DE4029075C1 - - Google Patents

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DE4029075C1
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mirror membrane
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Michael 8000 Muenchen De Gorriz
Korbinian Ing.(Grad.) 8051 Aiterbach De Thalmair
Peter Dr. 8000 Muenchen De Schaetz
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Winkel- und Brenn­ weitenkorrektur gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for angular and focal width correction according to the preamble of claim 1.

Solche Einrichtungen sind an sich bekannt. Sie werden insbesondere für die Strahlenregelung von Hochleistungslaser für die Materialbearbeitung verwendet. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt beispielsweise die DE-PS 32 02 432 der Anmelderin. Jedoch ist der Aufwand an Fertigung, Montage und Justierung noch sehr hoch, da zu viele Einzelbauelemente miteinander in Wirkverbindung gebracht werden müssen und die Aussteue­ rung relativ kompliziert ist.Such devices are known per se. You will be especially for the radiation control of high-power lasers for material processing used. An example of this is shown in, for example DE-PS 32 02 432 of the applicant. However, the effort in manufacturing, Assembly and adjustment still very high because of too many individual components must be linked to each other and the level tion is relatively complicated.

Durch die DE-PS 34 22 232 C2 ist eine Einrichtung zur Ziel-Suche und Ziel-Nachführung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 bekanntge­ worden. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau sowie der Aufwand an Fertigung, Montage und Bauelementen relativ hoch.DE-PS 34 22 232 C2 is a device for target search and Target tracking according to the preamble of claim 1 is known been. In this embodiment, too, the structure and the effort relatively high in manufacturing, assembly and components.

Aus der DE-OS 30 36 083 A1 der Anmelderin ist ein Spiegel mit variabler Krümmung bekannt, bei dem ein mit der Spiegelfläche und der Gehäusescha­ le verbundenes, verstellbares Befestigungselement die Krümmung erzeugt. In den Verstellmöglichkeiten, beispielsweise einer Kippung, ist diese Ausführungsform jedoch eingeschränkt.DE-OS 30 36 083 A1 from the applicant is a variable mirror Curvature known in which one with the mirror surface and the housing scha le connected, adjustable fastener that creates curvature. In the adjustment options, for example a tilt, this is However, the embodiment is limited.

Durch die DE-AS 27 57 585 B2 ist eine Einrichtung zum selbsttätigen Aus­ richten eines Laserstrahles auf ein Ziel bekanntgeworden, bei der zur Kippung eines Spiegels piezoelektrische Stellglieder verwendet werden.DE-AS 27 57 585 B2 is a device for automatic off aiming a laser beam at a target, for which Tilting of a mirror can be used for piezoelectric actuators.

Aus der US-PS 46 74 848 ist es bekannt, einen deformierbaren Spiegel mit einem Kühlungssystem zu versehen. Auch diese Ausführungsform ist in Bau­ elementen, Fertigung und Montage äußerst aufwendig.From US-PS 46 74 848 it is known to have a deformable mirror to provide a cooling system. This embodiment is also under construction elements, production and assembly extremely complex.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die als einziges adaptives Bau­ element konzipiert ist, das nicht nur leicht, zuverlässig und einheit­ lich ansteuerbar ist, sondern in seinem Aufbau vereinfacht und in seinen Verstellmöglichkeiten optimiert ist.The present invention has for its object a device of the type mentioned at the beginning, which is the only adaptive construction element that is not only light, reliable and unified Lich controllable, but simplified in its structure and in its Adjustment options is optimized.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen vorgeschlagen und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungs­ beispiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:This object is achieved by the measures outlined in claim 1 solves. Refinements and developments are in the subclaims proposed and in the description below is an execution example explained and sketched in the figures of the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt des adaptiven Spiegels in schematischer Dar­ stellung, Fig. 1 position is a longitudinal section of the adaptive mirror in schematic Dar,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows a cross section along the line AA according to FIG. 1.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen adaptiven Spiegels, der in den Strahlengang eines Lasers als einziges, komplettes Bauelement eingebracht wird, um dort Winkel und Divergenz des Laser­ strahles zur Materialbearbeitung zu beeinflussen. Hierzu ist die Konzep­ tion so geschaffen, daß die Spiegeloberfläche in zwei Richtungen gekippt und sphärisch verformt werden kann. Fig. 1 shows an embodiment of the proposed adaptive mirror, which is introduced into the beam path of a laser as the only complete component to influence the angle and divergence of the laser beam for material processing. For this purpose, the concept is created so that the mirror surface can be tilted in two directions and spherically deformed.

Der adaptive Spiegel 10 setzt sich aus einer Spiegelmembran 11, die mit ihrem Rand in einer Nut oder auf andere konstruktive Weise in einem zy­ lindrischen Gehäuseelement 12 eingespannt ist sowie einem Standrohr 16, das auf einer Grundplatte 17 befestigt ist, zusammen. Das zylindrische Gehäuseelement 12 ist über ein rotationssymmetrisches Biegeelement 15 mit dem zylindrischen Standrohr 16 verbunden und stützt sich auf drei piezokeramische Stellelemente 13 ab.The adaptive mirror 10 is composed of a mirror membrane 11 , which is clamped with its edge in a groove or in another constructive manner in a cylindrical housing element 12 and a standpipe 16 which is fastened on a base plate 17 . The cylindrical housing element 12 is connected to the cylindrical standpipe 16 via a rotationally symmetrical bending element 15 and is supported on three piezoceramic actuating elements 13 .

Die Spiegelmembran 11 ist über einen Zugstab 14, der an seinem entgegen­ gesetzten Ende ein Mikrometergewinde 18 aufweist, mit der Grundplatte 17 so verbunden, daß durch das Mikrometergewinde 18 einerseits und die Spiegeleinspannung in dem Gehäuseelement 12 andererseits relativ jede Grundkrümmung der Spiegelmembran 11 eingestellt werden kann. Weiterhin werden durch gleiche Auslenkung der piezokeramischen Stellelemente 13 der Spiegelmembran 11 eine entsprechende Arbeitskrümmung aufgeprägt. Soll die Spiegelmembran nun zusätzlich noch in definierter Weise zur X- oder Y-Achse gekippt werden, so werden die einzelnen Stellelemente 13 entsprechend ausgelenkt. Diese Stellelemente 13 sind - wie die Fig. 2 verdeutlicht - ringförmig auf der Grundplatte 17 befestigt und greifen mit ihren piezokeramischen Elementen 13a an der Außenbodenfläche des zy­ lindrischen Gehäuseelementes 12 an. Diese piezokeramischen Stellelemente 13, 13a werden nur auf Druck belastet und durch Variation ihrer Entfer­ nung von der Mittelachse kann die Kraft der Piezostellelemente für die Verkippung und bestimmte sphärische Krümmung in maximalen Hub umgesetzt werden.The mirror membrane 11 is connected via a tension rod 14 , which has a micrometer thread 18 at its opposite end, to the base plate 17 in such a way that any basic curvature of the mirror membrane 11 can be adjusted by the micrometer thread 18 on the one hand and the mirror clamping in the housing element 12 on the other hand . Furthermore, a corresponding working curvature is impressed by the same deflection of the piezoceramic actuating elements 13 of the mirror membrane 11 . If the mirror membrane is now additionally to be tilted in a defined manner to the X or Y axis, the individual adjusting elements 13 are deflected accordingly. These control elements 13 are - as shown in FIG. 2 - attached in a ring on the base plate 17 and engage with their piezoceramic elements 13 a on the outer bottom surface of the cylindrical housing element 12 . These piezoceramic actuators 13 , 13 a are only loaded under pressure and by varying their distance from the central axis, the force of the piezo actuators for tilting and certain spherical curvature can be implemented in maximum stroke.

Die Kühlung der Spiegelmembran ist relativ einfach. Die Zentralbohrung des zylindrischen Gehäuseelementes 12 wird durch eine Dichtung 21 ge­ schlossen, in bestimmter Höhe relativ zur Spiegelhalterung im Gehäuse mantel ist ein Kühlmittel-Zuflußelement 19 und dem gegenüber ein Abfluß­ element 20 angeordnet. Der Kühlmittelzufluß wird so reguliert, daß der Kühlflüssigkeitsdruck die eingestellte Wölbung bzw. Krümmung der Spie­ gelmembran 11 nicht beeinträchtigt.The cooling of the mirror membrane is relatively simple. The central bore of the cylindrical housing member 12 is closed by a seal 21 ge, at a certain height relative to the mirror holder in the housing jacket, a coolant inflow element 19 and the opposite a drain element 20 is arranged. The coolant inflow is regulated so that the coolant pressure does not affect the set curvature or curvature of the mirror membrane 11 .

Claims (4)

1. Einrichtung zur Winkel- und Brennweitenkorrektur in Form eines deformierbaren Spiegels, der in den Strahlengang eines Lasers zur Kor­ rektur der Ausrichtung und Fokussierung einbringbar ist, und dessen in einem topfartigen, mit einer Grundplatte versehenen Gehäuse eingespannte Spiegelmembran über piezokeramische Stellelemente in eine bestimmte Krümmung versetzt und in definierter Weise gekippt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in dem zylindrischen Gehäuseelement (12) des adaptiven Spiegels (10) eingespannte Spiegelmembran (11) mit einem, mit der Grundplatte (17) verstellbar angeordneten Zugstab (14) verbunden ist und mittels dreier, mit der Grundplatte (17) verbundener, piezokerami­ scher Stellelemente (13), die auf das Gehäuseelement (12) einwirken, in eine bestimmte Krümmung versetzt wird und in definierter Weise zur X- oder Y-Achse kippbar ist, wobei das zylindrische Gehäuseelement (12) an seiner Unterseite zentrisch durch ein rotationssymmetrisches Biege­ element (15) mit einem an der Grundplatte (17) befestigten Standrohr (16) zentrisch an dessen Oberseite verbunden ist und daß der Zugstab (14) über ein Stellelement (18) mit der Grundplatte (17) verbunden ist, während die piezokeramischen Stellelemente (13) ringförmig um den Zug­ stab (14) angeordnet sind, wobei jeweils zwei von ihnen (13) mit dem Mittelpunkt des Zugstabes (14) einen Winkel von 120° zueinander ein­ schließen und in ihrer Längsrichtung eine Druckkraft über das zylindri­ sche Gehäuseelement (12) auf die Spiegelmembran (11) übertragen.1. Device for angle and focal length correction in the form of a deformable mirror, which can be introduced into the beam path of a laser for correcting the alignment and focusing, and whose mirror membrane clamped in a pot-like housing provided with a base plate via piezoceramic actuating elements into a certain curvature is displaced and tilted in a defined manner, characterized in that the mirror membrane ( 11 ) clamped in the cylindrical housing element ( 12 ) of the adaptive mirror ( 10 ) is connected to a pull rod ( 14 ) which is adjustably arranged with the base plate ( 17 ) and by means of three piezoceramic adjusting elements ( 13 ) connected to the base plate ( 17 ), which act on the housing element ( 12 ), are set into a certain curvature and can be tilted in a defined manner to the X or Y axis, the cylindrical Housing element ( 12 ) centrally on its underside by a rotationally symmetrical B iege element ( 15 ) with a to the base plate ( 17 ) fixed standpipe ( 16 ) is centrally connected to the top and that the tie rod ( 14 ) via an adjusting element ( 18 ) is connected to the base plate ( 17 ), while the piezoceramic actuating elements a ring (13) bar to the train (14) are arranged, wherein one another close to the center of the tension rod (14) forms an angle of 120 ° a respective two of them (13) and in the longitudinal direction thereof a compressive force on the cylindricity cal housing member ( 12 ) transferred to the mirror membrane ( 11 ). 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (18) als Mikrometer-Gewindeschraube ausgebildet ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the adjusting element ( 18 ) is designed as a micrometer threaded screw. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels eines Abdichtelementes (21) und eines Kühlmittelein­ laufs (19) sowie Kühlmittelauslaufs (20) im Gehäuseelement (12) eine na­ hezu drucklose Kühleinrichtung der Spiegelmembran (11) gebildet wird.3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that by means of a sealing element ( 21 ) and a coolant inlet ( 19 ) and coolant outlet ( 20 ) in the housing element ( 12 ) a virtually pressure-free cooling device of the mirror membrane ( 11 ) is formed . 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Kippung der Spiegelmembran (11) in definierte Positionen in der X- und Y-Achse durch Längenveränderung der piezokeramischen Stellelemente (13), diese an der Grundplatte (17) angeordnet oder mit die Längenveränderung übertragenden Stellgliedern versehen sind.4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that for tilting the mirror membrane ( 11 ) in defined positions in the X and Y axes by changing the length of the piezoceramic actuating elements ( 13 ), these arranged on the base plate ( 17 ) or are provided with actuators transmitting the change in length.
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