DE4120684A1 - Spiegelobjektiv - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Spiegelobjektiv mit zwei Spiegeln.
Derartige Anordnungen sind mit fester Geometrie und Brenn
weite in verschiedenen Variationen auch mit Paraboloid- und
Ellipsoidspiegeln bekannt.
Bei der Materialbearbeitung mit Lasern hängt das Bearbei
tungsergebnis sehr kritisch von der Energieverteilung im
Fokus ab. Das gilt in besonderem Maße für das Laserschneiden.
Hierbei werden bevorzugt Laser eingesetzt, die in einem
niedrigen Mode strahlen und deshalb eine annähernd beugungs
begrenzte Fokusverteilung liefern. Eine Anpassung der Fokus
verteilung an die Erfordernisse, die z. B. durch Materialart
und Materialdicke gegeben sind, kann in diesem Fall praktisch
nur durch die wirksame Apertur und damit die Brennweite der
Fokussieroptik geschehen. Deshalb werden - je nach Anwen
dung - verschiedene Brennweiten eingesetzt. Wenn die Anfor
derungen häufig wechseln, dann erwächst zur Verminderung der
Umrüstzeiten der Bedarf an Fokussieroptiken mit veränderbarer
Apertur.
Bei der Verwendung von Linsenoptiken sind solche Systeme seit
langem im Einsatz. Dabei handelt es sich um komplette pankra
tische Fokussiereinheiten oder um pankratische Auf- oder
Abweitungssysteme in Verbindung mit einer festen Fokussier
optik.
Beim Einsatz von Lasern hoher Leistung sind Linsensysteme nur
bedingt tauglich. Deshalb werden sie zunehmend durch Spiegel
optiken ersetzt, die deutlich höher belastbar sind. Aller
dings sind nur Ausführungen mit fester Apertur bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungs
gemäßes Spiegelobjektiv als Pankraten zur Laserfokussierung
auszubilden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1. Demnach besteht der erfindungsgemäße Pankrat
aus zwei Spiegeln, einem zumindest angenäherten Paraboloid
und einem zumindest angenäherten Ellipsoid. Das Laserbündel
wird vom Paraboloid fokussiert. Dieser Fokus wird in den
einen Brennpunkt des zumindest angenäherten Ellipsoids gelegt
und von letzterem in seinen anderen Brennpunkt abgebildet.
Die Veränderung der effektiven Apertur geschieht hierbei
nicht, wie bei Linsensystemen üblich, durch Veränderung des
Abstands zwischen den optischen Elementen, sondern durch
Veränderung des Winkels zwischen denselben.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unter
ansprüche 2 bis 7. Anspruch 8 gibt eine Laserbearbeitungs
anordnung an, welche für das Spiegelobjektiv nach den
Ansprüchen 1 bis 7 adaptiert ist.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel mit den zugehörigen
Abmessungen dargestellt.
Ein Laserstrahl fällt senkrecht zur Zeichenebene auf den
konvexen Paraboloid-Spiegel P und wird so reflektiert, daß
ein virtueller Fokus in F1 entsteht. Dieser wird vom
Ellipsoid E, das sich zunächst in der Stellung "k=8"
befindet, nach F2 abgebildet.
Als Beispiel soll das Ellipsoid E derart dimensioniert sein,
daß eine Variation der bildseitigen Apertur um einen Faktor
zwei zwischen k=4 und k=8 möglich ist. Zweckmäßig wird das
Ellipsoid E so gestaltet, daß die Endstellungen symmetrisch
sind. Dann muß das einfallende (von Paraboloid P erzeugte)
Bündel eine Apertur von k=5.6 aufweisen (geometrisches
Mittel). Bei einem Durchmesser des Strahls von dp=40 mm
erfordert das eine Brennweite des Paraboloids P von fp=225 mm.
Damit das reflektierte Bündel nicht abgeschattet wird, muß
ein Mindestabstand zwischen den beiden Spiegeln P,E ein
gehalten werden. Mit den genannten Abmessungen sollte der
Abstand F1-S wenigstens 300 mm betragen.
Die genaue Form des Ellipsoids E ist damit noch nicht fest
gelegt. Ein weiterer Parameter kann willkürlich gewählt
werden. In Fig. 1 wurde die Zusatzforderung eingeführt, daß
in den Extremstellungen der Hauptstrahl H bzw. H′ senkrecht
auf der Achse des Ellipsoids E stehen soll. Mit diesen
Forderungen ergibt sich ein Ellipsoid E mit den Werten
a=362 mm, b=329 mm für die Halbachsen und c=151 mm für den
halben Brennpunktabstand. Die für den Anwendungsfall not
wendige Mindestlänge des Spiegels ergibt sich zu 1=366 mm.
Änderungen des willkürlichen Parameters haben nur einen
geringfügigen Einfluß auf die notwendige Spiegellänge.
Die Abmessungen der Anordnung können in weitem Rahmen
variiert werden.
Wird der Ellipsoidspiegel E um die zur Zeichenebene senk
rechte, aber zum einfallenden Laserstrahl parallele Achse
durch den ersten Fokus F1 gedreht, dann wandert der zweite
Ellipsenfokus F2 und gleichzeitig ändert sich die Apertur des
dort fokussierten Bündels und damit die Brennweite des
Gesamtsystems. Eingezeichnet ist gestrichelt die Stellung des
Ellipsoidspiegels E′ mit Apertur k=4 und Fokus F2′.
Während bei Foto-Varioobjektiven bei veränderter Brennweite
stets die Abbildung auf die Filmebene erfolgen muß, ist es
bei dem erfindungsgemäßen Spiegelobjektiv bei der Anwendung
zur Laserbearbeitung kein Problem, daß der Fokus F2, F2′ auf
einem Kreisbogen wandert.
Eine Laserbearbeitungsanordnung hat häufig eine Bahnsteuerung
für die Bewegung eines Laserkopfes mit darin enthaltenem
Objektiv relativ zum Werkstück und ohne weiteres kann für die
Verwendung eines erfindungsgemäßen Pankrates die Steuerung so
programmiert werden, daß die von der gewünschten Brennweite
abhängige Lage des Bearbeitungspunktes, also des Fokus F2,
F2′, relativ zum Laserkopf berücksichtigt wird.
Die Strahlrichtung des austretenden Strahls wird bei der
Variation der effektiven Brennweite nur unerheblich geändert,
so daß eine Korrektur derselben meist unnötig ist. Die Ver
wendung eines Ellipsoids für die endliche Abbildung ergibt
eine fehlerfreie Strahlvereinigung.
In manchen Fällen werden geringe Abbildungsfehler in Kauf
genommen, wenn dadurch Spiegel verwendet werden können, die
einfacher herstellbar sind.
Im Falle der Abb. 1 kann das Ellipsoid z. B. näherungs
weise durch eine torische Fläche ersetzt werden, deren Haupt
krümmungsradius in der Zeichenebene
R1=a2/b=3622/329=398 mm,
beträgt, und senkrecht dazu
R2=b=329 mm.
R1=a2/b=3622/329=398 mm,
beträgt, und senkrecht dazu
R2=b=329 mm.
Eine noch gröbere Näherung wird mit einer sphärischen Fläche
erreicht. Dabei sind jedoch die Abbildungsfehler, vorwiegend
der Astigmatismus, beträchtlich.
Auch das in Abb. 1 dargestellte Paraboloid kann, wenn
eine Verschlechterung der Fokusqualität zulässig ist, durch
eine einfacher herstellbare Fläche ersetzt werden.
Eine sphärische Fläche würde bei Verwendung in der skizzier
ten Anordnung, d. h. mit 90° Strahlumlenkung, sehr erhebliche
Bildfehler verursachen. Deshalb würde man eine Sphäre unter
einem möglichst kleinen Umlenkwinkel verwenden. Der Anteil
des Astigmatismus kann durch Einsatz einer torischen Fläche
weitgehend eliminiert werden.
Es ist auch denkbar, die astigmatischen Fehleranteile der
beiden Spiegel so zu bemessen, daß sie sich in Summe kompen
sieren. Dies erscheint jedoch nur in seltenen Fällen sinn
voll, da meistens moderne Fertigungsmaschinen zur Verfügung
stehen, mit denen auch die elliptischen und parabolischen
Flächen problemlos und zu angemessenen Kosten hergestellt
werden können.
Claims (8)
1. Spiegelobjektiv mit einem ersten Spiegel (P) mit einem
ersten Fokus (F1) und zumindest angenähert Paraboloidform
und mit einem zweiten Spiegel (E) mit zumindest an
genäherter Ellipsoidform, der um eine Achse durch den
ersten Fokus (F1) drehbar ist und den ersten Fokus (F1)
in einen zweiten Fokus (F2) abbildet.
2. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die effektive Apertur (K) durch Drehen um die Achse
durch den ersten Fokus (F1) veränderbar ist.
3. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Variation der bildseitigen
Apertur etwa von k=4 bis k=8 möglich ist.
4. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ellipsoid
spiegel (E) um eine zum einfallenden Laserbündel
parallele Achse gedreht wird.
5. Spiegelobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (P)
konvex ist.
6. Spiegelobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (P)
ein genaues Paraboloid und/oder der zweite Spiegel (E)
ein genaues Ellipsoid ist.
7. Spiegelobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paraboloidform des
ersten Spiegels (P) durch eine torische Fläche angenähert
ist und/oder die Ellipsoidform des zweiten Spiegels (E)
durch eine torische Fläche angenähert ist.
8. Laserbearbeitungsanordnung mit einem Laserkopf und einer
Bahnsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserkopf
ein Spiegelobjektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 7 enthält und die Bahnsteuerung abhängig von der
eingestellten Brennweite des Spiegelobjektivs die Lage
des Bearbeitungspunkts relativ zum Laserkopf verändert,
so daß dieser mit dem Fokus (F2, F2′) des Spiegelobjek
tivs zusammenfällt.
Priority Applications (4)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10230960A1 (de) * | 2002-07-10 | 2004-01-29 | Trumpf Lasertechnik Gmbh | Laserbearbeitungsmaschine |
DE102016113378A1 (de) | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Karl H. Arnold Maschinenfabrik Gmbh & Co. Kg | Optisches System, Verfahren zum Betrieb eines optischen Systems und Laserbearbeitungsmaschine |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9321408D0 (en) * | 1993-10-16 | 1993-12-08 | British Aerospace | Optical apparatus |
DE60029442T2 (de) * | 2000-08-29 | 2007-04-19 | Perkinelmer International C.V. | Optisches System mit veränderlicher Vergrösserung |
US7759449B2 (en) * | 2000-12-15 | 2010-07-20 | Wellman, Inc. | Methods for introducing additives into polyethylene terephthalate |
JP5868405B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2016-02-24 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 製造された基板を検査するための傾斜照明器 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3790258A (en) * | 1972-04-20 | 1974-02-05 | Raytheon Co | Steerable catoptric lens arrangement |
US4030816A (en) * | 1976-04-22 | 1977-06-21 | Caterpillar Tractor Co. | Variable focus right angle mirror for laser beam manipulation |
US4161351A (en) * | 1976-05-07 | 1979-07-17 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | All-reflective optical target illumination system with high numerical aperture |
FR2537732A1 (fr) * | 1982-12-10 | 1984-06-15 | Thomson Csf | Dispositif d'echauffement d'une zone annulaire superficielle d'un objet filiforme |
US4518232A (en) * | 1983-08-24 | 1985-05-21 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Method and apparatus for optical beam shaping |
DE3709351A1 (de) * | 1987-03-21 | 1988-09-29 | Heraeus Gmbh W C | Strahlfuehrungsoptik fuer laserstrahlung |
-
1991
- 1991-06-22 DE DE4120684A patent/DE4120684A1/de not_active Withdrawn
-
1992
- 1992-06-19 EP EP92110346A patent/EP0520326B1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1992-06-22 US US07/901,729 patent/US5306892A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10230960A1 (de) * | 2002-07-10 | 2004-01-29 | Trumpf Lasertechnik Gmbh | Laserbearbeitungsmaschine |
US7297898B2 (en) | 2002-07-10 | 2007-11-20 | Trumpf Lasertechnik Gmbh | Laser processing machine |
DE10230960B4 (de) * | 2002-07-10 | 2011-10-06 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laserbearbeitungsmaschine |
DE102016113378A1 (de) | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Karl H. Arnold Maschinenfabrik Gmbh & Co. Kg | Optisches System, Verfahren zum Betrieb eines optischen Systems und Laserbearbeitungsmaschine |
DE102016113378B4 (de) | 2016-07-20 | 2019-10-10 | Karl H. Arnold Maschinenfabrik Gmbh & Co. Kg | Optisches System für eine Laserbearbeitungsmaschine, Verfahren zum Verstellen eines optischen Systems für eine Laserbearbeitungsmaschine und Laserbearbeitungsmaschine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0520326B1 (de) | 1995-12-20 |
DE59204726D1 (de) | 1996-02-01 |
EP0520326A3 (en) | 1993-01-27 |
US5306892A (en) | 1994-04-26 |
EP0520326A2 (de) | 1992-12-30 |
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