ES2641514T3

ES2641514T3 - Elemento óptico para enfocar rayos aproximadamente colimados

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Publication number: ES2641514T3
Application number: ES15199557.8T
Authority: ES
Inventors: Sven Kiontke; Ulrike Fuchs
Original assignee: Asphericon GmbH
Current assignee: Asphericon GmbH
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: DE102015201647B4; JP2016143057A; EP3051325B1; US9958657B2; US20160223801A1; JP6145522B2; DE102015201647A1; EP3051325A1

Abstract

Elemento óptico (OE) de una pieza de material ópticamente transparente para enfocar un haz de entrada (EB) de rayos colimados (S) alrededor de un eje óptico (OA) en una zona de enfoque alrededor de un foco (F), delimitado en el lado de entrada por un tronco de cono (KS) centrado con respecto al eje óptico (OA) con superficie de cubierta (KS.p) que apunta hacia la entrada de luz (LE), caracterizado por que el elemento óptico (OE) está delimitado en el lado de salida por un cono (K) con punta de cono que apunta hacia la salida de luz (LA) sobre un eje óptico (OA) y por una superficie límite (AG) asférica simétrica rotatoria dispuesta alrededor del cono (K), en el que el cono (K) está configurado como cono complementario que completa con el tronco de cono (KS) un cono y en el que la superficie límite asférica (AG) está configurada como superficie parcial de la superficie convexa (L.k) de una lente colectora (L) asférica convexa plana con un foco (F) dispuesto detrás de la salida de luz (LA) del elemento óptico (OE) sobre el eje óptico y en el que las superficies envolventes (KS.m, K.m) del tronco de cono (KS) y del cono (K) están distanciadas reflectantes hacia dentro y a lo largo del eje óptico (OA), de tal manera que el haz de entrada colimado (EB) es desviado desde el lado interior de la superficie envolvente (K.m) del cono (K) sobre el lado interior de la superficie envolvente (KS.m) del tronco de cono (KS).

Description

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DESCRIPCION

Elemento optico para enfocar rayos aproximadamente colimados

La invencion se refiere a un elemento optico de una pieza para enfocar rayos aproximadamente colimados segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Se conocen a partir del estado de la tecnica elementos opticos para el enfoque de los rayos, que difractan rayos de entrada colimados alrededor de un eje optico en rayos de salida, que se superponen en una zona del foco. De esta manera, es posible convertir una intensidad de radiacion de entrada media comparativamente pequena, pero distribuida sobre una pupila de entrada comparativamente amplia en una intensidad de radiacion de salida media comparativamente mas alta, pero concentrada en una seccion transversal comparativamente estrecha de la zona del foco.

El documento US 2010/0309566 A1 describe un sistema optico con al menos dos reflaxicones de material solido transparente. Cada reflaxicon presenta una superficie conica interior asf como una superficie exterior en forma de tronco de cono, que estan configuradas centradas y reflectantes entre sf a lo largo de un eje optico. Otros reflaxicones se conocen a partir del documento JP 2000 206411 A.

Se conoce a partir del estado de la tecnica la aplicacion de tales elementos opticos para el enfoque del rayo, para exceder solamente dentro de la zona del foco una intensidad minima de la radiacion, por encima de la cual se excluyen ciertos efectos ffsicos como polimerizacion, la ruptura optica o una fusion de materiales solidos. De esta manera es posible una mecanizacion de materiales o de tejido biologico en una seccion espacial limitada relativamente mtida a traves de la zona de enfoque.

Tanto para la consecucion de intensidades de la radiacion especialmente altas como tambien pata una mecanizacion especialmente precisa son ventajosos elementos opticos, con los que se puede enfocar un haz de rayos de entrada de una seccion transversal predeterminada sobre una zona de enfoque especialmente estrecha. Se conocen a tal fin a partir del estado de la tecnica, por ejemplo, lentes asfericas, que se pueden formar sobre la base de las leyes de la optica de los rayos de tal manera que rayos de entrada discrecionales, que se extienden paralelos al eje optico, se pueden difractar para luz de una longitud de onda en rayos de salida, que se cortan en un punto focal, que se encuentra a la distancia de la longitud focal desde el plano principal del lado de salida de la lente asferica sobre el eje optico.

No obstante, teniendo en cuenta efectos opticos de las ondas no se puede conseguir tambien con tales lentes asfericas y tambien para luz monocromatica ningun punto focal de dilatacion infinitesimal pequena, sino solamente una zona focal de dilatacion finita, que se indica normalmente con el diametro del disco de difraccion

dAiry =1,22-

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n • sin(a)

donde X es la longitud de onda de la luz monocromatica, n es el mdice de difraccion del medio que rodea la lente y a designa el semiangulo de apertura del lado de salida de la lente asferica.

Las disposiciones y procedimientos de acuerdo con el estado de la tecnica reducen la dilatacion de la zona del foco a traves de una ampliacion de la apertura numerica. Con la seccion transversal constante de la pupila de entrada se puede realizar una ampliacion de la apertura numerica de acuerdo con el estado de la tecnica a traves de la reduccion de la longitud focal y, por lo tanto, tambien una reduccion de la distancia de trabajo entre la superficie frontal de la lente y el material a mecanizar. De acuerdo con el estado de la tecnica, se puede realizar una ampliacion de la apertura numerica tambien a traves de la utilizacion de un lfquido de inmersion entre la lente el material a mecanizar, que presenta un mdice de refraccion mas alto que el aire.

La invencion tiene el cometido de indicar un elemento optico para el enfoque de luz aproximadamente colimada, distribuida sobre una pupila de entrada de diametro predeterminado, con el que se puede conseguir una zona de enfoque mas estrecha y/o una distancia de trabajo mayor y/o una movilidad mejorada con relacion a un material a mecanizar que con disposiciones de acuerdo con el estado de la tecnica y que presenta una forma de construccion compacta, economizadora de espacio y en el que se suprime o se simplifica un ajuste despues de la fabricacion del elemento optico. Ademas, la invencion tiene el cometido de indicar un procedimiento para la aplicacion de tal elemento optico y una disposicion para la realizacion de tal procedimiento.

El cometido se soluciona con respecto al elemento optico de acuerdo con la invencion por medio de las caractensticas indicadas en la reivindicacion 1. El cometido se soluciona con respecto al procedimiento para la aplicacion del elemento optico por medio de las caractensticas indicadas en la reivindicacion 6.

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Los desarrollos ventajosos de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Un elemento optico de una pieza para enfocar un haz de entrada de rayos aproximadamente colimadas alrededor de un eje optico en una zona de enfoque esta delimitado en el lado de entrada por un tronco de cono centrado con respecto al eje optico con superficie de cubierta que apunta hacia la entrada de luz asf como en el lado de salida por un cono con punta de cono que apunta hacia la salida de luz sobre el eje optico, alrededor del cual esta dispuesta una superficie lfmite asferica simetrica rotatoria. El cono esta configurado como cono complementary del tronco de cono. La superficie lfmite asferica esta configurada como superficie parcial de la superficie convexa de una lente colectora asferica convexa plana con un punto focal dispuesto detras de la salida de la luz del elemento optico sobre el eje optico. El elemento optico esta fabricado de material opticamente transparente. Las superficies envolventes del tronco de cono y del cono estan configuradas reflectantes hacia dentro y estan distanciadas a lo largo del eje optico de tal manera que el haz de entrada aproximadamente colimado es desviado desde el lado de entrada de la superficie envolvente del cono sobre el lado interior de la superficie envolvente del tronco de cono.

Por medio de las superficies envolventes reflectantes del tronco de cono y del cono se concierte un haz de entrada de rayos de luz, que estan aproximadamente colimados con respecto al eje optico y presentan una intensidad de la radiacion distribuida de forma gaussiana simetrica rotatoria alrededor de este eje optico, en un haz que incide en forma de anillo sobre la superficie lfmite asferica de rayos de luz aproximadamente paralelos al eje optico. La superficie lfmite asferica enfoca este haz anular de rayos de luz en una zona de enfoque, que esta alrededor del foco de la lente colectora asferica convexa plana asociada a la superficie lfmite asferica. En este caso, la intensidad de la radiacion esta distribuida en el plano focal, que contiene el foco y que es atravesado en el foco por el eje optico, de forma simetrica rotatoria al foco.

Una ventaja del elemento optico segun la invencion consiste en que la distribucion de la intensidad de la radiacion es mas estrecha alrededor de foco que en disposiciones de elementos opticos segun el estado de la tecnica. La zona de actividad, en la que la distribucion de la intensidad de la radiacion en el plano focal excede una cierta intensidad minima de la radiacion predeterminada, esta configurada como superficie circular con un diametro menor que lo que es posible con disposiciones segun el estado de la tecnica. De esta manera, en aplicaciones, que se basan en un efecto ffsico, que aparece esencialmente solo por encima de tal intensidad minima de la radiacion, se puede alcanzar una exactitud mas elevada. Alternativamente, tambien es posible generar una intensidad de la radiacion mas elevada dentro de una zona de actividad, que se puede alcanzar tambien con disposiciones segun el estado de la tecnica. De esta manera se puede conseguir una intensidad minima de la radiacion para efectos ffsicos, que no se podfa alcanzar o solo de manera insuficiente con disposiciones conocidas hasta ahora.

Otra ventaja del elemento optico de una pieza segun la invencion consiste en su forma de construccion compacta economizadora de espacio. Con el plegamiento de la trayectoria de los rayos, realizada a traves de reflexion en las superficies envolventes del cono y del tronco de cono se puede conseguir una longitud de construccion especialmente reducida a lo largo del eje optico. Puesto que la posicion de las superficies lfmites reflectantes y refractantes se puede predeterminar por la forma de construccion del elemento optico de una pieza, no es necesario con ventaja un ajuste despues de la fabricacion.

En una forma de realizacion del elemento optico de una pieza, las superficies envolventes del tronco de cono y del cono estan plateadas hacia dentro. Tal plateado se puede realizar con ventaja economicamente con procedimientos conocidos.

En una forma de realizacion del elemento optico de una pieza, el angulo de apertura del cono es menor que un angulo de ciento ochenta grado, reducido en el doble del angulo lfmite de la reflexion total para una transicion desde el material del elemento optico hacia el aire. A traves del angulo de apertura del cono seleccionado de esta manera se realiza una reflexion total de los rayos de luz colimados aproximadamente con respecto al eje optico, que inciden sobre el lado interior de la superficie envolvente del cono. De la misma manera se realiza una reflexion total de los rayos de luz desviado desde el lado interior de la superficie envolvente del cono sobre el lado interior de la superficie envolvente del tronco de cono. Por medio de la reflexion total se puede conseguir una desviacion de los rayos con menor perdida de luz que en una superficie lfmite reflejada. De manera ventajosa, en esta forma de realizacion de la invencion se consigue un rendimiento de luz especialmente alto en la zona de enfoque.

En una forma de realizacion del elemento optico de una pieza, sobre la superficie de cubierta del tronco de cono esta dispuesto un elemento optico difractivo. La funcion de transmision de este elemento optico difractivo se selecciona para que se reduzca aproximadamente al mmimo la dispersion de la velocidad de los grupos de un pulso laser ultracorto a lo largo de la trayectoria de los rayos a traves del elemento optico.

Opcionalmente, la funcion de transmision de este elemento optico difractivo se selecciona para que se reduzcan al mmimo dispersiones de orden superior para tal pulso laser ultracorto. De esta manera, con ventaja se limita o se reduce al mmimo la longitud temporal y/o la distorsion de la forma del pulso de un pulso laser ultracorto de este tipo en la zona del foco del elemento optico.

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En un procedimiento para enfocar un haz de entrada aproximadamente colimado con un elemento optico de una pieza, dentro de la zona del foco se puede conseguir una intensidad de la radiacion por encima de una intensidad mmima de la radiacion para un efecto ffsico, de manera que este efecto ffsico se suprime casi totalmente con una intensidad de la radiacion por debajo del valor lfmite de la intensidad de la radiacion. Por lo tanto, de manera ventajosa es posible conseguir este efecto ffsico dentro de una zona de actividad con seccion transversal aproximadamente de forma circular y con un diametro especialmente pequeno en comparacion con procedimientos segun el estado de la tecnica. De este modo son posibles procedimientos de mecanizacion con exactitud y/o resolucion especialmente altas.

Por ejemplo, es posible que el efecto descanse en una polimerizacion, que se realiza casi completamente con un valor lfmite o por encima de un valor lfmite de la intensidad de la radiacion y casi se suprime por debajo de este valor lfmite de la intensidad de la radiacion. De esta manera con ventaja por medio de un elemento optico segun la invencion se pueden realizar tales llamados procedimientos de impresion.3D, que se basan en una polimerizacion resuelta a traves de radiacion, con una resolucion especialmente alta.

En otra forma de realizacion del procedimiento, es posible resolver por encima de un valor lfmite de la intensidad de la radiacion una apertura optica en una zona especialmente pequena y especialmente limitada exacta en una material mecanizado. De esta manera, por ejemplo procedimientos conocidos a partir del estado de la tecnica para la cavitacion inducida por laser, por ejemplo para la separacion de tejido de la cornea o tejido de lente se pueden realizar de manera especialmente exacta y cuidadosa en una operacion Laser-in-situ-Keratomileusis (LASIK) por medio de pulsos de laser ultracortos. No obstante, tambien se pueden realizar otros numerosos procedimientos conocidos a partir del estado de la tecnica para la cirugfa con laser con exactitud y resolucion mejoradas.

En otra forma de realizacion del procedimiento, por encima del valor lfmite de la intensidad de la radiacion se funde una sustancia solida. De esta manera, por ejemplo, son posibles procedimientos conocidos a partir del estado de la tecnica de la soldadura laser o corte laser de manera especialmente exacta y/o con costuras de soldadura o junturas de separacion especialmente exactas.

En una disposicion para la realizacion de un procedimiento de enfoque de un haz de rayos aproximadamente colimados con un elemento optico segun la invencion, se ilumina el elemento optico en el lado de entrada con luz aproximadamente colimada. De manera ventajosa, se pueden utilizar a tal fin fuentes laser que estan disponibles economicas y de alto rendimiento.

En una forma de realizacion de tal disposicion, el elemento optico esta conectado en el lado de salida con la zona del foco a traves de un lfquido de inmersion con un onice de refraccion mayor que 1, que provoca una ampliacion de la apertura numerica del elemento optico. De esta manera, con geometna e intensidad de la radiacion inalteradas de la iluminacion optica del lado de entrada del elemento optico se consigue un estrechamiento de la zona del foco y, por lo tanto, una intensidad elevada de la radiacion en el plano del foco y/o una seccion transversal reducida de la zona de actividad. De la misma manera es posible con zona del foco inalterada incrementar la seccion transversal del haz de entrada de rayos de luz y de esta manera acoplar una energfa luminosa mas elevada en el elemento optico y, por consiguiente, conseguir una intensidad de la radiacion mas elevada en el plano del foco. Ademas, es posible, con zona del foco inalterada y seccion transversal inalterada del haz de entrada, reducir la dilatacion del elemento optico perpendicularmente al eje optico y de esta manera utilizar un elemento optico mas economico y mas facil de fabricar.

En otra forma de realizacion de tal disposicion, entre el elemento optico segun la invencion y la zona del foco esta dispuesto un elemento de proteccion opticamente transparente, que impide de manera ventajosa una contaminacion o perjuicio mecanico del elemento optico, especialmente de la superficie envolvente del lado de salida del cono y de la superficie lfmite asferica del lado de salida. Por ejemplo, tal elemento de proteccion puede evitar o reducir la deposicion de material evaporado o inyectado sobre las superficies del lado de salida del elemento optico durante la soldadura laser o corte laser.

En otra configuracion de esta forma de realizacion de la invencion, el elemento de proteccion es sustituible. De manera ventajosa, en el caso de un procedimiento de mecanizacion especialmente intensivo de contaminacion, un elemento de proteccion contaminado se puede sustituir de esta manera con poco gasto por un elemento de proteccion nuevo o limpio o se puede extraer para una limpieza. De este modo se puede conseguir una mecanizacion con intensidad de la radiacion reducida de forma esencialmente duradera y simultaneamente un tiempo reducido de equipamiento y de mantenimiento.

Ejemplos de realizacion de la invencion se explican en detalle a continuacion con la ayuda de dibujos, en los que:

La figura 1 muestra esquematicamente la trayectoria de los rayos a traves de una lente asferica convexa plana.

La figura 2 muestra esquematicamente el perfil de la intensidad de la radiacion a traves de una zona del foco a lo

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largo de la distancia desde el eje optico y

La figura 3 muestra esquematicamente la trayectoria de los rayos a traves de un elemento optico de una pieza para el enfoque del rayo.

Las partes correspondientes entre sf estan provistas en todas las figuras con los mismos signos de referencia.

La figura 1 muestra esquematicamente la trayectoria de rayos de luz S a traves de una lente asferica L convexa plana con un eje optico OA segun el estado de la tecnica. Un haz de entrada EB de rayos de entrada colimados hacia el eje optico OA entra en la entrada de luz LE en la lente asferica L convexa plana en su superficie convexa L.k. Un haz de salida AB de rayos de salida convergentes sale de nuevo en la salida de luz LA en la superficie plana L.p de la lente asferica L conexa plana. La superficie convexa L.k esta formada simetrica rotatoria con respecto al eje optico OA, de tal manera que los rayos de salida se cortanan segun las leyes de la optica de rayos en un foco o punto focal F colocado en el lado de salida de la lente asferica L convexa plana. No obstante, la difraccion a tener en cuenta debido a la naturaleza de las ondas de la luz provoca que en contra de las leyes de la optica de los rayos, no se concentre todo el flujo de radiacion distribuido sobre todos los rayos de luz S entrantes en el punto focal F, sino mas bien se distribuye de forma simetrica rotatoria con respecto al eje optico OA en un plano del foco, de manera que el plano del foco es el plano que contiene el punto focal F y es perforado perpendicularmente en este por el eje optico OA.

La figura 2 muestra esquematicamente la distribucion de la intensidad de la radiacion en el plano del foco a lo largo de una lmea imaginaria discrecional a traves del punto del foco F como perfil de la intensidad de la radiacion, de manera que sobre el eje de la posicion se registra la distancia de una posicion x con respecto al punto del foco F sobre el eje de la intensidad de la radiacion E se registra el valor de la intensidad de la radiacion, que se mide en esta distancia x. Posiciones colocadas a la misma distancia, pero en direccion opuesta desde el punto del foco F a lo largo de la lmea imaginaria a traves del punto focal F llevan signos opuestos.

Cuando se ilumina una lente asferica L convexa plana con un haz de entrada EB de rayos colimados S, como se representa esquematicamente en la figura 1, y cuando este haz de entrada presenta una distribucion de la intensidad de la radiacion gaussiana simetrica rotatoria alrededor del eje OA, resulta en el plano del foco una distribucion de la intensidad de la radiacion simetrica rotatoria alrededor del eje optico OA y un perfil de la intensidad de la radiacion E_L con un maximo en la posicion x=0, es decir, en el lugar del punto focal F, que esta rodeado por dos puntos cero. A partir de la simetna de rotacion de la distribucion de la intensidad de la radiacion con respecto al eje optico OA sigue un desarrollo en simetna de espejo del perfil de la intensidad de la radiacion E_L con relacion a la perpendicular a traves de la posicion x=0.

Si se necesita una intensidad minima E_min predeterminada de la radiacion para la consecucion de un efecto ffsico determinado, por ejemplo para una polimerizacion, para una apertura optica o para una fusion de un material, entonces se consigue este efecto ffsico en el plano focal solo dentro de un cmculo de actividad alrededor del eje optico OA, cuyo radio se da por el valor de la distancia x_L_min, en el que se alcanza precisamente la intensidad minima de la radiacion E_min desde el perfil de la intensidad de la radiacion E_L.

La posicion de los dos lugares de cero, que rodean el maximo en el punto focal F, del perfil de la intensidad de la radiacion E_L se determina a traves de la apertura numerica de la lente asferica L convexa plana. Un incremento de la apertura numerica provoca una aproximacion de estos lugares de cero y de esta manera, puesto que toda la potencia de radiacion permanece inalterada como superficie por debajo del perfil de la intensidad de la radiacion E_L, provoca un maximo mas elevado y una cafda mas empinada en torno a este maximo. Por lo tanto, disposiciones y procedimientos segun el estado de la tecnica tratan de incrementar la apertura numerica de la lente asferica L convexa plana para la consecucion de una intensidad minima de la radiacion E_min mas elevada para la obtencion de un efecto ffsico y/o para la mejora de la exactitud en la consecucion de un efecto ffsico.

La figura 3 muestra esquematicamente la trayectoria de los rayos a traves de un elemento optico OE de una pieza, que esta configurado simetrico rotatorio a un eje optico OA. El elemento optico OE esta delimitado hacia el lado de entrada ES por un tronco de cono KS, que presenta una superficie envolvente conica KS.m, que termina en una superficie de cubierta plana KS.p. La superficie envolvente conica KS.m esta plateada hacia dentro. de manera que se refleja un rayo de luz S, que incide desde el interior del elemento optico OE sobre la superficie envolvente conica KS.m. La superficie de cubierta plana KS.p apunta en la direccion del lado de entrada ES y esta centrada y alineada perpendicular al eje optico OA. La superficie de cubierta plana KS.p representa la escotilla de entrada del elemento optico OE.

El elemento optico OE esta delimitado hacia el lado de salida AS por un cono central K, cuya punta de cono esta sobre el eje optico OA y apunta en la direccion del lado de salida AS. El cono K esta configurado como cono complementario al tronco de cono KS, con otras palabras: el cono K complementa el tronco de cono KS para formar un cono K completo. La superficie envolvente K.m del cono K esta plateada hacia dentro, de manera se refleja que

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un rayo de luz S, que incide desde el interior del elemento optico OE sobre la superficie envolvente K.m.

Alternativamente al plateado de las superficies envolventes K.m, KS.m del cono K y del tronco de cono KS es posible que en funcion del mdice de refraccion del material para el elemento optico OE se selecciona un angulo de apertura para el K y, por lo tanto, tambien para el tronco de cono KS, de tal manera que la reflexion de un rayo de luz S en el lado interior de la superficie envolvente K.m del cono K como tambien en el lado interior de la superficie envolvente KS.m del tronco de cono KS se realice sobre la reflexion total.

El elemento optico OE esta delimitado, ademas, hacia el lado de salida AS por una superficie lfmite asferica AG simetrica rotatoria hacia el eje optico OA, que se conecta en el cono K y lo engasta. En la zona de la superficie lfmite asferica AG, es decir, fuera del cono K, la superficie lfmite del lado de salida del elemento optico OE coincide con la superficie convexa L.k de una lente asferica L plana convexa imaginaria, cuyo foco se encuentra en el lado de salida sobre el eje optico OA.

Es posible que la superficie de cubierta plana KS.p y/o la superficie lfmite asferica AG sean antirreflectantes, para limitar las perdidas de transmision durante la entrada y/o salida de luz dentro y/o fuera del elemento optico OE.

A continuacion se explica la trayectoria de los rayos a traves del elemento optico OE. Un haz de entrada EB hacia el eje optico OA de rayos colimados S con una seccion transversal circular atraviesa la superficie de cubierta plana KS.p sin modificacion de la direccion y se refleja en la superficie envolvente K.m del cono K hacia dentro. En virtud de la inclinacion de la superficie envolvente K.m hacia el eje optico OA, el haz de rayos presenta despues de la reflexion en la superficie envolvente K.m una seccion transversal anular concentricamente al eje optico, de manera que el diametro interior y el diametro exterior del anillo luminoso LR se ensanchan con esta seccion transversal anular en la direccion de la trayectoria de los rayos, es decir, en direccion a la superficie envolvente KS.m del tronco de cono KS.

El anillo luminoso LR ensanchado incide sobre el lado interior de la superficie envolvente KS.m del tronco de cono KS bajo el mismo angulo de incidencia, bajo el que los rayos colimados S, paralelos al eje optico OA indicen sobre el lado interior de la superficie envolvente K.m del cono K, puesto que el cono K forma un cono complementario del tronco de cono KS. Por consiguiente, el anillo luminoso LR ensanchado es reflejado en el lado interior de la superficie envolvente K.m en un haz hacia el eje optico de rayos de luz colimados S con seccion transversal anular en la direccion de la superficie lfmite asferica AG. Este anillo luminoso reflejado LR' incide de esta manera con seccion transversal anular inalterada sobre la superficie lfmite asferica AG.

La superficie lfmite asferica AG esta curvada simetrica rotatoria, de tal manera que los rayos S, que inciden colimados con respecto al eje optico OA, incidinan de acuerdo con las leyes de la optica geometrica en un foco F en el lado de salida.

De hecho, tambien aqrn resulta, en virtud de la refraccion de la luz, una distribucion de la intensidad de la radiacion en el plano del foco, que no se concentra en un foco F infinitesimal pequeno, sino que se extiende simetrico rotatorio mas alla de este. La figura 2 representa esquematicamente el perfil de la intensidad de la radiacion E_OE alcanzado con el elemento optico OE segun la invencion junto al perfil de la intensidad de la radiacion E_L para una lente asferica L convexa plana segun el estado de la tecnica sin utilizacion de axicones A1, A2 para el ensanchamiento del rayo, presentando ambas disposiciones la misma apertura numerica.

Como se puede reconocer a partir de la figura 2, el maximo central, es decir, la zona entre los dos mmimos o lugares cero que incluyen el maximo, del perfil de la intensidad de la radiacion E_OE alcanzada con el elemento optico OE es menor que el maximo central del perfil de la intensidad de la radiacion E_L segun el estado de la tecnica. Especialmente tambien la zona, en la que se excede la intensidad minima de la radiacion E_min predeterminada con un rayo formado por el elemento optico OE es menor y corresponde a un cfrculo alrededor del eje optico OA, cuyo radio se da por el valor de la distancia x_SF_min, en el que se alcanza precisamente la intensidad minima de la radiacion E_min desde el perfil de la intensidad de la radiacion E_OE.

De manera ventajosa, con el elemento optico OE se puede realizar, por lo tanto, una mecanizacion mas exacta de una pieza de trabajo o de un material, cuando esta mecanizacion de basa en un efecto ffsico, que solo se resuelve por encima d tal intensidad minima de la radiacion E_min predeterminada, sin que deba incrementarse para ello la apertura numerica con las repercusiones desfavorables conocidas a partir del estado de la tecnica.

Es evidente para el tecnico que para un haz de entrada EB, que no comprende exclusivamente exactamente rayos S colimados, sino rayos S ligeramente divergentes o convergentes, por lo tanto, en general, ligeramente inclinados, por ejemplo menos de 5 grados, frente al eje optico OA, resulta un perfil de la intensidad de la radiacion, que es similar, en principio, al desarrollo representado del perfil de la intensidad de la radiacion E_OE, en particular con respecto a la altura y la anchura del maximo central. De esta manera, el elemento optico OE se puede emplear de manera ventajosa tambien para fuentes de luz no colimadas exactamente.

Lista de signos de referencia

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S Rayo de luz, rayo

L Lente asferica convexa plana

L.p Superficie plana de la lente asferica convexa plana

L.k Superficie convexa de la lente asferica convexa plana

OA Lente optico

EB Haz de entrada

AB Haz de salida

LE Entrada de luz, lado de entrada

LA Salida de luz, lado de salida

F Punto focal, foco

X Eje de posicion

E Eje de la intensidad de la radiacion

E_L Perfil de la intensidad de la radiacion de una lente asferica convexa plana

E_OE Perfil de la intensidad de la radiacion de un formador del rayo

E_min Intensidad minima de la radiacion

OE Elemento optico

KS Tronco de cono

KS.m Superficie envolvente del tronco de cono KS.p Superficie de cubierta del tronco de cono K Cono

K.m Superficie envolvente del cono

AG Superficie lfmite asferica

LR, LR' Anillo luminoso

Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Elemento optico (OE) de una pieza de material opticamente transparente para enfocar un haz de entrada (EB) de rayos colimados (S) alrededor de un eje optico (OA) en una zona de enfoque alrededor de un foco (F), delimitado en el lado de entrada por un tronco de cono (KS) centrado con respecto al eje optico (OA) con superficie de cubierta (KS.p) que apunta hacia la entrada de luz (LE), caracterizado por que el elemento optico (OE) esta delimitado en el lado de salida por un cono (K) con punta de cono que apunta hacia la salida de luz (LA) sobre un eje optico (OA) y por una superficie ffmite (AG) asferica simetrica rotatoria dispuesta alrededor del cono (K), en el que el cono (K) esta configurado como cono complementario que completa con el tronco de cono (KS) un cono y en el que la superficie ffmite asferica (AG) esta configurada como superficie parcial de la superficie convexa (L.k) de una lente colectora (L) asferica convexa plana con un foco (F) dispuesto detras de la salida de luz (LA) del elemento optico (OE) sobre el eje optico y en el que las superficies envolventes (KS.m, K.m) del tronco de cono (KS) y del cono (K) estan distanciadas reflectantes hacia dentro y a lo largo del eje optico (OA), de tal manera que el haz de entrada colimado (EB) es desviado desde el lado interior de la superficie envolvente (K.m) del cono (K) sobre el lado interior de la superficie envolvente (KS.m) del tronco de cono (KS).
2. - Elemento optico (OE) de una pieza segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las superficies envolventes (KS.m, K.m) del tronco de cono (KS) y del cono (K) estan reflejadas hacia dentro.
3. - Elemento optico (OE) de una pieza segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el angulo de apertura del cono (K) es menor que un angulo deciento ochenta grados reducido en el doble del angulo ffmite de la reflexion total para una transicion desde el material opticamente transparente del elemento optico (OE) hacia el aire.
4. - Elemento optico (OE) de una pieza segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que sobre la superficie de cubierta (KS.p) del tronco de cono (KS) esta dispuesto un elemento optico difractivo (OE), cuya funcion de transmision esta seleccionada de tal forma que la dispersion de la velocidad de los grupos de un pulso laser ultracorto se reduce al mmimo a lo largo de la trayectoria de los rayos a traves del elemento optico (OE).
5. - Elemento optico (OE) de una pieza segun la reivindicacion 4, caracterizado por que la funcion de transmision del elemento optico-difractivo (OE) se selecciona para que la dispersion de la velocidad de los grupos y las dispersiones de orden superior de un pulso laser ultracorto se reducen al mmimo a lo largo de la trayectoria de los rayos a traves del elemento optico (OE).
6. - Procedimiento para enfocar un haz de entrada (EB) de rayos colimados (S) con un elemento optico (OE) de una pieza segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dentro de la zona del foco alrededor del punto focal (F) se puede conseguir una intensidad de la radiacion por encima de una intensidad minima de la radiacion (E_min) para un efecto ffsico, que se suprime totalmente fuera de la zona del foco.
7. - Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el efecto ffsico se basa en una polimerizacion por encima de la intensidad minima de la radiacion (E_min).
8. - Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el efecto ffsico de basa en una apertura optica fuera de la intensidad minima de la radiacion (E_min).
9. - Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el efecto ffsico se basa en la fusion de un material solido fuera de la intensidad de la radiacion minima (E_min).
10. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por que el elemento optico (OE) de una pieza es iluminado en el lado de entrada con luz colimada.
11. - Disposicion con un elemento optico (OE) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el elemento optico (OE) de una pieza esta conectado con la zona del foco alrededor del punto focal (F) a traves de un ffquido de inmersion con un mdice de refraccion mayor de 1.
12. - Disposicion segun la reivindicacion 11, caracterizado por que entre el elemento optico (OE) de una pieza y la zona del foco esta dispuesto un elemento de proteccion opticamente transparente.
13. - Disposicion segun la reivindicacion 12, caracterizado por que el elemento de proteccion es sustituible.