DE19945087A1

DE19945087A1 - Taumeloptik für Hochleistungslichtquellen

Info

Publication number: DE19945087A1
Application number: DE19945087A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mueller; Georg Bostan Joglo
Original assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Current assignee: WOM World of Medicine GmbH
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-03-22
Also published as: DE29916584U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Optik, die Strahlung hochintensiver Lichtquellen wie z. B. Laser in vorhersehbarer Weise, entweder synchron oder asynchron die Wischbewegung einer menschlichen Hand nachahmend, über eine zu bestrahlende Oberfläche zu führen. Dabei werden in einer koaxialen Anordnung zwei gegeneinander ausgerichtete Keilplatten derart montiert, dass die jeweils der eintretenden bzw. austretenden Strahlung zugewandte Seite orthogonal zur Strahlrichtung verläuft und dass die einander gegenüberliegenden Seiten keilförmig angeordnet sind. Durch eine mechanisch oder motorisch angesteuerte Abstandsänderung kann der durch die keilförmigen Platten eintretende Parallelversatz der einfallenden optischen Strahlung in dem durch die Durchmesser der Keilplatten vorgegebenen Rahmen frei eingestellt werden.

Description

Aufgabenstellung

Es soll eine Optik geschaffen werden, die in der Lage ist, die Strahlung hochintensiver Lichtquellen wie z. B. Laser in vorhersehbarer Weise, entweder synchron oder asynchron die Wischbewegung einer menschlichen Hand nachahmend, über eine zu bestrahlende Ober fläche zu führen.

Stand der Technik

Bisher wird optische Strahlung sowohl im Bereich der Materialbearbeitung wie Informa tionstechnik lediglich regulär über zu beauf schlagende Oberflächen, sei es in vorbe stimmter, konturgebender Scan-Technik oder zeilen- bzw. kreisförmiger Scan-Technik ge führt. Demgegenüber sind bisher keine techni schen Lösungen verfügbar, mit denen es ge lingt, Hochintensitätslichtstrahlung, vorzugs weise eines Lasers, in vorher stimmbarer Wei se, synchron oder asynchron die Wischbewe gung einer menschlichen Hand nachahmend, über die Oberfläche des mit Lichtleistung zu beaufschlagenden Materials zu führen.

Erfindungsgemäße Lösung

Erfindungsgemäß werden in einer koaxialen Anordnung in einem ersten Ausführungsbei spiel zwei gegeneinander ausgerichtete Keil platten derart montiert, dass die jeweils der eintretenden bzw. austretenden Strahlung zu gewandte Seite orthogonal zur Strahlrichtung verläuft und dass die einander gegenüberlie genden Seiten keilförmig angeordnet sind. Durch eine mechanisch oder motorisch ange steuerte Abstandsänderung kann der durch die keilförmigen Platten eintretende Parallelver satz der einfallenden optischen Strahlung in dem durch die Durchmesser der Keilplatten vorgegebenen Rahmen frei eingestellt werden. Weiterhin sind die beiden Keilplatten frei ge geneinander drehbar und werden in dem be vorzugten Ausführungsbeispiel motorisch ge geneinander periodisch oder asynchron ver stellt. Hierdurch wird erreicht, dass im Rah men des durch den Abstand der Keilplatten vorgegebenen maximales Radius der durch die Keilplatten hindurchdringende Lichtstrahl sich synchron, d. h. in Form von Lissajoufiguren bzw. asynchron über die gesamte Fläche des vorgegebenen Kreisradius bewegt. Insbeson dere in Verbindung mit einem Hochintensi täts-Riesenpulslaser zur Oberflächenreinigung kann mit einer derartigen Taumeloptik die Wischbewegung der menschlichen Hand nachgeahmt werden, was überraschenderweise zu gleichmäßigeren Reinigungseffekten führt, als dieses bei regulärer Strahlführung, sei es durch lineares oder kreisförmiges Scannen, eintreten würde.

Die in der Anordnung nach Abb. 2-4 vorgese henen Kreisplatten erhalten für die benutzte Wirkwellenlänge eine Schwerpunktentspie gelung, um somit sicher einen Rückreflex in den Laserresonator zu vermeiden.

Wie in Abb. 2a und 3 dargestellt, können an stelle der keilförmigen Platten auch soge nannte dicke planparallele Platten verwendet werden, die gegenüber der Achse des Systems in einem wählbaren Anstellwinkel, der gleich zeitig den Parallelversatz der Wirkstrahlung zur Eingangsachse bestimmt, vorgesehen wer den.

Erfindungsgemäß ist jedoch auch jede andere technische Lösung, wie z. B. außeraxial ge fasste und rotierende Linsensysteme, die in nerhalb einer vorherbestimmbaren äußeren Geometrie, vorzugsweise einer Kreisfläche, die Wischbewegung einer menschlichen Hand in entweder synchroner oder asynchroner Wei se, realisieren können.

Abb. 1 zeigt das Prinzip der Taumeloptik im einfachsten Falle: Der kollimierte Laserstrahl 1 fällt vom Laser kommend in die Optik 2 und verläßt diese als parallelversetzter Strahl 3 (Abb. 1a). Die Optik verändert die Lage des Ausgangsstrahls zeitlich, sie scannt den Aus gangsstrahl dergestalt, daß er stets eine Paral lelversetzung erfährt. In dem gezeichneten Fall hat sich die Lage des Ausgangsstrahls nach einer kurzen Zeit verändert, sodaß der Aus gangsstrahl 4 oberhalb seiner alten Position 3 liegt. Dabei hat der Strahlmittelpunkt in die sem einfachen Fall einen Halbkreis beschrie ben.

Abb. 2a zeigt, daß diese einfache Kreisscan bewegung durch eine gekippte planparallele Platte 4 bewirkt wird, welche um die Achse des einfallenden Strahls 1 rotiert wird.

Abb. 2b zeigt eine weitere mögliche Anord nung, bestehend aus zwei Prismen 4, 5, welche in der gezeichneten gegensinnigen Stellung einen Parallelversatz des einfallenden Strahls 1 bewirken. Sie sind gemeinsam in einer Hal terung 6 gehaltert. Bei Rotation dieser Halter ung beschreibt der Mittelpunkt des die Tau meloptik verlassenden Strahls 3 einen Kreis, dessen Durchmesser durch den Abstand der beiden Prismen so eingestellt ist, daß er gerade das doppelte des Durchmessers des Laser strahls beträgt. Auf diese Weise wird eine Flä che so abgescannt, daß in ihrer Mitte keine unbestrahlte Teilfläche verbleibt, aber auch keine extreme Überhöhung der absorbierten Energie stattfindet.

Abb. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Anordnung. Der Strahl wird mittels zwei planparallelen Platten wiederum parallelver setzt. Die Stärke der Parallelversetzung ist hier abhängig von der Verdrehung der beiden Platten zueinander. Durch gezielte Relativ drehbewegung lassen sich periodische Strahlablenkungen in Form von Lissajoufigu ren erzeugen.

Ein weiteres bevorzugtes Beispiel zeigt Abb. 4. Hier sind zwei Prismen 4, 5 einzeln derge stellt gehaltert, daß sie eine gemeinsame Rota tion zuzüglich einer Relativdrehbewegung zueinander um eine gemeinsame Achse durch führen können, als auch daß der Abstand zwi schen ihnen variabel ist. Diese drei Verstell möglichkeiten werden motorisch betätigt, wo bei es freisteht, einzelne von ihnen periodisch zu betreiben.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zur flächigen Beaufschlagung von Oberflächen mit hochintensiver Lichtstrahlung dadurch gekennzeichnet, daß zeitperiodisch aus der Strahlachse abge lenkt wird, so dass eine größere als der Flä che des Querschnittes des Lichtstrahles ent sprechend abgerastet wird.

2. Verfahren und Vorrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Laser verwendet wird.

3. Verfahren und Vorrichtung nach 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Laser einen Strahldurchmesser von mehr als 1 mm hat.

4. Verfahren und Vorrichtung nach 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Winkelauslenkung des Laserstrahls aus der Strahlachse wahlweise mit fester oder variabler Phasenbeziehung erfolgt.

5. Verfahren und Vorrichtung nach 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung bzw. der Versatz der La serstrahlung aus der optischen Achse durch zwei zueinander geneigte im Abstand va riable dicke planparallele Platten, die für die Wellenlänge der Wirkstrahlung entspie gelt sind, erfolgt.

6. Verfahren und Vorrichtung nach 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlauslenkung/-versatz zur optischen Achse durch zwei einander zugeordnete Keilplatten erfolgt, dergestalt, dass die je weils nach aussen weisende Keilplatte im wesentlichen senkrecht in jedem Falle aber in einem voreinstellbaren Winkel zur opti schen Achse sich befindet und die einander zugeneigten Keilplatten im Hinblick auf ih ren Abstand verschieblich angeordnet sind.

7. Verfahren und Vorrichtung nach 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plan- bzw. Keilplatten um die Strahlachse einzeln phasenstarr bzw. pha senvariabel rotiert werden können.

8. Verfahren und Vorrichtung nach 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation durch Elektromotore erfolgt.

9. Verfahren und Vorrichtung nach 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsbewegung oszillierend über ein Hubdrehgetriebe erfolgt.