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Die Erfindung betrifft eine Gitterwechselvorrichtung für optische Gitter.
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Optische Gitter werden in der Optik bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, da sie die Eigenschaft aufweisen, aufgrund von wellenlängenabhängiger Beugung einfallendes Licht spektral aufzufächern. Optische Gitter können beispielsweise eingesetzt werden zur Bandbreitenbegrenzung sowie auch zur Wellenlängenabstimmung in Lasern, wie beispielsweise in Farbstofflasern, die grundsätzlich aufgrund der eingesetzten Farbstoffe in einem großen Wellenlängenbereich eine Lasertätigkeit aufweisen können.
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Die optischen Eigenschaften eines Gitters sind dabei zumindest von der Gitterstrichzahl abhängig und können weiterhin beeinflusst werden z. B. durch den sogenannten Blazewinkel der einzelnen Gitterstufen, Beschichtungen etc. So können die z. B. in einem Laserresonator eingesetzten Gitter optimal ausgewählt werden für den jeweils gewünschten Anwendungsfall bzw. den gewünschten Wellenlängenbereich, mit dem in einer Anwendung, z. B. in einem Laser gearbeitet werden soll.
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Gerade wenn ein hoher Wellenlängen-Durchstimmbereich eines Lasersystems gewünscht ist, wie beispielsweise bei Farbstofflasern über einen Bereich von 500 Nanometer, ist es als Problem bekannt, dass dieser Wellenlängenbereich nicht mit einem einzigen Gitter abgedeckt werden kann, da dieses Gitter nicht für den geforderten Wellenlängenbereich gleich bleibende Effizienz und ausreichende optische Eigenschaften aufweist. Würde hier dasselbe Gitter für den gesamten Wellenlängenbereich verwendet, so würde dies große Kompromisse bei der Linienbreite bzw. bei der Effizienz im Laserbetrieb bedeuten.
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Gerade auch Laserresonatoren, die nicht mit einer einfachen Littrowanordnung eines Gitters als Rückreflektor arbeiten, sondern im streifenden Einfall über ein erstes Gitter arbeiten, dessen stärkste Ordnung mit einem Spiegel oder einem zweiten Gitter in Littrow-Anordnung über dasselbe Gitter wieder zurück in den Resonator reflektiert wird, weisen eine sehr kleine Linienbreite auf, was zu schmalbandigen Resonatoren führt.
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Solchen Resonatoren mit streifendem Einfall auf ein Gitter weisen eine sogenannte Wood-Anomalie auf, was dazu führen kann, dass der Laserresonator bei bestimmten Wellenlängen in einer unerwünschten Polarisation anschwingt.
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Aus diesem Grund ist es nötig, in optischen Apparaten, wie z. B. Lasern oder auch Spektrometern, die in einem großen Wellenlängenbereich durchstimmbar betrieben werden sollen, mehr als ein Gitter zu verwenden, wobei jedes der verwendeten Gitter für einen bestimmten Wellenlängenbereich optimiert ist.
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Hierfür war es bislang notwendig, Gitter auszutauschen, um beispielsweise von einem ersten auf einen zweiten oder auch weitere Wellenlängenbereiche zu wechseln. Dieser Austausch wurde üblicherweise dadurch vorgenommen, dass das Gitter, welches zur Wellenlängenselektion dient, z. B. aus dem Laserresonator oder Spektrometer oder sonstigem Gerät in aufwändiger Weise ausgebaut und ein neues Gitter für den anderen gewünschten Wellenlängenbereich eingebaut wird, wonach das optische Gerät neu zu justieren war, um den Betrieb fortzuführen.
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Hierbei sind auch Lösungen bekannt geworden, bei denen Gitter auf Gitterträgern angeordnet sind, die über Passstifte mit einer Vorjustage in einen Halter einsetzbar sind. Dennoch kann auch mit auf diese Art und Weise ausgetauschten Gittern kein kontinuierlicher Betrieb, insbesondere kein Laserbetrieb in verschiedenen Wellenlängenbereichen ohne Nachjustage der Gitter erzielt werden.
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Neben der grundsätzlichen Justagenotwendigkeit nach einem solchen Gittertausch ist weiterhin zu berücksichtigen, dass häufig ein solcher Gittertausch von einem Benutzer nur ungern durchgeführt wird und hierfür sodann üblicherweise ein Servicetechniker beauftragt wird, um solche Arbeiten durchzuführen, was sowohl einer zeitlichen Planung bedarf, Ausfallzeiten des optischen Gerätes, z. B. des Lasersystems bedingt und darüber hinaus kostenintensiv ist.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Gitterwechselvorrichtung für optische Gitter bereitzustellen, mit der mit einer hohen Präzision und daraus resultierenden kleinen Wellenlängenfehlern ein Gittertausch, insbesondere in einem optischen Laserresonator durchgeführt werden kann, wobei im Vergleich zu den bisherigen Gitterwechseln eine Nachjustage nur in geringem Umfang nötig ist bzw. bevorzugt vollständig entfallen kann.
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Es ist dabei weiterhin die Aufgabe der Erfindung, dass ein solcher Gitterwechsel ohne jegliche mechanische oder optische Umbaumaßnahmen durch einen Benutzer vorgenommen werden kann, so dass der Einsatz von Servicetechnikern unterbleiben kann. Weiterhin ist es die Aufgabe, eine Gitterwechselvorrichtung bereitzustellen, mit der jederzeit je nach Bedarf und gewünschtem Wellenlängenbereich ein Gittertausch ohne jegliches mechanisches Risiko für ein Gitter durchgeführt werden kann, wie es ansonsten oftmals bei der manuellen Handhabung der Gitter für deren empfindliche Oberflächen besteht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gitterwechselvorrichtung für optische Gitter gelöst, die einen Grundkörper und einen relativ zum Grundkörper positionierbares und am Grundkörper befestigtes Positionierelement umfasst, wobei am Positionierelement wenigstens zwei Gitterhalter befestigt sind, die durch eine Bewegung des Positionierelementes gegenüber dem Grundkörper jeweils in eine, insbesondere dieselbe Arbeitsposition bewegbar sind und die jeweils eine Gitterplattform zur Aufnahme eines optischen Gitters aufweisen, welche in wenigstens zwei Freiheitsgraden justierbar ist, insbesondere relativ zum Positionierelement.
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Hier ist es der wesentliche Kerngedanke der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in einem optischen Gerät, z. B. einem Laserresonator verwendet werden kann und auf der bereits wenigstens zwei verschiedene optische Gitter justiert und ggfs. auf einfache Weise nachjustierbar sowie verwendungsfertig angeordnet sind. Beispielsweise kann hierfür der Grundkörper dieser Vorrichtung auf einer optischen Bank des optischen Gerätes (z. B. Laser) montiert sein.
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Um den unmittelbaren Einsatz jedes der zur Verfügung stehenden Gitter, die auf der Gitterplattform des jeweiligen Gitterhalters befestigt sind, zu gewährleisten, weist die erfindungsgemäße Gitterwechselvorrichtung eine Justierbarkeit der Gitterplattform jedes der Gitterhalter auf, so dass dementsprechend auch jedes der auf der Gitterplattform befestigten Gitter individuell einjustiert werden kann, nämlich in wenigstens zwei Freiheitsgraden. Diese Freiheitsgrade betreffen insbesondere die Ausrichtung der Gitterstriche senkrecht zu einer Resonatorebene eines Laserresonators sowie die Ausrichtung der Gitteroberfläche senkrecht zur Resonatorebene, um das vom Gitter gebeugte Licht exakt in die Resonatorebene zu leiten.
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Es besteht demnach mit der erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung die Möglichkeit, wenigstens zwei Gitter auf dem Positionierelement in den Gitterhaltern bereit zu halten, jedes der Gitter durch Bewegung des Positionierelementes relativ zum Grundkörper in eine, insbesondere immer dieselbe Arbeitsposition zu bewegen, in welcher beispielsweise unter Bezugnahme auf die Anwendung in einem Laser die Lasertätigkeit möglich ist und somit unmittelbar den Betrieb von einem ersten Gitter auf ein zweites Gitter umschaltbar zu gestalten.
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Da jedes der Gitter individuell in den wenigstens zwei Freiheitsgraden justierbar ist, kann für beide Gitter jeweils in der Arbeitsposition die Justage des jeweiligen Gitters vorgenommen werden, so dass nach dieser erfolgten Justage in beliebiger Weise zwischen den beiden Gittern alleine durch die Bewegung des Positionierelementes relativ zum Grundkörper die Umschaltung des optischen Gerätes mit den beiden verschiedenen Gittern bewirkt werden kann, bevorzugt ohne eine Nachjustage vornehmen zu müssen. Demnach besteht hier die Möglichkeit, dass der Nutzer eines Lasers ohne aufwändige Beauftragung eines Serviceingenieurs den Gitterwechsel selbst vornehmen kann, indem der Nutzer das Positionierelement in gewünschter Weise relativ zum Grundkörper einstellt.
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Die jeweiligen Gitterhalter, mit denen ein Gitter gehalten ist, sind dabei bevorzugt derart ausgeführt, dass ein Gitterhalter einen ersten Gitterhalterteil umfasst, der am Positionierelement starr befestigt ist, und einen zweiten Gitterhalterteil, der durch die genannte justierbare Gitterplattform gegeben ist, auf welcher das Gitter angeordnet ist und in den wenigstens zwei Freiheitsgraden relativ zu diesem ersten Teil und somit unmittelbar relativ zum Positionierelement bzw. Grundkörper bzw. dem optischen Gerät justierbar ist, da alle diese letztgenannten Elemente starr miteinander verbunden sind.
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In einer ersten möglichen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Bewegung zwischen Positionierelement und Grundkörper zwecks Positionierung eines der wenigstens zwei Gitterhaltern in der Arbeitsposition eine Rotationsbewegung ist. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass das Positionierelement als ein Drehteller ausgebildet ist, der um eine Drehachse drehbar am Grundkörper befestigt ist. Beispielsweise kann es hier vorgesehen sein, dass zwischen Drehteller und Grundkörper Rastungen realisiert sind, damit bei einer Rotation des Drehtellers eine lösbare Verrastung zwischen Drehteller und Grundkörper immer dann erfolgt, wenn ein Gitterhalter und damit auch das durch diesen getragene Gitter in einer Arbeitsposition angeordnet ist.
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Bei einer eventuellen motorischen Bewegung des Drehtellers relativ zum Grundelement kann es auch vorgesehen sein, die verschiedenen Gitter jeweils durch Ansteuerung eines den Drehteller drehenden Schrittmotors mit einer vorgegebenen Schrittanzahl in die Arbeitsposition zu fahren oder aber Encoder zwischen Drehteller und Grundkörper vorzusehen, um bei einer motorischen Betätigung den zurückgelegten Drehwinkel erfassen zu können und hierdurch jeden der mehreren Gitterhalter gezielt in die Arbeitsposition drehen zu können.
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Dabei kann es insbesondere mit Bezug auf die Laseranwendung vorgesehen sein, dass eine Drehachse, um die ein Drehteller drehend angeordnet ist, parallel zur Laserebene liegt, wobei bei dieser Ausführung sodann die Gitter mit ihren die Striche aufweisenden optischen Oberflächen parallel zur Oberfläche des Drehtellers in den Gitterhaltern angeordnet sind.
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In einer anderen Ausführung kann es ebenso vorgesehen sein, dass die Drehachse des Drehtellers senkrecht zur Resonatorebene des Laserresonators angeordnet ist, wobei bei einer solchen Ausführung sodann die Gitter in den Gitterhaltern so befestigt sind, dass die die Striche aufweisenden optischen Oberflächen der Gitter senkrecht zur Drehtelleroberfläche angeordnet sind.
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In einer demgegenüber bevorzugten alternativen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass das Positionierelement als ein Schlitten ausgebildet ist, der mittels wenigstens einer Linearführung am Grundkörper linear verschieblich befestigt ist. Die Bewegung des Positionierelementes gegenüber dem Grundkörper in einer linearen Bewegungsrichtung hat hierbei gegenüber der drehenden Bewegung den Vorteil, dass die Bewegungsweite zwischen dem als Schlitten ausgebildeten Positionierelement und dem Grundkörper in der Größenordnung der Gitterhöhe unkritisch ist, da über diesen gesamten Bereich die optische Wirkung des Gitters im Laserresonator erzielt wird. Darüber hinaus kann die lineare Bewegung zwischen Schlitten und Grundkörper bei Verwendung von mehr als nur einer einzigen Linearführung deutlich präziser gestaltet werden als bei einer rotierenden Bewegung eines Drehtellers um eine Drehachse.
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Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Wechselvorrichtung, bei der ein relativ zum Grundkörper linear verschieblicher Schlitten vorgesehen ist, der wenigstens zwei Gitterhalter aufweist, kann es zur Bewirkung der Verschiebung vorgesehen sein, dass am Grundkörper mit ihrer Längsachse parallel zur Verschieberichtung eine Gewindespindel drehbar gelagert ist, die in einer Gewindebuchse einliegt, welche am Schlitten befestigt ist. Eine solche Gewindespindel kann beispielsweise manuell oder auch motorisch durch inen Motor, z. B. Schrittmotor angetrieben sein. Selbstverständlich besteht hier auch die Möglichkeit, anstelle einer Gewindespindel andere Antriebe zu verwenden, mit denen der Schlitten durch äußere manuelle oder motorische Einwirkung gegenüber dem Grundkörper linear verschoben werden kann. Z. B. kann als Antrieb auch eine Mikrometerschraube oder Feingewindeschraube eingesetzt werden, deren Ende am Schlitten anliegt und durch Rotation den Schlitten gegen eine rückstellende Kraft, z. B. gegen eine Feder verschiebt.
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Um eine besonders präzise Verschiebung zwischen Schlitten und Grundkörper zu erhalten, kann beispielsweise der Grundkörper als ein U-profilförmiges Profil ausgebildet sein bzw. zumindest ein solches U-förmiges Profil umfassen, wobei zwischen dessen Schenkeln der Schlitten angeordnet ist und wobei zwischen der Innenseite jedes der Schenkel und der jeweils gegenüberliegenden Aussenseite des Schlittens eine Linearführung angeordnet ist.
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Hierbei kann die jeweils auf einen der Schenkel weisende Seitenfläche des Schlittens mit diesem Schenkel über eine Linearführung verbunden sein. Dadurch ergibt sich eine Parallelanordnung von zwei Linearführungen, was gegenüber einer einzigen Linearführung eine höhere Präzision erzielt.
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Dabei kann es zur Realisierung der Linearführung vorgesehen sein, dass an jedem Schenkel des U-Profils innen ein erstes Schienenelement mit einer Führungsnut angeordnet ist, das über in einem Käfig gehaltene Kugeln mit einem zweiten Schienenelement mit einer Führungsnut zusammenwirkt, welches an dem zwischen den Schenkeln angeordneten Schlitten befestigt ist. Somit sind sowohl am Grundkörper als auch am Schlitten jeweils identische Schienenelemente angeordnet, in deren gegenüberliegenden Nuten Kugeln laufen, so dass sich diese Schienenelemente in der linearen Verschiebungsrichtung aneinander vorbeibewegen können.
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Eine besonders kompakte Anordnung einer erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung ergibt sich, wenn die einzelnen Gitterhalter bei einer vertikalen Anordnung der Verschieberichtung vertikal beabstandet übereinander angeordnet sind, wobei die Ebene der Gitteraufnahmefläche einer Gitterplattform senkrecht zur Verschieberichtung liegt. Bei einer solchen Anordnung sind die einzelnen Gitter, die in den Gitterhaltern befestigt sind, derart übereinander angeordnet, dass deren Gitterstriche in vertikaler Richtung, d. h. in der Höhe übereinander und parallel zueinander angeordnet sind.
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Durch die enge Beabstandung der einzelnen Gitterhalter in Verschieberichtung, insbesondere in der Höhe, können gegebenenfalls die Justageelemente, die zur Justierung der Gitterplattform vorgesehen sind, nicht direkt mit Werkzeugen erreicht werden. Hier kann es zur Vereinfachung der Justagemöglichkeit vorgesehen sein, dass Justageelemente zur Justage einer Gitterplattform wenigstens eines der Gitterhalter durch Ausnehmungen in einem darüber angeordneten Gitterhalter hindurch mit einem Werkzeug zugänglich sind.
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Um dies zu erzielen, können beispielsweise die Ausnehmungen eines oberen Gitterhalters und ein Justageelement eines unteren Gitterhalters vertikal fluchtend angeordnet sein. Justageelemente können dabei beispielsweise durch Stellschrauben ausgebildet sein, die gegen eine Federvorspannung die Gitterplattform um einen Drehpunkt herum bewegen. Ein solcher Drehpunkt kann beispielsweise realisiert sein als eine Kugel, die zwischen einer Gitterplattform und demjenigen Teil des Gitterhalters angeordnet sind, der fest mit dem Positionierelement verbunden ist, oder auch eine andere Stellschraube, insbesondere die ein kugelförmiges Ende aufweist.
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Eine feste Verbindung zwischen Gitterhalter und Positionierelement, z. B. dem genannten Schlitten oder auch dem Drehteller kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Gitterhalter z. B. mittels wenigstens zwei Schrauben an dem Positionierelement befestigt wird. Um hier eine grobe Vorpositionierung eines Gitterhalters am Positionierelement zu erzielen, kann es vorgesehen sein, dass an dem Positionierelement wenigstens ein Anschlag vorgesehen ist, an den ein Gitterhalter herangeführt werden kann. Hierdurch kann sich eine zumindest grobe Übereinstimmung z. B. zwischen Gewindebohrung am Positionierelement und Schraublöchern am Gitterhalter ergeben.
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In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung können bei einer motorischen Bewegung des als Schlitten ausgebildeten Positionierelementes gegenüber dem Grundkörper und somit insbesondere bei einer motorischen Betätigung der vorgenannten Gewindespindel Endlagenschalter vorgesehen sein, um den Verschiebeweg elektrisch zu begrenzen. Hier können beispielsweise ein oberer und ein unterer Endlagenschalter bei einer Verschiebung durch denselben Gitterhalter betätigt sein, was besonders vorteilhaft ist, wenn lediglich zwei Gitterhalter an dem als Schlitten ausgebildeten Positionierelement befestigt sind.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Gitterwechselvorrichtung eine Steuerung umfassen, um die motorische Betätigung, insbesondere der Gewindespindel, zu bewirken. Eine solche Steuerung kann z. B. durch eine Datenverarbeitungsanlage erfolgen, die einen Motor, z. B. einen Schrittmotor betätigt. So kann z. B. ein Nutzer durch eine Informationseingabe in der Steuerung ein automatisches Bewegen des Positionierelementes bewirken und so ein anderes Gitter in die Arbeitsposition bewegen, z. B. um eine Umschaltung des Wellenlängenbereiches eines Laserresonators zu erzielen.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Steuerung eingerichtet ist, aus einer Betätigung eines Endlagenschalters eine Änderung einer Geräteansteuerung zu bewirken. Bei einem Laser kann z. B. eine Änderung von dessen Wellenlängenabstimmung bewirkt werden. Eine solche Änderung der Laseransteuerung, beispielsweise bei einer Wellenlängenabstimmung, kann z. B. bedeuten, dass zur Verstellung der Wellenlänge des Lasers bei einem neuen eingesetzten Gitter eine andere Schrittzahl gewählt wird, wenn der Winkel eines die Wellenlänge beeinflussenden optischen Elementes, z. B. eines Gitters für diese Wellenlängenabstimmung z. B. mit einem Schrittmotor verstellt wird. Auch können In Abhängigkeit der Endlagenschalterbetätigung unterschiedliche Initialisierungsdaten für die Steuerung geladen werden, insbesondere eine solche vorgenannte Änderung erzeugen.
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Typische Anwendungsbereiche einer erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung sowie zwei Ausführungsbeispiele sind in den nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Laserresonator mit einem einzigen Gitter zur Wellenlängenbestimmung
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2 einen Laserresonator mit einem Gitter unter streifendem Lichteinfall und einem Rückkopplungsspiegel
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3 einen Laserresonator mit einem ersten Gitter, welches unter streifendem Lichteinfall betrieben wird und einem zweiten Gitter in Littrowanordnung zur Wellenlängenabstimmung
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4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung in schematischer Frontansicht
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5 eine konkrete technische perspektivische Darstellung der Gitterwechselvorrichtung nach 4
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6 die schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt zunächst zur Verdeutlichung eines möglichen Anwendungsgebietes der erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung einen grundsätzlichen Aufbau eines Lasers, umfassend einen Laserresonator, der ausgebildet ist aus einem Auskoppelspiegel 1, einem aktiven Medium 2, welches z. B. als Farbstoff in einer Küvette 2a realisiert ist und senkrecht zu seiner Laserrichtung optisch gepumpt wird. In dem Resonator kann fakulativ ein Strahlaufweiter 3 vorgesehen sein, um über die gesamte Länge das Gitter 4 auszuleuchten. Bei dieser hier dargestellten Littrowanordnung des Gitters 4 wird das in den Laserresonator zurückgebeugte Licht in der Wellenlänge abgestimmt, indem der Winkel zwischen Laserstrahl und Gitter 4 verändert wird.
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Die 2 zeigt einen demgegenüber leicht geänderten Aufbau, bei dem ein Gitter 4 in streifendem Einfall betrieben wird und eine Beugungsordnung des Gitters 4 durch einen Spiegel 5 in den Strahlengang zurückreflektiert wird. Hier kann durch Winkeländerung des Spiegels 5 eine Wellenlängenabstimmung erfolgen.
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Die zeigt demgegenüber wiederum eine weitere geänderte Ausführung, bei dem ein erstes Gitter 4 unter streifendem Einfall betrieben wird und die von diesem Gitter 4 gebeugte Ordnung durch ein zweites Gitter 6 in Littrowanordnung zurückgebeugt wird auf das Gitter 4. Insbesondere durch diese Doppelgitteranordnung ergibt sich eine sehr geringe spektrale Linienbreite. Hier kann eine Wellenlängenabstimmung durch Winkeländerung des Gitters 6 erfolgen.
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All diese Resonatoranordnungen sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt und weisen das Problem auf, dass die jeweils verwendeten Gitter für den zu verwendenden Spektralbereich jeweils ausgewählt sein müssen, was bedeutet, dass Gitterwechsel nötig werden, wenn der mit dem Laser genutzte Wellenlängenbereich geändert wird.
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Hier kann die erfindungsgemäße Gitterwechselvorrichtung zum Einsatz kommen, beispielsweise um verschiedene Arten von Gittern 4 gemäß der Resonatoranordnung 1–3 bzw. um unterschiedliche Gitter 6 bei der Resonatoranordnung gemäß der in ein- und demselben Laserresonator verwenden zu können, insbesondere ohne dass weitere Justagenotwendigkeiten gegeben sind beim Austausch der Gitter.
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Die nachfolgend weiterhin beschriebenen Ausführungen der Erfindung sind nicht nur bei diesen vorgenannten Anwendungen der 1 bis 3 einsetzbar sondern, grundsätzlich bei jeder optischen Anwendung.
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Die 4 zeigt in einer schematischen Übersicht die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Gitterwechselvorrichtung. Erkennbar ist hier ein Grundkörper 10, der hier U-profilartig ausgebildet ist und seitliche (aus der Papierebene aufstehende) Schenkel 10a aufweist. Zwischen den Schenkeln 10a befindet sich ein als Schlitten ausgebildetes Positionierelement 11, welches über eine zwischen Positionierelement 11 und Grundkörper 10 wirkende Linearführung in Richtung des hier dargestellten Pfeils 12 relativ zum Grundkörper 10 verschieblich ist.
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Die Verschiebung kann hierbei durch die dargestellte Spindel 13 erfolgen, die sowohl manuell als auch motorisch angetrieben sein kann. Auf dem Positionierelement 11 sind in der Höhe übereinander Gitterhalter 14 angeordnet, wobei jeder der Gitterhalter 14 eine untere Gitterplattform 15 aufweist, die in wenigstens zwei Freiheitsgraden gegenüber dem Positionierelement 11 und somit auch gleichzeitig gegenüber dem Grundkörper 10 justierbar ist. Jede dieser Gitterplattformen 15 dienst dazu, ein hier symbolisiert dargestelltes Gitter G aufzunehmen.
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Ersichtlich ist es so, dass durch die Betätigung der Spindel 13 jedes der beiden Gitter G in eine gewünschte Arbeitsposition verschoben werden kann. Dabei kann die Arbeitsposition an einer beliebigen Stelle innerhalb des Verschiebeweges vorgesehen sein.
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Die zeigt eine konkretere Ausführung dieser erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung, wie sie in der 4 schematisch dargestellt ist.
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Erkennbar ist hier in der perspektivischen Darstellung der Grundkörper 10 mit seinen beidseitigen Schenkelbereichen 10a. Zwischen diesen Schenkeln liegt das als Schlitten 11 ausgebildete Positionierelement 11, wobei in den Bereichen 10b zwischen den Schenkeln 10a des Grundkörpers 10 und dem Schlitten 11 Linearführungen vorgesehen sind, die nicht näher gezeigt sind.
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Hier kann die Linearführung beispielsweise dadurch realisiert sein, dass an einer Innenseite jedes der Schenkel 10a und an einer gegenüberliegenden Außenseite 11a des Schlittens 11 Schienen mit Führungsnuten angeordnet sind, die parallel zueinander verlaufen, wobei in den gegenüberliegenden Führungsnuten in Kugelkäfigen Kugeln gehalten sind. Die Führungsschienen können demnach durch Abrollbewegung der Kugeln in den Nuten aneinander in der linearen Erstreckungsrichtung entlangfahren und so die lineare Bewegung des Schlittens 11 gegenüber dem Grundkörper 10 bewirken. Erzielt wird die Bewegung hier durch eine in dieser Darstellung nicht gezeigte Spindel, die in einem Lager 16 und einer Lagerplatte 17, die am Grundkörper 10 befestigt ist, drehbar gehalten ist und sich in Verschieberichtung erstreckt, d. h. bei dieser Darstellung in der vertikalen Richtung.
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Diese hier nicht gezeigte Spindel kann beispielsweise durch einen Motor 18 in Rotation versetzt werden, wodurch die Gewindespindel um ihre Achse dreht und dabei in dem Lager 16 in axialer Richtung gesichert ist.
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In einer Bohrung 18, die im Schlitten 11 vorgesehen ist, kann eine Gewindebuchse eingesetzt sein, in welcher die Spindel mit ihrem Außengewinde einliegt, so dass durch die Spindelrotation die Gewindebuchse und damit der gesamte Schlitten 11 in Richtung der Längserstreckung der Spindel verschoben wird. Hier kann es auch vorgesehen sein, dass die Bohrung 18 unmittelbar ein Innengewinde aufweist.
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Bei der hier dargestellten Ausführung ist die Bohrung 18 in einem Vorsprung angeordnet, der sich senkrecht zur Oberfläche von dem Schlitten 11 erhebt und insgesamt in Verschieberichtung erstreckt ist. Diese Bohrung kann die durch die Gewindebuchse hindurchtretende Spindel aufnehmen.
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Auf dem Schlitten 11 sind bei dieser Ausführung zwei Gitterhalter 14 befestigt, die zwei Bauteile aufweisen, nämlich zum einen den Teil 14a, der fest mit der Oberfläche des Schlittens 11 verbunden ist, hier beispielsweise durch Schrauben über die Schraublöcher 14e, wobei an dem Teil 14a jeweils eine Gitterplattform 14b in zwei Freiheitsgraden justierbar befestigt ist.
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Die Justierbarkeit kann sich hier dadurch ergeben, dass die jeweiligen Gitterplattformen 14b an den darüberliegenden Teilen 14a in drei Punkten gelagert sind, wobei wenigstens zwei dieser Punkte beispielsweise durch Stellschrauben ortsvariabel eingestellt werden können. So kann beispielsweise die Neigung der Gitteraufnahmefläche 14c (insbesondere relativ zur horizontalen Ebene) in zwei Freiheitsgraden verändert werden, um ein auf dieser Gitterauflagefläche 14c befestigtes und hier nicht dargestelltes Gitter in seiner Orientierung in einem Laserresonator und auch bei anderen Anwendungen justieren zu können.
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Hier ist erkennbar, dass die Gitteraufnahmefläche 14c als eine Vertiefung in die Gitterplattform 14b eingelassen ist, wodurch sich hier wenigstens zwei Anlagekanten ergeben, an die ein Gitter zwecks einer Vorpositionierung angelegt werden kann. Die Gitteraufnahmefläche 14c weist weiterhin eine Vertiefung 14d auf, um beispielsweise ein Klebemittel, z. B. ein Silikon, für die Befestigung eines Gitters aufnehmen zu können.
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Durch die Bewegung des Schlittens 11 relativ zum Grundkörper 10 kann somit jeder der Gitterhalter 14 in eine Arbeitsposition bewegt werden, so dass problemlos innerhalb eines Laserresonators jedes der beiden, in den jeweiligen Gitterhaltern 14 befestigten Gitter verwendet werden kann, bevorzugt ohne eine Nachjustage, wenn zuvor jedes der beiden Gitter in der Arbeitsposition optimal durch Veränderung der Justage der Gitterplattform justiert wurde. Von einem Nutzer kann demnach jederzeit und anforderungsgemäß jedes der in der erfindungsgemäßen Gitterwechselvorrichtung vorhandenen Gitter alternativ genutzt werden. Dabei können statt der hier gezeigten zwei Gitterhalter 14 auch mehr Gitterhalter gleicher Bauart vorgesehen sein.
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Weiterhin ist hier erkennbar, dass zumindest zu einer Seite der Gitterwechselvorrichtung an einem seitlichen Schenkel 10a des Grundkörpers 10 unmittelbar oder wie hier gezeigt, über eine Zwischenplatte 19 jeweils ein oberer und ein unterer Endlagenschalter 20 vorgesehen sind, um bei der elektrischen Betätigung über den Motor 18 den Verschiebeweg zu begrenzen, jeweils wenn der obere bzw. untere Endlagenschalter 20 betätigt wird, was die Stromzufuhr zum Motor abschalten kann oder einer Steuerung ein Stopp-Signal zuführt.
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Hier ist die Ausführung derart. dass der bei dieser Darstellung untere Gitterhalter 14 seitlich über einen Schenkel 10a des Grundkörpers hinausragt, wobei dieses hinausragende Ende in dem Bereich zwischen den beiden Betätigungselementen der Endlagenschalter 20 angeordnet ist. Hierbei wird der obere Endlagenschalter demnach durch eine obere Fläche des Gitterhalters 14 und der untere Endlagenschalter durch eine untere Fläche des Gitterhalters 14 betätigt.
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Die verdeutlicht hier auch weiterhin, dass ein nicht weiter dargestelltes Justageelement 21 im unteren Gitterhalter zum Zweck der Justage zugänglich gemacht ist, dadurch, dass in dem darüberliegenden Gitterhalter 14 eine Durchgangsbohrung 22 vorgesehen ist, die sich durch den oberen Teil 14a des Gitterhalters 14 sowie die Gitterplattform 14b erstreckt, so dass ein Werkzeug, wie beispielsweise ein Schraubendreher oder ein Inbusschlüssel durch die Ausnehmung, hier insbesondere die Bohrung 22, hindurchgeführt werden kann bis zum Justageelement 21.
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Für den zweiten Freiheitsgrad kann dies in gleicher Weise vorgesehen sein auf der gegenüberliegenden Seite der Gitterhalter 14, bei denen im oberen Gitterhalter ebenso eine Durchgangsbohrung 22 realisiert ist, um auf das wie im vorherigen Fall darunter fluchtend angeordnete Justageelement zugreifen zu können.
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Die zeigt in einer lediglich schematischen Darstellung eine alternative Ausführungsform, bei welcher ein Drehteller 11, der hier das Positionierelement darstellt, gegenüber einem hier nicht gezeigten Grundkörper um die Drehachse 23 rotierbar ist. Auf dem Drehteller 11 können in gleicher Weise, wie bei der beschrieben, Gitterhalter 14 angeordnet sein, die hier nicht näher visualisiert sind, die jedoch in gleicher Weise eine wenigstens in zwei Freiheitsgraden justierbare Gitterplattform aufweist.
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Auf dieser Plattform sind die hier symbolisch dargestellten Gitter G angeordnet. Hier kann die Ausführung derart gewählt sein, dass die sich senkrecht zur Papierebene erstreckende Drehachse 23 in der Laserresonatorebene liegt, so dass die optisch wirksame Gitterfläche mit den Gitterstrichen hier in Aufsicht dargestellt ist. Durch eine Rotation, beispielsweise hier in der dargestellten Pfeilrichtung, kann jedes der einzelnen Gitter G in eine Arbeitsposition gedreht werden, die hier beispielsweise durch das untere oder auch alternativ das obere Gitter gegeben ist. Hier ist es erkennbar, dass jeweils nach einer Drehung um 90 Grad ein anderes Gitter G in die Arbeitsposition rotiert ist. Da jedes Gitter aufgrund der Befestigung auf der Gitterplattform mit den zwei justierbaren Freiheitsgraden vorjustiert ist, kann unmittelbar der Laser nach einem Wechsel des Gitters weiter betrieben werden.
