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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
ein Spiegelhalter, der insbesondere benutzt wird, um die Position
und Ausrichtung von Spiegeln einzustellen, die den Strahl in einem
Laserresonator reflektieren.
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Bestimmte Laser umfassen einen Regenerationsresonator,
wo den das Licht durchläuft,
indem es nacheinander von zwei Spiegeln an den Enden reflektiert
wird. Diese Spiegel müssen
mit äußerster Genauigkeit
ausgerichtet sein, um den Strahl in der gewünschten Richtung zu reflektieren.
Sie können begrenzte
bzw. abgegrenzte reflektierende Muster aufweisen, die die Form des
Ausgangsstrahls definieren, was auch noch dazu zwingt, sie längs des Wegs
des Strahls perfekt auszurichten, indem man ihre seitliche Position
oder ihre Winkelposition einstellt, da ihre reflektierenden Muster
im Allgemeinen nicht kreisförmig
sind. Vorrichtungen zum Einstellen von Spiegeln werden zum Beispiel
in
US 4,655,548 und
US 4,880, 301 beschrieben.
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Man muss die Positionen der beiden
Spiegel folglich mit großer
Sorgfalt einstellen und sucht dafür also einen verstellbaren
Spiegelhalter, der eine ausreichend große Einstellgenauigkeit und
-empfindlichkeit aufweist, der stabil ist und den man arretieren kann,
um den Hohlraum verschieben zu können, ohne
befürchten
zu müssen,
die Position der Spiegel zu verstellen. Die Erfindung entspricht
diesen Forderungen.
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In seiner allgemeinsten Form betrifft
sie einen Spiegelhalter mit einem Gestell, einem Hebel, aufgehängt am Gestell
mittels Federn, einer Montagevorrichtung des Spiegels an einem Ende
eines Arms, wobei der Spiegel an der Montagevorrichtung senkrecht
zu dem Amt zu befestigen bzw. zu fixieren ist und zwei Sätze von
Anschlägen
und Gegenanschlägen
gleitend durch das Gestell hindurch verstellbar sind und sich auf
dem Hebel abstützen,
die Gegenanschläge
zu den Anschlägen
in Bezug auf den Hebel entgegengesetzt sind, die Sätze der
Anschläge
und der Gegenanschläge
jeweils in zwei zueinander senkrechten und zu dem Hebel senkrechten
Richtungen gleiten, die Anschläge
Federn entgegenwirken, und der Arm mit dem Hebel an einer exzentrischen
Stelle des Hebels gelenkig verbunden ist und mit dem Gestell gelenkig
verbunden ist. Im Sinne der Erfindung sind die Gegenanschläge mechanische
Gegenstücke
zu den Anschlägen,
die ermöglichen,
ein Teil – hier
den Hebel – zwischen
sich und den Anschlägen
in einer Position festzuhalten, die durch diejenige der Anschläge definiert
wird. Die Anschläge
und Gegenanschläge
können
aus Sätzen entgegengesetzter
Schrauben bestehen, wobei die einen sich jeweils in der Verlängerung
der anderen befinden.
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Diese Montagevorrichtung genügt zur Ausrichtung
der Spiegel, was das Wichtigste ist. Wenn man auch noch die Fluchtung
der Spiegel einstellen will, ist es vorteilhaft, dass das Gestell
umfasst: einen feststehenden Teil, einen ersten beweglichen Teil, auf
dem feststehenden Teil in einer ersten Translationsrichtung verschiebbar,
und einen zweiten beweglichen Teil, der auf dem ersten beweglichen
Teil in einer zweiten Translationsrichtung verschiebbar ist und an
dem der Hebel aufgehängt
ist, Federn, die den ersten beweglichen Teil mit dem feststehenden
Teil und mit dem zweiten beweglichen Teil verbinden und sich jeweils
in der ersten Translationsrichtung und in der zweiten Translationsrichtung
erstrecken, nachstellbare bzw. einstellbare Anschläge, die
sich jeweils in der ersten Translationsrichtung durch den feststehenden
Teil hindurch bis zu dem ersten beweglichen Teil erstrecken und
in der zweiten Translationsrichtung durch den ersten beweglichen
Teil hindurch bis zu dem zweiten beweglichen Teil, wobei die Anschläge Federn
und Verriegelungsschrauben entgegenwirken, die den ersten beweglichen
Teil verbinden und sich jeweils in der ersten Translationsrichtung und
in der zweiten Translationsrichtung erstrecken.
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Schließlich kann die Winkelposition
des Spiegels eingestellt werden, indem man ihn in seiner Ebene dreht,
wenn die Montagevorrichtung einen an dem Arm befestigten Teil, eine
auf dem am Arm befestigten Teil drehbare Platte, wobei der Spiegel
an der Platte befestigt ist, und eine Einrichtung zum Einstellen
der Winkelposition der Platte umfasst.
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Es ist schließlich vorteilhaft, dass die
Anschläge
Einstellschrauben sind oder dass die Gegenanschläge Stellschrauben sind.
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Eine große Feinheit bei der Einstellung
der Ausrichtung erhält
man, wenn jedes der Anschlag- und Gegenanschlagsysteme einen Anschlag
und einen Gegenanschlag umfasst, die sich nahe der Montagevorrichtung
befinden, und einen Anschlag und einen Gegenanschlag, die von der
Montagevorrichtung entfernt sind, und wenn der Arm mit dem Gestell nahe
dem Spiegel und mit dem Hebel entgegengesetzt zum Spiegel und nahe
dem Anschlag und dem Gegenanschlag , die von der Montagevorrichtung entfernt
sind, gelenkig verbunden ist.
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Die Erfindung wird nun im Detail
mit Hilfe der folgenden Figuren beschrieben:
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Laserresonators,
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2 und 3 sind allgemeine Ansichten
des Spiegelhalters,
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4, 5, 6 und 7 zeigen
das mechanische System mit Aufhänghebel
mehr im Detail.
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Ein polarisierter Lichtstrahl 1,
von einem Laser stammend, fällt
schräg
in einen länglichen
Regenerationsresonator 2 ein (1),
und ein Polarisator 3 lenkt ihn ab auf einen Lichtverstärker 4,
dann auf einen ersten Spiegel 5, dessen Reflexionsmuster 6 ein Quadrat
ist. Der Strahl 1 wird in entgegengesetzter Richtung zurückgesandt
durch den Verstärker 4 und den
Polarisator 3, der jetzt ohne Ablenkung durchquert wird,
bis er von einem zweiten Spiegel 7, der vom ersten Spiegel
4,4 m entfernt sein kann und dessen Reflexionsmuster 8 der
Fourier-Transformierten des Quadrats 6 und noch genauer
einer quadratischen Fläche
entspricht, von der man Streifen 9 entfernt hat, die sich
gitterförmig überkreuzen.
Der Strahl 1 wird durch den zweiten Spiegel 7 in
Richtung erster Spiegel 5 reflektiert, aber die Linse 3 fängt ihn ab,
und so läuft
er 50-mal hin und zurück,
ehe er in seiner Anfangsrichtung in entgegengesetzter Richtung wieder
austritt. Diese große
Anzahl von Hin- und Zurückwegen
erfordert eine sehr große
Genauigkeit bei der Ausrichtung der beiden Spiegel. Der Halter, der
in der Folge beschrieben wird, kann für den einen oder den anderen
der Spiegel 5 und 7 benutzt werden. Die 2 und 3 zeigen, das er zunächst ein Gestell 10 umfasst,
gebildet durch drei Teile, nämlich: eine
feste Grundplatte 11, die an der Innenwand des Resonators 2 mittels
nicht dargestellter Schrauben befestigt werden kann, die in der
Grundplatte 11 vorgesehene Löcher 12 durchqueren;
einen ersten beweglichen, mit der Grundplatte 11 verbundenen
Teil 13; und einen mit dem vorhergehenden Teil verbundenen
Teil 14; wobei die Verbindungen zwischen den drei Teilen
des Gestells aus Kugelrollbahnen 15 und 16 bestehen,
die dem ersten beweglichen Teil 13 ermöglichen, in Querrichtung auf
der Grundplatte 11 zu gleiten, und dem zweiten beweglichen
Teil 14 ermöglichen,
in vertikaler Richtung auf dem ersten Teil 13 zu gleiten.
Eine Einstellschraube 18 sitzt in einem Ansatz 19 der
Grundplatte 11 und erreicht mit ihrem freien Ende eine
Abstützfläche 20 des
ersten beweglichen Teils 13, den sie dann zurückschiebt,
wenn sie – die
Schraube 18 – gedreht
wird; eine gespannte Feder 21, die der Schraube 18 entgegenwirkt,
verbindet die Abstützfläche 20 mit
dem Ansatz 19 und ist bestrebt; sie einander anzunähern. Dieses
System ermöglicht,
die Transversalposition des ersten beweglichen Teils 13 und
folglich die des zweiten beweglichen Teils 14 genau und
fein einzustellen; es existiert eine weitere Schraube 22,
die eine Druck- oder Spannschraube ist, in die Abstützfläche 20 geschraubt
ist und den Ansatz 19 frei durchquert; indem man sie zuschraubt,
nähert
man die Abstützfläche 20 dem
Ansatz 19 und verriegelt durch leichtes Spannen den ersten
beweglichen Teil 13 mit der Grundplatte 11, wobei
die Abstützfläche 20 der
Schraube 18 als Anschlag dient, so dass es ohne übermäßige mechanische
Kräfte,
welche die Teile verformen und die durch die Schraube 18 vorher
vorgenommenen Einstellungen verfälschen
würden,
zu keinen Verstellungen kommen kann. Das System bleibt vollkommen stabil,
selbst dann, wenn der Spiegelhalter in der Folge verschoben wird.
Ein analoges System existiert, um die beiden beweglichen Teile 13 und 14 miteinander
zu vereinigen und ihre Position in vertikaler Richtung einzustellen:
man hat wieder eine Einstellschraube 23, die in einem Ansatz 24 des
ersten beweglichen Teils 13 sitzt und sich abstützt auf
einer Abstützfläche 25 des
zweiten beweglichen Teils 14, eine zwischen dem Ansatz 24 und
der Abstützfläche 25 gespannte
Feder, und eine Spannschraube 27, die den Ansatz 24 frei
durchquert und in die Abstützfläche 25 geschraubt
und infolgedessen fähig
ist, die beweglichen Teile 13 und 14 einander
anzunähern und
miteinander zu verriegeln, so dass die Abstützfläche 25 der Einstellschraube 23 als
Anschlag dient.
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Der zweite bewegliche Teil 14 trägt eine
Konsole 28 mit geradlinig winkelförmigem Querschnitt, die mit
einer ziemlich großen
Länge über die
Platine 11 ragt und einen in der 2 nicht sichtbaren Hebel 29 trägt, der
ein wesentliches Teil der Erfindung bildet. Er erstreckt sich im
Wesentlichen senkrecht zu den beiden Verschiebungsrichtungen der
beweglichen Teile 13 und 14, wie die Konsole 28,
an der er mittels eines Paars Federn 30 aufgehängt ist,
die schräg
angeordnet sind. Zum Einstellen der Position des Hebels 29 existieren
mechanische Systeme, die den vorhergehenden ähnlich sind, in Form von zwei identischen
Gruppen 31 und 32, angeordnet an seinen Enden
(4 und 5): jede von ihnen umfasst eine erste
Stellschraube 33, die in der Konsole 28 sitzt
und sich mit ihrem freien Ende auf dem Hebel 29 abstützt, eine
zweite Stellschraube 34, ebenso angeordnet, aber senkrecht
zu der vorhergehenden, und noch zwei weitere Schrauben 35 und 36,
die Druckschrauben sind, die in einem Bügel 37 der Konsole 28 sitzen
und die auf Flächen
des Hebels 29 anschlagen, die den Flächen entgegengesetzt sind,
auf denen jeweils die Schrauben 33 und 34 anschlagen.
Da die Schrauben 35 und 36 sich jeweils in der
Verlängerung
der Schrauben 33 und 34 jenseits des Hebels 29 befinden,
handelt es sich um eine kreuzförmige Montage,
der Wirkung der Federn 30 entgegengesetzt, die dazu dienen,
die Position des Hebels 29 einzustellen, und die Schrauben 35 und 36 sind
Gegenanschlag-Schrauben,
die den Hebel 29 fest in der vorher gewählten Position halten, indem
sie eine leichte Klemmung ausüben:
ihre Wirkung entspricht der der schon erwähnten Druck- bzw. Spannschrauben 22 und 27.
Schließlich
sitzen weitere Spannschrauben mit den Bezugszeichen 38 in
der Konsole 28, und ihr Ende stützt sich jeweils seitlich auf
den Schrauben 33 und 34 ab, um sie zu arretieren,
trotz möglicher
Vibrationen.
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Das Drehen der Schrauben 33 einer
Gruppe 31 oder der anderen 32 bewirkt ein Kippen des Hebels 29 in
einer Ebene, das der Schrauben 34 ein Kippen des Hebels
bzw. Arms 39 in einer anderen Ebene, senkrecht zu der vorhergehenden;
diese Kippbewegungen werden auf den Spiegel 5 oder 7 in Form
von Drehungen in denselben Richtungen übertragen.
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Der Hebel 29 ist durch ein
Kardan- bzw. Kreuzgelenk 53 an dem Arm 39 aufgehängt, der
sich durch Öffnungen
der beweglichen Teile 13 und 14 erstreckt und
in einer Montagevorrichtung 40 der Spiegel endet, die aus
dem Gestell 10 vorsteht. Die Montagevorrichtung 40 wird
gebildet durch einen festen Teil 41, gefestigt am Arm 39,
und einer Platte 42, so auf dem festen Teil 41 angebracht,
dass sie sich drehen kann (2, 4 und 6); sie wird in dem festen Teil 41 gehalten
mittels eines Drehzylinders 48 und Schrauben 43,
die in Langlöchern 44 der
Platte 42 sitzen, was dieser letzteren einen Winkelausschlag ermöglicht;
ein Exzenter 45 sitzt in einer radialen Aussparung 46 der
Platte 42, und seine Drehung, zum Beispiel mit Hilfe eines
Schraubendrehers, bewirkt eine Drehung der Platte 42 auf
dem festen Teil 41: die Winkelposition des Spiegels 5 oder 7 kann also
eingestellt werden. Der Spiegel, zum Beispiel 5, kann auf
den Boden einer Zelle 47 im Zentrum der Platte 42 geklebt
werden, in zum Hebel 29 entgegengesetzter Richtung.
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Die Montagevorrichtung 40 kann
durch den zweiten beweglichen Teil 14 mittels eines kardanischen
Gelenkmechanismus gestützt
werden, der einen Ring 49 umfasst (7), der die durch die Anschlaggruppen 31 und 32 erzwungenen
Drehungen zulässt
und dabei die Federn 30 von einem Teil des Gewichts des
Hebels 29 und der mit ihm verbundenen Teile befreit: der
Ring 49 sitzt, wie die Montagevorrichtung 40,
in einer Öffnung 50 des
zweiten beweglichen Teils 14; er ist mit diesem vereinigt
durch ein erstes Paar horizontal ausgerichteter Kugeln bzw. Rollen 51,
und mit jenem bzw. jener durch ein zweites Paar vertikal ausgerichteter
Kugeln bzw. Rollen 52; die Ausrichtungsrichtungen der Kugeln 51 und 52 entspricht
Schwenkachsen des Rings 49 und der Montagevorrichtung 40,
die folglich frei die erwünschte
Ausrichtung einnehmen kann.
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Das Kardangelenk 53 zwischen
Hebel 29 und Arm 39 entspricht dem vorhergehenden,
wie zu sehen in den 5 und 7. Da es entgegengesetzt zum
Spiegel 5 angeordnet ist, besteht eine übliche Art der Ausrichtungseinstellung
von diesem darin, zunächst
die dem Gelenk 53 benachbarten Schrauben 33 und 34 der
Gruppe 31 zu betätigen,
so dass die Schraubtiefe fast gänzlich
auf ihn übertragen wird,
und eine vergleichsweise große
Drehung auf den Arm 39 übertragen
wird; dann kann man die Schrauben 33 und 34 der
anderen Gruppe 32 betätigen,
um den Hebel 29 um die Schrauben 33 und 34 der
ersten Gruppe 31 zu schwenken: das Kardangelenk 53 verschiebt
sich nur leicht, was gut ist für
die Feineinstellung der Ausrichtung des Spiegels 5, da dies
ein langsames Drehen des Arms 39 bewirkt.