DE102012111090A1

DE102012111090A1 - Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlenganges

Info

Publication number: DE102012111090A1
Application number: DE201210111090
Authority: DE
Inventors: Norbert Petschik; Hans-Joachim Münzer; Matthias Rabe
Original assignee: Scanlab AG
Current assignee: Scanlab De GmbH
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: DE102012111090B4

Abstract

Vorrichtung (1) und Verfahren zum Ändern der Länge eines Strahlengangs für ein Strahlenbündel (5) zwischen einer Eintrittsebene (30) und einer Austrittsebene (35), aufweisend zumindest einen Drehspiegel (10, 20, 55, 65), der um eine Drehachse (15, 25, 60, 70) drehbar ist, wobei die Länge des Strahlenganges so geändert wird, dass zumindest die Richtung des Strahlenbündels unabhängig von der Länge des Strahlenganges ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlenganges, z. B. eine Fokussiervorrichtung, insbesondere eine solche Vorrichtung mit zumindest einem drehbaren Spiegel.
Hintergrund
Das Fokussieren von elektro-magnetischer Strahlung, z. B. von Laserlicht, ist in vielen Bereichen notwendig, wie z. B. bei der Materialbearbeitung, der Mikroskopie oder der Interferometrie. Zum Beispiel kann es bei der Lasermaterialbearbeitung notwendig sein, einen Arbeits-Fokuspunkt eines Laserstrahl schnell auf ein zu bearbeitendes Werkstück zu fokussieren, um eine optimale Bearbeitungseffizienz zu erreichen, da häufig der Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit mittels mehrerer steuerbarer und bewegbarer Spiegel über ein Werkstück gelenkt wird. Dabei kann es aufgrund der Geometrie/Topographie des Werkstücks zu unterschiedlichen Entfernungen zwischen einer Laserquelle und dem Werkstück kommen, weshalb es notwendig sein kann, die Entfernung eines Fokus (z. B. Fokuspunktes) des Laserstrahls schnell zu ändern, um eine effiziente und präzise Energieübertragung vom Laserstrahl auf das Werkstück zu erzielen. Typische Vorrichtungen zur Veränderung eines Arbeitsabstands basieren auf Linsensystemen, in denen die Position von Linsengruppen) mechanisch linear entlang der optischen Achse verschoben wird. Mit der Wahl der optischen Abbildung des Linsensystems kann die Amplitude der Änderung des Arbeitsabstands verstärkt oder abgeschwächt werden im Vergleich zu der ursächlichen Amplitude der mechanischen linearen Bewegung der optischen Teilkomponenten. In 3D-Scan-Systemen werden bisher typisch positionsgeregelte Linearantriebe (für die Verstellung des Arbeitsabstands) und positionsgeregelte Drehantriebe (für die Strahlablenkung) kombiniert. Da verschiedenartige Einzelkomponenten in den Teilsystemen (linear und rotierend) notwendig sind, sind diese Systeme komplex für die Entwicklung, Fertigung und Wartung. Die mögliche Geschwindigkeit der Änderung des Arbeitsabstands ist langsam im Vergleich zur lateralen Ablenkgeschwindigkeit eines Laser-Scan-Systems, die durch Drehantriebe bewirkt wird. Eine Vorrichtung zur schnellen Veränderung eines Fokusabstands elektro-magnetischer Strahlung ist daher wünschenswert.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung schafft Vorrichtungen zur Änderung der Länge eines Strahlengangs gemäß Anspruch 1, gemäß Anspruch 2 und gemäß Anspruch 6, eine Fokussiervorrichtung gemäß Anspruch 15, eine Strahllage-und-Strahldivergenz-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, sowie ein Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlengangs gemäß Anspruch 17.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die 1a bis 1c zeigen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer separaten ersten und einer separaten zweiten Drehachse.
Die 2a bis 2c zeigen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer gemeinsamen ersten und zweiten Drehachse.
Die 3a und 3b zeigen eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 4 bis 8 zeigen weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Vorrichtung mit einer Steuereinrichtung und einer Strahllage-Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren zeigen jeweils mehrere Betriebszustände einer Vorrichtung, wobei die Betriebszustände durch Strich-Linien veranschaulicht sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung kann mit Bezug auf alle Figuren bereitstellen eine Vorrichtung 1 zum Ändern der Lange eines Strahlengangs für ein Strahlenbündel 5 (z. B. Fokussiervorrichtung bzw. Fokus-Verschiebe-Vorrichtung) zwischen einer Eintrittsebene 30 und einer Austrittsebene 35, z. B. zum Fokussieren eines elektromagnetischen Strahlenbündels 5. Ein elektro-magnetisches Strahlenbündel 5 (hierin auch kurz als ”Strahlenbündel” bezeichnet) kann zum Beispiel eine bestimmte Polarisation aufweisen, wie zum Beispiel lineare Polarisation, zirkulare Polarisation oder elliptische Polarisation. Das Strahlenbündel 5 kann eine beliebige Wellenlänge haben (bzw. Einzel-Strahlen mit beliebigen Wellenlängen aufweisen). Das Strahlenbündel 5 kann sichtbares Licht und/oder UV- und/oder IR-Strahlung sein oder solche aufweisen. Das Strahlenbündel 5 kann ein Pulslaser-Strahlenbündel 5 sein, das mehrere gepulste, d. h. zeitlich unterbrochene, Strahlenbündel 5 enthält, oder das Strahlenbündel 5 kann ein (kontinuierliches) Laser-Strahlenbündel 5 sein. Das Strahlenbündel 5 kann ein Hochleistungs-Strahlenbündel sein, das Strahlung aufweist, die zur Materialbearbeitung (z. B. dem Schmelzen oder Verdampfen von Metallen wie Stahl) geeignet sein kann. Ein Strahlenbündel 5 kann eine Mehrzahl (z. B. Vielzahl) von Strahlen (z. B. Einzelstrahlen) aufweisen, und kann eine beliebige Querschnittsfläche, wie z. B. eine kreisrunde, elliptische oder polygonale Querschnittsfläche, haben. Das Strahlenbündel 5 kann eine Divergenz aufweisen. Die Divergenz kann den Winkel beschreiben, mit dem Strahlen eines Strahlenbündels aufeinander zulaufen bzw. voneinander weglaufen. Das Strahlenbündel 5 kann zum Beispiel ein Laser-Strahlenbündel 5 sein mit einer Leistung von mehr als 2 mW (zum Beispiel Laserstrahlung, die von einem Laser einer Laser-Leistungsklasse, die über der Laser-Leistungsklasse 2 liegt, erzeugt ist), mit mehr als 500 mW, mit mehr als 10 W und/oder mit bis zu 20 kW. Das Laser-Strahlenbündel 5 kann zum Beispiel gepulste Strahlung mit einer Pulsdauer von weniger als 1 μs und einer Pulsenergie von mehr als 100 nJ oder mehr als 1 mJ sein. Das Laserstrahlenbündel 5 kann zum Beispiel auch gepulste Strahlung mit einer Pulsdauer von weniger als etwa 10 ps und einer Pulsenergie von etwa 1 bis 10 nJ sein, zum Beispiel wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung bzw. Interaktion mit biologischen Gewebe benutzt wird (z. B. um Operationen am Auge oder ähnliches durchzuführen).
Hierin kann ein kollimiertes Strahlenbündel 5 eine Divergenz von Null aufweisen, ein divergentes Strahlenbündel einen positiven Wert der Divergenz und ein konvergentes Strahlenbündel einen negativen Wert. Dementsprechend kann ein Strahlenbündel 5 kollimiert (d. h. z. B. die Strahlen des Strahlenbündels 5 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander), divergent (d. h. z. B. die Strahlen laufen im Wesentlichen voneinander weg) oder konvergent (d. h. z. B. die Strahlen laufen im Wesentlichen aufeinander zu) sein, z. B. wenn es auf die Eintrittsebene 30 trifft.
Das Strahlenbündel 5 wird in der Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung 1 im Folgenden wie in der Optik üblich mathematisch dargestellt durch einen Hauptstrahl, der im Wesentlichen zentral im Strahlenbündel 5 verläuft und die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 charakterisiert, sowie einer Mehrzahl von Nebenstrahlen, die im Bündel um den Hauptstrahl herum angeordnet sein können und deren Richtung relativ zum Hauptstrahl in Abhängigkeit von der Lage innerhalb des Strahlbündels 5 verkippt sein kann, wodurch die Divergenz des Strahlbündels 5 beschrieben wird. Das Strahlenbündel 5 kann eine Mehrzahl von Nebenstrahlen und einen solchen Hauptstrahl aufweisen, oder der Hauptstrahl kann bei dem Strahlenbündel 5 nicht vorliegen, zum Beispiel ausgeblendet sein (z. B. mittels einer Blende). In diesem Fall kann der Hauptstrahl ein. virtueller Hauptstrahl sein, der im Wesentlichen die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 beschreiben/charakterisieren kann. Wenn hierin eine „Richtung” eines Strahlenbündels 5 oder ein Winkel zwischen Strahlenbündeln oder ähnliches beschrieben ist, beziehen sich Angaben auf den/die Hauptstrahl(en) des/der Strahlenbündel(s) 5. Das Strahlenbündel 5 kann bezüglich des Hauptstrahls, symmetrisch sein, z. B. kann eine Querschnittsfläche des Strahlenbündels 5 (mit dem Hauptstrahl des Strahlenbündels in der Normalenrichtung der betrachteten Querschnittsfläche) spiegelsymmetrisch bezüglich einer Geraden sein oder kann rotationssymmetrisch sein. Diese Begriffsbildung zur Funktionsbeschreibung beschränkt jedoch nicht die möglichen Ausprägungen des Strahlenbündels 5, so ist zum Beispiel eine Zusammensetzung des Strahlenbündels 5 aus mehreren Teilbündeln, unterschiedlicher Geometrie, Wellenlänge und Polarisation möglich. Ebenso sind erfindungsgemäß Strahlenbündel 5 möglich, deren Intensitätsverteilung über den Querschnitt inhomogen oder asymmetrisch ist oder deren Intensitätsverteilung im Bereich des Hauptstrahls ein Minimum oder ein Maximum aufweist. Wenn hierin der Begriff „Abbilden” (oder „abbilden”) im Bezug auf Strahlen oder Strahlbündel verwendet wird, so kann darunter verstanden werden, dass ein erster Strahl so durch eine Optik abgelenkt oder geführt wird, dass er im weiteren Verlauf nach der Optik/optisches Bauteil durch einen zweiten Strahl bzw. Strahlbündel beschrieben wird. In diesem Sinn wird der erste Strahl bzw. das erste Strahlbündel auf den zweiten Strahl bzw. das zweite Strahlbündel abgebildet.
Im Bezug auf Punkte kann der Begriff „Abbildung” (oder „abbilden”) im Sinne einer optischen Abbildung verstanden werden.
Gemäß der Erfindung, wird der Weg, den ein Strahlenbündel 5 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zwischen einer Eintrittsebene 30 und einer Austrittsebene 35 zurücklegt, als Strahlengang bezeichnet.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 führt ein einstellbarer variabler optischer Weg zwischen einer Eintrittsebene (30) und einer Austrittsebene (35) zu einem einstellbaren Arbeitsabstand, in dem ein Fokus der Strahlung (bzw. des Strahlenbündels 5) erzeugt wird. Die Wegänderung wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung drehbarer Spiegel realisiert. Die Änderung der optischen Weglänge entsteht direkt aus der Änderung des geometrischen Wegs des Lichts über die Spiegelanordnung, wobei die daraus resultierende Verschiebung eines Arbeitsfokus durch die Vorrichtung 1 mit einem Vergrößerungsmaßstab einer optischen Abbildung verstärkt sein kann, wenn die Wegänderung zwischen Komponenten des optischen Systems bewirkt wird.
Die Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlengangs 1 (z. B. Fokussiervorrichtung; im Folgenden auch kurz „Vorrichtung”) weist zumindest einen ersten Drehspiegel 10 auf. Der erste Drehspiegel 10 kann so eingerichtet sein, dass er um eine erste Drehachse (z. B. einen Drehpunkt) 15 drehbar sein kann. Der erste Drehspiegel 10 kann so eingerichtet sein, dass er um einen ersten Drehwinkel α um die Drehachse 15 drehbar sein kann. Der erste Drehspiegel 10 kann z. B. als ein Planspiegel ausgebildet sein oder einen solchen aufweisen. Der erste Drehspiegel 10 kann so eingerichtet und ausgebildet sein, dass er zum Ablenken (z. B. Reflektieren) von Strahlenbündeln 5 mit sehr hoher Leistungsdichte, wie sie z. B. zum Aufschmelzen von Metallen wie Stahl notwendig sein kann, geeignet ist.
Die Vorrichtung 1 kann einen zweiten Drehspiegel 20 aufweisen. Der zweite Drehspiegel 20 kann so eingerichtet sein, dass er um eine zweite Drehachse (z. B. einen Drehpunkt) 25 drehbar sein kann. Der zweite Drehspiegel 20 kann so eingerichtet sein, dass er um einen zweiten Drehwinkel β um die Drehachse 20 drehbar sein kann. Der zweite Drehspiegel 20 kann z. B. als ein Planspiegel ausgebildet sein oder einen solchen aufweisen. Der zweite Drehspiegel 10 kann so eingerichtet und ausgebildet sein, dass er zum Ablenken (z. B. Reflektieren) von Strahlenbündeln 5 mit sehr hoher Energiedichte, wie sie z. B. zum Aufschmelzen von Metallen wie Stahl notwendig sein kann, geeignet ist.
In manchen Ausführungsformen können der erste 10 und/oder der zweite 20 Drehspiegel auch mit einer Spiegelfläche mit einer anderen Form, z. B. Parabolform, elliptischer Form oder Frei-Form. gebildet sein.
Der erste Drehspiegel 10 kann so ausgebildet und eingerichtet sein, dass ein Strahlenbündel 5 auf den Drehspiegel mit einem Versatz zur Drehachse, um die der erste Drehspiegel 10 drehbar ist, auftreffen kann. Zum Beispiel kann das Strahlenbündel 5 so auf den ersten Drehspiegel 10 treffen, dass es bezüglich der Drehachse 15 des ersten Drehspiegels 10 eine Asymmetrie und oder einen Versatz in einer Richtung quer zur Drehachse 15 aufweist, wenn es auf den ersten Drehspiegel 10 trifft. Zum Beispiel kann der erste Drehspiegel 10 so ausgebildet sein, dass die erste Drehachse 15 entfernt von dem Drehspiegel 10 angeordnet ist. Zum Beispiel kann die Drehachse 15 einen Abstand von einer Spiegelfläche des Drehspiegels haben, so dass der erste Drehspiegel 10 schwenkbar ist.
Der erste Drehspiegel 10 kann auch so eingerichtet und angeordnet sein, dass ein Strahlenbündel 5 auf den ersten Drehspiegel 10 ohne einen Versatz bzw. einer Asymmetrie in einer Richtung quer zur Drehachse 15 auf den ersten Drehspiegel 10 treffen kann. Der erste Drehspiegel 10 kann zum Beispiel für diesen Zweck so ausgebildet sein, dass die Drehachse 15 nahe bei oder angrenzend an eine Spiegelfläche des ersten Drehspiegels 10 ist. Zum Beispiel kann die erste Drehachse 15 den ersten Drehspiegel 10 so berühren, dass die erste Drehachse 15 in einer Spiegelfläche des ersten Drehspiegels 10 angeordnet ist.
Der zweite Drehspiegel 20 kann so ausgebildet und eingerichtet sein, dass ein Strahlenbündel 5 auf den zweiten Drehspiegel 10 mit einem Versatz zur zweiten Drehachse 25, um die der zweite Drehspiegel 20 drehbar ist, auftreffen kann. Zum Beispiel kann das Strahlenbündel 5 so auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen, dass es bezüglich der Drehachse 25 des zweiten Drehspiegels 20 eine Asymmetrie und oder einen Versatz in einer Richtung quer zur Drehachse 25 aufweist, wenn es auf den zweiten Drehspiegel 20 trifft. Zum Beispiel kann der zweite Drehspiegel 20 für diesen Zweck so ausgebildet sein, dass die zweite Drehachse 25 entfernt von dem zweiten Drehspiegel 20 angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann die zweite Drehachse 25 einen Abstand von einer Spiegelfläche des zweiten Drehspiegels 20 haben, so dass der zweite Drehspiegel 20 schwenkbar sein kann.
Der zweite Drehspiegel 20 kann auch so eingerichtet und angeordnet sein, dass ein Strahlenbündel 5 auf den zweiten Drehspiegel 20 ohne einen Versatz bzw. einer Asymmetrie in einer Richtung quer zur Drehachse 25 auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen kann. Zum Beispiel kann der zweite Drehspiegel 20 zu diesem Zweck so ausgebildet sein, dass die zweite Drehachse 25 nahe bei oder angrenzend an eine Spiegelfläche des zweiten Drehspiegels 20 ist. Zum Beispiel kann die zweite Drehachse 25 den zweiten Drehspiegel 20 so berühren, dass die zweite Drehachse 25 in einer Spiegelfläche des zweiten Drehspiegels 20 angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann auch einen dritten 55 und einen vierten Drehspiegel 65 aufweisen, die wie der erste und/oder der zweite Drehspiegel 10, 20 eingerichtet sein können.
Hierin werden Drehspiegel, die so eingerichtet und angeordnet sind, dass ein Strahlenbündel 5 wie oben beschrieben mit einem Versatz bzw. einer Asymmetrie quer zur Drehachse auf den jeweiligen Drehspiegel treffen kann, auch als Schwenkspiegel bezeichnet. Dabei ist jedoch zu beachten, dass ein Drehspiegel, der ein Schwenkspiegel ist, sich baulich nicht von einem Drehspiegel, der nicht als Schwenkspiegel wirkt, unterscheiden muss. Dementsprechend kann derselbe Drehspiegel je nach Auftreffposition des Strahlenbündels 5 darauf ein Schwenkspiegel sein oder ein Drehspiegel, der kein Schwenkspiegel ist bzw. nicht als Schwenkspiegel wirkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in manchen Ausführungsformen anstelle eines Drehspiegels, dessen Drehachse mit dem Drehspiegel zusammenfällt, auch eine Strahlablenkvorrichtung bereitgestellt sein, die ein Strahlenbündel 5 in einem einstellbaren Winkel ablenken kann. Eine Strahlablenkvorrichtung kann zum Beispiel eine akustooptische Strahlablenkvorrichtung sein oder eine piezoelektrische Strahlablenkvorrichtung sein. Damit kann die Fokussiervorrichtung 1 gemäß Ausführungsformen eine erste Strahlablenkvorrichtung 10 anstelle eines ersten Drehspiegels 10 aufweisen und/oder eine zweite Strahlablenkvorrichtung 20 anstelle eines zweiten Drehspiegels 20 (vgl. z. B. 1a und 1b). Somit kann ein Drehspiegel, dessen Drehachse mit dem Drehspiegel zusammenfällt, hierin auch eine Strahlablenkvorrichtung sein.
Die Vorrichtung 1 kann eine Strahlenbündel-Eintrittsebene 30 (im Folgenden auch kurz als ”Eintrittsebene” bezeichnet) aufweisen. Die Eintrittsebene kann die Ebene sein, über die (z. B. durch die) ein Strahlenbündel 5 in die Vorrichtung 1 einfallen kann. Die Eintrittsebene 30 kann eine virtuelle Eintrittsebene sein und kann nicht körperlich ausgebildet sein. Die Eintrittsebene 30 kann eine optisch transmissive Eintrittsebene 30 sein (z. B. transmissiv im Hinblick auf das Strahlenbündel 5). Die Eintrittsebene 30 kann jede beliebige Form und Krümmung (z. B. variable Krümmung) aufweisen und kann als die Stelle definiert sein, an der ein Strahlenbündel 5 in die Vorrichtung 1 eintritt.
Die Vorrichtung 1 kann eine Strahlenbündel-Austrittsebene 35 (im Folgenden auch kurz als ”Austrittsebene” bezeichnet) aufweisen. Die Austrittsebene 35 kann die Ebene sein, über die (z. B. durch die) ein Strahlenbündel 5 die Vorrichtung 1 verlassen kann. Die Austrittsebene 35 kann eine virtuelle Austrittsebene sein und kann nicht körperlich ausgebildet sein. Die Austrittsebene 35 kann eine optisch transmissive Austrittsebene 35 sein (z. B. transmissiv im Hinblick auf das Strahlenbündel 5). Die Austrittsebene 35 kann jede beliebige Form und Krümmung (z. B. variable Krümmung) aufweisen und kann als die Stelle definiert sein, an der ein Strahlenbündel 5 aus der Vorrichtung 1 austritt.
Die Eintrittsebene 30, der erste Drehspiegel 10, der zweite Drehspiegel 20 und die Austrittsebene 35 können in einem Strahlengang angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein Strahlenbündel 5, das auf die Eintrittsebene 30 trifft, über den ersten Drehspiegel 10 und den zweiten Drehspiegel 20 in Richtung (z. B. auf) die Austrittsebene 35 abgelenkt werden und kann von dort die Vorrichtung 1 verlassen.
Gemäß der Erfindung können der erste Drehspiegel 10 und der zweite Drehspiegel 20 so angeordnet und eingerichtet sein, dass ein Strahlenbündel 5, das auf den ersten Drehspiegel 10 trifft, auf den zweiten Drehspiegel 20 abgelenkt wird. Der erste Drehspiegel 10 kann so eingerichtet und angeordnet sein, dass die Stelle, an der das Strahlenbündel 5 auf den zweiten Drehspiegel 20 nach einer Ablenkung mittels des ersten Drehspiegels 10 abgelenkt wird, abhängig sein kann von dem ersten Drehwinkel α des ersten Drehspiegels 10. Das heißt, dass ein Strahlenbündel 5 mittels des ersten Drehspiegels 10 in Abhängigkeit des ersten Drehwinkels α auf unterschiedliche Stellen auf dem zweiten Drehspiegel 20 abgebildet werden kann.
Der zweite Drehspiegel 20 kann so angeordnet und eingerichtet sein, dass ein Strahlenbündel 5, das auf ihn einfällt (z. B. von dem ersten Drehspiegel 10), in Richtung der (z. B. auf die) Austrittsebene 35 abgelenkt werden kann, wobei die Richtung, mit der das Strahlenbündel 5 zu der Austrittsebene 35 abgebildet werden kann, unabhängig sein kann von dem ersten Drehwinkel α und/oder der Stelle, an der das Strahlenbündel 5 auf den zweiten Drehspiegel 20 trifft.
Somit kann ein Strahlenbündel 5 auf den ersten Drehspiegel 10 treffen und von dem ersten Drehspiegel 10 auf unterschiedliche Positionen auf dem zweiten Drehspiegel 20 abgelenkt werden, wobei die unterschiedlichen Positionen auch unterschiedlichen Längen des Strahlengangs zwischen dem ersten Drehspiegel 10 und dem zweiten Drehspiegel 20 entsprechen.
Dementsprechend kann der Strahlengang für ein Strahlenbündel von der Eintrittsebene 30 zu der Austrittsebene 35 unterschiedlich lang sein in Abhängigkeit des Winkels, in dem das Strahlenbündel 5 von dem ersten Drehspiegel 10 abgelenkt wird (der zu dem ersten Drehwinkel α korrespondieren kann) und des Winkels, mit dem das Strahlenbündel 5 von dem zweiten Drehspiegel 20 abgelenkt wird (der zu dem zweiten Drehwinkel β korrespondieren kann), wobei die Richtung, mit der das Strahlenbündel 5 von dem zweiten Drehspiegel 20 auf die Austrittsebene 30 treffen kann (bzw. die Richtung, mit der ein Strahlenbündel 5 die Vorrichtung 1 verlassen kann), zumindest innerhalb eines bestimmten Intervalls der Längenänderung des Strahlengangs im Wesentlichen unabhängig sein kann von dem ersten Winkel.
Der erste Drehspiegel 10 kann einen Aktuator aufweisen, der eingerichtet sein kann, um den Drehspiegel 10 um einen vorbestimmten Betrag zu drehen, z. B. um den Drehwinkel α einzustellen. Der zweite Drehspiegel 20 kann einen Aktuator aufweisen, der eingerichtet sein kann, um den zweiten Drehspiegel um einen vorbestimmten Betrag zu drehen, z. B. um den Drehwinkel β einzustellen. Der erste Drehspiegel 10 und der zweite Drehspiegel 20 können jeweils einen separaten Aktuator aufweisen oder können einen gemeinsamen Aktuator aufweisen.
Ein Aktuator kann ein z. B. ein Galvanometer-Antrieb sein, der es erlauben kann, einen Drehwinkel schnell einzustellen.
Die Vorrichtung 1 weist eine Steuereinrichtung (z. B. Regelungseinrichtung) 40 auf (siehe z. B. 1a oder 9). Die Steuereinrichtung 40 kann eingerichtet sein, so dass sie die Drehspiegel der Vorrichtung (z. B. den ersten 10 und/oder zweiten 20 Drehspiegel) drehen kann, um einen Drehwinkel der Drehspiegel einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 40 mit dem Aktuator des ersten 10 und/oder des zweiten 20 Drehspiegels verbunden sein, um den Aktuator so anzusteuern, dass er den ersten 10 und/oder zweiten 20 Drehspiegel um einen vorbestimmten Betrag drehen kann, um einen Drehwinkel einzustellen. Die Steuereinrichtung 40 kann eingerichtet sein, dass sie mehrere Drehwinkel im Wesentlichen gleichzeitig und synchron steuern kann. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 40 den ersten α und den zweiten β Drehwinkel so steuern (z. B. regeln), dass ein Strahlenbündel 5, das über die Eintrittsebene 30 auf den ersten Drehspiegel 10 trifft, mittels des ersten Drehspiegels 10 auf eine Stelle des zweiten Drehspiegels 20 abgelenkt wird (Steuerung des ersten Drehwinkels α) und dann mittels des zweiten Drehspiegels 20 in Richtung der Austrittsebene 35 abgelenkt wird, wobei die Richtung, in der das Strahlenbündel 5 in Richtung der Austrittsebene 35 abgelenkt wird, im Wesentlichen konstant und unabhängig sein kann von der Stelle, an der das Strahlenbündel 5 auf den zweiten Drehspiegel 20 trifft (Steuerung des zweiten Drehwinkels β). Die Steuereinrichtung 40 kann den zweiten Drehwinkel β in Abhängigkeit von dem ersten Drehwinkel α steuern und/oder umgekehrt. Wenn die Vorrichtung 1 anstatt eines Drehspiegels eine Strahlablenkvorrichtung aufweist, gelten die obigen Angaben bezüglich der Drehwinkel analog für die Winkel, mit denen die Strahlablenkvorrichtung ein Strahlenbündel 5 ablenken kann.
Die Steuerung des ersten α und/oder des zweiten β Drehwinkels β kann dazu führen, dass sich die Länge des Strahlengangs (z. B. des optischen Weges), den ein Strahlenbündel 5 von der Eintrittsebene 30 zu der Austrittsebene 35 der Vorrichtung 1 durchläuft, verändert (z. B. länger oder kurzer wird), wobei die Richtung des Strahlenbündels 5, wenn es die Vorrichtung 1 über die Austrittsebene 35 verlässt, im Wesentlichen unveränderlich und unabhängig von der Länge des Strahlengangs (z. B. unabhängig von dem ersten und/oder dem zweiten Drehwinkel α, β) sein kann. Auch der Ort, an dem das mittels des zweiten Drehspiegels 20 abgebildete Strahlenbündel 5 die Vorrichtung 1 verlässt, kann im Wesentlichen unabhängig sein von der Änderung der Länge des Strahlengangs.
Die Steuereinrichtung 40 kann außerdem dazu eigerichtet sein, weitere (externe) Dreh-Achsen von Spiegelanordnungen, die nicht Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sein müssen, so anzusteuern, dass der Effekt einer evtl. verbleibenden Abweichung der Richtung oder der Lage des austretenden Strahlbündels 5 außerhalb der Vorrichtung 1 kompensiert wird. Insbesondere kann, wenn die Vorrichtung 1 zusammen mit einem externen Scan-System (z. B. Strahlablenkvorrichtung, nicht gezeigt), das kein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, eingesetzt wird, kann die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet sein, die Ansteuerwerte des Scan-Systems mit entsprechenden Korrekturen zu beaufschlagen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung gemäß einer gewünschten, z. B. vorgegebenen, Länge des Strahlengangs. Die Steuereinrichtung 40 kann so eingerichtet sein, dass die Länge des Strahlengangs nicht zyklisch gemäß einer vorgegebenen Frequenz eingestellt wird sondern im Wesentlichen nicht-zyklisch eingestellt wird. Sie kann auch so eingerichtet sein, dass die Länge des Strahlengangs zyklisch mit einer niedrigen Frequenz, z. B. mit 1 kHz oder 100 Hz oder 10 Hz oder 1 Hz oder weniger einstellbar ist.
Die Änderung der Länge des Strahlengangs kann dazu führen, dass ein Fokuspunkt eines Strahlenbündels 5 verschoben wird aufgrund der Längenänderung. Zum Beispiel kann ein konvergentes Strahlenbündel 5, das auf die Eintrittsebene 30 der Vorrichtung 1 fällt und die Vorrichtung 1 über die Austrittsebene 35 verlässt, einen Fokuspunkt haben, der außerhalb der Vorrichtung 1 nach einer Ablenkung durch den ersten 10 und/oder zweiten 20 Drehspiegel auftreten kann. Durch eine Änderung des ersten α Drehwinkels kann der Fokuspunkt verschoben werden, wobei durch eine entsprechende Anpassung des zweiten Drehwinkels β die Richtung des Strahlenbündels 5 nach der Ablenkung mittels des zweiten Drehspiegels 20 im Wesentlichen konstant sein kann.
Die Vorrichtung 1 kann weitere optische Systeme 45, 50 wie z. B. Linsen mit positiver oder negativer Brechkraft im Strahlengang aufweisen, z. B. um einen Fokushub zu vergrößern und/oder um eine Divergenz des Strahlenbündels zu ändern (z. B. um ein kollimiertes Strahlenbündel als ein konvergentes oder divergentes Strahlenbündel abzubilden oder umgekehrt). Ausführungsformen bei denen innerhalb der Vorrichtung 1 mindestens ein Zwischenfokus (d. h. ein Fokuspunkt) auftritt können vorteilhaft sein, da der Strahldurchmesser des Strahlenbündels 5 an den Stellen der Spiegel bzw. Drehspiegel dadurch verkleinert sein kann, wodurch z. B. Drehspiegel mit einem geringeren Durchmesser und Trägheitsmoment eingesetzt werden können. Hierzu kann eine Anordnung des Zwischenfokus in der Nähe der Mitte des optischen Wegs innerhalb der Anordnung (z. B. auf im Wesentlichen halben Weg zwischen dem ersten und dem letzten Drehspiegel des Strahlengangs) vorteilhaft sein. Desweiteren kann mit einem Zwischenfokus ein größerer Fokushub erreicht werden. Zu diesem Zweck kann eine gezielte Anordnung des Zwischenfokus der Wahl eines Fokushubs und/oder der Festlegung einer Strahlaufweitung dienlich sein.
Ein solcher Zwischenfokus kann erfindungsgemäß erzeugt werden, indem der Vorrichtung 1 ein Strahlenbündel 5 mit einer passend gewählten Divergenz über die Eintrittsebene 30 zur Verfügung gestellt wird, und/oder indem ein (optionales) erstes optisches System 45 (das unten ausführlicher beschrieben ist) bereitgestellt ist), das die Divergenz eines über die Eintrittsebene 30 einfallenden Strahlenbündels 5 passend (d. h. so, dass ein Zwischenfokus wie hierin beschrieben im Wesentlichen auf halbem Weg des Strahlenganges zwischen einem ersten und einem letzten Drehspiegel auftritt) einstellt. Auch ein (optionales) zweites optisches System 50 (das ebenfalls unten detaillierter beschrieben ist) kann im Strahlengang vor (z. B. im Wesentlichen unmittelbar vor) der Austrittsebene 35 bereitgestellt sein, z. B. um einen optimierten (z. B. möglichst großen) Fokushub bereitzustellen.
Wenn aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein nicht-kollimiertes (d. h. ein konvergentes oder divergentes) Strahlenbündel 5 ausfällt bzw. ausfallen kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Fokussiervorrichtung 1, z. B. zum räumlichen Verschieben eines Fokuspunktes, sein. In manchen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 1 auch optische Systeme mit zylindrischen Abbildungsseigenschaften aufweisen, z. B. direkt nach der Eintrittsebene 30 und vor der Austrittsebene 35. So kann das in der Nähe der Eintrittsebene 30 angeordnete optische System mit zylindrischen Abbildungseigenschaften ein (z. B. konvergentes) Strahlenbündel 5 so abbilden, dass es auf eine Fokuslinie anstatt einen Fokuspunkt konvergiert. Das in der Nähe der Austrittsebene (35) angeordnete optische System mit zylindrischen Abbildungseigenschaften kann so ausgebildet und angeordnet sein, dass es die zylindrische Abbildung des optischen Systems bei der Eintrittsebene durch eine funktionalumgekehrte Abbildung aufhebt. Damit kann die Ausbildung eines punktförmigen Fokuspunktes mit hoher Leistungsdichte/Energiedichte vermieden sein.
Gemäß der Erfindung werden auch Ausführungsformen der Vorrichtung 1, die mit zylinderoptischen Komponenten (d. h. optischen Komponenten, die eine zylindrische Abbildungseigenschaft haben, bereitgestellt sind, geschaffen. Dadurch kann eine Vorrichtung 1 (z. B. Fokussiervorrichtung) realisiert werden, mit der ein Abstand eines Linienfokus (d. h. hier eines linienförmigen Fokus) anstatt eines Arbeitsabstands eines Punktfokus eingestellt werden. Eine solche erfindungsgemäße zylinderoptische Vorrichtung 1 kann z. B. auch zur dynamischen Kompensation von Abbildungsfehlern verwendet werden.
Die Drehachsen von zwei Drehspiegeln können zusammenfallen und eine gemeinsame Doppel-Drehachse bilden, um die die zwei Drehspiegel gemeinsam und korrespondierend zu einander (z. B. mittels eines einzelnen Aktuators) drehbar sind.
Zum Beispiel können die erste 15 und die zweite 25 Drehachse zusammenfallen und eine einzelne gemeinsame Doppel-Drehachse 15, 25 ausbilden, und es kann ein einzelner Aktuator bereitgestellt sein, um den ersten α und den zweiten β Drehwinkel gleichzeitig über eine einzelne Drehung dieser gemeinsamen Doppel-Drehachse 15, 25 einzustellen.
Gemäß der Erfindung können Doppel-Drehachsen auf halbem Abstand zwischen den Drehspiegeln angeordnet sein, die um die Doppel-Drehachse gedreht werden, d. h. die Drehspiegel und die zugehörige Doppel-Drehachse können eine Symmetrie aufweisen. Jedoch kann eine Doppel-Drehachse auch asymmetrisch mit Bezug auf die jeweiligen Drehspiegel angeordnet sein.
Gemäß der Erfindung kann hierin eine Anordnung von zwei Drehspiegeln, die um eine gemeinsame Doppel-Drehachse drehbar sind, auch ein monolithisches Prisma sein. Somit kann das Strahlenbündel 5 auf eine Oberfläche des Prismas treffen und nach optischer Transmission durch das Prisma von einer zweiten Oberfläche des Prismas ausfallen.
Gemäß allen Ausführungsformen der Erfindung können alle oder manche Drehspiegel einer Vorrichtung 1 Planspiegel sein und einen Normalenvektor haben, wobei die Normalenvektoren aller Drehspiegel in einer einzigen Ebene liegen können. Die Drehspiegel der Vorrichtung 1 können so angeordnet sein, dass sie entfernt von einem Fokuspunkt des Strahlenbündels 5 angeordnet sind. Hierdurch kann die Belastung der Spiegel durch intensive Laserstrahlung vermindert sein, wodurch die Vorrichtung für den Einsatz in Verbindung mit intensiven/leistungsstarken Strahlenquellen (bzw. entsprechenden Strahlenbündeln 5) geeignet sein kann.
Gemäß der Erfindung können alle Komponenten, die kein Drehspiegel sind, fest und unbewegbar angeordnet sein (z. B. im Bezug auf die Eintrittsebene 30 und/oder Austrittsebene 35 und/oder ein optional bereitgestelltes Gehäuse (nicht gezeigt) der Vorrichtung 1). Erfindungsgemäße Anordnungen mit einer geringeren Anzahl von Drehspiegeln, bei denen mindestens ein Drehspiegel mehrfach verwendet wird, können durch eine vollständige oder teilweise Faltung des optischen Aufbaus, z. B. mittels Reflexionen an ortsfesten Reflektoren, aus Anordnungen mit mehreren Drehspiegeln geschaffen werden. Die sich so, d. h. durch Faltung, geschaffenen Anordnungen sind demnach ebenfalls Teil dieser Erfindung. Zum Beispiel können Symmetrien von Teilsystemen bezüglich einer Symmetrieebene und/oder einer Rotationssymmetrieachse genutzt werden, um zumindest ein Teilsystem der Anordnung „zu falten” bzw. um eine gefaltete Anordnung bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird der Drehsinn der Drehspiegel bei der Symmetriebetrachtung bei der Schaffung gefalteter Anordnungen beachtet. Eine Rotation des Strahlengangs kann dabei erfindungsgemäß durch zwei Spiegelungen realisiert werden. Durch die hier beschriebene optische Faltung des Aufbaus bzw. des Strahlengangs von erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann z. B. die Anzahl von Drehantrieben verringert sein, die Driftanfälligkeit verringert sein, die Kompaktheit des Aufbaus verbessert sein sowie das Ausfallrisiko verringert sein. Erfindungsgemäß können bei gefalteten Anordnungen oder gefalteten Teilsystemen innerhalb der Anordnung die Strahlwege des in das Teilsystem (das hier z. B. eine Komponente der Vorrichtung 1 ist) einlaufenden und des aus dem Teilsystem austretenden Strahlenbündels 5 getrennt werden. Dies kann auf verschiedene Weise realisiert werden, beispielsweise durch Parallelversatz des rücklaufenden Strahls in Richtung der Drehachsen (bzw. einer Drehachse) (vgl. z. B. 3, 7 und 8), polarisationsoptisch, z. B. über einen polarisierenden Strahlteiler (vgl. z. B. 2c), oder z. B. über den Bündeldurchmesser des Strahlenbündels 5 mittels eines Lochspiegels (vgl. z. B. 4). Neben diesen beispielhaft genannten Methoden können auch andere bekannte Methoden zur Trennung der Strahlwege eingesetzt werden. Außerdem sind Methoden der Strahltrennung mit verschiedenen gefalteten Ausführungsformen kombinierbar. Erfindungsgemäße Anordnungen/Vorrichtungen 1 können auch mit zusätzlichen Festspiegeln oder Relay-Optiken ausgestattet werden bzw. bereitgestellt sein, die außer einer Modifikation der geometrischen Anordnung der Elemente keine funktionale Bedeutung haben. Eine solche Geometrieveränderung kann den Zweck erfüllen, den Aufbau kompakter zu gestalten oder eng beieinander verlaufende Strahlgänge räumlich zu trennen.
Im Folgenden werden zahlreiche Ausführungsformen beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass grundsätzliche alle Merkmale der Ausführungsformen miteinander kombinierbar sind, insbesondere was die Ausführung und das Zusammenwirken des optischen Systems sowie der Strahlablenkvorrichtungen und der Steuereinrichtung betrifft. Ebenso sind nicht alle in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale unbedingt notwendig zur Ausführung der Erfindung, sondern die Ausführungsformen können Merkmale und Eigenschaften haben, die optionale Zusatzaspekte sind und die Erfindung kann eine Kombination oder Unterkombination von Ausführungsformen sein.
Gemäß den 1a, 1b und 1c kann die Erfindung eine Vorrichtung 1 sein, die eine Eintrittsebene 30, einen ersten Drehspiegel 10, der um eine erste Drehachse 15 um einen ersten Drehwinkel α drehbar ist, einen zweiten Drehspiegel 20, der um eine zweite Drehachse 20 um einen zweiten Drehwinkel β drehbar ist, und eine Austrittsebene 35 aufweisen, die einen Strahlengang bilden, der von einem Strahlenbündel 5 durchlaufen werden kann. Optional kann in dem Strahlengang jeder Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ein erstes optisches System 45 (z. B. Brechungssystem mit positiver oder negativer Brechkraft, z. B. Sammellinse oder Streulinse) vor dem ersten Drehspiegel 10 und/oder ein zweites optisches System 50 (z. B. Brechungssystem mit positiver oder negativer Brechkraft, z. B. Sammellinse oder Streulinse) nach dem zweiten Drehspiegel 20 (oder nach einem vierten Drehspiegel 65, s. u.) angeordnet sein. Das erste und/oder das zweite optische System 45, 50 können auch an anderen Stellen im Strahlengang angeordnet sein oder können in der Vorrichtung 1 nicht vorhanden sein. Eine Steuereinrichtung 40 kann so bereitgestellt sein, dass sie den ersten und den zweiten Drehwinkel α, β so einstellen kann, dass sich wie oben beschrieben die Länge des Strahlengangs ändern kann, wobei die Ausgangsposition und Ausgangsrichtung des die Vorrichtung 1 über die Austrittsebene 35 verlassenden Strahlenbündels 5 unabhängig sein kann von der Länge des Strahlengangs.
Gemäß der 1a kann die erste Drehachse 15 des ersten Drehspiegels 10 so angeordnet sein, dass sie mit dem ersten Drehspiegel 10 zusammenfällt (z. B. kann die erste Drehachse 15 keinen Abstand von dem ersten Drehspiegel 10 haben und entlang einer Mittelline des ersten Drehspiegels 10 angeordnet sein) und die zweite Drehachse 25 des zweiten Drehspiegels 20 kann einen Abstand zu dem zweiten Drehspiegel 20 haben (z. B. kann der Drehspiegel, dessen Drehachse einen Abstand zu dem Drehspiegel hat, ein so genannter ”Off-Axis-Spiegel” sein, der hier wie oben ausgeführt auch als Schwenkspiegel bezeichnet wird). In Ausführungsformen der Erfindung kann die Vorrichtung 1 anstatt des ersten Drehspiegels 10 eine erste Strahlablenkvorrichtung 1 aufweisen. In Abhängigkeit von dem Drehwinkel α des ersten Drehspiegels 10 kann das Strahlenbündel 5 auf unterschiedliche Stellen des zweiten Drehspiegels 20 treffen und von dem zweiten Drehspiegel 20 so in Richtung der Austrittsebene 35 abgebildet werden, dass die Position und Richtung des Strahlenbündels im Wesentlichen konstant und unabhängig von dem ersten Drehwinkel α sind, wobei der entsprechende zweite Drehwinkel β mittels der Steuereinrichtung 40 eingestellt sein kann. Damit kann eine Änderung der Länge des Strahlengangs der Vorrichtung 1 erreicht werden und gleichzeitig kann die Richtung des von dem zweiten Drehspiegel 20 ausfallenden Strahlenbündels 5 im Wesentlichen konstant und unabhängig von der Änderung der Länge des Strahlengangs sein, insbesondere dann, wenn der Strahlengang im Wesentlichen rechtwinklig zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 20 Drehspiegel bezüglich des auf den ersten Drehspiegel 10 einfallenden und des von dem zweiten Drehspiegel 20 ausfallenden Strahlenbündels 5 verläuft und die beiden Drehachsen geeignet angeordnet sind.
Die 1b zeigt eine Vorrichtung 1, die ähnlich zu der in der 1a gezeigten ist. Gemäß der 1b hat die erste Drehachse 15 einen Abstand zu dem ersten Drehspiegel 10 (z. B. ist der erste Drehspiegel ein Schwenkspiegel) und die zweite Drehachse 25 hat keinen Abstand zu dem zweiten Drehspiegel 20 (d. h. zum Beispiel, dass das Strahlenbündel 5 ohne Versatz zur zweiten Drehachse 25 auf den Drehspiegel 20 auftreffen kann). Gemäß der 1b kann ein Strahlenbündel 5 von der Eintrittsebene 30 auf den ersten Drehspiegel 10 treffen und dann auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen, der das Strahlenbündel 5 in Richtung der Austrittsebene 35 ablenken kann. Der Vorteil dieser Ausführung ist, dass, wenn ein divergentes Strahlenbündel 5 auf den ersten Drehspiegel 10 trifft, ein Querschnittsdurchmesser des Strahlenbündels 5 kleiner ist an dem ersten Drehspiegel 10 als an dem zweiten Drehspiegel 20, da sich der erste Drehspiegel 10 im Strahlengang vor dem zweiten Drehspiegel 20 befindet. Der erste Drehspiegel 10 kann gemäß 1b kleiner ausgebildet sein (kleiner als z. B. in der in 1a gezeigten Ausführung), wodurch die Masse und/oder das Trägheitsmoment des ersten Drehspiegels 10 verringert sein können und eine verbesserte Dynamik (z. B. Dynamik der Einstellung des ersten Drehwinkels α) erzielbar sein kann. Anstatt des zweiten Drehspiegels 20 kann eine zweite Strahlablenkvorrichtung 20 bereitgestellt sein.
Die 1c zeigt eine ähnliche Vorrichtung 1 wie die in den 1a und 1b gezeigte. Gemäß der 1c hat die erste Drehachse 15 des ersten Drehspiegels 10 einen Abstand zu dem ersten Drehspiegel 10 und die zweite Drehachse 25 des zweiten Drehspiegels 20 hat einen Abstand zu dem zweiten Drehspiegel 20, d. h. gemäß der 1c sind sowohl der erste 10 als auch der zweite 20 Drehspiegel jeweils als Schwenkspiegel ausgebildet. Gemäß der in der 1c dargestellten Vorrichtung 1 kann das Strahlenbündel 5 von dem ersten Drehspiegel 10 in Abhängigkeit des Drehwinkels α (Schwenkwinkels) an unterschiedlichen Positionen auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen, und von dem zweiten Drehspiegel bei entsprechender Einstellung des zweiten Drehwinkels β (Schwenkwinkel) so abgelenkt werden, dass die Lage des von dem zweiten Drehspiegel 20 ausfallenden Strahlenbündels 5 konstant ist. Somit kann gemäß 1c die Länge des Strahlengangs zwischen der Eintritts- und der Austrittsebene 30, 35 mittels des ersten 10 und zweiten 20 Drehspiegels variiert werden, während gleichzeitig die Lage des Strahls, der von dem zweiten Drehspiegel 20 ausfällt, konstant gehalten werden kann. Da der erste 10 und der zweite 20 Drehspiegel gemäß der in der 1c gezeigten Ausführungsform der Erfindung gleichartig aufgebaut sind, kann eine Verringerung der Anzahl verschiedener Bauteile und eine höhere Herstellungseffizienz der Vorrichtung 1 erreichbar sein.
Gemäß den Ausführungsformen, die in den 1a, 1b und 1c gezeigt sind, kann ein Scan-System (nicht gezeigt) im Strahlengang nach der Austrittsebene 35 bereitgestellt sein, und die Steuereinrichtung 40 kann so eingerichtet sein, dass sie das Scan-System so ansteuert, dass eventuell durch eine Längenänderung des Strahlengangs auftretende Lage und/oder Richtungsabweichungen des Strahlenbündels 5 ausgeglichen werden.
Mit Bezug auf die 2a können die erste Drehachse 15 und die zweite Drehachse 25 eine gemeinsame Drehachse 15, 25 (im Folgenden auch als Doppel-Drehachse bezeichnet) bilden (deren Drehwinkel αβ z. B. von einem einzelnen Aktuator einstellbar sein kann). Die Doppel-Drehachse 15, 25 kann einen Abstand von dem ersten 10 und dem zweiten 20 Drehspiegel haben und kann z. B. den gleichen Abstand von dem ersten 10 und dem zweiten 20 Drehspiegel haben, d. h. z. B. mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Drehspiegel 10, 20 angeordnet sein. Eine Spiegelfläche des ersten Drehspiegels 10 kann eine feste, vorbestimmte Ausrichtung im Bezug auf eine Spiegelfläche des zweiten Drehspiegels 20 haben. Eine Spiegelfläche des ersten Drehspiegels 10 kann z. B. parallel zu einer Spiegelfläche des zweiten Drehspiegels 20 ausgerichtet sein (anders ausgedrückt kann z. B. eine Flächennormale einer Spiegelfläche des ersten Drehspiegels 10 parallel zu einer Flächennormale einer Spiegelfläche des zweiten Drehspiegels 20 sein). Durch eine Einstellung des Drehwinkels αβ (z. B. mittels der Steuereinrichtung 40) ist die Länge des Strahlengangs von der Eintrittsebene 30 zu der Austrittsebene 35 veränderbar und es ist nur ein Aktuator zur Drehung des ersten und des zweiten Drehspiegels 10, 20 um die Doppel-Drehachse 15, 25 notwendig.
Gemäß der in der 2a gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 1 kann die Richtung des von dem zweiten Drehspiegels 20 ausfallenden (in Richtung der Austrittsebene 35) Strahlenbündels 5 konstant und unabhängig sein von der Länge des Strahlengangs der Vorrichtung 1, aber eine Position des Strahlenbündels 5 an der Austrittsebene 35 kann unterschiedlich sein in Abhängigkeit der Länge des Strahlengangs (die durch den Drehwinkel αβ bestimmt ist).
Die 2b zeigt eine Vorrichtung 1, die zu der in 2a gezeigten ähnlich ist und zusätzlich einen dritten Drehspiegel 55, der um eine dritte Drehachse 60 drehbar ist, und einen vierten Drehspiegel 65, der um eine vierte Drehachse 70 drehbar ist, aufweist, wobei der dritte Drehspiegel 55 im Strahlengang nach dem zweiten Drehspiegel 20 angeordnet ist und der vierte Drehspiegel 65 im Strahlengang nach dem dritten Drehspiegel 55 angeordnet ist. Die dritte Drehachse 60 kann einen Abstand von dem dritten Drehspiegel 55 haben und die vierte Drehachse 70 kann einen Abstand von dem vierten Drehspiegel 65 haben. Die dritte Drehachse 60 und die vierte Drehachse 70 bilden hier eine gemeinsame zweite Doppel-Drehachse 60, 70, die um einen Drehwinkel γδ drehbar ist (z. B. mittels eines einzigen Aktuators und einer Steuereinrichtung 40). Gemäß der 2b sind somit der erste 10 und der zweite 20 Drehspiegel jeweils Schwenkspiegel, die um eine gemeinsame erste Doppel-Drehachse 15, 25 drehen (schwenken), und der dritte 55 und der vierte 65 Drehspiegel sind ebenfalls jeweils Schwenkspiegel, die um eine gemeinsame zweite Doppel-Drehachse 60, 70 drehen (schwenken).
Der dritte 55 und vierte 65 Drehspiegel können so eingerichtet und angeordnet sein, dass eine Spiegelfläche des dritten Drehspiegels 60 eine feste, vorbestimmte Ausrichtung im Bezug auf eine Spiegelfläche des vierten Drehspiegels 70 haben. Eine Spiegelfläche des dritten Drehspiegels 60 kann z. B. parallel zu einer Spiegelfläche des vierten Drehspiegels 70 ausgerichtet sein (anders ausgedrückt kann z. B. eine Flächennormale einer Spiegelfläche des dritten Drehspiegels 60 parallel zu einer Flächennormale einer Spiegelfläche des vierten Drehspiegels 70 sein). Der dritte 55 und der vierte Drehspiegel 65 können so eingerichtet und angeordnet sein, dass ein Strahlenbündel 5, das mittels des zweiten Drehspiegels 20 abgelenkt wird, auf den dritten Drehspiegel 55 trifft und mittels des dritten Drehspiegels 55 auf den vierten Drehspiegel 65 abgelenkt wird. Das Strahlenbündel 5, das auf den vierten Drehspiegel 65 trifft, kann mittels des vierten Drehspiegels 65 auf die (z. B. in Richtung) der Austrittsebene 35 abgelenkt werden und die Vorrichtung 1 über die Austrittsebene 35 verlassen.
Die in 2b gezeigte Vorrichtung 1 kann so eingerichtet sein, dass ein Fokuspunkt 5a des Strahlenbündels zwischen dem zweiten Drehspiegel 20 und dem dritten Drehspiegel 55 auftritt. Aufgrund der Ausbreitungseigenschaften des Strahlenbündels 5 können dadurch die Drehspiegel der Vorrichtung 1 kleiner ausgelegt sein, da der Durchmesser des Strahlenbündels 5 eine Funktion der Divergenz und der Länge des Strahlengangs (sowie eines Ausgangsdurchmessers) ist. Ein Fokuspunkt 5a (Zwischen-Fokus) zwischen dem zweiten 20 und dritten 55 Drehspiegel kann somit vorteilhaft sein, da sowohl erster 10 und vierter 65 Drehspiegel als auch zweiter 20 und dritter 55 Drehspiegel bezüglich ihrer Spiegelfläche optimiert sein können (d. h. z. B. möglichst klein sein können).
Die Steuereinrichtung 40 kann eingerichtet sein, um den Drehwinkel αβ und den Drehwinkel γδ so einzustellen, dass eine Länge des Strahlengangs änderbar sein kann und eine Position und Richtung des mittels des vierten Drehspiegels 65 auf die (z. B. in Richtung der) Austrittsebene 35 abgebildetes Strahlenbündel 5 eine im Wesentlichen von der Länge des Strahlengangs unabhängige Richtung und Position (Lage) hat. Anders ausgedrückt können der dritte 55 und der vierte 65 Drehspiegel bereitgestellt sein, um die Längenänderung des Strahlengangs (die zu einem Fokushub korrespondieren kann) zu vergrößern und um die Position des auf die Austrittsebene 35 treffenden Strahlenbündels 5 konstant zu halten durch das Einstellen des Drehwinkels γδ mittels der Steuereinrichtung 40.
Mit Bezug auf 2c kann die Vorrichtung 1 einen Strahlengang mit einem optionalen optischen System 45, einen Strahlteiler 75, zum Beispiel einen Polarisations-Strahlteiler 75, einen ersten Drehspiegel 10 mit einer ersten Drehachse 15, einen zweiten Drehspiegel 20 mit einer zweiten Drehachse 25, ein polarisationsänderndes Element 80 sowie einen ersten Reflexionsspiegel 85 aufweisen. Das polarisationsändernde Element 80 kann an jeder Stelle in dem Strahlengang zwischen dem Strahlteiler 75 und dem ersten Reflexionsspiegel 85 bereitgestellt sein. Ein Polarisations-Strahlteiler 75 kann ein Strahlenbündel gemäß seiner Polarisation trennen (d. h., dass ein Polarisations-Strahlteiler nicht zwangsläufig eingerichtet sein muss, um ein Strahlenbündel 5 zu polarisieren). Ein Polarisations-Strahlteiler 75 kann z. B. ein Prisma vom Typ Wollaston, Nomarski, Glan-Thompson oder ein ähnliches Prisma sein. Ein polarisierender Strahlteiler 75 kann auch anders aufgebaut sein. Gemäß der in der 2c gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann der Vorrichtung 1 über die Eintrittsebene 30 ein polarisiertes Strahlenbündel 5 zugeführt werden, z. B. ein linear polarisiertes Strahlenbündel 5.
Der Strahlteiler 75 kann im Strahlengang vor dem ersten Drehspiegel 10 angeordnet sein und so eingerichtet sein, dass ein Strahlenbündel 5, z. B. ein linear polarisiertes Strahlenbündel 5, das aus Richtung der Eintrittsebene 30 auf den Strahlteiler 75 trifft, den Strahlteiler 75 im Wesentlichen transmissiv passieren kann und auf den ersten Drehspiegel 10 treffen kann. Wie mit Bezug auf die 2a und 2b beschrieben, können der erste Drehspiegel 10 und der zweite Drehspiegel 20 als Schwenkspiegel ausgebildet sein, die um eine gemeinsame Doppel-Drehachse 15, 25 drehbar (schwenkbar) sind mittels der Steuereinrichtung 40, und das auf den ersten Drehspiegel 10 treffende Strahlenbündel 5 kann mittels des ersten Drehspiegels 10 auf den zweiten Drehspiegel 20 abgebildet werden. Das polarisationsändernde Element 80 ist eingerichtet, um die Polarisation und/oder die Phase eines Strahlenbündels zu ändern. Das polarisationsändernde Element 80 kann z. B. so angeordnet sein, dass ein von dem ersten Drehspiegel 10 kommendes und mittels des zweiten Drehspiegels 20 abgebildetes Strahlenbündel 5 auf das polarisationsändernde Element 80 treffen kann. Das polarisationsändernde Element 80 kann so eingerichtet sein, dass die Polarisation des von dem polarisationsändernden Element 80 ausfallenden Strahlenbündels 5 im Bezug auf die Polarisation des auf das polarisationsändernde Element 80 einfallenden Strahlenbündels orthogonal (90°) gedreht ist. Das polarisationsändernde Element 80 kann z. B. ein doppelbrechendes Medium mit zwei optischen Achsen, die unterschiedliche Abbildungseigenschaften haben können, sein. Das polarisationsändernde Element 80 kann z. B. ein Verzögerungsplättchen 80, z. B. ein lambda/4-Plättchen 80, sein. Der erste Reflexionsspiegel 85 kann angeordnet so angeordnet und eingerichtet sein, dass das mittels des polarisationsändernden Elements 80 abgebildete Strahlenbündel 5 im Wesentlichen normal auf den ersten Reflexionsspiegel 85 einfällt und mittels des ersten Reflexionsspiegels 85 im Wesentlichen zurück reflektiert wird, d. h. hier zum Beispiel in eine Richtung reflektiert wird, die der Einfallsrichtung des Strahlenbündels 5 entspricht. Das Strahlenbündel 5, das auf den ersten Reflexionsspiegel 85 trifft, kann kollinear sein zu dem Strahlenbündel 5, das von dem ersten Reflexionsspiegel 85 reflektiert wird. Gemäß der 2c wird ein mittels des polarisationsändernden Elements 80 abgebildetes Strahlenbündel 5 zurück auf das polarisationsändernde Element 80 abgelenkt und kann auf das polarisationsändernde Element 80 auf einer Seite des polarisationsändernden Elements 80 treffen, die im Wesentlichen der Seite gegenüber liegt, auf der das aus Richtung des zweiten Drehspiegels 20 auf das polarisationsändernde Element 80 auftreffende Strahlenbündel auf das polarisationsändernde Element 80 trifft. Das aus Richtung des ersten Reflexionsspiegels 85 auf das polarisationsändernde Element 80 treffende Strahlenbündel 5 kann über/durch das polarisationsändernde Element 80 laufen und das polarisationsändernde Element 80 wieder in Richtung des zweiten Drehspiegels 20 verlassen. Das so von dem polarisationsändernden Element 80 auf den zweiten Drehspiegel 20 einfallende Strahlenbündel 5 kann aufgrund der zweimaligen Interaktion mit dem polarisationsändernden Element 80 ein linear polarisiertes Strahlenbündel 5 sein, dessen Schwingungsebene gegenüber dem von dem zweiten Drehspiegel 20 auf die Verzögerungsvorrichtung 80 einfallenden Strahlenbündel 5 gedreht ist.
Gemäß der Erfindung können die Richtungen der von einem Strahlteiler 75, 100 (mit irgendeinem Wirkprinzip) ausfallenden und darauf einfallenden Strahlenbündel 5 voneinander verschieden sein.
Das polarisationsändernde Element 80 kann so eingerichtet und angeordnet sein, dass die Polarisation des von dem polarisationsändernden Element 80 auf der Seite des zweiten Drehspiegels 20 ausfallenden Strahlenbündels 5 im Bezug auf die Polarisation des auf derselben Seite auf das polarisationsändernde Element 80 einfallenden Strahlenbündels orthogonal (90°) gedreht ist
Das von dem polarisationsändernden Element 80 in Richtung des zweiten Drehspiegels 20 ausfallende Strahlenbündel 5 kann mittels des zweiten 20 und des ersten 10 Drehspiegels zurück (z. B. funktional umgekehrt) auf den Strahlteiler 75 abgelenkt werden. Da das aus Richtung des Reflexionsspiegel 85 und auf den Strahlteiler 75 treffende Strahlenbündel eine gegenüber dem von der Eintrittsebene 30 kommenden Strahlenbündel 5 gedrehte Schwingungsebene hat, kann das von dem polarisationsändernden Element 80 kommende Strahlenbündel 5 von dem Strahlteiler 75 in einem Winkel zu dem von der Eintrittsebene 35 kommenden Strahlenbündel 5 abgebildet werden und optional über ein zweites optisches System 50 auf die Austrittsebene 35 treffen und die Vorrichtung 1 verlassen. Gemäß der Erfindung können der Strahlteiler 75 und das polarisationsändernde Element 80 auch integral miteinander als Strahlteiler 75 bereitgestellt sein, so dass das Strahlenbündel, das von dem Strahlteiler 75 zu dem ersten Drehspiegel 10 läuft, polarisiert wird (bzw. eine im Vergleich zu dem Strahlenbündel 5, das von der Eintrittsebene 30 auf den Strahlteiler 75 trifft, geänderte Polarisation hat).
Die mit Bezug auf 2c beschriebene Vorrichtung kann aufgrund der Doppel-Drehachse 15, 25 nur einen Aktuator bzw. nur die Einstellung eines Drehwinkels zur Änderung der Länge des Strahlengangs erfordern und das die Vorrichtung 1 verlassende Strahlenbündel 5 kann unabhängig von der Länge des Strahlengangs die Vorrichtung 1 immer an der gleichen Position und in der gleichen Richtung (Lage) verlassen.
Die 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1 in zwei verschiedenen Ansichten, nämlich einer Seitenansicht (3a) und einer Ansicht von oben (3b).
Mit Bezug auf die 3a und 3b kann die Vorrichtung 1 einen ersten Drehspiegel 10 (Schwenkspiegel), der eine erste Drehachse 15 hat, die von dem ersten Drehspiegel 10 entfernt angeordnet sein kann, einen zweiten Drehspiegel 20 (Schwenkspiegel), der eine zweite Drehachse 25 hat, die von dem zweiten Drehspiegel 20 entfernt angeordnet sein kann, eine Retroreflektor-Einrichtung 84, sowie optional ein erstes 45 und/oder ein zweites 50 optisches System und optional einen dritten Reflexionsspiegel 95 aufweisen. Die erste Drehachse 15 und die zweite Drehachse 25 können, so wie es auch in den in den 2a bis 2c gezeigten Ausführungsformen der Fall ist, zusammenfallen und eine gemeinsame Doppel-Drehachse 15, 25 bilden, um die der erste und der zweite Drehspiegel 10, 20 um den Winkel αβ drehbar ist.
Die Vorrichtung 1 kann so ausgebildet sein, dass ein Strahlenbündel 5 von der Eintrittsebene 30 auf (optional) das erste optische System 45, den ersten Drehspiegel 10, den zweiten Drehspiegel 20, die Retroreflektor-Einrichtung 84, den zweiten Drehspiegel 20, den ersten Drehspiegel 10, (optional) den dritten Reflexionsspiegel 95, (optional) das zweite optische System 50 und dann auf die Austrittsebene 35 trifft.
Die Retroreflektor-Einrichtung 84 ist eine Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein einfallendes Strahlenbündel 5 bezüglich des Hauptstrahls 6 so abzubilden, dass es parallel versetzt von der Retroreflektor-Einrichtung 84 ausfällt. Das einfallende und das ausfallende Strahlenbündel 5 können parallel versetzt in Richtung einer Drehachse eines Drehspiegels (oder aller Drehachsen der Vorrichtung 1, sofern diese wie in den Ausführungsformen gezeigt ist, parallel angeordnet sind) sein und können entgegengesetzte Ausbreitungsrichtungen haben. Die Retroreflektor-Einrichtung 84 kann zum Beispiel mittels eines ersten 85 und zweitens 90 Reflexionsspiegels realisiert sein.
Der erste 85 und der zweite 90 Reflexionsspiegel können Planspiegel sein und so angeordnet und eingerichtet sein, dass sie einen Winkel von im Wesentlichen 90° definieren (z. B. können die Flächennormalen von Spiegelflächen des ersten 85 und des zweiten 90 Reflexionsspiegels einen Winkel von im Wesentlichen 90° definieren). Der erste und der zweite Reflexionsspiegel 85, 90 können im Strahlengang nach dem zweiten Drehspiegel 20 so angeordnet sein, dass ein Strahlenbündel 5, das von dem zweiten Drehspiegel 20 auf den ersten Reflexionsspiegel 85 abgelenkt wird, mittels des ersten Reflexionsspiegels 85 auf den zweiten Reflexionsspiegel 90 abgelenkt wird und mittels des zweiten Reflexionsspiegels 90 in Richtung des zweiten Drehspiegels 20 abgelenkt wird.
Die Retroreflektor-Einrichtung 84 kann auch anders ausgebildet sein, z. B. als ein Umlenkprisma oder ähnliches.
Wegen der Anordnung der beiden Drehspiegel 10, 20 mit einer gemeinsamen Doppel-Drehachse 15, 25, kann die Richtung, mit der das Strahlenbündel 5 den zweiten Drehspiegel 20 verlässt, konstant und unabhängig von dem Drehwinkel αβ sein. Jedoch kann die Lage dieses Strahlenbündels 5 in Abhängigkeit des Winkels αβ parallel verschoben sein. Dadurch kann das Strahlenbündel 5 an unterschiedlichen Stellen (aber aus der gleichen Richtung) auf den ersten Reflexionsspiegel 85 treffen und folglich auf verschiedene Positionen auf dem zweiten Reflexionsspiegel 95 abgelenkt werden.
Wie es in den 3a und 3b gezeigt ist, kann die Richtung, in die das Strahlenbündel 5 mittels des zweiten Drehspiegels 20 in Richtung des ersten Reflexionsspiegels 85 abgelenkt wird, im Wesentlichen parallel sein kann zu der Richtung, in die das Strahlenbündel 5 von dem zweiten Reflexionsspiegel 90 kommend auf den zweiten Drehspiegel 20 einfällt, wobei es aufgrund der Parallelität des Strahlengangs zwischen dem ersten und zweiten Reflexionsspiegel 85, 90 zu der Drehachse 15, 25 einen Abstand haben kann zu dem Strahlenbündel 5, das auf den ersten Reflexionsspiegel 85 einfällt. Retroreflektor-Einrichtungen 84, die nicht mit zwei Reflexionsspiegeln 85, 90 ausgebildet sind, können so angeordnet und eingerichtet sein, dass das darauf einfallende Strahlenbündel 5 parallel ist zu dem davon ausfallenden Strahlenbündel 5 (jeweils bezüglich des Hauptstrahls).
Dementsprechend kann ein Strahlenbündel 5, das über die Eintrittsebene 30 und optional über ein erstes optisches System 45 auf den ersten Drehspiegel 10 fällt, auf den zweiten Drehspiegel 20 abgelenkt werden. Mittels des zweiten Drehspiegels 20 kann das Strahlenbündel 5 über den ersten und den zweiten Reflexionsspiegel 85, 90 wieder auf den zweiten Drehspiegel 20 abgelenkt werden, wobei die Richtung des auf den zweiten Drehspiegel 20 treffenden Strahlenbündels 5 parallel und umgekehrt ist zu dem von dem zweiten Drehspiegel 20 auf den ersten Reflexionsspiegel 85 laufenden Strahlenbündel 5 und einen Abstand zu diesem hat. Als Resultat kann somit eine räumliche Trennung des auf den ersten Reflexionsspiegel 85 treffenden und des von dem zweiten Retlexionsspiegel 95 ausfallenden Strahlenbündels 5 erzielt sein.
Der erste und der zweite Reflexionsspiegel 85, 90 (bzw. die Retroreflektor-Einrichtung 84) können dazu eingerichtet und angeordnet sein, ein Strahlenbündel 5, das auf den ersten Reflexionsspiegel 85 trifft, räumlich von dem Strahlenbündel 5, das den zweiten Reflexionsspiegel 90 verlässt, zu trennen.
Das von dem zweiten Reflexionsspiegel 90 kommende Strahlenbündel 5 kann mittels des zweiten Drehspiegels 20 wieder auf den ersten Drehspiegel 10 abgelenkt werden, wobei es räumlich getrennt von dem vom ersten Drehspiegel 10 in Richtung des zweiten Drehspiegels 20 laufenden Strahlenbündels 5 auf den ersten Drehspiegel 10 trifft, und den ersten Drehspiegel 10 in einer Richtung verlassen, die im Wesentlichen parallel und umgekehrt sein kann zu einer Richtung, in der ein Strahlenbündel 5 von der Eintrittsebene 30 auf den ersten Drehspiegel 10 einfallen kann und kann einen räumlichen Abstand zu diesem Strahlenbündel 5 haben. Optional kann das von dem ersten Drehspiegel 10 kommende Strahlenbündel mit einem optionalen dritten Reflexionsspiegel 95 auf die Austrittsebene 35 abgelenkt werden, die einen Winkel zu der Eintrittsebene 30 definieren kann, z. B. einen Winkel von im Wesentlichen 90° oder einen anderen Winkel. Die Austrittsebene 35 kann auch im Wesentlichen parallel zur Eintrittsebene 30 sein, z. B. wenn kein dritter Reflexionsspiegel 95 bereitgestellt ist. Im Strahlengang vor der Austrittsebene 35 kann optional ein zweites optisches System 50 bereitgestellt sein. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wie oben beschrieben mit dem optionalen, dritten Reflexionsspiegel 95 bereitgestellt ist, kann die Trennung von von der Eintrittsebene 30 kommenden und auf die Austrittsebene 35 laufenden Strahlenbündeln 5 erleichtert sein.
Durch eine Steuerung des Drehwinkels αβ mittels eines Aktuators (z. B. der Drehwinkel α und β mittels zweier Aktuatoren, wenn der erste und der zweite Drehspiegel 10, 20 keine Doppel-Drehachse 15, 25 aufweisen) mittels der Steuereinrichtung 40 kann die Länge des Strahlengangs veränderbar sein, und ein Strahlenbündel 5, das die Vorrichtung 1 verlässt, kann die Vorrichtung 1 in einer Richtung und in einer Lage verlassen, die unabhängig ist von der Länge des Strahlengangs.
Der erste 10 und der zweite 20 Drehspiegel können wie mit Bezug auf 1a beschrieben jedoch auch separate erste 15 und zweite 25 Drehachsen aufweisen, wobei ein Strahlenbündel 5 zumindest auf einen Drehspiegel wie oben beschrieben mit einem Quer-Versatz zu dessen Drehachse auf den Drehspiegel treffen kann. Das den zweiten Drehspiegel 20 in Richtung des ersten Reflexionsspiegels 85 verlassende Strahlenbündel 5 hat in der in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen immer dieselbe Lage und Richtung unabhängig von einer Längenänderung des Strahlengangs, wird aber dennoch räumlich getrennt mittels der Retroreflektor-Einrichtung 84.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Strahlteiler (vgl. 2c).
Mit Bezug auf 4 kann die Vorrichtung 1 einen Strahlengang für ein Strahlenbündel 5 aufweisen mit (in dieser Reihenfolge) einer Eintrittsebene 30, (optional) einem ersten optischen System 45, einem Strahlteiler 100, einem ersten Drehspiegel 10, einem zweiten Drehspiegel 20, einem ersten Reflexionsspiegel 85, dem zweiten Drehspiegel 20, dem ersten Drehspiegel 10, dem Strahlteiler 100, (optional) einem zweiten optischen System 50 und der Austrittsebene 35.
Der Strahlteiler 100 kann als Lochspiegel-Strahlteiler 100 ausgebildet sein, wie es in der 4 dargestellt ist, oder er kann als ein anderer Strahlteiler 100 ausgebildet sein. Zur Veranschaulichung wird im Folgenden ein als Lochspiegel-Strahlteiler 100 ausgebildeter Strahlteiler 100 angenommen. Der Lochspiegel-Strahlteiler 100 kann eine Öffnung 101 aufweisen, und der Lochspiegel-Strahlteiler 100 kann so eingerichtet und angeordnet sein, dass ein Strahlenbündel 5, zum Beispiel ein konvergentes Strahlenbündel 5 (oder zumindest eine Teilmenge eines Strahlenbündels), von der Eintrittsebene 30 über die Öffnung 101 (z. B. durch die Öffnung 101 hindurch) auf den ersten Drehspiegel 10 treffen kann. Optional kann im Strahlengang vor dem Lochspiegel-Strahlteiler 100 das erste optische System 45 angeordnet sein, das eingerichtet sein kann, um ein kollimiertes oder divergentes Strahlenbündel 5, das über die Eintrittsebene 30 in die Vorrichtung 1 einfällt, als ein konvergentes Strahlenbündel 5 abzubilden. Zum Beispiel kann das erste optische System 45 eine Sammellinse sein. Das konvergente Strahlenbündel 5 kann in dem Strahlengang der Vorrichtung 1 einen Fokuspunkt 5a bilden. Der Fokuspunkt kann ein Punkt bzw. ein Volumen im Raum sein, an dem sich alle oder manche (Einzel-)Strahlen des Strahlenbündels 5 scheiden (z. B. kann ein Fokuspunkt der Punkt im Strahlengang sein, an dem das Strahlenbündel 5 einen minimalen (Querschnitt-)Durchmesser aufweist). Der Fokuspunkt 5a kann an jeder Stelle des Strahlengangs auftreten, zum Beispiel in der Öffnung 101 des Lochspiegelstrahlteilers 100. Im Strahlengang nach dem Fokuspunkt 5a kann das Strahlenbündel ein divergentes Strahlenbündel 5 sein. Wie oben beschrieben kann das Strahlenbündel 5, das über die Eintrittsebene 30 in die Vorrichtung 1 einfällt, über den ersten Drehspiegel 10 und den zweiten Drehspiegel 20 (die eine Doppel-Drehachse 15, 25 aufweisen können oder eine separate erste Drehachse 15 und eine separate zweite Drehachse 25) auf den ersten Reflexionsspiegel 85 abgebildet werden (je nach Lage des Fokuspunkt 5a im Strahlengang z. B. als ein konvergentes oder divergentes Strahlenbündel). Der erste Reflexionsspiegel 85 kann das Strahlenbündel 5 zurück reflektieren (z. B. zurück totalreflektieren), so dass das davon ausfallende Strahlenbündel 5 kollinear ist mit dem darauf einfallenden. Von dem ersten Reflexionsspiegel 85 kann das Strahlenbündel 5 wieder über den zweiten Drehspiegel 20 und den ersten Drehspiegel 10 auf den Lochspiegel-Strahlteiler 100 abgelenkt werden. Da das Strahlenbündel in dem Strahlengang vor dem Fokuspunkt 5a ein konvergentes Strahlenbündel 5 und nach dem Fokuspunkt 5a ein divergentes Strahlenbündel 5 sein kann, kann ein Querschnittsdurchmesser des Strahlenbündels 5, das über/durch die Öffnung 101 auf den ersten Drehspiegel 10 treffen kann, kleiner sein als der Querschnittsdurchmesser des Strahlenbündels 5, das von dem ersten Drehspiegel 10 auf den Lochspiegel-Strahlteiler 100 treffen kann. Dadurch kann ein Teil des Strahlenbündels 5, das von dem ersten Drehspiegel 10 auf den Lochspiegel-Strahlteiler 100 trifft, von einer Spiegelfläche 102 des Lochspiegel-Strahlteilers 100, die auf einer Seite des Lochspiegel-Strahlteilers 100 angeordnet ist, die auf der Seite des ersten Drehspiegels 10 liegt, abgelenkt werden, und über ein optionales zweites optisches System 50 in Richtung der Austrittsebene 35 abgebildet werden.
Die Größe (z. B. Durchmesser) der Öffnung 101 und/oder die Konvergenz des Strahlenbündels 5 (z. B. mittels des ersten optischen Systems 45 einstellbar) können so gewählt sein, dass das über die Eintrittsebene 30 einfallende Strahlenbündel im Strahlengang an der Stelle der Öffnung 101 einen Durchmesser hat, der einem Durchmesser der Öffnung 101 entspricht. zum Beispiel kann der Fokuspunkt 5a an der Stelle der Öffnung 101 ausgebildet sein, und die Öffnung 101 kann eine Punkt-Öffnung 101 (d. h. eine Öffnung mit einem kleinen Durchmesser der im Wesentlichen einem Durchmesser des Fokuspunktes 5a entspricht) sein. Die Spiegelfläche 102 des Lochspiegel-Strahlteilers 100 kann eine Planspiegelfläche sein oder eine anders geformte Spiegelfläche sein, zum Beispiel eine Spiegelfläche mit elliptischer oder parabelförmiger (z. B. Parabol-)Form. Eine Spiegelfläche 102, die keine Planspiegelfläche ist, kann eine Divergenz eines Strahlenbündels 5 verändern mittels einer Abbildung an der Spiegelfläche. Zum Beispiel kann ein auf eine parabolförmige Spiegelfläche 102 auftreffendes Strahlenbündel 5 eine größere oder kleinere Divergenz haben nach einer Abbildung mittels der parabelförmigen Spiegelfläche 102.
Mit Bezug auf die Figuren können gemäß der vorliegenden Erfindung auch andere Prinzipien zur Strahltrennung anstatt Strahltrennung mittels Polarisation oder Strahldurchmesser oder Parallelversatz benutzt werden. Ferner können die in der 2c oder 4 gezeigten Ausführungsformen auch andere Konfigurationen der Drehspiegel 10, 20 aufweisen. So können gemäß der Erfindung z. B. anstatt von zwei Drehspiegel 10, 20 mit einer gemeinsamen Doppel-Drehachse 15, 25 auch zwei Drehspiegel 10, 20 mit jeweils separaten, unabhängigen Drehachsen 15, 25 bereitgestellt sein, und die Steuereinrichtung 40 kann so eingerichtet sein, dass sie die Drehwinkel der Drehspiegel um die erste Drehachse 15 bzw. die zweite Drehachse 25 in Abhängigkeit voneinander einstellt.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Ein Strahlengang mit einem optionalen ersten 45 und einem optionalen zweiten 50 optischen System ist zwischen der Eintrittsebene 30 und der Austrittsebne 35 definiert. In dem Strahlengang ist ein erster Drehspiegel 10, der um eine erste Drehachse 15 um einen Winkel α drehbar ist, ein zweiter Drehspiegel 20, der um eine zweite Drehachse 25 um einen zweiten Winkel β drehbar ist, sowie ein dritter Drehspiegel 55, der um eine dritte Drehachse 60 um einen dritten Winkel β drehbar ist angeordnet. Das Strahlenbündel kann von der Eintrittsebene 30 optional über das erste optische System 45 so auf den ersten Drehspiegel 10 treffen, dass der Hauptstrahl des Strahlenbündels im Wesentlichen an einer Position der Drehachse 15 auf den ersten Drehspiegel 10 trifft (d. h. das Strahlenbündel kann ohne Quer-Versatz auf den ersten Drehspiegel 10 treffen). Mittels des ersten Drehspiegels 10 kann das Strahlenbündel 5 in Abhängigkeit der Winkel α und β auf unterschiedliche Positionen des zweiten Drehspiegels 20 abgelenkt werden, wobei das Strahlenbündel 5 mit einem Quer-Versatz zur zweiten Drehachse 25 auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen kann oder auch ohne Quer-Versatz auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen kann. Von dem zweiten Drehspiegel 20 kann das Strahlenbündel 5 auf den dritten Drehspiegel 55 abgelenkt werden und den dritten Drehspiegel so treffen, dass der Hauptstrahl des Strahlenbündels 5 im Wesentlichen an einer Position der dritten Drehachse 60 auf den dritten Drehspiegel 55 trifft (d. h. ohne Quer-Versatz). Von dem dritten Drehspiegel 55 kann das Strahlenbündel 5 optional über das zweite optische System 50 auf die Austrittsebene 35 abgelenkt werden und die Vorrichtung 1 verlassen. Durch die Einstellung der Winkel α, β und γ in Abhängigkeit voneinander (z. B. mittels der Steuereinrichtung 40 wie es unten detaillierter beschrieben ist) lässt sich die Länge des Strahlengangs in gezielter Weise einstellen, wobei die Lage des von dem dritten Drehspiegel 50 ausfallenden Strahlenbündels 5 eine konstante Richtung und Lage haben kann.
Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die in der 6 gezeigte Vorrichtung 1 ist ähnlich zu der in der 2b gezeigten Vorrichtung 1, jedoch sind der erste 10, zweite 20, dritte 50 und vierte 65 Drehspiegel jeweils als Drehspiegel ausgebildet, die jeweils um eine separate erste 15, zweite 25, dritte 55 beziehungsweise vierte 70 Drehachse drehbar sind. Das Strahlenbündel 5 kann von der Eintrittsebene 30 über das optionale erste optische System 45 so auf den ersten Drehspiegel 10 treffen, dass der Hauptstrahl des Strahlenbündels 5 an einer Stelle der ersten Drehachse 15 auf den ersten Drehspiegel 10 trifft. Von dem ersten Drehspiegel 10 kann das Strahlenbündel 5 mit oder ohne Quer-Versatz des Hauptstrahls bezüglich der zweiten Drehachse 25 auf den zweiten Drehspiegel 20 treffen, wobei die Auftreffposition des Strahlenbündels von den Winkeln α und β abhängt. Von dem zweiten Drehspiegel 20 kann das Strahlenbündel 5 über den dritten 55 und vierten 65 Drehspiegel und das optionale zweite optische System 35 zu der Austrittsebene 35 abgelenkt werden. Dabei kann das Strahlenbündel 5 mit oder ohne einen Querversatz des Hauptstrahls 5 bezüglich der Drehachse 55 des dritten Drehspiegels 55 auf den dritten Drehspiegel 50 treffen und mittels dieses so auf den vierten Drehspiegel 65 abgelenkt werden, dass der Hauptstrahl den vierten Drehspiegel 65 bezüglich der vierten Drehachse 70 ohne Quer-Versatz trifft. Der dritte 55 und der vierte 65 Drehspiegel können dabei so angeordnet sein und so angesteuert werden (mittels der Steuereinrichtung 40, die in 6 nicht gezeigt ist), dass sie bezüglich einer Ebene, die zwischen dem zweiten 20 und dem dritten 55 Drehspiegel so angeordnet ist, dass der Hauptstrahl des Strahlenbündels 5 zwischen diesen Drehspiegeln 20, 55 in der Normalenrichtung der Ebene verläuft, symmetrisch ist. Gemäß der in der 6 dargestellten Ausführungsform kann das Strahlenbündel unabhängig von der Länge des Strahlengangs die Vorrichtung 1 mit konstanter Richtung und in konstanter Lage verlassen.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die in der 7 gezeigte Ausführungsform basiert auf der in der 6 gezeigten Ausführungsform, jedoch ist anstatt des dritten 50 und des vierten 65 Drehspiegels eine Retroreflektor-Einrichtung 84 bereitgestellt. Die Retroreflektor-Einrichtung 84 kann wie es oben mit Bezug auf die 3a und 3b beschrieben ist aufgebaut sein und dazu dienen (bzw. entsprechend angeordnet sein), ein von dem zweiten Drehspiegel 20 einfallendes Strahlenbündel 5 mit einem Parallelversatz in Richtung der ersten 15 und zweiten 25 Drehachse (die zueinander parallel sind) zurück auf den zweiten Drehspiegel 20 abzulenken. Dadurch kann das Strahlenbündel 5 wieder zurück auf den ersten Drehspiegel 10 abgelenkt werden (und auf diesen an einer Stelle, die in Richtung der ersten Drehachse 15 versetzt ist zu der Stelle, an der das Strahlenbündel 5 von der Eintrittsebene 30 auf den ersten Drehspiegel 10 trifft, treffen, d. h. hier über oder unter der Zeichenebene der 7) und von dem ersten Drehspiegel 10 optional über ein zweites optisches System 50 (das sich über oder unterhalb der Zeichenebene der 7 befinden kann) auf die Austrittsebene 35 treffen. Gemäß der 7 wird somit die Symmetrieeigenschaft der mit Bezug auf 6 beschriebenen Ausführungsform ausgenutzt, um den dritten und vierten Drehspiegel 50, 65 mittels der Retro-Reflektoreinrichtung 84 durch eine erneute Passage des zweiten und ersten Drehspiegels in entgegengesetzter Richtung zu ersetzten.
Die 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Änderung der Länge eines Strahlengangs. Gemäß der 8 weist die Vorrichtung neben der Eintritts- und der Austrittsebene 30, 35, einer Umlenkeinrichtung 97 und einer Reflektor-Einrichtung 83 einen einzigen (ersten) Drehspiegel 10 auf, der um die erste Drehachse 15 drehbar ist. Die Vorrichtung 1 ist so angeordnet und eingerichtet, dass ein Strahlenbündel 5 von der Eintrittsebene 30 kommend auf den Drehspiegel 10, die Umlenkeinrichtung 97, den Drehspiegel 10, die Reflektor-Einrichtung 83, den Drehspiegel 10, die Umlenkeinrichtung 97, den Drehspiegel 10 und die Austrittsebene 35 trifft, wobei bei einer Drehung des Drehspiegels 10 der Hauptstrahl des Strahlenbündels 5 zumindest einmal (in der in der 8 gezeigten Anordnung genau zweimal) mit einem Abstand quer zur Drehachse 15 des Drehspiegels 10 treffen kann. Die Vorrichtung 1 kann ferner ein Mittel bzw. eine Einrichtung aufweisen, um das Strahlenbündel 5, das von der Eintrittsebene 30 auf die Reflektor-Einrichtung 83 trifft, geometrisch von dem Strahlenbündel zu trennen, das von der Reflektor-Einrichtung 83 auf die Austrittsebene 35 trifft. Der Strahlteiler bzw. die Strahlteilung kann erfindungsgemäß auf verschiedene Arten implementiert sein. Beispielsweise kann die Reflektor-Einrichtung 83 wie die oben beschriebene Retro-Reflektoreinrichtung 84 aufgebaut sein bzw. kann sie diese sein. Somit wird ein Strahlenbündel 5, das auf die Retro-Reflektoreinrichtung 84 (als der Reflektor-Einrichtung 83) einfällt, mit einem Parallelversatz in Richtung der Drehachse 15 und in umgekehrter Richtung zu dem einfallenden Strahlenbündel 5 wieder von der Retro-Reflektoreinrichtung 84 ausfallen und auf den Drehspiegel 10 treffen, was zu einer geometrischen Trennung des von der Eintrittsebene 30 auf die Reflektor-Einrichtung 83 treffenden Strahlenbündels 5 von dem von der Reflektor-Einrichtung 83 auf die Austrittsebene 35 treffenden Strahlenbündels 5 führt. Durch Ausbildung der Reflektor-Einrichtung 83 als Retro-Reflektoreinrichtung 84 kann sie somit neben einer Reflektion auch eine Strahlteilung erzeugen.
Mit zusätzlichem Bezug auf 2c und die dazugehörige Beschreibung kann die Reflektor-Einrichtung 83 auch als ein Planspiegel ausgebildet sein, der ein einfallendes Strahlenbündel 5 so ausfallen lässt, dass das ausfallende Strahlenbündel 5 im Wesentlichen kollinear zu dem darauf einfallenden Strahlenbündel 5 ist, und ein polarisationsänderndes Element 80 kann im Strahlengang von der Eintrittsebene 30 aus gesehen vor der Reflektor-Einrichtung 83 angeordnet sein (wobei das polarisationsändernde Element 80 dann zweimal vom Strahlenbündel 5 durchlaufen werden kann) oder das polarisationsändernde Element 80 kann integral mit der Reflektor-Einrichtung 83 gebildet sein. Gleichzeitig kann im Strahlengang, zum Beispiel zwischen dem Drehspiegel 10 und der Austrittsebene 35, ein Polarisations-Strahlteiler 75 angeordnet sein, der das Strahlenbündel 5, das von der Eintrittsebene 30 über den polarisationsändernde Element 80 auf die Reflektor-Einrichtung 83 trifft, aufgrund eines Polarisationsunterschiedes (verursacht durch das polarisationsändernde Element 80) von dem Strahlenbündel 5, das von der Reflektor-Einrichtung 83 (optional wieder über das polarisationsändernde Element 80) auf die Austrittsebene 35 trifft, räumlich trennt.
Mit zusätzlichem Bezug auf 4 und die zugehörige Beschreibung kann auch mit der in der 8 gezeigten Anordnung ein Lochspiegel-Strahlteiler 100 als Strahlteiler bzw. zur Strahlteilung benutzt werden. Auch in diesem Fall kann dann die Reflektor-Einrichtung 83 zum Beispiel als Planspiegel (der das vom Drehspiegel 10 kommende Strahlenbündel 5 kollinear bezüglich des Hauptstrahls auf den Drehspiegel 10 zurückwerfen kann) ausgebildet sein. Der Lochspiegel-Strahlteiler 100 kann zum Beispiel zwischen der Eintrittsebene 30 und dem Drehspiegel 10 in dem Strahlengang angeordnet sein, so dass ein von der Eintrittsebene 30 kommendes Strahlenbündel 5 im Wesentlichen ungehindert durch die Öffnung 101 passieren kann. Wie oben beschrieben kann das Strahlenbündel 5 zum Beispiel konvergent auf die Öffnung 101 treffen, im Bereich der Öffnung 101 einen Fokuspunkt (bzw. Punkt minimalen Strahldurchmessers) bilden und im weiteren Strahlengang zu der Austrittsebene 35 hin divergent verlaufen. Wie mit Bezug auf 4 beschrieben kann das Strahlenbündel 5 dabei konvergent über die Eintrittsebene 30 in den Strahlengang eintreten und/oder es können optische Elemente (z. B. das erste optische System 45) bereitgestellt sein, um eine solche Konvergenz/Divergenz zu erzeugen und/oder zu verstärken. Das z. B. im Strahlengang nach der Öffnung 101 des Lochspiegel-Strahlteilers divergente Strahlenbündel 5 kann dann den Strahlengang passieren und während der Passage einen größeren Durchmesser annehmen, so dass es, wenn es auf die Spiegelfläche 102 des Lochspiegel-Strahlteilers 100 trifft, im Wesentlichen von dem von der Eintrittsebene 30 kommenden Strahlenbündel getrennt und im Wesentlichen zu der Austrittsebene 35 abgelenkt werden kann.
Die Umlenkeinrichtung 97 (z. B. Reflexionseinrichtung) ist so eingerichtet und angeordnet, dass sie zu einer Drehung der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 führt. In der 8 ist die Umlenkeinrichtung 97 als zwei plane Reflexionsspiegel 95, 96, die einen Winkel miteinander definieren, ausgebildet, wobei das Strahlenbündel 5 von dem einen auf den anderen Reflexionsspiegel 95, 96 abgelenkt wird, so dass eine Drehung der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 erzeugt wird. Die Umlenkeinrichtung 97 kann auch auf andere Art und Weise realisiert sein, zum Beispiel mit einer anderen Anzahl von Reflexionsspiegeln (z. B. mehr als zwei) oder sie auch als ein einzelner, gekrümmter Reflexionsspiegel ausgebildet sein. Die Umlenkeinrichtung kann auch als transmissives (Umlenk-)Prisma ausgebildet sein, das zu einer Ablenkung des Strahlenbündels 5 führt.
Gemäß der in der 8 gezeigten Ausführungsform ist die Lage und die Richtung des zu der Austrittsebene 35 abgelenkten Strahlenbündels 5 im Wesentlichen konstant und unabhängig von der Länge des Strahlengangs, die über den Drehwinkel des ersten Drehspiegels 10 einstellbar ist.
Wie oben beschrieben, geht die Ausführungsform gemäß 8 im Wesentlichen aus einer weiteren Faltung (durch eine Dreh-Operation) einer ähnlichen Anordnung hervor, wie sie in 7 gezeigt ist. Die Drehsymmetrie zwischen den beiden Drehspiegeln 10, 20 in 6 bzw. 7 wird genutzt, um die beiden Drehspiegel funktional zu vereinigen, d. h. um den Strahlengang zu falten. Die hierzu notwendige Symmetrieoperation einer Drehung kann durch die zwei Spiegelungen an der Umlenkeinrichtung 97 (z. B. den Reflexionsspiegeln 95 und 96) bereitgestellt werden. Somit wird in den 6–8 erfindungsgemäß-beispielhaft gezeigt, wie mittels Spiegelungen verschiedene erfindungsgemäße Anordnungen ineinander überführt werden können.
Bei allen hierin beschriebenen Ausführungsformen, bei denen eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung 1 mehrfach für die Interaktion mit dem Strahlenbündel 5 benutzt werden, d. h. den so genannten „gefalteten” Ausführungsformen (siehe z. B. 2c, 3, 4, 7, 8), können auch andere Arten und Prinzipien der Strahltrennung als die beschriebenen angewandt werden.
In einigen Anwendungsfällen kann es jedoch auch erstrebenswert sein, „gefaltete” Ausführungsformen der Erfindung ohne eine Trennung von hin- und rücklaufenden Strahlenbündeln 5 (d. h. mit zumindest bezüglich des Hauptstrahls kollinearen Strahlenbündeln 5) bereitzustellen, um zum Beispiel Interferenzen oder Superpositionen der hin- und rücklaufenden Strahlenbündel 5 zu erzeugen. Strahlteiler bzw. Strahlteiler-Einrichtungen sind daher optionale Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
In den hier beschrieben Ausführungsformen, zum Beispiel in den anhand der 1–3 und 5–8 beschriebenen, kann es vorteilhaft sein, das optionale erste optische System 45 als Sammellinse (d. h. mit positiver Brechkraft) auszubilden, um den Querschnittsdurchmesser des Strahlenbündels in einem Bereich des Strahlengangs, in dem der Hauptstrahl des Strahlenbündels (5) einen maximalen Abstand quer zur Drehachse eines Drehspiegels hat, zu minimieren. Dadurch kann der entsprechende Drehspiegel kleiner ausgeführt sein, wodurch das Trägheitsmoment des Drehspiegels verkleinert und die dynamischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert sein können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann auch so eingerichtet sein, dass ein Minimalwert des Querschnittsdurchmessers des Strahlenbündels 5 in etwa (z. B. genau) auf halbem Weg im Strahlengang zwischen dem ersten Drehspiegel im Strahlengang und dem letzten Drehspiegel im Strahlengang liegt (d. h. z. B. zwischen dem zweiten 20 und dem dritten 50 Drehspiegel (z. B. 2b, 6) beziehungsweise zwischen dem zweiten Drehspiegel 20 und der Retroreflektor-Einrichtung 84 (3a, 3b und 7) klein zu halten, da somit die Drehspiegel kleiner ausgeführt werden können, was zu besseren dynamischen Eigenschaften (geringeres Trägheitsmoment) sowie geringerer Masse der Drehspiegel führen kann.
Derjenige Drehspiegel, an dem der Hauptstrahl den größten Abstand quer zur Drehachse des Drehspiegels hat, kann auch in etwa (z. B. exakt) auf halbem Weg zwischen dem ersten und dem letzten Drehspiegel im Strahlengang angeordnet sein, zum Beispiel in Ausführungsformen, die drei (oder eine andere ungerade Anzahl) Drehspiegel aufweisen (vgl. 5).
Die 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Steuereinrichtung 40 (vgl. auch 1a, 4 oder 6) und weist optional eine Strahllage-Messeinrichtung 110 (Strahlposition-Messeinrichtung) auf. Die in der 9 gezeigte Vorrichtung 1 ist ähnlich zu der mit Bezug auf 1c beschriebenen Vorrichtung 1, daher wird auf die Beschreibung gleicher Komponenten verzichtet. Gemäß der Erfindung können alle Ausführungsformen der Erfindung mit einer Steuereinrichtung 40 und/oder einer Strahllage-Messeinrichtung 110 bereitgestellt sein, nicht nur die in 9 bzw. 6, 4 oder 1c gezeigten. Die Steuereinrichtung 40 kann dazu eingerichtet sein, die Drehwinkel (z. B. α, β, γ, δ, αβ und/oder γδ) der Drehspiegel (z. B erster, zweiter, dritter und/oder vierter) einzustellen.
Die Steuereinrichtung 40 kann die in einer Vorrichtung 40 auftretenden Drehwinkel gleichzeitig und in Abhängigkeit voneinander einstellen (oder in Ausführungsformen, in denen nur ein Drehwinkel auftritt, den Drehwinkel für sich und unabhängig von einem anderen Drehwinkel einstellen). Die Drehwinkel können dabei mittels der Steuereinrichtung 40 so eingestellt werden, dass eine gewünschte Strahlenganglängenänderung erzielt wird und/oder so dass die Richtung und/oder Lage eines Strahlenbündels 5, das auf die Austrittsebene 35 trifft, konstant und unabhängig von der Längenänderung des Strahlengangs ist. Die Steuerung/Regelung jeder erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 (abgesehen von den Vorrichtungen 1, die nur einen einzelnen, einzigen Drehspiegel bzw. einen einzelnen Doppel-Drehspiegel aufweisen (vgl. 2a, 8)) kann dabei so ausgeführt werden, dass die Summe aller (Ablenk-)Winkel der Vorrichtung 1 unter Beachtung der Vorzeichen bzw. Drehrichtungen konstant ist/bzw. bleibt, wenn die Länge des Strahlengangs eingestellt wird. Dass bedeutet, die Steuerung kann z. B. so durchgeführt werden, dass in einer Vorrichtung 1, die zwei Drehspiegel aufweist, der erste Drehspiegel um einen ersten Betrag in einer positiven Drehrichtung gedreht wird, und der zweite Drehspiegel um den selben ersten Betrag in der negativen Drehrichtung gedreht wird, so dass die Summe aus erstem und zweitem Drehwinkel konstant bleibt. Dies kann dazu führen, dass die Lage und/oder Richtung des über die Austrittsebene 35 aus der Vorrichtung 1 ausfallenden Strahlenbündels 5 im Wesentlichen konstant und unabhängig von der Länge des Strahlenganges ist. Die Steuereinrichtung 40 kann auch so eingerichtet sein, dass sie mittels der Einstellung der Drehwinkel eine dynamische Strahlenganglängenänderung erzeugt, d. h. dass über die Zeit die Strahlenganglänge dynamisch angepasst wird, z. B. um einen Fokuspunkt eines Laserstrahls auf einer Werkstückoberfläche verschieben zu können. Alle Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 können außerdem optional eine Strahllage-Messeinrichtung (z. B. Strahllage-Messeinrichtung) 110 aufweisen. Die Strahllage-Messeinrichtung 110 kann dazu eingerichtet sein, die Position/Richtung/Lage des Strahlenbündels 5 zu messen (z. B. detektieren, z. B. ermitteln) und um dem Steuergerät 40 eine der gemessenen Strahlposition/-lage entsprechende Information zur Verfügung zu stellen. Eine exemplarische Strahllage-Messeinrichtung 110 kann einen Strahlteiler 111 aufweisen, der wie der Strahlteiler 75 oder 100 eingerichtet sein kann oder kann z. B. ein semitransparenter Spiegel (z. B. mit einer sehr hohen Transparenz) 111 sein, der so eingerichtet und angeordnet ist, dass mit ihm ein Teil-Strahlenbündel 114 von dem Strahlenbündel 5 ausgekoppelt werden kann. Aus geometrischer Betrachtung ergibt sich, dass die Lage des Teil-Strahlenbündels 114 proportional ist zu der Lage des Strahlenbündels 5 bei dem Strahlteiler 111. Die Strahllage-Messeinrichtung 110 kann ferner optional ein Linsesystem 112 (z. B. aufweisend eine oder mehrere Linsen) und/oder einen Lagedetektor 113 aufweisen, wobei das Teil-Strahlenbündel 114 mittels des Linsesystems 112 auf den Lagedetektor 113 abgebildet werden kann oder direkt von dem Strahlteiler 111 auf den Lagedetektor 113 gelenkt werden kann. Der Lagedetektor 113 kann zum Beispiel eine oder mehrere Vier-Quadranten-Dioden oder einen ähnlichen Detektor aufweisen, der es ermöglicht, die Lage des Teil-Strahlenbündels 114 zu messen, das heißt eine Position und/oder Richtung des Strahlbündels. Der Lagedetektor 113 kann ferner dazu eingerichtet sein, die gemessene Lage dem Steuergerät 40 bereitzustellen. Das Steuergerät 40 kann eingerichtet sein, die Einstellung der Drehwinkel unter Benutzung dieser gemessenen Position des Strahlenbündels 5 (bzw. des Teil-Strahlenbündels 114) als eine Regelung durchzuführen, wodurch die Präzision der Positionierung verbessert sein kann und Drifteffekte minimiert sein können.
Die Strahllage-Messeinrichtung 110 kann im Strahlengang der Vorrichtung 1 nach dem vor der Austrittsebene 35 letzten Drehspiegel angeordnet sein oder an anderer Stelle. In Ausführungsformen, in denen die Lage des Strahlenbündels 5 nicht unabhängig ist von der Länge des Strahlengangs (vgl. 2a) kann ein entsprechend größerer Strahlteiler 111 bereitgestellt sein und das Linsesystem 112 kann eingerichtet sein, dass es das Teil-Strahlbündel 114 zu dem Lagedetektor 113 hin abbildet. Die Strahllage-Messeinrichtung 110 kann statt des Strahlbündels 5 auch die Lage eines zu diesem Zweck eingerichteten/bereitgestellten Hilfs-Strahlbündels, das unabhängig ist von dem Strahlenbündel 5, vermessen, das so über mindestens eine Teilmenge der Teilkomponenten der Vorrichtung 1 geführt wird, dass aus der gemessenen Lage/Richtung des Hilfs-Strahlbündels eine Information über die Lage des Strahlbündels 5 und/oder die Ablenkwinkel der Drehspiegel gewonnen werden kann, die in die mittels der durch die Steuereinrichtung 40 durchgeführten Regelung einfließen kann.
Gemäß der Erfindung kann eine Vorrichtung zur Änderung der Länge eines Strahlengangs (z. B. eine Vorrichtung, um einen Fokuspunkt in einem Strahlengang entlang des Strahlengangs zu verschieben) geschaffen werden, die ausschließlich reflektierende Komponenten aufweist. Somit können chromatische Aberrationen, wie sie in Linsensystem auftreten, verhindert oder zumindest wesentlich verringert sein. Zusätzlich sind reflektierende Systeme weniger anfällig für thermischen Drift, wodurch die Präzision der Vorrichtung verbessert sein kann. Ferner können reflektierende Systeme für höhere Leistungen als Linsensysteme geeignet sein, wodurch es möglich ist, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hochleistungs-Strahlung (z. B. zum Laserschweißen) zu benutzen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung, die im Gegensatz zu bekanten Systemen, die auf der linearen Bewegung von Linsen beruhen, nur auf schnellen Drehbewegungen bzw. nur auf Strahlablenkungen beruht. Dadurch ist durch die vorliegende Erfindung eine schnellere und eine präzisere Verschiebung eines Fokuspunktes möglich, da es aufgrund der verringerten Massenträgheit der bewegten Komponenten im Vergleich zu bekannten Systemen zu weniger Überschwingungseffekten und ähnlichem kommt.
Demgemäß ist es gemäß der Erfindung möglich, die Länge des Strahlenganges ohne lineare Bewegung zu Ändern, wodurch zum Beispiel schnelle Galvanometerantriebe zur Änderung des Strahlengangs benutzt werden können, wodurch eine Änderungsgeschwindigkeit der Strahlenganglänge (und damit die Verschiebungsgeschwindigkeit eines Fokuspunktes) erhöht ist. Die Vorrichtung 1 kann (z. B. in der Laser-Materialbearbeitung oder in der Mikroskopie) eingesetzt werden, um einen Arbeits- oder Beobachtungsfokus einzustellen. In Verbindung mit einem Ablenksystem (Galvanometer-Scanner), das eine zweidimensionale Positionierung eines Laserfokus in einer Bearbeitungsfläche ermöglicht, lässt sich mittels der Vorrichtung 1 ein 3D-Scansystem realisieren, bei dem der Bearbeitungsfokus zusätzlich in einer dritten Dimension bewegt werden kann. Das Steuergerät kann dann dazu eingerichtet sein, dreidimensionale Koordinaten zu verarbeiten und die Vorrichtung 1 und ein Laserablenksystem gleichzeitig und optional synchron anzusteuern.
Gemäß der Erfindung kann die Vorrichtung 1 mit einem 2D-Scanner-System, wie es zum Beispiel zur Materialbearbeitung benutzt wird, verwendet werden. Ein 2D-Scanner-System kann z. B. mit zwei Strahlablenkvorrichtungen bereitgestellt sein, die das Strahlenbündel 5 jeweils in voneinander unabhängigen Raumrichtungen ablenken können. Dadurch kann mittels der Vorrichtung 1 ein Fokuspunkt eines Strahlenbündels 5 über eine Längenänderung des Strahlengangs (und optional durch eine entsprechende Steuerung der zweiten Strahlablenkvorrichtung 50 auch eine Änderung der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5) einstellbar sein, während mittels des 2D-Scanner-Systems die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 (zusätzlich) einstellbar ist. Dementsprechend kann die Vorrichtung 1 im Strahlengang vor dem 2D-Scanner-System angeordnet sein. Dadurch kann zum Beispiel das Strahlenbündel 5 über eine Werkstückoberfläche geführt werden und unterschiedliche Abstände zwischen einer Strahlenquelle und Punkten auf der Werkstückoberfläche können durch die Vorrichtung 1 über die Einstellung der Länge des Strahlengangs in der Vorrichtung 1 ausgeglichen bzw. kompensiert werden. Dazu kann die Steuereinrichtung 40 so bereitgestellt sein, dass sie sowohl mit dem 2D-Scanner-System als auch mit der Vorrichtung 1 (bzw. mit der ersten und zweiten Strahlablenkvorrichtung 30, 50 davon) verbunden ist, um diese gleichzeitig und in Abhängigkeit voneinander zu steuern. Die Steuereinrichtung 40 kann die Vorrichtung 1 (bzw. die von dieser realisierte Längenänderung des Strahlengangs) gemäß einem Ziel-Strahldurchmesserwert bzw. einem Ziel-Strahlenganglängewert steuern (bei einem konvergenten oder divergenten Strahlenbündel 5 hängt der Durchmesser des Strahlenbündels 5 an einer Stelle im Strahlengang hinter der Vorrichtung 1 von der Länge des Strahlengangs innerhalb der Vorrichtung 1 ab). Der Ziel-Strahldurchmesserwert entspricht dabei einem gewünschten Wert des Durchmessers des Strahlenbündels 5 (z. B. auf die Stelle bezogen, an der das Strahlenbündel 5 auf die Werkstückoberfläche trifft) und kann der Steuereinrichtung 40 bereitgestellt werden, z. B. durch eine Benutzereingabe, oder von einem anderen Steuergerät, Computer, Prozessleitrechner oder ähnlichem. Der Ziel-Strahldurchmesserwert kann von der Steuereinrichtung 40 errechnet werden anhand eines Algorithmus und in der Steuereinrichtung 40 gespeicherter Daten. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung 40 so eingerichtet sein, dass sie das 2D-Scanner-System und/oder die Vorrichtung 1 gemäß einem Ziel-Strahllage-und-Richtung-Wert steuert. Der Ziel-Strahllage-und-Richtung-Wert kann dabei einer gewünschten Lage und Richtung des Strahlenbündels 5, das von dem 2D-Scanner-System ausfällt, entsprechen. Der Ziel-Strahllage-und-Richtung-Wert kann der Steuereinrichtung 40 bereitgestellt werden z. B. durch eine Benutzereingabe, oder von einem anderen Steuergerät, Computer, Prozessleitrechner oder ähnlichem. Das bedeutet, die Steuereinrichtung 40 kann die Vorrichtung 1 so steuern, dass eine Verschiebung eines Fokuspunktes frei wählbar und einstellbar ist, und dass gleichzeitig die Lage und Richtung eines von dem 2D-Scanner-Systems ausfallenden Strahlenbündels 5 frei wählbar und einstellbar ist. Dabei kann die Vorrichtung 1 so betrieben werden, dass die Lage und Richtung des Strahlenbündels 5 bei dem Austritt aus der Vorrichtung 1 (an der Austrittsebene 35) konstant ist, und die Änderung der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 kann ausschließlich mittels des 2D-Scanner-Systems erzielt werden. Die Vorrichtung 1 kann aber durch die Steuereinrichtung 40 auch so betrieben werden, dass sie zusammenwirkend mit dem 2D-Scanner-System die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 einstellen kann (d. h. es kann eine Superpositionierung der Ausbreitungsrichtungsänderung, die mittels der Vorrichtung 1 erzeugt werden kann, und der des 2D-Scanner-Systems in zumindest einer Raumrichtung erzeugt werden). Der Ziel-Strahldurchmesserwert kann so gewählt/berechnet/gespeichert sein bzw. werden, dass ein (Arbeits-)Fokuspunkt außerhalb der Vorrichtung 1 (z. B. auf der Oberfläche eines Werkstücks) bereitgestellt wird, wobei der Fokuspunkt z. B. immer direkt auf der Werkstückoberfläche ausgebildet ist und zwar unabhängig von einer Änderung der optischen Weglänge zwischen dem 2D-Scanner-System und der Position, an der das Strahlenbündel 5 auf das Werkstück (bzw. die Werkstückoberfläche) trifft. Gemäß der Erfindung kann z. B. eine Geometrie eines Werkstückes in der Form von Punkt-Koordinaten (z. B. x, y, z) und sich zwischen Punkt-Koordinaten erstreckenden Linien in der Steuereinrichtung 40 gespeichert sein, und es kann gleichzeitig ein Bearbeitungsplan in der Steuereinrichtung 40 gespeichert sein, der Informationen enthält, an welchen Koordinaten ein Strahlenbündel 5 mit welchem Strahldurchmesser auf das Werkstück treffen soll. (Der Bearbeitungsplan kann auch weitere und/oder andere Informationen enthalten, wie z. B. über welchen Zeitraum ein Strahlenbündel 5 auf einen Punkt einwirken soll, eine Leistungsanforderung an die Strahlenquelle 10 oder ähnliches). Die Steuereinrichtung 40 kann dann aus der Geometrie des Werkstücks und dem Bearbeitungsplan einen Ziel-Strahldurchmesserwert (bzw. mehrere) und gleichzeitig einen Ziel-Strahllage-und-Richtung-Wert (bzw. mehrere) errechnen (die beide voneinander abhängig sein können) und die Vorrichtung 1 und das 2D-Scanner-System so steuern, dass der Bearbeitungsplan erfüllt wird. Die Steuereinrichtung 40 kann auch mit anderen Komponenten verbunden sein, um diese zu Steuern, z. B. mit der Strahlenquelle 10 oder einer Blende bzw. einem „Pulspicker” zur kurzzeitigen Unterbrechung des Strahlengangs zwischen Strahlenquelle 10 und einem Werkstück, oder mit weiteren Strahlablenkvorrichtungen. In anderen Worten kann die Steuereinrichtung 40 3D-Koordinaten verarbeiten und kann diese Koordinaten z. B. über Koordinatentransformationen und Korrekturtabellen in Ansteuerwerte für die Divergenzänderungsvorrichtung 1 und das optional bereitgestelltes 2D-Strahlablenksystem umrechnen und dann einen Strahldurchmesser und die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 entsprechend steuern. Aus den hier gezeigten Ausführungsformen lassen sich durch Einfügen optischer Elemente, wie zum Beispiel fest angeordneter Planspiegel oder Linsengruppen (z. B. Teleskopanordnungen), die die Funktionsweise nicht wesentlich beeinflussen, weitere ebenfalls erfindungsgemäße Anordnungen ableiten. So kann zum Beispiel durch Anordnen solcher optischer Elemente in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Form des Strahlengangs (bzw. von Teilen des Strahlengangs) bzw. die Bauform der Divergenzänderungsvorrichtung 1 an bestimmte Anforderungen angepasst werden (z. B. bei integraler Bauweise der Divergenzänderungsvorrichtung 1 mit einem Scan-System oder einer anderen optischen Vorrichtung).

Claims

Vorrichtung (1) zum Ändern der Länge eines Strahlengangs für ein Strahlenbündel (5), dessen Ausbreitung durch einen Hauptstrahl beschrieben wird, und das diesen optional aufweisen kann, aufweisend eine Eintrittsebene (30), über die das Strahlenbündel (5) in die Vorrichtung (1) einfällt bzw. einfallen kann, eine Austrittsebene (35), über die das Strahlenbündel (5) aus der Vorrichtung (1) ausfällt bzw. ausfallen kann, den Strahlengang für das Strahlenbündel (5), der zwischen der Eintrittsebene (30) und der Austrittsebene (35) definiert ist, zumindest einen Drehspiegel (10, 20, 55, 65), der um eine Drehachse (15, 25, 60, 70) drehbar ist und der in dem Strahlengang angeordnet ist, wobei die Länge des Strahlengangs unter Änderung des Drehwinkels des zumindest einen Drehspiegels (10, 20, 55, 65) einstellbar ist, wobei das Strahlenbündel (5) insgesamt zumindest zweimal in dem Strahlengang an dem zumindest einem Drehspiegel (10, 20, 55, 65) oder an mehreren Drehspiegeln reflektiert wird, wobei der Hauptstrahl zumindest einmal in einem Abstand quer zur Drehachse (15, 25, 60, 70) auf zumindest einen Drehspiegel (10, 20, 55, 65) trifft bzw. treffen kann, und wobei die Lage des Strahlenbündels (5) an der Austrittsebene (35) im Wesentlichen unabhängig ist von der Länge des Strahlengangs, und eine Steuereinrichtung (40), die so eingerichtet ist, dass sie den Drehwinkel des Drehspiegels (10, 20, 55, 65) in gezielter und wählbarer Weise gemäß einer Steuerinformation einstellt.
Vorrichtung (1) zum Ändern der Länge eines Strahlengangs für ein Strahlenbündel (5), dessen Ausbreitung durch einen Hauptstrahl beschrieben wird, und das diesen optional aufweisen kann, aufweisend eine Eintrittsebene (30), über die das Strahlenbündel (5) in die Vorrichtung (1) einfällt bzw. einfallen kann, eine Austrittsebene (35), über die das Strahlenbündel (5) aus der Vorrichtung (1) ausfällt bzw. ausfallen kann, den Strahlengang für das Strahlenbündel (5), der zwischen der Eintrittsebene (30) und der Austrittsebene (35) definiert ist, einen Drehspiegel (10), der in dem Strahlengang angeordnet ist und der eine Drehachse (15) hat, um die der Drehspiegel (10) um einen ersten Winkel (α) drehbar ist, eine Umlenkeinrichtung (97; 95, 96), die so eingerichtet und angeordnet ist, dass sie das Strahlenbündel (5) zumindest zweimal ablenkt bzw. ablenken kann, eine Reflektor-Einrichtung (83), die in dem Strahlengang so angeordnet ist, dass das Strahlenbündel (5), das auf die Reflektor-Einrichtung (83) einfällt bzw. einfallen kann, in einer Richtung, die parallel ist zu der Richtung des einfallenden Strahlenbündels, von der Reflektor-Einrichtung (83) ausfällt bzw. ausfallen kann, wobei der Strahlengang so eingerichtet ist, dass ein Strahlenbündel (5) von der Eintrittsebene (30) aus zumindest auf den Drehspiegel (10), die Umlenkeinrichtung (97; 95, 96), den Drehspiegel (10) und die Reflektor-Einrichtung (83) trifft bzw. treffen kann, bevor es auf die Austrittsebene (35) trifft bzw. treffen kann, wobei der Drehspiegel (10) so eingerichtet und angeordnet ist, dass er das Strahlenbündel (5) der Umlenkeinrichtung (97; 95, 96) in Abhängigkeit des ersten Winkels (α) an unterschiedlichen Positionen zuführen kann, wobei die Länge des Strahlengangs zwischen der Eintrittsebene (30) und der Austrittsebene (35) abhängig ist von dem ersten Winkel (α), und wobei die Richtung und die Lage des Strahlenbündels (5) bei der Austrittsebene (35) im Wesentlichen konstant und unabhängig sind von der Länge des Strahlengangs.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei das Strahlenbündel (5) von der Eintrittsebene (30) kommend in dem Strahlengang in der genannten Reihenfolge auf den Drehspiegel (10), die Umlenkeinrichtung (97; 95, 96), den Drehspiegel (10), die Reflektor-Einrichtung (83), den Drehspiegel (10), die Umlenkeinrichtung (97; 95, 96), den Drehspiegel (10) und die Austrittsebene (35) trifft, und wobei der Hauptstrahl des Strahlenbündels (5) zweimal mit einem Abstand quer zur Drehachse (15) auf den Drehspiegel (10) trifft.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, aufweisend einen Strahlteiler, der so in dem Strahlengang angeordnet ist, dass er das von der Eintrittsebene (30) kommende und auf die Reflektor-Einrichtung (83) treffende Strahlenbündel (5) räumlich von dem von der Reflektor-Einrichtung (83) kommenden und auf die Austrittsebene (35) treffenden Strahlenbündel (5) trennt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Reflektor-Einrichtung (83) als Retroreflektor-Einrichtung (84) ausgebildet ist, die so eingerichtet und angeordnet ist, dass das Strahlenbündel (5), das auf die Retroreflektor-Einrichtung (84) einfällt bzw. einfallen kann, parallel versetzt in einer Richtung der Drehachse (15) und im Abstand zu dem einfallenden Strahlenbündel (5) sowie in umgekehrter Richtung von der Retroreflektor-Einrichtung (84) ausfällt bzw. ausfallen kann, so dass es parallel versetzt in einer Richtung der Drehachse (15) wieder auf den Drehspiegel (10) trifft bzw. treffen kann.
Vorrichtung (1) zum Ändern der Länge eines Strahlengangs für ein Strahlenbündel (5), dessen Ausbreitung durch einen Hauptstrahl beschrieben wird, und das diesen optional aufweisen kann, aufweisend eine Eintrittsebene (30), über die das Strahlenbündel (5) in die Vorrichtung (1) einfällt bzw. einfallen kann, eine Austrittsebene (35), über die das Strahlenbündel (5) aus der Vorrichtung (1) ausfällt bzw. ausfallen kann, zumindest einen ersten und einen zweiten Drehspiegel (10, 20), wobei der erste Drehspiegel (10) um eine erste Drehachse (15) drehbar ist und der zweite Drehspiegel (20) um eine zweite Drehachse (25) drehbar ist, wobei der erste Drehspiegel (10) und der zweite Drehspiegel (20) in einem Strahlengang, der zwischen der Eintrittsebene (30) und der Austrittsebene (35) definiert ist, angeordnet sind, so dass das Strahlenbündel (5) von der Eintrittsebene (30) über den ersten (10) und den zweiten (20) Drehspiegel auf die Austrittsebene (35) trifft bzw. treffen kann, und eine Steuereinrichtung (40), die so eingerichtet ist, dass sie einen ersten Drehwinkel (α) des ersten Drehspiegels (10) um die erste Drehachse (15) einstellt und die so eingerichtet ist, dass sie gleichzeitig einen zweiten Drehwinkel (β) des zweiten Drehspiegels (20) um die zweite Drehachse (25) so steuert, dass das Strahlenbündel (5), das auf die Austrittsebene (35) trifft bzw. treffen kann, in einer im Wesentlichen konstanten Richtung, die unabhängig von dem ersten Drehwinkel (α) ist, auf die Austrittsebene (35) trifft bzw. treffen kann, wobei der Hauptstrahl zumindest einmal in einem Abstand quer zur Drehachse auf zumindest einen Drehspiegel (10, 20, 55, 65) trifft bzw. treffen kann, und wobei die Länge des Strahlengangs in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Drehwinkel (α, β) geändert ist.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, wobei die erste Drehachse (15) einen Abstand von dem ersten Drehspiegel (20) und die zweite Drehachse (25) einen Abstand von dem zweiten Drehspiegel (20) hat, wobei die erste Drehachse (15) und die zweite Drehachse (25) zusammenfallen und eine gemeinsame erste Doppel-Drehachse (15, 25) bilden, um die der erste (10) und der zweite (20) Drehspiegel gemeinsam drehbar ist, wobei der erste (10) und der zweite (20) Drehspiegel synchron miteinander drehbar ausgebildet sind, so dass der Betrag des ersten Winkels (α) dem Betrag des zweiten Winkels (β) entspricht.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend einen dritten Drehspiegel (55), der um eine dritte Drehachse (60) um einen dritten Winkel (γ) drehbar ist, und einen vierten Drehspiegel (65), der um eine vierte Drehachse (70) um einen vierten Winkel (δ) drehbar ist, wobei die Eintrittsebene (30), der erste Drehspiegel (10), der zweite Drehspiegel (20), der dritte Drehspiegel (30), der vierte Drehspiegel (40) und die Austrittsebene (35) in der genannten Reihenfolge einen Strahlengang definieren, wobei die Steuereinrichtung (40) ferner eingerichtet ist, den dritten Drehwinkel (γ) des dritten Drehspiegels (55) und den vierten Drehwinkel (δ) des vierten (65) Drehspiegels so einzustellen, dass das Strahlenbündel (5), das von dem zweiten Drehspiegel (20) ausfällt, auf den dritten Drehspiegel (55) einfällt, und mittels dieses auf den vierten Drehspiegel (65) abgelenkt wird, so dass es auf den vierten Drehspiegel (65) einfällt und von diesem so abgelenkt wird, dass das Strahlenbündel (5) in einer konstanten Richtung und konstanten Lage von dem vierten Drehspiegel (65) ausfällt und auf die Austrittsebne (35) trifft.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die dritte Drehachse (60) und die vierte Drehachse (70) zusammenfallen und eine gemeinsame zweite Doppel-Drehachse (60, 70) bilden, um die der dritte (55) und der vierte (65) Drehspiegel gemeinsam drehbar ist, wobei der dritte (55) und der vierte (65) Drehspiegel synchron miteinander drehbar ausgebildet sind, so dass der Betrag des dritten Winkels (γ) dem Betrag des vierten Winkels (δ) entspricht, und wobei optional die erste Doppel-Drehachse (15, 25) einen Abstand von der zweiten Doppel-Drehachse (60, 70) hat.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend einen dritten Drehspiegel (55), der um eine dritte Drehachse (60) um einen dritten Winkel (γ) drehbar ist, wobei der dritte Drehspiegel (55) so in dem Strahlengang angeordnet ist, dass das Strahlenbündel (5) von dem zweiten Drehspiegel (20) auf den dritten Drehspiegel (55) abgelenkt wird, und von dem dritten Drehspiegel (55) zu der Austrittsebene (35) abgelenkt wird, und wobei die Steuereinrichtung (40) so eingerichtet ist, dass sie den ersten (α), den zweiten (β) und den dritten (γ) Winkel in Abhängigkeit voneinander so einstellt, dass die Länge des Strahlengangs in Abhängigkeit des ersten (α), des zweiten (β) und des dritten (γ) Winkels geändert ist, wobei die Lage und die Richtung des von dem dritten Drehspiegel (55) ausfallenden und auf die Austrittsebne (35) treffenden Strahlenbündels (5) konstant und unabhängig sind von der Länge des Strahlengangs.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend einen Strahlteiler (75, 100) und einen ersten Reflexionsspiegel (95), wobei der Strahlteiler (75, 100) so eingerichtet ist, dass ein Strahlenbündel (5), das aus einer ersten Richtung auf den Strahlteiler (75) einfällt, in einer zweiten Richtung von dem Strahlteiler (75) ausfällt und dass ein Strahlenbündel (5), das aus einer dritten Richtung auf den Strahlteiler (75, 100) einfällt, in einer vierten Richtung von dem Strahlteiler (75) ausfällt, wobei der Strahlteiler (75, 100) in dem Strahlengang zwischen der Eintrittsebene (30) und dem ersten Drehspiegel (10) so angeordnet ist, dass das Strahlenbündel (5) aus Richtung der Eintrittsebene (30) in der ersten Richtung auf den Strahlteiler (75, 100) einfällt und in der zweiten Richtung auf den ersten Drehspiegel (10) einfällt, wobei der erste Reflexionsspiegel (95) in dem Strahlengang so angeordnet ist, dass das von dem ersten Drehspiegel (10) aus auf dem zweiten Drehspiegel (20) einfallende Strahlenbündel (5) von dem zweiten Drehspiegel (20) so ausfällt, dass es auf den ersten Reflexionsspiegel (85) einfällt und von dem ersten Reflexionsspiegel (85) so zurückreflektiert wird, dass es kollinear zu dem darauf einfallenden Strahlenbündel (5) ausfällt und wieder über den zweiten (20) und den ersten (10) Drehspiegel aus der dritten Richtung, die im Wesentlichen entgegengesetzt ist zu der zweiten Richtung, auf den Strahlteiler (75, 100) trifft, und von diesem in der vierten Richtung zu der Austrittsebene (35) abgelenkt wird.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Flächennormale des ersten Drehspiegels (10) rechtwinklig zur Richtung der ersten Drehachse (15) ist und/oder die Flächennormale des zweiten Drehspiegels (20) rechtwinklig zur Richtung der zweiten Drehachse (25) ist und/oder die Flächennormale des dritten Drehspiegels (55) rechtwinklig zur Richtung der dritten Drehachse (60) ist und/oder die Flächennormale des vierten Drehspiegels (65) rechtwinklig zur Richtung der vierten Drehachse (70) ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei alle Drehachsen (10, 20, 55, 65) parallel zueinander sind.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, optional ferner aufweisend ein erstes (45) und/oder ein zweites (50) optisches System, die in dem Strahlengang angeordnet sind und die so eingerichtet sind, dass sie die Divergenz des Strahlenbündels (5) ändern, wobei der Querschnittsdurchmesser des Strahlenbündels (5) einen Minimalwert annimmt in einem Bereich, der entlang des Strahlengangs im Wesentlichen in einem Bereich liegt, in dem der Hauptstrahl den maximalen Abstand quer zu einer oder mehrerer Drehachse (15, 25, 60, 70) eines bzw. mehrerer Drehspiegel (10, 20, 55, 65) hat, und/oder im Strahlengang im Wesentlichen auf halbem Weg zwischen dem ersten Drehspiegel nach der Eintrittsebene (30) und dem letzten Drehspiegel vor der Austrittsebene (35) liegt.
Fokussiervorrichtung (1) aufweisend eine Vorrichtung (1) zum Ändern der Länge eines Strahlengangs für ein Strahlenbündel (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Strahlenbündel (5), das von der Austrittsebene (35) ausfällt, eine Divergenz ungleich Null hat, und wobei ein, optional virtueller, Fokuspunkt des Strahlenbündels (5) außerhalb der Vorrichtung (1) korrespondierend zu einer Längenänderung des Strahlengangs innerhalb der Vorrichtung (1) verschoben ist bzw. wird.
Strahllage-und-Strahldivergenz-Änderungsvorrichtung aufweisend eine Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einer Steuereinrichtung (40) und ein 2D-Scanner-System, wobei das 2D-Scanner-System dazu eingerichtet ist, eine Ausbreitungsrichtung eines von der Vorrichtung (1) über die Austrittsebene (35) ausfallenden Strahlenbündels (5) in zwei voneinander unabhängigen Raum-Dimensionen einzustellen, und wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die Ausbreitungsrichtung mittels des 2D-Scanner-Systems und optional der Vorrichtung (1) und die Änderung der Divergenz des Strahlenbündels (5) mittels der Vorrichtung (1) über eine Änderung der Länge des Strahlenganges in gezielter sowie wählbarer Art und Weise gemäß einer Steuerinformation einzustellen.
Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung (1) zur Änderung der Länge eines Strahlengangs mit einem Strahlengang für ein Strahlenbündel (5) zwischen einer Eintrittsebene (30) und einer Austrittsebene (35) mit einem ersten Drehspiegel (10), mit dem ein erster Winkel, in dem das Strahlenbündel (5) ablenkbar ist, einstellbar ist, und mit einem zweiten Drehspiegel (20), mit dem ein zweiter Winkel, in dem das Strahlenbündel (5) ablenkbar ist, einstellbar ist, wobei das Verfahren aufweist Einstellen des ersten Winkels und Einstellen des zweiten Winkels unter Ändern der Länge des Strahlengangs in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Winkel, wobei der zweite Winkel in Abhängigkeit von dem ersten Winkel so eingestellt wird, dass die Richtung des Strahlenbündels (5), das von dem zweiten Drehspiegel (20) abgelenkt wird, in der Austrittsebene (35) im Wesentlichen konstant ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der Strahlengang ferner einen dritten Drehspiegel (55), mit dem ein dritter Winkel, in dem das Strahlenbündel (5) ablenkbar ist, einstellbar ist, und optional einen vierten Drehspiegel (65), mit dem ein vierter Winkel, in dem das Strahlenbündel (5) ablenkbar ist, einstellbar ist, aufweist, wobei das Verfahren ferner aufweist Einstellen des dritten Winkels und optional des vierten Winkels, wobei das Ändern der Länge des Strahlengangs in Abhängigkeit von dem dritten Winkel und optional von dem vierten Winkel durchgeführt wird, und wobei der erste, der zweite, der dritte und optional der vierte Winkel in Abhängigkeit voneinander so eingestellt werden, dass die Lage und die Richtung des Strahlenbündels (5), das von dem dritten (55) oder dem vierten (65) Drehspiegel abgelenkt wird, in der Austrittsebene (35) im Wesentlichen konstant sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die Summe aus erstem und zweitem Winkel bzw. aus erstem, zweitem, drittem und optional viertem Winkel unter Beachtung der durch den Drehsinn bedingten Vorzeichen konstant gehalten wird.