DE102007006867A1

DE102007006867A1 - Laseroszillator

Info

Publication number: DE102007006867A1
Application number: DE102007006867A
Authority: DE
Inventors: Kouji Funaoka; Manabu Kawakami; Masahiko Hasegawa; Motoaki Tamaya; Satoshi Nishida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2007-10-11
Also published as: CN100585444C; JP2007266387A; CN101046540A

Abstract

Ein Laseroszillator weist folgendes auf: einen kreisförmigen Spiegel (1), der Laserlicht reflektiert; einen Spiegelhalter (2), der den Spiegel (1) hält; und ein elastisches Element (3), das den Spiegel (1) von der Seite einer Reflexionsoberfläche des Spiegels (1) her mit Druck beaufschlagt und den Spiegel (1) an dem Spiegelhalter (2) fixiert. Das elastische Element (3) beaufschlagt den Spiegel (1) mit einer Druckbeaufschlagungskraft F, die die nachfolgende Gleichung 1 erfüllt:

Dabei haben die Symbole folgende Bedeutung: F = Druckbeaufschlagungskraft [N]; M = Masse des Spiegels [kg]; a = Beschleunigung [m/s²]; µ = Reibungskoeffizient zwischen dem Spiegel und dem Spiegelhalter; E = Elastizitätsmodul des Spiegels [Pa] in Längsrichtung; t = Dicke des Spiegels [m]; r = Radius des Spiegels [m]; und λ = Wellenlänge des Laserlichts [m].

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Laseroszillator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1; im spezielleren betrifft die Erfindung die Anbringung eines Spiegels, der Laserlicht bei einem Laseroszillator reflektiert.
Ein herkömmlicher Laseroszillator ist mit einem Spiegel ausgestattet, der zum Reflektieren von Laserlicht ausgebildet ist. Eine Reflexionsoberfläche des Spiegels muß ein Ausmaß an Flachheit aufweisen, das 1/20 oder weniger der Wellenlänge des Laserlichts entspricht, um Wellenfrontaberrationen in einen tolerierbaren Bereich zu bringen. Zum Abstrahlen von Wärme ist es ferner notwendig, den Spiegel zu kühlen, da der Spiegel einen Teil des Laserlichts absorbiert. Internes Laserlicht von Laseroszillatoren für die Laserbearbeitung hat eine hohe Leistung und auch eine hohe Lichtstärke. Daher muß ein Spiegelhalter des Laseroszillators, der zum Halten des Spiegels ausgebildet ist, eine hohe Kühlleistungsfähigkeit aufweisen.
Bei Anbringung der Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels in einem Laseroszillator in einer derartigen Weise, daß diese an einem Biegeblock bzw. Spiegelhalter anliegt, erfolgt an einer Berührungsfläche des Biegeblocks, die mit dem Spiegel in Berührung gebracht wird, eine plane Ausbildung mit äußerster Präzision. Infolgedessen wird eine nachfolgende Verformung des Spiegels aufgrund einer Drückkraft, die zum Anbringen des Spiegels aufgebracht wird, verhindert. Dadurch wird ein hohes Ausmaß an Flachheit bzw. planer Ausbildung der Reflexionsoberfläche des Spiegels aufrechterhalten.
Der Spiegel wird durch den Spiegelhalter gekühlt. Obwohl die Berührungsfläche zwischen dem Spiegel und dem Spiegelhalter klein ist, weisen die Berührungsflächen des Spiegels und des Spiegelhalters eine gute Wärmeübertragungseffizienz auf, und die Kühlleistungsfähigkeit des Spiegelhalters ist hoch (siehe z.B. JP-A-8-257 782 (Seiten 2–3, 1)), da der Spiegel durch Schrauben bzw. Bolzen stark mit Druck beaufschlagt wird. Alternativ hierzu wird der Spiegel angebracht, indem die Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels mit einer Drückplatte in Anlage gebracht wird und ferner ein elastisches Element, wie z.B. eine Plattenfeder, dazu veranlaßt wird, den Spiegel von der der Reflexionsoberfläche des Spiegels gegenüberliegenden Seite mit Druck zu beaufschlagen (siehe z.B. JP-A-9-61684 (Seite 3, 1)).
Da der Spiegel bei dem herkömmlichen Laseroszillator durch die Schrauben stark mit Druck beaufschlagt wird, muß die Reflexionsoberfläche des Spiegels ein hohes Maß an Flachheit aufrechterhalten. Aus diesem Grund ist es notwendig, an dem Spiegelhalter eine plane Ausbildung mit äußerst hoher Präzision vorzunehmen (wobei die Flachheit beispielsweise gleich oder weniger als 0,5 μm beträgt). Daher besteht bei dem herkömmlichen Laseroszillator ein Problem dahingehend, daß die plane Ausbildung des Spiegelhalters schwierig ist.
Auch wenn der Spiegel an dem Spiegelhalter angebracht wird, indem die Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels mit der Drückplatte in Anlage gebracht wird, ist die Seite der Reflexionsoberfläche von einer optisch wirksamen Fläche gebildet, die zum Reflektieren von Laserlicht verwendet wird, so daß die Berührungsfläche zwischen dem Spiegel und der Drückplatte klein ist. Aus diesem Grund ist die Wärmeübertragungseffizienz zwischen dem Spiegel und der Drückplatte gering, und die Kühlleistungsfähigkeit des Spiegelhalters ist verringert.
Wenn eine Kraft zum Drücken des Spiegels gegen den Spiegelhalter hoch ist, um die Wärmeübertragung zu erhöhen, bietet der herkömmliche Laseroszillator Probleme dahingehend, daß eine nachfolgende Verformung des Spiegels verursacht wird, indem dieser mit Druck beaufschlagt wird, so daß er der Druckbeaufschlagungsfläche der Drückplatte in seiner Formgebung nachfolgt, da an der Drückplatte keine plane Ausbildung mit hoher Präzision vorgenommen worden ist, wobei die plane Ausbildung der Reflexionsoberfläche des Spiegels beeinträchtigt wird.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend geschilderten Situation zum Lösen der damit verbundenen Probleme erfolgt. Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Laseroszillators, bei dem sich ein Spiegel in einer derartigen Weise an einem Spiegelhalter anbringen läßt, daß ein Verformungsausmaß einer Reflexionsoberfläche des Spiegels innerhalb eines tolerierbaren Bereichs gehalten wird, selbst wenn die Bearbeitungsgenauigkeit des mit dem Spiegel in Berührung zu bringenden Spiegelhalters nicht weiter verbessert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Laseroszillator, wie er im Anspruch 1 angegeben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Laseroszillator geschaffen, der folgendes aufweist: einen kreisförmigen Spiegel, der zum Reflektieren von Laserlicht ausgebildet ist, einen Spiegelhalter, der zum Halten des Spiegels ausgebildet ist, sowie ein elastisches Element, das dazu ausgebildet ist, den Spiegel von der Seite seiner Reflexionsoberfläche her unter Druckbeaufschlagung an dem Spiegelhalter zu fixieren. Bei diesem Laseroszillator ist das elastische Element dazu ausgebildet, den Spiegel mit einer Drückkraft F zu beaufschlagen.
Der Laseroszillator gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart konfiguriert, daß er einen zum Reflektieren von Laserlicht ausgebildeten kreisförmigen Spiegel, einen zum Halten des Spiegels ausgebildeten Spiegelhalter sowie ein elastisches Element aufweist, das dazu ausgebildet ist, den Spiegel von der Seite der Reflexionsoberfläche von diesem her unter Druckbeaufschlagung an dem Spiegelhalter zu fixieren. Ferner ist dieser Laseroszillator derart ausgebildet, daß das elastische Element den Spiegel mit einer Drückkraft F beaufschlagt.
Auf diese Weise kann die vorliegende Erfindung einen Laseroszillator schaffen, bei dem sich ein Spiegel in einem Zustand anbringen läßt, in dem ein Verformungsausmaß einer Reflexionsoberfläche des Spiegels innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, selbst wenn die Bearbeitungsgenauigkeit eines mit dem Spiegel in Berührung zu bringenden Spiegelhalters nicht weiter verbessert ist. Darüber hinaus kann die Erfindung auch die Spiegelkühlleistungseigenschaften des Spiegelhalters verbessern.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 1 zur Erläuterung der Spiegelmontageeinheit;
3A und 3B schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Modells zum Schätzen des Verformungsausmaßes einer Reflexionsoberfläche des Spiegels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 4 zur Erläuterung der Spiegelmontageeinheit;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in 6 zur Erläuterung der Spiegelmontageeinheit;
8A und 8B schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Modells zum Schätzen eines Verformungsausmaßes einer Reflexionsoberfläche des Spiegels gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
10 eine Schnittdarstellung entlang der Linie D-D in 9 zur Erläuterung der Spiegelmontageeinheit.
Im folgenden werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlicher erläutert.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1 zur Erläuterung der Spiegelmontageeinheit. In 1 ist der Halter 2 nicht dargestellt. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, ist ein Spiegel 1 kreisförmig ausgebildet und dient zum Reflektieren von Laserlicht, das in einem Laseroszillator in Schwingung versetzt wird.
Eine optische Achse des Laserlichts wird durch Einstellen einer Richtung einer Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 eingestellt. Der Spiegel 1 ist in einen konkaven Bereich des als Spiegelhalter dienenden Halters 2 eingesetzt und wird von diesem gehalten. Von zwei planaren Oberflächen des Spiegels 1 dient die zum Reflektieren von Laserlicht ausgebildete planare Oberfläche als Reflexionsoberfläche (wobei es sich um eine Oberfläche handelt, an der der Spiegel 1 mit einer Plattenfeder 3 in Berührung steht).
Die Dicke des Spiegels 1 ist größer gewählt als die Tiefe des konkaven Bereichs des Halters 2, so daß ein stufenartiger Bereich zwischen der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 und einer Plattenfeder-Befestigungsfläche des Halters gebildet ist. Dieser stufenartige Bereich entspricht einem Verformungsbetrag L der Plattenfeder 3.
Die Oberfläche gegenüber der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 steht mit dem Halter 2 in Berührung. Der Spiegel 1 wird durch Druckbeaufschlagung mit einer Druckkraft der Plattenfeder 3 an dem Halter 2 fixiert. Die Plattenfeder 3 dient als elastisches Element, das für die unter Druckbeaufschlagung erfolgende Fixierung des Spiegels 1 an dem Halter 2 von der Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels her verwendet wird.
Die Plattenfeder 3 ist an dem Halter 2 mittels Schrauben 4 befestigt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Material des Spiegels 1 um Silizium. Eine Reflexionsschicht ist als Beschichtung auf die Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 aufgebracht. Bei dem Material des Halters 2 handelt es sich um Aluminium mit guter Wärmeleitfähigkeit.
An der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2, an der der Spiegel 1 angebracht wird, wird keine Bearbeitung mit extrem hoher Präzision vorgenommen. Es erfolgt eine spanende Bearbeitung in einem üblichen Umfang, so daß die Flachheit in einem Bereich von 3 μm bis 5 μm liegt. Der Halter 2 ist mit einem Kühlrohr 5 versehen, durch das Kühlwasser zum Kühlen des Spiegels 1 zugeführt wird.
Der Spiegel 1 wird durch den Halter 2 hindurch von der der Reflexionsoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche her gekühlt. Die gesamte Oberfläche, die der Refle xionsoberfläche des Spiegels 1 gegenüberliegt, befindet sich in enger Berührung mit dem Halter 2, um dadurch die Kühlleistungsfähigkeit des Halters 2 zu erhöhen.
Um die Wellenfrontaberration innerhalb eines tolerierbaren Bereichs zu halten, ist es im allgemeinen notwendig, daß die Flachheit der Reflexionsoberfläche des Spiegels mit einem Wert von gleich oder weniger als 1/20 der Wellenlänge λ des Laserlichts ausgebildet ist. Wenn es sich bei dem Laseroszillator um einen Kohlendioxidgas-Laseroszillator handelt, beträgt die Wellenlänge λ des Laserlichts 10,6 μm. Daher ist es notwendig, die Flachheit der Reflexionsoberfläche des Spiegels auf einen Wert von gleich oder weniger als 0,53 μm zu bringen.
Wenn die Größe der zum Befestigen des Spiegels in dem Halter verwendeten Druckkraft hoch ist, wird die Reflexionsoberfläche des Spiegels derart verformt, daß sie der Formgebung der Spiegelbefestigungsfläche des Halters folgt, so daß die Flachheit der Reflexionsoberfläche des Spiegels gleich der Flachheit der Spiegelbefestigungsfläche des Halters ist. In diesem Fall kommt es zu einer Verzerrung des Spiegels. Dadurch erleidet die optische Achse des Laserlichts eine Abweichung, so daß keine exakte Übertragung eines Laserstrahls erzielt werden kann.
Aus diesem Grunde werden im folgenden Bedingungen für die Montage des Spiegels 1 in dem Halter beschrieben, mit denen sich ein Ausmaß an Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1, das als Verformungsausmaß von diesem dient, innerhalb eines tolerierbaren Bereichs halten läßt. Die 3A und 3B zeigen schematische Darstellung zur Erläuterung eines Modells zum Abschätzen eines Biegeverformungsausmaßes der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 bei diesem Ausführungsbeispiel.
3A zeigt eine Rückansicht, gesehen von der der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 gegenüberliegenden Seite. Der Spiegel 1 und der Halter 2 können als an drei Stellen miteinander in Berührung stehend betrachtet werden. Die Berührungsstellen zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 2 ändern sich in Abhängigkeit von den spanenden Bearbeitungsbedingungen der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2. Wenn der Spiegel 1 und der Halter 2 an drei Berührungsstellen 6a, 6b und 6c miteinander in Berührung stehen, wie dies in 3A dargestellt ist, wirkt das größte Biegemoment auf den Spiegel 1.
Gemäß den Momentausgleichsbedingungen wirkt jedoch keine Berührungsreaktionskraft an der Berührungsstelle 6b. Unabhängig von der Position der Berührungsstelle 6b hat somit das Biegeverformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 einen maximalen Wert, wenn die Berührungsstellen 6a und 6c einander gegenüberliegend jenseits des Zentrums des Spiegels 1 angeordnet sind. 3B zeigt eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung des Spiegels 1, bei dem das Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 einen Maximalwert hat.
Die von der Plattenfeder 3 auf den Spiegel 1 ausgeübte Drückkraft wird unter Berücksichtigung eines schlimmsten Zustands eingestellt, wie z.B. eines Zustands, bei dem ein winziger Fremdkörper zwischen dem Spiegel 1 und der Plattenfeder 3 eingeschlossen ist. In diesem Fall wirkt eine Kraft, deren Größe 1/2 einer von der Plattenfeder 3 auf den Spiegel 1 ausgeübten Gesamtdrückkraft F beträgt, an zwei Beaufschlagungsstellen 7a und 7b der Drückkraft, wie dies in 3A gezeigt ist, so daß das Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 dadurch sein Maximum erhält.
Das Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 wird gemäß einer Trägerbiegetheorie berechnet, bei der der Spiegel 1 als rechteckiger Quader mit drei Seiten betrachtet wird, die den Spiegel 1 umschreiben und jeweils eine Länge 2r, 2r sowie t aufweisen. Der Betrag y[m] der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 wird durch die nachfolgende Gleichung (1) ausgedrückt.
Dabei bezeichnen F eine Gesamtdrückkraft [N], die von der Plattenfeder 3 auf den Spiegel 1 ausgeübt wird; E ein Elastizitätsmodul [Pa] in Längsrichtung; t die Dicke [m) des Spiegels 1; und r einen Radius [m] des Spiegels 1. Das zulässige Ausmaß y der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 bei dem Laseroszillator muß die Bedingung y ≤ λ/20 erfüllen. Diese Ungleichheit hinsichtlich des zulässigen Ausmaßes y der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche wird in die Gleichung (1) eingesetzt. Dadurch erhält man die nachfolgende Gleichung (2).
Dabei bezeichnet λ die Wellenlänge [m] des Laserlichts. Die Gesamtdrückkraft F [N] ist zum Erfüllen der Gleichung (2) derart vorgegeben, daß die Flachheit der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt. Auf diese Weise kann die exakte Übertragung von Laserstrahlen erzielt werden. Die Gesamtdrückkraft F [N] muß die nachfolgende Gleichung (3) erfüllen, um eine Verlagerung des Spiegels 1 in bezug auf den Halter 2 durch auf den Laseroszillator wirkende externe Vibrationen zu verhindern.
Dabei bezeichnet M die Masse [kg] des Spiegels. Ferner bezeichnen a eine Beschleunigung [m/s²] und einen Reibungskoeffizienten zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 2. Die Beschleunigung a bezieht sich auf die Aufprallbeständigkeit des Laseroszillators, d.h. die Fähigkeit des Laseroszillators, Stößen von außen standzuhalten. Übliche Vorrichtungen benötigen eine Aufprallbeständigkeit von 10 G oder mehr. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die Beschleunigung a auf 98[m/s²] (= 10 × 9,8[m/s²]) eingestellt ist. Wie aus den Gleichungen (2) und (3) erkennbar ist, muß die Gesamtdrückkraft F [N] die nachfolgende Gleichung (4) erfüllen.
Beim Anbringen des Spiegels 1 in dem Halter 2 wird die der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 gegenüberliegende Oberfläche in Anlage an der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 gebracht. Anschließend wird der Spiegel 1 von der Seite der Reflexionsoberfläche her mit der Plattenfeder 3 mit Druck beaufschlagt, bei der es sich um elastisches Element handelt, das zum Ausüben einer gleichmäßigen Drückkraft auf diesen angeordnet ist. Auf diese Weise ist der Spiegel 1 in dem Halter angebracht.
Der Spiegel 1 wird derart mit Druck beaufschlagt, daß die Gesamtdrückkraft F der Plattenfeder 3 die genannte Gleichung (4) erfüllt. Das Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 läßt sich in einen tolerierbaren Bereich bringen. Infolgedessen ist auch die Wellenfrontaberration in einen zulässigen Bereich gebracht. Dadurch kann die exakte Übertragung eines Laserstrahls mit geringer Abweichung der optischen Achse von diesem erzielt werden.
Ein Verfahren für die Druckbeaufschlagung des Spiegels 1 mit der Gesamtdrückkraft F sieht folgendermaßen aus. Wenn die Plattenfeder 3, deren Federkonstante bekannt ist, fixiert ist, dann sind die Abmessungen des Spiegels 1 und des Halters 2 derart vorgegeben, daß das Verformungsausmaß L der Plattenfeder 3 einen vorbestimmten Wert hat.
Eine Reaktionskraft Fs [N] der Plattenfeder 3, die der Gesamtdrückkraft F entspricht, läßt sich mit der nachfolgenden Gleichung (5) ermitteln. Somit sind die Federkonstante k [N/m] und das Verformungsausmaß L [m] der Plattenfeder derart vorgegeben, daß die Reaktionskraft Fs die nachfolgende Gleichung (5) erfüllt. Fs = k × L (5).
Wie vorstehend beschrieben, kann selbst dann, wenn die Genauigkeit der spanenden Bearbeitung der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 nicht auf ein hohes Niveau gesteigert ist, der Spiegel 1 in dem Halter 2 in einem derartigen Zustand montiert werden, daß das Verformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, und zwar durch Einstellen der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Plattenfeder 3.
Auch wird der Spiegel 1 in dem Halter 2 montiert, indem die der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 gegenüberliegende Oberfläche mit der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 in Berührung gebracht wird, so daß die Berührungsfläche zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 2 zunimmt und dadurch die Leistungsfähigkeit beim Kühlen des Spiegels 1 verbessert ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 4 zur Veranschaulichung der in 4 dargestellten Spiegelmontageeinheit. In 4 ist der Halter 2 nicht dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß gemäß der Darstellung in den 4 und 5 die Spiegelmontageeinheit den Spiegel 1 über eine Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 unter Verwendung einer Schraubenfeder 12 gegen den Halter 2 drückt.
In den 4 und 5 handelt es sich bei den jeweiligen Elementen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 bezeichnet sind, um gleiche oder entsprechende Komponenten. Dies gilt auch für die gesamte nachfolgende Beschreibung. Ferner dienen die in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Komponenten allesamt nur der Erläuterung und stellen keine Einschränkungen der vorliegenden Erfindung dar.
Der Spiegel 1 wird in dem Halter 2 mittels einer Drückkraft der Schraubenfeder 12 über eine Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 1 angebracht. Das heißt, die Schraubenfeder 12 drückt über die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 gegen den Spiegel 1. Bei der Schraubenfeder 12 handelt es sich um ein elastisches Element, das dazu ausgebildet ist, den Spiegel 1 von der Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 unter Druckbeaufschlagung an dem Halter 2 festzulegen.
Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 beinhaltet einen ringförmigen Bereich, der für die Druckbeaufschlagung des Spiegels 1 ausgebildet ist, sowie ferner drei vor stehende Bereiche, von denen jeder in radial nach außen ragender Weise mittels der Schraubenfeder 12 und einer Schraube 13 an dem Halter 2 festgelegt ist. Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 ist mittels der Schrauben 13 derart festgelegt, daß sie in einer Richtung parallel zu der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 keinen großen Verlagerungen ausgesetzt wird.
Die Schraubenfeder 12 ist mittels der Schrauben 13 unter Druckbeaufschlagung an der Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 festgelegt. Bei jeder der Schrauben 13 handelt es sich um eine Schulter- bzw. Kopfschraube. Ein elastisches Verformungsausmaß der Schraubenfeder 12 kann durch die gewindemäßige Befestigung der Schraubenfeder 12 an dem Halter 2 eingestellt werden. Der Halter 2 ist mit einem Kühlrohr 5 versehen, durch das Kühlwasser zum Kühlen des Spiegels 1 hindurchgeführt wird.
In ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Gesamtdrückkraft F der Schraubenfeder 12 derart eingestellt, daß ein Verformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt. Der Spiegel 1 wird folgendermaßen an dem Halter 2 festgelegt. Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 und die Schrauben 13 werden derart vorgegeben, daß die Länge S jeder der Schraubenfedern 12 einen vorbestimmten Wert hat, wenn der Spiegel 1 unter Verwendung der Schraubenfedern 12 über die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 festgelegt wird, wobei die Federkonstante k jeder Schraubenfeder 12 bekannt ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Schraubenfedern 12 an drei Stellen angeordnet. Somit erhält man derartige Reaktionskräfte Fs_i [N] (i = 1, 2, 3) der Schraubenfedern 12, daß die Aufbringungsstelle einer resultierenden Kraft der Schraubenfedern 12 sich im Zentrum des Spiegels 1 befindet. Auch sind die Federkonstante k[N] und ein Kontraktionsbetrag L_i [m] (i = 1, 2, 3) jeder der Schraubenfedern 12 derart vorgegeben, daß die Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F(= ΣFs; (i = 1, 2, 3)) die Gleichung (4) erfüllt.
Bei dem Kontraktionsbetrag L_i [m] (i = 1, 2, 3) jeder der Schraubenfedern 12 handelt es sich um eine Länge, die man erhält durch Subtrahieren einer Länge S von diesen in einem Zustand, in dem der Spiegel 1 festgelegt ist, von einer unbeanspruchten Länge SO von diesen. Dabei läßt sich die Relation zwischen der Reaktionskraft Fs_i, der Federkonstante k und dem Kontraktionsbetrag L_i der Schraubenfedern 12 ermitteln durch Einsetzen von Fs_i und L_i anstelle von Fs bzw. L in die Gleichung (5).
Wie in 4 gezeigt ist, sind die drei Schraubenfedern 12 an gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen auf einem konzentrischen Kreis angeordnet, dessen Zentrum das Zentrum der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 ist. Solange die Aufbringstelle der resultierenden Kraft der Schraubenfedern 12 im Zentrum des Spiegels 1 liegt, können die Schraubenfedern 12 jedoch an optionalen Stellen angeordnet sein.
Die Schraubenfedern 12 verwenden Torsionsreaktionskräfte. Da die elastischen Teile der Schraubenfedern 12 lang sind, läßt sich eine geringe Federkonstante erzielen. Die Verteilung von Belastungen, die bei Beanspruchung in den Schraubenfedern 12 hervorgerufen wird, ist gleichmäßig. Somit kann eine ausreichende Druckbeaufschlagungskraft ohne Beschädigung der Schraubenfedern 12 erzielt werden. Aufgrund von Herstellungsschwankungen bei den Abmessungen der Elemente, wie z.B. dem Spiegel 1, dem Halter 2 sowie der Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 der Spiegelmontageeinheit, werden auch Schwankungen bei dem Ausmaß der elastischen Verformung der angebrachten Schraubenfedern 12 hervorgerufen.
Dadurch entstehen Schwankungen bei der auf den Spiegel 1 aufzubringenden Druckbeaufschlagungskraft. Die Schraubenfedern 12 haben jedoch eine niedrige Federkonstante im Vergleich zu anderen elastischen Elementen, wie z.B. der Plattenfeder. Infolgedessen ermöglicht die Verwendung der Schraubenfedern 12 eine Verringerung der Schwankungen bei der auf den Spiegel 1 aufzubringenden Druckbeaufschlagungskraft sowie ferner auch eine Erweiterung eines auswählbaren Bereichs für die Größe der auf den Spiegel 1 aufzubringenden Druckbeaufschlagungskraft.
Da der Spiegel 1 durch die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 11 mit Druck beaufschlagt wird, können die Schraubenfedern 12 außenseitig von dem Spiegel 1 angeordnet werden. Beim Reflektieren von Laserlicht kann somit die Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 in effektiver Weise genutzt werden. Es besteht somit keine Notwendigkeit zum Erhöhen des Durchmessers des Spiegels 1 für die Fixierung des Spiegels 1.
Wie vorstehend beschrieben, kann selbst dann, wenn die Genauigkeit bei der spanenden Bearbeitung der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 nicht auf ein hohes Niveau gesteigert ist, der Spiegel 1 in dem Halter 2 in einem Zustand montiert werden, in dem das Verformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, und zwar durch Einstellen der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Schraubenfedern 12 über die Spiegelbefestigungsplate 11.
Auch wird der Spiegel 1 in dem Halter 2 befestigt, indem die der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 gegenüberliegende Oberfläche mit der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 in Berührung gebracht wird, so daß die Berührungsfläche zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 2 vergrößert ist und dadurch auch die Leistungsfähigkeit beim Kühlen des Spiegels 1 verbessert ist.
Drittes Ausführungsbeispiel
6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in 6 zur Erläuterung der Spiegelmontageeinheit der 6. In 6 ist der Halter 14 nicht dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 6 und 7 zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, daß konkave Bereiche in dem Halter 14 sowie eine Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 vorgesehen sind.
Der Spiegel 1 ist in dem Halter 14 durch die Druckbeaufschlagungskräfte von Schraubenfedern 16 über die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 angebracht, die mit Erhebungen 15a versehen ist, die in Richtung auf den Spiegel 1 ragen. Bei den Schraubenfedern 16 handelt es sich um elastische Elemente, die dazu ausgebildet sind, den Spiegel 1 von der Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 her unter Druckbeaufschlagung an dem Halter 14 zu fixieren. Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 beinhaltet einen ringförmigen Bereich für die Druckbeaufschlagung des Spiegels 1 sowie drei vorstehende Bereiche, von denen jeder in radial nach außen ragender Weise mittels einer Schraubenfeder 16 und einer Schraube 17 an dem Halter 14 festgelegt ist.
Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 ist mittels der Schrauben 17 derart festgelegt, daß sie in einer zu der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 parallelen Richtung keinen großen Verlagerungen ausgesetzt ist. Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 weist drei Erhebungen 15a auf, die in Richtung auf den Spiegel 1 vorstehen und an drei im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen auf einem konzentrischen Kreis angeordnet sind, dessen Zentrum das Zentrum der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 ist. Auch sind die Erhebungen 15a jeweils entsprechend den Stellen, an denen die Schraubenfedern 16 angeordnet sind, auf der Seite zur Mitte der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 vorgesehen.
Die Schraubenfedern 16 werden mittels der Schrauben 17 unter Druckbeaufschlagung an der Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 angebracht. Bei jeder der Schrauben 17 handelt es sich um eine Kopfschraube. Ein Ausmaß der elastischen Verformung der Schraubenfeder 16 kann durch gewindemäßige Anbringung der Schraubenfeder 16 an dem Halter 14 eingestellt werden. Der Halter 14 ist mit reliefartigen geprägten bzw. geätzten Bereichen vorgesehen, bei denen es sich um stufenartige keilförmige Bereiche mit einem jeweiligen Ausbreitungswinkel von weniger als 60° handelt, die an drei im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen auf einem konzentrischen Kreis, dessen Zentrum das Zentrum der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 ist, angeordnet sind und die jeweils den Erhebungen 15a der Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 entsprechen. Der Halter 14 ist ebenfalls mit einem Kühlrohr 5 versehen, durch das Kühlwasser zum Kühlen des Spiegels 1 hindurch strömt.
Als nächstes werden die Bedingungen zum Montieren des Spiegels 1 in dem Halter in einer derartigen Weise beschrieben, daß ein Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1, das als Verformungsausmaß von diesem dient, innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt. Die 8A und 8B zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Modells zum Schätzen eines Biegeverformungsausmaßes der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 des dritten Ausführungsbeispiels.
8A zeigt eine Rückansicht von der gegenüberliegenden Seite zu der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1. Wie in 8A gezeigt ist, wirkt die Druckbeaufschlagungskraft jeder der Schraubenfedern 16 an einer entsprechenden von drei Stellen 20a, 20b und 20c der Aufbringung der Druckbeaufschlagungskraft, die jeweils den Erhebungen 15a entsprechen und in Winkelintervallen von 120° angeordnet sind. Die Größe der Druckbeaufschlagungskraft, die an jeder der Stellen 20a, 20b und 20c der Aufbringung von dieser wirkt, beträgt 1/3 der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F von diesen.
Der Spiegel 1 und der Halter 2 können als an drei Stellen miteinander in Berührung stehend betrachtet werden. Die Berührungsstellen zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 2 ändern sich in Abhängigkeit von den Bedingungen der spanenden Bearbeitung der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2. In einem Fall, in dem der Spiegel 1 und der Halter 2 an drei Berührungsstellen 19a, 19b und 19c miteinander in Berührung stehen, wie dies in 8A gezeigt ist, wirkt das größte Biegemoment auf den Spiegel 1.
Gemäß den Momentausgleichsbedingungen wirkt dabei keine Berührungsreaktionskraft an der Berührungsstelle 19b. Unabhängig von der Position der Berührungsstelle 19b hat daher das Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 einen Maximalwert in dem Fall, in dem die Berührungsstellen 19a und 19c einander gegenüberliegend über das Zentrum des Spiegels 1 hinweg angeordnet sind.
8B zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Spiegels 1 in einem Zustand, in dem das Ausmaß der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 einen Maximalwert hat. Wie in 8B gezeigt ist, erhält man die Position x einer Aufbringstelle von dem Zentrum des Spiegels 1 folgendermaßen. Das heißt, x = –r × cos(120°) = r/2. Hinsichtlich der Druckbeaufschlagungskräfte wirkt eine Kraft, deren Größe F/3 beträgt, an den zwei Aufbringstellen 20a und 20c von dieser.
Die Größe einer resultierenden Kraft ergibt sich somit wie folgt: (F/3) × 2 = (2 × F)/3. Das Biegeverformungsausmaß y[m] des Spiegels 1 kann in der nachfolgenden Gleichung (6) unter Betrachtung des Spiegels 1 als einen freitragenden Träger mit gleichmäßigem Querschnitt, wobei die Längen von drei Seiten von diesem 2r, 2r bzw. t betragen, sowie durch Berechnen des Ausmaßes y[m] der Biegeverformung des Spiegels 1 gemäß der Trägerbiegetheorie ermittelt werden, wie dies in der nachfolgenden Gleichung (6) angegeben ist:
Dabei bezeichnen F eine Gesamtdruckbeaufschlagungskraft [N], die von den Schraubenfedern 16 auf den Spiegel 1 ausgeübt wird, E einen Elastizitätsmodul [Pa] in Längsrichtung, sowie t die Dicke [m] des Spiegels 1. Ferner bezeichnet r einen Radius [m] des Spiegels 1.
Zum Erzielen einer exakten Übertragung von Laserlicht bei dem Laseroszillator muß das zulässige Ausmaß y der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 in dem Laseroszillator folgende Bedingung erfüllen: y ≤ λ/20. Die nachfolgende Gleichung (7), die den zulässigen Bereich der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F [N] bei diesem Ausführungsbeispiel darstellt, erhält man dann anhand der Gleichung (4) unter Vergleich der Gleichung (6) mit der Gleichung (1).
Dabei bezeichnet λ die Wellenlänge [m] des Laserlichts. Ferner bezeichnen M die Masse [kg] des Spiegels und a eine Beschleunigung [m/s²]. Ferner bezeichnet μ einen Reibungskoeffizienten zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 14.
Da die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 mit den Erhebungen 15a zum Aufbringen der Druckbeaufschlagungskräfte der Schraubenfedern 16 auf den Spiegeln 1 versehen ist, kann die obere Grenze der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Schraubenfedern 16, die als elastische Elemente dienen, im Vergleich von dem durch die Gleichung (4) dargestellten Wert auf den durch die Gleichung (7) dargestellten Wert erhöht werden. Ferner kann auch in dem Fall, in dem die Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Schraubenfedern 16 nicht verändert wird, das Ausmaß y der Biegeverformung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 durch Ausbilden der Erhebungen 51a an der Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 reduziert werden.
Ferner sind die reliefartigen geprägten Bereiche 14a an dem Halter 14 vorhanden. Somit lassen sich folgende Vorteile erzielen. In einem Fall, in dem die reliefartigen geprägten Bereiche 14a nicht vorhanden sind, und der Winkel, der zwischen einer Linie vom Zentrum des Spiegels 1 bis zu der Berührungsstelle 19a und einer weiteren Linie von dem Zentrum des Spiegels 1 bis zu der Berührungsstelle 19c eingeschlossen ist, nur 180° beträgt, ist gemäß den Momentausgleichsbedingungen die Größe einer Berührungsreaktionskraft an der Berührungsstelle 19b gleich 0.
In einem Fall, in dem eine Trägheitskraft aufgrund von externen Vibrationen auf den Spiegel 1 einwirkt, bewegt sich somit die Berührungsstelle 19b nach oben, so daß der Spiegel 1 geneigt werden kann. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist mit den stufenartigen, keilförmigen reliefartigen geprägten Bereichen 14a ausgebildet, von denen jeder einen Ausbreitungswinkel von weniger als 60° aufweist und die an drei im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen auf einem konzentrischen Kreis angeordnet sind. Somit stehen der Spiegel 1 und die Spiegelbefestigungsfläche des Halters 14 an einer Stelle an jedem der reliefartigen geprägten Bereiche 14a miteinander in Berührung.
Der Maximalwert des Winkels, der zwischen der Linie vom Zentrum des Spiegels 1 bis zu der Berührungsstelle 19a sowie der Linie vom Zentrum des Spiegels 1 bis zu der Berührungsstelle 19c eingeschlossen ist, beträgt weniger als 180°. Gemäß den Momentausgleichsbedingungen ist somit die Größe der Berührungsreaktionskraft an der Berührungsstelle 19b größer als 0. Dies verhindert ein Neigen des Spiegels aufgrund von externen Vibrationen. Infolgedessen ist der Anordnungszustand des Spiegels 1 stabil.
Der Spiegel 1 wird folgendermaßen an dem Halter 14 angebracht. Die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 und die Schrauben 17 sind derart vorgesehen, daß die Länge S jeder der Schraubenfedern 16 einen vorbestimmten Wert hat, wenn der Spiegel 1 unter Verwendung der Schraubenfedern 16 über die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte 15 an dem Halter 14 befestigt ist, wobei die Federkonstante k jeder Schraubenfeder bekannt ist. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Schraubenfedern 16 an drei Stellen vorgesehen.
Somit erhält man die Reaktionskraft Fs[N] jeder der Schraubenfedern 16 derart, daß diese 1/3 der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F entspricht. Auch sind die Federkonstante k[N] sowie ein Kontraktionsbetrag L_i [m] (i = 1, 2, 3) von jeder der Schraubenfedern 16 derart vorgegeben, daß die Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F ( = Fs × 3) die Gleichung 7 erfüllt. Bei einem Kontraktionsbetrag L_i [m] (i = 1, 2, 3) jeder der Schraubenfedern 16 handelt es sich um eine Länge, die man erhält durch Subtrahieren der Länge S von diesen in einem Zustand, in dem der Spiegel 1 festgelegt ist, von der unbeanspruchten Länge SO von diesen.
Wie vorstehend beschrieben, kann selbst dann, wenn die Genauigkeit bei der spanenden Bearbeitung der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 14 nicht auf ein hohes Ausmaß gesteigert ist, der Spiegel 1 in dem Halter 14 in einem Zustand angebracht werden, in dem das Verformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, indem die Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Schraubenfedern 16 durch die Spiegelbefestigungsplatte 15 mit den Erhebungen 15a eingestellt wird.
Auch wird der Spiegel 1 in dem Halter 14 montiert, indem die Oberfläche gegenüber von der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 mit der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 14 in Berührung gebracht wird, so daß die Berührungsfläche zwischen dem Spiegel 1 und dem Halter 14 zunimmt und die Leistungsfähigkeit beim Kühlen des Spiegels 1 verbessert wird.
Viertes Ausführungsbeispiel
9 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration einer Spiegelmontageeinheit eines Laseroszillators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie D-D in 9 zur Erläuterung der in 9 dargestellten Spiegelmontageeinheit. In 9 ist der Halter 2 nicht dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin, daß der Spiegel 1 mit den Schraubenfedern 23 unter Druckbeaufschlagung festgelegt ist.
Der Spiegel 1 wird in dem Halter 2 durch die Druckbeaufschlagungskräfte der Schraubenfedern 23 angebracht. Jede der Schraubenfedern 23 wird mit einem Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselement 24 gegen die Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 gedrückt, wobei es sich bei den Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselementen jeweils um einen Federelement-Haltebereich handelt, der zum Halten einer Schraubenfeder 23 ausgebildet ist. Jedes der Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselemente 24 ist derart ausgebildet, daß es eine jeweilige Schraubenfeder 23 umschließt und dadurch eine Verlagerung der Schraubenfeder 23 verhindert.
Jedes der Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselemente 24 ist mittels einer Schraube 25 an dem Halter 2 festgelegt. Hierbei sind die Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselemente 24 den drei Schraubenfedern 23 einzeln entsprechend vorgesehen. Bei den Schraubenfedern 23 handelt es sich um elastische Elemente, die dazu ausgebildet sind, den Spiegel 1 von der Seite der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 her unter Druckbeaufschlagung an dem Halter 2 festzulegen. Ferner sind die Schraubenfedern 23 jeweils zwischen dem Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselement 24 und dem Spiegel 1 vorgesehen. Der Halter 2 besitzt ein Kühlrohr 5, durch das Kühlwasser zum Kühlen des Spiegels 1 hindurch strömt.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die drei Schraubenfedern 23 an im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen auf einem konzentrischen Kreis angeordnet, dessen Zentrum das Zentrum der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 bildet. Somit kann der Spiegel 1 in ähnlicher Weise wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel mit Druck beaufschlagt werden. Die Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Schraubenfedern 23 ist somit entsprechend der Gleichung (7) vorgegeben, so daß das Biegeverformungsausmaß y der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 in einem tolerierbaren Bereich liegt.
Aufgrund der Herstellungsschwankungen bei den Abmessungen der Elemente, wie z.B. dem Spiegel 1, dem Halter 2 und den Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselementen 24 der Spiegelmontageeinheit werden Schwankungen in dem Ausmaß der elastischen Verformung der angebrachten Schraubenfedern 23 hervorgerufen, so daß es zu Schwankungen in dem Verformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 kommt. Bei Verwendung einer Plattenfeder, die von einer Biegereaktionskraft Gebrauch macht, werden Spannungsbelastungen an der Basis der Plattenfeder konzentriert.
Somit kann die Federkonstante nicht auf einen geringen Wert vermindert werden. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die elastischen Teile der Schraubenfedern 12 lang ausgebildet. Somit läßt sich eine geringe Federkonstante erzielen. Die Verteilung von Spannungsbelastungen, die bei Beanspruchung in den Schraubenfedern 23 hervorgerufen werden, ist gleichmäßig. Auf diese Weise läßt sich eine ausreichende Druckbeaufschlagungskraft ohne Beschädigung der Schraubenfedern 12 erzielen.
Bei Verwendung der Schraubenfedern 23 ist somit die Größe der auf den Spiegel 1 ausgeübten Druckbeaufschlagungskraft selbst dann gleichmäßig, wenn Herstellungsschwankungen bei den Abmessungen des Halters 2 vorhanden sind. Somit läßt sich die flache Ausbildung der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines zulässigen Bereichs halten. Darüber hinaus kann wiederum ein Halter mit einem reliefartigen geprägten Bereich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Der Spiegel 1 wird folgendermaßen an dem Halter 2 befestigt. Die Schrauben 25 sind derart ausgebildet, daß die Länge S jeder der Schraubenfedern 23 einen vorbestimmten Wert hat, wenn der Spiegel 1 unter Verwendung der Schraubenfedern 23 an dem Halter 2 festgelegt ist, wobei die Federkonstante k jeder Schraubenfeder 23 bekannt ist. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Schraubenfedern 23 wiederum an drei Stellen angeordnet. Somit erhält man die Reaktionskraft Fs [N] jeder der Schraubenfedern 23 in einer Weise, die 1/3 der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F entspricht.
Auch sind die Federkonstante k [N] sowie ein Kontraktionsbetrag L_i [m] (i = 1, 2, 3) jeder der Schraubenfedern 23 derart vorgegeben, daß die Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F(= Fs × 3) die Gleichung (7) erfüllt. Bei einem Kontraktionsbetrag L_i [m] (i = 1, 2, 3) jeder de Schraubenfedern 23 handelt es sich um eine Länge, die man erhält durch Subtrahieren der Länge S der Schraubenfedern 23 in einem Zustand, in dem der Spiegel 1 festgelegt ist, von der unbeanspruchten Länge SO der Schraubenfedern 23.
Wie vorstehend beschrieben, kann selbst dann, wenn die Genauigkeit bei der spanenden Bearbeitung der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 nicht auf ein hohes Niveau gesteigert ist, der Spiegel 1 in dem Halter 2 in einem Zustand montiert werden, in dem das Verformungsausmaß der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 innerhalb eines tolerierbaren Bereichs liegt, und zwar unter Fixierung des Spiegels 1 mit Druckbeaufschlagung durch die Schraubenfedern 23 sowie durch Einstellen der Gesamtdruckbeaufschlagungskraft F der Schraubenfedern 23.
Ferner wird der Spiegel 1 dadurch an dem Halter 2 montiert, daß die der Reflexionsoberfläche des Spiegels 1 gegenüberliegende Oberfläche mit der Spiegelbefestigungsfläche des Halters 2 in Berührung gebracht wird, so daß die Berührungsfläche zwischen dem Spiegel 1 und em Halter 2 zunimmt und dadurch die Leistungsfähigkeit beim Kühlen des Spiegels 1 verbessert werden kann.
Ferner ist zu erwähnen, daß bei jedem der Ausführungsbeispiel auch andere elastische Elemente, wie z.B. eine Feder und ein Gummielement, anstelle der Schraubenfeder und der Plattenfeder verwendet werden können.

1: Spiegel
2; 14: Halter
3: Plattenfeder
4; 13; 17; 25: Schrauben
5: Kühlrohr
6a, 6b, 6c; 19a, 19b, 19c: Berührungsstellen
7a, 7b; 20a, 20b, 20c: Beaufschlagungsstellen
11; 15: Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte
12; 16; 23: Schraubenfedern
14a: reliefartige geprägte Bereiche
15a: Erhebungen
24: Schraubenfeder-Druckbeaufschlagungselement

Claims

Laseroszillator, der folgendes aufweist: – einen kreisförmigen Spiegel (1), der Laserlicht reflektiert; – einen Spiegelhalter (2; 14), der den Spiegel (1) hält; und – ein elastisches Element (3; 12; 16; 23), das den Spiegel (1) von der Seite einer Reflexionsoberfläche des Spiegels (1) her mit Druck beaufschlagt und den Spiegel (1) an dem Spiegelhalter (2; 14) fixiert, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3; 12; 16; 23) den Spiegel (1) mit einer Druckbeaufschlagungskraft F beaufschlagt, die die nachfolgende Gleichung 1 erfüllt:
wobei die Symbole folgende Bedeutung haben: F = Druckbeaufschlagungskraft [N], M = Masse des Spiegels [kg], a = Beschleunigung [m/s²], μ = Reibungskoeffizienten zwischen dem Spiegel und dem Spiegelhalter, E = Elastizitätsmodul des Spiegels [Pa] in Längsrichtung, t = Dicke des Spiegels [m], r = Radius des Spiegels [m], und λ = Wellenlänge des Laserlichts [m].
Laseroszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (12; 16) den Spiegel (1) über eine Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte (11; 15) mit Druck beaufschlagt.
Laseroszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte (11; 15) eine Ringform aufweist.
Laseroszillator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte (15) drei Erhebungen (15a) aufweist, die auf einer Seite des Spiegels (1) an im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten Stellen auf einem konzentrischen Kreis angeordnet sind, dessen Zentrum mit dem Zentrum des Spiegels (1) übereinstimmt.
Laseroszillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelhalter (14) stufenartige Bereiche (14a) aufweist, die an jeder der Erhebungen (15a) der Spiegel-Druckbeaufschlagungsplatte (15) entsprechenden Stellen angeordnet sind.
Laseroszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (23) zwischen dem Spiegel (1) und einer Halteeinheit für das elastische Element angeordnet ist, die das elastische Element hält.
Laseroszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraubenfeder (12; 16; 23) als elastisches Element verwendet wird.
Laseroszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plattenfeder (3) als elastisches Element verwendet wird.