DE10053101A1

DE10053101A1 - Laserstrahlkombiniervorrichtung und Laserkombinierverfahren zum Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen

Info

Publication number: DE10053101A1
Application number: DE2000153101
Authority: DE
Inventors: Bernhard Stadtmueller
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahlkombiniervorrichtung zum Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) zur Erzeugung der mindestens zwei Laserstrahlen mindestens zwei Laserstrahlquellen (24) aufweist, wobei die mindestens zwei Laserstrahlen durch mindestens ein Kombinierelement (12) zu einem Gesamtlaserstrahl kombinierbar sind, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) ein Sensorelement (14) aufweist, durch das die Energie des Gesamtlaserstrahls als Istwert erfaßbar ist, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) eine Vergleichseinheit (18) aufweist, durch die der Istwert mit einem Sollwert vergleichbar ist, wobei ein Korrekturfaktor ermittelbar ist, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) eine Kontrolleinheit (22) aufweist, durch die die Energie der einzelnen mindestens zwei Laserstrahlen der mindestens zwei Laserstrahlquellen (24) um den Korrekturfaktor korrigierbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Laserstrahlkombinierverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahlkombiniervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Laserstrahlkombinierverfahren.

Aus der Druckschrift US 4,689,482 ist eine Laserstrahlscanvorrichtung bekannt, die eine große Zahl an Halbleiterlasern aufweist, um mehrere Laserstrahlen zu erzeugen, die dann zu einem einzelnen Gesamtlaserstrahl kombiniert werden.

Ein in dieser Druckschrift beschriebener Steuermechanismus soll dazu dienen, daß der Gesamtlaserstrahl immer eine gleichmäßige Energie aufweist. Die Energie des Gesamtlaserstrahls wird deshalb durch ein Sensorelement erfaßt, das ein Laserstrahlenergiesignal erzeugt. Dieses Laserstrahlenergiesignal wird von einer Vergleichseinheit mit einem Referenzsignal verglichen, wobei ein Dif ferenzsignal gebildet wird, das zu einer oder auch zu zwei Kontrolleinheiten weitergeleitet wird. Jede Kontrolleinheit ist mit einer Laserantriebseinheit eines Halbleiterlasers gekoppelt und korrigiert über diese Laserantriebseinheit die Energieabgabe jeweils eines Halbleiterlasers unter Berücksichtigung des Diffe renzsignals. Die ein bzw. zwei Halbleiterlaser werden auf diese Weise geregelt und der jeweiligen Energie des Gesamtlaserstrahls angepaßt, während die rest lichen Halbleiterlaser ihren Betriebszustand dauerhaft beibehalten.

Nachteilig an der beschriebenen Laserstrahlscanvorrichtung ist jedoch, daß die jenigen Halbleiterlaser, die nicht geregelt werden, immer mit einer bestimmten Last, beispielsweise mit maximaler Last betrieben werden. In diesem Fall haben sie eine sehr viel kürzere Lebensdauer als die geregelten Halbleiterlaser.

Außerdem sind nachteiligerweise zwei Kontrolleinheiten und daher auch zwei Regelkreise erforderlich, wenn beispielsweise zwei Halbleiterlaser unter Verwen dung des ermittelten Differenzsignals geregelt werden. Sollen weitere Halb leiterlaser geregelt werden, müssen folglich auch weitere Kontrolleinheiten bzw. Regelkreise zur Verfügung gestellt werden. Diese Regelkreise müssen exakt aufeinander abgestimmt sein, was sich äußerst aufwendig gestaltet und deshalb auch entsprechend kostspielig ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Laserstrahlkombiniervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine einfache und kostengünstige Regelung beim Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen erreicht wird, durch die die Lebensdauer der einzelnen Laserstrahlquellen nicht unnötig verkürzt wird. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Laserstrahlkombinierverfahren bereitzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Laserstrahlkombiniervorrichtung zum Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen, wobei die Laserstrahlkombi niervorrichtung zur Erzeugung der mindestens zwei Laserstrahlen mindestens zwei Laserstrahlquellen aufweist, wobei die mindestens zwei Laserstrahlen durch mindestens ein Kombinierelement zu einem Gesamtlaserstrahl kombinierbar sind, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung ein Sensorelement aufweist, durch das die Energie des Gesamtlaserstrahls als Istwert erfaßbar ist, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung eine Vergleichseinheit aufweist, durch die der Istwert mit einem Sollwert vergleichbar ist, wobei ein Korrekturfaktor ermittelbar ist, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung eine Kontrolleinheit aufweist, durch die die Energie der einzelnen mindestens zwei Laserstrahlen der minde stens zwei Laserstrahlquellen um den Korrekturfaktor korrigierbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Laserstrahlkombiniervor richtung nur eine Kontrolleinheit und damit auch nur einen Regelkreis aufweisen muß, wenn die Energie aller Laserstrahlen um ein und denselben Korrekturfaktor korrigiert wird. Bei einer parallelen Anordnung der Laserstrahlquellen beträgt der Wert des Korrekturfaktors in etwa die Differenz von Ist- und Sollwert dividiert durch die Anzahl der Quellen. Da auf diese Art und Weise alle vorhandenen Laserstrahlquellen durch eine Kontrolleinheit regelbar sind, haben alle Laserstrahlquellen der erfindungsgemäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung auch annähernd die gleiche Lebensdauer. Dieses Regelkonzept vermindert außerdem die Herstellungskosten wesentlich gegenüber dem Stand der Technik, da weniger Bauelemente benötigt werden.

In einer ersten, überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die min destens zwei Laserstrahlquellen mit mindestens einem Strombegrenzer gekop pelt, so daß die einzelnen Laserstrahlquellen vor einer Überlastung geschützt werden.

Die mindestens zwei Laserstrahlquellen können in einem Schaltkreis parallel und/oder seriell angeordnet sein. Diese Anordnung in einem einzigen Schaltkreis ermöglicht ebenfalls einen besonders einfachen Aufbau mit einer geringen An zahl von Bauelementen. Außerdem reicht bei einer geeigneten Anordnung ein Strombegrenzer aus, um die mindestens zwei Laserstrahlquellen vor einer Überlastung zu schützen.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Laserstrahlkombiniervorrichtung eine Sicherungseinheit aufweist, durch die ein Signal KF erzeugbar ist, wenn der Korrekturfaktor einen Korrekturfaktor maximalwert überschreitet. Auch der Korrekturfaktor unterliegt somit einer Kon trolle, um möglicherweise fehlerhafte Korrekturen zu vermeiden, die beispiels weise auftreten, wenn das Sensorelement einen Defekt aufweist.

Die Laserstrahlkombiniervorrichtung kann außerdem eine weitere Sicherungs einheit aufweisen, durch die ein Signal L erzeugbar ist, wenn die den mindestens zwei Laserstrahlquellen zuzuführende Leistung einen Leistungsmaximalwert überschreitet oder einen Leistungsminimalwert unterschreitet. Auf diese Weise wird auch die den mindestens zwei Laserstrahlquellen zuzuführende Leistung kontrolliert.

Durch das Signal KF und/oder durch das Signal L kann beispielsweise eine Fehlermeldung erzeugbar sein, die einen Benutzer der Laserstrahlkombinier vorrichtung darüber informiert, daß ein Fehler aufgetreten ist und entsprechende Schritte einzuleiten sind. Die Fehlermeldung kann dem Benutzer beispielsweise optisch oder auch akustisch vermittelt werden.

Weiterhin kann die Kontrolleinheit durch das Signal KF und/oder durch das Signal L deaktivierbar sein. Dadurch wird verhindert, daß eine fehlerhafte Kor rektur vorgenommen wird, die zu einer Überlastung der mindestens zwei Laser strahlquellen führen würde.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht mindestens eine der mindestens zwei Laserstrahlquellen aus einer Laserdiode, die eine be sonders preiswerte, aber zweckmäßige Laserstrahlquelle darstellt.

Die obige Aufgabe wird gleichermaßen auch durch ein Laserstrahlkombinierver fahren zum Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen gelöst, in dem zu nächst mindestens zwei Laserstrahlen durch mindestens zwei Laserstrahlquellen erzeugt werden, die anschließend zu einem Gesamtlaserstrahl kombiniert werden. Nach dem Erfassen der Energie des Gesamtlaserstrahls als Istwert wird der Istwert mit einem Sollwert verglichen und anhand dieses Vergleichs ein Korrekturfaktor ermittelt. Daraufhin wird die Energie der einzelnen mindestens zwei Laserstrahlen der mindestens zwei Laserstrahlquellen um den Korrektur faktor durch eine Kontrolleinheit korrigiert.

Außerdem können die bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsge mäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung erwähnten Funktionen bei dem erfin dungsgemäßen Laserstrahlkombinierverfahren vorgesehen sein. Diese vorteil haften Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung,

Fig. 2 eine schematisch dargestellte Anordnung von Laserstrahlquellen und ihrer Regelung in einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Laserstrahlkombiniervorrichtung,

Fig. 3 eine schematisch dargestellte Anordnung von Laserstrahlquellen und deren Regelung in einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung und

Fig. 4 eine schematisch dargestellte Anordnung von Laserstrahlquellen und deren Regelung in einer dritten Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung.

In Fig. 1 ist ein schematischer Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung 10 dargestellt. Die Energie eines durch ein Kombinierelement 12 erhaltenen Gesamtlaserstrahls wird von einem Sensorelement 14, insbesondere einer Fotodiode, erfaßt. Ein daraufhin durch das Sensorelement 14 erzeugtes Signal kann beispielsweise durch einen Verstärker 16 amplifiziert und anschließend einer Vergleichseinheit 18 zugeführt werden, die einen so ermittelten Istwert der Gesamtstrahlenergie mit einem Soll wert vergleicht. Dabei kann der Sollwert in dieser Ausführungsform mit Hilfe eines Reglers 20 durch einen Benutzer der Laserstrahlkombiniervorrichtung 10 vorgegeben werden. Durch die Vergleichseinheit 18 wird ein Korrekturfaktor er mittelt, der an eine Kontrolleinheit 22 weitergeleitet wird. In einer alternativen Ausführungsform können die Vergleichseinheit 18 und die Kontrolleinheit 22 auch einteilig ausgebildet sein. Mit Hilfe der Kontrolleinheit 22 wird die Energie der Laserstrahlen, die von zwei Laserstrahlquellen 24 ausgesendet werden, um den Korrekturfaktor korrigiert, indem die beiden Antriebseinheiten 26 der zwei Laserstrahlquellen 24 entsprechend gesteuert werden. Als Laserstrahlquellen 24 werden insbesondere Laserdioden eingesetzt, deren Anzahl abweichend von der Darstellung in Fig. 1 in der Regel fünf bis zwanzig, insbesondere zehn bis fünf zehn, beträgt. Um die Laserstrahlquellen 24 vor einer Überlastung zu schützen, sind die Antriebseinheiten 26 mit Strombegrenzern 28 gekoppelt. Die erste Aus führungsform der erfindungsgemäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung 10 kann außerdem eine Sicherungseinheit (in Fig. 1 nicht dargestellt) aufweisen, die eine Fehlermeldung erzeugt, wenn der Korrekturfaktor einen Korrekturfaktormaxi malwert überschreitet. Insbesondere handelt es sich bei der Fehlermeldung um ein akustisches Signal, durch das der Benutzer darauf aufmerksam gemacht wird, daß ein Fehler vorliegt. Die Ursache eines solchen Fehlers kann bei spielsweise ein defektes Sensorelement 14 sein, das die tatsächliche Energie des Gesamtlaserstrahls nicht erfassen kann. Neben der Fehlermeldung kann die Sicherungseinheit dafür sorgen, daß die Kontrolleinheit 22 deaktiviert wird und daher keinen Einfluß mehr auf die Antriebseinheiten 26 ausübt. Die Sicherungs einheit kann insbesondere mit der Vergleichseinheit 18 und/oder mit der Kon trolleinheit 22 einstückig ausgebildet sein. Neben dem Korrekturfaktor kann auch die den Laserstrahlquellen 24 zuzuführende Leistung kontrolliert werden. Zu diesem Zweck kann eine weitere Sicherungseinheit (in Fig. 1 nicht gezeigt) vorgesehen sein, durch die ein Signal L erzeugbar ist, wenn die den Laserstrahl quellen 24 zuzuführende Leistung nicht in einem bestimmten Leistungsfenster liegt. Auch durch das Signal L kann eine Fehlermeldung erzeugt werden, die entweder akustisch oder optisch erfolgt. Zum Beispiel kann ein Warnhinweis auf einem Display (in Fig. 1 nicht dargestellt) der erfindungsgemäßen Laserstrahl kombiniervorrichtung 10 erscheinen. Ebenso kann das Signal L auch zu einer Deaktivierung der Kontrolleinheit 22 führen.

In Fig. 2 ist schematisch eine Anordnung der Laserstrahlquellen 24 der ersten Ausführungsform dargestellt. Die Laserstrahlquellen 24 sind hier in einem Stromkreis seriell angeordnet. Auf diese Weise kann ein einziger Transistor 30 dazu verwendet werden, die Energie der beiden von den Laserstrahlquellen 24 erzeugten Laserstrahlen um den Korrekturfaktor zu korrigieren. Dabei ist insbe sondere die Anordnung in einem einzigen Stromkreis von besonderem Vorteil, da so ein sehr einfaches System geschaffen wird, das äußerst günstig herge stellt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine schematisch dargestellte Anordnung von Laserstrahlquellen 24 in einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserstrahlkombinier vorrichtung, wobei diese zweite Ausführungsform fünf Laserstrahlquellen 24, nämlich fünf Laserdioden, aufweist. Auch hier sind die Laserstrahlquellen 24 in einem Stromkreis angeordnet, wobei es sich in dieser Ausführungsform aller dings um einen parallelen Aufbau handelt. Auch die Energie der Laserstrahlen, die von diesen Laserdioden 24 erzeugt wird, kann mit Hilfe eines einzigen Tran sistors 30 korrigiert werden.

Wie in Fig. 4 gezeigt, werden in einer dritten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Laserstrahlkombiniervorrichtung zwei Transistoren 30 mit zwei Laser dioden 24 gekoppelt, die wie in der zweiten Ausführungsform parallel in einem Stromkreis angeordnet sind.

Weitere Veränderungen, Modifikationen oder Kombinationen der oben beschrie benen Ausführungsformen sind für den Fachmann offensichtlich und fallen ebenso unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Laserstrahlkombiniervorrichtung zum Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) zur Erzeu gung der mindestens zwei Laserstrahlen mindestens zwei Laserstrahl quellen (24) aufweist, wobei die mindestens zwei Laserstrahlen durch mindestens ein Kombinierelement (12) zu einem Gesamtlaserstrahl kom binierbar sind, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) ein Sensor element (14) aufweist, durch das die Energie des Gesamtlaserstrahls als Istwert erfaßbar ist, wobei die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) eine Vergleichseinheit (18) aufweist, durch die der Istwert mit einem Sollwert vergleichbar ist, wobei ein Korrekturfaktor ermittelbar ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Laserstrahlkombiniervorrichtung (10) eine Kon trolleinheit (22) aufweist, durch die die Energie der einzelnen mindestens zwei Laserstrahlen der mindestens zwei Laserstrahlquellen (24) um den Korrekturfaktor korrigierbar ist.

2. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die mindestens zwei Laserstrahlquellen (24) mit mindestens einem Strombegrenzer (28) gekoppelt sind.

3. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Laserstrahlquel len (24) in einem Schaltkreis, parallel und/oder seriell, angeordnet sind.

4. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlkombiniervorrich tung (10) eine Sicherungseinheit aufweist, durch die ein Signal KF er zeugbar ist, wenn der Korrekturfaktor einen Korrekturfaktormaximalwert überschreitet.

5. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlkombiniervorrich tung (10) eine oder eine weitere Sicherungseinheit aufweist, durch die ein Signal L erzeugbar ist, wenn die den mindestens zwei Laserstrahlquel len (24) zuzuführende Leistung einen Leistungsmaximalwert überschreitet oder einen Leistungsminimalwert unterschreitet.

6. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Signal KF und/oder durch das Signal L eine Fehlermeldung erzeugbar ist.

7. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (22) durch das Signal KF und/oder durch das Signal L deaktivierbar ist.

8. Laserstrahlkombiniervorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mindestens zwei Laserstrahlquellen (24) eine Laserdiode ist.

9. Laserstrahlkombinierverfahren zum Kombinieren von mindestens zwei Laserstrahlen, umfassend die folgenden Schritte:

a) Erzeugen mindestens zweier Laserstrahlen durch mindestens zwei Laserstrahlquellen (24);
b) Kombinieren der mindestens zwei Laserstrahlen zu einem Ge samtlaserstrahl;
c) Erfassen der Strahlungsintensität/Energie des Gesamtlaserstrahls als Istwert;
d) Vergleich des Istwerts mit einem Sollwert und Ermitteln eines Kor rekturfaktors; und
e) Korrigieren der Energie der einzelnen mindestens zwei Laser strahlen der mindestens zwei Laserstrahlquellen (24) um den Kor rekturfaktor durch eine Kontrolleinheit (22).

10. Laserstrahlkombinierverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß der Korrekturfaktor mit einem Korrekturfaktormaximalwert und einem Korrekturfaktorminimalwert verglichen wird und daß bei Unter schreiten des Korrekturfaktorminimalwertes oder bei Überschreiten des Korrekturfaktormaximalwertes ein Signal KF erzeugt wird.

11. Laserstrahlkombinierverfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den mindestens zwei Laserstrahlquel len (24) zuzuführende Leistung mit einem Leistungsmaximalwert und einem Leistungsminimalwert verglichen und bei Überschreiten des Lei stungsmaximalwerts oder bei Unterschreiten des Leistungsminimalwerts ein Signal L erzeugt wird.

12. Laserstrahlkombinierverfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Signal KF und/oder durch das Signal L eine Fehlermeldung erzeugt wird.

13. Laserstrahlkombinierverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die Durchführung von Schritt e) durch das Signal KF und/oder das Signal L verhindert wird.