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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung einer Großoptik.
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Großoptiken, d.h. optische Bauelemente mit Diagonalen von über 200mm (vorzugsweise über 500mm), wie beispielsweise große Linsen sind Teil vieler Lasersysteme. Unter anderem werden Großoptiken bei der Herstellung von OLED (organic light-emitting diode)-Displays für Smartphone, Tablet-PCs, Fernsehgeräte usw. verwendet. Dabei wird eine linienförmige Laserbeleuchtung genutzt, um ein Werkstück thermisch zu bearbeiten. Eine weitere vielgenutzte Anwendung für die sequentielle Beleuchtung eines Werkstücks mit einer definierten Laserlinie kann das zeilenweise Aufschmelzen von amorphem Silizium auf einer Trägerplatte sein. Die Laserlinie wird, ähnlich zur Herstellung von OLED-Displays, mit einer definierten Geschwindigkeit relativ zu einer Werkstückoberfläche bewegt. Durch das Aufschmelzen und anschließende Abkühlen kann das vergleichsweise kostengünstige amorphe Silizium in höherwertiges polykristallines Silizium umgewandelt werden. Eine derartige Anwendung findet in der Praxis häufig als Solid State Laser Annealing SLA, als Sequential Lateral Solidification (SLS) oder als Excimer Laser Annealing (ELA) bezeichnet. Insbesondere für die Erzeugung langer, in definierter Weise geformter Laserlinien werden Großoptiken häufig eingesetzt. Um präzise Laserlinien zu erhalten spielt die Präzision der Optiken in den Lasersystemen eine entscheidende Rolle. Damit gemeint sind sowohl die Qualität der Optik an sich, aber auch deren Lage bzw. Position und Orientierung im Raum. So können beispielsweise kleinste Veränderungen bei Lage und Orientierung einer Linse mit hohem Brechungsindex eine große Wirkung auf die Qualität einer Laserlinie in der Arbeitsebene haben. Ebenso kann beispielsweise eine fehlerhafte Position oder Orientierung eines Umlenkspiegels eine große Auswirkung auf den Strahlengang eines Lasers und mithin die Form der Laserlinien auf der Arbeitsebene haben. Insofern stellt die Lagerung von optischen Bauteilen, insbesondere Großoptiken, häufig eine große Herausforderung dar.
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Eine Möglichkeit Optiken zu lagern besteht darin eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die Optik an ihren Rändern gehalten gelagert bzw. gehalten wird. Eine derartige Lagerung hat allerdings zur Folge, dass in der Mitte der Optiken eine maximale Durchbiegung entsteht. Während dieser Effekt bei kleinen Optiken keine wesentliche Rolle spielt, besteht bei einer solchen Lagerung für Großoptiken, die durchaus 40kg oder mehr wiegen können, die Gefahr einer sehr starken Durchbiegung. Dies ist insbesondere bei länglichen Großoptiken der Fall.
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Um die Durchbiegung zu minimieren ist es bei großen, länglichen Optiken üblich eine Lagerung in den sogenannten Besselpunkten vorzunehmen. Bei den Besselpunkten handelt es sich definitionsgemäß um die beiden symmetrisch angeordneten Auflagerungspunkte eines Längsträgers, bei denen dieser die geringstmögliche schwerkraftbedingte Verformung erfährt. Anders ausgedrückt sind Besselpunkte diejenigen Auflagepunkte eines Längsträgers (bzw. hier einer Großoptik), bei denen die Tangente an die Optik im Auflagepunkt horizontal verläuft.
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Problematisch bei der Lagerung von Großoptiken in den Besselpunkten ist allerdings, dass in diesen Punkten bzw. in den Bereichen dieser Punkte der Optik lokale Spannungen entstehen. Folge dieser Spannungen ist eine optische Anisotropie des Optikmaterials. Das bedeutet, dass ein Lichtwellenzug in zwei Anteile mit unterschiedlichen Schwingungsebenen aufgespalten wird, wenn er das Optikmaterial durchdringt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht und demzufolge der Brechungsindex sind dann richtungsabhängig. Diese Erscheinung heißt Spannungsdoppelbrechung. Sie führt insbesondere dazu, dass sich, wie oben beschrieben, die Polarisation eines einfallenden Laserstrahls ändert. Polarisationsempfindliche Verfahren wie etwa das oben genannte Solid State Laser Annealing (SLA) können dann nicht mehr präzise durchgeführt werden.
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Selbst wenn ein Laserbearbeitungsprozess an sich polarisationsunempfindlich ist, aber ein nachfolgendes Messsystem polarisationsempfindlich ist, kann eine Änderung in der Polarisation eines Laserstrahls durch eine Großoptik negative Auswirkungen haben. Denn dann kann unter Umständen das Messergebnis einer polarisationsempfindlichen Kamera bei falscher Deutung der Messergebnisse auf eine fehlerhafte Optik hinweisen, obwohl die Optik an sich tadellos funktioniert.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben mit der (insbesondere längliche) Großoptiken möglichst durchbiegungsfrei und spannungsfrei gelagert werden können. Vor allem sollen lokale Spannungen innerhalb der Großoptik vermieden werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Vorrichtung zur Lagerung einer Großoptik vorgeschlagen, die neben einer starren Auflagefläche, die auf einer Trägerplatte angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, eine Bodenoberfläche der Großoptik in einer vorbestimmten Position und Orientierung zu lagern, ferner eine elastische Auflagefläche aufweist, die auf der Trägerplatte der Vorrichtung angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, die Bodenoberfläche der Großoptik elastisch zu lagern. Mit anderen Worten weist die neue Vorrichtung eine erste Auflagefläche („starre Auflagefläche“) auf und eine zweite Auflagefläche („elastische Auflagefläche“) auf, wobei die erste Auflagefläche (wesentlich) weniger elastisch ist als die zweite Auflagefläche. Das heißt, dass die Begriffe „starr“ und „elastisch“ so auszulegen sind, dass „starr“ im Vergleich zu „elastisch“ „weniger elastisch“ bedeutet bzw. „elastisch“ im Vergleich zu „starr“ „weniger starr“ bedeutet. Die elastische Lagerung durch die elastische bzw. zweite Auflagefläche kann auch als „schwimmende“ Lagerung verstanden werden.
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Die neue Vorrichtung ermöglicht das Gewicht der Optik bis auf eine geringe Restkraft auf eine große Fläche zu verteilen. Abweichend vom Stand der Technik erfolgt nämlich keine (im Wesentlichen) punktförmige bzw. linienförmige, starre Lagerung, sondern eine flächige und daher gleichmäßigere Lagerung. Tatsächlich ist die elastische Auflagefläche dazu eingerichtet, sich an die Oberfläche der Großoptik anzuschmiegen und damit die Großoptik (besser) zu stützen. Dadurch nimmt die lokale Kraft auf die Großoptik ausgehend von der starren Auflagefläche derart ab, dass Polarisationseffekte, die aus lokalen Spannungen resultieren, deutlich reduziert werden.
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Üblicherweise besteht die starre Auflagefläche aus einem schmalen, starren Steg, welcher sich entlang einer kurzen Achse der Bodenoberfläche (Bodenoberfläche) der Großoptik erstreckt. Das Material für die starre Auflagefläche muss so gewählt sein, dass die starre Auflagefläche unter Einwirkung der Gewichtskraft der auf ihr gelagerten Großoptik nicht oder nur unwesentlich nachgibt. Mit anderen Worten sollte ein steifes Material gewählt werden, das über die Zeit in der Lage ist die Optik zu tragen und nicht nachzugeben. Als Material für die starre Auflagefläche kann beispielsweise ein hartes Metall wie bzw. Stahl gewählt. In der Regel wird die Großoptik so gelagert, dass ihre Bodenoberfläche, d.h. ihre Grundfläche parallel zur Trägerplatte verläuft. Die Trägerplatte ist in der Regel horizontal angeordnet.
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Neben einer starren Auflagefläche, ist es auch möglich mehrere, insbesondere zwei, voneinander getrennte, starre Auflageflächen zu verwenden. Tatsächlich werden in vielen Vorrichtungen zur Lagerung zwei starre Auflageflächen verwendet, da eine Justage bzw. Ausrichtung der Großoptik so in einfacher Weise vorgenommen werden. Insbesondere kann mit zwei starren Auflageflächen und einer definierten Anlage der Großoptik an diesen beiden Auflageflächen eine Verdrehung oder Verkippung der Großoptik vermieden werden.
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Um die Großoptik in einer festgelegten Position und Orientierung zu lagern können weiterhin ein oder mehrere (starre) Anlageflächen vorgesehen sein, die dazu eingerichtet sind, eine Seitenoberfläche der Großoptik in einer vorbestimmten Position und/oder Orientierung zu lagern.
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Der Begriff „starr“ im Hinblick auf die starre Auflagefläche (bzw. die starre Anlagefläche) bedeutet nicht, dass die Auflagefläche (oder Anlagefläche) nicht justierbar sein kann. Es muss jedoch die Möglichkeit bestehen, dass eine justierbare Auflage- oder Anlagefläche arretierbar ist, so dass eine feste Lagerung der Großoptik möglich ist.
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Vorzugsweise weist die starre Auflagefläche ein Elastizitätsmodul von mindestens 20 kN/mm2 und/oder höchstens 500 kN/mm2 auf, insbesondere mindestens 40 kN/mm2 und/oder höchstens 250 kN/mm2. Beispielsweise weist die starre Auflagefläche, bezogen auf einen Flächeninhalt der Kontaktfläche mit der Großoptik von 5.000 mm2, eine Federkonstante von mindestens 10 MN/mm und/oder höchstens 1.000 MN/mm auf, bevorzugt mindestens 100 MN/mm und/oder höchstens 500 MN/mm.
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Der Begriff „elastisch“ in Bezug auf die elastische Auflagefläche ist so zu verstehen, dass die elastische Auflagefläche bei Belastung mit einem Gewicht, insbesondere dem Gewicht der Großoptik, nachgibt, und zwar vorzugsweise in definiertem Umfang nachgibt. Beispielsweise kann die elastische Auflagefläche über eine vorbestimmte Vorspannung verfügen, die es der Auflagefläche erlaubt, bei Belastung dem Gewicht einer Großoptik in definierter Art und Weise nachzugeben. Das Nachgeben der elastischen Auflagefläche unter dem Einfluss des Gewichts der Großoptik hat zur Folge, dass diese schwimmend gelagert werden kann.
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Grundsätzlich denkbar ist auch die Verwendung mehrerer elastischer Auflageflächen. Vorzugsweise sind diese gleichmäßig verteilt, sodass sie die Grundfläche der Großoptik gleichmäßig stützen können. Je nach Form der Großoptik ist es vorteilhaft, dass mehrere elastische Auflageflächen in einer (oder mehreren) Reihe(n) quer und/oder parallel zu einer langen Seite (bzw. Längsachse) der Trägerplatte bzw. der Großoptik angeordnet sind. Eine Anordnung von mehreren Reihen von elastischen Auflageflächen in einer Richtung parallel zur Längsrichtung der Trägerplatte ist besonders vorteilhaft, wenn die Großoptik eine Dicke (in Querrichtung) von mehreren Zentimetern aufweist. Beispielhaft kann es sich bei den mehreren elastischen Auflageflächen um Federdruckstücke handeln.
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Die Trägerplatte der Vorrichtung kann als separate Platte ausgebildet sein, die dazu eingerichtet ist, in eine Fassung für eine Großoptik eingebracht zu werden. Gleichwohl kann es sich bei der Trägerplatte um einen Bestandteil einer derartigen Fassung handeln.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die starre Auflagefläche der Vorrichtung dazu eingerichtet, die Großoptik an einem Besselpunkt der Großoptik oder an einem Randpunkt der Bodenoberfläche der Großoptik zu lagern.
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Ein Besselpunkt der Großoptik ist dabei definiert als einer der beiden symmetrischen Punkte, bei denen die Großoptik eine minimale Verformung erfahren würde, wenn sie auf diesen Punkten gelagert wäre. Als Randpunkte sind die Punkte an den Enden der Längsachse der Großoptik zu verstehen. Dabei handelt es sich regelmäßig um Punkte, deren imaginäre Verbindungslinie senkrecht zu der Einfallsrichtung eines Laserstrahls in Lasersystemen steht.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist auf der starren Auflagefläche eine Metallfolie und/oder eine Kunststofffolie angeordnet. Die Verwendung einer derartigen Folie kann insbesondere dann hilfreich sein, wenn die Vorrichtung mehrere starre Auflageflächen umfasst und diese nicht exakt parallel ausgerichtet sind bzw. im Vergleich zur Trägerplatte unterschiedliche Höhen aufweisen. Bereits leichte Höhenunterschiede reichen nämlich aus, dass unerwünschte Spannungsspitzen in der darauf gelagerten Großoptik entstehen können. Um derartige Spannungsspitzen zu vermeiden kann eine Metall- und/oder Kunststofffolie auf zumindest einer der starren Auflageflächen ausgelegt werden, und zwar zur Bodenseite der Großoptik hin, so dass die Folie(n) parallel zur Bodenseite der Großoptik verläuft. Als Metallfolie kommt vorzugsweise Zinn- oder Aluminiumfolie zum Einsatz. Grundsätzlich denkbar ist alternativ oder zusätzlich auch der Einsatz einer Kunststofffolie, bspw. einer Polytetrafluorethylen (PTFE) - Folie. Ebenso denkbar ist der Einsatz mehrerer, aufeinandergelegter Metall- bzw. Kunststofffolien, beispielsweise einer Zinnfolie und einer Aluminiumfolie, die in beliebiger Weise aufeinander angeordnet sein können. Mit Hilfe derartiger Folien können etwaige Höhenunterschiede in einfacher Weise ausgeglichen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wirken mehr als 50 Prozent der Gewichtskraft der Großoptik auf die elastische Auflagefläche wirken, vorzugsweise zwischen 70 und 95 Prozent der Gewichtskraft, weiter vorzugsweise zwischen 85 und 95 Prozent der Gewichtskraft.
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Dementsprechend wirken weniger als 50 Prozent der Gewichtskraft der Großoptik auf die starre Auflagefläche (bzw. die starren Auflageflächen), vorzugsweise zwischen 5 und 30 Prozent der Gewichtskraft, weiter vorzugsweise zwischen 5 und 15 Prozent der Gewichtskraft.
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Mit dieser Ausgestaltung wird einerseits sichergestellt, dass die von der starren Auflagefläche lokal in der Optik induzierten Spannungen weitestgehend reduziert werden. Andererseits wird sichergestellt, dass weiterhin genügend Gewichtskraft von der starren Auflagefläche getragen wird, um eine präzise Positionierung und Ausrichtung der Großoptik zu gewährleisten bzw. um eine sichere und definierte Anlage an Anlagepunkten der Vorrichtung zu gewährleisten. Besonders bevorzugt lagern 90 Prozent der Gewichtskraft der Großoptik auf der elastischen Auflagefläche und 10 Prozent der Gewichtskraft auf der starren Auflagefläche (bzw. den starren Auflageflächen).
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die elastische Auflagefläche einen Federstreifen mit einer Vielzahl elastischer Federn.
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Der Federstreifen wird gebildet aus einer Aneinanderreihung von Federn in einer Linie, wobei die Federn an mindestens einer Stelle jeweils miteinander verbunden sind. Die Anordnung des Federstreifens in der Vorrichtung ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Längsrichtung (d.h. die Richtung entlang der längeren Seite) des Federstreifens parallel zur Längsachse der Trägerplatte (bzw., wenn eingebaut, zur Längsachse der Großoptik) verläuft. Die Form der Federn ist grundsätzlich beliebig. Besonders geeignet sind Federn, die eine Wölbung weg von der Trägerplatte aufweisen und somit zu der Bodenfläche einer zu lagernden Großoptik zeigen. Ebenso geeignet sind Federn, die einen elastischen (bzw. federnden) Arm aufweisen, der weg von der Trägerplatte zeigt, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 30° und 50° weg von (der Oberfläche) der Trägerplatte.
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In einer weiteren Ausgestaltung beträgt eine Steigung einer Federkennlinie einer Feder der elastischen Federn des Federstreifens zwischen 0,1 N/mm und 10 N/mm, vorzugsweise zwischen 0,5 N/mm und 2 N/mm, weiter vorzugsweise zwischen 0,8 N/mm und 1,2 N/mm, also beispielsweise 1 N/mm. Die Federkonstante des gesamten Federstreifens hängt von der Anzahl der einzelnen Federn und der Länge des Streifens ab. Die Federkennlinie einer Feder gibt an, wie sich eine Feder sich bei Arbeit verhält. Genauer gesagt beschreibt sie das Verhältnis zwischen Federkraft und Federweg. Je nach Bauform der Feder oder eingesetztem Federsystem unterscheidet man in eine lineare, progressive, degressive oder kombinierte Federkennlinie. Grundsätzlich sind Federn mit einer geringen Steigung in ihrer Federkennlinie (wenig Kraftänderung bei Wegänderung) besser geeignet als Federn mit einer großen Steigung in ihrer Federkennlinie. Insofern sind insbesondere sehr elastische Federn zu bevorzugen, da hiermit mögliche Toleranzen besser ausgeglichen werden können bzw. eine gelichmäßigere Gewichtsverteilung gewährleistet ist.
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Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Federstreifen mindestens 50 und/oder höchstens 400 elastische Federn, bevorzugt mindestens 100 und/oder höchstens 300 elastische Federn und besonders bevorzugt mindestens 150 und/oder höchstens 250 elastische Federn.
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Beispielsweise weist der Federstreifen eine Länge zwischen 50 mm und 1000 mm und bevorzugt zwischen 100 mm und 600 mm auf.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst das Material des Federstreifens Metall und/oder Kunststoff.
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Mögliche Metalle sind u.a. Kupfer oder Kupferlegierungen wie Kupferberrylium (CuBe), Bronze (CuSn) oder Messing (CuZu), Edelstahl, Edelstahllegierungen oder Aluminiumlegierungen. Insbesondere Kupferberrylium ist als Material für die Federstreifen geeignet, weil es trotz seiner hohen Festigkeit leicht verformbar ist, eine hohe Relaxationsbeständigkeit aufweist und langlebig (insbesondere rostfrei) ist.
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Mögliche Kunststoffe für den Federstreifen sind beispielsweise Elastomere, kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), insbesondere kohlenstofffaserverstärkte oder glasfaserverstärkte Elastomere. Besonders geeignet sind auch Polyetherimide (z.B. 1,4-Bis(4-nitrophthalimido)-phenylen). Federsteifen aus geeigneten Kunststoffen bieten hohe Festigkeiten, gutes Ermüdungsverhalten, kaum Korrosionsprobleme und geringes Gewicht.
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Da bei UV-Bestrahlung bei einigen Kunstoffen jedoch die Beständigkeit eingeschränkt ist und teilweise auch Ausgasungen vorkommen können, die empfindliche optische Prozesse stören können, sind Federstreifen aus Metall in der Regel zu bevorzugen.
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Je nach Größe bzw. Dicke der Großoptik kann es auch von Vorteil sein, wenn auf der Trägerplatte mehrere Federn so in einer Reihe angeordnet sind, dass die Reihe parallel oder quer zur Längsachse der Großoptik verläuft, wenn die Großoptik auf der Trägerplatte fixiert ist.
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Weiter vorzugsweise verfügt der Federstreifen über eine vorbestimmte Metalldicke und/oder Vorspannung.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elastische Auflagefläche mehrere Gewindeschrauben, vorzugsweise Gewindeschrauben, die eine elastische Feder umfassen.
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Die Anzahl der verwendeten Gewindeschrauben ist beliebig. Grundsätzlich gilt, dass je mehr Gewindeschrauben verwendet werden, desto mehr Gewicht der Großoptik kann auf die Gewindeschrauben übertragen werden und desto stärker ist die Entlastung der starren Auflagefläche(n). Die Gewindeschrauben sind auf der Trägerplatte möglichst so verteilt, dass sie die Großoptik gleichmäßig stützen können.
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Bevorzugt handelt es sich bei den Gewindeschauben um Schrauben, die eine Feder umfassen bzw. um Schrauben mit einem federnden Druckstück. Das federn Druckstück kann dabei in den Kern der Schraube eingelassen sein. Gleichwohl sind auch Schrauben denkbar, bei denen eine Feder außen um das Gewinde angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elastische Auflagefläche mehrere elastische Kunststofflager, vorzugsweise Elastomerlager.
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Die Kunststofflager können beispielsweise in Form von O-Ringen ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die elastische Auflagefläche zumindest eines von einem hydrostatischen Lager, einem hydrodynamischen Lager, einem aerostatischen Lager und einem aerodynamischen Lager.
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Denkbar ist beispielsweise, dass die elastische Auflagefläche eine Gasdruckfeder umfasst. Da Gasdruckfedern als Gas in der Regel Stickstoff enthalten, sind sie diesbezüglich auch besonders gut für Reinraumbedingungen, wie sie meist bei Laseranwendungen erforderlich sind, geeignet. Allerdings besteht bei Gasdruckfedern oftmals das Problem, dass die Kolbenstange i.d.R. über eine Ölfüllung und Dichtung abgedichtet wird. Das Öl führt dazu, dass die Kolbenstange immer mit Öl benetzt ist. Derartige Gasdruckfedern sind aus diesem Grund eigentlich nicht für Reinräume geeignet. Bei Verwendung verträglicher Schmiersysteme bzw. bei Verwendung entsprechender Abdeckungen für die freiliegenden Kolbenstangen ist die Verwendung von Gradruckfedern aber grundsätzlich denkbar.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1A eine vereinfachte, schematische Darstellung einer Lagerung einer Großoptik in deren Besselpunkten und den zugehörigen Druckspannungs- und Biegespannungsverlauf,
- 1B eine vereinfachte, schematische Darstellung einer Lagerung einer Großoptik in Randpunkten und den zugehörigen Druckspannungs- und Biegespannungsverlauf,
- 2 ein Diagramm eines Linienprofils einer Großoptik,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung,
- 4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung,
- 5 eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung mit eingebauter Großoptik,
- 6 eine Querschnittsansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung mit eingebauter Großoptik, und
- 7A bis 7D verschiedene Ausführungsbeispiele von Federstreifen.
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1A ist eine vereinfachte, schematische Darstellung einer Lagerung einer mit der Bezugsziffer 50 bezeichneten Großoptik. In der gezeigten Darstellung wird die (längliche) Großoptik 50 in den (zu ihrer länglichen Seite gehörigen) Besselpunkten BP1 und BP2 über starre Auflageflächen 14a und 14b gelagert. Weiterhin schematisch gezeigt sind der durch die Lagerung bedingte Druckspannungsverlauf D und Biegespannungsverlauf B über die Länge L der Großoptik hinweg. Aus den Spannungsverläufen D und B lässt sich erkennen, dass die Gewichtskraft der Großoptik 50 im Bereich der Besselpunkte BP1 und BP2 zu Druck- und Biegespannungen führt. Weiterhin erkennbar ist, dass sich die Biegespannung D über die Länge der Großoptik hinweg zwischen Druck- und Zugspannung wechselt. Während die Druckspannung bei den Auflageflächen 14a bzw. 14b maximal ist, ist die Zugspannung bei der Mitte der langen Seite der Großoptik maximal.
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1B ist eine vereinfachte, schematische Darstellung einer Lagerung einer Großoptik 50 in den Randpunkten R1 und R2 und den zugehörigen Druckspannungsverlauf D und Biegespannungsverlauf B über die Länge der Großoptik 50 hinweg. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Gewichtskraft der Großoptik 50 zu einer Druckspannung im Bereich der starren Auflageflächen 14a und 14b, d.h. im Bereich der Randpunkten R1 und R2, führt. Tatsächlich werden die Spannungen umso höher, je größer die Gewichtskraft der Großoptik ist und je kleiner die Auflageflächen 14a und 14 sind. Dies gilt auch für die in 1A gezeigte Lagerung.
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Aus wirtschaftlichen Gründen wird die Länge der Großoptik 50 teilweise so gewählt, dass sie kleiner oder gleich groß der auf einer Arbeitsebene zu erzeugenden Linienlänge eines Laserstrahls ist. Das bedeutet, dass die durch die in den 1A und 1B gezeigten Lagerungen erzeugten Spannungen in den jeweiligen Großoptiken innerhalb des optisch genutzten Bereichs liegen. Selbst wenn die Optiken etwas größer als die typischen Linienlängen gewählt werden, beispielsweise, wenn die Linienlänge 1500 mm beträgt und die Optiklänge 1800 mm beträgt, liegen die erzeugten Spannungen oft innerhalb des optisch genutzten Bereichs. Mithin weisen die Spannungsverläufe der 1A und 1B in eindrücklicher Weise auf den Bedarf einer verbesserten Lagerung hin.
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Die Auswirkungen der durch eine Lagerung in den Besselpunkten induzierten Spannungen innerhalb einer Großoptik sind in 2 gezeigt. 2 zeigt in der oberen Abbildung eine Darstellung eines Intensitätsprofils einer durch eine Großoptik verlaufende Laserlinie im Fokus. Das Profil ist entlang der langen Seite der Großoptik aufgenommen (x-Richtung). Die untere Abbildung umfasst mehrere übereinandergelegte Längsschnitte durch das gezeigte Intensitätsprofil bzw. Schnitte entlang verschiedener y-Positionen, wobei die y-Richtung die Ausbreitungsrichtung der Laserlinie darstellt. Wenn die Kamera nicht vollständig polarisationsunempfindlich ist (wie in diesem Fall), weisen die Bereiche im Intensitätsprofil, die Bereichen in der Großoptik zugeordnet sind, in denen durch Spannungen (induziert durch starre Lagerung) die Polarisation gedreht wird, Intensitätsänderungen auf. Ohne Kenntnis dieses Effekts würde man allerdings bei Betrachtung des Intensitätsprofils vermuten, dass in diesen Bereichen, d.h. in den Auflagepunkten 14a und 14b, das Linienprofil eine höhere Intensität aufweist, obwohl dies tatsächlich gar nicht der Fall ist bzw. lediglich durch die Polarisationsdrehung induziert ist.
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In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist einer perspektivischen Ansicht gezeigt und umfasst eine flache Trägerplatte 12 sowie eine auf der Trägerplatte 12 angeordnete starre Auflagefläche 14a. Die starre Auflagefläche 14a ist als starrer, flacher Körper ausgebildet. Im Bereich der starren Auflagefläche 14a sind auf der Trägerplatte starre Anlageflächen 18a und 18b angeordnet, die wie die starre Auflagefläche 14a dazu eingerichtet sind, eine Großoptik (hier nicht gezeigt) in einer vordefinierten Position (und Orientierung) zu halten. Obwohl nicht gezeigt, können die starren Anlageflächen prinzipiell justierbar sein und/oder eine Schraube mit Federvorspannung aufweisen, die dazu eingerichtet ist gegen die Großoptik zu drücken. Auf der Trägerplatte 12 ferner angeordnet sind zwei elastische Auflageflächen 16a und 16b in Form einfacher Federstreifen. Die Federstreifen haben eine vordefinierte Elastizität bzw. Vorspannung und sind dazu eingerichtet, die Großoptik elastisch zu lagern. Insbesondere sollen die Federstreifen als Unterstützungselemente für die starre Auflagefläche 14a der Gewichtskraft einer eingebrachten der Großoptik 50 (von unten) entgegenwirken.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung 10. 4 zeigt insbesondere die zu der Vorrichtung 10 gehörige Trägerplatte 12, zwei auf der Trägerplatte angeordnete starre Auflageflächen 14a und 14b sowie drei elastische Auflageflächen 16a, 16b und 16c. Die Trägerplatte ist dabei Teil einer Fassung wie sie für Laseranwendungen mit Großoptiken üblich ist.
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Die elastischen Auflageflächen 16a, 16b und 16c umfassen jeweils einen metallischen Federstreifen. Die Federstreifen sind so angeordnet, dass sie in einer Reihe parallel zur Längsrichtung y der Trägerplatte 12 verlaufen. Somit können die elastischen Auflageflächen die Großoptik 50 in eingebautem Zustand über die gesamte der Länge der Großoptik hinweg stützen.
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Ferner ist in 4 eine Großoptik 50 gezeigt, die dazu geeignet ist in der Fassung auf der Trägerplatte 12 durch die starren Auflageflächen 14a und 14b sowie durch die elastischen Auflageflächen 16a, 16b und 16c gelagert zu werden. Die Großoptik 50 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer großen, plan-konvexen Sammellinse mit einer Bodenfläche 52 (nicht gezeigt), vier Seitenflächen 54a, 54b, 54c und 54d und einer Oberseite 56.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung 100 mit eingebauter Großoptik 50. Große Teile der Trägerplatte 12 sowie die starren Auflageflächen 14a und 14b und die elastische Auflageflächen 16a, 16b und 16c sind in dieser Ansicht von der Großoptik 50 bedeckt.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung 10 mit eingebauter Großoptik 50. Durch die Transparenz der Großoptik 50 ist erkennbar, wie die Großoptik 50 auf der starren Auflagefläche 14a und auf der elastischen Auflagefläche 16a aufliegt.
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Die 7A bis 7D zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Federstreifen als Beispiel elastischer Auflageflächen 16a. Jeder der gezeigten Federstreifen besteht aus einer Aneinanderreihung einzelner elastischer Federn 162 in einer Linie, wobei die Federn 162 an mindestens einer Stelle jeweils miteinander verbunden sind. Die gezeigten Federstreifen bestehen in jedem der gezeigten Ausführungsbeispiele aus einem dünnen, gebogenen Blech. Die Federstreifen bzw. einzelnen Federn 162 sind dabei so geformt, dass sie eine Wölbung aufweisen. Bei Montage der Federstreifen bzw. Federn 162 auf einer Trägerplatte 12 der neuen Vorrichtung 10 sind die Federstreifen bzw. Federn 162 so angeordnet, dass die Wölbung weg von der Trägerplatte 12 zeigt. Mithin zeigt die Wölbung bei Einbau einer Großoptik 50 auf die Trägerplatte zur Bodenfläche 52 der Großoptik und kann so die Großoptik (flächig) stützen.
