DE19649993A1 - Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-Polygonspiegels mit hohem Reflexionsvermögen und danach hergestellter Polygonspiegel - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-Polygonspiegels mit hohem Reflexionsvermögen und danach hergestellter PolygonspiegelInfo
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- G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-
Polygonspiegels zur Ablenkung von Laserstrahlung für die Materialbearbeitung,
Nachrichtentechnik, Scanner usw.
Zur Strahlablenkung werden häufig Polygonspiegel eingesetzt. Polygonspiegel sind Zylinder
oder Kegel, die rund um ihre Achse auf der Außenfläche eine Anzahl von ebenen Spiegel
flächen besitzen (siehe Fig. 1).
Diese Spiegel werden meist in der sog. "Metalloptik" gefertigt, d. h. durch direktes Diamantfräsen
der optischen Flächen. Dieses Verfahren ermöglicht eine kosteneffiziente Herstellung großer
Stückzahlen. Als Basismaterial wird bei Anwendung dieses Verfahrens sehr häufig Aluminium
eingesetzt. Dieses besitzt eine hohe Stabilität bei hohen Drehzahlen des Spiegels.
Hohe Drehzahlen sind z. B. erforderlich, um hohe Zeilenfrequenzen erreichen zu können.
Aluminiumelemente besitzen jedoch trotz sorgfältigster Herstellung Störungen der Oberfläche.
Diese werden hervorgerufen durch stets vorhandene kleine Einschlüsse bzw. Störungen im
Material. Die Oberflächendefekte führen zu einem Verlust des Reflexionsvermögens der
Oberfläche (z. B. durch diffuse Streuung des Lichts) in einer Größenordnung von 2-4%, der sich
auch durch nachträgliche Beschichtung nicht beseitigen läßt. Bei hohen Laserleistungen, z. B. in
der Materialbearbeitung, führt die thermische Belastung zur Zerstörung der Spiegel an den
Störstellen der Oberfläche.
Ein weitaus besseres Ausgangsmaterial wäre z. B. Kupfer, für das Mikrorauhigkeiten von 4-5
nm rms (rms = quadratisches Mittel) erreichbar sind. Kupfer ist aber aufgrund seiner anderen
Materialeigenschaften nur für die Fertigung von langsamdrehenden Polygonspiegeln mit einer
maximalen Drehzahl von 8000 bis 10 000 min⁻1 geeignet.
Außerdem besitzt gewalztes Kupfer Korngrenzen, die sich bei hohen Laserleistungen auch
negativ auswirken können.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, für die Spiegelherstellung die Vorteile des
Materials Aluminium mit denen eines anderen Materials zu vereinen und dessen Nachteile
möglichst auszuschließen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und eine Anordnung gemäß den Ansprüchen 1 und 3
gelöst. Die Ansprüche 2, 4 und 5 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Merkmale der
vorangegangenen Ansprüche.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht und eine Schnittansicht des zylindrischen Polygonspiegels,
Fig. 2 die bearbeitete Oberfläche des Aluminiums und das Werkzeug zu deren Bearbeitung.
Die äußere Form des sechsseitigen zylindrischen Polygonspiegels ist aus der Fig. 1 eindeutig zu
entnehmen.
Der Grundkörper 1 des Polygonspiegels besteht aus Aluminium. Auf diesen Grundkörper wird
eine Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 100 µm aufgebracht. Vor der Beschichtung wird
der Aluminiumrohling in der in Fig. 2 gezeigten Weise bearbeitet, d. h. es werden mit einem
speziellen Diamantwerkzeug 2 in die Aluminiumoberfläche 3 Rillen 4 mit einer Tiefe von etwa
50 µm eingefräßt. Die sich nach dieser Bearbeitung ergebende Struktur vergrößert die
Oberfläche des Aluminiumkörpers und damit die Haftfestigkeit der aufzubringenden Kupfer
schicht.
Während der galvanischen Beschichtung muß das Polygon so gedreht werden, daß eine sehr
gleichmäßige Schichtablagerung erreicht wird. Gegebenenfalls nicht zu beschichtende Flächen
(z. B. Ober- und Unterseite) werden vorher durch einen Schutzlack abgedeckt.
Nach der Beschichtung wird die Kupferschicht mit einem gut bekannten Diamantfräsverfahren
bearbeitet. Dabei werden etwa 50 µm der aufgebrachten Schicht abgetragen. Die verbleibenden
50 µm Schichtdicke bilden eine gut haftende Basis auch für folgende Beschichtungsschritte mit
einer Mikrorauhheit von 4 bis 5 nm (rms).
Aufgrund des deutlich höheren Reflexionsgrades von Kupfer gegenüber Aluminium kann
speziell beim Einsatz im Bereich von Lichtwellenlängen oberhalb 0,6 µm auf eine
kostenaufwendige Beschichtung verzichtet werden. Galvanisch aufgebrachtes Kupfer ist sehr
homogen und besitzt kaum Korngrenzen.
Zur Verringerung der Oxidation ist eine einfache Belegung mit Siliziumdioxid sinnvoll.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Polygonspiegel wurden bei einer Drehzahl von
60 000 min⁻1 unter gleichzeitiger Einwirkung eines Kohlendioxidlasers mit einer Leistung von
2,5 kW getestet. Dabei konnten keine für die Anwendung nachteiligen Veränderungen der
Beschichtung festgestellt werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-Polygonspiegels mit hohem
Reflexionsvermögen,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein entsprechend geformter Grundkörper (1) aus Leichtmetall zur Erhöhung der
Haftfestigkeit einer aufzubringenden Metallschicht mit einer gleichmäßigen Oberflächenstruktur
versehen, sodann mit einer homogenen Metallschicht mit hohem Reflexionsvermögen
überzogen und die Metallschicht mit einem Diamantwerkzeug absolut plan gestaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Oberflächenstruktur Rillen (4) eingefräst werden.
3. Präzisions-Polygonspiegel, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Grundkörper (1) aus Aluminium und die aufgebrachte Metallschicht aus Kupfer
besteht.
4. Präzisions-Polygonspiegel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupferschicht galvanisch aufgebracht ist.
5. Präzisions-Polygonspiegel nach den Ansprüchen 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spiegeloberfläche mit Siliziumdioxid überzogen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996149993 DE19649993A1 (de) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-Polygonspiegels mit hohem Reflexionsvermögen und danach hergestellter Polygonspiegel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1996149993 DE19649993A1 (de) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-Polygonspiegels mit hohem Reflexionsvermögen und danach hergestellter Polygonspiegel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19649993A1 true DE19649993A1 (de) | 1998-05-28 |
Family
ID=7813430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1996149993 Withdrawn DE19649993A1 (de) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | Verfahren zur Herstellung eines ultraleichten Präzisions-Polygonspiegels mit hohem Reflexionsvermögen und danach hergestellter Polygonspiegel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19649993A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1168006A2 (de) * | 2000-06-21 | 2002-01-02 | Carl Zeiss | Verfahren zum Verbinden einer Vielzahl von optischen Elementen mit einem Grundkörper |
WO2003001250A1 (en) * | 2001-06-26 | 2003-01-03 | Flir Systems Ab | Method for achieving a mirror surface and mirror with such a mirror surface |
-
1996
- 1996-11-22 DE DE1996149993 patent/DE19649993A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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