DE4138557C2

DE4138557C2 -

Info

Publication number: DE4138557C2
Application number: DE19914138557
Authority: DE
Inventors: Reinhard 8832 Weissenburg De Schmiedl; Rolf Dipl.-Phys. 8501 Rueckersdorf De Mosandl; Martin Dipl.-Ing. 8501 Schwaig De Maier
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1991-11-23
Filing date: 1991-11-23
Publication date: 1993-09-02
Also published as: FR2684191B1; FR2684191A1; DE4138557A1

Description

Die Erfindung betrifft einen deformierbaren Spiegel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a deformable mirror according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Spiegel ist aus der US-PS 43 82 657 in Form eines großen astronomischen Glasspiegels bekannt. Um die Glasmasse und dadurch das Spiegelgewicht zu reduzieren, ist der Glasblock rückwärts ausgehöhlt, so daß sich eine flachzylindrisch-topfförmige Konfiguration ergibt. Diese ist mittels seitlicher Spannklammern abdichtend auf eine Unterlage gepreßt, so daß hinter der Spiegelplatte ein Hohlraum abgegrenzt ist. Durch Erzeugung von Unterdruck bzw. Überdruck in diesem Hohlraum relativ zur Umgebung kann die Spiegelplatte und damit ihre Spiegelfläche zu einem Konkavspiegel eingewölbt oder zu einem Konvexspiegel ausgewölbt werden. Die Drucksteuerung zur Spiegeldeformation ist allerdings recht aufwendig und erlaubt keine gezielte Beeinflussung bestimmter Bereiche der Spiegelfläche relativ zu benachbarten Bereichen.Such a mirror is in the form of a large from US-PS 43 82 657 known astronomical glass mirror. To the glass mass and thereby to reduce the mirror weight, the glass block is hollowed out backwards, so that there is a flat cylindrical-pot-shaped configuration results. This is sealed by means of side clamps pressed a pad so that a cavity behind the mirror plate is delimited. By generating negative pressure or positive pressure in this cavity relative to the environment can the mirror plate and so that their mirror surface is curved into a concave mirror or arched into a convex mirror. The pressure control for However, mirror deformation is quite complex and does not allow any targeted influencing of certain areas of the mirror surface relative to neighboring areas.

Insbesondere betrifft die Erfindung dagegen einen Spiegel, wie er aus der US-PS 46 79 915 bekannt ist. Der dient einer gezielten Beeinflussung der Fokussierung eines Hochenergie-Laserstrahles, wie in der GB 21 62 713 A zur Fernwirkung in einem verfolgten Zielobjekt oder in der DE 39 16 264 A zur Materialbearbeitung näher beschrieben. Dabei kann es sich um einen sogenannten einkanaligen deformierbaren Spiegel handeln, bei dem lediglich das Zentrum der Spiegelfläche infolge Längensteuerung des dahinter eingespannten Translators zur Fokusbeeinflussung durch Strahlaufweitung mehr oder weniger stark ausgewölbt wird; oder unterschiedliche Bereiche der Spiegelfläche werden durch nebeneinander angeordnete Translatoren unterschiedlich deformiert, um über dem Querschnitt des Laserstrahls infolge Überlagerung unterschiedlicher Laufzeiteffekte im Wirkungsorte bestimmte Energieverteilungen hervorzurufen. In letztgenanntem Falle können die unterschiedlichen Deformationsorte eine Kennung durch eine der Auslenk-Information überlagerte Dither-Frequenz erfahren, indem im Translator ein Modulator mit dem Aktuator in Serie geschaltet ist (wie in der US-PS 46 79 915 gezeigt), oder indem im Strahlengang (gemäß DE 38 08 150 A) zusätzlich ein Modulierspiegel vorgesehen wird. In particular, the invention, however, relates to a mirror as he is known from US-PS 46 79 915. The serves a targeted influence the focusing of a high energy laser beam like in GB 21 62 713 A for long-distance effect in a target object being chased or described in more detail in DE 39 16 264 A for material processing. This can be a so-called single-channel act deformable mirror, where only the center of the Mirror surface due to length control of the clamped behind Translators to influence the focus by beam expansion more or bulges less; or different areas of Mirror surfaces are created by translators arranged side by side differently deformed to over the cross section of the laser beam due to the overlay of different runtime effects to cause certain energy distributions in the place of action. In the latter case can be the different places of deformation an identifier by a dither frequency superimposed on the deflection information experienced by using a modulator in the translator with the actuator is connected in series (as shown in US Pat. No. 4,679,915), or by adding a modulating mirror in the beam path (according to DE 38 08 150 A) is provided.

Zur Abschirmung von Umwelteinflüssen, aber auch in Hinblick auf leck freie Kühlfluid-Beaufschlagung hinter der Spiegelplatte, ist eine her metische Abdichtung zwischen der Spiegelplatte und dem Spiegelgehäuse anzustreben. Andererseits soll der Spiegel leicht montierbar und auch, insbesondere zur Nachbearbeitung einer von der Laserenergie beeinfluß ten Spiegelfläche, leicht demontierbar sein. Eine Lippendichtungs-Ein fassung, wie aus der US-PS 46 79 915 bekannt, ist aber nicht nur schwierig zu montieren, sondern sie weist auch angesichts der Schwin gungsbeanspruchung durch die Translatoren und der Druckbeanspruchung durch das Kühlmedium keine ausreichende Dauerstandfestigkeit auf.For shielding from environmental influences, but also with regard to leakage free application of cooling fluid behind the mirror plate is one metallic seal between the mirror plate and the mirror housing to strive for. On the other hand, the mirror should be easy to assemble and also especially for post-processing influenced by laser energy th mirror surface, can be easily dismantled. A lip seal on Version, as known from US-PS 46 79 915, is not only difficult to assemble, but it also points in the face of the Schwin stress caused by the translators and the pressure load insufficient cooling fatigue strength due to the cooling medium.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Spiegel gat tungsgemäßer Art derart auszugestalten, daß er leicht zu einer univer sell einsetzbaren funktionstüchtigen Einheit komplettierbar aber eben so leicht auch wieder zur Nachbearbeitung demontierbar ist.The invention is therefore based on the object, a mirror gat to design in such a way that it easily becomes a univer usable functional unit can be completed but just as easy to dismantle for post-processing.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gattungsge mäße Spiegel gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.This object is achieved in that the genus moderate mirror designed according to the characterizing part of claim 1 is.

Nach dieser Lösung können der Translator einerseits und das Gehäuse mit aufgespannter Spielfläche andererseits getrennt vormontiert, auf Funktionsfähigkeit geprüft und zunächst magaziniert, sowie bedarfswei se zusammengebaut werden, wobei vormontierte Spiegeleinheiten für unterschiedliche Anzahlen von einzubauenden Translatoren ausgelegt sein können. Das Spiegelgehäuse wird durch die, mittels einer Über wurfmutter längs ihres topfförmigen Randes axial verspannbare Spiegel platte, ohne Gefahr einer Deformation der Spiegelfläche komplettiert, woraufhin der komplette Translator rückwärts in das Gehäuse eingesetzt und mit einem Anschlußzapfen hinter der Spiegelplatte verschraubt wird. Die Demontage erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, ohne dafür den Translator mit seinem Piezo-Aktuator selbst auseinander nehmen zu müssen. Bei dieser Demontage bleibt auch die Spiegelplatte selbst un zerstört, da sie nachgearbeitet und wieder eingebaut werden kann, ohne dadurch die Konstruktionswerte des Spiegels im übrigen zu beeinflussen.According to this solution, the translator on the one hand and the housing with a spanned playing surface, on the other hand, pre-assembled separately Functionality checked and initially magazine, and if necessary se assembled, with pre-assembled mirror units for different numbers of translators to be installed could be. The mirror housing is by means of an over Litter nut has axially clampable mirrors along its pot-shaped edge plate, completed without risk of deformation of the mirror surface, whereupon the complete translator is inserted backwards into the housing and screwed with a connecting pin behind the mirror plate becomes. Disassembly is carried out in the reverse order, without the Translator with its piezo actuator itself take apart have to. With this disassembly, the mirror plate itself remains un destroyed because it can be reworked and reinstalled without thereby increasing the design values of the mirror influence.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Be schränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert aber angenähert maß stabsgerecht vergrößert dargestellten bevorzugten Realisierungsbei spiels zur erfindungsgemäßen Lösung.Additional alternatives and further training as well as further features and advantages of the invention result from the further claims and, also taking into account the explanations in the summary solution, from the description below of one in the drawing under Be limitation to the essentials, highly abstracted but approximated preferred implementation shown enlarged in terms of staff game to the solution according to the invention.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäß aufgebauten deformierbaren Spiegel im Längsschnitt durch einen Translator.The only figure in the drawing shows a deformable mirror constructed according to the invention in Longitudinal section through a translator.

Der stark vergrößert skizzierte deformierbare Spiegel 11 weist stirn seitig vor seinem Gehäuse 12 eine verformbare Spiegelplatte 13 auf, die als Boden eines flachen Topfes 14 ausgebildet ist, also längs ihres Randes 15 in eine axial kurze hohlzylindrische Wand 16 übergeht. Die nach außerhalb des Topfes 14 orientierte Bodenfläche des Topfes 14 ist durch Bearbeitung oder Beschichtung als Spiegelfläche 17 ausgebil det. Ihr gegenüber, also an der Innenseite des Topfbodens, sind an der Spiegelplatte 13 Zapfen 18 vorgesehen, vorzugsweise einstückig ange formt, die dem koaxialen Anschluß jeweils eines Translators 19 für Druckbeaufschlagung zur örtlichen Ausbeulung der Spiegelfläche 17 die nen. Jeder Translator 19 besteht aus einem gegenüber der axialen Höhe des Spiegel-Gehäuses 12 langen Rohr 20, das spiegelseitig durch einen elastisch gelagerten, axial verschiebbaren Kolben 21 und gegenüber, also am von der Spiegelplatte 13 abgewandten Ende des Rohres 20, von einem Widerlager 22 verschlossen ist. Zwischen diesem Widerlager 22 und dem Kolben 21 ist ein elektromechanischer Aktuator 23 koaxial eingespannt, bei dem es sich bevorzugt um eine Piezo-Säule handelt. Diese wird über eine durch das Widerlager 22 hindurchführende Steck verbindung über ein Kabel 24 angesteuert.The greatly enlarged sketched deformable mirror 11 has in front of its housing 12 a deformable mirror plate 13 , which is designed as the bottom of a flat pot 14 , that is to say along its edge 15 into an axially short hollow cylindrical wall 16 . The oriented to the outside of the pot 14 of the pot bottom surface 14 is det ausgebil by machining or coating as a mirror surface 17th Her opposite, that is, on the inside of the pot base, 13 pins 18 are provided on the mirror plate, preferably integrally formed, the coaxial connection of a translator 19 for pressurization for local bulge of the mirror surface 17 the NEN. Each translator 19 consists of a tube 20 which is long in relation to the axial height of the mirror housing 12 and which is closed on the mirror side by an elastically mounted, axially displaceable piston 21 and opposite, ie at the end of the tube 20 facing away from the mirror plate 13 , by an abutment 22 is. An electromechanical actuator 23 , which is preferably a piezo column, is coaxially clamped between this abutment 22 and the piston 21 . This is controlled by a through the abutment 22 through connection via a cable 24 .

Der Translator 19 wird im Bereiche seines frontseitigen Kolbens 21 mit einer einteiligen oder mehrteiligen Kupplung 25 verschraubt, die einerseits als den Zapfen 18 übergreifende Hülse 26 ausgebildet ist und andererseits, entgegengesetzt orientiert, einen Gewindestift 27 aufweist. Im so eingebauten, also indirekt mit dem Zapfen 18 ver schraubten Zustand ragt der Translator 19 durch eine Bohrung 28 im Spiegel-Gehäuse 12 hindurch. Diese Bohrung 28 ist rückwärtig über einem Sattel 29 aufgeweitet, gegen den ein am Translator-Rohr 20 flanschförmig umlaufender, radial vorstehender Kragen 30 axial an liegt. Zur Anlage-Abstützung ist dieser rückwärtig durch eine Hohl schraube 31 verspannt, die in die aufgeweitete und mit einem Innenge winde ausgestattete Bohrung 28′ eingeschraubt ist.The translator 19 is screwed in the area of its front-side piston 21 with a one-part or multi-part coupling 25 , which is designed on the one hand as a sleeve 26 which overlaps the pin 18 and, on the other hand, has a threaded pin 27 oriented in the opposite direction. In the installed state, that is to say indirectly bolted to the pin 18 , the translator 19 projects through a bore 28 in the mirror housing 12 . This bore 28 is flared rearwardly over a saddle 29, axially against the one on Translator pipe 20 flange-shaped circumferential, radially projecting collar 30 at lies. To support the system, this is braced at the rear by a hollow screw 31 , which is screwed into the flared bore 28 'equipped with an inner thread.

Der Hohlraum des Topfes 14 in der Umgebung der Koppel-Hülsen 26 zwi schen Translator 19 und Spiegelplatten-Zapfen 18 kann mittels eines kühlenden Fluidstromes durchspült werden, der über das Spiegel-Gehäuse 12 achsparallel durchziehende Kanäle 32 zu- und wieder abgeführt wird.The cavity of the pot 14 in the area of the coupling sleeves 26 between the translator 19 and mirror plate pin 18 can be flushed by means of a cooling fluid flow which is fed through the mirror housing 12 axially parallel channels 32 and removed.

Die insgesamt topfförmige Spiegelplatte übergreift mit ihrer umlaufen den Wand 16 stirnseitig das Gehäuse 12 unter Zwischenlage einer O-Ringdichtung 33 zur verformungsfreien Radialzentrierung. Der von der Spiegelfläche 17 abgewandte, freie Rand 34 der Topf-Wand 16 liegt axial gegen einen radial umlaufenden Vorsprung 35 des Spiegel-Gehäuses 12 so an, daß zwischen der Gehäuse-Stirn 36 und der Innenseite der Spiegelplatte 13 stets ein lichter Abstand gewährleistet bleibt, um einbaubedingte Verformungen der Spiegelplatte 13 zu vermeiden. Eine mit einem Außengewinde 37 des Gehäuses 12 verschraubte Überwurfmutter 38 dient einerseits der radialen Abstützung der Spiegelplatte 13 über ihre Topf-Wand 16 und andererseits der axialen Einspannung dieser Wand 16 gegen das Gehäuse 12, wofür die Überwurfmutter 38 mit ihrem radial einwärts orientierten Bund 39 eine umlaufende Rand-Eindrehung 40 um etwa den Betrag radial übergreift, der der Dicke der Topf-Wand 16 entspricht.The overall cup-shaped mirror plate engages with its circumferential wall 16 on the front side of the housing 12 with the interposition of an O-ring seal 33 for deformation-free radial centering. The free edge 34 of the pot wall 16 facing away from the mirror surface 17 lies axially against a radially circumferential projection 35 of the mirror housing 12 in such a way that a clear distance is always ensured between the housing end 36 and the inside of the mirror plate 13 in order to avoid installation-related deformations of the mirror plate 13 . A union nut 38 screwed to an external thread 37 of the housing 12 serves, on the one hand, to radially support the mirror plate 13 via its cup wall 16 and, on the other hand, to axially clamp this wall 16 against the housing 12 , for which purpose the union nut 38 with its collar 39 oriented radially inwards circumferential edge recess 40 radially overlaps by about the amount that corresponds to the thickness of the pot wall 16 .

Seitens der Fertigungs-Logistik können standartisiert vormontierte Translatoren 19 nach ihrer Funktionsprüfung auf Vorrat gehalten und nach Bedarf in Spiegel 11 mit einem oder mehreren Zapfen 18 einge setzt, nämlich mit der Kupplung 25 verschraubt und dann mit der Hohl schraube 31 fixiert werden. Die Spiegel 11 andererseits können in unterschiedlichen Abmessungen (hinsichtlich der Anzahl und Verteilung der Zapfen 18 hinter der Spiegelfläche 13) durch Aufspannen des Topfes 14 vormontiert sowie auf Dichtigkeit abgedrückt und dann magaziniert werden, bis ein (hinsichtlich der Zapfen-Anzahl bestimmtes) Exemplar benötigt und durch Einschrauben der Translatoren 19 komplettiert wird. Für eine gelegentliche spätere Überarbeitung der Spiegelfläche, etwa aufgrund von Oberflächen-Beschädigungen durch Hochenergie-Laserstrah len, brauchen nur die Translatoren 19 komplett (ohne Zerlegung ihrer Piezo-Aktuatoren 23) von den Zapfen-Kupplungen 25 abgeschraubt und nach Abnehmen der Überwurfmutter 38 der Spiegel-Topf 14 koaxial abge zogen zu werden, um nach Überarbeiten der Spiegelfläche 17 unter Ein legen einer neuen Dichtung 33 mit wenigen Handgriffen in umgekehrter Abfolge den Spiegel 11 wieder zu komplettieren.On the part of the production logistics, pre-assembled translators 19 can be kept in stock after their functional test and, if necessary, inserted in mirror 11 with one or more pins 18 , namely screwed to the coupling 25 and then fixed with the hollow screw 31 . The mirrors 11, on the other hand, can be preassembled in different dimensions (in terms of the number and distribution of the pins 18 behind the mirror surface 13 ) by clamping the pot 14 and pressed for tightness and then stored until a specimen (in terms of the number of pins) is required and is completed by screwing in the translators 19 . For an occasional later revision of the mirror surface, for example due to surface damage by high-energy laser beams, only the translators 19 need to be completely unscrewed (without disassembling their piezo actuators 23 ) from the pin couplings 25 and after removing the union nut 38 the mirror Pot 14 to be pulled coaxially to complete the mirror 11 again in a few steps in a reverse sequence after reworking the mirror surface 17 under a new seal 33 .

Claims

1. Deformable mirror ( 11 ) with axially flat cup-shaped mirror plate ( 13 ), the circumferential wall ( 16 ) of which is axially supported on the end face axially against a housing ( 12 ) by means of a collar ( 39 ) overlapping it in the plane of the mirror plate ( 13 ), thereby characterized in that the collar ( 39 ) is part of a union nut ( 38 ) which, with an external thread ( 37 ) screwed to the housing ( 12 ), radially engages over the wall ( 16 ), which in turn with the interposition of an elastic seal ( 33 ) housing (12) engages radially in which the mirror plate (13) relative to a translator (19) with clamped against the rear side of the mirror plate (13) electromechanical actuator (23) is detachably supported at least.

2. Mirror according to claim 1, characterized in that the translator ( 19 ) with a on the rear of the mirror plate ( 13 ) molded pin ( 18 ) is screwed.

3. Mirror according to claim 2, characterized in that the translator ( 19 ) is screwed to the associated pin ( 18 ) via a coupling ( 25 ).

4. Mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the translator ( 19 ) is axially supported with a radially projecting collar ( 30 ) against a saddle ( 29 ) in the housing ( 12 ).

5. Mirror according to one of the preceding claims, characterized in that the translator ( 19 ) by means of a radially projecting collar ( 30 ) through a hollow screw ( 31 ) against a saddle ( 29 ) in the housing ( 12 ) axially opposite the pin ( 18 ) is tense.

6. Mirror according to claim 2, characterized in that the translator ( 19 ) is equipped with a coaxial actuator ( 23 ) between a rear abutment ( 22 ) and a mirror-side with the pin ( 18 ) directly or indirectly screwed piston ( 21st ) is clamped.

7. Mirror according to one of the preceding claims, characterized in that its housing ( 12 ) parallel to the axis of the translators ( 19 ) with cooling fluid channels ( 32 ) which open into a cavity behind the mirror plate ( 13 ).