(57)【要約】  作業面（１１）におけるレーザビームの線形強度分布（１０）を発生させるための装置であって、少なくとも１つのレーザ光源（２）と、レーザビームの複数の切片（４）を形成可能である、光学手段（３）と、ミラー手段とを含み、該ミラー手段で、レーザビームの、光学手段（３）によって形成された各切片（４）が、作業面（１１）内に、生じる線形強度分布（１０）の縦方向に相並んで配設されて、線形強度分布（１０）につなぎ合わされるように反射されることが可能となるよう構成されてなる装置。この場合、ミラー手段は、特に複数のミラーモジュール（５，５’）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業面（１１）におけるレーザビームの線形強度分布（１０）を発生させるための装置であって、
少なくとも１つのレーザ光源（２）と、
レーザビームの複数の切片（４）を形成可能である、光学手段（３）とを含み、
装置はミラー手段を有し、該ミラー手段で、レーザビームの、光学手段（３）によって形成された各切片（４）が、作業面（１１）内に、生じる線形強度分布（１０）の縦方向に相並んで配設されて、線形強度分布（１０）につなぎ合わされるように反射されることが可能となるよう構成されてなることを特徴とする装置。
【請求項２】
レーザビームの各切片（４）の縁部領域が、線の縦方向に関して線形強度分布（１０）に寄与しないように、ミラー手段は同時にレーザビームの各切片（４）のためのアパーチャとして作用することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ミラー手段は、レーザビームの切片（４）のそれぞれが１回よりも多く反射されるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
ミラー手段は、レーザビームの切片（４）のそれぞれが、３回反射されるように構成されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ミラー手段は、複数のミラーモジュール（５，５’）を有す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】
レーザビームの各切片（４）には、ミラーモジュール（５，５’）の内の１つが割り当てられることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
レーザビームの各切片（４）には、ミラーモジュール（５，５’）の内の２つが割り当てられることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
ミラーモジュール（５，５’）のそれぞれには、複数の反射面（７，７’，８，８’，９，９’）が形成されてなることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
ミラー手段は、形状の異なる、特に互いに鏡面対称である、２つの群のミラーモジュール（５，５’）を有すること特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
生じるべき線形強度分布（１０）の縦方向において、２つの群のミラーモジュール（５，５’）の内の第１の群のミラーモジュールの第１のミラーモジュール（５）は、２つの群のミラーモジュール（５，５’）の内の第２の群のミラーモジュールの第１のミラーモジュール（５’）に並んで配設されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
生じるべき線形強度分布（１０）の縦方向において、２つの群のミラーモジュール（５，５’）は、互いに交互に相並んで配設されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
生じるべき線形強度分布（１０）の縦方向に相並んで配設されたミラーモジュール（５，５’）を、生じるべき線形強度分布（１０）の横方向に相並んで置換えて配設することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
ミラーモジュール（５，５’）は、レーザビームの１つの切片（４）が、好ましくは複数の切片（４）のそれぞれが、まず少なくとも１回、２つの群のミラーモジュール（５，５’）の内の第１の群のミラーモジュールの１つのミラーモジュール（５）にて、その後、２つの群のミラーモジュール（５，５’）の内の第２の群のミラーモジュールの１つのミラーモジュール（５’）にて反射されるように構成されて装置に配設されることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
装置はさらに、フォーカシング手段（１３）を含み、該フォーカシング手段は、ミラーモジュール（５，５’）から出射されるレーザ光を作業面（１１）内へと収束すること可能であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
フォーカシング手段（１３）は、フォーカスレンズを含み、該フォーカスレンズは、特に、線の縦方向に相並んで配設された部分を有し、好ましくは、互いに結合された、または互いに結合可能な部分を有することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
ミラー手段は、レーザビームの、少なくとも１つの切片（４）の断面、好ましくはそれぞれの切片（４）の断面が、ミラー手段によって９０°回転されるように構成されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った作業面におけるレーザビームの線形強度分布を発生させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定義：レーザビーム、光ビーム、部分ビーム、またはビームについては、明確に別段の記載がない場合には、幾何光学の理想的ビームを意味するのではなく、現実の光ビーム、たとえば、無限小ではなく、拡大するビーム断面を有するレーザビームであって、ガウスプロファイル、または変調ガウスプロファイル、またはトップハットプロファイルを有するレーザビームを意味する。トップハット分布、またはトップハット強度分布、またはトップハットプロファイルとは、少なくとも方向に関して、実質的に矩形関数（ｒｅｃｔ（ｘ））によって記載される強度分布を意味する。その場合、実際の強度分布は、パーセント領域ないしはエッジにおいて、矩形関数からの逸脱部を有するが、同様に、トップハット分布またはトップハットプロファイルと呼ぶことが可能である。
【０００３】
かかるタイプの装置は、ＷＯ２００８／００６４６０Ａ１から知られる。そこに記載の装置は、それぞれがレーザ光源と光学手段とを有する相並んで配設されたレーザモジュールを含む。光学手段は、各レーザモジュールから出射される、レーザビームの各切片または部分ビームが、十分に線形のビーム横断面を有し、線の末端側縁部が強度低下を示すように形成される。したがって、切片または部分ビームのそれぞれにおいて、台形のプロファイルが生じる。レーザビームの各部分ビームまたは切片の台形のプロファイルは、エッジ領域における切片が、線形強度分布に重畳するように、光学重畳手段を利用せずに、相並んで作業面内に導かれる。
【０００４】
この場合、このエッジの形状のために、重畳領域は、平坦領域よりも高い、および／または低い強度となり得るという短所がある。レーザビームの線形強度分布は、所望しない不均一性を有し得る。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の基礎となる課題は、均一な強度分布を達成することが可能である、冒頭で述べたタイプの装置を提供することである。
【０００６】
これは、発明に従えば、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達成される。下位の請求項は、発明の好ましい実施形態に関する。
【０００７】
請求項１に従えば、装置はミラー手段を有し、該ミラー手段で、レーザビームの、光学手段によって形成された各切片を、作業面内に、生じる線形強度分布の縦方向に相並んで配設されて、線形強度分布につなぎ合わされるように反射させることが可能となるよう構成されてなる。このミラー手段によって、各切片をつなぎあわせることに適切に影響を及ぼさせることが可能である。
【０００８】
レーザビームの各切片の縁部領域が、線の縦方向に関して線形強度分布に寄与しないように、ミラー手段は同時にレーザビームの各切片のためのアパーチャとして作用するように構成することが可能である。特に、各切片が、ミラー手段において反射する前に、線の縁部領域において台形状プロファイルまたは立下りエッジを有する場合、立下りエッジの部分を切断することによって、または特に、立下りエッジをすべて切断することによって、作業面内に、ほぼ平坦なプロファイルのみを相並んで配列することが可能である。
【０００９】
ミラー手段は、レーザビームの切片のそれぞれが１回よりも多く反射されるように構成することが可能である。たとえば、ミラー手段は、レーザビームの切片のそれぞれが、３回反射されるように構成することが可能である。ミラー手段におけるレーザビームの複数回の反射によって、互いに結合されるべき切片を所望の配置にすることが可能である。
【００１０】
ミラー手段は、複数のミラーモジュールを有する構成とすることが可能である。ミラーモジュールを設けることで、さらなるミラーモジュールを付加すること、および、場合によってはさらなるレーザモジュールを付加することによって、発生させるべき線形強度分布の長さを大きくすることが可能である。
【００１１】
この場合、レーザビームの各切片には、ミラーモジュールの内の１つを割り当てることが可能である。また、レーザビームの各切片に、ミラーモジュールの内の２つを割り当てることも可能である。両方を割り当てることによって、発生させるべき線形強度分布の所望の長さに合わせて装置全体の段階付けを行うことも可能である。
【００１２】
ミラーモジュールのそれぞれには、複数の反射面が形成されてなるものであってもよい。それによって、ミラーモジュールで、場合によっては必要となる多重反射を行わせることが可能である。
【００１３】
ミラー手段は、形状の異なる、特に互いに鏡面対称である、２つの群のミラーモジュールを有することが可能である。互いに異なる群のミラーモジュールから２つの群を適用することによって、装置の多様性を高めることが可能である。
【００１４】
たとえば、生じるべき線形強度分布の縦方向において、２つの群のミラーモジュールの内の第１の群のミラーモジュールの第１のミラーモジュールは、２つの群のミラーモジュールの内の第２の群のミラーモジュールの第１のミラーモジュールに並んで配設させることが可能である。特に、この場合、生じるべき線形強度分布の縦方向において、２つの群のミラーモジュールは、互いに交互に相並んで配設される。異なるモジュールが隣り合って配設されることによって、場所を取らない装置を構成することが可能となる。
【００１５】
さらにまたその場合、生じるべき線形強度分布の縦方向に相並んで配設されたミラーモジュールを、生じるべき線形強度分布の横方向に相並んで置換えて配設することも可能である。このような方法は、装置のために必要な場所を低減させ得る。
【００１６】
ミラーモジュールは、レーザビームの１つの切片が、好ましくは複数の切片のそれぞれが、まず少なくとも１回、２つの群のミラーモジュールの内の第１の群のミラーモジュールの１つのミラーモジュールにて、その後、２つの群のミラーモジュールの内の第２の群のミラーモジュールの１つのミラーモジュールにて反射されるように構成されて装置に配設されることが可能である。かかる形態は、各ミラーモジュールの相互作用を利用するものであって、したがって、装置の効率が高くなる。
【００１７】
装置はさらに、フォーカシング手段を含み、該フォーカシング手段は、ミラーモジュールから出射されるレーザ光を作業面内へと収束することが可能である。このような方法で、生じさせるべき線の横方向において所望の線幅を達成することが可能である。
【００１８】
この場合、フォーカシング手段は、フォーカスレンズを含み、該フォーカスレンズは、特に、線の縦方向に相並んで配設された部分を有し、好ましくは、互いに結合された、または互いに結合可能な部分を有する。各部分からなるフォーカスレンズの構成によって、装置のモジュラー構成が支持され、したがって、フォーカシング手段に関しても、所望の線長に段階分けをすることが可能である。
【００１９】
ミラー手段は、レーザビームの、少なくとも１つの切片の断面、好ましくはそれぞれの切片の断面が、ミラー手段によって９０°回転されるように構成することも可能である。この方法においては、装置をコンパクトに構成することが可能であり、各切片は、密に隣接する。
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照して、以下の好適な実施形態についての説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発明に従った装置の一部であることが可能である、複数の、レーザ光源および光学手段の斜視図である。
【図２】発明に従った装置、およびそれによって発生されるレーザビームを部分的に示す斜視図であって、ミラーモジュールが図示されていない図である。
【図３】図２の拡大詳細図である。
【図４】ミラーモジュールを含めた、実質的に図３に対応する図である。
【図５】フォーカシング手段およびハウジング窓を含めた、発明に従った装置の各部分の側面図である。
【図６】図５に従った装置の一部の斜視図である。
【図７】ミラーモジュールから出射されるレーザビームを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図において、同じまたは機能的に同じ部分は、同じ参照符号を付与している。図のいくつかにおいて、方向づけの簡略化のために、デカルト座標系が描かれている。
【００２２】
発明に従った装置は、少なくとも１つのレーザ光源であって、たとえばレーザダイオードまたはレーザダイオードバーとして実施されるレーザ光源を含む。図１は、ＷＯ２００８／００６４６０Ａ１から取出された、レーザ光源２および光学手段３をそれぞれ備える複数のレーザモジュール１の例を示す。ここで、ＷＯ２００８／００６４６０Ａ１は、参照によって本明細書の一部に組み込まれる。
【００２３】
図１に示された、ＷＯ２００８／００６４６０Ａ１の実施例においては、７つのレーザ光源２と、これらに割り当てられた７つの光学手段３が示されており、これらはそれぞれ、少なくとも部分ごとに線形強度分布を有するレーザビームの１つの切片４を発生させる。より多くの、またはもっと少ないレーザ光源２と光学手段３を備えることも可能である。
【００２４】
レーザ光源２のそれぞれは、そのレーザ光源に属する光学手段３と共に、レーザモジュール１を形成し、該レーザモジュール１は、単独で交換可能である。さらにまた、レーザモジュール１の数を増やすことによって、目的とする線形強度分布の長さを長くすることが可能である。
【００２５】
光学手段３はまた、たとえば、ＷＯ２００８／００６４６０に従ったホモジナイザを有してもよく、該ホモジナイザは、作業面において、切片の各線を重畳させることによって線形強度分布が生じるように、レーザビームの各切片４の線長とエッジ形状とを調整する。合成された７つの、レーザビームの切片または部分ビームは、作業面内に均質な線形強度分布をもたらす。
【００２６】
ＷＯ２００８／００６４６０Ａ１に従えば、利用されているホモジナイザは、それぞれ、アレイ状にされた複数のシリンダレンズを有する。たとえば、シリンダレンズ間のピッチは、中央部分のシリンダレンズの場合の方が、縁部のシリンダレンズの場合よりも小さい。これは、シリンダレンズが相並んで配設されている方向におけるシリンダレンズの幅を、中央部から外方へと増加させることによって達成される。しかしながらこの場合でも、シリンダレンズの焦点距離は、シリンダレンズのいずれについても同じにすることが可能である。
【００２７】
光学手段をこのように構成することによって、中央部には平坦に延びる部分を有し、縁部では急勾配で立下がるレーザビームの各切片４の強度分布が得られる。また、延びがもっと長いまたはもっと短い台形状のプロファイルも生じる。
【００２８】
本明細書の範囲においては、レーザ光源２と光学手段３とからなる比較可能なレーザモジュール１が他の配列で設けられている装置が記載されている。特にその場合、レーザモジュール１から出射される、レーザビームの切片４の線は、切片４が相並んで配設される方向に対して略垂直に配設される。
【００２９】
図２および図６は、各切片４がおおよそＺ方向に伝播していることを示している。これらは、おおよそＹ方向に対応する横方向において線形強度分布を示しているが、Ｘ方向には、相並んで、または図２および図６においては相前後して配設されている。その場合、隣接する切片はそれぞれ、線の横方向またはＹ方向に移動されて相対して配設される。
【００３０】
図２において、上に、レーザモジュール１のさらに２つの、概略的に示された部分が見える。これらは、レーザビームの切片４がそれぞれおおよそＺ方向に対して傾いて延びるように配設される。
【００３１】
発明に従った装置の図示された実施形態において、レーザビームの切片４のそれぞれは、３回の反射にさらされる。加えて、該装置は、ミラー手段であって、ミラーモジュール５，５’において形成されるミラー手段を含む。各ミラーモジュール５，５’は、特に、１つの塊の、または単体の部分である。この場合、２つの異なる群のミラーモジュール５，５’が設けられている。
【００３２】
第１の群は、図４において右に配置されている、第１のタイプのミラーモジュール５を含む。第２の群は、図４の左に配置されている第２のタイプのミラーモジュール５’を含む。これら両タイプのミラーモジュール５，５’の操作性はそれぞれ異なっている。それらはＸＺ面に対して互いに鏡面対称である（図４参照）。
【００３３】
ミラーモジュール５，５’は、３つの反射面７，７’，８，８’，９，９’を有している。第１の反射面７，‘７’においては、実質的にＺ方向に伝播する切片４は、反射した後に、負のＸ方向に拡散するように反射される（図４参照）。第２の反射面８，‘８’では、レーザビームの切片４は、反射の後に、実質的に、負または正のＹ方向に移動するように反射される。第３の反射面９，９’では、レーザビームの切片４は、Ｚ方向、図４の下方に反射される。
【００３４】
レーザビームの各切片４は、３回の反射の後にも依然として、おおよそ、同じＺ方向に伝播するが、その横断面に関しては９０°回転されている。反射の前には、切片４の線形横断面の縦方向は、おおよそＹ方向に延びている。反射の後には、切片４の線形横断面の縦方向は、Ｘ方向に延びている（図３参照）。このようにして、３回の反射の後レーザビームの隣接する切片４の線形横断面は、作業面１１に、真っ直ぐに延びる線形強度分布１０が生じるように、互いに連結される（図４および図５参照）。
【００３５】
ミラーモジュール５，５’は、突出部１２，１２’を含み、該突出部１２，１２’は、それらの外側面上に第３の反射面９，９’を有している。これらの突出部１２，１２’は、Ｘ方向に互いに連結している。特に、突出部１２，１２‘および第３の反射面９，９’は、Ｘ方向に、それらの上に発生する、レーザビームの切片４の線形横断面よりも少し大きくされている。反射面９，９‘は、したがって、同時に、切片４の強度分布の縁部が切断されるアパーチャとして作用する。特に、各切片４が、台形状のプロファイルを有している場合、この縁部の切断によって、作業面１１において、ほぼ完全なトップハットプロファイルを有する強度分布が、互いに隣接し、それらが足し合わさって、均質な線形強度分布１０が生じることが保証される。
【００３６】
装置の図示された実施形態においては、第１の群のミラーモジュール５と第２の群のミラーモジュール５’とが交互にＸ方向に配設されている（図６参照）。図示された実施形態においてはさらに、第１のタイプのミラーモジュール５の反射面９に続いて、第２のタイプのミラーモジュール５’の反射面８’から出射する、レーザビームの切片４は、Ｚ方向下方に反射されて向きが変えられる（図４参照）。
【００３７】
図５および図６は、装置が、ミラーモジュール５，５’下方に、たとえば個々のシリンダレンズとして、または複数の、Ｘ方向に互いに隣接するシリンダレンズ区分として形成されるフォーカス手段１３を含むことを概略的に示している。フォーカス手段１３が、Ｘ方向に、複数のシリンダレンズ部分からなる場合であっても、このことは、線の縦方向（Ｘ方向）における均質性を損なわない。なぜなら、図７に概略的に示されているように、レーザビームの、第３の反射面９，９’で反射された切片４は、誇張して図示されている部分ビーム１４によって示されているように、ある種のダイバージェンスを示すからである。
【００３８】
図５および図６において、さらに、装置を囲繞可能なケーシングの窓１５が示されている。図５は、さらにまた、ある状況下においては、用途によっては図示されていないビームダンプにつながる、作業面からの、場合によっては反射された、レーザビーム１６を示している。
【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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【国際調査報告】
2015531895.tif 000010
2015531895.tif 000011
2015531895.tif 000012
2015531895.tif 000013