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Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand einen Support für
ein optisches Element, wie einen Spiegel, eine Linse, ein Netz, eine
Blende oder dergleichen.
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Der Support gemäß der Erfindung findet in allen jenen
Apparaturen Anwendung, die ein optisches System umfassen, in dem es
erforderlich oder zumindest wünschenswert ist, die Position des optischen
Elements relativ zur optischen Achse des optischen Systems einjustieren zu
können. Der Support gemäß der Erfindung kann demgemäß insbesondere in
einem Laser als Support für die Spiegel verwendet werden, die sich an
den beiden Enden des Laser-Hohlraums befinden.
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In Fig. 1 bzw. 2 ist ein Support bekannten Typs von vorn bzw.
von der Seite gesehen dargestellt.
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Dieser Support umfaßt im wesentlichen ein Gestell 2, auf dem
eine Platte 4 in Anlage gehalten wird. Das Gestell setzt sich aus einem
Sockel 6 und einer Partie 8 zusammen, die mit dem Sockel 6 verbunden ist
und auf der Platte 4 in Anlage von zwei Schrauben 10, 12 gehalten wird.
Jede Schraube umfaßt einen Kopf, der sich auf eine Seite der Platte
legt, einen die Platte 4 durchsetzenden Schaft, eingeschraubt in ein
Gewindeloch 14 bzw. 16 der Partie 8 sowie eine Feder, die konzentrisch zum
Schraubenschaft angeordnet ist in einem Sackloch der Platte.
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Diese Feder drückt einerseits auf den Kopf der Schraube und
andererseits auf den Boden des Sacklochs und hält auf diese Weise die
Platte 4 gegen die Partie 8.
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Der Kontakt zwischen der Platte 4 und dem Gestell 2 wird an
drei Punkten realisiert: einem festen, mit 18 bezeichneten Punkt, der
realisiert sein kann durch einen Nocken auf der Platte 4, der mit einem
konischen Loch in der Partie 8 zusammenwirkt, und zwei bewegliche
Punkte, die von zwei Einstellschrauben 21, 22 definiert werden. Jede dieser
Schrauben ist auf einer Hexagonalstange 24, 26 montiert und
eingeschraubt in ein Gewindeloch 28, 30, welches die Partie 8 durchsetzt.
Zwei Löcher sind außerdem in die Platte 4 eingearbeitet für den
Durchtritt der hexagonalen Stangen 24, 26. Die beweglichen Punkte ermöglichen
zu vermeiden, daß Spannungen in der Platte 4 entstehen, wenn eine
relative Veränderung der Abmessungen der Platte 4 und des Gestells 2
erfolgt, beispielsweise infolge einer Temperaturänderung.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist das Ende 32 der Schraube 20 abgerundet.
Dieses Ende greift in eine Dreiecknut 34, eingearbeitet in die Platte 4.
Das Ende der Schraube 20 kann sich auf diese Weise frei längs der Achse
der Nut verlagern. Das Ende 33 der Schraube 22 ist eben oder abgerundet.
Es liegt an der Oberfläche der Platte 4 an und kann sich frei in allen
Richtungen verlagern. Um diese Verlagerungen zu ermöglichen, sind die
Sacklöcher, in denen die den Federn 10, 12 zugeordneten Schrauben
untergebracht sind, und die Löcher, die in die Platte 4 für den Durchtritt
der hexagonalen Stangen 24, 26 eingearbeitet sind, mit einem Durchmesser
versehen, der ausreicht, daß die Federn und die hexagonalen Stangen
kleine Bewegungen in einer Ebene senkrecht zur Schraubenachse ausführen
können.
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Die Kontaktpunkte, definiert durch die Enden der
Einstellschrauben 20, 22 und durch den festen Punkt 18, bilden ein
rechtwinkliges Dreieck. Demgemäß kann man die Platte 4 verdrehen um eine erste
Achse, definiert durch die Einstellschraube 20 und den festen Punkt 18,
indem man die Einstellschraube 22 hinein- oder herausschraubt. In gleicher
Weise ist die Platte 4 um eine zweite Achse senkrecht zur ersten Achse
beweglich, definiert durch die Einstellschraube 22 und den festen Punkt
18, wenn man die Einstellschraube 20 hinein- oder herausschraubt.
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Diese zwei Freiheitsgrade ermöglichen es, die Platte 4 zu
orientieren und infolgedessen die optische Achse des Supports, der
senkrecht verläuft zu dieser Platte 4 in der gewünschten Richtung.
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Ein dritter Freiheitsgrad ist vorgesehen. Ein Schwalbenschwanz
36 ist in der Basis des Sockels 6 ausgebildet. Er ermöglicht eine
translatorische Verlagerung in einer Richtung senkrecht zur Partie 8, d. h. im
wesentlichen parallel zur optischen Achse des Supports. Diese
translatorische Verlagerung wird von einer (nicht dargestellten) Schiene geführt,
in der der Schwalbenschwanz 36 gleitet. Die Position des Gestells kann
blockiert werden, indem man eine Klemme 38 mittels einer Schraube 40
ausfährt.
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Das optische Element 42 wird in Anlage an einer Seite der
Platte 4 durch drei elastische Lamellen 44, 46, 48 gehalten, die in
Dreieckform an drei Stiften 50, 52, 54 (nicht in Fig. 2 dargestellt)
befestigt sind. Der Kontakt zwischen der Platte 4 und dem optischen
Element 42 wird beispielsweise an drei Punkten durch halbkugelige Elemente
realisiert, die etwa bei 56, 58 mit der Platte 4 verbunden sind. In dem
Fall, wo das optische Element 42 auf der Seite der Platte 4 befestigt
ist, die sich an die Partie 8 anlegt, umfaßt diese Partie 8 eine
Ausnehmung 60, die ausreicht, um das optische Element 42 und seine
Befestigungsmittel nicht zu stören. Wenn das optische Element 42 mindestens
teilweise transparent ist, muß in ähnlicher Weise die Platte 4 mit einer
Öffnung 62 gegenüber dem optischen Element versehen sein, um den
Durchtritt des optischen Strahls zu vermöglichen.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte bekannte Support ist
nicht vollständig befriedigend. Das Befestigungssystem des optischen
Elements auf der Platte erlaubt nämlich nicht eine präzise und
reproduzierbare Positionierung dieses optischen Elements. Dies ist in vielen
Fällen störend, insbesondere dann, wenn die Oberfläche des optischen
Elementes nicht eben ist, sondern konkav oder konvex, und wenn die
Auftreffoberfläche des optischen Strahls auf diese Oberfläche zwingend
senkrecht zur Richtung des optischen Strahles sein muß.
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Diese Beschränkung zeigt sich insbesondere für konkave
Spiegel, die die Enden des Resonanzhohlraumes eines Lasers bilden. In diesem
Fall wird beim Austausch des Spiegels der neue Spiegel im allgemeinen
nicht exakt positioniert wie der vorhergehende Spiegel, und es ist
erforderlich, zu delikaten Regulierungen der Schraube 20 und 22 zu
schreiten, damit die Bedingung des senkrechten Auftreffens erneut erfüllt
wird.
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Die bei Lasern verwendeten Spiegel verschlechtern sich jedoch
ziemlich schnell im Auftreffpunkt des Strahls. Es ist demgemäß
erforderlich, periodisch den Spiegel zu verlagern, um den Auftreffpunkt zu
ändern. Im Falle eines sphärischen oder gering asphärischen Spiegels ist
es üblich, einen Auftreffpunkt zu wählen, der sich nicht in der Achse
des Spiegels befindet, und den Auftreffpunkt zu verändern, indem man den
Spiegel geringfügig um seine Achse verdreht. Die aufeinanderfolgenden
Auftreffpunkte befinden sich demgemäß auf einem Kreisbogen, der auf die
Achse des Spiegels zentriert ist; die aufeinanderfolgenden Zonen des
Spiegels, wo das Auftreffen erfolgt, haben dieselbe Orientierung relativ
zu dem Laserstrahl, und es ist normalerweise deshalb nicht erforderlich,
die Position des Spiegels nach jeder Änderung des Auftreffpunkts neu
einzustellen. In der Praxis jedoch bringt die Manipulation des Spiegels
beim Drehen immer eine unbeabsichtigte Versetzung der Achse des Spiegels
infolge des nichtperfekten Befestigungssystems des Spiegels auf der
Platte mit sich. Man muß demgemäß zu langen und delikaten Einstellungen
übergehen nach jeder Änderung der Auftreffpunktzone, damit die neue
Auftreffpunktzone senkrecht zum Laserstrahl steht.
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Ein zweiter Nachteil des bekannten Befestigungssystem des
optischen Elementes liegt darin, daß die elastischen Lamellen sich an eine
Seite des optischen Elementes anlegen und die Tendenz haben, es zu
verkratzen.
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Das Dokument EP-A-179 426 beschreibt einen Support für ein
optisches Element mit den Merkmalen, die in der Präambel des beigefügten
Hauptanspruchs aufgelistet sind. Der Support umfaßt insbesondere
Einstellmittel zum Justieren der Position eines Supportteils für das
optische Element und demgemäß der Position des optischen Elementes selbst in
der Ebene parallel zu der Platte, auf der es montiert ist. Dieser
Support für ein optisches Element beseitigt demgemäß den ersten Nachteil
des Standes der Technik, der oben genannt wurde. Gemäß diesem Dokument
jedoch wird das optische Element an dem Supportteil mit Hilfe mehrerer
Schrauben befestigt. Ein solche Konstruktion weist die Nachteile auf,
einerseits den Austausch des optischen Elements mühsam zu machen und
andererseits die Verlagerung des optischen Elementes unmöglich zu machen
für die Änderung des Auftreffpunktes des Lichtstrahls.
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Die Erfindung hat zum Ziel, die Nachteile der bekannten
Supports zu beseitigen und insbesondere einen Support für ein optisches
Element zu schaffen, der eine präzise Positionierung dieses optischen
Elementes ermöglicht, ohne im geringsten die Möglichkeiten der
Verlagerung, beispielsweise durch Verdrehen desselben, zu beschränken. Dieses
Ziel wird erreicht durch einen Support gemäß den beigefügten Ansprüchen.
Dieser Support umfaßt einen Ring, der zwischen der Platte und
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dem optischen Element angeordnet ist, und Mittel zum Einregulieren des
Ringes in präziser und reproduzierbarer Weise und damit des optischen
Elementes relativ zu dem Ring. Dies ermöglicht insbesondere im Falle von
sphärischen Spiegeln, wie sie in dem Resonanzhohlraum eines Lasers
eingesetzt werden, den Auftreffpunkt zu ändern, indem man einfach den
sphärischen Spiegel verdreht ohne sonstige zusätzliche Einstellung. Man
versteht gleichermaßen, daß der Support gemäß der Erfindung den Austausch
eines optischen Elementes vereinfacht.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung, die nur als Beispiel, nicht
jedoch als Beschränkung zu verstehen ist, unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen, in welchen:
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- die Fig. 1 und 2, bereits beschrieben, eine Frontansicht
bzw. eine Seitenansicht eines bekannten Supports für ein optisches
Element illustrieren;
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- die Fig. 3 eine perspektivische Darstellung ist, welche die
Montage der verschiedenen Elemente zeigt, aus denen der Support für ein
optisches Element gemäß der Erfindung besteht;
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- die Fig. 4, 5 bzw. 6 eine Frontansicht, eine
Seitenansicht bzw. eine teilgeschnittene Rückansicht des Supports der Fig. 3
sind nach der Montage der verschiedenen Elemente; und
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- die Fig. 7 eine Variante der Ausführungsform des Ringes des
Supports gemäß der Erfindung zeigt.
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 6 ein
Support für ein optisches Element gemäß der Erfindung beschrieben. In
diesen Figuren sind die Elemente, welche mit denen des in Fig. 1 und 2
dargestellten bekannten Supports identisch sind, mit denselben
Bezugszeichen markiert.
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Der Support umfaßt im wesentlichen ein Gestell 2, eine Platte
62 und einen Ring 64, gegen welchen das optische Element 42 in Anlage
gehalten wird. Die Abmessungen des Ringes sind derart gewählt, daß das
optische Element 42 nicht in Kontakt mit der Platte 62 gelangt. Das
Gestell 2 ist identisch mit dem des bekannten Supports. Es umfaßt einen
Sockel 6 und eine Partie 8, in der zwei Gewindelöcher 14, 16
eingearbeitet sind, bestimmt zur Aufnahme der Befestigungsschrauben 10, 12 und
zwei Gewindelöcher 28, 30, bestimmt zur Aufnahme von zwei
Einstellschrauben 20, 22.
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Die Platte 62 umfaßt zwei Löcher 66, 68, welche den Durchtritt
der Schäfte der Schrauben 10, 12 ermöglichen, und zwei Löcher 70, 72,
welche den Durchtritt der Sechskantstangen 24, 26 ermöglichen. Das Loch
70 befindet sich im Boden der Dreiecknut 34, an der das Ende 32 der
Einstellschraube 20 anliegt. Das Ende 33 der Schraube 22 stützt sich
seinerseits auf der Oberfläche der Platte 62 nahe dem Rand des Loches 72
ab. Diese Elemente existieren bereits in der Platte 4 des bekannten
Supports, dargestellt in Fig. 1 und 2. Der feste, mit 18 bezeichnete
Punkt in Fig. 4 wird in Fig. 3 als Beispiel durch eine Kugel 74
realisiert, angeordnet in einem konischen Loch 76 der Platte 62 und einem
ähnlichen konischen Loch (nicht dargestellt) der Partie 8 des Gestells
2.
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Die Platte 62 des Supports gemäß der Erfindung umfaßt ferner
zwei zusätzliche Löcher 82, 84, die dazu bestimmt sind, den Durchtritt
der Befestigungsschraube des optischen Elementes zu ermöglichen, wie im
weiteren Verlauf der Beschreibung deutlich wird.
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Die Platte 62 umfaßt außerdem eine Aufnahme für den Ring 64
und Mittel zum Justieren der Position dieses Ringes in einer Ebene
parallel zu der Platte.
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In der dargestellten Ausführungsform wird der Ring von einem
zylindrischen Korpus 86 gebildet, dessen eines Ende mit einem Kragen 88
versehen ist. Dieser Ring wird in eine Ausnehmung der Platte 62
eingefügt, umfassend einen zylindrischen Hohlraum 90 und eine Schulter 92. Im
Falle eines mindestens teilweise transparenten optischen Elementes 42
ist die Ausnehmung 90 tatsächlich ein die Platte 62 durchsetzendes Loch.
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Der Boden der Schulter 92 umfaßt drei Vorsprünge 94, an die
sich der Kragen 88 des Ringes 64 anlegt. Diese Vorsprünge 94 können die
Form von Scheiben oder Halbkugeln haben und in den Boden der Schulter
eingeklebt sein. In vorteilhafter Weise wird der Ring 64 aus einem
magnetischen Material hergestellt, beispielsweise aus Stahl, und die
Vorsprünge werden von kleinen Magneten gebildet.
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Die Durchmesser der Ausnehmung 90 und der Schulter 92 sind
größer gewählt gegenüber den Durchmessern des Korpus 86 bzw. des Kragens
88 des Ringes, um eine Verlagerung des Ringes relativ zur Platte 94 in
einer Ebene parallel zu dieser Platte zu ermöglichen.
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Um eine zu große Verlagerung des Ringes 64 zu vermeiden, kann
die Rückseite des Kragens 88 mit einer Ausnehmung 96 versehen sein, in
die ein am Boden der Schulter 92 befestigter Zahn 98 greift. Der
Durchmesser der Ausnehmung 96 ist genügend groß, um gewünschte
Positionseinstellungen für den Ring zu ermöglichen, wobei jedoch zu große Bewegungen
unterbunden werden, wie etwa eine Drehbewegung des Ringes 64 relativ zur
Platte 62.
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Die Mittel zum Einstellen der Position des Ringes in der Ebene
der Platte 62 sind in den Fig. 3 und 6 sichtbar. Sie umfassen zwei
Einstellschrauben 100, 102 und eine Feder 104. Diese Elemente sind in
einer Ebene parallel zur Platte 62 verteilt und radial bezüglich des
zylindrischen Ringes orientiert.
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Die Feder 104 befindet sich in einem Sackloch 106, dessen
Öffnung sich in der Ausnehmung 90 befindet, und die Einstellschrauben 100,
102 sind in zwei Gewindelöchern 108, 110 eingeordnet, welche den
Hohlraum mit einer Außenseite der Platte 62 verbinden.
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Wie in Fig. 3 und 6 dargestellt, können die
Einstellschrauben 100, 102 eine Länge aufweisen, die kleiner ist als die Gewindelöcher
108, 110. Dies ermöglicht, eine minimale Ausladung zu erreichen. Es ist
jedoch ebenso gut möglich, Einstellschrauben 100, 102 zu verwenden, die
länger sind als die Gewindelöcher 108, 110. Der Kopf jeder Schraube
befindet sich dann außerhalb des Gewindeloches, was die Ein- und
Ausschraubarbeitsgänge vereinfachen kann, was jedoch dafür die Ausladung
des Support vergrößert.
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Im übrigen ist es klar, daß die Position und die Anzahl der
Einstellschrauben und der Federn abweichend von der dargestellten
Ausführungsform sein können.
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Es wurde oben angegeben, daß der Ring 64 in der Ausnehmung 90
von magnetisierten Vorsprüngen 94 gehalten werden kann. Eine andere
Möglichkeit, dargestellt in Fig. 7, besteht darin, einen Ring zu
verwenden, dessen Korpus 86 kegelstumpfförmig mindestens auf einer Partie
seiner Länge ist, wobei das Ende des Korpus an der Seite des Kragens einen
kleineren Durchmesser aufweist als das andere Ende. In diesem Falle wird
der Ring in Anlage gehalten durch den Druck, der von den Schrauben 100,
102 und der Feder 104 auf den Korpus 86 ausgeübt wird.
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Das optische Element 42 wird in Anlage an dem Ring 64
gehalten. Es kann auf diese Weise in einer Ebene parallel zur Platte
verlagert werden, indem man auf die Einstellschrauben 100, 102 einwirkt,
welche die Position des Ringes 64 steuern.
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Genauer gesagt, ist das optische Element 42 gegen drei
Vorsprünge 112 angelegt, die durch Verkleben, Einsprengen oder anderes an
der Außenseite des Kragens 88 befestigt sind. Diese Vorsprünge haben
vorzugsweise eine abgerundete Form, beispielsweise Halbkugelform,
derart, daß optische Elemente mit ebenen, konkaven oder konvexen
Oberflächen ohne Beschädigung aufgenommen werden können.
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Um seine Handhabung zu vereinfachen, wird das optische Element
42 auf einer elastischen Klemme 114 montiert. Diese umfaßt ein Band, das
zu einer Schlaufe mit einem Durchmesser, etwas kleiner als dem
Durchmesser des optischen Elementes, geformt ist. Die Enden des Bandes sind
zurückgebogen. Sie können einen Abstand haben, um den Durchmesser der
Schlaufe zu vergrößern, wenn man ein optisches Element in die Klemme
einfügen möchte. Das Band umfaßt eine oder mehrere Zungen 116, die es
ermöglichen, das optische Element korrekt in der Klemme zu
positionieren, und zwei Vorsprünge 118, die eine Partie der Andruckmittel des
optischen Elementes an den Ring 64 bilden.
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Diese Andruckmittel umfassen zwei identische genutete Zapfen
120, 122. Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt der genutete Zapfen 120 eine Nut
124, begrenzt von zwei Krägen 126, 128, einen Schaft 130, einen Kopf 132
und eine Feder 134. Der Zapfen 130 durchsetzt das Loch 32 der Platte 62.
Die Feder 134 ist in eine Ausnehmung 136 (siehe Fig. 5) eingesetzt, die
größer ist als das Loch 82. Sie übt eine Kraft auf den Kopf 132 mit der
Tendenz aus, die Nut 124 der Platte 62 zu nähern. Diese Nut ist dazu
bestimmt,
einen Vorsprung 118 der elastischen Klemme 114 aufzunehmen. Die
genuteten Zapfen 120, 122 ermöglichen demgemäß, das optische Element
gegen den Ring 64 und den Ring 64 gegen die Platte 62 vorzuspannen.
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Das Einfügen oder Entnehmen eines optischen Elementes 42
bezüglich des Supports erfolgt einfach durch Andrücken der Köpfe der
genuteten Zapfen 120, 122, um die Andruckkraft zu überwinden, die von den
Vorsprüngen 180 der elastischen Klemme 114 ausgeübt wird.