專利名稱：激光射線成型裝置及具有該類裝置的激光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據權利要求1或者權利要求2的前序部分的激光射線成型裝置和根據權利要求12的前序部分的激光裝置。
背景技術：
激光射線的傳播方向指的是激光射線的中間的傳播方向，尤其是當其不是平面波或至少部分發(fā)散時。激光射線、光射線、子射線(Teilstrahl)或射線，當沒有特別指出時，指的不是幾何光學中的理想射線，而是真實的光射線，例如不具有無限小的、而是具有膨脹的射線截面的高斯輪廓(Profil)或修正的高斯輪廓或平頂輪廓(Top-Hat-Profil) 射線。平頂分布或者平頂強度分布或者平頂輪廓指的是至少在某一方向上基本可以通過矩形函數(rect(X))描述的強度分布。其中與矩形函數存在百分比偏差或者具有傾斜邊緣的真實的強度分布也可以被稱作平頂分布或者平頂輪廓。前述所提及種類的激光射線成型裝置及前述中所提及種類的激光裝置可從TO 2008/006460中得知。在其中描述的裝置中設置了透鏡陣列作為均勻化單元 (Homogenisatormittel)，其透鏡具有不同寬度。特別是透鏡的寬度從邊緣至中心逐漸減小。以此實現(xiàn)具有穿過均勻化單元的激光射線的類似梯形下降邊緣的平頂角分布。更多的具有該類均勻化單元的激光模塊可以被并排設置在一起，使得它們的激光射線在一個工作面內疊加成均勻的線形強度分布。該現(xiàn)有技術的缺點是，具有類似梯形下降邊緣的平頂角分布是必需的。為了實現(xiàn)這一點，均勻化單元必須以透鏡中心距離(鏡距)從外至內逐漸減小的方式被復雜地構成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是，提供前述所提及種類的激光射線成型裝置及前述所提及種類的激光裝置，其尤其是在涉及到均勻化單元的構成上更簡單以及/或者更經濟地被建造。這根據本發(fā)明通過具有權利要求1特征的前述中所提及種類的激光射線成型裝置和/或通過具有權利要求2特征的前述中所提及種類的激光射線成型裝置以及通過具有權利要求12特征的前述中所提及種類的激光裝置實現(xiàn)。從屬權利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。根據權利要求1設置，疊加單元包含具有多個透鏡的透鏡陣列。根據權利要求2 設置，裝置還包含控制單元，其可以影響激光射線，使每條從均勻化單元中穿出的子射線或者每組從均勻化單元中穿出的子射線的強度大小相同。兩種方式都是為保證每條子射線或子射線組在工作面內的均勻疊加而服務，同時角分布的邊緣不必須近似梯形下降或者均勻化單元不必須有變化的透鏡中心距離。邊緣下降或者角度分布呈對稱對本發(fā)明是足夠的。通過本發(fā)明在理論上可以生成任意長度的線形強度分布。另外均勻度的品質只會被在生產用于均勻化單元或/和疊加單元的透鏡陣列時的加工誤差影響。不需要復雜的調校就可以達到高均勻度。
可以設置，以下條件適用于透鏡陣列的透鏡2 · F · NA (50% ) = M · P2M=l、2、3···其中F為單個透鏡的焦距，其中P2為透鏡間的中心距離，以及其中NA(50% )為單個透鏡的數值孔徑，在以下角度上限定的，即在該角度下，穿過透鏡的光線強度會下降到一半。通過滿足這個條件以及同時通過根據權利要求2 的控制單元的回饋控制可以達到非常均勻的強度分布。作為替代的，可以設置，以下條件適用于激光射線和透鏡陣列的透鏡w0/d > 1. 1其中Wtl是工作面內一個透鏡所產生的強度分布中最大強度和下降到Ι/e2的強度之間的距離。以及其中d為工作面內兩個相鄰透鏡所產生的強度分布中最大強度間的距離。該類實施方式的優(yōu)點一方面在于子射線或子射線組的類高斯角分布也可以通過層疊從而實現(xiàn)均勻激光線。另一方面條件wQ/d > 1. 1不需要如2 · F · NA(50% ) = M · P2被嚴格的遵守，這樣該類裝置的生產可以更簡單。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點可以通過以下參考了附圖的優(yōu)選實施例的描述清楚示出。其中圖1示意性地示出了根據本發(fā)明的激光射線成型裝置的第一實施方式的俯視圖， 其中示出了一組子射線在工作面內的強度分布，圖2示意性地示出了第一實施方式的俯視圖，其中示出了所有子射線組在工作面內的整體強度分布，圖3示意性地示出了根據本發(fā)明的激光射線成型裝置的第二實施方式的俯視圖， 其中示出了所有子射線組在工作面內的整體強度分布，圖4示意性地示出了根據本發(fā)明的激光射線成型裝置的第三實施方式的俯視圖， 其中示出了一組子射線在工作面內的強度分布，圖5示意性地示出了第三實施方式的俯視圖，其中示出了所有子射線組在工作面內的整體強度分布，圖6示意性地示出了根據本發(fā)明的激光射線成型裝置的第四實施方式的俯視圖， 其中示出了一組子射線在工作面內的強度分布，圖7示意性地示出了第四實施方式的俯視圖，其中示出了所有子射線組在工作面內的整體強度分布，圖8示意性地示出了根據本發(fā)明的激光裝置的細節(jié)俯視圖，該激光裝置具有根據本發(fā)明的激光射線成型裝置的第五實施方式，圖9示意性地示出了根據圖8的激光裝置的細節(jié)側視圖。
具體實施方式
圖中相同的或者功能相同的組件或者光線或者強度分布或者尺寸用相同的附圖標記標識。另外在一些圖中為了更好地概覽采用了笛卡爾坐標系。圖1和圖2中畫出的根據發(fā)明的裝置的實施方式包含均勻化單元1和疊加單元2。 其中疊加單元2在要成型的激光射線3的傳播方向Z上被放置在均勻化單元1的后方。均勻化單元1由一整塊的透鏡陣列構成并且包含多個在χ方向上并排放置的透鏡 4。其中它們可以是圓柱軸線向Y方向延展的圓柱透鏡或者球形透鏡。疊加單元2也是由一整塊的透鏡陣列構成并且也包含多個在χ方向上并排放置的透鏡5。這里它們也可以是圓柱軸線向Y方向延展的圓柱透鏡或者球形透鏡。每一個透鏡 5可以具有相同的焦距F。畫出的實施方式中疊加單元2具有5個透鏡。設置更多的、尤其是顯著的更多數量的透鏡5也是可行的，相應的均勻化單元1的透鏡4的數量也要更大。畫出的實施例中疊加單元2的透鏡5的寬度為均勻化單元1的透鏡4的寬度的3 倍，這樣每個疊加單元2的透鏡5配有3個均勻化單元1的透鏡4。相應的透鏡4的中心距離(鏡距)P1與透鏡5的中心距離(鏡距)P2符合3 · P1 = P2的關系(見圖1)。設置更小的或者更大的均勻化單元1的透鏡4也是可行的。尤其為每個疊加單元 2的透鏡5分配更多數量的均勻化單元1的透鏡4也是可能的。畫出的實施方式中要成型的激光射線3在到達均勻化單元1時具有線形的強度分布，其中該線形強度分布在X方向的線長大約等于均勻化單元1在X方向的長度。激光射線3被均勻化單元1的透鏡4分成多個子射線6。每個由3條子射線6組成的射線組7 —起穿過疊加單元2的透鏡5。在被放置于與疊加單元2的透鏡5距離為對應于透鏡5焦距F的距離D的工作面8上，每一個射線組7的三條子射線6被疊加成線形的強度分布9 (見圖1)。強度分布9在主要呈平頂分布的形狀，但它不具有垂直的下降邊緣10，而是相對適度的下降邊緣10(見圖1)。強度分布9的形狀由均勻化單元1的構造，尤其是均勻化單元1的每個單個透鏡4的構造決定。圖2示出了，均勻化單元1和疊加單元2以讓工作面8上每個子射線7的射線組 8的強度分布9總在各個強度分布9最大強度的50%處疊加的方式構造和排列。以此可以形成非常均勻的總強度分布U。各個強度分布9進一步無震蕩疊加形成整體強度分布11的條件可以通過2 · F · NA(50% ) = P2描述。其中NA(50%)為單個透鏡5的數值孔徑，在以下角度上限定，即在該角度下，穿過透鏡5的光線強度會下降到一半。另一個額外條件是，各個子射線6的射線組7的強度在工作面8上一樣大。這可以通過如根據圖8和圖9畫出的激光裝置的安置方式實現(xiàn)。該激光裝置在均勻化單元1和疊加單元2之間設置有多個射線分離器12，其中分離器12的數量和疊加單元2的透鏡5的數量相同。通過分離器12每次會有子射線6的射線組7的小部分光線13從傳播方向Z偏向圖9上方，也即是Y方向。激光射線3的該部分13抵達多個探測器單元14，其可以獲取每個子射線6的射線組7的強度。激光裝置還含有比較單元15，其可以比較由探測器單元14獲取的每個子射線6的射線組7的強度。比較單元15可以控制圖9示意性示出的單個或者多個激光源17的電源16，從而平衡子射線6的射線組7互相間的強度。通過這種方式可以實現(xiàn)激光射線以相同功率穿過疊加單元2的每個透鏡5。這可以導致如圖2畫出的非常均勻的線形總強度分布11。圖8和圖9示出了虛線表示的分離器12’和探測器單元14’，它們可以作為實線表示的分離器12和探測器單元14的替代選擇被設置在疊加單元2的后方。探測器單元14可以由光電二級管、光敏電阻、光電晶體管，光電管或類似元件制成。前面所述的分離器12，12’，探測器單元14，14’和比較單元15 —起組成控制單元， 其保證工作面8上子射線6的射線組7的功率或強度相同。該控制單元可以設置在圖2至 7所畫的所有實施方式中。在根據圖1和圖2的實施方式中均勻化單元1透鏡4以讓子射線6的射線組7的方向圖或角分布具有適度下降邊緣的方式被構造。在透鏡5后方D = F的距離上的疊加形成了圖1和圖2畫出的強度分布9。根據本發(fā)明均勻化單元1的透鏡4以讓子射線6的射線組7的方向圖或角分布具有近乎垂直下降邊緣或非常接近理想平頂角分布的方式來構造也是可行的。在該情況下工作面8不被選擇置于距離透鏡5后D = F處，而是距離D = F+ δ處。其中額外距離δ應選擇為讓在工作面9上各個子射線6的射線組7的疊加強度分布9具有相對較小陡峭下降邊緣10。圖3示出了實施方式，其中放棄了疊加單元2。子射線6的射線組7的疊加發(fā)生在遠處，即在離均勻化單元1更遠距離處。圖4和圖5示出了實施方式，其中疊加單元2的透鏡5的焦距F大于根據圖1和圖2的實施方式中的值。其結果是，在工作面8上的各個子射線6的射線組7的強度分布 9更寬。盡管如此，當條件2 · F · NA(50% ) = M · P2M= 1、2、3...被滿足時，仍存在強度分布9無震蕩疊加而成的整體強度分布 18 (見圖5)。圖4和圖5示出了M = 2時的情況。在根據圖6和圖7的實施例中均勻化單元1的透鏡4以讓子射線6的射線組7的方向圖或角度分布雖然具有適度下降邊緣但不具有恒定強度角區(qū)域的方式被構造。在透鏡 5后方距離D = F處的疊加形成了圖6和圖7畫出的不具有顯著平臺區(qū)域的強度分布19， 其近似于高斯分布。非均勻度小于1 %的整體強度分布20的疊加條件是w0/d > 1. 1這里Wtl是工作面8內由一個透鏡5所產生的強度分布19中最大強度和下降到1/ e2的強度之間的距離以及d是工作面8內兩個相鄰透鏡5所產生的強度分布19中最大強度間的距離。
權利要求
1.一種激光射線C3)成型裝置，包括-均勻化單元(1)，所述均勻化單元能夠分別均勻化激光射線C3)的多個子射線(6)或者激光射線(3)的多個子射線(6)組(7)，使得從所述均勻化單元(1)穿出的子射線(6)或者子射線(6)組(7)在工作面(8)上總能形成具有在線端有限陡峭下降的邊緣(10)的線形強度分布(9，19)，-疊加單元O)，用于疊加子射線(6)或者子射線(6)組(7)，使得在工作面(8)上能夠形成長度比子射線(6)或者子射線(6)組(7)的線形強度分布(9，19)中每一個的長度大的線形強度分布(11，20)其特征在于，疊加單元( 包括具有多個透鏡(5)的透鏡陣列。
2.一種激光射線成型裝置，包括-均勻化單元(1)，所述均勻化單元能夠分別均勻化激光射線C3)的多條子射線(6)或者激光射線(3)的多個子射線(6)組(7)，使得從所述均勻化單元(1)穿出的子射線(6)或者子射線(6)組(7)在工作面(8)上總能形成具有在線端有限陡峭下降的邊緣(10)的線形強度分布(9，19)，-疊加單元O)，用于疊加子射線(6)或者子射線(6)組(7)，使得在工作面(8)上能形成長度比子射線(6)或者子射線(6)組(7)的線形強度分布(9，19)中每一個的長度大的線形強度分布(11，20)，其特征在于-所述裝置還具有控制單元，所述控制單元能夠影響激光射線( ，使得每條從均勻化單元(1)中穿出的子射線(6)或者每個從均勻化單元(1)中穿出的子射線(6)組(7)的強度大小相同
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述疊加單元(2)包括具有多個透鏡(5)的透鏡陣列。
4.如權利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，所述均勻化單元(1)和/或所述透鏡陣列被設置和/或構造為使得一條子射線(6)或一個子射線(6)組(7)穿過每個透鏡 ⑶。
5.如權利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，所述透鏡陣列的所有透鏡(5)具有相同的焦距。
6.如權利要求1至5之一所述的裝置，其特征在于，所述透鏡陣列的所有透鏡(5)具有相同的寬度和/或相同的中心距離(P2)。
7.如權利要求1至6之一所述的裝置，其特征在于，所述透鏡陣列的透鏡(5)符合以下條件2 · F · NA (50% ) = M · P2-其中 M = 1、2、3...-其中F為每個透鏡的焦距，-其中P2為透鏡的中心距離，-其中NA(50%)為在以下角度上限定的每個透鏡(5)的數值孔徑，即在該角度下，穿過透鏡(5)的光線強度下降到一半。
8.如權利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于，所述激光射線(3)和所述透鏡陣列的透鏡(5)符合以下條件 w0/d > 1. 1-其中W是工作面(8)內一個透鏡( 所產生的強度分布(19)中最大強度和下降到 Ι/e2的強度之間的距離，-其中d為工作面(8)內兩個相鄰透鏡( 所產生的強度分布(19)中最大強度間的距1 O
9.如權利要求1至8之一所述的裝置，其特征在于，所述控制單元具有探測器單元(14)，所述探測器單元能夠采集每個從所述均勻化單元(1)穿出的子射線(6)或者子射線 (6)組(7)的強度。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述探測器單元(14)被構造為光電二級管、光敏電阻、光電晶體管、光電管或類似元件。
11.如權利要求1至10之一所述的裝置，其特征在于，所述控制單元具有比較單元(15)，所述比較單元能夠比較每個從所述均勻化單元⑴穿出的子射線(6)或者子射線(6) 組(7)的強度。
12.一種激光裝置，包含 -至少一個激光源(17)，-根據權利要求1前序部分的激光射線(3)成型裝置，其特征在于，所述激光射線( 成型裝置為根據權利要求1至11之一的裝置。
13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述激光裝置包括用于所述至少一個激光源(17)的至少一個電源(16)，并且控制單元能夠控制所述至少一個電源(16)從而改變從所述均勻化單元(1)穿出的子射線(6)或者子射線(6)組(7)的強度，尤其是使從所述均勻化單元(1)穿出的子射線(6) 或者子射線(6)組(7)的強度相互均衡。
全文摘要
激光射線(3)成型裝置，包括均勻化單元(1)，其能夠單獨均勻化多個激光射線(3)的子射線(6)的射線組(7)，使得從均勻化單元(1)穿出的子射線(6)的射線組(7)在工作面(8)上能形成具有在線端有限陡峭下降的邊緣(10)的線形強度分布(9，19)，以及還包括用于疊加子射線(6)的射線組(7)的疊加單元(2)，使得在工作面(8)上能形成線形強度分布(11，20)，其長度大于每個子射線(6)的射線組(7)的線形強度分布(9，19)，其中疊加單元(2)包含一個具有多個透鏡(5)的透鏡陣列。
文檔編號H01S5/0683GK102395914SQ201080016287
公開日2012年3月28日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權日2009年5月14日
發(fā)明者A·米哈伊羅夫, Y·科羅圖什金 申請人:Limo專利管理有限及兩合公司