DE102011051198A1 - Method for manufacturing weight-optimized deflection mirror for galvanometer scanner, involves removing substrate material from side of mirror support substrate by using laser light under formation of reinforcement structure in substrate - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten Ablenkspiegels, z. B. eines Leichtgewichts-Ablenkspiegels für einen Galvanometerscanner, und Verfahren zum Herstellen eines Spiegelträgersubstrats z. B. zur Verwendung für die Herstellung eines gewichtsoptimierten Ablenkspiegels.The invention relates to a method for producing a weight-optimized deflection mirror, z. B. a light weight deflection mirror for a galvanometer scanner, and method for producing a mirror carrier substrate z. For use in the manufacture of a weight optimized deflection mirror.
Das Bereitstellen gewichtsoptimierter (d. h. gewichtsreduzierter) Bauteile ist in vielen Bereichen von erheblicher Bedeutung. Zum Beispiel sind bei diversen optischen Vorrichtungen, wie etwa bei Galvanometerscannern, im Teleskopbau und in der Raumfahrt, gewichtsoptimierte Spiegel gewünscht, welche präzise gearbeitete, wohldefinierte Spiegelflächen aufweisen sollen und unter den jeweiligen Einsatzbedingungen eine hohe Formbeständigkeit aufweisen sollen.The provision of weight-optimized (i.e., weight-reduced) components is of considerable importance in many areas. For example, in various optical devices, such as in galvanometer scanners, in telescope construction and aerospace, weight-optimized mirrors are desired, which should have precisely worked, well-defined mirror surfaces and should have a high dimensional stability under the respective conditions of use.
So werden z. B. in vielen Bereichen, etwa bei der Materialbearbeitung, bewegbare Ablenkspiegel zum räumlichen Führen von Arbeitslaserstrahlen eigesetzt. Zum Beispiel kann ein solcher Ablenkspiegel an einer drehbar angeordneten Welle eines Galvanometerscanners angebracht sein, wobei die Welle und somit auch der Ablenkspiegel durch einen Galvanometerantrieb des Galvanometerscanners in Rotation versetzt werden können, so dass ein Arbeitslaserstrahl durch Reflexion an dem Ablenkspiegel und Verändern der Drehwinkelposition desselben an eine gewünschte räumliche Position geführt werden kann.So z. B. in many areas, such as in material processing, movable deflecting mirrors for spatial guidance of working laser beams eigesetzt. For example, such a deflection mirror may be attached to a rotatably mounted shaft of a galvanometer scanner, whereby the shaft and thus also the deflection mirror can be rotated by a galvanometer drive of the galvanometer scanner, so that a working laser beam is reflected by the reflection mirror on the deflection mirror and changing its rotational angular position a desired spatial position can be performed.
Um z. B. ein schnelles Umpositionieren eines solchen Ablenkspiegels zu einer anderen Drehwinkelposition zu ermöglichen und die Anforderungen an einen Rotationsantrieb (z. B. einen Galvanometerantrieb) des Ablenkspiegels nicht unnötig zu erhöhen, sollten das Gewicht und somit auch das Massenträgheitsmoment des Ablenkspiegels möglichst gering gehalten werden. Andererseits sollte der Ablenkspiegel eine gute Formstabilität bzw. Steifigkeit aufweisen, so dass er z. B. auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und bei rasch aufeinanderfolgenden Drehrichtungswechseln möglichst wenig verformt wird.To z. For example, to enable a fast repositioning of such a deflection mirror to a different rotational angle position and not unnecessarily increase the requirements for a rotary drive (eg a galvanometer drive) of the deflection mirror, the weight and thus also the mass moment of inertia of the deflection mirror should be kept as low as possible. On the other hand, the deflection should have a good dimensional stability or rigidity so that it z. B. is deformed as little as possible even at high rotational speeds and at rapidly successive changes of direction.
Durch die Erfindung werden ein Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten, formstabilen Ablenkspiegels mit einer präzise geformten Spiegelfläche sowie Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten Spiegelträgersubstrats bereitgestellt.The invention provides a method for producing a weight-optimized, dimensionally stable deflection mirror with a precisely shaped mirror surface and methods for producing a weight-optimized mirror support substrate.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten Ablenkspiegels, z. B. eines Ablenkspiegels für einen Galvanometerscanner, bereitgestellt, aufweisend das Bereitstellen eines Spiegelträgersubstrats aus einem Substratmaterial und das Abtragen von Substratmaterial auf einer Seite des Spiegelträgersubstrats unter Ausbilden einer Versteifungsstruktur in dem Spiegelträgersubstrat, wobei das Abtragen des Substratmaterials mittels Laserlichts erfolgt.According to a first aspect of the invention, a method for producing a weight-optimized deflection mirror, for. A deflection mirror for a galvanometer scanner, comprising providing a mirror support substrate of a substrate material and ablating substrate material on a side of the mirror support substrate to form a stiffening structure in the mirror support substrate, wherein the ablation of the substrate material is by means of laser light.
Das Substratmaterial wird auf der genannten Seite des Spiegelträgersubstrats z. B. von außen her (von der Außenseite des Substratmaterials her) nach innen hin abgetragen. Das Substratmaterial kann auch umgekehrt von innen nach außen zu der genannten Seite des Substratmaterials hin abgetragen werden, wofür z. B. das Substratmaterial für das Laserlicht transparent ist und ein Materialabtrag durch Fokussieren des Laserlichts auf bestimmte Positionen und/oder Bereiche des Substratmaterials erfolgt. Beim Abtragen von innen nach außen kann z. B. zunächst innen abgetragenes Material am verbleibenden Substratmaterial solange anhängend oder anhaftend verbleiben, bis der Materialabtrag die Außenseite des Substratmaterials erreicht, wodurch eine Öffnung an der Außenseite des Substratmaterial gebildet wird, durch welche das zuvor innen abgetragene Material nach außen und damit weg vom verbleibenden, die Versteifungsstruktur ausbildenden Substratmaterial gelangen kann. Es kann z. B. bei Verwendung von für das Laserlicht transparentem Substratmaterial auch so vorgegangen werden, dass von außen ausgehend nach innen hin abgetragen wird, wobei Kavitäten mit einer oder mehreren gegenüber einer Außenöffnung oder gegenüber Außenöffnungen vorliegenden Hinterschneidungen im Substratmaterial ausgebildet werden können.The substrate material is on the said side of the mirror support substrate z. B. from the outside (from the outside of the substrate material ago) removed inside. The substrate material can also be reversed from the inside to the outside of said side of the substrate material down what z. B. the substrate material for the laser light is transparent and a material removal takes place by focusing the laser light on certain positions and / or areas of the substrate material. When removing from inside to outside z. B. material initially on the remaining substrate material as long as adhering or adhering remain until the material removal reaches the outside of the substrate material, whereby an opening on the outside of the substrate material is formed, through which the previously inside ablated material to the outside and thus away from the remaining, the stiffening structure forming substrate material can pass. It can, for. Example, when using transparent to the substrate material substrate material also be so proceeding that is removed from the outside inwardly towards, wherein cavities with one or more over an outer opening or against outer openings present undercuts in the substrate material can be formed.
Indem das Spiegelträgersubstrat mittels Laserlichts bearbeitet wird, kann die Versteifungsstruktur kontaktlos und ohne mechanische Krafteinwirkung in bzw. an dem Spiegelträgersubstrat ausgebildet werden, wodurch z. B. ein Verformen einer für eine Spiegelfläche vorgesehenen Seite (z. B. einer Vorderseite) des Spiegelträgersubstrats verhindert werden kann. Somit kann zum Beispiel die Notwendigkeit eines nachträglichen Bearbeitens einer solchen Seite nach dem Ausbilden der Versteifungsstruktur entfallen. Des Weiteren kann die Versteifungsstruktur z. B. mit einer beliebigen dreidimensionalen Form, etwa als Baumstruktur mit von einer Zentralrippe abzweigenden Querrippen oder als wabenförmige Struktur, ausgebildet werden, etwa indem das Laserlicht auf eine Fokusposition an der für die Versteifungsstruktur vorgesehenen Seite (z. B. einer Rückseite) des Spiegelträgersubstrats fokussiert wird und die Fokusposition unter Abtragung von Substratmaterial entsprechend der gewünschten Form der Versteifungsstruktur dreidimensional verfahren wird.By the mirror carrier substrate is processed by means of laser light, the stiffening structure can be formed without contact and without mechanical force in or on the mirror support substrate, whereby z. For example, it is possible to prevent deformation of a side (for example a front side) provided for a mirror surface of the mirror support substrate. Thus, for example, the need for post-processing such a side after forming the stiffening structure may be eliminated. Furthermore, the stiffening structure z. B. with any three-dimensional shape, such as a tree structure with a central rib branching transverse ribs or as a honeycomb structure may be formed, such as by the laser light focused on a focus position on the provided for the stiffening structure side (eg, a back side) of the mirror support substrate is moved and the focus position under removal of substrate material according to the desired shape of the stiffening structure three-dimensional.
Das Spiegelträgersubstrat kann z. B. ein im Wesentlichen scheibenförmiges Substrat sein, wobei z. B. die Vorderseite des Substrats für eine Spiegelfläche vorgesehen sein kann, und wobei z. B. die Rückseite des Substrats für die Versteifungsstruktur vorgesehen sein kann. Das Substratmaterial kann z. B. ein für die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts im Wesentlichen undurchlässiges Material oder auch ein für die Wellenlänge des Laserlichts (bei geringeren Intensitäten) im Wesentlichen transparentes Material sein, wobei im letzteren Fall der Materialabtrag z. B. bei Intensitäten des Laserlichts oberhalb eines materialspezifischen Materialabtrag-Schwellenwertes mittels nichtlinearer Absorptionsmechanismen, z. B. Mehr-Photonen-Absorption, erfolgen kann. Das Substratmaterial kann z. B. Glas, Silizium, Siliziumcarbid, und/oder Borcarbid aufweisen bzw. sein, das Substrat kann jedoch auch beliebige andere Materialien aufweisen.The mirror support substrate may, for. B. be a substantially disc-shaped substrate, wherein z. B. the front of the substrate may be provided for a mirror surface, and wherein z. B. the back of the substrate may be provided for the stiffening structure. The substrate material may, for. Example, for the wavelength of the laser light used substantially impermeable material or for the wavelength of the laser light (at lower intensities) is substantially transparent material, in the latter case, the material removal z. B. at intensities of the laser light above a material-specific material removal threshold by means of non-linear absorption mechanisms, eg. B. multi-photon absorption, can take place. The substrate material may, for. As glass, silicon, silicon carbide, and / or boron carbide or be, but the substrate may also have any other materials.
Der Begriff „Abtragen von Substratmaterial mittels Laserlichts” umfasst hier z. B. jegliche Art von Materialabtrag durch Energieeintrag mittels Laserlichts, wie etwa Materialabtrag mittels Laserablation, z. B. mittels kalter Ablation (d. h. mittels im Wesentlichen sofortiger Verdampfung des abzutragenden Materials ohne signifikanten Wärmeübertrag auf das verbleibende Trägersubstrat, wobei ein feiner, athermischer Materialabtrag stattfindet) durch Ultrakurzpulslaser (z. B. mit Pulslängen im Bereich von Pikosekunden, z. B. 10 ps), aber auch Materialabtrag durch jegliche Art von Abschmelzen oder Verdampfen des Substratmaterials (und Entfernen des abgeschmolzenen oder verdampften Materials, z. B. durch Ausblasen mit einem dafür vorgesehenen Prozessgas). Der Fortschritt des Materialabtrags kann z. B. in Echtzeit, etwa durch Tiefenmessung mittels einer dafür vorgesehenen – z. B. optischen – Messvorrichtung, überwacht werden.The term "removal of substrate material by means of laser light" here includes z. B. any kind of material removal by energy input by laser light, such as material removal by laser ablation, z. By cold ablation (ie, by substantially instantaneous evaporation of the material to be ablated without significant heat transfer to the remaining carrier substrate, with a fine, athermal removal of material) by ultrashort pulse lasers (eg, having pulse lengths in the picosecond range, e.g. ps), but also material removal by any kind of melting or evaporation of the substrate material (and removal of the melted or vaporized material, for example by blowing out with a dedicated process gas). The progress of the material removal can, for. B. in real time, such as by depth measurement using a designated -. B. optical - measuring device to be monitored.
Bei Verwendung eines Substrats aus einem für das verwendete Laserlicht im Wesentlichen undurchlässigen Material kann das Abtragen des Substratmaterials z. B. schichtweise erfolgen (wie oben erläutert z. B. von außen nach innen), z. B. indem zunächst Querschnittsflächen des abzutragenden Materialvolumens (bzw. Teilflächen davon) unter Materialabtrag lateral mit einem Fokus des Laserlichts abgescannt werden und dann die Tiefenposition des Laserfokus entsprechend der abgetragenen Schichtdicke nachgefahren wird.When using a substrate made of a material substantially impermeable to the laser light, the removal of the substrate material z. B. in layers (as explained above, for example, from outside to inside), z. B. by first cross-sectional areas of the ablated material volume (or sub-areas thereof) are scanned laterally with material removal with a focus of the laser light and then the depth position of the laser focus is traced according to the ablated layer thickness.
Das kontaktlose Abtragen von Material mittels Laserlichts eignet sich z. B. auch für sehr harte Substratmaterialien, die mittels mechanischer Verfahren nur unter erhöhtem Aufwand (z. B. Material-, Werkzeug-, Kraft- und Zeiteinsatz) bearbeitbar sind. Des Weiteren können durch einen solchen kontaktlosen Materialabtrag z. B. Versteifungsstrukturen mit einer beliebigen dreidimensionalen Form und mit (z. B. gegenüber Strukturbreiten, die mittels mechanischer Kontaktverfahren erzielbar sind) geringen Strukturbreiten und Krümmungsradien ermöglicht werden.The contactless removal of material by means of laser light is suitable for. B. also for very hard substrate materials, which are machinable by mechanical methods only with increased effort (eg., Material, tools, force and time use). Furthermore, by such a contactless material removal z. For example, stiffening structures with an arbitrary three-dimensional shape and with (for example, with respect to pattern widths which can be achieved by means of mechanical contact methods) small feature widths and radii of curvature are made possible.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Ausbilden einer Spiegelfläche auf einer Seite des Spiegelträgersubstrats, die von der für die Versteifungsstruktur vorgesehenen Seite verschieden ist, auf, z. B. auf einer Seite, die der für die Versteifungsstruktur vorgesehenen Seite gegenüberliegt.According to one embodiment, the method further comprises forming a mirror surface on a side of the mirror support substrate other than the side intended for the stiffening structure, e.g. B. on a side opposite to the intended for the stiffening structure side.
Das Materialabtragen erfolgt z. B. derart, dass nicht (in keinem Falle) oder größtenteils nicht komplett durch das Substratmaterial hindurch abgetragen wird, sodass kein oder größtenteils kein Durchgangsloch ausgebildet wird, sondern stets oder größtenteils auf jener Seite des Substratmaterials, die zu der für die Versteifungsstruktur vorgesehenen Seite gegenüberliegend ist, ein Substratmaterialboden erhalten bleibt, wodurch eine ununterbrochene oder im Wesentlichen ununterbrochene Fläche auf dieser Seite bereitgestellt werden kann, welche z. B. zum Vorsehen oder zum darauf Ausbilden einer Spiegelfläche herangezogen werden kann. Auf Seiten der Versteifungsstruktur kann derart Substratmaterial erhalten bleiben, dass dort z. B. eine derart große kontinuierliche Fläche verbleibt, dass auf dieser Fläche z. B. eine Spiegelfläche für einen Mess-Lichtstrahl bereitgestellt bzw. ausgebildet werden kann.The material removal takes place z. B. such that is not (in any case) or for the most part not completely removed through the substrate material, so that no or mostly no through hole is formed, but always or mostly on that side of the substrate material, which is opposite to the intended for the stiffening structure side is maintained, a substrate material bottom is maintained, whereby an uninterrupted or substantially continuous surface can be provided on this page, which z. B. can be used to provide or for forming a mirror surface. On the side of the stiffening structure such substrate material can be preserved such that there z. B. such a large continuous surface remains that on this surface z. B. a mirror surface can be provided or formed for a measuring light beam.
Das Ausbilden einer Spiegelfläche auf der der Versteifungsstruktur abgewandten Seite des Substratmaterials und/oder auf Seiten der Versteifungsstruktur kann z. B. durch Polieren einer entsprechenden Seitenfläche des Spiegelträgersubstrats (z. B. wenn das Substratmaterial ein Metall ist und der Ablenkspiegel als Metallspiegel vorgesehen ist) oder auch durch Ausbilden (z. B. Aufschichten, etwa Aufdampfen) eines dielektrischen Spiegels an einer entsprechenden Seitenfläche erfolgen.The formation of a mirror surface on the side facing away from the stiffening structure of the substrate material and / or on the side of the stiffening structure may, for. By polishing a corresponding side surface of the mirror support substrate (eg, when the substrate material is a metal and the deflection mirror is provided as a metal mirror) or by forming (eg, stacking, such as vapor deposition) a dielectric mirror on a corresponding side surface ,
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ausbilden der von der Versteifungsstruktur abgewandten Spiegelfläche vor dem Ausbilden der Versteifungsstruktur.According to one embodiment, the formation of the mirror surface facing away from the stiffening structure takes place before the formation of the stiffening structure.
Gemäß dieser Ausführungsform kann z. B. eine beim Ausbilden der Spiegelfläche auftretende Belastung (z. B. mechanischer Druck beim Polieren oder beim Aufbringen eines dielektrischen Spiegels auftretende, etwa durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachte, Spannungen) von dem noch nicht gewichtsreduzierten (und somit noch stabileren) Substrat gut abgefangen werden, wobei die Gefahr einer Verformung der Spiegelfläche gering gehalten werden kann. Da das nachfolgende Ausbilden der Versteifungsstruktur mittels Laserlichts ohne mechanische Krafteinwirkung erfolgen kann, kann zudem die Gefahr einer Verformung des nunmehr (durch den Materialabtrag beim Ausbilden der Versteifungsstruktur) gewichtsreduzierten und somit durch mechanische Krafteinwirkung leichter verformbaren Substrats ebenfalls gering gehalten werden.According to this embodiment, z. B. a load occurring during the formation of the mirror surface (for example, mechanical pressure during polishing or when applying a dielectric mirror, caused for example by different thermal expansion coefficients, voltages) are well intercepted by the not yet weight-reduced (and thus more stable) substrate, wherein the risk of deformation of the mirror surface can be kept low. Since the subsequent formation of the stiffening structure by means of laser light can be done without mechanical force, also the risk of deformation of the now (by the removal of material in forming the stiffening structure) weight-reduced and thus by mechanical force easier deformable substrate also be kept low.
Das Ausbilden der Spiegelfläche kann jedoch auch nach dem Ausbilden der Versteifungsstruktur erfolgen.However, the formation of the mirror surface can also take place after the formation of the stiffening structure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Abtragen des Substratmaterials unter Einformung von solchen die Versteifungsstruktur definierenden Ausnehmungen, deren Ausnehmungsboden bogenförmig und/oder kuppelförmig ausgebildet ist. Die Ausnehmungen können jedoch auch mit einer beliebigen Form vorgesehen sein, z. B. einer analytischen Funktion folgen, sich aus numerischen Optimierungen ergeben oder sich an Beispiele aus der Biologie (wie z. B. Blattrippen) anlehnen.According to a further embodiment, the removal of the substrate material takes place under the formation of such recesses defining the stiffening structure, the recess bottom of which is arc-shaped and / or dome-shaped. However, the recesses may also be provided with any shape, for. As an analytical function, resulting from numerical optimizations or leaning on examples from biology (such as leaf ribs) lean.
Gemäß dieser Ausführungsform kann aufgrund der zumindest in einem Querschnitt des Trägersubstrats bogenförmigen Strukturen der Versteifungsstruktur eine hohe Stabilität bzw. Formbeständigkeit des Ablenkspiegels bei gleichzeitig geringem Gewicht ermöglicht werden.According to this embodiment, owing to the arcuate structures of the stiffening structure, which are curved at least in a cross section of the carrier substrate, a high stability or dimensional stability of the deflecting mirror can be made possible with a simultaneously low weight.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Laserlicht eine Wellenlänge, für welche das Substratmaterial transparent ist, und das Abtragen des Substratmaterials erfolgt mittels Fokussierens des Laserlichts auf eine Fokusposition und Abfahrens einer Hüllfläche eines abzutragenden Volumens des Substratmaterials mit der Fokusposition, um das Volumen entlang der Hüllfläche von dem umgebenden Substratmaterial zu lösen.According to a further embodiment, the laser light has a wavelength for which the substrate material is transparent, and the removal of the substrate material by means of focusing the laser light on a focus position and moving an envelope surface of a volume of the substrate material to be removed with the focus position to the volume along the envelope surface of to dissolve the surrounding substrate material.
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Substrat z. B. aus einem Material sein, das (bei geringen Lichtintensitäten) im Wesentlichen transparent für das verwendete Laserlicht ist, und das Laserlicht kann derart fokussiert werden, dass ein entsprechender Materialabtrag- oder Materialumwandlungs-Schwellenwert der Lichtintensität erst an der Fokusposition erreicht wird. Des Weiteren kann gemäß dieser Ausführungsform das Abtragen des Substratmaterials blockweise erfolgen, indem z. B. lediglich die Hüllfläche eines abzutragenden Blocks bzw. Volumens (bzw. die im Substratinneren liegende Teilfläche einer solchen Hüllfläche) abgefahren wird, wobei das Volumen entlang dieser Fläche, z. B. durch Materialabtrag oder Materialumwandlung (z. B. Pulverisierung), vom umgebenden Substratmaterial gelöst wird und dieses Volumen quasi aus dem Substrat herausgeschnitten wird.According to this embodiment, the substrate z. Example, be made of a material which is (at low light intensities) substantially transparent to the laser light used, and the laser light can be focused so that a corresponding Materialabtrag- or material conversion threshold of the light intensity is reached only at the focus position. Furthermore, according to this embodiment, the removal of the substrate material block by block by z. B. only the envelope surface of a block or volume to be removed (or lying in the substrate interior surface of such an envelope surface) is traversed, wherein the volume along this surface, z. B. by material removal or material conversion (eg., Pulverization), is released from the surrounding substrate material and this volume is quasi cut out of the substrate.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten Spiegelträgersubstrats, wie z. B. eines Spiegelträgersubstrats eines Ablenkspiegels für einen Galvanometerscanner, aus einem Werkstück aus einem Werkstückmaterial bereitgestellt, aufweisend das Bilden eines Abtragmaterial-Abführkanals in dem Werkstück, welcher zu einer Außenseite des Werkstücks hin offen ist; das Erzeugen von Laserlicht, welches z. B. erzeugt wird mit einer Wellenlänge, für welche das Werkstückmaterial transparent ist, und das Bilden einer Kavität oder Ausnehmung im Inneren des Werkstücks durch Fokussieren des Laserlichts auf eine Fokusposition im Inneren des Werkstücks und Verfahren der Fokusposition im Inneren des Werkstücks, um an der jeweiligen Fokusposition durch das Laserlicht Material des Werkstücks abzutragen, wobei das abgetragene Material durch den Abtragmaterial-Abführkanal hindurch aus dem Inneren des Werkstücks hinausbefördert wird.According to a second aspect of the invention, a method for producing a weight-optimized mirror support substrate, such. A mirror carrier substrate of a deflection mirror for a galvanometer scanner, made of a workpiece of a workpiece material, comprising forming a removal material discharge channel in the workpiece which is open to an outside of the workpiece; the generation of laser light, which z. B. is generated with a wavelength for which the workpiece material is transparent, and forming a cavity or recess in the interior of the workpiece by focusing the laser light on a focus position in the interior of the workpiece and method of the focus position in the interior of the workpiece to the respective Focusing position by the laser light to remove material of the workpiece, wherein the removed material is conveyed through the Abtragmaterial-Abführkanal out of the interior of the workpiece.
Der Abtragmaterial-Abführkanal kann z. B. durch optisches oder mechanisches Anbohren des Werkstücks von der entsprechenden Außenseite desselben her erfolgen.The removal material discharge channel can, for. B. by optical or mechanical drilling of the workpiece from the corresponding outside of the same forth.
Der Abtragmaterial-Abführkanal kann bevor oder nachdem das Werkstückmaterial im Bereich der Kavität abgetragen wird ausgebildet werden.The Abtragmaterial-discharge duct can be formed before or after the workpiece material is removed in the region of the cavity.
Das Werkstückmaterial kann z. B. ein Material sein, das für die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts (bei geringeren Lichtintensitäten, bei welchen Mehr-Photonen-Absorption vernachlässigbar ist) im Wesentlichen transparent ist, wobei der Materialabtrag z. B. bei Intensitäten des Laserlichts oberhalb eines materialspezifischen Materialabtrag-Schwellenwertes mittels Energieeintrags über nichtlineare Absorptionsmechanismen, z. B. Mehr-Photonen-Absorption, erfolgen kann. Ein Materialabtrag im Inneren des Werkstücks kann z. B. erfolgen, indem das Laserlicht, z. B. durch entsprechende Wahl der Lichtleistung und der Fokusgröße, derart auf eine Fokusposition im Innern des Werkstücks fokussiert wird, dass der Materialabtrag-Schwellenwert erst an der Fokusposition erreicht wird.The workpiece material may, for. Example, be a material that is substantially transparent to the wavelength of the laser light used (at lower light intensities at which multi-photon absorption is negligible), wherein the material removal z. B. at intensities of the laser light above a material-specific material removal threshold by means of energy input via non-linear absorption mechanisms, eg. B. multi-photon absorption, can take place. A material removal inside the workpiece can, for. B. be done by the laser light, z. B. by appropriate choice of the light output and the focus size, is focused on a focus position in the interior of the workpiece such that the material removal threshold is reached only at the focus position.
Die Kavität wird derart ausgebildet, dass sie in Verbindung mit dem Abtragmaterial-Abführkanal steht bzw. kommt, so dass das an der jeweiligen Fokusposition des Laserlichts abgetragene Werkstückmaterial durch den Abführkanal aus dem Werkstück hinaus befördert werden kann. Zum Beispiel kann das im Inneren des Werkstücks abgetragene Material mittels der Schwerkraft über den Abführkanal aus dem Werkstück hinausbefördert werden. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, im Inneren des Werkstücks durch Abfahren entsprechender Teilvolumen-Hüllflächen mit dem Laserfokus Teilvolumina aus dem Werkstückmaterial herauszuschneiden, wobei die Abmessungen dieser Teilvolumina derart gewählt sind, dass die Teilvolumina durch den Abführkanal hindurch aus dem Werkstück hinaus befördert werden können. Die Kavität kann auch entlang ihrer letztlich kompletten Hüllfläche ausgeschnitten werden und das entsprechend aus dem Werkstückmaterial herausgeschnittene Werkstückmaterialvolumen (welches dem gesamten Kavitätsvolumen entspricht) aus einem angepasst großen Abtragmaterial-Abführkanal in einem Stück heraus transportiert werden. Als ein anderes Beispiel kann das Werkstückmaterial an der Fokusposition verdampft werden und das entstehende gasförmige Material kann durch den Abführkanal entweichen, z. B. mittels Unterdruck abgesaugt werden.The cavity is formed so as to be in communication with the ablation material discharge passage, so that the workpiece material ablated at the respective focus position of the laser light can be conveyed out of the workpiece through the discharge passage. For example, the material removed inside the workpiece may be conveyed out of the workpiece by gravity via the discharge channel. For example, it can be provided to cut out partial volumes from the workpiece material in the interior of the workpiece by traversing corresponding partial volume envelope surfaces with the laser focus, the dimensions of these partial volumes being selected such that the partial volumes can be conveyed out of the workpiece through the discharge channel. The cavity can also be cut out along its ultimately complete envelope surface and the corresponding out of the Workpiece material cut out workpiece material volume (which corresponds to the total cavity volume) are transported out of a suitably large Abtragmaterial-discharge channel in one piece out. As another example, the workpiece material may be vaporized at the focus position and the resulting gaseous material may escape through the discharge channel, e.g. B. are sucked by vacuum.
Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Abtragmaterial-Abführkanäle in ein und dieselbe Kavität münden, es kann aber auch vorgesehen sein, dass lediglich ein einziger Abführkanal in eine zugehörige Kavität mündet. Die Kavität kann z. B. als eine im Wesentlichen geschlossene Kavität ausgebildet werden, wobei eine Querausdehnung eines jeweiligen Abführkanals, die z. B. im Wesentlichen senkrecht zu einer Verlaufsrichtung desselben gemessen wird, kleiner – z. B. wesentlich kleiner – sein kann als eine dazu parallel verlaufende Querausdehnung der zugehörigen Kavität. Die Kavität kann bezüglich des Abführkanals mit einer Hinterschneidung ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Querausdehnung des Abführkanals kleiner als 1/2, kleiner als 1/4, kleiner als 1/10, oder sogar kleiner als 1/20 der Querausdehnung der zugehörigen Kavität sein. Als ein anderes Beispiel kann die Mündungs-Fläche, welche durch die Fläche der Mündungsöffnung des Abtragmaterial-Abführkanals an der Außenseite des Werkstücks definiert wird, kleiner (z. B. wesentlich kleiner) sein als die Kavitäts-Hüllfläche, welche die Kavität bildet bzw. umhüllt. Zum Beispiel kann die Mündungs-Fläche kleiner als 1/10, kleiner als 1/100, kleiner als 1/500 oder kleiner als 1/1000 der Kavitäts-Hüllfläche sein.It can be provided that a plurality of removal material discharge channels lead into one and the same cavity, but it can also be provided that only a single discharge channel opens into an associated cavity. The cavity can z. B. be formed as a substantially closed cavity, wherein a transverse extension of a respective discharge channel, the z. B. is measured substantially perpendicular to a direction of the same, smaller - z. B. much smaller - can be as a parallel transverse extension of the associated cavity. The cavity may be formed with respect to the discharge channel with an undercut. For example, the transverse extent of the discharge channel may be less than 1/2, less than 1/4, less than 1/10, or even less than 1/20 of the transverse extent of the associated cavity. As another example, the orifice area defined by the area of the mouth of the ablation material discharge channel on the outside of the workpiece may be smaller (eg, substantially smaller) than the cavity envelope area forming the cavity. envelops. For example, the orifice area may be less than 1/10, less than 1/100, less than 1/500, or less than 1/1000 of the cavity envelope area.
Indem eine oder mehrerer solcher Kavitäten im Inneren des Werkstücks erzeugt werden können, können diese (bzw. das zwischen ihnen verbliebene Werkstückmaterial) eine Stützstruktur des Werkstücks definieren, z. B. eine Stützstruktur im Inneren des Werkstücks definieren, die z. B. eine Struktur in Form eines durch Stege verbundenen Obergurts und Untergurts aufweist, wobei das gewichtsoptimierte Bauteil eine hohe Steifigkeit bzw. Formbeständigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht aufweisen kann.By allowing one or more such cavities to be created inside the workpiece, they (or the workpiece material remaining between them) can define a support structure of the workpiece, e.g. B. define a support structure in the interior of the workpiece, the z. B. has a structure in the form of a web connected by webs upper belt and lower belt, wherein the weight-optimized component can have a high rigidity or dimensional stability at relatively low weight.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Erzeugen von Laserlicht das Erzeugen mehrerer voneinander räumlich getrennter Laserstrahlen auf, wobei das Fokussieren des Laserlichts das Fokussieren der mehreren Laserstrahlen auf eine gemeinsame Fokusposition aufweist.According to one embodiment, generating laser light comprises generating a plurality of spatially separated laser beams, wherein focusing the laser light comprises focusing the plurality of laser beams on a common focus position.
Gemäß dieser Ausführungsform können z. B. mehrere Laserstrahlen erzeugt werden, die jeweils auf die gemeinsame Fokusposition im Inneren des Werkstücks fokussiert werden und sich an dieser Fokusposition kreuzen. Gemäß dieser Ausführung kann die Lichtleistung jedes einzelnen der Laserstrahlen z. B. derart gewählt werden, dass der Materialabtrag-Schwellenwert erst durch das Aufsummieren der einzelnen Lichtleistungen an der gemeinsamen Fokusposition erreicht werden kann. Demgemäß kann die zum Materialabtrag erforderliche Gesamt-Lichtleistung z. B. auf die einzelnen Laserstrahlen aufgeteilt werden, wodurch z. B. ein im Eintritts- bzw. Austrittsbereich vor bzw. nach der Fokusposition eines jeweiligen Laserstrahls auftretender Energieeintrag (in das Werkstückmaterial) vermindert werden kann, wodurch z. B. eine damit einhergehende, unerwünschte Materialbelastung gering gehalten werden kann.According to this embodiment, for. B. several laser beams are generated, which are each focused on the common focus position in the interior of the workpiece and intersect at this focus position. According to this embodiment, the light output of each of the laser beams z. B. are selected such that the material removal threshold can be achieved only by the summation of the individual light outputs at the common focus position. Accordingly, the required for material removal total light output z. B. be divided on the individual laser beams, whereby z. B. occurring in the entrance or exit area before or after the focus position of a respective laser beam energy input (in the workpiece material) can be reduced, whereby z. B. a concomitant, undesirable material stress can be kept low.
Des Weiteren können gemäß dieser Ausführungsform z. B. die Abmessungen eines Kreuzungs- bzw. Bearbeitungsbereichs, innerhalb dessen ein zum Bearbeiten des Werkstückmaterials erforderlicher Schwellenwert der Lichtintensität erreicht wird, verringert werden und somit eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit (z. B. in Form einer geringeren Oberflächenrauigkeit) erzielt werden. Zum Beispiel ist der Fokusbereich eines Laserstrahls entlang der Ausbreitungsrichtung des Strahls in der Regel weniger gut definiert (d. h. ausgedehnter) als in einer Querrichtung (d. h. einer quer zur Ausbreitungsrichtung verlaufenden Richtung). Somit können die beiden Laserstrahlen z. B. derart geführt werden, dass die (maximalen) Abmessungen des Kreuzungsbereichs der Strahlen im Wesentlichen den Querabmessungen des Fokusbereichs eines jeweiligen der Laserstrahlen entsprechen und somit der Kreuzungsbereich geringere Abmessungen aufweist als der Fokusbereich eines Einzelstrahls.Furthermore, according to this embodiment, for. For example, the dimensions of a crossing or machining area, within which a threshold value of the light intensity required for machining the workpiece material, can be reduced and thus a higher machining accuracy (eg in the form of a lower surface roughness) can be achieved. For example, the focal range of a laser beam along the propagation direction of the beam is typically less well defined (i.e., more extended) than in a transverse direction (i.e., a direction transverse to the propagation direction). Thus, the two laser beams z. B. are performed such that the (maximum) dimensions of the crossing region of the beams substantially correspond to the transverse dimensions of the focus region of a respective one of the laser beams and thus the crossing region has smaller dimensions than the focus region of a single beam.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kavität mit einem Volumen gebildet, welches größer ist als das Volumen des Abtragmaterial-Abführkanals.According to a further embodiment, the cavity is formed with a volume which is greater than the volume of the Abtragmaterial-Abführkanals.
Zum Beispiel kann die Kavität als eine Ausweitung ausgebildet werden, welche sich an das im Inneren des Werkstücks liegende Ende des Abführkanals anschließt. Zum Beispiel kann die Kavität bzw. Ausweitung mit einem Volumen gebildet werden, welches größer ist als das doppelte, das zehnfache, das hundertfache oder das tausendfache des Volumens des Abführkanals. Demgemäß kann mittels eines kleinen Abführkanals eine demgegenüber große Kavität und somit eine dementsprechende Gewichtsverringerung ermöglicht werden, wobei die an der Außenfläche des Werkstücks liegende Mündungs-Fläche des Abführkanals gering gehalten werden kann. Die Kavität und der Abführkanal können jedoch auch in irgendeiner Hohlvolumenform gemäß einer gewünschten, vom Werkstückmaterial verbleibenden Versteifungsstruktur ausgebildet werden, wobei z. B. die Kavität und der Abführkanal gemeinsam in einer Form ausgebildet werden, die jener der anhand des ersten Aspekt beschriebenen Ausnehmung/Ausnehmungen entspricht.For example, the cavity may be formed as an extension which adjoins the end of the discharge channel located inside the workpiece. For example, the cavity may be formed with a volume greater than twice, ten times, one hundred times or one thousand times the volume of the discharge channel. Accordingly, by means of a small discharge channel a comparatively large cavity and thus a corresponding reduction in weight can be made possible, wherein the muzzle surface of the discharge channel lying on the outer surface of the workpiece can be kept small. However, the cavity and the discharge channel can also be formed in any hollow volume shape according to a desired, remaining from the workpiece material stiffening structure, wherein z. B. the cavity and the discharge channel are formed together in a shape that those of the first aspect described recess / recesses corresponds.
Wie gemäß dem ersten Aspekt werden die Kavität oder die Kavitäten und der oder die zugehörigen Abführkanäle z. B. derart ausgebildet, das (stets) keine oder im wesentlichen keine Durchgangsöffnungen entstehen, so dass auf einer von jener Seite des Werkstücks, auf der die Außenausmündung des oder der Abführkanäle vorliegt, verschiedenen Seite (diese Seite liegt z. B. jener Seite des Werkstücks, auf der die Abführkanäle ausmünden, gegenüber) eine ununterbrochene oder im wesentlichen ununterbrochene Fläche vorliegt.As in the first aspect, the cavity or cavities and the associated discharge channel (s) are e.g. B. formed in such a way that (always) no or substantially no through-holes are formed, so that on a side different from that side of the workpiece on which the outer orifice of the discharge channels or is present (this side is, for example, that side of the Workpiece on which the discharge channels open, opposite) an uninterrupted or substantially uninterrupted surface is present.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Ausbilden einer Spiegelfläche auf mindestens einer Seite des Spiegelträgersubstrats auf, z. B. auf jener Seite, welcher der Seite, auf welcher die Abführkanäle ausmünden, gegenüberliegt, wobei auch auf dieser Seite, auf welcher die Abführkanäle ausmünden, eine Spiegelfläche ausgebildet sein.According to another embodiment, the method further comprises forming a mirror surface on at least one side of the mirror support substrate, e.g. B. on that side, which is the side on which the discharge channels open, opposite, whereby also on this side, on which the discharge channels open, a mirror surface may be formed.
Das Spiegelträgersubstrat kann z. B. ein im Wesentlichen scheibenförmiges Substrat sein, wobei z. B. eine oder die Vorderseite des Substrats für die Spiegelfläche vorgesehen sein kann, und wobei z. B. ein oder mehrere Abtragmaterial-Abführkanäle an der Rückseite des Substrats münden können, wobei z. B. mehrere oder alle der Abführkanäle mit einer gemeinsamen Kavität verbunden sein können oder z. B. jeder Abführkanal mit einer zugehörigen, von den anderen Kavitäten z. B. jeweils separaten Kavität verbunden sein kann. Es kann z. B. auch vorgesehen sein, sowohl die Vorder- als auch die Rückseite des Substrats mit gleichartigen Spiegelflächen auszubilden (z. B. durch Aufbringen jeweiliger dielektrischer Spiegelschichten), wobei sich z. B. etwaige durch das Ausbilden der Spiegelflächen ergebende Einflüsse (z. B. mechanische Spannungen) gegenseitig kompensieren können und somit ein Verformen bzw. Verziehen des Substrats im Wesentlichen verhindert bzw. zumindest vermindert werden kann. Das Ausbilden der Spiegelfläche(n) kann z. B. durch Polieren einer jeweiligen Seitenfläche des Spiegelträgersubstrats oder auch durch Ausbilden eines dielektrischen Spiegels an einer jeweiligen Seitenfläche erfolgen. Das Spiegelträgersubstrat kann jedoch auch mit einer beliebigen anderen Form vorgesehen sein, kann z. B. vor dem Ausbilden der Spiegelfläche mit einer Facettierung versehen sein.The mirror support substrate may, for. B. be a substantially disc-shaped substrate, wherein z. B. one or the front of the substrate may be provided for the mirror surface, and wherein z. B. one or more Abtragmaterial-Abführkanäle can open at the back of the substrate, wherein z. B. several or all of the discharge channels may be connected to a common cavity or z. B. each discharge channel with an associated, from the other cavities z. B. each separate cavity can be connected. It can, for. B. also be provided to form both the front and the back of the substrate with similar mirror surfaces (eg., By applying respective dielectric mirror layers), wherein z. B. any resulting from the formation of the mirror surfaces influences (eg., Mechanical stresses) can compensate each other and thus substantially prevents deformation or warping of the substrate or at least reduced. The formation of the mirror surface (s) can, for. Example, by polishing a respective side surface of the mirror support substrate or by forming a dielectric mirror on a respective side surface. However, the mirror support substrate may also be provided with any other shape, z. B. be provided prior to forming the mirror surface with a faceting.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ausbilden der mindestens einen Spiegelfläche vor dem Bilden der Kavität.According to one embodiment, the formation of the at least one mirror surface takes place before the formation of the cavity.
Gemäß dieser Ausführungsform kann z. B. eine beim Ausbilden der Spiegelfläche auftretende (mechanische) Belastung von dem noch nicht gewichtsreduzierten Substrat gut abgefangen werden, wobei die Gefahr einer Verformung der Spiegelfläche gering gehalten werden kann. Da das nachfolgende Ausbilden der Kavität bzw. mehrerer solcher Kavitäten mittels Laserlichts ohne mechanische Krafteinwirkung erfolgen kann, kann zudem die Gefahr einer Verformung des nunmehr (durch den Materialabtrag beim Ausbilden der Kavität bzw. der Kavitäten) gewichtsreduzierten und somit durch mechanische Krafteinwirkung leichter verformbaren Substrats ebenfalls gering gehalten werden.According to this embodiment, z. B. a occurring during the formation of the mirror surface (mechanical) load from the not yet weight-reduced substrate are well intercepted, the risk of deformation of the mirror surface can be kept low. Since the subsequent formation of the cavity or several such cavities by means of laser light can be done without mechanical force, also the risk of deformation of the now (by the removal of material during the formation of the cavity or the cavities) weight-reduced and thus more easily deformable by mechanical force substrate also be kept low.
Zum Beispiel kann zunächst die mindestens eine Spiegelfläche an einer Vorderseite des Substrats ausgebildet werden und darauffolgend können eine oder mehrere Kavitäten durch Fokussieren des Laserlichts von einer Rückseite des Substrats her auf eine Fokusposition im Inneren desselben gebildet werden, wobei das abgetragene Material z. B. durch einen oder mehrere zugehörige Abtragmaterial-Abführkanäle, die an der Rückseite des Substrats münden, aus dem Substratinneren hinausbefördert werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, zunächst die mindestens eine Spiegelfläche an einer Vorderseite des Substrats auszubilden und darauffolgend eine oder mehrere Kavitäten durch Fokussieren des Laserlichts von dieser Vorderseite des Substrats her (und durch die Spiegelfläche hindurch) auf entsprechende Fokuspositionen im Inneren des Substrats zu bilden, wobei die Wellenlänge des Laserlichts z. B. derart eingestellt sein kann, dass die Spiegelfläche für sie transparent ist (d. h. die Spiegelfläche wirkt bei dieser Wellenlänge nicht reflektierend).For example, firstly, the at least one mirror surface may be formed on a front side of the substrate, and subsequently one or more cavities may be formed by focusing the laser light from a back side of the substrate to a focus position inside thereof, the abraded material being e.g. B. by one or more associated Abtragmaterial-discharge channels, which open at the back of the substrate, can be conveyed out of the substrate interior. It may also be provided to first form the at least one mirror surface on a front side of the substrate and subsequently to form one or more cavities by focusing the laser light from this front side of the substrate (and through the mirror surface) to corresponding focal positions in the interior of the substrate, wherein the wavelength of the laser light z. B. can be set so that the mirror surface is transparent to them (i.e., the mirror surface is not reflective at this wavelength).
Das Ausbilden der mindestens einen Spiegelfläche kann jedoch auch nach dem Ausbilden der Kavität(en) erfolgen.However, the formation of the at least one mirror surface can also take place after the formation of the cavity (s).
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Bilden des Abtragmaterial-Abführkanals durch Fokussieren des Laserlichts auf eine Fokusposition an der (für die Mündung des Abführkanals vorgesehenen) Außenseite des Werkstücks und Verfahren, unter Materialabtrag durch das fokussierte Laserlicht, der Fokusposition in das Innere des Werkstücks.According to an embodiment, forming the ablation material discharge channel by focusing the laser light on a focus position on the (provided for the mouth of the discharge channel) outside of the workpiece and method, with material removal by the focused laser light, the focus position takes place in the interior of the workpiece.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Abtragmaterial-Abführkanal z. B. ohne Verwenden zusätzlicher Werkzeuge, wie etwa Bohrer, gebildet werden, z. B. direkt vor dem Bilden einer an den Abführkanal anschließenden Kavität mittels des Laserlichts.According to this embodiment, the Abtragmaterial-discharge channel z. B. without using additional tools, such as drills are formed, for. B. just before forming a subsequent to the discharge channel cavity by means of the laser light.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten Spiegelträgersubstrats, z. B. eines Spiegelträgersubstrats eines Ablenkspiegels für z. B. einen Galvanometerscanner, aus einem Werkstück aus einem Werkstückmaterial bereitgestellt, aufweisend das Erzeugen von Laserlicht mit einer Wellenlänge, z. B. mit einer solchen Wellenlänge, für welche das Werkstückmaterial (im Wesentlichen) transparent ist, das Fokussieren des Laserlichts auf eine Fokusposition und das Abfahren eines Teilvolumens des Werkstücks, z. B. eines Teilvolumens innerhalb des Werkstücks, wobei das Teilvolumen z. B. an eine Außenfläche des Werkstücks grenzt, mit der Fokusposition, um das Werkstückmaterial innerhalb des Teilvolumens derart zu modifizieren, dass das modifizierte Werkstückmaterial (innerhalb des Teilvolumens) gegenüber einem Ätzmittel eine höhere Ätzrate aufweist als das unmodifizierte Werkstückmaterial (außerhalb des Teilvolumens); und das Ätzen des Werkstücks mit dem Ätzmittel, wobei das modifizierte Werkstückmaterial aus dem Werkstück herausgeätzt wird.According to a third aspect, a method of manufacturing a weight optimized mirror support substrate, e.g. B. a mirror carrier substrate of a deflection mirror for z. B. a galvanometer scanner, provided from a workpiece of a workpiece material, comprising generating laser light having a wavelength, for. B. with such a wavelength for which the Workpiece material is (substantially) transparent, the focusing of the laser light to a focus position and the departure of a partial volume of the workpiece, for. B. a partial volume within the workpiece, wherein the partial volume z. B. adjacent to an outer surface of the workpiece, with the focus position to modify the workpiece material within the sub-volume such that the modified workpiece material (within the sub-volume) to an etchant has a higher etching rate than the unmodified workpiece material (outside of the sub-volume); and etching the workpiece with the etchant, wherein the modified workpiece material is etched out of the workpiece.
Gemäß diesem Aspekt kann in dem Werkstück durch selektives Herausätzen des modifizierten Materials eine Ausnehmung (oder mehrere entsprechende Ausnehmungen) mit einer beliebigen dreidimensionalen Form gebildet werden. Der Zugang zu der Ausnehmung kann durch Ätzen erfolgen, z. B. wenn das modifizierte oder zu modifizierende Teilvolumen einen Anschluss an eine Außenfläche des Werkstücks hat. Der Zugang zu dem modifizierten Teilvolumen kann auch mechanisch (z. B. mittels Bohrens oder Fräsens) oder mittels Abtrag durch Laserlicht wie z. B. gemäß dem ersten und/oder gemäß dem zweiten Aspekt erfolgen. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, das Teilvolumen (bzw. eine Vielzahl entsprechender Teilvolumina) derart zu formen, dass die resultierenden Ausnehmungen eine Versteifungsstruktur an einer Außenseite (z. B. an einer Rückseite) des Werkstücks definieren. Es kann auch vorgesehen sein, das Teilvolumen (bzw. eine Vielzahl entsprechender Teilvolumina) derart zu formen, dass die resultierenden Ausnehmungen in Form von im Wesentlichen geschlossenen Kavitäten im Inneren des Werkstücks ausgebildet werden, wobei die Kavitäten (bzw. das zwischen ihnen verbliebene Werkstückmaterial) z. B. eine im Inneren des Werkstücks liegende Stützstruktur definieren können.According to this aspect, a recess (or a plurality of corresponding recesses) having an arbitrary three-dimensional shape can be formed in the workpiece by selectively etching out the modified material. The access to the recess can be made by etching, z. B. if the modified or modifiable sub-volume has a connection to an outer surface of the workpiece. The access to the modified partial volume can also be mechanical (eg by means of drilling or milling) or by removal by laser light such. B. according to the first and / or according to the second aspect. For example, it may be provided to shape the sub-volume (or a plurality of corresponding sub-volumes) in such a way that the resulting recesses define a stiffening structure on an outer side (eg on a rear side) of the workpiece. It can also be provided to form the sub-volume (or a multiplicity of corresponding sub-volumes) in such a way that the resulting recesses are formed in the interior of the workpiece in the form of substantially closed cavities, the cavities (or the workpiece material remaining between them) z. B. can define a lying inside the workpiece support structure.
Der vorausgehend beschriebene dritte Aspekt kann z. B. auch bei den Verfahren gemäß dem ersten und beim zweiten Aspekt angewandt werden. D. h., bei den Verfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt kann das abzutragende Material entsprechend zunächst mittels Laserlichts modifiziert werden (wobei es noch am Rest-Werkstückmaterial anhaften bleibt), um dann mittels des Ätzmittels vom verbleibenden Werkstück separiert zu werden (Separieren/Lösen der stofflichen Verbindung zwischen dem abzutragenden Material um dem Rest-Werkstückmaterial). Das Teilvolumen gemäß dem dritten Aspekt kann z. B. der Kavität des zweiten Aspekts entsprechen. Bei den Verfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt kann jedoch auch vorgesehen sein, das abzutragende Material unmittelbar mittels des Laserlichts vom Werkstück, wie z. B. dem Spiegelträgersubstrat, zu separieren bzw. abzutrennen oder abzulösen.The third aspect described above may, for. B. also be applied in the method according to the first and the second aspect. That is, in the methods according to the first and second aspects, the material to be removed may be initially modified by laser light (while still remaining adhered to the residual workpiece material) and then separated from the remaining workpiece by means of the etchant (separation / Releasing the material connection between the material to be removed around the remaining workpiece material). The partial volume according to the third aspect may, for. B. correspond to the cavity of the second aspect. In the method according to the first and the second aspect, however, can also be provided, the material to be removed directly by means of the laser light from the workpiece, such. B. the mirror support substrate to separate or separate or detach.
Die Eigenschaften des Laserstrahls (z. B. die Wellenlänge, die Lichtleistung, die Fokusgröße und/oder die Pulsdauer, falls ein gepulster Laser zum Einsatz kommt) können z. B. derart eingestellt und auf das Werkstückmaterial abgestimmt sein, dass ein Schwellenwert der Lichtintensität, welcher zum entsprechenden Modifizieren (d. h. Verändern der Eigenschaften) des Werkstückmaterials erforderlich ist, erst an der Fokusposition erreicht wird.The properties of the laser beam (eg the wavelength, the light power, the focus size and / or the pulse duration, if a pulsed laser is used) can, for. B. adjusted and tuned to the workpiece material, that a threshold value of the light intensity, which is required for corresponding modification (i.e., changing the properties) of the workpiece material, is reached only at the focus position.
Das „Modifizieren” des Werkstückmaterials an der Fokusposition umfasst hier z. B. jegliche Art von Veränderung der Eigenschaften des Werkstückmaterials derart, dass das modifizierte Werkstückmaterial gegenüber dem Ätzmittel eine höhere Ätzrate aufweist als das ursprüngliche, unmodifizierte Werkstückmaterial. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, die Eigenschaften des Laserlichts und/oder des Werkstückmaterials derart einzustellen, dass das Werkstückmaterial an der Fokusposition pulverisiert wird bzw. eine poröse Struktur annimmt, wobei eine Erhöhung der Ätzrate des somit modifizierten Werkstückmaterials z. B. mittels der somit vergrößerten Angriffsoberfläche erzielt werden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Eigenschaften des Laserlichts und/oder des Werkstückmaterials derart zu wählen, dass das Werkstückmaterial an der Fokusposition in eine andere Phase übergeht, welche gegenüber dem Ätzmittel eine höhere Ätzrate aufweist als die ursprüngliche Phase. Das Ätzmittel kann z. B. ein flüssiges Ätzmittel (etwa eine Säure) oder ein gasförmiges Ätzmittel sein.The "modifying" of the workpiece material at the focus position here includes z. B. any kind of change in the properties of the workpiece material such that the modified workpiece material with respect to the etchant has a higher etching rate than the original, unmodified workpiece material. For example, it may be provided to adjust the properties of the laser light and / or the workpiece material such that the workpiece material is pulverized or assumes a porous structure at the focus position, wherein an increase in the etching rate of the thus modified workpiece material z. B. can be achieved by means of the thus enlarged attack surface. However, it can also be provided to select the properties of the laser light and / or of the workpiece material in such a way that the workpiece material at the focus position changes into another phase, which has a higher etch rate than the original phase compared to the etchant. The etchant may, for. Example, a liquid etchant (such as an acid) or a gaseous etchant.
Das Erzeugen von Laserlicht kann auch in diesem Fall (analog zu dem mit Bezug auf den zweiten Aspekt beschriebenen Verfahren) das Erzeugen mehrerer voneinander räumlich getrennter Laserstrahlen aufweisen, wobei das Fokussieren des Laserlichts das Fokussieren der mehreren Laserstrahlen auf eine gemeinsame Fokusposition aufweist. Dabei kann die Lichtleistung jedes einzelnen der Laserstrahlen z. B. derart gewählt werden, dass der zum Modifizieren des Werkstückmaterials erforderliche Schwellenwert der Lichtintensität erst durch das Aufsummieren der einzelnen Lichtleistungen an der gemeinsamen Fokusposition erreicht werden kann.The generation of laser light may also in this case (analogous to the method described with reference to the second aspect) comprise generating a plurality of spatially separated laser beams, wherein focusing the laser light comprises focusing the plurality of laser beams on a common focus position. In this case, the light output of each of the laser beams z. B. are selected such that the required for modifying the workpiece material threshold of the light intensity can be achieved only by the summation of the individual light outputs at the common focus position.
Das Werkstück kann auch in diesem Fall (analog zu dem mit Bezug auf den zweiten Aspekt beschriebenen Verfahren) ein Spiegelträgersubstrat sein, wobei das Verfahren ferner das Ausbilden einer Spiegelfläche auf mindestens einer Seite des Spiegelträgersubstrats aufweisen kann.The workpiece may also be a mirror support substrate in this case (analogously to the method described with reference to the second aspect), wherein the method may further comprise forming a mirror surface on at least one side of the mirror support substrate.
Die oben erläuterten drei Aspekte können in Kombination, z. B. Aspekte zwei und drei oder eins bis drei oder eins und zwei oder eins und drei, angewandt werden, wobei Ausnehmungen an einem Werkstück, wie z. B. an einem Spiegelträgersubstrat, auf die eine und/oder die andere Weise ausgebildet werden können.The three aspects discussed above may be used in combination, e.g. B. Aspects two and three or one to three or one and two or one and three, be applied, wherein recesses on a workpiece, such. B. on a mirror support substrate, on which one and / or the other way can be formed.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sein können. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein the same or similar features may be provided with the same reference numerals. In the drawings show:
Die
In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Spiegelfläche
In einem weiteren Verfahrensschritt wird Laserlicht
Der Laserstrahl
Bei dem Verfahren gemäß den
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Abtragen von Substratmaterial unter Ausbildung von Ausnehmungen mit einem jeweils kuppelförmig gewölbten Ausnehmungsboden (d. h. allseitig bogenförmigen Ausnehmungsboden) erfolgt, wodurch z. B. alle Stege einer von solchen Ausnehmungen definierten Versteifungsstruktur bogenförmig abfallende Flankenwände aufweisen können. Des Weiteren ist ein Materialabtrag mittels Laserlichts z. B. geeignet, Versteifungsstrukturen mit einer beliebigen, z. B. beliebig gekrümmten, dreidimensionalen Form auch schon bei einer geringen Stückzahl (von z. B. einem Stück) wirtschaftlich herzustellen, wobei die Formgestaltung durch das flexible dreidimensionale Führen der Fokusposition
Bei dem anhand der
Jedoch kann bei dem anhand der
Die
Gemäß den
Die Eigenschaften des Laserstrahls
Gemäß dem in den
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in
Wie in
Mit dem fertigen Ausbilden der Kavität
Die Eigenschaften der beiden Laserstrahlen
Des Weiteren sind die Eigenschaften der beiden Laserstrahlen
Bei den Verfahren gemäß den
Somit können die Kavitäten
Gemäß dem in den
Wie in
Wie in
Der Ablenkspiegel
Gemäß der in den
Die
Gemäß den
Die Eigenschaften des Laserstrahls
In einem weiteren Verfahrensschritt werden Teilvolumina
Im Folgenden wird, wie in den
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Teilvolumina
Wie in
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DE102011051198.9A DE102011051198B4 (en) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | Method for producing a weight-optimized deflection mirror |
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