DE102017217107A1

DE102017217107A1 - Arrangement of an optical system and cooling methods

Info

Publication number: DE102017217107A1
Application number: DE102017217107.3A
Authority: DE
Inventors: Dmitriy Mikhaylov; Damir Shakirov; Thomas Kiedrowski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Ausgegangen wird von einer Anordnung eines optischen Systems mit mindestens einem optischen Element. Das optische Element umfasst hierbei zumindest einen Einstrahlbereich für eine elektromagnetische Strahlung. Unter Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung weist das optische Element lokale Bereiche unterschiedlicher Erwärmung auf, wodurch sich insbesondere in einem Funktionsbereich oder -fläche des Einstrahlbereichs eine Temperaturverteilung mit voneinander unterschiedlichen Temperaturwerten ausbildet. Zusätzlich weist das optische Element einen Entwärmungsbereich auf, welcher zur Entwärmung des optischen Elementes mit einem Kühlbereich einer Kühlvorrichtung wärmeleitend verbunden ist und durch das optische Element und die Kühlvorrichtung hindurch Entwärmungspfade gebildet sind. Mittels des Kühlbereiches ist dabei zwischen dem optischen Element und der Kühlvorrichtung ein Wärmeübergang mit lokal unterschiedlicher Wärmeleitung ausgebildet, wobei die lokal unterschiedliche Wärmeleitung an eine spezifische Strahlungsverteilung auf dem Einstrahlbereich des optischen Elementes derart angepasst ist, dass aufgrund eines über die Entwärmungspfade jeweils lokal bewirkten abfließenden Wärmestromes die Temperaturverteilung insbesondere in dem Funktionsbereich oder -fläche des Einstrahlbereiches des optischen Elementes ausnivelliert ist.

The starting point is an arrangement of an optical system with at least one optical element. In this case, the optical element comprises at least one irradiation area for electromagnetic radiation. Under the action of the electromagnetic radiation, the optical element has local regions of different heating, as a result of which, in particular in a functional region or area of the irradiation region, a temperature distribution with mutually different temperature values is formed. In addition, the optical element has a cooling zone, which is connected in a heat-conducting manner for cooling the optical element to a cooling area of a cooling device and cooling paths are formed through the optical element and the cooling device. By means of the cooling region, a heat transfer with locally different heat conduction is formed between the optical element and the cooling device, the locally different heat conduction being adapted to a specific radiation distribution on the irradiation region of the optical element such that due to a respective outflowing heat flow effected locally via the cooling paths the temperature distribution is in particular leveled out in the functional area or area of the irradiation area of the optical element.

Description

Die Erfindung betrifft eine ein optisches Element enthaltende Anordnung eines optischen Systems, eine die Anordnung umfassende Projektionsvorrichtung oder Meß- und/oder Bearbeitungsvorrichtung und/oder -anlage sowie ein Entwärmungsverfahren an dem optischen Element gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an assembly of an optical system comprising an optical element, to a projection device or measuring and / or processing device and / or installation comprising the arrangement, and to a cooling method on the optical element according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Im Bereich der Optik, insbesondere in strahlführenden Systemen, sind häufig thermische Effekte im Sinne der Erwärmung einzelner optischer Bauteile (beispielsweise Spiegel, Linsen, Gitter, usw.) zu beobachten. Diese Erwärmung wird in der Regel auch von einer thermischen Ausdehnung begleitet. Zum Schutz der optischen Bauteile und zur Gewährleistung der Qualität der Strahlführung ist meistens deshalb eine Kühlung dieser Systeme erforderlich. Die Kühlung der derzeitig verfügbaren Systeme ist dabei global auf das gesamte optische Bauteil ausgerichtet d.h. auf Basis der Gesamtenergiebilanz ausgelegt. Den so ausgelegten Kühlsystemen gelingt es zwar die eingebrachte Wärme abzuführen, sie berücksichtigen aber nicht den genauen Ort der Wärmeentstehung sowie die dadurch induzierten Eigenschaftsänderungen (Änderung der optischen Eigenschaften, inhomogene Ausdehnung, usw.). Diese sind als Störgrößen zu betrachten, welche das Gesamtergebnis einer strahlungsbedingten Messung oder Materialbearbeitung negativ beeinflussen können.In the field of optics, especially in beam-guiding systems, thermal effects in the sense of heating individual optical components (for example mirrors, lenses, gratings, etc.) are frequently to be observed. This warming is usually accompanied by thermal expansion. To protect the optical components and to ensure the quality of the beam guidance is therefore usually a cooling of these systems required. The cooling of the currently available systems is globally aligned to the entire optical component, i. designed based on the total energy balance. Although the cooling systems designed in this way manage to dissipate the introduced heat, they do not take into account the exact location of the heat generation and the property changes induced thereby (change in the optical properties, inhomogeneous expansion, etc.). These are to be regarded as disturbances, which can adversely affect the overall result of a radiation-related measurement or material processing.

Die Intensitäts- bzw. Fluenzverteilung eines Laserstrahls in einer Bearbeitungsebene bzw. in einer Abbildungsebene spielt eine große Rolle beispielsweise für die Ergebnisse eines Laserbearbeitungsprozesses oder der Qualität einer Projektion und bildet somit einen wichtigen Parameter in der Lasermaterialbearbeitung als auch in der Laserprojektion. Mit der Zielsetzung präziser Ergebnisse ist es daher erforderlich, eine Verfälschung der Intensitäts- bzw. Fluenzensverteilung eines Laserstrahls in der Bearbeitungsebene bzw. in der Abbildungsebene während der Strahlformung und/oder der Strahlführung so weit wie möglich auszuschließen bzw. zu minimieren.The intensity or fluence distribution of a laser beam in a processing plane or in an imaging plane plays a major role, for example, for the results of a laser processing process or the quality of a projection and thus forms an important parameter in laser material processing as well as in laser projection. With the objective of precise results, it is therefore necessary to exclude or minimize distortion of the intensity or fluence distribution of a laser beam in the working plane or in the imaging plane during beamforming and / or beam guidance as far as possible.

In der 1a ist ein optisches Element 10 gezeigt, beispielsweise ein Spiegel. Dieser weist einen Einstrahlbereich 15 für elektromagnetische Strahlung auf, beispielsweise ein Laserstrahl 50 mit einem definierten Strahlungsprofil 60, d.h. mit über den Laserstrahlquerschnitt verteilten unterschiedlichen Intensitätswerten 60.1, 60.2, 60.3, 60.x. Im Einstrahlbereich 15 weist der Spiegel 10 eine Funktionsfläche auf, die als Reflektionsfläche 11 ausgebildet ist. Ein auf die Funktionsfläche 11 einfallender Laserstrahl 51 wird als abgehender Laserstrahl 52 von der Funktionsfläche 11 reflektiert. Ein Teil der im eingehenden Laserstrahl 51 enthaltenen Laserenergie wird dabei von dem Material des Spiegels 10 absorbiert. Aufgrund der nur teilflächigen Bestrahlung der Funktionsfläche 11 und der ungleichen Intensitätsverteilung innerhalb des Laserstrahls 51 bilden sich im Spiegel Bereiche 16 unterschiedlicher Erwärmung aus. Insbesondere bildet sich dadurch auf der Reflektionsfläche 11 eine Temperaturverteilung 70 mit voneinander unterschiedlichen Temperaturwerten 70.1, 70.2, 70.3, 70.x aus. Infolge der inhomogenen Temperaturverteilung 70 kommt es an der Reflektionsfläche 11 beispielsweise zu lokal unterschiedlichen thermisch bedingten Materialausdehnungen, durch welches u.a. das Reflektionsverhalten lokal verändert wird. Dies kann dazu führen, dass der einfallende Laserstrahl 51 nach der Reflektion als abgehender Laserstrahl 52 ein unzulässig verändertes Strahlprofil aufweist. Die inhomogene Temperaturverteilung 70 begünstigt die Entstehung einer unerwünschten thermischen Linse. Die thermisch bedingten Materialausdehnungen können zusätzlich auch begründet sein durch Bereich unterhalb der Funktionsfläche, so dass diese als relevante Funktionsbereiche betrachtet werden können.In the 1a is an optical element 10 shown, for example, a mirror. This has a Einstrahlbereich 15 for electromagnetic radiation, for example a laser beam 50 with a defined radiation profile 60 ie with different intensity values distributed over the laser beam cross section 60.1 . 60.2 . 60.3 . 60.X , In the Einstrahlbereich 15 points the mirror 10 a functional area that acts as a reflection surface 11 is trained. One on the functional area 11 incident laser beam 51 is called outgoing laser beam 52 from the functional area 11 reflected. Part of the incoming laser beam 51 contained laser energy is thereby of the material of the mirror 10 absorbed. Due to the only partial irradiation of the functional surface 11 and the uneven intensity distribution within the laser beam 51 form in the mirror areas 16 different heating out. In particular, this forms on the reflection surface 11 a temperature distribution 70 with different temperature values 70.1 . 70.2 . 70.3 . 70.x out. As a result of inhomogeneous temperature distribution 70 it comes at the reflection surface 11 For example, locally different thermally induced material expansions, which among other things, the reflection behavior is changed locally. This can cause the incident laser beam 51 after reflection as outgoing laser beam 52 has an impermissibly changed beam profile. The inhomogeneous temperature distribution 70 favors the formation of an unwanted thermal lens. The thermally induced material expansions may additionally be justified by the area below the functional area, so that they can be considered as relevant functional areas.

In 1b ist der Spiegel 10 mit einer Kühlvorrichtung 20 gezeigt. Hierbei ist ein Entwärmungsbereich 14 des Spiegels 10 mit einem Kühlbereich 24 der Kühlvorrichtung 20 ganzflächig wärmeleitend verbunden. Die Kühlvorrichtung 20 ist beispielsweise als Kühlblock mit lokal gleicher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Alternativ ist die Kühlvorrichtung 20 ein Peltier-Element mit einer weitestgehend homogenen Kühlertemperatur. Derartige oder vergleichbare Kühlvorrichtungen ermöglichen eine Entwärmung des Spiegels 10 durch einen örtlichen und zeitlich möglichst ungerichteten und ungehinderten, d.h. maximalen Wärmeabfluss. Auf diese Weise können die einzelnen Temperaturwerte 60.1, 60.2, 60.3, 60.x auf der Funktionsfläche 11 zwar abgesenkt werden, allerdings unterscheiden sie sich weiterhin in ihren Beträgen.In 1b is the mirror 10 with a cooling device 20 shown. Here is a cooling area 14 of the mirror 10 with a cooling area 24 the cooling device 20 thermally conductive connected over the entire surface. The cooling device 20 is designed for example as a cooling block with locally the same thermal conductivity. Alternatively, the cooling device 20 a Peltier element with a largely homogeneous radiator temperature. Such or comparable cooling devices enable a heat dissipation of the mirror 10 by a local and temporally possible undirected and unimpeded, ie maximum heat flow. In this way, the individual temperature values 60.1 . 60.2 . 60.3 . 60.X on the functional area 11 Although they are lowered, they continue to differ in their amounts.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteileadvantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, temperaturbedingte Störgrößen an funktionsrelevanten Bereichen eines optischen Elementes während dem Bestrahlen mit elektromagnetischer Wellen zu kompensieren bzw. zu verringern.The object of the invention is to compensate or reduce temperature-related disturbance variables on function-relevant regions of an optical element during irradiation with electromagnetic waves.

Diese Aufgabe wird durch eine ein optisches Element enthaltende Anordnung eines optischen Systems, eine die Anordnung umfassende Projektionsvorrichtung oder Meß- und/oder Bearbeitungsvorrichtung und/oder -anlage sowie ein Entwärmungsverfahren an dem optischen Element mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by an arrangement of an optical system comprising an optical element, a projection device or measuring and / or processing device and / or installation comprising the arrangement and a cooling method on the optical element with the characterizing features of the independent claims.

Ausgegangen wird von einer Anordnung eines optischen Systems mit mindestens einem optischen Element. Das optische Element umfasst hierbei zumindest einen Einstrahlbereich für eine elektromagnetische Strahlung. Unter Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung weist das optische Element lokale Bereiche unterschiedlicher Erwärmung auf, wodurch sich insbesondere in einem Funktionsbereich oder -fläche des Einstrahlbereichs eine Temperaturverteilung mit voneinander unterschiedlichen Temperaturwerten ausbildet. Zusätzlich weist das optische Element einen Entwärmungsbereich auf, welcher zur Entwärmung des optischen Elementes mit einem Kühlbereich einer Kühlvorrichtung wärmeleitend verbunden ist und durch das optische Element und die Kühlvorrichtung hindurch Entwärmungspfade gebildet sind. Mittels des Kühlbereiches ist dabei zwischen dem optischen Element und der Kühlvorrichtung ein Wärmeübergang mit lokal unterschiedlicher Wärmeleitung ausgebildet, wobei die lokal unterschiedliche Wärmeleitung an eine spezifische Strahlungsverteilung auf dem Einstrahlbereich des optischen Elementes derart angepasst ist, dass aufgrund eines über die Entwärmungspfade jeweils lokal bewirkten abfließenden Wärmestromes die Temperaturverteilung insbesondere in dem Funktionsbereich oder -fläche ionsfläche des Einstrahlbereiches des optischen Elementes ausnivelliert ist. The starting point is an arrangement of an optical system with at least one optical element. In this case, the optical element comprises at least one irradiation area for electromagnetic radiation. Under the action of the electromagnetic radiation, the optical element has local regions of different heating, as a result of which, in particular in a functional region or area of the irradiation region, a temperature distribution with mutually different temperature values is formed. In addition, the optical element has a cooling zone, which is connected in a heat-conducting manner for cooling the optical element to a cooling area of a cooling device and cooling paths are formed through the optical element and the cooling device. By means of the cooling region, a heat transfer with locally different heat conduction is formed between the optical element and the cooling device, the locally different heat conduction being adapted to a specific radiation distribution on the irradiation region of the optical element such that due to a respective outflowing heat flow effected locally via the cooling paths the temperature distribution is in particular leveled out in the functional area or surface area of the irradiation area of the optical element.

Demzufolge ist für die Anordnung eine Entwärmungskonfiguration eingestellt, welche die örtlich verteilte absorbierte Laserleistung im optischen Element bei einer Bestrahlung mit einem spezifischen Strahlungsprofil sowie die dabei lokal vorliegenden dreidimensional verlaufenden Entwärmungspfade innerhalb des optischen Elementes und/oder der Kühlvorrichtung für eine gezielte örtliche Temperatureinstellung berücksichtigt. Eine solche Entwärmungskonfiguration ermöglicht daher vorteilhaft nicht nur eine absolute Absenkung von ortsbezogenen Temperaturwerten, sondern auch eine Absenkung dieser Temperaturwerte relativ zueinander einzustellen. Im Ergebnis sind somit bei einer Bestrahlung des optischen Elementes mit einem spezifischen Strahlungsprofil darauf abgestimmte zeitlich und örtlich verlaufende Wärmeströme ausgebildet, die lokal jeweils gerade einen solchen Abfluss von Wärmemenge bewirken, dass sich Temperaturwerte insbesondere in dem Funktionsbereich oder -fläche des optischen Elementes angleichen und diese während der Bestrahlung örtlich und zeitlich konstant gehalten werden. Auf diese Weise kann eine ansonsten temperaturbedingte lokal ungleiche Materialausdehnung minimiert bzw. ausgeschlossen werden und die daraus resultierenden negativen Eigenschaftsänderungen des optischen Elementes, beispielsweise betreffend ein geändertes Reflektionsverhalten, wirkungsvoll verhindert werden.Accordingly, a heat dissipation configuration is set for the device, which takes into account the locally distributed absorbed laser power in the optical element when irradiated with a specific radiation profile and the local three-dimensional Entwärmungspfade within the optical element and / or the cooling device for a specific local temperature setting. Such a Entwärmungskonfiguration thus advantageously not only allows an absolute reduction of localized temperature values, but also to set a lowering of these temperature values relative to each other. As a result, upon irradiation of the optical element with a specific radiation profile, temporally and spatially extending heat flows are formed which locally effect just such an outflow of heat quantity that temperature values, in particular in the functional area or surface of the optical element, are equalized be kept constant during the irradiation locally and temporally. In this way, an otherwise temperature-dependent locally unequal material expansion can be minimized or excluded and the resulting negative property changes of the optical element, for example regarding a changed reflection behavior, can be effectively prevented.

Die spezifische Strahlenverteilung ergibt sich aufgrund zumindest einer Teilabsorption eines einwirkenden Strahles mit einem spezifischen Strahlungsprofil, beispielsweise ein Laserstrahl, welcher durch eine elektromagnetische Wellen emittierende Strahlungsquelle, beispielsweise einem Laser, erzeugt und bereitgestellt wird. Die absorptionsbedingte Strahlungsverteilung entspricht im Wesentlichen dem Profilformverlauf des einwirkenden Strahls. Ein Laserstrahl beispielsweise weist hierbei eine über den Laserstrahlquerschnitt definierte Intensitätsverteilung auf, insbesondere mit einer einfachen bzw. achsen-symmetrischen Strahlungsprofilform, wie beispielsweise ein sogenannter Top Hat Beam, Besselstrahlen oder Airy-Beam, Donut usw.. Bevorzugt weist das Strahlungsprofil eine Top Hat Intensitätsverteilung auf. Dadurch vereinfacht sich die Ausführung einer entsprechenden Entwärmungskonfiguration. Andere Strahlprofile sind ebenfalls denkbar, insbesondere solche, die keine Rotations- oder Rechtecksymmetrien aufweisen, verlangen allerdings dann eine komplexere Ausführung der erforderlichen Entwärmungskonfiguration.The specific radiation distribution results from at least partial absorption of an acting beam having a specific radiation profile, for example a laser beam, which is generated and provided by an electromagnetic wave emitting radiation source, for example a laser. The absorption-related radiation distribution essentially corresponds to the profile shape profile of the acting beam. A laser beam, for example, in this case has an intensity distribution defined over the laser beam cross section, in particular with a simple or axisymmetric radiation profile shape, such as a so-called top hat beam, Bessel beams or Airy beam, donut, etc. Preferably, the radiation profile has a top hat intensity distribution on. This simplifies the execution of a corresponding Entwärmungskonfiguration. Other beam profiles are also conceivable, in particular those which have no rotational or rectangular symmetry, but then require a more complex design of the required Entwärmungskonfiguration.

Ein Ausnivellieren bzw. ein Angleichen von Temperaturwerten innerhalb einer Temperaturverteilung liegt dann vor, wenn sich Abweichungen aller Temperaturwerte gegenüber einer als Lageparameter für die eingestellte Temperaturverteilung geeigneten Referenztemperatur insgesamt verkleinern. Durch das Ausnivellieren weist eine dann vorliegende Temperaturverteilung eine möglichst kleine Streuung der Temperaturwerte auf. Im Idealfall ist ein Temperaturzustand einer Fläche ohne Temperaturabweichungen erreicht, so dass die Fläche örtlich gleiche Temperaturwerte aufweist.A leveling out or an adjustment of temperature values within a temperature distribution is present when deviations of all temperature values compared to a reference temperature suitable as a positional parameter for the set temperature distribution decrease overall. By leveling out, a temperature distribution then present has the smallest possible scattering of the temperature values. Ideally, a temperature state of a surface without temperature deviations is achieved so that the surface has locally the same temperature values.

Insgesamt ergibt sich durch die beschriebene Entwärmungskonfiguration immer ein Ausnivellieren der Temperaturwerte im Vergleich zu einem Entwärmungskonzept, bei welchem die lokale Wärmeleitung nicht in einer solchen Weise gezielt auf eine absorbierende Strahlung mit einer spezifischen Strahlungsverteilung eingestellt ist.Overall, the described Entwärmungskonfiguration always results in a leveling out of the temperature values in comparison to a Entwärmungskonzept in which the local heat conduction is not set in such a manner targeted to an absorbing radiation with a specific radiation distribution.

Quantitativ kann ein Streumaß für die Temperaturwerte innerhalb der Temperaturverteilung statistisch durch die empirische Varianz angegeben werden. Die empirische Varianz gibt dabei an, wie weit die Temperaturwerte innerhalb der Temperaturverteilung im Mittel vom arithmetischen Mittel als dem oben genannten Lageparameter abweichen. Bevorzugt ist die Entwärmungskonfiguration ausgelegt, als arithmetisches Mittel eine Betriebstemperatur des optischen Elementes zu erreichen, bei welcher für eine Anwendung optische Eigenschaften, insbesondere in dem Funktionsbereich oder -fläche des optischen Bauelementes, optimiert bzw. spezifiziert sind, beispielsweise bei typischen Laserbearbeitungen innerhalb eines Temperaturbereiches von 5 - 60 °C betreffend einen SLM-Chip als das optische Element oder beispielsweise bis 100°C oder 200°C bei einem Spiegel oder einer Linse als das optische Element. Hiermit kann auch vorgegeben werden, auf welches Temperaturniveau das optische Element im Mittel absolut durch eine Entwärmung abgekühlt werden soll, wodurch auch eine Größe der Kühlvorrichtung direkt beeinflusst ist. Das sich tatsächlich einstellende arithmetische Mittel kann hierbei beispielsweise um bis zu maximal 20 Kelvin, insbesondere bis maximal 10 Kelvin, bevorzugt um bis zu maximal 3 Kelvin von einem ansonsten anvisierten arithmetischen Mittel, insbesondere einer spezifizierten Betriebstemperatur, abweichen. Dadurch kann die Entwärmungskonfiguration vereinfacht erreicht werden.Quantitatively, a scattering measure for the temperature values within the temperature distribution can be given statistically by the empirical variance. The empirical variance indicates how far the temperature values within the temperature distribution on average deviate from the arithmetic mean than the above-mentioned positional parameter. Preferably, the Entwärmungskonfiguration is designed to achieve an arithmetic mean an operating temperature of the optical element, wherein for an application optical properties, in particular in the functional area or area of the optical component, for example, in typical laser processing within a temperature range of 5 - 60 ° C regarding a SLM chip as the optical element or, for example, to 100 ° C or 200 ° C at a mirror or a lens as the optical Element. Hereby can also be specified to which temperature level the optical element is to be cooled on average absolutely by a cooling, whereby a size of the cooling device is directly influenced. The actual arithmetic mean can in this case, for example, deviate up to a maximum of 20 Kelvin, in particular up to a maximum of 10 Kelvin, preferably up to a maximum of 3 Kelvin, from an otherwise targeted arithmetic mean, in particular a specified operating temperature. As a result, the Entwärmungskonfiguration can be easily achieved.

Vorteilhaft ist eine Ausnivellierung von Temperaturwerten mit einer empirischen Varianz von (0,1K)² - (20K)², insbesondere von (0,5K)² - (3K)². Durch derartig kleine Streuungen der Temperaturwerte innerhalb der Temperaturverteilung, beispielsweise in dem Funktionsbereich oder -fläche des optischen Elementes, bleiben lokal unterschiedliche temperaturbedingte Materialausdehnungen unkritisch hinsichtlich dadurch veränderter optischer Eigenschaften des optischen Elementes.It is advantageous to level out temperature values with an empirical variance of (0.1K) ² - (20K) ² , in particular of (0.5K) ² - (3K) ² . As a result of such small scattering of the temperature values within the temperature distribution, for example in the functional region or area of the optical element, locally different temperature-induced material expansions remain uncritical with regard to changed optical properties of the optical element.

Alternativ oder zusätzlich zur Vorgabe der empirischen Varianz kann eine Streuung eingeschränkt sein auf eine maximale Abweichung aller Temperaturwerte innerhalb der Temperaturverteilung von bis zu 40 Kelvin, insbesondere bis zu maximal 10 Kelvin, bevorzugt bis zu maximal 3 Kelvin und/oder dass ein Temperaturgradient von benachbarten Temperaturwerten nicht größer ist als 15 Kelvin/mm, insbesondere nicht größer ist als 3,0 Kelvin/mm, bevorzugt nicht größer ist als 0,7 Kelvin/mm. Die Temperaturverteilung kann beispielsweise durch eine Wärmebildkamera aufgenommen werden. Alternative Temperaturerfassungen sind ebenfalls möglich. Bevorzugt ist eine Bestimmung von Temperaturwerten in einem Rastermaß von kleiner 3 mm, insbesondere kleiner als 1,5 mm, bevorzugt kleiner 0,5 mm.Alternatively or additionally to the specification of the empirical variance, a scattering may be limited to a maximum deviation of all temperature values within the temperature distribution of up to 40 Kelvin, in particular up to a maximum of 10 Kelvin, preferably up to a maximum of 3 Kelvin and / or a temperature gradient of adjacent temperature values is not greater than 15 Kelvin / mm, in particular not greater than 3.0 Kelvin / mm, preferably not greater than 0.7 Kelvin / mm. The temperature distribution can be recorded for example by a thermal imaging camera. Alternative temperature measurements are also possible. A determination of temperature values in a grid dimension of less than 3 mm, in particular less than 1.5 mm, preferably less than 0.5 mm, is preferred.

Die Temperaturverteilung kann beispielsweise durch eine Wärmebildkamera aufgenommen werden. Alternative Temperaturerfassungen sind ebenfalls möglich. Bevorzugt ist eine Bestimmung von Temperaturwerten in einem Rastermaß von kleiner 3 mm, insbesondere kleiner als 1,5 mm, bevorzugt kleiner 0,5 mm.The temperature distribution can be recorded for example by a thermal imaging camera. Alternative temperature measurements are also possible. A determination of temperature values in a grid dimension of less than 3 mm, in particular less than 1.5 mm, preferably less than 0.5 mm, is preferred.

Bei Funktionsflächen, die nur teilflächig durch einen Strahl bestrahlt werden, beispielsweise dann mit einem unbestrahlten Randabschnitt oder einem unbestrahlten umlaufenden Randbereich, zeigt sich unter Umständen ein deutlicher Temperaturunterschied zwischen den Temperaturwerten in den bestrahlten Flächenanteilen gegenüber unbestrahlten Flächenanteilen. Für viele Anwendungsfälle reicht es dabei aus, dass zur Erreichung der zuvor genannten Vorteile nur die bestrahlten Flächenanteile der Funktionsfläche für eine Entwärmungskonfiguration berücksichtigt werden, um dort überwiegend ausnivellierte Temperaturwerten zu erreichen. Bevorzugt werden als bestrahlte Flächenanteile jene Flächen definiert, auf die beispielsweise 86,5% der Strahlungsenergie auf die Funktionsfläche einstrahlt. Dies erfolgt insbesondere in Hinblick auf beispielsweise einen Laserstrahl mit einer Gaußschen Intensitätsverteilung, dessen Durchmesser beispielsweise definiert ist durch eine Kreisfläche, die gerade 86,5% der Strahlungsintensität einschließt.In the case of functional surfaces which are only partially irradiated by a beam, for example with an unirradiated edge section or an unirradiated circumferential edge region, a clear temperature difference between the temperature values in the irradiated surface portions and unirradiated surface portions may be revealed. For many applications, it suffices that, in order to achieve the aforementioned advantages, only the irradiated surface portions of the functional surface are taken into account for a cooling configuration in order to achieve predominantly leveled-out temperature values there. Preferably, those areas are defined as irradiated areas, onto which, for example, 86.5% of the radiation energy radiates onto the functional area. This is done, in particular, with regard to, for example, a laser beam having a Gaussian intensity distribution whose diameter is defined, for example, by a circular area that includes just 86.5% of the radiation intensity.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Wärmeübergang zur Erreichung der lokal unterschiedlichen Wärmeleitung Wärmeübergangsflächen der Kühlvorrichtung, bevorzugt zumindest teilweise unterschiedlich groß ausgebildete Wärmeübergangsflächen, über welche die Kühlvorrichtung nur teilflächig strukturiert und/oder über welche Teilbereiche der Kühlvorrichtung unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit zumindest mittelbar mit dem Entwärmungsbereich des optischen Elementes kontaktiert ist/sind. In vorteilhafter Weise sind dadurch bereits unterschiedliche Bedingungen für eine lokale Entwärmung bewirkt, indem die Entstehung eines Wärmestroms gezielt mehr oder weniger begünstigt wird und ein lokal definierter Wärmeabfluss mit einer bestimmten Wärmemenge entsprechend der erforderlichen Entwärmungskonfiguration eingestellt ist.In a preferred embodiment of the arrangement, the heat transfer to achieve the locally different heat conduction heat transfer surfaces of the cooling device, preferably at least partially differently sized heat transfer surfaces over which the cooling device structured only part of the surface and / or over which portions of the cooling device of different thermal conductivity at least indirectly with the heat of the optical element is contacted / are. Advantageously, this already causes different conditions for a local cooling by the formation of a heat flow targeted more or less favored and a locally defined heat flow is set with a certain amount of heat according to the required Entwärmungskonfiguration.

In einer vorteilhaften oder weitergebildeten Ausführungsform der Anordnung ist der Wärmeübergang gebildet durch Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, die sich zwischen einem Kühlgrundkörper der Kühlvorrichtung und dem optischen Element in die Höhe erstrecken. Hierbei sind die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen über jeweils eine Wärmeübergangsfläche zumindest mittelbar mit dem Entwärmungsbereich des optischen Elementes und über jeweils eine Anbindungsfläche zumindest mittelbar mit dem Kühlgrundkörper kontaktiert. Bevorzugt ist eine Höhenachse lotrecht auf eine Wärmeübergangsfläche ausgerichtet. Weiter bevorzugt sind die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen ausgebildet, einen überwiegend gerichteten Wärmestrom von der jeweiligen Wärmeübergangsfläche zu der jeweiligen Anbindungsfläche zu bewirken. Insgesamt kann die Kühlvorrichtung zur Erreichung der erforderlichen Entwärmungskonfiguration, insbesondere im Kühlbereich, den Wärmeübergang durch einfache und sehr flexibel anpassbare Strukturelemente ausbilden. Eine Entwärmungssäule ist insbesondere gegeben durch ein wärmeleitendes Element, welches einen Querschnittsverlauf über eine Höhenerstreckung aufweist, wobei einzelne Querschnitte sich nicht in eine erkennbare dominierende Richtung erstrecken. Dem gegenüber liegt ein Entwärmungssteg vor, wenn aufgrund einer dominierenden Erstreckungsrichtung im Querschnitt zumindest eine Tendenz zu einer Längserstreckung auszumachen ist. Der Kühlgrundkörper weist lokal bevorzugt überwiegend eine gleiche Wärmeleitung auf.In an advantageous or further developed embodiment of the arrangement, the heat transfer is formed by Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen that extend between a cooling body of the cooling device and the optical element in the height. Here, the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen are contacted via at least one heat transfer surface at least indirectly with the cooling zone of the optical element and via at least one connection surface at least indirectly with the cooling base body. Preferably, a vertical axis is aligned perpendicular to a heat transfer surface. More preferably, the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen are designed to cause a predominantly directed heat flow from the respective heat transfer surface to the respective connection surface. Overall, the cooling device to achieve the required Entwärmungskonfiguration, especially in the cooling area, the heat transfer by simple and very flexible adaptable structural elements form. A Entwärmungssäule is given in particular by a thermally conductive element having a cross-sectional shape over a height extent, wherein individual cross-sections do not extend in a recognizable dominant direction. On the other hand, there is a Entwärmungssteg if, due to a dominant direction of extension in cross-section at least one tendency to identify a longitudinal extent. The cooling base body preferably has locally predominantly a same heat conduction.

Nachfolgend werden vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung beschrieben, bei welchen eine Anzahl von Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen eine besondere Ausgestaltung aufweisen. Die Anzahl der in dieser Weise ausgestalteten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen orientiert sich insbesondere an einer möglichst einfachen Erreichung der Entwärmungskonfiguration. Es sind bei Bedarf auch Ausführungsformen möglich, die mehrere der beschriebenen Weiterbildungen umfassen. So weisen beispielsweise zumindest ein Teil der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, insbesondere eine Mehrheit oder bevorzugt alle Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen zwischen ihrer jeweiligen Wärmeübergangsfläche und ihrer jeweiligen Anbindungsfläche einen Erstreckungsbereich mit einem konstanten Querschnitt auf. Somit vereinfachen sich zum einen die Fertigungsanforderungen für derartige Entwärmungsstrukturen als auch mögliche Simulationsberechnungen zum Auslegen einer erforderlichen Entwärmungskonfiguration. Bevorzugt weisen dabei Entwärmungssäulen einen vollflächigen runden, rechteckigen, quadratischen dreieckigen oder einen n-eckigen, insbesondere spiegel- und/oder achsensymmetrischen Querschnitt auf. Bei einem Entwärmungssteg ist der Querschnitt bevorzugt gebildet durch ein konstantes Breitenmaß entlang eines Kurvenzuges, wobei der Kurvenzug in Form eines Kreises, eines Kreissegmentes, eines Rechteckes oder Quadrates, eines Polygons oder eines Splines verläuft.In the following, advantageous developments of the arrangement will be described in which a number of cooling webs and / or cooling columns have a special configuration. The number of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule designed in this way is based in particular on the simplest possible achievement of the Entwärmungskonfiguration. If required, embodiments are also possible which comprise several of the developments described. For example, at least a portion of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, in particular a majority or preferably all Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen between their respective heat transfer surface and their respective attachment surface on an extension region with a constant cross-section. Thus, on the one hand, the manufacturing requirements for such Entwärmungsstrukturen simplify and possible simulation calculations to design a required Entwärmungskonfiguration. In this case, cooling columns preferably have a full-area round, rectangular, square triangular or an n-cornered, in particular mirror and / or axisymmetric cross section. In a Entwärmungssteg the cross section is preferably formed by a constant width dimension along a curve, wherein the curve runs in the form of a circle, a circle segment, a rectangle or square, a polygon or a spline.

Eine zusätzliche Variation zur Erreichung der erforderlichen Entwärmungskonfiguration ist dadurch gegeben, dass zumindest ein Teil der nächst benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, insbesondere eine Mehrheit oder bevorzugt alle unmittelbar benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, sich in ihrem jeweiligen Querschnitt zueinander unterscheiden. An additional variation to achieve the required Entwärmungskonfiguration is given by the fact that at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, in particular a majority or preferably all immediately adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule, differ in their respective cross-section to each other.

Zusätzlich oder alternativ können sich zumindest ein Teil der nächst benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, insbesondere eine Mehrheit oder bevorzugt alle unmittelbar benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, in ihrem jeweiligen Höhenmaß zueinander unterscheiden.Additionally or alternatively, at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, in particular a majority or preferably all immediately adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, differ in their respective height dimension to each other.

In einer günstigen Ausführungsform sind zumindest ein Teil der nächst benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, insbesondere eine Mehrheit oder bevorzugt alle benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, durch ein Abstandsmaß, insbesondere ein unterschiedliches Abstandsmaß, voneinander beabstandet, wobei ein jeweils aufgrund des Abstandsmaßes gebildeter Luftspalt lufterfüllt verbleibt oder von einer Wärmepaste oder einem Wärmeleitkleber ausgefüllt ist, mittels welchem der Kühlbereich der Kühlvorrichtung mit dem Entwärmungsbereich des optischen Bereiches wärmeleitend verbunden ist, oder von einem thermischen Isolationsmaterial ausgefüllt ist. Dadurch ist vorteilhaft eine insbesondere gerichtete Wärmeströmung erreicht, so dass sich benachbarte Wärmeströmung nicht direkt und/oder besonders wenig beeinflussen. In dieser Form ist die Kühlvorrichtung bevorzugt einstückig durch den Kühlgrundkörper und die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen gebildet.In a favorable embodiment, at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, in particular a majority or preferably all adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, by a distance measure, in particular a different distance measure, spaced from each other, wherein each formed on the basis of the distance measure air gap remains air-filled or is filled by a heat paste or a Wärmeleitkleber, by means of which the cooling region of the cooling device is thermally conductively connected to the cooling zone of the optical region, or is filled by a thermal insulation material. As a result, a particularly directed heat flow is advantageously achieved so that adjacent heat flow does not influence directly and / or particularly little. In this form, the cooling device is preferably formed in one piece by the cooling base body and the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen.

In einer alternativen Ausführungsform der Anordnung grenzen zumindest ein Teil der nächst benachbarten Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, insbesondere eine Mehrheit oder bevorzugt alle benachbarte Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen, unmittelbar aneinander, wobei die unmittelbar angrenzenden Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Bevorzugt ist eine Wärmeleitfähigkeit innerhalb eines Entwärmungssteges und/oder einer Entwärmungssäule konstant. Eine Variation ist auch hier zulässig, erhöht aber den Fertigungsaufwand und mögliche Simulationsberechnungen für die erforderliche Entwärmungskonfiguration.In an alternative embodiment of the arrangement, at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen, in particular a majority or preferably all adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule directly adjacent to each other, the immediately adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule have different thermal conductivities. Preferably, a thermal conductivity within a Entwärmungssteges and / or a Entwärmungssäule is constant. A variation is also allowed here, but increases the production costs and possible simulation calculations for the required Entwärmungskonfiguration.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Anordnung weisen zumindest eine Gruppe von Entwärmungsstegen eine geradlinige Längserstreckungsachse auf und/oder sind eine Gruppe von Entwärmungssäulen in einer jeweiligen Fluchtachse ausgerichtet, wobei die Längserstreckungsachsen und/oder die Fluchtachsen der Gruppe von Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen sich netzartig schneiden oder von einem gemeinsamen Schnittpunkt sternförmig auseinander laufen. Bevorzugt sind bei einer netzartigen Anordnung entsprechende Längserstreckungsachsen und/oder Fluchtachsen parallel zueinander verlaufend und/oder schneiden sich senkrecht oder in einem Winkel zueinander. In einer sternförmigen Anordnung sind die entsprechenden Längserstreckungsachsen und/oder Fluchtachsen bevorzugt rotationswinkelgleich angeordnet. Die Ausführungsform eignet sich insbesondere zur einfachen Erreichung der erforderlichen Entwärmungskonfiguration bei Bestrahlung des optischen Elementes mit einem achssymmetrischen und/oder rotationssymmetrischen Strahlungsprofil.In a further particular embodiment of the arrangement, at least one group of Entwärmungsstegen a rectilinear longitudinal axis and / or are a group of Entwärmungssäulen aligned in a respective alignment axis, wherein the longitudinal axes and / or the alignment axes of the group of Entwärmungsstegen and / or Entwärmungssululen intersect net or diverge from a common intersection star-shaped. In a net-like arrangement, corresponding longitudinal extension axes and / or escape axes are preferably parallel to one another and / or intersect perpendicularly or at an angle to one another. In a star-shaped arrangement, the corresponding longitudinal extension axes and / or alignment axes are preferably arranged with the same rotation angle. The embodiment is particularly suitable for the simple achievement of the required Entwärmungskonfiguration upon irradiation of the optical element with an axisymmetric and / or rotationally symmetrical radiation profile.

Gleiches gilt für eine alternative Ausführungsform der Anordnung, bei welcher zumindest eine Gruppe von Entwärmungsstegen eine Längserstreckung entlang eines geschlossenen Kurvenzuges aufweist und/oder eine Gruppe von Entwärmungssäulen eine jeweilige Musteranordnung in Ausrichtung entlang eines geschlossenen Kurvenzuges aufweist, wobei die Kurvenzüge der Gruppe von Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen sich ihrer Größe entsprechend nachfolgend umrahmend einschließen. Bevorzugt ist hierbei der Kurvenzug in Form eines Kreises, eines Rechteckes, eines Quadrates oder eines n-eckigen, insbesondere eines rotations- oder achssymmetrischen Polygonzuges, gebildet. The same applies to an alternative embodiment of the arrangement in which at least one group of cooling webs has a longitudinal extent along a closed curve and / or a group of cooling columns has a respective pattern arrangement in alignment along a closed curve, the curves of the group of cooling webs and / or or cooling columns, according to their size, to include below framing. In this case, the curve is preferably formed in the form of a circle, a rectangle, a square or an octagonal, in particular a rotationally or axially symmetrical polygonal line.

Ganz allgemein lässt sich die Kühlvorrichtung, insbesondere der Kühlbereich durch materialabtragende, beispielsweise mittels Laserabtrag, umformenden oder generativen Herstellungsverfahren erzeugen. Durch generative Herstellungsverfahren können die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen mit unterschiedlichen Materialien und Dichtegraden (beispielsweise aufgrund von Lufteinschlüssen) - damit mit unterschiedlichen Wärmeleitungsfähigkeiten - aufgetragen werden. Eine geometrische Auflösung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen bis in den Bereich von 1 mm ermöglicht bereits eine Beeinflussung eines lokalen Wärmeübergangs von der optischen Komponente zu der Kühlvorrichtung. Die Beeinflussung lässt sich besonders zielgenau erreichen bei einer erreichbaren geometrischen Auflösung von < 500 µm, insbesondere < 200 µm, bevorzugt < 100 µm oder 50 µm. Eine derartige Auflösung ist mit gängigen Herstellungsverfahren erzielbar.In general, the cooling device, in particular the cooling region, can be produced by material-removing, for example by means of laser ablation, reshaping or generative production methods. By generative manufacturing processes, the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen with different materials and density levels (for example, due to air bubbles) - thus with different heat conduction capabilities - are applied. A geometric resolution of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule up to the range of 1 mm already allows influencing a local heat transfer from the optical component to the cooling device. The influence can be achieved particularly accurately with an achievable geometric resolution of <500 .mu.m, in particular <200 .mu.m, preferably <100 .mu.m or 50 .mu.m. Such a resolution can be achieved with current production methods.

Grundsätzlich lässt sich die Anordnung vorteilhaft derart ausführen, dass der Kühlbereich mittels einer Wärmepaste oder eines Wärmeleitklebers mit dem Entwärmungsbereich des optischen Elementes wärmeleitend verbunden ist. Ferner ist eine einhüllende Fläche über die Entwärmungsflächen der Kühlvorrichtung komplementär zu einer den Entwärmungsbereich abschließenden Entwärmungsfläche ausgebildet, bevorzugt eben oder kalottenförmig, so dass die zwischen der Kühlvorrichtung und dem optischen Element angeordnete Wärmepaste oder der angeordnete Wärmeleitkleber eine konstante Schichtdicke aufweist.In principle, the arrangement can advantageously be carried out in such a way that the cooling region is connected in a heat-conducting manner by means of a heat paste or a heat-conducting adhesive to the cooling zone of the optical element. Furthermore, an enveloping surface is formed over the cooling surfaces of the cooling device complementary to a Entwärmungsfläche the cooling area, preferably flat or dome shaped, so that arranged between the cooling device and the optical element heat paste or the arranged Wärmeleitkleber has a constant layer thickness.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Anordnung ist das optische Element eine Kristallscheibe eines Scheibenlasers, ein Spiegel oder ein SLM-Chip (Spatial Light Modulator), wobei der Funktionsbereich oder die Funktionsfläche bevorzugt eine Reflektionsfläche ist. Insbesondere ist der SLM-Chip ein programmierbarer Strahlformer zur Beeinflussung der örtlichen und zeitlichen Intensitätsverteilung eines Laserstrahls. Derartige Strahlformer sind auf Basis von Flüssigkristall-Displays oder als „Digital Micro-mirror Device“ in Form von ein- oder zweidimensionalen Anordnungen bewegbarer Spiegel bekannt. Die Spatial Light Modulators bewirken örtliche Phasenänderungen durch Änderung der optischen Weglänge oder des Brechungsindex. Bei Kenntnis der Eigenschaften des Eingangsstrahls kann mit ihnen eine gewünschte Form einer Wellenfront eines Ausgangsstrahls gezielt eingestellt werden. Auch kann mittels eines SLM im Fernfeld auf einer Arbeitsfläche der Laser-Bearbeitungsanlage eine gewünschte Intensitätsverteilung des Laserstrahls und damit eine gewünschte Strahlform eingestellt werden. Insofern profitiert insbesondere ein solcher Strahlformer von einer erfindungsgemäß erzielten Ausnivellierung der Temperaturverteilung in dem Funktionsbereich oder -fläche, um dort örtlich definierte Phasenänderungen zu erwirken und dadurch die Einstellung einer gewünschten Strahlform sicherzustellen.In preferred embodiments of the arrangement, the optical element is a crystal disk of a disk laser, a mirror or a SLM chip (Spatial Light Modulator), wherein the functional area or the functional area is preferably a reflection surface. In particular, the SLM chip is a programmable beam shaper for influencing the local and temporal intensity distribution of a laser beam. Such beam formers are known on the basis of liquid crystal displays or as a "digital micro-mirror device" in the form of one or two-dimensional arrangements of movable mirrors. The spatial light modulators cause local phase changes by changing the optical path length or refractive index. With knowledge of the properties of the input beam, a desired shape of a wavefront of an output beam can be set in a targeted manner with them. Also, by means of an SLM in the far field on a working surface of the laser processing system, a desired intensity distribution of the laser beam and thus a desired beam shape can be set. In this respect, in particular, such a beam former benefits from a leveling of the temperature distribution in the functional area or area achieved according to the invention in order to obtain locally defined phase changes and thereby to ensure the setting of a desired beam shape.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Kühlvorrichtung zur Kühlunterstützung ein Peltier-Kühlelement. Bevorzugt ist das Peltier-Kühlelement als der Kühlgrundkörper ausgebildet, an welchen sich die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen anbinden.In an advantageous embodiment, the cooling device for cooling support comprises a Peltier cooling element. Preferably, the Peltier cooling element is designed as the cooling base body, to which connect the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen.

Alternativ weist der Kühlgrundkörper zumindest einen Zugang und zumindest einen Abgang für ein Kühlmedium auf, wobei im Inneren ein Strömungsbereich ausgebildet ist, durch welchen ein Kühlmedium mittels eines Stromflusses von dem Zugang zu dem Abgang gelangt. Insgesamt ist durch eine zusätzliche Kühlunterstützung eine Entwärmung des optischen Elementes, insbesondere durch ein Temperaturgefälle zwischen dem Kühlgrundkörper und dem optischen Element, weiter begünstigt.Alternatively, the cooling base body has at least one access and at least one outlet for a cooling medium, wherein a flow region is formed in the interior, through which a cooling medium passes by means of a flow of current from the access to the outlet. Overall, by an additional cooling support, a cooling of the optical element, in particular by a temperature gradient between the cooling base body and the optical element, further favors.

In einer vereinfachten Ausführungsform der Anordnung sind die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen über ihre jeweilige Anbindungsfläche mit einem Sockelkörper verbunden, welcher sich quer zu einer Höhenerstreckung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen erstreckt. Bevorzugt ist dabei eine den Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen abgewandte Seite des Sockelkörpers ganzflächig mit dem Kühlgrundkörper zumindest wärmeleitend verbunden. Dadurch kann der Kühlgrundkörper, insbesondere in einer der zuvor genannten Form als Kühlunterstützung, immer gleich ausgeführt sein, wogegen anwendungsspezifisch die Entwärmungskonfiguration maßgeblich durch den Sockelkörper mit den Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen geprägt ist.In a simplified embodiment of the arrangement the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen are connected via their respective attachment surface with a base body which extends transversely to a height extent of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen. In this case, a side of the base body facing away from the cooling bars and / or cooling columns is preferably connected over the whole area to the cooling base body at least thermally conductive. As a result, the cooling base body, in particular in one of the aforementioned form as a cooling support, always be the same, whereas application-specific the Entwärmungskonfiguration is significantly influenced by the base body with the Entwärmungsstegen and / or Entwärmungssäulen.

Die Erfindung führt auch zu einer Projektionsvorrichtung oder Meß- und/oder Bearbeitungsvorrichtung und/oder -anlage, umfassend zumindest eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen einer Anordnung eines optischen Systems. Die Projektionsvorrichtung oder Meß- und/oder Bearbeitungsvorrichtung und/oder -anlage umfasst dabei auch eine elektromagnetische Wellen emittierende Strahlungsquelle, insbesondere ein Laser, wobei zumindest ein Teil von emittierten elektromagnetischen Wellen mit einer spezifischen Strahlungsintensitätsverteilung, insbesondere mit einer Gaußschen oder Top-Hat Verteilung, auf den Einstrahlbereich, insbesondere in dem Funktionsbereich oder -fläche, des optischen Elementes einwirken. Eine solche Bearbeitungsvorrichtung und/oder - anlage kann beispielsweise für eine Materialbearbeitung eingesetzt werden, insbesondere für ein Materialabtragen, -schweißen, -löten, -reinigen, -bohren, - sintern, -schmelzen und anderes.The invention also leads to a Projection device or measuring and / or processing device and / or installation, comprising at least one of the previously described embodiments of an arrangement of an optical system. The projection device or measuring and / or processing device and / or installation also comprises an electromagnetic wave emitting radiation source, in particular a laser, wherein at least part of emitted electromagnetic waves having a specific radiation intensity distribution, in particular with a Gaussian or top hat distribution, acting on the Einstrahlbereich, in particular in the functional area or area of the optical element. Such a processing device and / or installation can be used, for example, for material processing, in particular for material removal, welding, soldering, cleaning, drilling, sintering, melting and others.

Hierbei ergeben sich die gleichen Vorteile wie bereits für die Anordnung eines optischen Systems beschrieben wurde.This results in the same advantages as already described for the arrangement of an optical system.

Die Erfindung führt auch zu einem Entwärmungsverfahren an einem optischen Element, insbesondere an einem optischen Element innerhalb einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen einer Anordnung eines optischen Systems und/oder innerhalb einer zuvor genannten Projektionsvorrichtung oder Meß- und/oder Bearbeitungsvorrichtung und/oder -anlage. Hierbei wird in einer zur Kühlung des optischen Elementes vorgesehenen Kühlvorrichtung eine Entwärmungsstruktur derart ausgebildet, dass nach einer Bestrahlung eines Funktionsbereichs oder -fläche des optischen Elementes durch eine elektromagnetische Strahlung mit einer spezifischen Strahlungsintensitätsverteilung eine Entwärmungskonfiguration eingestellt ist, durch die eine Temperaturverteilung in dem Funktionsbereich oder -fläche des optischen Elementes bei der spezifischen Strahlungsintensitätsverteilung ausnivelliert wird.The invention also leads to a cooling method on an optical element, in particular on an optical element within one of the previously described embodiments of an arrangement of an optical system and / or within a previously mentioned projection device or measuring and / or processing device and / or installation. Here, in a cooling device provided for cooling the cooling device, a Entwärmungsstruktur is formed such that after irradiation of a functional area or surface of the optical element by an electromagnetic radiation with a specific radiation intensity distribution a Entwärmungskonfiguration is set by the temperature distribution in the functional area or - surface of the optical element is leveled at the specific radiation intensity distribution.

Die Entwärmungskonfiguration kann beispielsweise auf der Grundlage von Simulationsberechnungen von Wärmeströmungen bestimmt bzw. festgelegt werden. Hierbei werden die Wärmeströmung bedingende Einflussgrößer als Simulationsparameter hinterlegt. Alternativ könnte eine Vielzahl von Temperaturverteilungssätze für das optische Element erfasst werden, die sich jeweils infolge einer wärmeleitenden Verbindung mit unterschiedlichen speziell definierten Kühlvorrichtungen ergeben. Daraufhin ließe sich dann beispielsweise durch statistische Schätzverfahren eine für eine ausnivellierte Temperaturverteilung erforderliche Entwärmungskonfiguration bzw. Kühlvorrichtung ableiten.The cooling configuration may be determined based on, for example, heat flow simulation calculations. In this case, the influencing factors which determine the heat flow are stored as simulation parameters. Alternatively, a plurality of temperature distribution sets for the optical element could be detected, each resulting from a thermally conductive connection to different, specifically defined cooling devices. It would then be possible to derive, for example by statistical estimation methods, a cooling configuration or cooling device required for a leveled-out temperature distribution.

Figurenlistelist of figures

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

1a: ein mit Laserstrahlung bestrahlter Spiegel in einer Seitenschnittdarstellung mit aufgrund von absorbierter Laserenergie ausgebildeten Bereichen unterschiedlicher Erwärmung,
1b: der Spiegel aus 1a in einer wärmeleitenden Anordnung mit einer Kühlvorrichtung,
2a: eine beispielhafte Ausführungsform einer Anordnung eines optischen Systems in einer Seitenschnittdarstellung,
2b: eine alternative Ausführungsform einer Anordnung eines optischen Systems in einer Seitenschnittdarstellung,
3a: eine beispielhafte Anordnung von Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen in einer geschnittenen Draufsicht,
3b: eine weitere beispielhafte Anordnung von Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen in einer geschnittenen Draufsicht,
3c: eine weitere beispielhafte Anordnung von Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen in einer geschnittenen Draufsicht.

Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. This shows in:

1a : a laser irradiated mirror in a side sectional view formed with due to absorbed laser energy areas of different heating,
1b : the mirror off 1a in a heat-conducting arrangement with a cooling device,
2a FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an arrangement of an optical system in a side sectional representation, FIG.
2 B FIG. 4: an alternative embodiment of an arrangement of an optical system in a side sectional view, FIG.
3a FIG. 2: an exemplary arrangement of cooling webs and / or cooling columns in a sectional top view,
3b FIG. 3: a further exemplary arrangement of cooling webs and / or cooling columns in a sectional top view,
3c : Another exemplary arrangement of Entwärmungsstegen and / or Entwärmungssäulen in a sectional plan view.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, functionally identical components are each identified by the same reference numerals.

In der 2a ist eine erste Ausführungsform einer Anordnung eines optischen Systems 100 in einer Seitenschnittdarstellung gezeigt. Die Anordnung kann beispielsweise Teil einer Projektionsvorrichtung oder Meß- und oder Bearbeitungsvorrichtung und/oder -anlage 200 sein. Die Anordnung umfasst ein optisches Element 10, welches einen Funktionsbereich oder -fläche 11 aufweist. Das optische Element 10 ist beispielsweise ein Spiegel oder eine Kristallscheibe eines Scheibenlasers oder ein Strahlformer (SLM-Chip), wobei der Funktionsbereich oder -fläche insbesondere als eine Reflektionsfläche 11 ausgeführt ist. Das optische Element 10 umfasst einen Einstrahlbereich 15 für elektromagnetische Strahlung. Diese wird von einer elektromagnetische Wellen emittierenden Strahlungsquelle, beispielsweise einem Laser 80, erzeugt und bereitgestellt, beispielsweise als ein Laserstrahl 50, insbesondere mit einem spezifischen Strahlungsprofil 60, wodurch insbesondere eine ungleiche Strahlungsverteilung 60' mit unterschiedlichen Intensitätswerten 60.1, 60.2, 60.3, 60.x vorliegt. Das Strahlungsprofil 60 weist beispielsweise eine Gaußsche Intensitätsverteilung auf. Der Laserstrahl 50 bestrahlt als ein einfallender Strahl 51 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur eine Teilfläche 11a der Funktionsfläche 11. Eine Teilfläche 11b, insbesondere ein Randbereich der Funktionsfläche 11, verbleibt unbestrahlt. Der einfallende Strahl 51 wird an der Funktionsfläche 11 als dann abgehender Strahl 52 reflektiert. Ein Teil der Laserenergie des einfallenden Strahles 51 wird durch das Material des optischen Elementes 10 absorbiert und führt dort zu einer Erwärmung. Ein Entwärmungsbereich 14 des optischen Elementes 10 ist mit einem Kühlbereich 24 einer Kühlvorrichtung 20 zumindest wärmeleitend verbunden. Dabei ist mittels des Kühlbereiches 24 ein Wärmeübergang mit lokal unterschiedlichen Wärmeleitungen ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass sich zwischen dem optischen Element 10 und einem Kühlgrundkörper 21 eine Vielzahl von Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungsäulen 22 in die Höhe erstrecken (im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Richtung der dargestellten z-Koordinate). Die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 sind jeweils über eine Wärmeübergangsfläche 22.1, beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmeleitkleber (nicht dargestellt), mit dem Entwärmungsbereich 14 des optischen Elementes 10 verbunden und jeweils über eine Anbindungsfläche 22.2 mit dem Kühlgrundkörper 21 verbunden. Die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 bilden dabei eine Entwärmungsstruktur, die in ihrer strukturellen geometrischen und/oder materiellen Ausprägung auf die spezifische Strahlungsverteilung 60', die auf die bestrahlte Teilfläche 11a einwirkt, angepasst ist. Die Anpassung erfolgt auf die gezielte Einstellung einer solchen Entwärmungskonfiguration, durch die eine Temperaturverteilung 70 auf der Funktionsfläche 11, insbesondere der bestrahlten Teilfläche 11a, des optischen Elementes 10 bei der spezifischen Strahlungsintensitätsverteilung 60' ausnivelliert ist. Die Temperaturverteilung 70 weist daher lokale Temperaturwerte 70.1, 70.2, 70.3, 70.x auf, die nur unwesentliche Abweichungen untereinander haben. Insbesondere schwanken die lokalen Temperaturwerte 70.1, 70.2, 70.3, 70.x mit den Abweichungen um einen arithmetischen Mittelwert Ta. Bevorzugt entspricht der arithmetische Mittelwert Ta einer spezifizierten Betriebstemperatur des optischen Elementes 10. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausprägung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 wie folgt beispielhaft ausgeführt, insbesondere in Anpassung an eine achssymmetrische und/oder rotationssymmetrische Strahlungsverteilung 60' mit einem an der Spiegelachse und/oder Rotationsachse S höchstem Intensitätswert. Die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 sind mit unterschiedlichen Abstandsmaßen d voneinander beabstandet, wobei die Beabstandung bevorzugt mit zunehmender Entfernung zur Spiegel- und/oder Rotationsachse S zumindest tendenziell zunimmt. Durch die Beabstandung sind Raumspalte 28 ausgebildet, die mit schlecht leitender Luft ausgefüllt sind. Alternativ wird in die Raumspalte 28 während der wärmeleitenden Anbindung an das optische Element 10 eine für die Anbindung eingesetzte Wärmepaste und/oder ein Wärmeleitkleber ausfüllend eingebracht. Eine weitere Möglichkeit ist die Raumspalte 28 vor einer Anbindung an das optische Element 10 durch ein wärmeisolierendes Material auszufüllen. Aufgrund der Raumspalte 28 ist eine schlechtere Wärmeleitung als in den Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen 22 vorliegend. Aufgrund der Beabstandung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 ist die Kühlvorrichtung 20 nur teilflächig strukturiert über die Wärmeübergangsflächen 22.1 mit dem optischen Element 10 kontaktiert. Ferner weisen die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 in ihrer Höhenerstreckung (im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Richtung der dargestellten z-Koordinate) jeweils beispielsweise einen konstanten Querschnitt auf, wobei sich die Querschnitte bevorzugt untereinander zumindest teilweise unterscheiden, insbesondere die jeweiligen Querschnitte sich mit zunehmender Entfernung zur Spiegel- und/oder Rotationsachse S zumindest tendenziell verringern. Zusätzlich können auch die Höhenmaße der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 untereinander variieren (nicht dargestellt). Alternativ zu einer Beabstandung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22 können diese unmittelbar aneinander grenzen, wobei die dann in 2a bezeichneten Spalträume 28 den zuvor beschriebenen Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22' dann aber aus einer Material mit einer anderen Wärmeleitfähigkeit darstellen. Grundsätzlich können auch verteilt zumindest einige oder alle Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' mit einer Beabstandung und/oder mit einer unmittelbare Angrenzungen ausgeführt sein. Ferner können verteilt zumindest einige oder alle Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' jeweils aus einem unterschiedlichem Material ausgebildet sein und somit unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen.In the 2a is a first embodiment of an arrangement of an optical system 100 shown in a side sectional view. The arrangement may for example be part of a projection device or measuring and / or processing device and / or installation 200 be. The arrangement comprises an optical element 10 , which is a functional area or area 11 having. The optical element 10 For example, a mirror or a crystal disk of a disk laser or a beam former (SLM chip), wherein the functional area or area in particular as a reflection surface 11 is executed. The optical element 10 includes a Einstrahlbereich 15 for electromagnetic radiation. This is from an electromagnetic wave emitting radiation source, such as a laser 80 , generated and provided, for example as a laser beam 50 , in particular with a specific radiation profile 60 , whereby in particular an uneven radiation distribution 60 ' with different intensity values 60.1 . 60.2 . 60.3 . 60.X is present. The radiation profile 60 has, for example, a Gaussian intensity distribution. The laser beam 50 irradiated as an incident beam 51 in the present embodiment, only a partial area 11a the functional area 11 , A partial area 11b , in particular an edge region of the functional surface 11 , remains unirradiated. The incident beam 51 is at the functional area 11 than then outgoing beam 52 reflected. Part of the laser energy of the incident beam 51 is due to the material of the optical element 10 absorbs and leads to a warming there. A cooling area 14 of the optical element 10 is with a cooling area 24 a cooling device 20 connected at least thermally conductive. It is by means of the cooling area 24 a heat transfer formed with locally different heat conductors. This is achieved by being between the optical element 10 and a cooling base body 21 a variety of Entwärmungsstegen and / or Entwärmungsäulen 22 extend in the height (in the present embodiment in the direction of the illustrated z-coordinate). The cooling bars and / or cooling columns 22 each have a heat transfer surface 22.1 , For example by means of a thermal paste or a Wärmeleitkleber (not shown), with the cooling area 14 of the optical element 10 connected and each have a connection surface 22.2 with the cooling body 21 connected. The cooling bars and / or cooling columns 22 form a Entwärmungsstruktur whose structural geometric and / or material manifestation on the specific radiation distribution 60 ' on the irradiated surface 11a acts, is adjusted. The adjustment is made to the targeted setting of such a Entwärmungskonfiguration, by a temperature distribution 70 on the functional area 11 , in particular the irradiated partial surface 11a , the optical element 10 at the specific radiation intensity distribution 60 ' is leveled out. The temperature distribution 70 therefore has local temperature values 70.1 . 70.2 . 70.3 . 70.x on, which have only insignificant differences between themselves. In particular, the local temperature values fluctuate 70.1 . 70.2 . 70.3 . 70.x with the deviations around an arithmetic mean value Ta. The arithmetic mean value Ta preferably corresponds to a specified operating temperature of the optical element 10 , In the present embodiment, the expression of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 as exemplified below, in particular in adaptation to an axisymmetric and / or rotationally symmetric radiation distribution 60 ' with a highest intensity value at the mirror axis and / or rotation axis S. The cooling bars and / or cooling columns 22 are spaced apart with different distances d, wherein the spacing preferably at least tends to increase with increasing distance to the mirror and / or rotation axis S. Due to the spacing are space column 28 trained, which are filled with poorly conductive air. Alternatively, in the space column 28 during the heat-conducting connection to the optical element 10 introduced filling used for the connection heat paste and / or a thermal adhesive. Another possibility is the space column 28 before a connection to the optical element 10 to be filled by a heat-insulating material. Due to the space column 28 is a poorer heat conduction than in the Entwärmungsstegen and / or Entwärmungssäulen 22 present. Due to the spacing of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 is the cooling device 20 only partially structured over the heat transfer surfaces 22.1 with the optical element 10 contacted. Furthermore, the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 in their vertical extent (in the present embodiment, in the direction of the z-coordinate shown), for example, a constant cross-section, wherein the cross-sections preferably differ from each other at least partially, in particular the respective cross sections with increasing distance to the mirror and / or rotation axis S at least tend to reduce. In addition, the height dimensions of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 vary with each other (not shown). Alternatively to a spacing of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 These can be directly adjacent to each other, which then in 2a designated cleftspaces 28 the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule described above 22 ' but then represent a material with a different thermal conductivity. In principle, distributed at least some or all Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 . 22 ' be implemented with a spacing and / or with an immediate adjacencies. Furthermore, at least some or all of the cooling bars and / or cooling columns can be distributed 22 . 22 ' each be formed of a different material and thus have different thermal conductivities.

Die 3a zeigt schematisch eine mögliche Anordnung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' in einem zur dargestellten z-Koordinate senkrechten Schnitt A-A. Hierbei erstrecken sich Entwärmungsstegen 22, 22' geradlinig entlang einer Längserstreckungsachse I. Alternativ oder zusätzlich ist zumindest eine Gruppe von Entwärmungssäulen 22, 22' in einer Fluchtachse II ausgerichtet. Die Anordnung ist bestimmt durch die Längserstreckungsachsen I und/oder die Fluchtachsen II der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22', die sich netzartig schneiden. Alternativ schneiden sie sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt O, von dem aus sie sternförmig auseinander laufen. Die Alternativ ist beispielsweise in 3b gezeigt.The 3a shows schematically a possible arrangement of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 . 22 ' in a section AA perpendicular to the illustrated z-coordinate. In this case, Entwärmungsstegen extend 22 . 22 ' straight along a longitudinal axis I , Alternatively or additionally, at least one group of cooling columns 22 . 22 ' in an escape axis II aligned. The arrangement is determined by the longitudinal extension axes I and / or the flight axes II the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 . 22 ' that cut net-like. Alternatively, they intersect at a common intersection O from which they diverge in a star shape. The alternative is for example in 3b shown.

In der 3c ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt. Hierbei weisen Entwärmungsstegen 22, 22' eine Längserstreckung entlang eines geschlossenen Kurvenzuges I' auf. Alternativ oder zusätzlich ist zumindest eine Gruppe von Entwärmungssäulen 22, 22' in einer Musteranordnung in Ausrichtung entlang eines geschlossenen Kurvenzuges II' angeordnet. Die Anordnung ergibt sich in der Art, dass die Kurvenzüge I', II' der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' sich ihrer Größe entsprechend nachfolgend umrahmend einschließen.In the 3c another possible arrangement is shown. Here have cooling webs 22 . 22 ' a longitudinal extent along a closed curve I ' on. Alternatively or additionally, at least one group of cooling columns 22 . 22 ' in a pattern arrangement in alignment along a closed curve II 'arranged. The arrangement results in the way that the curves I ' II 'The Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 . 22 ' Enclosing enclosing according to their size below.

Die durch die Ausprägung und die Anordnung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' gebildete Entwärmungsstruktur entspricht gerade einer geforderten Entwärmungskonfiguration, durch die aufgrund vorliegender Entwärmungspfade dann unterschiedlich lokal bewirkte abfließende Wärmeströme 75.1, 75.2, 75.3, 75.x jeweils angepasst gerade so viel Wärmemenge örtlich und zeitlich abtransportieren, dass bei einer Bestrahlung des optischen Elementes 10 mit der spezifischen Strahlungsverteilung 60' die lokalen Temperaturwerte 70.1, 70.2, 70.3, 70.x, sich weitestgehend angleichen. Somit weist die Funktionsfläche 11, zumindest im bestrahlten Flächenanteil 11a, eine ausnivellierte Temperaturverteilung 70 auf. Diese kann auch in einem zur Funktionsfläche angrenzenden Funktionsbereich ausgebildet sein.The by the expression and the arrangement of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule 22 . 22 ' formed Entwärmungsstruktur just corresponds to a required Entwärmungskonfiguration, by the existing Entwärmungspfade then locally caused effluent heat flows 75.1 . 75.2 . 75.3 . 75.x each adapted just remove so much amount of heat locally and temporally, that upon irradiation of the optical element 10 with the specific radiation distribution 60 ' the local temperature values 70.1 . 70.2 . 70.3 . 70.x , to approximate as much as possible. Thus, the functional surface 11 , at least in the irradiated area fraction 11a , a leveled temperature distribution 70 on. This can also be formed in a functional area adjacent to the functional area.

Für eine zusätzliche Kühlunterstützung kann der Kühlgrundkörper 21 zumindest einen Zugang ZG und zumindest einen Abgang AG für ein Kühlmedium aufweisen und im Inneren ein Strömungsbereich umfassen, durch welchen das Kühlmedium mittels eines Stromflusses von dem Zugang ZG zu dem Abgang AG gelangt. Bevorzugt ist der ZG im Bereich der Spiegelachse und/oder Rotationsachse S angeordnet, d.h. im nächsten Bereich zu dem Intensitätshöchstwert der Strahlungsverteilung 60'. Auf diese Weise kann die Ausnivellierung vereinfacht werden, da besonders große Temperaturgradienten durch die zusätzliche Kühlunterstützung verkleinert sind.For additional cooling support, the cooling body can 21 at least one access ZG and at least one finish AG for a cooling medium and inside a flow area through which the cooling medium by means of a flow of current from the access ZG to the finish AG arrives. Preferably, the ZG in the area of the mirror axis and / or axis of rotation S arranged, ie in the next region to the intensity maximum value of the radiation distribution 60 ' , In this way, the leveling can be simplified because particularly large temperature gradients are reduced by the additional cooling support.

Die 2b zeigt die gleiche Anordnung wie in 2a. Ein Unterschied besteht lediglich darin, dass die Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' über ihre jeweilige Anbindungsfläche 22,2 mit einem Sockelkörper 25 verbunden sind, welcher sich quer zu der Höhenerstreckung der Entwärmungsstege und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' erstreckt. Eine den Entwärmungsstegen und/oder Entwärmungssäulen 22, 22' abgewandte Seite des Sockelkörpers25 ist bevorzugt ganzflächig mit dem Kühlgrundkörper 21 wärmeleitend verbunden. Der Kühlgrundkörper 21 kann in diesem Falle auch ein Peltier-Kühlelement sein und somit eine im Vergleich zu 2a alternative Kühlunterstützung bieten.The 2 B shows the same arrangement as in 2a , The only difference is that the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 . 22 ' about their respective connection area 22.2 with a socket body 25 are connected, which is transverse to the vertical extent of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen 22 . 22 ' extends. One of the cooling bars and / or cooling columns 22 . 22 ' opposite side of the socket body 25 is preferably the entire surface with the cooling body 21 thermally conductive connected. The cooling body 21 may in this case also be a Peltier cooling element and thus one compared to 2a offer alternative cooling support.

Claims

Arrangement of an optical system (100) with at least one optical element (10), wherein the optical element (10) comprises at least one irradiation region (15) for an electromagnetic radiation (50) and the optical element (10) under the action of the electromagnetic radiation ( 50) has local regions (16) of different heating, whereby a temperature distribution (70) with mutually different temperature values (70.1, 70.2, 70.3, 70.x) is formed, in particular in a functional area or area (11) of the irradiation area (15), and wherein the optical element (10) has a cooling area (14) which is heat-conductively connected to a cooling area (24) of a cooling device (20) for cooling the optical element (10) and by the optical element (10) and the cooling device (10). 20) heat dissipation paths are formed, characterized in that by means of the cooling region (14) between the optical element (10) and the Kü Cooling device (20) a heat transfer with locally different heat conduction is formed, wherein the locally different heat conduction to a specific radiation distribution (60 ') on the Einstrahlbereich (15) of the optical element (10) is adapted such that due to one of the Entwärmungspfade each locally caused outflowing heat flow (75.1, 75.2, 75.3, 75.x), the temperature distribution (70) in particular in the functional area or surface (11) of the Einstrahlbereiches (15) of the optical element (10) is leveled.

Arrangement of an optical system (100) according to Claim 1 , Characterized in that for achieving the locally different heat conduction of the heat transfer heat transfer surfaces (22.1) includes the cooling device (20), preferably at least partly of different sizes formed heat transfer surfaces (22.1), via which the cooling device (20) is structured only part of the surface and / or via which Subareas of the cooling device (20) of different thermal conductivity at least indirectly contacted with the cooling zone (14) of the optical element (10) is / are.

Arrangement of an optical system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer is formed by Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule (22, 22 ') extending between a cooling base body (21) of the cooling device (20) and the optical Extend the element (10) in the height, wherein the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22 ') via at least one heat transfer surface (22.1) at least indirectly with the cooling zone (15) of the optical element (10) and via a respective connection surface (22.2 ) are at least indirectly contacted with the cooling base body (21), and which are preferably designed to effect a predominantly directed heat flow from the respective heat transfer surface (22.1) to the respective attachment surface (22.2).

Arrangement of an optical system (100) according to Claim 3 , characterized in that at least a portion of the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22 '), in particular a majority or preferably all Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22') between their respective heat transfer surface (22.1) and their respective connection surface (22 22.2) have an extension region with a constant cross-section.

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 or 4 , characterized in that at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22 '), in particular a majority or preferably all immediately adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22'), differ in their respective cross-section to each other ,

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22 '), in particular a majority or preferably all immediately adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäule, differ in their respective height dimension to each other.

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 to 6 , characterized in that at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22), in particular a majority or preferably all adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22) by a distance measure (d), in particular a different distance measure (d) , are separated from each other, wherein an air gap (28) formed in each case due to the distance (d) remains air filled or filled by a heat paste or a Wärmeleitkleber, by means of which the cooling region (24) of the cooling device (20) with the cooling area (14) of the optical element (10) is thermally conductively connected, or is filled by a thermal insulation material.

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 to 6 , characterized in that at least a portion of the next adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22 '), in particular a majority or preferably all adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22'), immediately adjacent to each other and the immediately adjacent Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22 ') have different thermal conductivities.

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 to 8th characterized in that at least one group of heat dissipation webs (22, 22 ') has a rectilinear longitudinal axis (I) and / or a group of heat dissipation columns (22, 22') are aligned in a respective axis of flight (II), the longitudinal axes ( I) and / or the flight axes (II) of the group of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssulen (22, 22 ') intersect net-like or diverge from a common point of intersection (O) star-shaped.

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 to 9 characterized in that at least one group of cooling webs (22, 22 ') has a longitudinal extent along a closed curve (I') and / or a group of cooling columns (22, 22 ') has a respective pattern arrangement in alignment along a closed curve (FIG. II '), the curves of the group of cooling webs and / or cooling columns (22, 22') enclosing each other according to their size in the following.

Arrangement of an optical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element (10) is a crystal disk of a disk laser, a mirror or an SLM chip, wherein the functional area -or-surface (11) is preferably a reflection surface is.

Arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 3 to 11 , characterized in that the Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22 ') via their respective attachment surface (22.2) with a base body (25) are connected, which is transverse to a vertical extent of Entwärmungsstege and / or Entwärmungssäulen (22, 22' ), wherein the heat dissipation webs and / or Entwärmungssäulen (22, 22 ') facing away from the side of the base body (25) preferably over the entire surface with the cooling base body (21) is thermally conductively connected.

Projection device or measuring and / or processing device and / or installation (200), comprising at least one arrangement of an optical system (100) according to one of the preceding claims and an electromagnetic wave emitting radiation source (80), in particular a laser, wherein at least a part of emitted electromagnetic waves (50, 51) with a specific radiation intensity distribution (60 '), in particular with a Gaussian distribution, on the irradiation region (15), in particular in the functional region or surface (11), of the optical element (10).

Entwärmungsverfahren on an optical element (10), in particular within an arrangement of an optical system (100) according to one of Claims 1 to 12 and / or within a projection device or measuring and / or processing device and / or installation (200) according to Claim 13 , characterized in that in a for cooling the optical element (10) provided cooling device (20) a Entwärmungsstruktur (22, 22 ') is formed such that after irradiation of a functional area or surface (11) of the optical element (10) is set by electromagnetic radiation (50, 51) having a specific radiation intensity distribution (60 ') a Entwärmungskonfiguration through which a temperature distribution (70) in the functional area or surface (11) of the optical element (10) at the specific radiation intensity distribution (60 ') is leveled out.