WO2006072260A1

WO2006072260A1 - Strahlteileranordnung

Info

Publication number: WO2006072260A1
Application number: PCT/EP2005/000020
Authority: WO
Inventors: Dr. Wieland Hill
Original assignee: Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Hentze Lissotschenko Patentverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-01-04
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2007-07-04
Also published as: CA2593124A1; IL184256A0; CN100510782C; JP2008526511A; CN101095067A; EP1836512A1; US20070268794A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlteileranordnung, umfassend mindestens ein Strahlteilermittel, das für eine Zerlegung eines Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen geeignet ist, wobei das Strahlteilermittel mindestens ein erstes und mindestens ein zweites optisches Array (1, 2) umfasst, die voneinander beabstandet sind und die eine Mehrzahl optisch funktionaler Elemente aufweisen, wobei jeweils einem optisch funktionalen Element des zweiten optischen Arrays (2) ein ganzzahliges Vielfaches von optisch funktionalen Elementen des ersten optischen Arrays (1) zugeordnet ist.

Description

"Strahlteileranordnung"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlteileranordnung, umfassend mindestens ein Strahlteilermittel, das für eine Zerlegung eines Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen geeignet ist.

Aus dem Stand der Technik sind Strahlteileranordnungen der eingangs genannten Art in verschiedenen Ausführungsformen bereits bekannt. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl mit Hilfe eines teildurchlässigen Spiegels, der als Strahlteilermittel verwendet werden kann, in zwei Teilstrahlen zerlegt werden. Um eine große Zahl von Teilstrahlen generieren zu können, werden entsprechend viele teildurchlässige Spiegel als Strahlteilermittel benötigt. Damit die Strahlungsleistung möglichst exakt auf die einzelnen Teilstrahlen aufgeteilt werden kann, sind sehr hochwertige und präzise Spiegelbeschichtungen erforderlich. Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind Strahlteileranordnungen, die mit Polarisationsoptiken oder mit teilweise in den Strahlengang eingebrachten Spiegeln arbeiten. Derartige Strahlteileranordnungen benötigen ebenfalls sehr viele Einzelkomponenten zur Erzeugung einer großen Zahl von Teilstrahlen.

Wichtige technische Anwendungen wie zum Beispiel das simultane Laser-Bohren von Werkstücken oder das Vermessen von Proben- Arrays mit Hilfe von Laserstrahlen erfordern die Aufteilung eines primären Laserstrahls in eine Vielzahl von Teilstrahlen. Dieses ist mit den oben beschriebenen Strahlteilermitteln nur mit einem sehr hohen Aufwand realisierbar.

Um sehr viele Teilstrahlen mit relativ wenigen optischen Einzelkomponenten erzeugen zu können, sind so genannte diffraktive Strahlteilermittel entwickelt worden. Ein Beispiel für diese diffraktiven Strahlteilermittel ist in der Zeitschrift „Laser Focus World" (12/2003, S. 73 bis 75) gezeigt. Diese in ihrem Design und in ihrer Herstellung sehr aufwändigen Bauteile können einen Lichtstrahl sehr gleichmäßig und präzise in eine Vielzahl von Teilstrahlen zerlegen. Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten diffraktiven Strahlteilermittel besteht unter anderem darin, dass ihre Effizienz nur in einer Größenordnung von etwa 80 % liegt, da wesentliche Anteile des primär eingestrahlten Lichts durch Streuung und Beugung in höhere Ordnungen verloren gehen. Die vergleichsweise scharfen Strukturen der diffraktiven Strahlteilermittel können insbesondere bei höheren Lichtintensitäten die Haltbarkeit und Lebensdauer verringern.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strahlteileranordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einfach und damit kostengünstig herstellbar ist und eine relativ gleichmäßige Aufteilung von Licht oder anderer elektromagnetischer Strahlung in eine Mehrzahl von Teilstrahlen bei geringen Verlusten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Strahlteileranordnung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Strahlteilermittel mindestens ein erstes und mindestens ein zweites optisches Array umfasst, die voneinander beabstandet sind und eine Mehrzahl optisch funktionaler Elemente aufweisen, wobei jeweils einem optisch funktionalen Element des zweiten optischen Arrays ein ganzzahliges Vielfaches von optisch funktionalen Elementen des ersten optischen Arrays zugeordnet ist. Dadurch wird ein auf die Strahlteileranordnung treffender Lichtstrahl in eine Mehrzahl einzelner Teilstrahlen zerlegt, wobei die Anzahl der generierten Teilstrahlen unter anderem von der Anzahl der optisch funktionalen Elemente des ersten optischen Arrays, die jeweils einem optisch funktionalen Elemente des zweiten optischen Arrays zugeordnet sind, abhängt. Um diese Zuordnungsbedingung erfüllen zu können, können die Durchmesser der optisch funktionalen Elemente des ersten optischen Arrays kleiner sein als die Durchmesser der optisch funktionalen Elemente des zweiten optischen Arrays. Es ist auch möglich, die Zuordnungsbedingung auf andere Weise, beispielsweise durch eine besondere Formung der optisch funktionalen Elemente der optischen Arrays, zu erfüllen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die optisch funktionalen Elemente der optischen Arrays Linsenelemente. Optische Arrays mit Linsenelementen lassen sich mit hoher Präzision relativ einfach und damit kostengünstig herstellen. Ein auf die Strahlteileranordnung treffender Lichtstrahl kann in dieser Ausführungsform mit Hilfe der Linsenelemente des ersten optischen Arrays in eine Mehrzahl von Teilstrahlen zerlegt werden, die in eine Brennebene der Linsenelemente des ersten optischen Arrays abgebildet werden. Das zweite optische Array, welches ebenfalls Linsenelemente aufweist, wird dann als Fourier-Optik eingesetzt. Im Fernfeld jedes einzelnen Linsenelements des zweiten optischen Arrays wird dann eine Winkelverteilung der Lichtintensität generiert, welche der Intensitätsverteilung in der Brennebene dieses entsprechenden Linsenelements vor dem zweiten optischen Array entspricht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die optischen Arrays so angeordnet sind, dass die Linsenelemente des zweiten optischen Arrays und die ihnen zugeordneten Linsenelemente des ersten optischen Arrays gemeinsame Brennebenen aufweisen. Auf diese Weise können Teilstrahlen mit geringer Divergenz und unterschiedlichen Ausbreitungswinkeln im Fernfeld des zweiten optischen Arrays erzeugt werden.

Vorzugsweise ist mindestens ein Teil der Linsenelemente konvex ausgeführt. In diesem Fall kann die Aufteilung eines auf die Strahlteileranordnung einfallenden Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen mindestens teilweise reell erfolgen.

In einer alternativen Ausführungsform kann mindestens ein Teil der Linsenelemente konkav ausgeführt sein. Dann kann die Aufteilung eines auf die Strahlteileranordnung fallenden Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen mindestens teilweise virtuell erfolgen.

Die Linsenelemente mindestens eines der optischen Arrays können in einer bevorzugten Ausführungsform sphärische Linsenelemente sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Linsenelemente mindestens eines der optischen Arrays Zylinderlinsenelemente sind.

Grundsätzlich ist es möglich, Linsenelemente mit beliebigen anderen Linsenformen in den optischen Arrays einzusetzen. Für eine möglichst hohe Effizienz der Strahlteileranordnung sind aber generell möglichst flächenausfüllende optische Arrays besonders vorteilhaft. Zu diesem Zweck können insbesondere rechteckige oder auch sechseckige Linsenelemente eingesetzt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass mindestens eines der optischen Arrays auf gegenüberliegenden Seiten erste und zweite Zylinderlinsenelemente, aufweist wobei die Zylinderachsen der ersten Zylinderlinsenelemente auf einer Rückseite des mindestens einen der optischen Arrays jeweils parallel zueinander und senkrecht zu den Zylinderachsen der zweiten Zylinderlinsenelemente auf einer Vorderseite des mindestens einen der optischen Arrays orientiert sind. Derartige Zylinderlinsenarrays, deren Zylinderlinsenelemente auf gegenüberliegenden Seiten senkrecht zueinander orientierte Zylinderachsen aufweisen, eignen sich insbesondere für eine Zerlegung eines auf die Strahlteileranordnung treffenden Lichtstrahls in eine zweidimensionale Anordnung von Teilstrahlen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlteileranordnung mindestens ein Linsenmittel auf, das im Strahlengang der Strahlteileranordnung hinter dem zweiten optischen Array angeordnet ist und geeignet ist, die Teilstrahlen in eine Brennebene zu fokussieren. Das Linsenmittel führt eine zweite Fourier-Transformation der Teilstrahlen durch, die das Linsenmittel durchlaufen. Die nunmehr zweifache Fourier-Transformation mittels des zweiten optischen Arrays und des Linsenmittels bewirkt, dass die Teilstrahlen in eine Brennebene hinter dem Linsenmittel abgebildet werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise ein Punktmuster in der Brennebene des Linsenmittels erzeugen.

Das Linsenmittel kann vorzugsweise sphärisch ausgeführt sein.

In einer Variante der Strahlteileranordnung können die optisch funktionalen Elemente mindestens eines der optischen Arrays Spiegel sein. Spiegelarrays liefern vergleichbare Ergebnisse und sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die auf die Strahlteileranordnung treffende elektromagnetische Strahlung bei der Transmission durch Linsenelemente abgeschwächt oder nicht ausreichend gebrochen wird. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer

Strahlteileranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Strahlteileranordnung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3a eine schematisch vereinfachte Darstellung eines ersten und zweiten optischen Arrays der Strahlteileranordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sowie das mit der Strahlteileranordnung generierte Punktmuster;

Fig. 3b eine schematisch vereinfachte Darstellung einer ersten alternativen Variante der optischen Arrays der Strahlteileranordnung und das erzeugte Punktmuster;

Fig. 3b eine schematisch vereinfachte Darstellung einer zweiten alternativen Variante der optischen Arrays der Strahlteileranordnung sowie das erzeugte Punktmuster;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer

Strahlteileranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Zunächst wird auf Fig. 1 und Fig. 2 Bezug genommen, in denen zwei Ansichten einer Strahlteileranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. Fig. 1 zeigt eine dabei eine schematische Seitenansicht und Fig. 2 eine Draufsicht auf die Strahlteileranordnung gemäß Fig. 1. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils kartesische Koordinatensysteme eingezeichnet.

Die Strahlteileranordnung umfasst ein erstes optisches Array 1 , das auf seiner Rückseite eine Mehrzahl konvex geformter erster Zylinderlinsenelemente 10a - 12c (siehe Fig. 1 ) und auf seiner Vorderseite eine Mehrzahl konvex geformter zweiter Zylinderlinsenelemente 13a - 15c (siehe Fig. 2) aufweist. Alternativ kann mindestens ein Teil der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c des ersten optischen Arrays 1 auch konkav ausgeführt sein. Die ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c weisen in diesem Ausführungsbeispiel weitgehend identische Durchmesser und Krümmungen auf. Man erkennt, dass die Zylinderachsen der ersten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c auf der Rückseite des ersten optischen Arrays 1 jeweils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und im Wesentlichen senkrecht zu den ebenfalls im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Zylinderachsen der zweiten Zylinderlinsenelemente 13a - 15c auf der Vorderseite des ersten optischen Arrays 1 orientiert sind. Im Prinzip ist jede beliebige Form und Anordnung der Linsenelemente im ersten optischen Array 1 möglich. Beispielsweise können an Stelle der Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c auch sphärische Linsenelemente eingesetzt werden.

In Strahlausbreitungsrichtung (z-Richtung) ist hinter dem ersten optischen Array 1 ein zweites optisches Array 2 angeordnet. Dieses zweite optische Array 2 weist auf seiner Rückseite ebenfalls eine Mehrzahl konvex geformter erster Zylinderlinsenelemente 20a - 20c auf, deren Zylinderachsen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Auf seiner Vorderseite weist das zweite optische Array 2 eine Mehrzahl konvex geformter zweiter Zylinderlinsenelemente 21 a - 21 c auf, deren Zylinderachsen ebenfalls im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu den Zylinderachsen der ersten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c orientiert sind. Alternativ kann auch mindestens ein Teil der Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 konkav ausgeführt sein. Alternativ können auch anders geformte und anders angeordnete Linsenelemente (zum Beispiel sphärische Linsenelemente) im zweiten optischen Array 2 eingesetzt werden. Man erkennt, dass die Durchmesser der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten Zylinderlinsenarrays 2 in diesem Ausführungsbeispiel größer sind als die Durchmesser der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c des ersten optischen Arrays 1 . Die Durchmesser der vergleichsweise kleinen Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c des ersten optischen Arrays 1 können beispielsweise in einer Größenordnung von 0, 1 bis 1 mm liegen.

Aus Fig. 1 wird deutlich, dass jeweils einem der ersten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c auf der Rückseite des zweiten optischen Arrays 2 genau drei der ersten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c auf der Rückseite des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet sind. Beispielsweise sind dem Zylinderlinsenelement 20a des zweiten optischen Arrays 2 die Zylinderlinsenelemente 10a, 10b, 10c des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet. Entsprechendes gilt für das Zylinderlinsenelement 20b, dem die Zylinderlinsenelemente 1 1 a, 1 1 b, 11 c des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet sind, und für das Zylinderlinsenelement 20c, dem die Zylinderlinsenelemente 12a, 12b, 12c des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet sind.

Aus der in Fig. 2 gezeigten, bezüglich Fig. 1 um 90° gedrehten Draufsicht wird deutlich, dass jeweils einem der zweiten Zylinderlinsenelemente 21 a - 21 c auf der Vorderseite des zweiten Zylinderlinsenarrays 2 genau drei der zweiten Zylinderlinsenelemente 13a - 15c auf der Vorderseite des ersten Zylinderlinsenarrays 1 zugeordnet sind. So sind dem Zylinderlinsenelement 21 a des zweiten optischen Arrays 2 die Zylinderlinsenelemente 13a, 13b, 13c des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet. Entsprechendes gilt für das Zylinderlinsenelement 21 b, dem die Zylinderlinsenelemente 14a, 14b, 14c des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet sind, und für das Zylinderlinsenelement 21 c, dem die Zylinderlinsenelemente 15a, 15b, 15c des ersten optischen Arrays 1 zugeordnet sind.

Es ist unabhängig von der gewählten geometrischen Form und Anordnung der Linsenelemente beachtenswert, dass das Verhältnis der Gesamtzahl der Linsenelemente des ersten optischen Arrays 1 zur Gesamtzahl der Linsenelemente des zweiten optischen Arrays 2 ganzzahlig ist.

Neben den beiden optischen Arrays 1 , 2 weist die Strahlteileranordnung ein Linsenmittel 3 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel sphärisch ausgeführt ist und in z-Richtung (Strahlausbreitungsrichtung) hinter dem zweiten optischen Array 2 angeordnet ist.

Ein auf die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Strahlteileranordnung treffender, im Wesentlichen paralleler Lichtstrahl wird zunächst mittels des ersten optischen Arrays 1 in eine Mehrzahl von Teilstrahlen zerlegt. Die Aufteilung des Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen erfolgt in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel reell, da sowohl die Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c des ersten optischen Arrays 1 als auch die Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 jeweils konvex ausgeführt sind. Werden alternativ statt der konvexen Zylinderlinsenelemente 1 Ga - 12c, 13a - 15c, 20a - 20c, 21 a - 21 c in beiden optischen Arrays 1 , 2 konkav geformte Zylinderlinsenelemente eingesetzt, erfolgt die Aufteilung des einfallenden Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen hingegen virtuell.

Da die ersten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c auf der Rückseite des ersten optischen Arrays 1 im Wesentlichen identische geometrische (Durchmesser und Krümmung) und optische Eigenschaften haben, besitzen alle ersten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c in einem Abstand fi hinter dem ersten optischen Array 1 jeweils eine gemeinsame Brennebene (siehe Fig. 1 ). Entsprechendes gilt für die zweiten Zylinderlinsenelemente 13a - 15c auf der Vorderseite des ersten optischen Arrays 1 und deren gemeinsame Brennebene in einem Abstand f₄ hinter dem ersten optischen Array 1 (siehe Fig. 2). Auch die ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 besitzen jeweils gemeinsame Brennebenen vor dem zweiten optischen Array 2. Man erkennt in Fig. 1 die gemeinsame Brennebene der ersten Zylinderlinsenelemente 20a

- 20c des zweiten optischen Arrays in einem Abstand h und in Fig. 2 die gemeinsame Brennebene der zweiten Zylinderlinsenelemente 21 a

- 21 c des zweiten optischen Arrays 2 in einem Abstand f₅.

Das zweite optische Array 2 ist in der hier gezeigten Ausführungsform also so angeordnet ist, dass die Brennebene der ersten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c des zweiten optischen Arrays 2 mit der Brennebene der ersten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c des ersten optischen Arrays zusammenfällt. Darüber hinaus fällt auch die Brennebene der zweiten Zylinderlinsenelemente 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 mit der Brennebene der zweiten Zylinderlinsenelemente 10a - 12 des ersten optischen Arrays 1 zusammen. Das zweite optische Array 2 dient bei der hier gezeigten Strahlteileranordnung als Fourier-Optik und wird für eine erste Fouriertransformation der Teilstrahlen eingesetzt.

Das Linsenmittel 3, das in z-Richtung hinter dem zweiten optischen Array 2 angeordnet ist, bewirkt eine zweite Fouriertransformation der Teilstrahlen. Aufgrund der zweifachen Fouriertransformation mit Hilfe des zweiten optischen Arrays 2 und des Linsenmittels 3 wird die Intensitätsverteilung in den Brennebenen der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 in eine Brennebene des Linsenmittels 3 in einem Abstand f₃ vom Linsenmittel 3 abgebildet und dabei über die einzelnen Aperturen der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c gemittelt. Da jeweils drei der ersten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c beziehungsweise drei der zweiten Zylinderlinsenelemente 13a - 15c des ersten Zylinderlinsenarrays 1 genau einem der ersten beziehungsweise zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten Zylinderlinsenarrays 2 zugeordnet sind, bewirkt die periodische Anordnung der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c des ersten Zylinderlinsenarrays 1 , dass in den Brennebenen der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten Zylinderlinsenarrays 2 sehr ähnliche Intensitätsverteilungen erzeugt werden können.

Mit der in Fig. 1 und Fig.2 gezeigten Strahlteileranordnung kann dann in der bildseitigen Brennebene des Linsenmittels 3 in einem Abstand h ein Punktmuster erzeugt werden kann, das dem gemittelten Intensitätsmuster in den Brennpunkten der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 10a - 12c, 13a - 15c des ersten optischen Arrays 1 vor jedem einzelnen der ersten und zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 entspricht. Somit wird in der Brennebene des Linsenmittels 3 ein Punktmuster mit relativ homogener Intensitätsverteilung erzeugt, das insgesamt neun Bildpunkte P1 - P9 aufweist. Dieses Punktmuster ist in Fig. 3a dargestellt.

In Fig. 3a, 3b, 3c sind unterschiedliche optische Arrays 1 , 2, die in der in Fig. 1 und Fig. 2 Strahlteileranordnung eingesetzt werden können, sowie die resultierenden Punktmuster in der Brennebene des Linsenmittels 3 schematisch stark vereinfacht gezeigt. Das in Fig. 3a dargestellte Punktmuster mit insgesamt neun Bildpunkten P1 - P9 lässt sich unmittelbar mit der oben im Detail beschriebenen Strahlteileranordnung erzeugen.

Verwendet man gemäß Fig. 3b alternativ ein optisches Array 1 mit zwei ersten Zylinderlinsenelementen auf der Rückseite und vier zweiten Zylinderlinsenelementen auf der Vorderseite, die jeweils einem der ersten beziehungsweise zweiten Zylinderlinsenelemente 20a - 20c, 21 a - 21 c des zweiten optischen Arrays 2 zugeordnet sind, erhält man in der Brennebene des Linsenmittels 3 insgesamt acht Bildpunkte.

Ein optisches Array 1 mit Zylinderlinsenelementen, deren Zylinderachsen auf der Vorder- oder Rückseite zueinander versetzt sind, oder ein optisches Array mit Linsenelementen, die hexagonale Aperturen aufweisen, erzeugt das in Fig. 3c gezeigte Punktmuster mit insgesamt sechs zueinander versetzt angeordneten Bildpunkten in der Brennebene des Linsenmittels 3.

Es wird ganz allgemein deutlich, dass durch geeignete Wahl der Anzahl, Form und geometrischen Anordnung der optisch funktionalen Elemente des ersten optischen Arrays 1 , die jeweils einem optisch funktionalen Element des zweiten optischen Arrays 2 zugeordnet sind, die Anzahl der resultierenden Bildpunkte sowie deren räumliche Verteilung variiert werden können. So lässt sich beispielsweise über die Form und Anordnung der Aperturen der in den beiden optischen Arrays 1 , 2 eingesetzten Linsenelemente die Anzahl der mit Hilfe der Strahlteileranordnung erzeugten Bildpunkte gezielt variieren.

Fig. 4 zeigt schematisch den Strahlengang einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Man erkennt wiederum das erste optische Array 1 , das an seiner Rückseite eine Mehrzahl erster konvex geformter Zylinderlinsenelemente 10a aufweist. In Strahlausbreitungsrichtung (z-Richtung) ist hinter dem ersten optischen Array 1 ein zweites optisches Array 2 angeordnet, das an seiner Rückseite eine Mehrzahl konvex geformter erster Zylinderlinsenelemente 20a aufweist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser der ersten Zylinderlinsenelemente 20a des zweiten optischen Arrays 2 wiederum größer als die Durchmesser der ersten Zylinderlinseneiemente 10a des ersten optischen Arrays 1. Die Durchmesser der ersten Zylinderlinseneiemente 10a des ersten optischen Arrays 1 können beispielsweise in einer Größenordnung von 0, 1 bis 1 mm liegen. Man erkennt, dass in diesem Ausführungsbeispiel jeweils vier der ersten Zylinderlinseneiemente 10a des ersten optischen Arrays 1 genau einem der ersten Zylinderlinsenelement 20a des zweiten optischen Arrays 2 zugeordnet sind. Die optischen Arrays 1 , 2 können an ihren Vorderseiten ebenfalls zweite Zylinderlinseneiemente aufweisen, deren Zylinderachsen im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu den Zylinderachsen der ersten Zylinderlinseneiemente 10a, 20a auf den Rückseiten der optischen Arrays 1 , 2 orientiert sein können.

Ein auf diese Strahlteileranordnung treffender, im Wesentlichen paralleler Lichtstrahl wird zunächst, wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und Fig. 2 ausführlich erläutert, mittels der ersten Zylinderlinseneiemente 10a des ersten optischen Arrays 1 in eine Mehrzahl von Teilstrahlen zerlegt, die in eine Brennebene der ersten Zylinderlinsenelemente 10a vor dem zweiten optischen Array 2 abgebildet werden. Das zweite optische Array 2 wird wiederum als Fourier-Optik eingesetzt. Anders als bei der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform ist in diesem Ausführungsbeispiel hinter dem zweiten optischen Array 2 kein weiteres Linsenmittel angeordnet.

Aus Vereinfachungsgründen sind in Fig. 4 hinter dem zweiten optischen Array 2 lediglich jeweils nur die ersten beiden der insgesamt vier Teilstrahlen dargestellt, welche hinter jedem der Zylinderlinsenelemente 20a zu beobachten sind. Diese Teilstrahlen sind mit den Bezugszeichen S1 , S2 bezeichnet. Man erkennt, dass die jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichneten Teilstrahlen S1 , S2 hinter dem zweiten optischen Array 2 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Im Fernfeld jedes einzelnen Zylinderlinsenelements 20a des zweiten Arrays 2 kann man dann eine Winkelverteilung der Intensität der Teilstrahlen S1 , S2 beobachten, die der Intensitätsverteilung in der gegenstandsseitigen Brennebene vor den ersten Zylinderlinsenelementen 20a des Zylinderlinsenarrays 2 entspricht.

Wegen der oben im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2 bereits erläuterten periodischen Anordnung der ersten Zylinderlinsenelemente 10a im ersten optischen Array 1 , die den ersten Zylinderlinsenelementen 20a des zweiten optischen Arrays 2 zugeordnet sind, können die Intensitätsverteilungen in der Brennebene der ersten Zylinderlinsenelemente 20a des zweiten optischen Arrays 2 sehr ähnlich sein. Die ersten Zylinderlinsenelemente 20a des zweiten optischen Arrays 2 erzeugen daher sehr ähnliche Fernfelder, so dass die Intensitätsverteilung im Fernfeld im Wesentlichen unabhängig von der Ausleuchtung des ersten optischen Arrays 1 beziehungsweise unabhängig vom Strahlprofil des auf die Strahlteileranordnung treffenden Lichtstrahls ist. Fallen, wie in Fig. 4 dargestellt, die Brennebenen der ersten Zylinderlinsenelemente 10a, 20a der beiden optischen Arrays 1 , 2 zusammen, entstehen in dieser Brennebene kleine Brennflecken, die zu einer entsprechenden Zahl einzelner Strahlen mit geringer Divergenz und unterschiedlichen Ausbreitungswinkeln im Fernfeld führen. Damit wird eine relativ gleichmäßige und darüber hinaus auch effiziente Strahlteilung bewirkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlteileranordnung, umfassend mindestens ein Strahlteilermittel, das für eine Zerlegung eines Lichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlteilermittel mindestens ein erstes und mindestens ein zweites optisches Array (1 , 2) umfasst, die voneinander beabstandet sind und eine Mehrzahl optisch funktionaler Elemente aufweisen, wobei jeweils einem optisch funktionalen Element des zweiten optischen Arrays (2) ein ganzzahliges Vielfaches von optisch funktionalen Elementen des ersten optischen Arrays (1 ) zugeordnet ist.

2. Strahlteileranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optisch funktionalen Elemente der optischen Arrays (1 , 2) Linsenelemente sind.

3. Strahlteileranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Arrays (1 , 2) so angeordnet sind, dass die Linsenelemente des zweiten optischen Arrays (2) und die ihnen zugeordneten Linsenelemente des ersten optischen Arrays (1 ) gemeinsame Brennebenen aufweisen.

4. Strahlteileranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Linsenelemente der optischen Arrays (1 , 2) konvex ausgeführt ist.

5. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Linsenelemente der optischen Arrays (1 , 2) konkav ausgeführt ist.

6. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente der optischen Arrays (1 , 2) sphärische Linsenelemente sind.

7. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenelemente der optischen Arrays (1 , 2) Zylinderlinsenelemente (10a - 15c, 20a - 21 c) sind.

8. Strahlteileranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der optischen Arrays (1 , 2) auf gegenüberliegenden Seiten erste und zweite Zylinderlinsenelemente (10a - 15c, 20a - 21 c) aufweist, wobei die Zylinderachsen der ersten Zylinderlinsenelemente (10a - 12c, 20a - 20c) auf einer Rückseite des mindestens einen der optischen Arrays (1 , 2) jeweils parallel zueinander und senkrecht zu den Zylinderachsen der zweiten Zylinderlinsenelemente (13a - 15c, 21 a - 21 c) auf einer Vorderseite des mindestens einen der optischen Arrays (1 , 2) orientiert sind.

9. Strahlteileranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteileranordnung mindestens ein Linsenmittel (3) aufweist, das im Strahlengang der Strahlteileranordnung hinter dem zweiten optischen Array (2) angeordnet ist und geeignet ist, die Teilstrahlen in eine Brennebene zu fokussieren.

10. Strahlteileranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenmittel (3) sphärisch ausgeführt ist. 1. Strahlteileranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optisch funktionalen Elemente mindestens eines der optischen Arrays (1 , 2) Spiegel sind.