで回転部として、移動され、軌道を描いてもよい。この方法で、表面における垂直の穴が生成され得る。
前記部分光線は、好ましくは、前記加工される表面上の周期で、焦点の周期的な配置を形成してもよく、レーザ加工は、第１加工工程で前記焦点で実施され、その後、さらなる加工工程で、前記表面は、前記焦点に対して、ある距離で前記表面の面内に前記焦点の周期配置の方向で配置され、前記配置後、前記表面のさらなるレーザ加工が実施され、前記周期は前記距離の整数倍であってもよい。この方法で、回折格子における表面の等距離加工が可能となる。
好ましい実施形態において、分光器は、機械加工中、光軸周りに回転可能であり、加工物は、機械加工装置に対して移動され、切削間隔が加工物に生成される。
続いて、本発明は、いくつかの図を参照して、例によって説明される。同一符号は、それにより、同一又は対応する特徴で特徴づけられている。例で記載された特徴は、例間で組合せることができ、独立して具体例を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明に係る、機械加工装置の、例による、構成を示す図である。
【図２】軸対称レンズを有した拡大システムを有する、本発明に係る機械加工装置の、例による、構成を示す図である。
【図３】拡大システムとしてくさびプレートの配置を有する、本発明に係る機械加工装置の、例による、構成を示す図である。
【図４】回転部として回転する面平行のプレートを有する、本発明に係る機械加工装置の、例による、構成を示す図である。
【図５】傾斜可能な拡散部を有する、本発明に係る機械加工装置の、例による、構成を示す図である。
【図６】付加した偏光部を有する、本発明に係る機械加工装置の、例による、構成を示す図である。
【図７】２つのミラーおよび１つの面平行のプレートを有する、回転部の一実施形態を示す図である。
【図８】２つのグループの円柱レンズを有する、拡大部の構成を示す図である。
【図９】不連続光線の分布におけるアナモフィックプリズムの光学動作原理における説明をする図である。
【図１０】個別のレンズ位置の異なる構成の軸対称レンズを有する一実施形態における、拡大システムを通過する３つの異なる部分光線の光線の行程を示す図である。
【図１１】第１及び第２モジュールのテレセントリック構成に対する拡大システムを有しない構成における、拡散部から第１モジュールを介して第２モジュールの後ろまでの、３つの部分光線の簡略化した行程を示す図である。
【図１２】第１及び第２モジュール間に拡散部を有し、拡散部から第１モジュールを介して第２モジュールの後ろまでの、３つの部分光線の簡略化した行程を示す図である。
【図１３】部分光線が相互に最小の空間を有する、第２モジュールの後ろの領域における偏光部の好ましい位置の図である。
【図１４】主光線に対する部分光線の光線間角度、部分光線の光線上および光軸に対する主光線の角度上の第２モジュールの影響、を、例によって定義した図である。
【図１５】相互間の部分光線の光線角度上、および、主光線間の角度上における第２モジュールの影響を示す図である。
【図１６】本発明に係る機械加工装置で、周期的パターンの生産に対する、例による、走査行程を示す図である。
【図１７】連続的な強度分布をイメージした概略的な代表図である。
【図１８】不連続的な強度分布をイメージした概略的な代表図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、例によって、表面２３のレーザ加工のための、本発明に係る機械加工装置の、一実施形態を示している。機械加工装置はここで、レーザシステム１であり、平行レーザ光線２を放射する。レーザは、それにより、応用分野に従って、例えば、非パルス状（ＣＷレーザ）、短パルス状、例えばナノ秒レーザ又は好ましくは超短パルスレーザ、例えば、ピコ秒レーザ及び／又はフェムト秒レーザ、それは高コヒーレンスの光を放射する、であり得る。レーザ波長は、例えば赤外線範囲で例えば１０６４ｎｍ又は１０３０ｎｍであり、可視線範囲で例えば５３２ｎｍ又は５１５ｎｍであり、紫外線範囲で例えば３５５ｎｍ又は３４８ｎｍであり得る。次に、放射された光線２の径には、ｄ０が付されている。
【０００７】
図１の機械加工装置は、例により、回転部２８を有している。その回転部２８は、放射方向で、レーザシステムの後ろに配置されている。この回転部２８により、レーザ光線は、オフセット方向で光軸に対して平行に０より大きな空間を空けて配置され、そのオフセット方向は、光軸周りに一時的に回転できる。
【０００８】
レーザシステム１および回転部２８間のその領域では、レーザ光線が放射方向で光軸上に、回転部または機械加工装置内に放射され、その領域を、ここで、レーザ光線入口と称する。
【０００９】
回転部２８は、非動作状態で、光軸に対してオフセットした平行光線を生成する。オフセット光線（その後の主光線）と光軸との間の空間は、それにより、ｒと符号が付されている。光軸をＸ軸とした座標系で、光軸は座標（ｚ＝０、ｙ＝０）を有している。平行レーザ光線は、回転部に当たっており、ｄ１の径を有している。回転部２８の回転によって、オフセット光線は、一時的に光軸周りに、例えば、半径ｒの軌道上で、移動される。その軌道の中心は、光軸上に存在する。光線２９は、回転部２９を平行な状態で去り、この例では、図１の図Ａに示すように、光軸に対して平行軌道で移動される。図１の図Ａは、光軸に垂直な部分を示している。回転部は、中空軸モータによって駆動される厚さｔの回転面平行プレートであるのが好ましい。回転軸に対して通常、表面は、それによって、角度αで傾斜し、その角度は０°及び９０°に等しくないのが好ましい。
【００１０】
この例では、プレート厚さｔ及び角度αが、式に従って、回転部２８から生じる光線２９の光線オフセットｒを確立する。
【数２】
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ｎ２は、プレートの光学の屈折率であり、ｎ１は、周囲媒体の屈折率である。ミラーによって、面平行プレートが、例えば５０−１００Ｈｚ又はそれ以上の範囲で高回転速度で回転する。
【００１１】
あるいは、光線オフセットが、例えば、少なくとも２つの同期した回転くさびプレート（アナモフィックプリズム）の組合せによって、生成され、そのくさびプレートはその位置で相互に相対的に調整され得る。さらに、回転光線のオフセットを起こすために、例えば、回転Schmidt-Pechanプリズム、回転Ｋ−ミラー、あるいは、回転ドーププリズムの使用が可能である。多様に半径ｒを生成することもでき、その半径により、レーザ光線２９は、光軸に対してオフセットする。これは、より複雑な構成についても可能である。
【００１２】
図１の機械加工装置は、さらに、拡散部３を有している。その拡散部は回転部の後ろに放射方向で配置されている。その拡散部で、レーザ光線は、複数の部分光線４に扇状に広がり、光軸方向に放射状に、連続的又は自由な強度分布を有している。
【００１３】
拡散部によって、主光線は、有限または無限数の新しい主光線に分割され、その新主光線は光軸に対する方向でそれぞれ異なる。各新主光線には、ある量の光線が存在し、その光線は、新主光線に対して、拡散部で起きるレーザ光線と同一の角度分布を有している。新主光線は、このある量の光線と共に、部分光線を形成している。拡散部は、したがって、角度の開きで起きるレーザ光線の強度分布に変化を生じさせる。
【００１４】
例１：連続強度分布
連続強度分布は、それ自体で、一貫した強度分布であるのが好ましく、拡散部によって形成される。第１モジュールによって、各部分光線は、近軸の幾何光学で、光軸に垂直な方向で、１つの共通の焦点面に集束され得る。連続する場合においては、焦点面には無限の数の点が存在するのが好ましい。この例として、文字“Ｆ”の生成が述べられている。“Ｆ”の一貫した強度分布は拡散部によって形成される。第１モジュールで集束することで、文字“Ｆ”の形式で強度分布は、第１モジュールの焦点面に生成される。強度分布の各点は、個別の部分光線によって形成されている。
【００１５】
例２：不連続強度分布
不連続強度分布の一例は、分光器（４倍の４部分光線の回折格子に分割）であり、レーザ光線を有限数の部分光線に分割する。第１モジュールの焦点面で、近軸光学の概念で集束を行った結果、局所的に分かれた焦点が生成される。回折を制限した光学の概念では、焦点領域は、焦点面に生成される。
【００１６】
例３：不連続及び連続間の組合せ
連続強度分布および不連続強度分布の組合せは、拡散部によって影響され得る。この一例として、４倍の４領域の回折格子の形成が、述べられており、それぞれ、“Ｆ”を形成している。
【００１７】
拡散部３は、例えば、分光器３である。オフセットしたレーザ光線は、回転部２８の後、１又はそれ以上の拡散部上に当たり、そのレーザ光線は、拡散部を通りあるいはその拡散部で反射される。任意に、拡散部又は複数の拡散部３は、回転可能に、好ましくは３次元で設けられていてもよい。拡散部は、例えば、微細構造のパターンを有する、回折の光学要素であってもよい。
【００１８】
拡散部３は、レーザ光線２９を部分光線からなる全光線４に分割する。部分光線の分布は、拡散部３の構成によって決定される。あるいは、拡散部は、任意に強度分布を生成することもできる。
【００１９】
最も簡単な場合で、分光器は、回折格子式に従って、光線を分割することができる。
【数３】
0006430523.tif 000004
【００２０】
ｎは回折格子の全体の次数、λはレーザ光線の波長、ｇは回折格子定数、θｎは光軸に対する部分光線の角度、を示している。
分光器の構成に従って、強度分布又は複雑な強度分布の２次元回折格子が生成され得る。
【００２１】
好ましくは、分光器は、回折の光学要素（ＤＯＥ）であり、２つの回折格子式にしたがって、２次元光線分布を生成する。
【数４】
0006430523.tif 000005
0006430523.tif 000006
【００２２】
ｎ及びｍは、整数である。
【数５】
0006430523.tif 000007
【００２３】
レーザ出力は、ほとんど均一に部分光線に分配されるのが好ましく、下記式が適用される。
【数６】
0006430523.tif 000008
【００２４】
ｎは部分光線の出力、ηは分光器の効率、Ｐ０は入って来るレーザ光線２９の出力、Ｎ及びＭは分光器の最も高い次数、δＰｎは分光器の製造時の不均一に基づいた部分光線の出力における個別変数である。最高出力を有する部分光線の出力Ｐmaxと最小出力を有する部分光線の出力Pminとの差は、分光器の質に対し、決定的である。
【数７】
0006430523.tif 000009
【００２５】
いわゆる均一性は次のように定義される。
【数８】
0006430523.tif 000010
【００２６】
均一性は、部分光線のレーザ出力の最大相対偏差を示している。
所望の部分光線に加えて、望まない高い次数の回折が分光器３で起こり得る。これらは、同様に、全光線４の一部であり得る。
【００２７】
平行部分光線からなる全光線４または分光器によって設定された強度分布は、同様に、部分図Ｂに示すように、レーザ光線２９の回転によって、回転移動する。この図Ｂは、光軸に垂直な面を示している。この回転移動は、この例では、さらに光線の行程に伝達され得る。
【００２８】
図１に示す機械加工装置は、拡散部３の後ろで放射方向に、第１モジュール５を有しており、この第１モジュールをリレーモジュール５と称す。この第１モジュールで、複数の部分光線４は、放射方向に平行に広がる全光線の中で、相互に平行になり得る。これにより設計された、全光線としての、モジュール５を去る部分光線の全体性が存在する。
【００２９】
リレーモジュール５は、さらに、部分光線の集束に影響を与え、各部分光線は、１つの面１０に集束する。その面は、全部分光線に対して同一であり、光軸に対して垂直であるのが好ましい。
【００３０】
図１に示す機械加工装置は、放射方向に、第１モジュール５の後ろに、光線偏向器６を有しており、この光線偏向器は、ここで簡易なミラーであり得る。光線偏向器６は、その表面が通常のものであり、光軸に対して４５°の角度で配置されており、したがって、部分光線を９０°の角度で反射する。そのような光線偏向器６によって、光軸および放射方向は、対応する角度に偏向され、その光軸は、図示した例において、光線偏向器６の後で、光線偏向器６の前の光軸に対して、９０°をなす、ということを常時仮定すべきである。
【００３１】
図１に示す機械加工装置は、放射方向に、光線偏向器６の後ろに、選択部を有している。その選択部は、一方にミラー２４、他方にマスク８を有している。選択部によって、全光線の部分光線のうちの一部が除去され得る。図示した例では、ミラー２４は傾けられ、部分光線の一部は、放射方向に沿って吸収部２４＊に入射する。ミラー２４はここで移動可能な構成を有しており、結果として、一部の部分光線の光線路内に導入され得る。
【００３２】
全光線の残りの部分光線７＊はマスク８に当たり、マスク８は、さらに残りの全光線７＊から部分光線を除去する。例えば、仮に拡散部３が回折格子に基づいている場合、そのマスク８で、０及びそれより高い次数の回折が、全光線７＊から除去され得る。
【００３３】
例えば、マスク８は、金属シートの、被覆した透明基板であり、そこでは、不透明被覆が適した開口部又はミラーを有しており、そのミラーは定義された回折の穿孔を有し、所望の主の次数のものは影響されることなく伝搬する。
【００３４】
選択部は、図示する例で、光軸に沿った領域に配置されており、その領域では、全光線の部分光線が重複しない。これは、特に、部分光線をそれぞれ、面１０に集束する第１モジュール５によって達成され得る。結果として、部分光線は、面１０の前及び後の領域で重複しない。したがって、この領域において、選択部には、ミラー２４及びマスク８が配置されている。
【００３５】
図１の部分図Ｃには、個別の部分光線の回転が面１０に移動されることが示されている。
放射方向で、マスク８及び面１０の後ろで、さらに、光線偏向器１１が配置されている。この光線偏向器１１は、光軸に対して４５°の角度を向いており、その表面は通常のものであり、従がって、部分光線、光軸、及び放射方向を９０°偏向する。
【００３６】
放射方向で、光線偏向器１１の後ろで、図１に示す機械加工装置は光学拡大システム１２を有している。この光学拡大システム１２によって、全光線の部分光線間の間隔を変更することができる。拡大システム１２は、したがって、固定、自由あるいは連続した調整によって、マスク８を通過する部分光線の全光線９の拡縮を変える。それゆえ、拡大システム１２は、強度分布の任意の拡縮の場合において、スポット間隔を変化させることができる。拡大システムは、例えば、交換可能な、固定焦点距離レンズ、自由あるいは連続した位置または動作要素を有する移動レンズ、例えば、液体レンズ、好ましくは動力化されている、ようなもの、を有している。
【００３７】
多様な拡縮の結果が図１の部分図Ｂに示されている。二重矢印は、ここで、回転光線間の間隔を変化させることができることを示している。
符号は、拡大システムは、拡散部３及び集束部２０間の位置に選択的に配置され、この領域内における装置及びレンズ群の１つの必須要素であり得る、という事実を表している。
【００３８】
図１に示す機械加工装置は、放射方向に、拡大システム１２の後ろに、さらにモジュール１４を有している。このモジュール１４は、第２リレーモジュール１４として設計されている。この第２モジュールによって、拡大システム１２から平行方向に生じた部分光線９は集束され、１つの光線面２５において相互に対し最小の間隔を有する。部分光線がそれぞれ第１モジュール５によって面１０上に集束された場合、その部分光線は、第２リレーモジュール１４上に、それぞれ、発散して当たる。仮に、モジュール１４が部分光線をそれぞれ平行にする場合、これは有益である。
【００３９】
第２モジュール１４は、光軸に関して、第１モジュール５に対し正確に反対に向けて配置され、両者は、一緒に、分光器３を光線面２５に映す。
光線面２５において、全光線１５の部分光線の光軸は第２モジュール１４から現れ、交差することができる。
【００４０】
図１の機械加工装置は、さらに、偏向部を有する。その偏向部は、放射方向で第２モジュールの後ろに配置され、ここで、光線偏向器１６及び１８を有する。偏向部は、光線が偏向される有効点が光線面２５内にあるように配置されるのが好ましい。光線偏向器１６及び１８によって、レーザ光線の調整可能な偏向が、高動力学的に、加工物２３の加工面において、可能となる。光線偏向器は、ここで、相互に垂直に配置され、２つの空間方向に光線偏向を可能にしている。光線偏向器は、ここで、ガルバノメータスキャナーであるのが好ましい。選択的に、他の力学的な光線偏向器、ポリゴンスキャナー、共鳴スキャナー、圧電スキャナー、ＭＥＭミラー、音響あるいは電光偏向器など、が用いられ得る。
【００４１】
図１に示す機械加工装置は、放射方向に、光線偏向部の後ろに、集光部２０を有している。この集光部によって、全光線の部分光線１９の残りが相互に平行になることができる。第２モジュール１４がそれぞれ部分光線を平行にした場合、集束部２０は、さらに、部分光線をそれぞれ面２３に集束し、その面は、集束部が集束レンズシステム２０であるかように、加工される。集束レンズシステムは、例えば、テレセントリック特性を有した、Ｆθの修正レンズである。光線偏向器１６及び１８によって、その結果の焦点は、加工物２３上のいかなる２次元の路上にも偏向され得る。回転部２８によって生じた回転光線のオフセットは、光線面２５内で、半径ｒ′の軌道上で部分光線の移動を引き起こす。その光線オフセットは、集束レンズシステムの光軸に対して光線の調整を行い、それにより、レーザ光線は、図１の部分図Ｆに示すように、光軸に対して角度βで加工物に当たる。
【００４２】
集束及び調整された全光線２１は、加工物２３上で、強度分布を形成し、その強度分布は、分光器及び残りの加工光学によって決定される。２次元回折格子の場合、例によって、回折格子は、等距離の回折格子点の間隔を有し、回折格子点の形式で、焦点からなり、その回折格子は、各空間方向で、加工面２３内に、生成され得る。拡大部１２による全光線１３の拡縮によって、高精度に、加工面２３内の回折格子点の間隔を変化させることができる。
【００４３】
任意に、処理気体ノズルが集束部２０と加工物２３との間に導入され、処理気体ノズルは気体噴射を加工点に向け、液体または気体の材料の特定な排出を可能にする。処理気体ノズルは、それにより、１つの部分光線の動作領域をそれぞれカバーする複数の部分ノズルを有するように、設計され得る。
概要では、図１の例は、したがって、次のように生成され得る。
【００４４】
平行のレーザ光線２は、レーザシステム１から現れ、続いて回転部２８に当たり、回転部は光線オフセットｒを引き起こし、レーザ光線は光学システム軸周りの軌道を描く（図１のイメージＡ）。続いて、平行の光線は回折して光学要素（ＤＯＥ）を通過する。分光器は、レーザ光線２９を、それぞれ、平行の部分光線の光線束（例えば、ｎ×ｎ（例えば、ｎ＝１４））に分割する。光軸に対する、回折した光学要素の回転は、それにより、調整され、矩形の各端は、ＤＯＥの光線分布を有し、それぞれ、光線偏向部１６及び１８の走査軸の１つに平行に向けられる。光線束４は、リレーモジュール５に当たり、リレーモジュール５は、面１０上にその光線を集束する。光線偏向器６による光線の偏向後、集束した全光線７は、部分光線が空間的に分けられた、領域を通過する。光線選択モジュールは、それにより、２つの移動可能軸及び矩形ミラーを有するのが好ましく、そのミラーは、全光線７の部分領域を光線吸収器２４＊内に、軸の移動によって偏向する。光線７＊はマスク８上に、光線選択モジュール２４の後ろで、当たる。マスク８は、さらに部分光線を全光線７＊から選択し、したがって、例えば、その処理で望まれない高い次数を除去する。マスク８の後ろでは、除去された全光線９が現れ、その部分光線はリレーモジュール５内への集束によって、光線面１０内に集束される。光線偏向器１１による偏向後、光線９は、拡大システム１２に結合される。拡大システム１２は、空間的に個別の部分光線の間隔を加工物２３上で操作する目的で、全光線９を拡縮する。拡大レンズシステム１２による拡縮後、全光線１３は、第２リレーモジュール１４内に入り、分光器３の拡縮したイメージは、要素１６及び１８を有する動的な光線偏向器の回転２５の有効軸において、影響される。全光線１９は、光線偏向器１６及び１８によって偏向され、集束レンズシステム２０によって、加工物２３上に集束される。集束した全光線２１は、加工物２３上で、強度分布を形成し、その強度分布は、分光器及び残りの機械加工レンズシステムによって、決定される。加工物２３（ｘ、ｙ面）上の完全な部分光線の回転は、それにより、分光器３の回転によって、光線広がり方向の軸（光学軸）周りに操作される。集束部の光学軸に対するレーザ光線の調整は、回転部２８の光線オフセットｒによって影響される。動的光線偏向器１６及び１８は移動され、回転の固定周期を有する軌道が加工物２３上で実現される（図１のイメージＥ）。この軌道は、それにより、各部分光線によって通過される。回転部２８は、それにより、光線偏向器１６及び１８と同期して移動されるのが好ましく、回転部２８の回転とその軌道の周期は一致している。これは、その軌道の各接線で一定の調整角度を形成するレーザ光線を生じさせる。
【００４５】
図２は、表面２３のレーザ加工のための、本発明に係る機械加工装置の、例による、さらなる一実施形態を示す。
図示された構成要素は、図１に示され、記載されたものに対応している。図２において、拡大システム１２は、例によって、４つの回転対称レンズによって生成され、そのレンズは光軸に沿って相互に配置され得る。
【００４６】
平行レーザ光線２は、レーザシステム１から現れ、続いて回転部２８上に当たる。回転部２８は、光線オフセットｒを引き起こして、そのレーザ光線は光学システム軸周りに軌道を描く。続いて、平行レーザ光線は、分光器３を通過する。分光器は、レーザ光線２９をそれぞれ平行の部分光線の光線束４に分割する。その光線束４は、リレーモジュール５に当たり、そのリレーモジュール５はその光線を面１０上に集束する。光線偏向器６による光線の偏向後、集束した全光線７は、部分光線が空間的に分けられる、領域を通過する。光線は、動的に位置決可能な光線選択モジュール２４によって選択され、それにより、光線吸収器２４＊上で、除去され、偏向される。光線７＊は、マスク８上に光線選択モジュール２４の後ろで、当たる。マスク８は、さらに部分光線を全光線７＊から選択し、したがって、例えば、その処理で望まれないより高い次数を除去する。マスク８の後ろで、除去された全光線９が現れ、その部分光線は、リレーモジュール５内に集束することで、光線面１０内に集束する。光線偏向器１１による偏向後、光線９は、４つのレンズの拡大システム１２に結合される。拡大システム１２は、個別の光線の空間的な角度分布に影響を与え、したがって、全光線９を拡縮し、全光線１３を、加工物２３上で個別の部分光線の間隔を空間的に操作する目的で、形成する。拡大システム１２で定義されたレンズは、それにより、動的に、モデルに基づいた所定位置上で移動され、必要な拡大を得ることができる。拡大レンズシステム１２による拡縮後、拡縮した全光線１３は、第２リレーモジュール１２内に入り、分光器３の拡縮したイメージは、要素１６及び１８を有する動的光線偏向器の回転２５の有効軸において影響される。全光線１９は、光線偏向器１６及び１８によって偏向され、集束レンズシステム２０によって加工物２３上に集束される。集束した全光線２１は、加工物２３上で、強度分布を形成し、その強度分布は、分光器及び残りの機械加工レンズシステムによって決定される。
【００４７】
図３は、本発明に係る機械加工装置の、例による、さらなる実施形態を示す。再度、示された要素は、図１に示されたものと対応しており、そこで与えられる説明は、ここにも転用される。しかし、拡大システムは、図３の中で、２つのアナモフィックの対のプリズム２６及び２７によって、例えば、対のくさびプレート２６及び２７で、生成される。
【００４８】
平行レーザ光線２は、レーザシステム１から現れ、続いて、回転部２８上に当たる。回転部２８は、光線オフセットｒを引き起こし、レーザ光線は軌道を描く。続いて、平行レーザ光線は、分光器３を通過する。分光器は、レーザ光線２９をそれぞれ平行の部分光線からなる光線束４に分割する。光線束４は、アナモフィックの対のプリズム２６上に当たり、そのプリズムは、拡大システムとして機能する。相互に関連するプリズム２６の相対回転を介して、角度分布は、１つの軸で操作され、したがって、光線分離における変化は、関連する軸で加工物２３上で達成され得る。操作された光線束はリレーモジュール５に当たり、リレーモジュール５は、その光線を面１０上に集束する。光線偏向器６による光線の偏向後、集束した全光線７は、部分光線が空間的に分けられた領域を通過する。光線は、動的に位置決め可能な光線選択モジュール２４によって選択され、それにより、除去され、光線吸収器２４＊上に偏向される。光線７＊は、マスク８上に、光線選択モジュール２４の後ろで、当たる。マスク８は、さらに部分光線を全光線７＊から選択し、したがって、例えば、その処理で望まれない高い次数のものを除去する。マスク８の後ろで、除去された全光線９が現れ、その部分光線は、リレーモジュール５内に集束することで、光線面１０内に集束される。光線偏向器１１による偏向後、光線９は、第２のアナモフィックの対のプリズム２７に結合されている。第２のアナモフィックの対のプリズム２７は、第１の対のアナモフィックの対のプリズム２６に対して垂直に配置され、したがって、加工物２３上で光線間隔の第２空間軸を操作する。
【００４９】
プリズム拡大システム２７による拡縮後、全光線１３は、第２リレーモジュール１４に入り、分光器３の拡縮したイメージは、要素１６及び１８を有する動的な光線偏向器の回転２５の有効軸において、影響される。光線偏向器１６及び１８により偏向された全光線１９は、集束レンズシステム２０によって、加工物２３上に集束される。集束した全光線２１は、加工物２３上で、分光器及び残りの機械加工レンズシステムによって決定される強度分布を形成する。加工物２３上の加工面における部分光線の回転は、それにより、分光器３の回転を介して、光線広がり方向に対して垂直に操作される。
【００５０】
図４は、本発明に係る機械加工装置のさらなる一実施形態を示す。図示された要素は、本質的に、図１に示されたものに対応している。図１に関連する記載は、したがって、図４に転用され得る。図４において、回転部２８は、傾斜した面平行プレートとして設計されており、拡大装置１２は、４つのレンズによって設計されており、これらレンズは、光軸に沿って相互に移動可能である。調整された面平行プレート上の屈折によって、光線オフセットは、屈折法則に従って生じる。光線２９は、面平行プレートを去り、光軸に対して平行になる。面平行プレートの回転は、光軸周りに回転し、円周移動を行うオフセット光線を生じさせる。光軸に対する面平行プレートの調整角度は、０であってもよい。この場合、そのオフセットは、しかし、０であろう。
【００５１】
図５は、本発明に係る機械加工装置の、例により、さらなる一実施形態を示す。図示された要素は、それにより、図１に示されたものに対応している。図１に関連する記載は、したがって、図５に転用され得る。図５において、拡散部３は、光軸に対して、傾斜され得る。拡散部３は、屈折の光学要素であるのが好ましい。拡散部３を傾斜させることで、加工物の面２３における部分光線の配置の周期が影響され得る。これは、例えば、数マイクロメートルの解像範囲における、さらに、数ナノメートルの範囲における限りのスポット周期の精密調整のために利用され得る。
【００５２】
図６は、本発明に係る機械加工装置の、例により、さらなる一実施形態を示す。その構成は、図１のものに対応している。図１に関連する記載は、図６に転用され得る。図１に加えて、図６に示す構成は、しかし、偏光部３０を有しており、この偏光部３０は、レーザ光線の偏光状態を空間的かつ動的に変化させる。図示した例では、偏光部３０は、レーザシステム１と回転部２８との間に配置されている。直線で偏光された平行のレーザ光線２は、レーザシステム１から放射され、続いて偏光部３０に当たる。偏光部３０は、レーザ光線の偏光状態を空間的かつ動的に変化させる。偏光部３０は、それにより、多様な実施形態を有することができる。好ましい場合では、偏光部３０は、回転可能に設けられた半波プレートを有し、そのプレートは、光軸周りに偏光方向の回転を行う。半波プレートは、高周波で光軸周りに回転され、直線偏光レーザの偏光の迅速な回転を可能にする。半波プレートの回転周波数は、それにより、回転部２８の回転周波数の正確に半分であるのが好ましい。レーザ光線３１は偏光され偏光部３０を去り、続いて、回転部２８に当たり、回転部２８は、光線オフセットｒを引き起こし、レーザ光線は軌道を描く。続いて、平行なレーザ光線は、分光器３を通過する。分光器３は、レーザ光線２９を、それぞれ平行な光線からなる光線束４に分割する。光線束４は、リレーモジュール５に当たり、リレーモジュール５は、その光線を面１０上に集束する。光線偏向器６による光線の偏向後、集束した全光線７は、部分光線が空間的に分けられた領域を通過する。動的に位置決め可能な光線選択モジュール２４により選択された光線は、それにより、除去され、光線吸収部２４＊上に偏向される。その光線７＊は、マスク８上に、光線選択モジュール２４の後ろで当たる。マスク８は、さらに、部分光線を全光線７＊から選択し、したがって、例えば、その処理で望まれない高い次数を除去する。マスク８の後ろで、除去された全光線９が現れ、その部分光線は、リレーモジュール５内に集束することで、光線面１０内に集束する。光線偏向器１１による偏向後、光線９は、拡大システム１２に結合される。拡大システム１２は、個別の部分光線の間隔を加工物２３上で空間的に操作する目的で、全光線９を拡縮する。拡大レンズシステム１２による拡縮後、全光線１３は、第２リレーモジュール１４内に入り、分光器３の拡縮したイメージは、要素１６及び１８を有する動的な光線偏向器の回転２５の有効軸において、影響される。動的な光線偏向器１６及び１８により偏向された全光線１９は、集束レンズシステム２０によって、加工物２３上に集束される。集束された全光線２１は、加工物２３上で、強度分布を形成し、その強度分布は、分光器及び残りの機械加工レンズシステムによって決定される。加工物２３上の部分光線の回転は、それにより、分光器３の回転を介して、光線広がり方向に対して、垂直に操作される。好ましくは、偏光部３０、回転部２８、動的な光線偏向器１６及び１８の同期的動作によって、その動作方向のおよびレーザ光線を調整するための偏光ベクトルの定義した方向は、達成される。
【００５３】
また、偏光部は、円偏光の生成、リターダープレートの組合せ、他の種類の偏光の生成のため、１／４波プレートとして設計されてもよい。好ましくは、この目的のために、区分された１／４波あるいは半波プレートを用いることで、偏光ベクトルがレーザ光線の強度分布の中心に対して半径方向に向いている場合の半径方向偏光、あるいは、偏光ベクトルがその強度分布の中心に対して接線方向に向いている場合の接線方向偏光、の生成が存在する。
【００５４】
図７は、例によって、回転部２８の生成を示している。回転部２８により、入射のレーザ光線２は、数ｒによって平行に配置され、示された実施形態によって間隔ｒは多様に調整され得る。この構成は、第１ミラー２８ａを有し、第１ミラー２８ａは、入射のレーザ光線２を面平行プレート２８ｂに反射する。レーザ光線は、面平行プレート２８ｂを通過し、それにより、その入射方向に対して平行にオフセットされる。その生じたレーザ光線は、第２ミラー２８ｃに当たる。第２ミラー２８ｃは、出射するレーザ光線２９が入射するレーザ光線２に平行に延び、しかし、数ｒでオフセットするように、向けられている。面平行プレート２８ｂは、回転構成を有している。好ましくは、面平行プレート２８ｂは、それにより、面平行プレート上のレーザ光線の入射点を通り延びる軸周りに回転する。２つのミラー２８ａ及び２８ｃを動作させ、傾斜の角度を適合させることで、面平行プレートに対するレーザ光線の入射角度αを調整することができる。面平行プレートにより、図１に示すように定義された光線オフセットが、それにより、設定され、したがって、軌道半径ｒはその入射角度を変化させることで、変更され得る。２つのミラーは、それにより、常時、対応して対称に配置され、面平行プレート上のレーザ光線の入射点は、回転部の回転軸に対応し、第２ミラー２８ｃ上の反射後の回転光線の回転軸は全角度調整に対して同一となる。
【００５５】
図８は、例によって、円柱レンズ１２ａの第１グループと円柱レンズ１２ｂの第２グループを有する拡大部の構成を示す図である。円柱レンズ１２ａおよび円柱レンズ１２ｂは、第１モジュール５と第２モジュール１４との間に配置されている。その円柱レンズの円柱軸は、第１グループのレンズ１２ａに対し第２グループのレンズ１２ｂにおいて光軸周りに９０°回転している。第１グループの円柱レンズ１２ａによって、第１方向における部分光線間の間隔は、光軸に対して垂直に拡縮され、第２グループの円柱レンズ１２ｂによって、部分光線間の間隔は、第１方向に対して垂直方向に拡縮される。
【００５６】
図９は、不連続の光線分布におけるアナモフィックプリズムの動作の光学原理を示している。相互にプリズム９１及び９２を傾斜させることで、相互に部分光線９３、９３′の間隔の拡縮が影響され得る。円柱レンズ９１及び９２を相互に傾斜させることが、それにより、光軸に垂直となっている傾斜の軸周りに影響される。部分光線９３、９３′は、プリズム９１及び９２の傾斜軸に垂直で、かつ光軸に平行な面内にある角度で、プリズム９１及び９２を傾斜させることで、偏向される。仮に、プリズム９１及び９２が相互に特定の角度で傾斜された場合、部分光線９３は、角度θ１で偏向され、部分光線９３′として延びる。第１モジュール５を通過すると、間隔ｄ１による部分光線９３の位置は、結果として、第１モジュール５の焦点面１０内に生成される。図９は、プリズム９１及び９２の３つの異なる位置に対する部分光線９３の配置を、例により、示しており、プリズム９１及び９２は、異なる角度θ２及びθ３、すなわち、焦点面１０において、間隔ｄ２及びｄ３で異なる配置、を生じさせる。
【００５７】
図９の下方部分では、その焦点面は、焦点面１０内にある。プリズム９１及び９２を傾斜させることで、１次元で焦点間の異なる間隔が生成されるということを検知できる。
【００５８】
図１０は、拡大システム１２を通過する３つの異なる部分光線の光線の行程を示しており、拡大システム１２は個別のレンズ位置の多様な構成の、４つの回転対称のレンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６及びＬ６によって、構成されている。４つのレンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６及びＬ６の出射における部分光線７ａ、７ｂ、７ｃの間隔は、相互の各レンズの間隔に依存している、ということが検知できる。図１０の上方の部分図において、部分光線７ａ、７ｂ、７ｃは、出射において相互に最小間隔を有している。最下の部分図において、それら部分光線７ａ、７ｂ、７ｃは、相互に最大間隔を有している。
【００５９】
図１０において、部分光線７ａ、７ｂ、７ｃ多数の光線の光線束として、示されている。これら光線の１つは、主光線として考えられる。拡大システムは、相互に主光線の間隔を拡縮する。
【００６０】
図１１は、簡易な方法で、拡散部３から、第１モジュール５を介して、第２モジュール１４の後ろまでの、拡大システムがない構成における、３つの異なる部分光線の光線行程を示している。
【００６１】
拡散部３は、不図示のレーザ光線を、図示した例の中で、３つの部分光線７ａ、７ｂ、７ｃにファンアウトしている。各部分光線は多数の光線、図１１では、それぞれ、主光線７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃを有しており、また、２つの光線は、例によってさらに示される。
【００６２】
図１１では、部分光線７ａ、７ｂ、７ｃは、拡散部３を平行で去り、部分光線の全光線が、それぞれ、対応する主光線７１ａ、７１ｂ、又は７１ｃに平行に延びる。部分光線７ａでは、各光線は、したがって、主光線７１ａに平行に延び、一方、部分光線７ｂでは、各光線は、主光線７１ｂに平行に延びる。
【００６３】
第１モジュール５は、図示した例で、主光線７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃの角度を、相互により小さくする。図１１において、これは、主光線７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃを平行にする。同時に、第１モジュール５は、部分光線７ａ、７ｂ、７ｃをそれぞれ集束する。焦点面１０を通過した後、部分光線は、それぞれ、再度、分かれて移動し、第２モジュール１４上に発散して当たる。図示した例では、これは、部分光線をそれぞれ平行にし、各部分光線は平行に延びる。同時に、第２モジュール１４は、部分光線を偏向し、部分光線の主光線７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃは相互の方に延び、図１１に示す構成の右端で交差する。
本発明の構成の他の要素は、明確性のためにここで省略されている。
【００６４】
図１２は、図１１に示す構成に対応する構成を示す。しかし、その構成は、さらに、拡大システム１２を有している。拡大システム１２は、相互に主光線７１ａ、７１ｂ、及び７１ｃの間隔を変化させ、図示した例では、それら間隔をより小さくする。本発明に係る装置の他の要素は、明確性のために図１２で省略されている。
【００６５】
図１３は、好ましい構成における偏向部１６及び１８の好ましい位置の図を示しており、その構成はガルバノメータスキャナーを有し、そのガルバノメータスキャナーは、２つの動的に移動可能なミラー１６及び１８を、第２モジュール１４の後ろの領域に有している。好ましくは、偏向部のミラー１６及び１８は、第２モジュール１４による偏向によって、主光線が交差する点が、正確に、ミラー１６及び１８間の中間に位置するように、配置される。
【００６６】
すでに上述したように、部分光線７ａ、７ｂ、７ｃは、ミラー１６及び１８により偏向された後、集束部２０を通過する。集束部２０は、ここで、Ｆ−θレンズである。集束部２０は、部分光線をそれぞれ、加工される表面２３上に集束する。
【００６７】
図１４は、主光線７１に対する、光線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ間の角度の定義、部分光線内の光線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの角度および光軸に対する主光線７１の角度、における第２モジュール１４の影響、を示している。
【００６８】
部分光線７は、光軸ＯＡに対して主光線の角度θＨＡで、第２モジュール上に当たる。第２モジュール１４は、光軸に対する主光線の角度を角度θＨＢに変化させ、その角度ΔＨＢは、図示する例では、θＨＡよりも小さい。
【００６９】
主光線７１に対する光線７２ａの角度には、θ３ａの符号が付され、主光線７１に対する光線７２ｂの角度には、θ２ａの符号が付され、主光線７１に対する光線７２ｃの角度には、θ１ａの符号が付されている。第１モジュール１４は、光線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの角度を主光線７１に対して夫々小さくし、現れた光線の角度θ１ｂ、θ２ｂ、及びθ３ｂは、入射の主光線θ１ａ、θ２ａ、及びθ３ａに対する入射光線の角度よりも、それぞれ小さい。
【００７０】
図１５は、図１４に示された、光線上の第２モジュール、さらに、異なる部分光線の主光線間の角度、の影響を示している。対応する主光線に対する光線角度上の影響に関して、図１４には符号が付されている。
上方の部分光線７ａの主光線は、７１ａとして、下方の部分光線の主光線７ｂは７１ｂとして示されている。
【００７１】
主光線７１ａ及び７１ｂは、角度θＨ１−Ｈ２−Ａで、僅かに相互に対して広がり、第２モジュール１４上に当たる。第２モジュール１４によって、主光線７１ａ及び７１ｂは、相互に偏向され、第２モジュール１４の後ろで角度θＨ１−Ｈ２−Ｂで、さらに大きく相互に広がる。
各主光線７１ａ又は７１ｂに対する個別の光線の角度は、図１４で既に示したように、第２モジュール１４によってより小さくなる。
【００７２】
図１６は、本発明に係る装置に関する周期パターンの生成に対する走査方法を示している。隣接する部分光線の中間の空間は、これにより、構成で満たされている。光線の周期は、スポット周期の整数の約数であり、例えば、機械加工する表面２３上の部分光線の周期である。
【００７３】
加工点（レーザ焦点）からなるパターンは、スポット周期の空間を有し、偏向部によって、走査輪郭に沿って移動され、したがって、構成を生成する。続いて、そのパターンは、その構成の第１周期によって、第１軸方向に配置され、再度、偏向部で、同一の走査輪郭に沿って移動される。これは、第１軸方向に沿った、スポット周期の長さを有する領域がその構成で満たされるまで実施される。したがって、周期の構成の閉じられた線が生成される。続いて、そのパターンは、その構成の第２周期で、偏向部によって、第２軸方向に配置される。第２軸方向は、第１軸方向に対して垂直である。再度、そのパターンは、偏向部によって、走査輪郭に沿って移動され、構成の次の線が、既に説明した手順で生成される。この方法は、図１６に従って、周期構成の閉じられた領域が生成されるまで、実施される。
【００７４】
図１７は、連続強度分布の代表に対する可能な光線行程を示している。その代表は、無限数の画素を有し、隣接点の間隔ΔＸは、無限に小さい。部分光線は、各画素に割り当てられる。したがって、無限数の部分光線は、集束部の前で放射方向に存在し、その主光線が微小角度Δθだけその方向に異なる。
【００７５】
図１８は、不連続強度分布の代表に対する可能な光線行程を示している。この場合、その代表は、無限数の画素を有し、ｄ＞０の空間距離を有している。イメージ空間における各点対して、部分光線は、放射方向で、集束部の前に存在する。部分光線の主光線は、０と異なる角度でその方向に異なる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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