WO2020224980A1 - Optical unit and method for operating an optical unit - Google Patents

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WO2020224980A1
WO2020224980A1 PCT/EP2020/061357 EP2020061357W WO2020224980A1 WO 2020224980 A1 WO2020224980 A1 WO 2020224980A1 EP 2020061357 W EP2020061357 W EP 2020061357W WO 2020224980 A1 WO2020224980 A1 WO 2020224980A1
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WO
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optical element
optical
unit
recesses
optical unit
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Application number
PCT/EP2020/061357
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French (fr)
Inventor
Tim Baldsiefen
Jan Werschnik
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems Gmbh
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • G—PHYSICS
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    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
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    • G02B27/095—Refractive optical elements
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    • G—PHYSICS
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit, in particular a beam expander, and a method for operating an optical unit according to the main claims.
  • certain areas of a stockpile apparatus for the optical elements can be learned through undesired or unintentional reflections of a part of the laser beam and thus can be learned from them so that a precise arrangement of the optical elements can no longer be ensured, whereby the function desired by the optical elements can no longer be set clearly and reproducibly.
  • the consequence of this is that the workpieces processed with the optical elements and the laser do not have a consistently high level of precision and thus there may be increased scrap when using such optical elements.
  • a first optical element which is arranged in an optical path and has a first structure on a first surface arranged in the optical path, the first structure being recesses in the surface of the first optical element Having element which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the first optical element;
  • a second optical element arranged in the optical path which has a second structure on a second surface arranged in the optical path, wherein the second structure contains recesses in the surface of the second optical element, which with increasing depth in the direction of the second optical element a having decreasing cross-section.
  • an optical unit can be understood to mean a combination of the first optical element and the second optical element, which are arranged in an optical path.
  • a first optical element and / or a second optical element can be understood to mean, for example, a lens.
  • a structure can be understood to mean a pattern of recesses and / or elevations which, for example, is introduced cyclically repeatedly into a surface of the first optical element or into a surface of the second optical element.
  • a recess can be understood to mean, for example, an artificially introduced depression in the surface of one of the optical elements.
  • the recess can be made in a surface of one of the optical elements by means of an etching process.
  • the recesses in the surface of the first and / or second optical element have a decreasing cross-section with increasing depth in the direction of the optical element concerned. This means that the recess becomes smaller and smaller with increasing depth from a surface in the direction of the interior of the optical element in question, for example it tapers continuously.
  • the recesses advantageously have dimensions (that is to say a height / depth or width) which are smaller than a wavelength of the light which is guided through the optical path.
  • the approach presented here is based on the knowledge that the reflection or diffusion of light from the optical path can be reduced or completely avoided by the first structure and the second structure. This results from the fact that, by arranging the first structure and the second structure, a continuous change in the refractive index from the interior of the first optical element or from the interior of the second optical element over the relevant surface with the structure into an exterior, viewed over a larger area the first optical element or the second optical element is realized, which means that an abrupt change in the refractive index on a surface of an optical element can be avoided.
  • the reflection or diffusion of light from the optical path is therefore advantageously reduced or completely avoided. It is not a matter of improving optical imaging quality, as can generally be achieved, for example, by diffractive optical elements or Fresnel optics, but rather about avoiding or reducing reflections.
  • the first optical element has a third structure on a third surface arranged in the optical path, in particular wherein the third surface is opposite the first surface, the third structure being recesses in the surface of the first optical Has element which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the first optical element.
  • the second optical element can also have a fourth structure on a fourth surface arranged in the optical path, in particular wherein the fourth surface is opposite the second surface, the fourth structure having recesses in the surface of the second optical element which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the second optical element.
  • the third structure and / or the fourth structure can be designed analogously to the first structure and / or the second structure.
  • Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage that when light enters the first optical element and / or when light emerges from the first optical element, diffusion or reflection of this light from the optical path can be avoided as well, such as when light enters the second optical element and / or when light exits the second optical element.
  • the advantages of the above-mentioned approach can therefore be realized even better by providing corresponding structures both on the entry side of the light and on the exit side of the light.
  • the first structure and the second structure can be the same, in particular wherein the third structure and the fourth structure are also the same.
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to use a uniform production method of the introduction method for the corresponding structure on the corresponding surface of the respective optical element, so that the production costs for a such an embodiment of the approach presented here can be significantly reduced.
  • the recesses of the first structure and / or the recesses of the second structure have a depth and / or width that is less than one micrometer, in particular that less than 850 nanometers or less than 600 nanometers or less than 400 nanometers.
  • Such an embodiment offers the advantage that the structures have correspondingly small dimensions, so that these reflections of light largely suppress due to their small dimensions. In this way, a very high level of focusing of the light fed into the optical path can be achieved.
  • An embodiment of the approach proposed here is also favorable in which elevations in the first and / or second structure have a cyclically repeated shape.
  • the first surface can be completely structured with the first structure and / or the second surface can be completely structured with the second structure.
  • Such an embodiment offers the advantage, through a uniform, in particular cyclically repeated arrangement of the elevations or recess in the surface of the respective optical element, to form an averaged continuous change of the refractive index over a larger area at different depths of a surface of the respective optical element can.
  • An embodiment of the approach proposed here is particularly advantageous in which the recesses of the first structure and / or the second structure are shaped so as to taper steadily and increasingly with increasing depth in the direction of the first optical element.
  • Such a constant tapering or decrease in the cross section or the width of the recess allows the continuous change in the refractive index to be achieved particularly advantageously, so that reflections or diffusion of light from the optical path can be avoided as well as possible.
  • the second optical element can have a larger diameter than the first optical element and / or wherein the first optical element and the second optical element are arranged in such a way that a light beam initially passes the first optical element and subsequently shines through the second optical element.
  • the first and / or the second optical element can be formed as a lens, in particular wherein the first optical element is formed as a diverging lens and the second optical element is formed as a converging lens.
  • Such an embodiment offers the advantage of causing the smallest possible reflections or diffusions of these high-energy light beams in the area of forming high-energy light beams such as laser beams in the area of material processing, so that precise processing of workpieces is possible.
  • the first and the second optical element can also be arranged to be adjustable in relation to one another.
  • Such an embodiment offers a high degree of flexibility in the area of the use of different light beams, so that simple retrofitting is possible either by the manufacturer or by the user, so that cost advantages can be achieved through a uniform design of an optical unit.
  • An embodiment of the approach proposed here as a lighting unit with a variant of an optical unit presented here and a light source which is designed or arranged to send a light beam along the optical path through the optical unit is particularly advantageous.
  • Such an embodiment offers the advantage of creating an optical unit that is matched to the light source, in particular the frequency of the light emitted by the light source, which has a particularly low reflection property or diffusion property during its operation.
  • An embodiment of the approach proposed here in which the light source is designed as a laser light source is particularly advantageous.
  • Such an embodiment advantageously offers good reflection or diffusion properties, especially in the field of material processing, so that precise processing of a workpiece is opened up with a lighting device configured in this way.
  • An embodiment of the approach proposed here is also advantageous as a method for operating a variant of an optical unit presented here, the method having the following step:
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory, and for performing, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is also advantageous is used, especially when the program product or program is executed on a computer or device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a lighting unit according to an embodiment of the approach presented here with a light source and an optical unit;
  • FIG. 2A shows a cross-sectional illustration through the first optical element in a detailed view
  • 2B shows a cross-sectional illustration through the second optical element in a detailed view
  • 3 in sub-figures 3A, 3B, 3C and 3D the arrangement of the first optical element in relation to the second optical element of an embodiment of an optical unit
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a lighting unit 100 with a light source 110 which is designed to output a laser beam 115.
  • the laser beam 115 is fed into an optical path 120 of an optical unit 125, the optical unit 125 having a first optical element 130 and a second optical element 135 arranged in the optical path 120 following the first optical element 130.
  • the first optical element 130 is, for example, as Formed diverging lens, whereas the second optical element 135 is formed as a converging lens.
  • the optical unit 125 works as a beam expander, which can also be seen from the illustration in FIG.
  • the laser beam 115 fed into the optical unit 125 has a smaller diameter than the laser beam 140 emitted from the optical unit 124 Configuration, it is particularly helpful for material processing, since, for example, laser beams of different widths are required for cutting or welding different materials or in different application scenarios, whereas standardized laser light sources such as the light source 110 shown in FIG. 1 usually only have one laser beam 115 with a specific one Can provide cross-section.
  • the surfaces of the first optical element 130 and / or of the second optical element 135 are not specially structured, so that from the laser beam 115, for example the first optical element 130 is supplied, a reflected partial laser beam is reflected on a surface of the first optical element 130, which is provided with the reference number 145 in FIG. It is also conceivable that such a corresponding partial laser beam is reflected on a surface of the second optical element 135 and onto a wall or a housing of the Optical unit 125 hits.
  • a corresponding structure is now applied to at least one surface in the first optical element 130 and in the second optical element 135 as described in more detail below.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional illustration through the first optical element 130 in a detailed view, it being possible to see that the first optical element 130 has a first structure 210 on a first surface 200.
  • the first surface 200 is here, for example, that side of the first optical element 130 which faces away from the incident light beam 115.
  • the first structure 210 is arranged on the first surface 200 and has the recesses 220, which have a smaller cross section with increasing depth from the first surface 200. This can be seen in the illustration from FIG. 2A in that the recess in 220 in the first surface 200 becomes narrower with increasing depth into the material of the first optical element 130, that is to say taper.
  • the recesses 220 can extend in a conical or pyramid shape from the first surface 200 into the material of the first optical element 130. It is also favorable if the first structure 210 extends as far as possible over the entire first surface 200 of the first optical element 130, which means that the entire surface of the side of the first optical element 130 facing away from the light beam 115 has the first structure 210 is covered. The depth and / or is also favorable The width of the recesses 220 is dimensioned such that it is smaller than the wavelength of the light of the light beam 115 which is radiated into the first optical element 130.
  • the first structure 210 now has the effect that the light beam 115, which enters the first optical element 130, does not experience an abrupt jump in the refractive index on the exit side of the first optical element 130, but rather through the recesses 220, which are continuous in the direction of the surface 200 of the first optical element 130 wider, a continuous change in the refractive index from the refractive index of the material of the first optical element 130 to the refractive index of the medium outside the first optical element 130, here for example air, is experienced.
  • an etching method is used, for example, which is known for example from semiconductor structuring or can be adapted accordingly to the structuring of the material of the first optical element 130. It is also favorable if the recesses 220 and the elevations 230 in between are introduced into the first surface 200 as cyclically as possible, since in this way the most uniform possible optical behavior of the first structure 210 can be achieved over a large surface section.
  • the first structure 210 is introduced on the first surface 200 of the first optical element 130, but also, for example, if a corresponding structure 250 is introduced into a surface 260 of the first optical element 130 on an incidence side of the light beam 115 .
  • the surface 260 of the first optical element 130 which faces the incident light beam 115, is referred to as the third surface 260, the structure introduced into the third surface 260 being referred to as the third structure 250.
  • the third structure 250 can hereby be formed or introduced analogously to the first structure 210, but now on the third surface 260, so that, for example, a uniform Manufacturing method for the first structure 210 and the third structure 250 can be used, but for example only the first optical element 130 needs to be rotated. In this way, both a reflection or diffusion on a light entry side of the first optical element 130, ie on the third surface 260, and on the light exit side of the first optical element 130, ie on the first surface 200, can be reduced or avoided entirely.
  • FIG. 2B shows a cross-sectional illustration through the second optical element 135 in a detailed view, wherein it can also be seen that the second optical element 135 has a second structure 275 on a second surface 270.
  • the second surface 270 is here for example that side of the second optical element 135 which faces the outgoing light beam 140 from FIG.
  • the second structure 275 is arranged, which has recess 277, which also have a smaller cross section with increasing depth from the second surface 270. This can also be seen in the illustration from FIG. 2B in that the recesses 277 become narrower with increasing depth into the material of the second optical element 135, that is to say they also taper.
  • the recesses 277 can also extend in a conical or pyramid shape from the second surface 270 into the material of the second optical element 135. It is also favorable if the second structure 275 extends as far as possible over the entire second surface 270, which means that the entire surface of the side of the second optical element 135 facing the outgoing light beam 140 is covered with the second structure 270. Furthermore, the depth and / or width of the recess in 277 is expediently dimensioned in such a way that it is likewise smaller than the wavelength of the light of the light beam which is radiated into the second optical element 135.
  • the second structure 275 which comprises corresponding recesses 277 with intervening elevations 280, can be constructed or designed analogously to the first structure 210 and / or the third structure 250, whereby the production of the corresponding structures 210, 250 and / or 275 with a uniform structuring technology, but now allows different optical elements such as the first optical element 130 or the second optical element 135 to penetrate.
  • the effect of the second structure 275 is here analogous to the effect of the first structure 210 or the effect of the third structure 250, as has already been explained in more detail with reference to FIG.
  • a fourth structure 290 can also be introduced on a fourth surface 285 opposite the second surface 270, which is also formed analogously to the first structure 210 and / or to the third structure 250 and / or to the second structure 275, so for example the same shapes as the Has recesses, dimensions in depth and / or width and / or extends completely over the corresponding fourth surface 285.
  • the fourth structure 290 also acts analogously to the first structure 210, the third structure 215 and / or the second structure 275.
  • an optical unit 125 can be created in this way, which has a very low tendency for reflection or diffusion of the light beam 1 15 scattered into the optical unit, so that on the one hand a high intensity of the light beam emanating from the optical unit 125 140 can be achieved, and desired heating can be brought about on a housing of the optical unit 125, which leads to a faulty optical arrangement of the first optical element 130 in relation to the second optical element 135.
  • FIG. 3 shows in four sub-figures 3A, 3B, 3C and 3D the arrangement of the first optical element 130 in relation to the second optical element 135 of an exemplary embodiment of an optical unit 125, in this case the first optical element 130 and the first structure 210 on the first surface 200 and the third structure 250 on the third surface 260 and the second optical element 135 on the second surface 270 has the second structure 275 and on the fourth surface 285 the fourth structure 290.
  • the corresponding structures are only shown explicitly in FIG. 3A , the first optical element 130 also having the relevant first and third structure and the second optical element 135 also having the relevant second and fourth structure in the further sub-figures 3B, 3C or 3D, even if this is not explicitly shown.
  • Part 3A shows a configuration of the first optical element 130 and of the second optical element 135 in which the input light beam 115 with a wavelength of, for example, 355 nanometers is set onto the first optical element 130 by the light source not shown in FIG. 3A .
  • the distance between the first optical element 130 and the second optical element 135 is, for example, 61, 109 millimeters, with a radius of curvature of the fourth surface 264 being, for example, 314 millimeters.
  • a radius of curvature of the second surface 270 can remain the same for all second optical elements 135 that are shown in the partial figures of FIG.
  • the shape of the first optical element 130 as a lens is the same in all of the partial figures in FIG.
  • Part 3B shows a configuration of the first optical element 130 in relation to the second optical element 135, this configuration now being designed for light of the input light beam 115 with a wavelength of 532 nanometers.
  • the distance D between the first optical element 130 and the second optical element 135 is, for example, 61.135 millimeters, whereas the radius of curvature of the fourth surface 285 is 260 millimeters.
  • Partial FIG. 3C shows a configuration of the optical element 130 in relation to the second optical element 135, this configuration now being designed for light of the input light beam 115 with a wavelength of 800 nanometers.
  • the distance D between the first optical element 130 and the second optical element 135 is 62.169 millimeters, whereas the radius of curvature of the fourth surface 285 is 260 millimeters. It can thus be seen that the distance between the first optical element 130 and the second optical element 135 becomes longer with increasing wavelength, which is caused by a dispersion of the refractive index.
  • the partial figure above 3D shows a configuration of the optical element 130 in relation to the second optical element 135, this configuration now being designed for light of the input light beam 115 of 1064 nanometers.
  • the distance D between the first optical element 130 and the second optical element 135 is 58.836 millimeters, whereas the radius of curvature of the fourth surface 285 is 196 millimeters.
  • the first optical element 130 and / or the second optical element 135 are designed to be movable relative to one another. In this way, by shifting the first optical element 130 in relation to the second optical element 135, for example, an adaptation to a wavelength of the light which is radiated into the optical unit 125 as an input light beam 115 can take place.
  • the optical unit 125 is to be operated, for example which material is currently to be processed and requires a corresponding wavelength of the light beam 115. It is also conceivable that, for example, the second optical element 135 can be exchanged, as a result of which an adaptation of the usage scenario for the optical unit 125 is now achieved with very simple means.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of the approach presented here as a method 400 for operating an optical unit according to an exemplary embodiment of the approach presented here.
  • the method 400 comprises the step 410 of irradiating the first and second optical elements in the optical path with light.

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Abstract

The invention relates to an optical unit (125), in particular a beam expander, having a first optical element (130), which is disposed in an optical path (120) and which has a first structure (210) on a first surface (200) disposed in the optical path (120), the first structure (210) having recesses (220) in the first surface (200) of the first optical element (130), which recesses have a decreasing cross-section as their depth increases in the direction of the first optical element (130). The optical unit (125) also comprises a second optical element (135), which is disposed in the optical path (120) and which has a second structure (275) on a second surface (270) disposed in the optical path (120), the second structure (275) containing recesses in the second surface (270) of the second optical element (135), which recesses have a decreasing cross-section as their depth increases in the direction of the second optical element (135).

Description

Optikeinheit und Verfahren zum Betreiben einer Optikeinheit Optical unit and method for operating an optical unit
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Optikeinheit, insbesondere einen Strahlaufweiter, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Optikeinheit gemäß den Hauptansprüchen. The present invention relates to an optical unit, in particular a beam expander, and a method for operating an optical unit according to the main claims.
In herkömmlichen optischen Elementen, speziell in Strahlaufweitern, besteht eine Problematik darin, dass bei einem Durchstrahlen dieser optischen Elemente Reflexionen bzw. Diffusionseffekte auftreten, die einerseits den Lichtstrahl durch diese optischen Elemente schwächen und andererseits, dass durch diese optischen Elemente teilweise reflektiertes Licht an Stellen reflektiert wird, die nicht beleuchtet werden sollen. Insbesondere dann, wenn ein sehr energiereicher Lichtstrahl wie beispielsweise ein Laser zur Materialbearbeitung verwendet wird, besteht durch solche Reflexionen bzw. Diffusionseffekte eine große Gefahr in Bezug auf die Präzision der Bearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks, als auch in Bezug auf mögliche Gefahren beim Betrieb von solchen optischen Elementen. Beispielsweise können durch ungewünschte oder unbeabsichtigte Reflexionen eines Teils des Laserstrahls bestimmte Bereiche einer Halde Apparatur für die optischen Elemente erlernt werden und sich hierdurch aus denen, sodass eine präzise Anordnung der optischen Elemente nicht mehr sichergestellt werden kann, wodurch sich die durch die optischen Elemente gewünschte Funktion nicht mehr eindeutig und reproduzierbar einstellen lässt. Dies hat zur Folge, dass die mit den optischen Elementen und dem Laser bearbeiteten Werkstücke keine gleichbleibende hohe Präzision aufweisen und somit möglicherweise ein erhöhter Ausschuss bei der Verwendung von derartigen optischen Elementen zu verzeichnen ist. In conventional optical elements, especially in beam expanders, there is a problem that when these optical elements are irradiated, reflections or diffusion effects occur which, on the one hand, weaken the light beam through these optical elements and, on the other hand, light partially reflected by these optical elements that should not be illuminated. In particular, when a very high-energy light beam such as a laser is used for material processing, such reflections or diffusion effects pose a great risk with regard to the precision of the processing of the workpiece to be processed, as well as with regard to possible hazards when operating such optical elements. For example, certain areas of a stockpile apparatus for the optical elements can be learned through undesired or unintentional reflections of a part of the laser beam and thus can be learned from them so that a precise arrangement of the optical elements can no longer be ensured, whereby the function desired by the optical elements can no longer be set clearly and reproducibly. The consequence of this is that the workpieces processed with the optical elements and the laser do not have a consistently high level of precision and thus there may be increased scrap when using such optical elements.
Vor diesem Hintergrund wird dem hier vorgestellten Ansatz eine Möglichkeit zur Verbesserung einer Optikeinheit sowie eines verbesserten Verfahrens zum Betreiben einer Optikeinheit gemäß den Hauptansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen werden durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale ermöglicht. Against this background, the approach presented here provides a possibility for improving an optical unit and an improved method for operating an optical unit according to the main claims. Advantageous further developments and improvements are made possible by the features listed in the dependent claims.
Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft eine Optikeinheit, insbesondere einen Strahlaufweiter, mit folgenden Merkmalen: The approach proposed here creates an optical unit, in particular a beam expander, with the following features:
- einem in einem optischen Pfad angeordneten ersten optischen Element, das auf einer im optischen Pfad angeordneten ersten Oberfläche eine erste Struktur aufweist, wobei die erste Struktur Ausnehmungen in der Oberfläche des ersten optischen Elements aufweist, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des ersten optischen Elements einen abnehmenden Querschnitt aufweist; und a first optical element which is arranged in an optical path and has a first structure on a first surface arranged in the optical path, the first structure being recesses in the surface of the first optical element Having element which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the first optical element; and
- einem in dem optischen Pfad angeordneten zweiten optischen Element, das auf einer im optischen Pfad angeordneten zweiten Oberfläche eine zweite Struktur aufweist, wobei die zweite Struktur Ausnehmungen in der Oberfläche des zweiten optischen Elements enthält, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des zweiten optischen Elements einen abnehmenden Querschnitt aufweist. A second optical element arranged in the optical path, which has a second structure on a second surface arranged in the optical path, wherein the second structure contains recesses in the surface of the second optical element, which with increasing depth in the direction of the second optical element a having decreasing cross-section.
Unter einer Optikeinheit kann vorliegend ein Verbund aus dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element verstanden werden, die in einem optischen Pfad angeordnet sind. Unter einem ersten optischen Element und/oder einem zweiten optischen Element kann vorliegend beispielsweise eine Linse verstanden werden. Unter einer Struktur kann vorliegend ein Muster aus Ausnehmungen und/oder Erhebungen verstanden werden, welches beispielsweise zyklisch wiederholt in eine Oberfläche des ersten optischen Elementes bzw. in eine Oberfläche des zweiten optischen Elementes eingebracht ist. Unter einer Ausnehmung kann beispielsweise eine künstlich eingebrachte Vertiefung in der Oberfläche eines der optischen Elemente verstanden werden. Beispielsweise kann die Ausnehmung mittels Ätzungsverfahrens in eine Oberfläche eines der optischen Elemente eingebracht werden. Die Ausnehmungen in der Oberfläche des ersten und/oder zweiten optischen Elementes weißt mit zunehmender Tiefe in Richtung des betreffenden optischen Elementes einen abnehmenden Querschnitt auf. Dies bedeutet, dass die Ausnehmung mit zunehmender Tiefe von einer Oberfläche in Richtung des Inneren des betreffenden optischen Elementes immer kleiner wird, sich beispielsweise stetig verjüngt. Günstigerweise haben die Ausnehmungen Abmessungen (das heißt eine Höhe/Tiefe oder Breite), die kleiner als eine Wellenlänge des Lichts sind, welches durch den optischen Pfad geführt wird. In the present case, an optical unit can be understood to mean a combination of the first optical element and the second optical element, which are arranged in an optical path. In the present case, a first optical element and / or a second optical element can be understood to mean, for example, a lens. In the present case, a structure can be understood to mean a pattern of recesses and / or elevations which, for example, is introduced cyclically repeatedly into a surface of the first optical element or into a surface of the second optical element. A recess can be understood to mean, for example, an artificially introduced depression in the surface of one of the optical elements. For example, the recess can be made in a surface of one of the optical elements by means of an etching process. The recesses in the surface of the first and / or second optical element have a decreasing cross-section with increasing depth in the direction of the optical element concerned. This means that the recess becomes smaller and smaller with increasing depth from a surface in the direction of the interior of the optical element in question, for example it tapers continuously. The recesses advantageously have dimensions (that is to say a height / depth or width) which are smaller than a wavelength of the light which is guided through the optical path.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die erste Struktur und die zweite Struktur die Reflexion bzw. Diffusion von Licht aus dem optischen Pfad reduziert oder ganz vermieden werden kann. Dies resultiert daraus, dass durch das Anordnen der ersten Struktur und der zweiten Struktur eine über eine größere Fläche betrachtet kontinuierliche Änderung der Brechzahl vom Inneren des ersten optischen Elementes bzw. vom Inneren des zweiten optischen Elementes über die betreffende Oberfläche mit der Struktur in ein Äußeres um das erste optische Element bzw. das zweite optische Element realisiert wird, welche dazu führt, dass eine abrupte Änderung der Brechzahl an einer Oberfläche eines optischen Elementes vermieden werden kann. Durch das Vermeiden der abrupten Änderung der Brechzahl durch das Vorsehen der entsprechenden ersten Struktur auf der ersten Oberfläche des ersten optischen Elementes und der zweiten Struktur auf der zweiten Oberfläche des zweiten optischen Elementes, wird daher vorteilhaft die Reflexion oder Diffusion von Licht aus dem optischen Pfad reduziert oder ganz vermieden. Es geht dabei nicht um die Verbesserung von optischen Abbildungsqualitäten, wie sie beispielsweise allgemein durch diffraktive optische Elemente oder Fresneloptiken bewirkt werden kann, sondern um die Reflexionsvermeidungen bzw. Reflexionsminderungen. The approach presented here is based on the knowledge that the reflection or diffusion of light from the optical path can be reduced or completely avoided by the first structure and the second structure. This results from the fact that, by arranging the first structure and the second structure, a continuous change in the refractive index from the interior of the first optical element or from the interior of the second optical element over the relevant surface with the structure into an exterior, viewed over a larger area the first optical element or the second optical element is realized, which means that an abrupt change in the refractive index on a surface of an optical element can be avoided. By avoiding the abrupt change in the refractive index by providing the corresponding first structure on the first surface of the first optical element and the second structure on the second surface of the second optical element, the reflection or diffusion of light from the optical path is therefore advantageously reduced or completely avoided. It is not a matter of improving optical imaging quality, as can generally be achieved, for example, by diffractive optical elements or Fresnel optics, but rather about avoiding or reducing reflections.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der das erste optische Element auf einer im optischen Pfad angeordneten dritten Oberfläche eine dritte Struktur aufweist, insbesondere wobei die dritte Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die dritte Struktur Ausnehmungen in der Oberfläche des ersten optischen Elements aufweist, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des ersten optischen Elements einen abnehmenden Querschnitt aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann auch gemäß einer Ausführungsform das zweite optische Element auf einer im optischen Pfad angeordneten vierten Oberfläche eine vierte Struktur aufweist, insbesondere wobei die vierte Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die vierte Struktur Ausnehmungen in der Oberfläche des zweiten optischen Elements aufweist, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des zweiten optischen Elements einen abnehmenden Querschnitt aufweist. Hierbei können die dritte Struktur und/oder die vierte Struktur analog zur ersten Struktur und/oder zweiten Struktur ausgebildet der aufgebaut sein. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, dass bei einem Eintritt von Licht in das erste optische Element und/oder bei einem Austritt von Licht aus dem ersten optischen Element eine Diffusion oder Reflexion dieses Lichtes aus dem optischen Pfad genauso vermieden werden kann, wie bei einem Eintritt von Licht in das zweite optische Element und/oder bei einem Austritt von Licht aus dem zweiten optischen Element. Die Vorteile des vorstehend genannten Ansatzes lassen sich daher durch das Vorsehen von entsprechenden Strukturen sowohl auf der Eintrittsseite des Lichtes als auch auf der Austrittseite des Lichtes nochmals besser realisieren. An embodiment of the approach proposed here is particularly favorable in which the first optical element has a third structure on a third surface arranged in the optical path, in particular wherein the third surface is opposite the first surface, the third structure being recesses in the surface of the first optical Has element which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the first optical element. Additionally or alternatively, according to one embodiment, the second optical element can also have a fourth structure on a fourth surface arranged in the optical path, in particular wherein the fourth surface is opposite the second surface, the fourth structure having recesses in the surface of the second optical element which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the second optical element. Here, the third structure and / or the fourth structure can be designed analogously to the first structure and / or the second structure. Such an embodiment of the approach proposed here offers the advantage that when light enters the first optical element and / or when light emerges from the first optical element, diffusion or reflection of this light from the optical path can be avoided as well, such as when light enters the second optical element and / or when light exits the second optical element. The advantages of the above-mentioned approach can therefore be realized even better by providing corresponding structures both on the entry side of the light and on the exit side of the light.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann die erste Struktur und die zweite Struktur gleich sein, insbesondere wobei auch die dritte Struktur und die vierte Struktur gleich sind. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, ein einheitliches Herstellungsverfahren der Einbringungsverfahren für die entsprechende Struktur auf der entsprechenden Oberfläche des jeweils betreffenden optischen Elementes verwenden zu können, sodass die Herstellungskosten für eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes wesentlich reduziert werden können. According to a further embodiment of the approach proposed here, the first structure and the second structure can be the same, in particular wherein the third structure and the fourth structure are also the same. Such an embodiment offers the advantage of being able to use a uniform production method of the introduction method for the corresponding structure on the corresponding surface of the respective optical element, so that the production costs for a such an embodiment of the approach presented here can be significantly reduced.
Denkbar ist weiterhin auch eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Ausnehmungen der ersten Struktur und/oder die Ausnehmungen der zweiten Struktur eine Tiefe und/oder Breite aufweisen, die kleiner als ein Mikrometer ist, insbesondere die kleiner als 850 Nanometer oder kleiner als 600 Nanometer oder kleiner als 400 Nanometer ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Strukturen entsprechend kleine Abmessungen aufweisen, sodass diese Reflexionen von Licht aufgrund ihrer kleinen Abmessungen weit gehend unterdrücken. Auf diese Weise lässt sich eine sehr hohe Fokussierung des in den optischen Pfad eingespeisten Lichts erreichen. An embodiment of the approach proposed here is also conceivable in which the recesses of the first structure and / or the recesses of the second structure have a depth and / or width that is less than one micrometer, in particular that less than 850 nanometers or less than 600 nanometers or less than 400 nanometers. Such an embodiment offers the advantage that the structures have correspondingly small dimensions, so that these reflections of light largely suppress due to their small dimensions. In this way, a very high level of focusing of the light fed into the optical path can be achieved.
Günstig ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der Erhebungen in der ersten und/oder zweiten Struktur eine zyklisch wiederholte Form aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Oberfläche vollständig mit der ersten Struktur strukturiert sein und/oder die zweite Oberfläche vollständig mit der zweiten Struktur strukturiert sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch eine gleichmäßige, insbesondere zyklisch wiederholte Anordnung der Erhebungen bzw. Ausnehmung in in der Oberfläche des betreffenden optischen Elementes eine auf eine größere Fläche betrachtete gemittelte kontinuierliche Änderung des Brechzahlindexes in unterschiedlichen Tiefen einer Oberfläche des jeweiligen optischen Elementes ausbilden zu können. An embodiment of the approach proposed here is also favorable in which elevations in the first and / or second structure have a cyclically repeated shape. Alternatively or additionally, the first surface can be completely structured with the first structure and / or the second surface can be completely structured with the second structure. Such an embodiment offers the advantage, through a uniform, in particular cyclically repeated arrangement of the elevations or recess in the surface of the respective optical element, to form an averaged continuous change of the refractive index over a larger area at different depths of a surface of the respective optical element can.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Ausnehmungen der ersten Struktur und/oder der zweiten Struktur ausgeformt sind, um sich mit zunehmender Tiefe in Richtung des ersten optischen Elementes stetig zunehmend zu verjüngen. Durch eine solche stetige Verjüngung oder Abnahme des Querschnitts bzw. der Breite der Ausnehmung lässt sich besonders vorteilhaft die kontinuierliche Änderung des Brechzahlindexes erreichen, sodass Reflexionen bzw. eine Diffusion von Licht aus dem optischen Pfad möglichst gut vermieden werden kann. An embodiment of the approach proposed here is particularly advantageous in which the recesses of the first structure and / or the second structure are shaped so as to taper steadily and increasingly with increasing depth in the direction of the first optical element. Such a constant tapering or decrease in the cross section or the width of the recess allows the continuous change in the refractive index to be achieved particularly advantageously, so that reflections or diffusion of light from the optical path can be avoided as well as possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann das zweite optische Element einen größeren Durchmesser haben, als das erste optische Element und/oder wobei das erste optische Element und das zweite optische Element derart angeordnet sind, dass ein Lichtstrahl zunächst das erste optische Element und nachfolgend das zweite optische Element durchstrahlt. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, auch in der Form eines Strahlaufweiters in möglichst dem gesamten Querschnitt der von Licht durchstrahlten Oberfläche des jeweils betreffenden optischen Elementes die entsprechende Struktur vorsehen zu können. According to a further embodiment of the approach proposed here, the second optical element can have a larger diameter than the first optical element and / or wherein the first optical element and the second optical element are arranged in such a way that a light beam initially passes the first optical element and subsequently shines through the second optical element. Such an embodiment offers the advantage of being able to provide the corresponding structure in the form of a beam expander in as much as possible the entire cross section of the surface of the respective optical element in question through which light passes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann das erste und/oder das zweite optische Element als Linse ausgeformt sein, insbesondere wobei das erste optische Element als Zerstreuungslinse ausgebildet ist und das zweite optische Element als Sammellinse ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, insbesondere im Bereich der Formung von hochenergetischen Lichtstrahlen wie Laserstrahlen im Bereich der Materialverarbeitung möglichst geringe Reflexionen oder Diffusionen dieser hochenergetischen Lichtstrahlen zu bewirken, sodass eine präzise Bearbeitung von Werkstücken möglich wird. According to a further embodiment of the approach presented here, the first and / or the second optical element can be formed as a lens, in particular wherein the first optical element is formed as a diverging lens and the second optical element is formed as a converging lens. Such an embodiment offers the advantage of causing the smallest possible reflections or diffusions of these high-energy light beams in the area of forming high-energy light beams such as laser beams in the area of material processing, so that precise processing of workpieces is possible.
Auch kann in einer anderen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes das erste und das zweite optische Element zueinander verstellbar angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet eine hohe Flexibilität im Bereich der Verwendung von unterschiedlichen Lichtstrahlen, sodass eine einfache Umrüstung entweder herstellerseitig oder anwenderseitig möglich wird, sodass durch eine einheitliche Bauform einer Optikeinheit Kostenvorteile realisiert werden können. In another embodiment of the approach presented here, the first and the second optical element can also be arranged to be adjustable in relation to one another. Such an embodiment offers a high degree of flexibility in the area of the use of different light beams, so that simple retrofitting is possible either by the manufacturer or by the user, so that cost advantages can be achieved through a uniform design of an optical unit.
Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der das zweite optische Element aus der Optikeinheit auswechselbar angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil durch einfache Adaption von wenigen Komponenten an verschiedene Anwendungszenarien angepasst werden zu können. Auf diese Weise lässt sich eine sehr flexibel einsetzbare Optikeinheit zu günstigen Herstellungskosten fertigen. An embodiment of the approach presented here is also conceivable in which the second optical element from the optical unit is arranged to be exchangeable. Such an embodiment offers the advantage of being able to be adapted to different application scenarios by simply adapting a few components. In this way, an optical unit that can be used very flexibly can be manufactured at low manufacturing costs.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Beleuchtungseinheit mit einer Variante einer hier vorgestellten Optikeinheit und einer Lichtquelle, die ausgebildet oder angeordnet ist, um einen Lichtstrahl entlang des optischen Pfads durch die Optikeinheit zu senden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, eine mit der Lichtquelle, insbesondere der Frequenz des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts abgestimmte Optikeinheit zu schaffen, welche eine besonders geringe Reflexionseigenschaft bzw. Diffusionseigenschaft bei deren Betrieb aufweist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Lichtquelle als Laserlichtquelle ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform bietet vorteilhaft speziell im Bereich der Werkstoffbearbeitung gute Reflexions- bzw. Diffusionseigenschaften, sodass eine präzise Bearbeitung eines Werkstücks mit einer derart ausgestalteten Beleuchtungsvorrichtung eröffnet wird. An embodiment of the approach proposed here as a lighting unit with a variant of an optical unit presented here and a light source which is designed or arranged to send a light beam along the optical path through the optical unit is particularly advantageous. Such an embodiment offers the advantage of creating an optical unit that is matched to the light source, in particular the frequency of the light emitted by the light source, which has a particularly low reflection property or diffusion property during its operation. An embodiment of the approach proposed here in which the light source is designed as a laser light source is particularly advantageous. Such an embodiment advantageously offers good reflection or diffusion properties, especially in the field of material processing, so that precise processing of a workpiece is opened up with a lighting device configured in this way.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Verfahren zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Optikeinheit, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: An embodiment of the approach proposed here is also advantageous as a method for operating a variant of an optical unit presented here, the method having the following step:
- Durchstrahlen des ersten und zweiten optischen Elementes im optischen Pfad mit Licht. - Shining through the first and second optical elements in the optical path with light.
Auch mit einer solchen Variante lassen sich die vorstehend genannten Vorteile effizient und kostengünstig realisieren. The aforementioned advantages can also be implemented efficiently and cost-effectively with such a variant.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. A computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory, and for performing, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is also advantageous is used, especially when the program product or program is executed on a computer or device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the description below. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes mit einer Lichtquelle und einer Optikeinheit; und 1 shows a schematic representation of a lighting unit according to an embodiment of the approach presented here with a light source and an optical unit; and
Fig. 2A eine Querschnittsdarstellung durch das erste optische Element in Detailansicht; 2A shows a cross-sectional illustration through the first optical element in a detailed view;
Fig. 2B eine Querschnittsdarstellung durch das zweite optische Element in Detailansicht; Fig. 3 in Teilfiguren 3A, 3B, 3C und 3D die Anordnung jeweils des ersten optischen Elementes in Bezug zum zweiten optischen Element eines Ausführungsbeispiels einer Optikeinheit; und 2B shows a cross-sectional illustration through the second optical element in a detailed view; 3 in sub-figures 3A, 3B, 3C and 3D the arrangement of the first optical element in relation to the second optical element of an embodiment of an optical unit; and
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of advantageous exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, a repeated description of these elements being dispensed with.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinheit 100 mit einer Lichtquelle 1 10, die zur Ausgabe eines Laserstrahls 1 15 ausgebildet ist. Der Laserstrahl 1 15 wird in einen optischen Pfad 120 einer Optikeinheit 125 eingespeist, wobei die Optikeinheit 125 ein erstes optisches Element 130 und ein im optischen Pfad 120 dem ersten optischen Element 130 nachfolgend angeordnetes zweites optisches Element 135 aufweist das erste optische Element 130 ist beispielsweise als Zerstreuungslinse ausgebildet, wogegen das zweite optische Element 135 als Sammellinse ausgebildet ist. In einer solchen Konfiguration arbeitet die Optikeinheit 125 als Strahlaufweiter, was aus der Darstellung der Figur 1 auch ersichtlich ist, da der in die Optikeinheit 125 eingespeist die Laserstrahl 1 15 einen kleineren Durchmesser aufweist, als der aus der Optikeinheit 124 ausgestrahlte Laserstrahl 140. Eine solche Konfiguration es insbesondere für die Materialbearbeitung sehr hilfreich, da beispielsweise zum Schneiden oder Schweißen von unterschiedlichen Materialien oder in unterschiedlichen Anwendungsszenarien unterschiedlich breite Laserstrahlen benötigt werden, wogegen standardisierte Laserlichtquellen wie die in der Figur 1 dargestellte Lichtquelle 1 10 meist lediglich einen Laserstrahl 1 15 mit einem bestimmten Querschnitt bereitstellen können. FIG. 1 shows a schematic representation of a lighting unit 100 with a light source 110 which is designed to output a laser beam 115. The laser beam 115 is fed into an optical path 120 of an optical unit 125, the optical unit 125 having a first optical element 130 and a second optical element 135 arranged in the optical path 120 following the first optical element 130. The first optical element 130 is, for example, as Formed diverging lens, whereas the second optical element 135 is formed as a converging lens. In such a configuration, the optical unit 125 works as a beam expander, which can also be seen from the illustration in FIG. 1, since the laser beam 115 fed into the optical unit 125 has a smaller diameter than the laser beam 140 emitted from the optical unit 124 Configuration, it is particularly helpful for material processing, since, for example, laser beams of different widths are required for cutting or welding different materials or in different application scenarios, whereas standardized laser light sources such as the light source 110 shown in FIG. 1 usually only have one laser beam 115 with a specific one Can provide cross-section.
In herkömmlichen Systemen mit einer Optikeinheit wie der in der Figur 1 dargestellten Optikeinheit 125 sind nun die Oberflächen des ersten optischen Elementes 130 und/oder des zweiten optischen Elementes 135 nicht speziell strukturiert, sodass aus dem Laserstrahl 1 15, der beispielsweise dem ersten optischen Element 130 zugeführt wird, ein reflektierter Teil-Laserstrahl an einer Oberfläche des ersten optischen Elementes 130 reflektiert wird, der in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 145 versehen ist. Denkbar ist auch, dass ein solcher entsprechender Teil-Laserstrahl an einer Oberfläche des zweiten optischen Elementes 135 reflektiert wird, und auf eine Wand oder ein Gehäuse der Optikeinheit 125 trifft. Dies führt einerseits dazu, dass die Intensität des aus der Optikeinheit 120 austretenden Laserstrahls 140 gemindert wird, da entsprechende Teil- Laserstrahlen wie der Strahl 145 eine Verlustleistung bedeuten, als auch andererseits dazu, dass diejenigen Positionen des Gehäuses der Optikeinheit 125, die von den entsprechenden Teil-Laserstrahlen wie dem Strahl 145 getroffen werden, sich erwärmen und somit aus denen. Dies führt dazu, dass die Halterungen des ersten optischen Elementes 130 und/oder zweiten optischen Elementes 135 nicht mehr an exakt definierten Positionen in der Optikeinheit 125 gehalten werden, sodass durch die auch geringfügige Positionsänderung Änderungen im optischen Verhalten des ersten optischen Elementes 130 und/oder des zweiten optischen Elementes 135 bewirkt wird, die sich auf die Form des aus der Optikeinheit 125 ausgestrahlten Laserstrahl 140 auswirkt. Hierdurch kann auch eine Qualitätsminderung des Werkstücks verursacht werden, die mit einem solchen aus der Optikeinheit 125 ausgestrahlten Lichtstrahl 140 bearbeitet werden. In conventional systems with an optical unit such as the optical unit 125 shown in FIG. 1, the surfaces of the first optical element 130 and / or of the second optical element 135 are not specially structured, so that from the laser beam 115, for example the first optical element 130 is supplied, a reflected partial laser beam is reflected on a surface of the first optical element 130, which is provided with the reference number 145 in FIG. It is also conceivable that such a corresponding partial laser beam is reflected on a surface of the second optical element 135 and onto a wall or a housing of the Optical unit 125 hits. This leads, on the one hand, to the fact that the intensity of the laser beam 140 exiting from the optics unit 120 is reduced, since corresponding partial laser beams such as beam 145 mean a power loss, and on the other hand, to the fact that those positions of the housing of the optics unit 125 that are affected by the Partial laser beams like the beam 145 are hit, heat up and thus out of which. This means that the holders of the first optical element 130 and / or second optical element 135 are no longer held at precisely defined positions in the optical unit 125, so that changes in the optical behavior of the first optical element 130 and / or due to the slight change in position of the second optical element 135 is effected, which affects the shape of the laser beam 140 emitted from the optical unit 125. This can also cause a reduction in the quality of the workpiece that is processed with such a light beam 140 emitted from the optical unit 125.
Um nun solche Qualitätsverluste durch unbeabsichtigte Reflexionen oder Diffusionen von Lichtstrahlen an dem ersten optischen Element 130 und/oder der zweiten optischen Element 135 zu vermeiden, wird nun im ersten optischen Element 130 und im zweiten optischen Element 135 an zumindest jeweils einer Oberfläche eine entsprechende Struktur aufgebracht, wie dies nachfolgend näher beschrieben ist. In order to avoid such quality losses due to unintentional reflections or diffusions of light rays on the first optical element 130 and / or the second optical element 135, a corresponding structure is now applied to at least one surface in the first optical element 130 and in the second optical element 135 as described in more detail below.
Figur 2A zeigt eine Querschnittsdarstellung durch das erste optische Element 130 in Detailansicht, wobei erkennbar ist, dass das erste optische Element 130 an einer ersten Oberfläche 200 eine erste Struktur 210 aufweist. Die erste Oberfläche 200 ist hierbei beispielsweise diejenige Seite des ersten optischen Elementes 130, die dem einfallenden Lichtstrahl 1 15 abgewandt ist. An der ersten Oberfläche 200 ist hierbei die erste Struktur 210 angeordnet, die die Ausnehmungen 220 aufweist, die mit zunehmender Tiefe von der ersten Oberfläche 200 einen geringeren Querschnitt aufweisen. Erkennbar ist dies in der Darstellung aus Figur 2A dadurch, dass die Ausnehmung in 220 in der ersten Oberfläche 200 mit zunehmender Tiefe in das Material des ersten optischen Elementes 130 schmaler werden, sich also verjüngen. Beispielsweise können sich die Ausnehmungen 220 kegelförmig oder pyramidenförmig von der ersten Oberfläche 200 in das Material des ersten optischen Elementes 130 hinein erstrecken. Günstig ist ferner auch, wenn sich die erste Struktur 210 über möglichst die gesamte erste Oberfläche 200 des ersten optischen Elementes 130 hinweg erstreckt, das bedeutet, dass die gesamte Oberfläche der dem Lichtstrahl 1 15 abgewandten Seite des ersten optischen Elementes 130 mit der ersten Struktur 210 bedeckt ist. Günstigerweise ist ferner die Tiefe und/oder Breite der Ausnehmungen 220 so dimensioniert, dass sie kleiner als die Wellenlänge des Lichtes des Lichtstrahls 1 15 ist, der in das erste optische Element 130 eingestrahlt wird. FIG. 2A shows a cross-sectional illustration through the first optical element 130 in a detailed view, it being possible to see that the first optical element 130 has a first structure 210 on a first surface 200. The first surface 200 is here, for example, that side of the first optical element 130 which faces away from the incident light beam 115. In this case, the first structure 210 is arranged on the first surface 200 and has the recesses 220, which have a smaller cross section with increasing depth from the first surface 200. This can be seen in the illustration from FIG. 2A in that the recess in 220 in the first surface 200 becomes narrower with increasing depth into the material of the first optical element 130, that is to say taper. For example, the recesses 220 can extend in a conical or pyramid shape from the first surface 200 into the material of the first optical element 130. It is also favorable if the first structure 210 extends as far as possible over the entire first surface 200 of the first optical element 130, which means that the entire surface of the side of the first optical element 130 facing away from the light beam 115 has the first structure 210 is covered. The depth and / or is also favorable The width of the recesses 220 is dimensioned such that it is smaller than the wavelength of the light of the light beam 115 which is radiated into the first optical element 130.
Die erste Struktur 210 bewirkt nun, dass der Lichtstrahl 1 15, der in das erste optische Element 130 eintritt, an der Austrittsseite des ersten optischen Elementes 130 keinen abrupten Sprung des Brechungsindexes erfährt, sondern durch die Ausnehmungen 220, die kontinuierlich in Richtung der Oberfläche 200 des ersten optischen Elementes 130 breiter werden quasi eine kontinuierliche Änderung des Brechungsindexes vom Brechungsindex des Materials des ersten optischen Elementes 130 zum Brechungsindex des Mediums außerhalb des ersten optischen Elementes 130, hier beispielsweise Luft, erfahren. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass beispielsweise ein einzelnen Unebenheiten der ersten Oberfläche 200 Reflexionen und/oder Diffusionen von Licht des Lichtstrahls 1 15 bewirkt wird, der, wie vorstehend ausgeführt, eine Verschlechterung der Bearbeitungsmöglichkeit eines Werkstücks durch einen aus der Optikeinheit 120 austretenden Lichtstrahl 140 verursacht. Vielmehr kann durch den simulierten kontinuierlichen Übergang des Brechungsindexes eine scharfe Fokussierung bzw. Aufweitung des Lichtstrahls 1 15 erreicht werden. The first structure 210 now has the effect that the light beam 115, which enters the first optical element 130, does not experience an abrupt jump in the refractive index on the exit side of the first optical element 130, but rather through the recesses 220, which are continuous in the direction of the surface 200 of the first optical element 130 wider, a continuous change in the refractive index from the refractive index of the material of the first optical element 130 to the refractive index of the medium outside the first optical element 130, here for example air, is experienced. In this way it can be avoided that, for example, a single unevenness of the first surface 200 is caused by reflections and / or diffusions of light of the light beam 115, which, as stated above, worsens the processing possibility of a workpiece by a light beam exiting from the optical unit 120 140 caused. Rather, through the simulated continuous transition of the refractive index, a sharp focusing or widening of the light beam 115 can be achieved.
Um die erste Struktur 210 in die erste Oberfläche 200 des ersten optischen Elementes 130 eindringen zu können, wird beispielsweise ein Ätzverfahren verwendet, welches beispielsweise aus der Halbleiterstrukturierung bekannt ist Beziehungsweise entsprechend zur Strukturierung des Materials des ersten optischen Elementes 130 angepasst werden kann. Günstig ist auch, wenn die Ausnehmungen 220 und die dazwischenliegenden Erhebungen 230 möglichst zyklisch wiederholt in die erste Oberfläche 200 eingebracht werden, da auf diese Weise über einen großen Flächenabschnitt ein möglichst gleichmäßiges optisches Verhalten der ersten Struktur 210 erreicht werden kann. In order to be able to penetrate the first structure 210 into the first surface 200 of the first optical element 130, an etching method is used, for example, which is known for example from semiconductor structuring or can be adapted accordingly to the structuring of the material of the first optical element 130. It is also favorable if the recesses 220 and the elevations 230 in between are introduced into the first surface 200 as cyclically as possible, since in this way the most uniform possible optical behavior of the first structure 210 can be achieved over a large surface section.
Günstig ist weiterhin, wenn nicht nur die erste Struktur 210 an der ersten Oberfläche 200 des ersten optischen Elementes 130 eingebracht wird, sondern wenn beispielsweise auch an einer Einfallsseite des Lichtstrahls 1 15 eine entsprechende Struktur 250 in eine Oberfläche 260 des ersten optischen Elementes 130 eingebracht wird. Hierbei wird die Oberfläche 260 des ersten optischen Elementes 130, die dem einfallende Lichtstrahl 1 15 zugewandt ist, als dritte Oberfläche 260 bezeichnet, wobei die in die dritte Oberfläche 260 eingebrachte Struktur als dritte Struktur 250 bezeichnet wird. Die dritte Struktur 250 kann hierbei analog zur ersten Struktur 210, nun jedoch auf die dritte Oberfläche 260, ausgebildet oder eingebracht werden, sodass beispielsweise ein einheitliches Herstellungsverfahren für die erste Struktur 210 und die dritte Struktur 250 angewendet werden kann, wobei beispielsweise jedoch lediglich das erste optische Element 130 gedreht werden braucht. Auf diese Weise lässt sich sowohl eine Reflexion bzw. Diffusion auf einer Lichteintrittsseite des ersten optischen Elementes 130, also auf der dritten Oberfläche 260, als auch auf der Lichtaustrittsseite des ersten optischen Elementes 130, also an der ersten Oberfläche 200 reduzieren oder ganz zu vermeiden. It is also favorable if not only the first structure 210 is introduced on the first surface 200 of the first optical element 130, but also, for example, if a corresponding structure 250 is introduced into a surface 260 of the first optical element 130 on an incidence side of the light beam 115 . In this case, the surface 260 of the first optical element 130, which faces the incident light beam 115, is referred to as the third surface 260, the structure introduced into the third surface 260 being referred to as the third structure 250. The third structure 250 can hereby be formed or introduced analogously to the first structure 210, but now on the third surface 260, so that, for example, a uniform Manufacturing method for the first structure 210 and the third structure 250 can be used, but for example only the first optical element 130 needs to be rotated. In this way, both a reflection or diffusion on a light entry side of the first optical element 130, ie on the third surface 260, and on the light exit side of the first optical element 130, ie on the first surface 200, can be reduced or avoided entirely.
Figur 2B zeigt eine Querschnittsdarstellung durch das zweite optische Element 135 in Detailansicht, wobei ebenfalls erkennbar ist, dass das zweite optische Element 135 an einer zweiten Oberfläche 270 eine zweite Struktur 275 aufweist. Die zweite Oberfläche 270 ist hierbei beispielsweise diejenige Seite des zweiten optischen Elementes 135, die dem ausgehenden Lichtstrahl 140 aus Figur 1 zugewandt ist. Auf der zweiten Oberfläche 270 ist dabei die zweite Struktur 275 angeordnet, die Ausnehmung 277 aufweist, die ebenfalls mit zunehmender Tiefe von der zweiten Oberfläche 270 einen geringeren Querschnitt aufweisen. Erkennbar ist dies ebenfalls in der Darstellung aus der Figur 2B dadurch, dass die Ausnehmungen 277 mit zunehmender Tiefe in das Material des zweiten optischen Elementes 135 schmaler werden, also Sie ebenfalls verjüngen. Beispielsweise können sich auch die Ausnehmungen 277 kegelförmig oder pyramidenförmig von der zweiten Oberfläche 270 in das Material des zweiten optischen Elementes 135 hinein erstrecken. Günstig ist ferner auch, wenn sich die zweite Struktur 275 über möglichst die gesamte zweite Oberfläche 270 hinweg erstreckt, das bedeutet, dass die gesamte Oberfläche des dem ausgehenden Lichtstrahl 140 zugewandten Seite des zweiten optischen Elementes 135 mit der zweiten Struktur 270 bedeckt ist. Günstigerweise ist ferner die Tiefe und/oder breite der Ausnehmung in 277 so dimensioniert, dass Sie ebenfalls kleiner als die Wellenlänge des Lichtes des Lichtstrahls ist, der in das zweite optische Element 135 eingestrahlt wird. FIG. 2B shows a cross-sectional illustration through the second optical element 135 in a detailed view, wherein it can also be seen that the second optical element 135 has a second structure 275 on a second surface 270. The second surface 270 is here for example that side of the second optical element 135 which faces the outgoing light beam 140 from FIG. On the second surface 270, the second structure 275 is arranged, which has recess 277, which also have a smaller cross section with increasing depth from the second surface 270. This can also be seen in the illustration from FIG. 2B in that the recesses 277 become narrower with increasing depth into the material of the second optical element 135, that is to say they also taper. For example, the recesses 277 can also extend in a conical or pyramid shape from the second surface 270 into the material of the second optical element 135. It is also favorable if the second structure 275 extends as far as possible over the entire second surface 270, which means that the entire surface of the side of the second optical element 135 facing the outgoing light beam 140 is covered with the second structure 270. Furthermore, the depth and / or width of the recess in 277 is expediently dimensioned in such a way that it is likewise smaller than the wavelength of the light of the light beam which is radiated into the second optical element 135.
Insofern kann angemerkt werden, dass die zweite Struktur 275, die entsprechende Ausnehmungen 277 mit dazwischenliegenden Erhebungen 280 umfasst, analog zur ersten Struktur 210 und/oder zur dritten Struktur 250 aufgebaut oder ausgebildet sein kann, wodurch sich die Herstellung der entsprechenden Strukturen 210,250 und/oder 275 mit einer einheitlichen Strukturierungstechnologie, nun jedoch auf unterschiedliche optische Elemente wie das erste optische Element 130 oder das zweite optische Element 135 eindringen lässt. Die Wirkung der zweiten Struktur 275 ist hierbei analog der Wirkung der ersten Struktur 210 bzw. der Wirkung der dritten Struktur 250, wie sie bereits mit Bezug zur Figur 2A näher erläutert wurde Zusätzlich kann auch noch auf einer der zweiten Oberfläche 270 gegenüberliegenden vierten Oberfläche 285 eine vierte Struktur 290 eingebracht werden, die ebenfalls analog zur ersten Struktur 210 und/oder zur dritten Struktur 250 und/oder zur zweiten Struktur 275 ausgebildet ist, also beispielsweise gleiche Formen der Ausnehmungen, Abmessungen in Tiefe und/oder Breite aufweist und/oder vollständig über die entsprechende vierte Oberfläche 285 erstreckt ist. Die vierte Struktur 290 wirkt dabei ebenfalls analog wie die erste Struktur 210, die dritte Struktur 215 und/oder die zweite Struktur 275. In this respect, it can be noted that the second structure 275, which comprises corresponding recesses 277 with intervening elevations 280, can be constructed or designed analogously to the first structure 210 and / or the third structure 250, whereby the production of the corresponding structures 210, 250 and / or 275 with a uniform structuring technology, but now allows different optical elements such as the first optical element 130 or the second optical element 135 to penetrate. The effect of the second structure 275 is here analogous to the effect of the first structure 210 or the effect of the third structure 250, as has already been explained in more detail with reference to FIG. 2A In addition, a fourth structure 290 can also be introduced on a fourth surface 285 opposite the second surface 270, which is also formed analogously to the first structure 210 and / or to the third structure 250 and / or to the second structure 275, so for example the same shapes as the Has recesses, dimensions in depth and / or width and / or extends completely over the corresponding fourth surface 285. The fourth structure 290 also acts analogously to the first structure 210, the third structure 215 and / or the second structure 275.
Wird nun das erste optische Element 130 mit der ersten Struktur 210 an der ersten Oberfläche 200 sowie der dritten Struktur 250 an der dritten Oberfläche 260 versehen als auch das zweite optische Element 135 mit der zweiten Struktur 275 an der zweiten Oberfläche 270 als auch mit der vierten Struktur 290 an der vierten Oberfläche 275 versehen, lässt sich auf diese Weise eine Optikeinheit 125 schaffen, die eine sehr geringe Neigung einer Reflexion oder Diffusion des in die Optikeinheit eingestreuten Lichtstrahls 1 15 aufweist, sodass einerseits eine hohe Intensität des aus der Optikeinheit 125 ausgehenden Lichtstrahls 140 erreicht werden kann, als auch und gewünschte Erwärmungen an einem Gehäuse der Optikeinheit 125 bewirkt werden, die zur einer fehlerhaften optischen Anordnung des ersten optischen Elementes 130 in Bezug zum zweiten optischen Element 135 führt. If the first optical element 130 is now provided with the first structure 210 on the first surface 200 and the third structure 250 on the third surface 260, as well as the second optical element 135 with the second structure 275 on the second surface 270 and with the fourth Provided structure 290 on the fourth surface 275, an optical unit 125 can be created in this way, which has a very low tendency for reflection or diffusion of the light beam 1 15 scattered into the optical unit, so that on the one hand a high intensity of the light beam emanating from the optical unit 125 140 can be achieved, and desired heating can be brought about on a housing of the optical unit 125, which leads to a faulty optical arrangement of the first optical element 130 in relation to the second optical element 135.
Figur 3 zeigt in vier Teilfiguren 3A, 3B, 3C und 3D die Anordnung jeweils des ersten optischen Elementes 130 in Bezug zum zweiten optischen Element 135 eines Ausführungsbeispiels einer Optikeinheit 125, wobei diesem Fall das erste optische Element 130 die erste Struktur 210 an der ersten Oberfläche 200 sowie die dritte Struktur 250 an der dritten Oberfläche 260 aufweist und das zweite optische Element 135 an der zweiten Oberfläche 270 die zweite Struktur 275 und an der vierten Oberfläche 285 die vierte Struktur 290. Die entsprechenden Strukturen sind hierbei lediglich in der Teilfigur 3A explizit dargestellt, wobei auch in den weiteren Teilfiguren 3B, 3C oder 3D das erste optische Element 130 die betreffende erste und dritte Struktur als auch das zweite optische Element 135 die betreffende zweite und vierte Struktur aufweist, auch wenn dies nicht explizit dargestellt ist. Dargestellt ist hierbei eine Ausführungsform der Optikeinheit 125, die als Strahlaufweiter arbeitet, wobei ein Querschnitt des Eingangsstrahls 1 15 um das Vierfache aufgeweitet wird, sodass der Querschnitt des Ausgangsstrahls 140 viermal dem Querschnitt des Eingangsstrahls 1 15 entspricht. In der Teilfigur 3A ist eine Konfiguration des ersten optischen Elementes 130 sowie des zweiten optischen Elementes 135 wiedergegeben, bei der der Eingangslichtstrahl 1 15 mit einer Wellenlänge von beispielsweise 355 Nanometer durch die in der Figur 3A nicht dargestellte Lichtquelle auf das erste optische Element 130 eingestellt wird. Der Abstand zwischen dem ersten optischen Element 130 und dem zweiten optischen Element 135 beträgt hierbei beispielsweise 61 , 109 Millimeter, wobei ein Krümmungsradius der vierten Oberfläche 264 beispielsweise 314 Millimeter beträgt. Ein Krümmungsradius der zweiten Oberfläche 270 kann hierbei für alle zweiten optischen Elemente 135, die in den Teilfiguren der Figur 3 dargestellt sind, gleichbleiben. Weiterhin ist auch die Ausformung des ersten optischen Elementes 130 als Linse in allen Teilfiguren der Figur 3 gleich. FIG. 3 shows in four sub-figures 3A, 3B, 3C and 3D the arrangement of the first optical element 130 in relation to the second optical element 135 of an exemplary embodiment of an optical unit 125, in this case the first optical element 130 and the first structure 210 on the first surface 200 and the third structure 250 on the third surface 260 and the second optical element 135 on the second surface 270 has the second structure 275 and on the fourth surface 285 the fourth structure 290. The corresponding structures are only shown explicitly in FIG. 3A , the first optical element 130 also having the relevant first and third structure and the second optical element 135 also having the relevant second and fourth structure in the further sub-figures 3B, 3C or 3D, even if this is not explicitly shown. This shows an embodiment of the optics unit 125 that works as a beam expander, a cross section of the input beam 115 being expanded four times, so that the cross section of the output beam 140 corresponds four times to the cross section of the input beam 115. Part 3A shows a configuration of the first optical element 130 and of the second optical element 135 in which the input light beam 115 with a wavelength of, for example, 355 nanometers is set onto the first optical element 130 by the light source not shown in FIG. 3A . The distance between the first optical element 130 and the second optical element 135 is, for example, 61, 109 millimeters, with a radius of curvature of the fourth surface 264 being, for example, 314 millimeters. A radius of curvature of the second surface 270 can remain the same for all second optical elements 135 that are shown in the partial figures of FIG. Furthermore, the shape of the first optical element 130 as a lens is the same in all of the partial figures in FIG.
In der Teilfigur 3B ist eine Konfiguration des ersten optischen Elementes 130 in Bezug zum zweiten optischen Element 135 dargestellt, wobei nun diese Konfiguration für Licht des Eingangslichtstrahls 1 15 mit einer Wellenlänge von 532 Nanometer ausgelegt ist. In diesem Fall beträgt der Abstand D zwischen dem ersten optischen Element 130 und dem zweiten optischen Element 135 beispielsweise 61 ,135 Millimeter, wogegen der Krümmungsradius der vierten Oberfläche 285 260 Millimeter beträgt. Part 3B shows a configuration of the first optical element 130 in relation to the second optical element 135, this configuration now being designed for light of the input light beam 115 with a wavelength of 532 nanometers. In this case, the distance D between the first optical element 130 and the second optical element 135 is, for example, 61.135 millimeters, whereas the radius of curvature of the fourth surface 285 is 260 millimeters.
In der Teilfigur 3C ist eine Konfiguration des optischen Elementes 130 in Bezug zum zweiten optischen Element 135 dargestellt, wobei nun diese Konfiguration für Licht des Eingangslichtstrahls 1 15 mit einer Wellenlänge von 800 Nanometer ausgelegt ist. In diesem Fall beträgt der Abstand D zwischen dem ersten optischen Element 130 und dem zweiten optischen Element 135 62,169 Millimeter, wogegen der Krümmungsradius der vierten Oberfläche 285 260 Millimeter beträgt. Es ist also erkennbar, dass der Abstand zwischen dem ersten optischen Element 130 und dem zweiten optischen Element 135 mit zunehmender Wellenlänge länger wird, was durch eine Dispersion des Brechungsindex verursacht ist. Partial FIG. 3C shows a configuration of the optical element 130 in relation to the second optical element 135, this configuration now being designed for light of the input light beam 115 with a wavelength of 800 nanometers. In this case, the distance D between the first optical element 130 and the second optical element 135 is 62.169 millimeters, whereas the radius of curvature of the fourth surface 285 is 260 millimeters. It can thus be seen that the distance between the first optical element 130 and the second optical element 135 becomes longer with increasing wavelength, which is caused by a dispersion of the refractive index.
In der Teilfigur über 3D ist eine Konfiguration des optischen Elementes 130 in Bezug zum zweiten optischen Element 135 dargestellt, wobei nun diese Konfiguration für Licht des Eingangslichtstrahls 1 15 von 1064 Nanometer ausgelegt ist. In diesem Fall beträgt der Abstand D zwischen dem ersten optischen Element 130 dem zweiten optischen Element 135 58,836 Millimeter, wogegen der Krümmungsradius der vierten Oberfläche 285 196 Millimeter beträgt. Günstiges des beispielsweise auch, wenn das erste optische Element 130 und/oder das zweite optische Element 135 zueinander beweglich ausgestaltet sind. Auf diese Weise kann durch beispielsweise eine Verschiebung des ersten optischen Elements 130 in Bezug zum zweiten optischen Element 135 eine Anpassung an eine Wellenlänge des Lichts erfolgen, welches als Eingangslichtstrahl 1 15 in die Optikeinheit 125 eingestrahlt wird. Je nachdem in welchem Anwendungsszenario die Optikeinheit 125 betrieben werden soll, beispielsweise welches Material gerade bearbeitet werden soll und eine entsprechende Wellenlänge des Lichtstrahls 1 15 erfordert. Denkbar ist auch, dass beispielsweise das zweite optische Element 135 austauschbar ist, wodurch nun mit sehr einfachen Mitteln auch eine Anpassung des Einsatzszenarios für die Optikeinheit 125 erreicht wird. Durch das Vorsehen des ersten optischen Elementes 130 mit der ersten Struktur 210 und eventuell günstigerweise noch der dritten Struktur 250 als auch des zweiten optischen Elementes 130 mit der zweiten Struktur 275 und eventuell günstigerweise noch der vierten Struktur 290 lässt sich somit einerseits sehr effizient und einfach die entsprechende Strukturierung des ersten optischen Element 1 30 als auch des zweiten optischen Elementes 135 vornehmen, wodurch mit kostengünstigen Mitteln ein sehr flexibel einsetzbare Optikeinheit geschaffen werden kann, die reduzierte Reflexionen und eine geringe Diffusion von eingestrahltem Licht 1 15 ermöglicht. Figur 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren 400 zum Betreiben einer Optikeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. Das Verfahren 400 umfasst den Schritt 410 des Durchstrahlens des ersten und zweiten optischen Elementes im optischen Pfad mit Licht. The partial figure above 3D shows a configuration of the optical element 130 in relation to the second optical element 135, this configuration now being designed for light of the input light beam 115 of 1064 nanometers. In this case, the distance D between the first optical element 130 and the second optical element 135 is 58.836 millimeters, whereas the radius of curvature of the fourth surface 285 is 196 millimeters. It is also advantageous, for example, if the first optical element 130 and / or the second optical element 135 are designed to be movable relative to one another. In this way, by shifting the first optical element 130 in relation to the second optical element 135, for example, an adaptation to a wavelength of the light which is radiated into the optical unit 125 as an input light beam 115 can take place. Depending on the application scenario in which the optical unit 125 is to be operated, for example which material is currently to be processed and requires a corresponding wavelength of the light beam 115. It is also conceivable that, for example, the second optical element 135 can be exchanged, as a result of which an adaptation of the usage scenario for the optical unit 125 is now achieved with very simple means. By providing the first optical element 130 with the first structure 210 and possibly also the third structure 250 and also the second optical element 130 with the second structure 275 and possibly also the fourth structure 290, on the one hand, the undertake corresponding structuring of the first optical element 130 and the second optical element 135, whereby a very flexible optical unit can be created with inexpensive means, which enables reduced reflections and a low diffusion of irradiated light 115. FIG. 4 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of the approach presented here as a method 400 for operating an optical unit according to an exemplary embodiment of the approach presented here. The method 400 comprises the step 410 of irradiating the first and second optical elements in the optical path with light.

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Optikeinheit (125), insbesondere Strahlaufweiter, mit folgenden Merkmalen: 1 . Optical unit (125), in particular beam expander, with the following features:
einem in einem optischen Pfad (120) angeordneten ersten optischen Element (130), das auf einer im optischen Pfad (120) angeordneten ersten Oberfläche (200) eine erste Struktur (210) aufweist, wobei die erste Struktur (210) Ausnehmungen (220) in der ersten Oberfläche (200) des ersten optischen Elements (130) aufweist, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des ersten optischen Elements (130) einen abnehmenden Querschnitt aufweisen; und einem in dem optischen Pfad (120) angeordneten zweiten optischen Element (135), das auf einer im optischen Pfad (120) angeordneten zweiten Oberfläche (270) eine zweite Struktur (275) aufweist, wobei die zweite Struktur (275) Ausnehmungen in der zweiten Oberfläche (270) des zweiten optischen Elements (135) enthält, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des zweiten optischen Elements (135) einen abnehmenden Querschnitt aufweisen. a first optical element (130) which is arranged in an optical path (120) and has a first structure (210) on a first surface (200) arranged in the optical path (120), the first structure (210) having recesses (220) in the first surface (200) of the first optical element (130), which have a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the first optical element (130); and a second optical element (135) arranged in the optical path (120) and having a second structure (275) on a second surface (270) arranged in the optical path (120), the second structure (275) having recesses in the second surface (270) of the second optical element (135), which have a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the second optical element (135).
2. Optikeinheit (125) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (130) auf einer im optischen Pfad (120) angeordneten dritten Oberfläche (260) eine dritte Struktur (250) aufweist, insbesondere wobei die dritte Oberfläche (260) der ersten Oberfläche (200) gegenüberliegt, wobei die dritte Struktur (260) Ausnehmungen in der dritten Oberfläche (260) des ersten optischen Elements (130) aufweist, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des ersten optischen Elements (130) einen abnehmenden Querschnitt aufweist und/oder wobei das zweite optische Element (135) auf einer im optischen Pfad (120) angeordneten vierten Oberfläche (285) eine vierte Struktur (290) aufweist, insbesondere wobei die vierte Oberfläche (285) der zweiten Oberfläche (270) gegenüberliegt, wobei die vierte Struktur (290) Ausnehmungen in der vierten Oberfläche (285) des zweiten optischen Elements (135) aufweist, die mit zunehmender Tiefe in Richtung des zweiten optischen Elements (135) einen abnehmenden Querschnitt aufweist. 2. Optical unit (125) according to claim 1, characterized in that the first optical element (130) has a third structure (250) on a third surface (260) arranged in the optical path (120), in particular wherein the third surface (260 ) opposite the first surface (200), the third structure (260) having recesses in the third surface (260) of the first optical element (130), which has a decreasing cross section with increasing depth in the direction of the first optical element (130) and / or wherein the second optical element (135) has a fourth structure (290) on a fourth surface (285) arranged in the optical path (120), in particular wherein the fourth surface (285) is opposite the second surface (270), wherein the fourth structure (290) has recesses in the fourth surface (285) of the second optical element (135), which decrease with increasing depth in the direction of the second optical element (135) has ends cross-section.
3. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktur (210) und die zweite Struktur (275) gleichartig sind, insbesondere wobei auch die dritte Struktur (250) und die vierte Struktur (290) gleichartig sind und/oder wobei die erste Struktur (210) und die dritte Struktur (250) gleichartig sind und/oder wobei die zweite Struktur (275) und die vierte Struktur (290) gleichartig sind. 3. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the first structure (210) and the second structure (275) are of the same type, in particular wherein the third structure (250) and the fourth structure (290) are also of the same type and / or wherein the first structure (210) and the third structure (250) are identical and / or wherein the second structure (275) and the fourth structure (290) are identical.
4. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (220) der ersten Struktur (210) und/oder die Ausnehmungen der zweiten Struktur (277) eine Tiefe und/oder Breite aufweisen, die kleiner als ein Mikrometer ist, insbesondere die kleiner als 850 Nanometer oder kleiner als 600 Nanometer oder kleiner als 400 Nanometer ist. 4. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses (220) of the first structure (210) and / or the recesses of the second structure (277) have a depth and / or width that is smaller than a Micrometer, in particular which is smaller than 850 nanometers or smaller than 600 nanometers or smaller than 400 nanometers.
5. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erhebungen (230) in der ersten (210) und/oder zweiten Struktur (275) eine zyklisch wiederholte Form aufweisen und/oder wobei die erste Oberfläche (200) vollständig mit der ersten Struktur (210) strukturiert ist und/oder wobei die zweite Oberfläche (270) vollständig mit der zweiten Struktur (275) strukturiert oder bedeckt ist. 5. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that elevations (230) in the first (210) and / or second structure (275) have a cyclically repeated shape and / or wherein the first surface (200) completely is structured with the first structure (210) and / or wherein the second surface (270) is completely structured or covered with the second structure (275).
6. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (220) der ersten Struktur (210) ausgeformt sind, um sich mit zunehmender Tiefe in Richtung des ersten optischen Elementes (130) stetig zunehmend zu verjüngen oder dass die Ausnehmungen (277) der zweiten Struktur (275) ausgeformt sind, um sich mit zunehmender Tiefe in Richtung des zweiten optischen Elementes (135) stetig zunehmend zu verjüngen. 6. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses (220) of the first structure (210) are shaped to taper continuously with increasing depth in the direction of the first optical element (130) or that the recesses (277) of the second structure (275) are shaped in order to continuously taper with increasing depth in the direction of the second optical element (135).
7. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (135) einen größeren Durchmesser hat, als das erste optische Element (130) und/oder dass das erste optische Element (130) und das zweite optische Element (135) derart angeordnet sind, dass ein Lichtstrahl (1 15) zunächst das erste optische Element (130) und nachfolgend das zweite optische Element (135) durchstrahlt. 7. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the second optical element (135) has a larger diameter than the first optical element (130) and / or that the first optical element (130) and the second optical element (135) are arranged in such a way that a light beam (115) first shines through the first optical element (130) and subsequently the second optical element (135).
8. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (130) und/oder das zweite optische Element (135) als Linse ausgeformt ist, insbesondere wobei das erste optische Element (130) als Zerstreuungslinse ausgebildet ist und das zweite optische Element (135) als Sammellinse ausgebildet ist. 8. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the first (130) and / or the second optical element (135) is shaped as a lens, in particular wherein the first optical element (130) is designed as a diverging lens and the second optical element (135) is designed as a converging lens.
9. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (130) und das zweite optische Element (135) zueinander verstellbar angeordnet ist. 9. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the first (130) and the second optical element (135) are arranged to be adjustable to one another.
10. Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (130) und/oder das zweite optische Element (135) aus der Optikeinheit (125) auswechselbar angeordnet ist. 10. Optical unit (125) according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical element (130) and / or the second optical element (135) from the optical unit (125) is arranged to be exchangeable.
1 1 . Beleuchtungseinheit (100) mit einer Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche und einer Lichtquelle (1 10), die ausgebildet oder angeordnet ist, um einen Lichtstrahl (1 15) entlang des optischen Pfads (120) durch die Optikeinheit (125) zu senden. 1 1. Lighting unit (100) with an optical unit (125) according to one of the preceding claims and a light source (1 10) which is designed or arranged to direct a light beam (1 15) along the optical path (120) through the optical unit (125) send.
12. Beleuchtungseinheit (100) gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1 10) als Laserlichtquelle ausgebildet ist. 12. Lighting unit (100) according to claim 1 1, characterized in that the light source (1 10) is designed as a laser light source.
13. Verfahren (400) zum Betreiben einer Optikeinheit (125) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (400) den folgenden Schritt aufweist: 13. The method (400) for operating an optical unit (125) according to one of the preceding claims, wherein the method (400) comprises the following step:
Durchstrahlen (410) des ersten (130) und zweiten (135) optischen Elementes im optischen Pfad (120) mit Licht (1 15). Shining through (410) the first (130) and second (135) optical elements in the optical path (120) with light (115).
14. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, den Schritt des Verfahrens (400) gemäß Anspruch 13 in einer entsprechenden Einheit (1 10) auszuführen und/oder anzusteuern. 14. Computer program which is set up to execute and / or control the step of the method (400) according to claim 13 in a corresponding unit (1 10).
15. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist. 15. Machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 14 is stored.
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