DE3232953A1 - Light-deflecting device for deflecting in the x- and y-directions by means of mirrors - Google Patents

Light-deflecting device for deflecting in the x- and y-directions by means of mirrors

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DE3232953A1
DE3232953A1 DE19823232953 DE3232953A DE3232953A1 DE 3232953 A1 DE3232953 A1 DE 3232953A1 DE 19823232953 DE19823232953 DE 19823232953 DE 3232953 A DE3232953 A DE 3232953A DE 3232953 A1 DE3232953 A1 DE 3232953A1
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Anton Dipl.-Ing. Gugg (FH), 8000 München
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Abstract

The heretofore spatially separated deflecting mirrors have not been adequate for the complete exploitation of a flat-field scanning lens, i.e. its freedom from distortion, processing field size and beam diameter. The complete exploitation of such a lens is achieved by means of deflection in the x- and y-directions using a mirror which is mounted about a centre point. Moreover, completely symmetrical imaging characteristics are produced in all other light-deflecting systems which deflect in the x- and y-directions. <IMAGE>

Description

Beschreibungdescription

Lichtablenkvorrichtung für die Ablenkung in x- und y-Richtung mittels Spiegeln Die Erfindung betrifft eine Lichtablenkvorrichtung für die Ablenkung in x- und y-Richtung mittels Spiegeln.Light deflection device for the deflection in the x and y directions by means of Mirroring The invention relates to a light deflection device for the deflection in x- and y-direction by means of mirroring.

Es sind Lichtablenkvorrichtungen bekannt, bei denen die x- und die y-Ablenkung mit Hilfe von zwei in jeweils einer Achse drehbar gelagerten Spiegeln vorgenommen wird. Oft ist noch ein dritter, starr angebrachter Hilfsspiegel notwendig.There are light deflection devices are known in which the x and the y-deflection with the help of two mirrors, each rotatably mounted on one axis is made. A third, rigidly attached auxiliary mirror is often necessary.

( a, Buch, Guide for material processing by lasers; Laser Institute of America; The Paul M. Harrod Company, Baltimore 2nd Edition 1978; p 8-43 and 8-49.(a, book, Guide for material processing by lasers; Laser Institute of America; The Paul M. Harrod Company, Baltimore 2nd Edition 1978; p 8-43 and 8-49.

b, Prospekt, General Scanning Inc; Introduction sheet- xy Optical Scanners; Watertown, Mass 02172; p 2.b, prospectus, General Scanning Inc; Introduction sheet-xy Optical Scanners; Watertown, Mass 02172; p 2.

c, Prospekt, Chicago Laser Systems Inc.; Chicago Laser Systems Inc.c, Prospectus, Chicago Laser Systems Inc .; Chicago Laser Systems Inc.

providing practical solutions to net work trimming problems; U.S.A.providing practical solutions to net work trimming problems; UNITED STATES.

1980; p 7.) Bei den bekannten Ablenksystemen ist es nicht möglich, ein Flatfield-scanni-ng-lens-system voll zu nützen, da diese Systeme für genau einen Spiegelabstand korrigiert sind. Durch die Verwendung von zwei notwendigerweise räumlich getrennten Spiegeln tritt zumindest in einer Richtung eine zusätzliche Tonnen- bzw. Kissenverzeichnung auf.1980; p 7.) With the known deflection systems it is not possible to a flatfield-scanni-ng-lens-system to make full use, since these systems for exactly one Mirror spacing are corrected. By using two, necessarily spatial separate mirrors there is an additional barrel or Pincushion distortion.

Aufgrund der Auslenkung des ersten Spiegels muß der zweite nachfolgende Spiegel größer sein. Auch kann die theoretisch erreichbare Bearbeitungsfeldgröße in einer Richtung nicht ohne starke Verzeichnungen genützt werden. Darüber hinaus kann bei diesen Anordnungen der maximal zulässige Strahldurchmesser nicht um den vollen zulässigen Ablenkwinkel ausgelenkt werden bzw. muß bei gleicher Strahl leistung eine Verschlechterung der Strahidivergenz (direkt proportional mit der Fokussierbarkeit) in Kauf genommen werden.Due to the deflection of the first mirror, the second must follow one Mirror be bigger. The theoretically achievable processing field size can also be cannot be used in one direction without strong distortions. Furthermore With these arrangements, the maximum permissible beam diameter cannot be increased by the full permissible deflection angle or must be deflected with the same beam power a worsening of the beam divergence (directly proportional to the focusability) be accepted.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichtablenkvorrichtung zu schaffen, mit der durch ein korrigiertes Objektivsystem eine verzeichnungsfeie Abbildung erzielbar ist, die mit einem, dem Objektivsystem angepaßten größeren Strahldurchmesser und somit kleineren Strahldivergenz betreibbar ist und größere Bearbeitungsflächen zuläßt.The object of the present invention is to provide a light deflecting device to create a distortion-free lens system with a corrected lens system Image can be achieved with a larger beam diameter adapted to the objective system and thus smaller beam divergence can be operated and larger processing surfaces allows.

Desweiteren soll bei jedem anderen Einsatz dieser Lichtablenkvorrichtung eine vollsymmetrische Abbildung möglich sein. Darüberhinaus sollen alle Lichtablenkvorrichtungen, die in zwei Achsen ablenken, durch diese Erfindung ersetzt werden können.Furthermore, this light deflection device should be used for any other use a fully symmetrical mapping should be possible. In addition, all light deflection devices, which deflect in two axes can be replaced by this invention.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur ein einziger Ablenkspiegel vorgesehen ist.This object is achieved in that only a single deflecting mirror is provided.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine vollsymmetrische, verzeichnungsfreie Abbildung möglich ist: größere Strahldurchmesser und somit Strahlenbündel kleinerer Divergenz und höherer Leistung umlenkbar sind und größere Bearbeitungsfelder erreicht werden können.The advantages achieved with the invention are in particular: that a fully symmetrical, distortion-free image is possible: larger beam diameters and thus beams of smaller divergence and higher power can be deflected and larger edit fields can be reached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Die Figur zeigt eine perspektivische Darstellung des Lichtablenksystems.The figure shows a perspective view of the light deflection system.

In der Mitte befindet sich der Umlenkspiegel (1) der für die jeweilige Wellenlänge auf seiner Vorderfläche (20) dielektrische Interferenzschichten besitzt oder als Breitbandspiegel ausgeführt wird. Dies kann wiederum mit dielektrischen oder mit Metallschichten erfolgen.In the middle is the deflection mirror (1) for the respective Wavelength on its front surface (20) has dielectric interference layers or as a broadband mirror. Again, this can be done with dielectric or done with metal layers.

Bei der Ausführung mit dielektrischen Interferenzschichten wird der Spiegel noch für einen bestimmten Ablenkbereich gewählt, z. B. 450 Umlenkung + 12,5 Auslenkbereich, um günstige Reflexionseigenschaften zu erhalten. An den Spiegel werden nun an allen 4 Außenflächen (24) jeweils gegenüberliegend und in der Verbindungslinie den Mittelpunkt (21) schneidend die Lagerhalter (2 und 3) und die Lagerstifte (10 und 11), (auch Lagerkugeln, Lagerpunkte oder Lagerbolzen) angebracht.When using dielectric interference layers, the Mirror still selected for a certain deflection range, e.g. B. 450 deflection + 12.5 Deflection range in order to obtain favorable reflection properties. To the mirror are now on all 4 outer surfaces (24) opposite each other and in the connecting line the center point (21) intersecting the bearing holders (2 and 3) and the bearing pins (10 and 11), (also bearing balls, bearing points or bearing bolts) attached.

In der Figur ist ein Spielgel(1) gezeigt der zwei Lagerhalter (2) mit Lagerstiften (10) und zwei Lagerhalter (3) mit Lagerkugeln (11) besitzt. Die Lagerstifte (10) werden nun in den Lagerböcken (4) (z. B. Uhrensteinen) gelagert. Die Lagerböcke (4) sind mechanisch mit einem U-Profil (6) verbunden. Es kann auch ein Halbkreis oder eine andere geeignete geometrische Form verwendet werden. Die Verbindungslinie der beiden Lagerstifte (10) bildet eine Gerade durch den Mittelpunkt (21) des Spiegels (1). Senkrecht zu dieser Geraden und in der Verlängerung den Mittelpunkt (21) schneidend ist in dem U-Profil (6) eine Bohrung (7) angebracht. Durch diese Bohrung (7) ist nun eine Welle (8) befestigt. Diese Welle (8) ist z. B. in einem Galvanometerscanner wiederum in der Verlängerung den Mittelpunkt (21) des Spiegels (1) schneidend, gelagert. Diese Welle (8) kann nun durch ein elektromagnetisches Feld um einen definierten Betrag im oder entgegengesetzt des Uhrzeigersinns gedreht werden. Durch diese Anordnung kann nun der Ablenkspiegel (1) um eine Achse gedreht werden.Die Bewegung um die Achse wird mittels eines zweiten Galvanometerscanners gesteuert.In the figure, a game gel (1) is shown the two bearing holders (2) with bearing pins (10) and two bearing holders (3) with bearing balls (11). the Bearing pins (10) are now stored in the bearing blocks (4) (e.g. watch stones). The bearing blocks (4) are mechanically connected to a U-profile (6). It can also a semicircle or other suitable geometric shape can be used. the The connecting line of the two bearing pins (10) forms a straight line through the center point (21) of the mirror (1). The center point is perpendicular to this straight line and in the extension (21) cutting a hole (7) is made in the U-profile (6). Through this Bore (7) is now attached to a shaft (8). This shaft (8) is z. B. in one Galvanometer scanner, in turn, extends the center (21) of the mirror (1) cutting, stored. This wave (8) can now through an electromagnetic Field rotated clockwise or counterclockwise by a defined amount will. With this arrangement, the deflecting mirror (1) can now be rotated about an axis The movement around the axis is measured by means of a second galvanometer scanner controlled.

Der mechanische Aufbau ist wie folgt ausgeführt: Die zwei nun verbleibenden Lager (3) mit Lagerkugeln (11) senkrecht stehend zu den Lagerstiften (10) werden in einer Kugelhalbschale (5) spiegelfrei gefaßt. (Anstatt Kugeln können auch Lagerstifte verwendet und mittels eines Halbkreisprofils miteinander verbunden werden. Die Bewegung erfolgt dann durch abrollen einer Welle auf dem Halbkreis mit Unterstützung von gespannten MetallbAndern, um Schlupf zu venmeiden.) An diese Kugelhalbschalen (5) wird ein Gestänge (9) befestigt. An dem Gestänge (9) ist in gleichen Abständen von den Kugelhalbschalen (5) eine Bohrung (12) senkrecht zur Lagerachse angebracht. In diesen Bohrungen (12) ist jeweils ein Lager (22) eingebracht. Durch diese Lager (22) wird jeweils eine Achse (23) gesteckt, die an den Enden in den Lagern (13) einer Art Gabel (14) gefaßt sind. Die beiden Gabeln (14) sind mechanisch mit einer Stange (16) verbunden. Diese Stange (16) besitzt in der Mitte eine Bohrung (15) senkrecht unter dem Mittelpunkt (21) des Spiegels (1) oder parallel versetzt jeweils im Abstand (Kugelhalbschale (5) - Bohrung (12) ) der beiden Gestänge (9), durch die eine Welle (17) senkrecht zur Stange (16) gesteckt und fest verbunden ist. Durch Drehen an dieser Welle (17) bewegt sich der Spiegel (1) um seinen Mittelpunkt (21) genau um den gleichen Winkel wie die Welle (Parallelogrammverschiebung). Diese Welle (17) kann nun in einem Galvanometerscanner gelagert sein.The mechanical structure is carried out as follows: The two now remaining Bearings (3) with bearing balls (11) are perpendicular to the bearing pins (10) mirror-free taken in a spherical half-shell (5). (Instead of balls, bearing pins can also be used used and connected to one another by means of a semicircular profile. The movement then takes place by rolling a wave on the semicircle with the support of tensioned metal straps in order to avoid slippage.) a rod (9) is attached. On the linkage (9) is at equal intervals of the spherical half-shells (5) a hole (12) is attached perpendicular to the bearing axis. A bearing (22) is placed in each of these bores (12). Through these camps (22) an axle (23) is inserted into each of the ends in the bearings (13) a kind of fork (14) are taken. The two forks (14) are mechanically with one Rod (16) connected. This rod (16) has a hole (15) in the middle vertically below the center point (21) of the mirror (1) or offset in parallel in each case at a distance (spherical shell (5) - bore (12)) of the two rods (9) through one shaft (17) is inserted perpendicular to the rod (16) and firmly connected. By Turning on this shaft (17) the mirror (1) moves around its Center (21) exactly at the same angle as the shaft (parallelogram displacement). This shaft (17) can now be mounted in a galvanometer scanner.

Durch Änderung des elektromagnetischen Feldes in dem Galvanometerscanner kann diese Welle (17) um einen bestimmten Betrag ausgelenkt werden. Nun kann der Spiegel (1) unabhängig in der x- und y-Richtung um seinen Mittelpunkt (21) gedreht werden. Die mechanische Grundstellung des Spiegels (1) ist so. daß ein Lichtstrahl durch die Umlenkung in den Mittelpunkt des Bearbeitungsfeldes gelenkt wird. Dabei steht das Gestänge (9) mit den Kugelhalbschalen (5) senkrecht zur Spiegeloberfläche (20), da nur aus dieser Stellung die Winkelablenkung in-plus und minus Richtung gleich große Beträge zuläßt. Für Sonderfälle kann jede andere Grundstellung verwendet werden. Durch diese Aufhängung eines x-y Ablenksystems,gezeigt in der Figur, kann nun immer ein vollsymmetrisches Bearbeitungsfeld erreicht werden, egal ob die Anordnung vor einem Objektiv, hinter einem Objektiv oder ganz ohne weitere optische Zusatzkomponenten eingesetzt wird. LeerseiteBy changing the electromagnetic field in the galvanometer scanner this shaft (17) can be deflected by a certain amount. Now he can Mirror (1) rotated independently in the x and y directions about its center point (21) will. The basic mechanical position of the mirror (1) is like this. that a ray of light is steered by the deflection in the center of the processing field. Included the rod (9) with the spherical shells (5) is perpendicular to the mirror surface (20), since only from this position the angular deflection in the plus and minus direction allows equal amounts. Any other basic position can be used for special cases will. This suspension of an x-y deflection system, shown in the figure, can a fully symmetrical processing field can now always be achieved, regardless of whether the arrangement in front of a lens, behind a lens or without any additional optical components is used. Blank page

Claims (5)

Patentansprüche 1. Lichtablenkvorrichtung für die Ablenkung in x- und y-Richtung mittels Spiegeln dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Ablenkspiegel vorgesehen ist.Claims 1. Light deflection device for the deflection in x and y-direction by means of mirrors, characterized in that a single deflecting mirror is provided. 2. Lichtablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Umlenkspiegel drehbar um den Punkt gelagert ist, in dem die optische Achse auf den Spiegel trifft.2. Light deflection device according to claim 1, characterized that the deflection mirror is rotatably mounted about the point at which the optical axis hits the mirror. 3. Lichtablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel kardanisch gelagert ist.3. light deflection device according to claim 1, characterized in that that the mirror is gimbaled. 4. Lichtablenkvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung mechanisch, elektrisch.4. light deflection device according to claim 1, characterized in that that the distraction is mechanical, electrical. elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgt. takes place electromagnetically, hydraulically or pneumatically. 5. Lichtablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel mit Hilfe von zwei Galvanometerscannern über ein Gestänge bewegt wird.5. light deflection device according to claim 1, characterized in that that the mirror moves with the help of two galvanometer scanners over a linkage will.
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