JP7368435B2 - 光学装置及びレーザー加工装置 - Google Patents

Description

光学装置は、反射、回折又は屈折によって、所定の方法で専用波長域の電磁放射線と相互作用するように構成される。特に、光学装置は、反射によって所定の方法でレーザービームを偏向させるように構成される。

一実施形態によれば、光学装置は、キャリア、光学素子及び放射線シンクから構成される。例えば、動作中、電磁放射線は、所定の方法で光学素子に入射する。光学素子は、専用波長域の電磁放射線を反射するように配置されるミラーであってもよい。特に、ミラーは、専用の波長域の光に対する反射率が９９％以上、特に９９．９％以上であることが好ましい。特に、ミラーは誘電体ミラーであることが好ましい。この誘電体ミラーは、第２の部分を吸収せず、第２の部分を透過することが好ましい。有利なことに、第２の部分はミラーを加熱し、それによってダメージを与えることはない。このように、誘電体ミラーは、第２の部分から生じる過剰な熱がミラーとは異なる場所で放散させることができるため、金属ミラーよりも好ましい。

キャリアには光学素子が搭載されている。例えば、光学素子は、キャリアに移動可能に取り付けられる。光学素子は、ヒンジ及び／又はばねによってキャリアに取り付けることができる。例えば、光学素子は、曲がり梁によってキャリアに取り付けられる。特に、光学素子は、キャリアに対して第１の回転軸及び第２の回転軸を中心として回転可能とされる。第１の回転軸及び第２の回転軸は、互いに対して斜めに、特に垂直に延伸する。第１及び／又は第２の回転軸は、キャリアに対する光学素子の動作を説明するための仮想直線であり得る。例えば、第１の回転軸及び第２の回転軸は、光学素子内で、又は、光学素子表面に沿って、好ましくは光学素子の反射面に沿って延伸する。

キャリアは、プリント回路基板を含むことができ、特に、プリント回路基板から構成することができる。例えば、キャリアは、アクチュエーター又はアクチュエーターの一部を含み、光学素子に力を加えるように配置される。例えば、アクチュエーターやアクチュエーターの一部がコイルや磁石であってもよい。コイルは、プリント回路基板の層構造に組み込まれてもよい。アクチュエーターは、光学素子とキャリアとの間で機能するように配置することができ、これにより、光学素子の主伸長面に沿った移動、その主伸長面に垂直な移動、及び／又は第１又は第２の回転軸を中心とした回転が生じる。

一実施形態によれば、キャリアは凹部を有する。凹部は、止まり穴又はキャリアを一方向に完全に貫通する貫通穴とすることができる。特に、キャリアを貫通する１つの断面平面があり、凹部は前記平面に沿ってキャリアに完全に囲まれる。すなわち、キャリアは、凹部の周りにフレームのような構造を有する。

一実施形態によれば、光学装置は、電磁放射線と相互作用するように配置され、電磁放射線を第１の部分と第２の部分とに分割する。光学素子は、第１の部分を定義可能な方向に偏向させるように配置される。第２の部分は凹部に入射し、放射線シンクに入射する。例えば、放射線シンクは、凹部に配置される。あるいは、凹部が完全にキャリアを貫通して延伸する場合、放射線シンクは、光学素子を透過する光の光路に沿って凹部の外側に配置される。例えば、光学素子と放射線シンクは、キャリアの反対側に配置される。放射線シンクは、電磁放射線に対して特に低い反射率と低い透明度を有してもよい。特に、放射線シンクは、光が入射する黒い表面を有する。さらに、放射線シンクの反射率は、粗い表面によって低下する可能性がある。放射線シンクは、特に高い熱伝導率を有する材料を含んでもよい。例えば、放射線シンクは金属を含む。放射線シンクは、冷却液によって放射線シンクの温度を下げるように配置された液体ユニットを含んでもよい。特に、放射線シンクは、液体ユニットが冷却液をポンプで送る伝送路を含んでもよい。放射線シンクは、周囲の大気との熱交換を高めるために、放射線シンクの表面を増やすように配置された冷却フィンを含んでもよい。さらに、放射線シンクは、キャリア及び／又は光学素子から熱を逃がすように配置されたヒートパイプを含んでもよい。

一実施形態によれば、光学装置は、キャリア、光学素子及び放射線シンクを含む。光学素子はキャリアに搭載され、光学素子はキャリアに対して移動可能である。第１の回転軸と第２の回転軸とは、互いに対して斜めに延伸する。キャリアは、光学素子を透過した光が放射線シンクに入射する凹部を有する。特に、光学素子を透過した光は、凹部に入射する。

ここで説明する光学装置は、とりわけ以下の考慮事項に基づいている。キャリア、光学素子の温度、及びキャリアと光学素子との間の機械的接続の温度は、光学素子の相対運動及び光学素子の光学特性に大きな影響を与える。そのため、動作中はキャリア及び光学素子の温度を一定に維持することが好ましい。特に、キャリア又は光学素子での光の吸収による入熱を回避することが有益である。

ここで説明する光学装置は、光学素子と相互作用しない電磁放射線を意図的に放射線シンクによって吸収するという考え方を採用している。結果として、キャリア、光学素子、及びキャリアと光学素子との間の機械的接続の温度に対する電磁放射線の影響が低減される。有利なことに、光学装置の光学的特性及び機械的特性が特に安定し、その結果、光学装置の精度及び信頼性がより一層高まる。

一実施形態によれば、電磁放射線と、第１の部分及び／又は第２の部分とは、凹部に入射する。

一実施形態によれば、凹部は、キャリアの第１の面から第２の面までキャリアを完全に貫通して延伸し、第１の面は第２の面と対向する。例えば、光学素子は、キャリアの第１の面に配置され、放射線シンクは、キャリアの第２の面に配置される。例えば、横方向において、放射線シンクは、凹部の上に突出している。なお、ここでは、横方向とは、キャリアの主延伸方向に沿った方向をいう。有利なことに、横方向において、放射線シンクのサイズは、凹部のサイズによって制限されない。従って、放射線シンクは大きくてもよく、これにより、キャリア及び／又は光学素子の温度に影響を与えることなく、放射線シンクによって特に多量の熱を吸収することができる。

一実施形態によれば、キャリア及び放射線シンクは、断熱材料によって接続される。例えば、放射線シンクは、断熱材料によってキャリアに機械的に結合される。このように、キャリアと放射線シンクとは間接的に接続される。特に、放射線シンクとキャリアとの間に直接的な接触はない。放射線シンクは、断熱材料よりも高い熱伝導率を有する材料で構成される。特に、放射線シンクは、少なくとも１０Ｗ／（ｍＫ）、好ましくは少なくとも００Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有する材料、例えば金属を含む又はのみから構成される。断熱材料は、最大で５Ｗ／（ｍＫ）、好ましくは最大で１Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有する材料、例えばポリマー又はセラミックの材料を含む又はのみから構成される。キャリアと放射線シンクとの間には間隙があってもよく、間隙にはガスが充填される。このガスは、最大でも１０^-3ｈＰａという特に低い圧力を有してもよい。有利には、断熱材料は、放射線シンクからキャリアに伝達される熱の量を低減する。

一実施形態によれば、光学素子はミラーである。特に、ミラーは、分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）又はダイクロイックミラーである。ミラーは、材料の機械加工に利用されるレーザービームの電磁放射線に対して、特に高い反射率を有してもよい。特に、ミラーは、一方の表面にＤＢＲ又は銀層を有するシリカガラス基板を含み、ＤＢＲ又は銀層がミラーの反射面を担う。例えば、ミラーには液冷又は空冷の手段がない。特に、ミラーには冷却フィンがなく、これはミラーの表面を増やして熱交換を容易にする目的がある。

一実施形態によれば、ミラーは、当該ミラーと一緒に移動するように配置される筐体に固定的に取り付けられ、ミラーと筐体とは、光学装置の固定部分に対して移動する当該光学装置の可動部分を形成し、可動部分の重心と第１の回転軸との間の距離が０．５ｍｍ以下であり、可動部分の重心と第２の回転軸との間の距離が０．５ｍｍ以下である。光学装置の固定部分は、キャリアから構成される。特に、固定部分は、キャリアに対して移動しない、光学装置のすべての部分から構成される。第１の回転軸及び第２の回転軸は、ミラーの反射面に沿って延伸してもよい。好ましくは、第１及び第２の回転軸は、反射面によって定義される平面内に延伸する。例えば、ミラーは、特に低い質量を有する。ミラーは、最大でも２０グラムの質量を有する。ミラーの質量は、ミラーの反射面全体に沿って均等に分布してもよい。例えば、ミラーは、反射面に垂直な方向に一定の厚さを有する。あるいは、第１の回転軸及び／又は第２の回転軸に近い領域では、第１の回転軸及び／又は第２の回転軸から離れた領域に比べて、ミラーの反射面に垂直な方向の厚みが大きい。

特に、第１の回転軸及び／又は第２の回転軸は、仮想軸である。ここでは、仮想回転軸とは、意図された動作中に可動部分がその周りを回転する軸のことであり、回転をガイドする荷重構造は、必ずしも回転軸に沿って延伸するとは限らない。仮想回転軸は仮想直線に沿って延伸し、回転をガイドする構造は必ずしもこの直線に沿っている必要はない。

ミラーは、上面から見て二次形状を有し、ミラーの端部の長さは、２０ｍｍ、好ましくは少なくとも４０ｍｍである。ミラーの厚さは１ｍｍ～６ｍｍ、好ましくは３．５ｍｍ～４．５ｍｍである。

ミラーは、光学素子とキャリアとの間の機械的接続が付与される接続点を含んでもよい。接続点は、ミラーの端部領域に配置され、エッジ領域は、反射面と、反射面に対向する裏面とを接続する。

一実施形態によれば、光学装置は、キャリア上の可動部分を指示するように配置されるベアリングを含み、ベアリングは、少なくとも２つの曲がり梁を含む。ここで、曲がり梁（フレキシャともよばれる）は、細長い構造要素を含み、意図的な使用においては、要素の長手方向の軸に垂直な外部荷重を受ける。曲がり梁は、長さが幅及び厚みよりも長いことが想定される。例えば、幅及び厚みは、長さのごく一部、典型的には１／１０以下であり、長手方向の軸は長さに沿って延伸する。

特に、可動部分は、曲がり梁によってのみベアリングされる。曲がり梁の長手方向の軸は、光学素子の反射面に沿って延伸してもよい。

一実施形態によれば、アクチュエーターは、第１の軸を中心とした回転と第２の軸を中心とした回転とを互いに独立して作用させる力を発生するように配置される。特に、アクチュエーターは、少なくとも２つのアクチュエーター部分を含み、各部分は磁石及びコイルを含む。各アクチュエーター部分は、コイルがキャリアに固定的に取り付けられ、磁石が可動部分に固定的に取り付けられているか、又はその逆である。少なくとも２つのアクチュエーター部分の一方は、第１の軸を中心とした回転に作用させる力を発生するように配置され、少なくとも２つのアクチュエーター部分の他方は、第２の軸を中心とした回転に作用させる力を発生するように配置される。

一実施形態によれば、アクチュエーター部分について、コイルはキャリアに固定的に取り付けられ、磁石は可動部分に固定的に取り付けられる。特に、キャリアは、コイルのヒートシンクとして機能する。例えば、キャリアは放射線シンクに接続され、その放射線シンクは、それらの動作電流のため、第２のビーム部から放出される熱と、コイルから放出される熱とにさらされる。特に、放射線シンクは、放射線シンクを冷却するように配置された液体冷却システムを含んでもよい。特に、コイルと可動部分との間の熱抵抗は、コイルとキャリアとの間の熱抵抗よりも高い。好ましくは、コイルと可動部分との間の熱抵抗は、コイルと放射線シンクとの間の熱抵抗よりも高い。

一実施形態によれば、気流が可動部分を通過する。例えば、気流は、第１の面から第２の面に向かって可動部分を通過するように配置される。あるいは、気流が第２の面の可動部分を通過し、第１の面を通過しなくてもよい。特に、気流は可動部分を冷却するように配置される。有利には、気流の方向は、例えばベアリング又はアクチュエーターから発生する粒子が第１の面から第２の面に移動するリスクを低減する。従って、気流は、可動部分を冷却し、光学素子の粒子露出を低く維持することによって、複数の目的に役立つ可能性を有する。

特に、可動部分は、可動部分の温度を測定するように配置されるセンサーを含む。好ましくは、センサーは、ベアリングによって電気的に接続される。

一実施形態によれば、コイルのうち１つは可動部分に固定的に取り付けられ、曲がり梁はコイルの電気接点を含む。特に、可動部分には複数のコイルが固定的に取り付けら、ベアリングは複数のコイルの電気接点を含む。例えば、曲がり梁は、導電性の材料から形成される。

一実施形態によれば、光学素子は、第１の回転軸を中心とした回転に対する第１の共振周波数と、第２の回転軸を中心とした回転に対する第２の共振周波数とを有する。第１の共振周波数は、第２の共振周波数と最大で５０Ｈｚ、好ましくは５Ｈｚの差を有する。例えば、第１の共振周波数は、少なくとも１００Ｈｚ、好ましくは少なくとも１ｋＨｚである。第２の共振周波数は、少なくとも１００Ｈｚ、好ましくは少なくとも１ｋＨｚである。第１及び第２の共振周波数は、光学素子の質量、第１及び／又は第２の回転軸を中心とした光学素子の質量分布、及びキャリアと光学素子との間の機械的接続によって基本的に定義される。例えば、光学素子は、バネによってキャリアに接続される。バネは、曲がり梁でも、ねじり梁でもよい。

一実施形態によれば、光学要素子は、第１の回転軸を中心とした回転に対する第１の振幅と、第２の回転軸を中心とした回転に対する第２の振幅とを有する。特に、第１の振幅と第２の振幅とは、最大で０．１°、特に最大で０．０５°の差を有する。

一実施形態によれば、第１の振幅及び／又は第２の振幅は、少なくとも±０．０５°、好ましくは少なくとも±０．１°、より好ましくは少なくとも±１°である。第１の振幅及び第２の振幅は、光学素子がそれぞれの共振周波数で第１の回転軸又は第２の回転軸周りで偏向されるときの最大偏向に対応する。

光学装置は、光学素子をキャリアに対して揺動運動するように配置されてもよい。特に、第１の回転軸を中心とした回転は、第２の回転軸を中心とした回転に対して、９０°の位相差を有する。

一実施形態によれば、光学装置は、光学素子の偏向を測定するために配置された測定ユニットを含む。測定ユニットは、光学素子の第１の回転軸を中心とした回転と第２の回転軸を中心とした回転を測定するように配置される。特に、測定ユニットはアクチュエーターに連結され、光学装置は閉ループモードで動作するように配置される。

一実施形態によれば、測定ユニットは、可動部分に入射する測定ビームを生成するように配置される。測定ビームは、第１の部分と第２の部分とに分割された電磁放射線とは異なるピーク波長を有するレーザービームであってもよい。

可動部分は、測定ビームを反射するように配置される。測定ビームは、光学素子の反射面で反射してもよい。特に、反射面は、誘電体ミラーによって形成されてもよく、誘電体ミラーは、測定ビームの波長範囲に対して特に高い反射率を有してもよい。例えば、第１の部分と第２の部分とに分割された電磁放射線が入射する光学素子の面と対向する面に、前記反射面を配置する。

測定ビームは、光学素子のうち、意図された動作中にビームが入射する面と対向する面に入射する。すなわち、光学素子は、第１の面上に第１の誘電体ミラーと、第２の面上に第２の誘電体ミラーとを含む。この第１の誘電体ミラー及び第２の誘電体ミラーは、それぞれピーク波長を有し、ピーク波長は、第１の誘電体ミラー及び第２の誘電体ミラーが特に高い反射率を有する波長である。これらのピーク波長は、少なくとも１０ｎｍ、好ましくは少なくとも５０ｎｍの差を有する。特に、第２の誘電体ミラーは、第１の部分と第２の部分とに分割される電磁放射線よりも、測定ビームに対する反射率が高い。例えば、第２の誘電体ミラーは、第１の部分と第２の部分とに分割される電磁放射線に対して、最大で５０％、好ましくは最大で１０％、より好ましくは最大で１％の反射率を有する。

測定ユニットは検出器を含み、検出器は反射した測定ビームを検出するように配置される。検出器は、反射した測定ビームの位置を検出するように配置された位置検出ダイオードを含んでもよい。反射された測定ビームが検出器に入射する位置は、光学素子の偏向に依存する。測定ユニットは、検出された位置から光学素子の偏向を決定するように配置される。

一実施形態によれば、光学装置は、少なくとも０．５ｋＷ、特に少なくとも１０ｋＷの光出力を有するレーザービームを偏向させるように配置される。特に、光学装置は、定義可能な方向への反射によってレーザービームを偏向させるように配置される。例えば、光学素子は、レーザービームを偏向させるように配置されたミラーを含む。ミラーは、レーザービームの光に対して、少なくとも９７％、好ましくは少なくとも９８％、より好ましくは少なくとも９９％の反射率を有する。

光学装置を含むレーザー加工装置も提供される。特に、本明細書に記載のレーザー加工装置は、本明細書に記載の光学装置を含み得る。従って、光学装置について開示されているすべての特徴は、レーザー加工装置についても開示されており、その逆も同様である。

一実施形態によれば、レーザー加工装置は、光学装置及びレーザー光源を含む。レーザー光源は、少なくとも０．５ＫＷのエネルギーを有するレーザービームを放出するように配置される。光学装置、特に光学素子は、レーザービームと相互作用するように配置され、相互作用により、レーザービームが第１の部分と第２の部分とに分離される。例えば、第１の部分は意図された方法で偏向され、第２の部分は意図された方法で偏向されない。例えば、第１の部分は、定義可能な方向に光学素子によって反射され、第２の部分は、光学素子を透過する。レーザービームの第２の部分は、光学装置の放射線シンクに入射する。特に、レーザービームの第１の部分は、レーザービームの第２の部分よりも高い光出力を有する。例えば、第１の部分の光出力は、第２の部分の光出力よりも、少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも１００倍高い。

一実施形態によれば、光学装置は、第１の部分を線形、円形、又はランダムな軌道に沿って偏向させるように配置される。光学装置は、レーザービームを被加工物上に偏向させるように配置されてもよい。特に、第１の部分は、レーザービームが被加工物に入射する点が、線形、円形、楕円形、又はランダムな軌道に沿って移動するように偏向される。

一実施形態によれば、レーザー加工装置は、光学装置に対して被加工物を専用の方向に専用の速度で移動させるように配置された変位装置を含む。特に、変位装置は、レーザービームの第１の部分の延伸方向に実質的に垂直に延伸する平面内で被加工物を移動させるように配置される。特に、レーザービームの第１の部分が被加工物に入射する点の軌道は、光学装置に対する被加工物の相対的な動作と、光学装置による第１の部分の偏向とによって定義される。

一実施形態によれば、レーザービームの第１の部分は、被加工物を切断、溶接、又は刻印するために、被加工物を加熱するように配置される。例えば、被加工物の材料及び／又はレーザービームの波長範囲は、第１の部分の大部分が被加工物の材料によって吸収されるように選択される。

光学装置及びレーザー加工装置のさらなる利点及び有利な実施形態は、図に関連して提示される以下の例示的な実施形態から生じる。

図１は、レーザー加工装置の実施形態の一例を示す側面図である。 図２は、光学装置の実施形態の一例を示す上面図である。 図３は、光学装置の実施形態の一例を示す上面図である。 図４は、光学装置の実施形態の一例を示す概略斜視図である。 図５は、光学装置の実施形態の一例を示す概略断面図である。 図６は、光学装置の実施形態の一例を示す概略斜視図である。 図７は、光学装置の実施形態の一例を示す概略斜視図である。 図８は、図７に示す光学装置の概略断面図である。

ここで、同一のもの、類似のもの、又は同一の作用を有する要素には、図中に同一の参照符号が付される。図及び図に示す要素の相互の比率は、縮尺に忠実であるとは限らない。むしろ、個々の要素は、より良い表現性及び／又は理解性のために大きくなっている可能性を含む。

図１は、レーザー加工装置６０の実施形態の一例を示す側面図である。レーザー加工装置６０は、光学装置１と、レーザー光源５とを含む。レーザー光源は、レーザービーム９を放出するように配置される。レーザービーム９は、少なくとも０．５ｋＷの光出力を有する。光学装置１は、レーザービーム９と相互作用して、レーザービーム９を第１の部分９１と第２の部分９２とに分割し、レーザービーム９の第１の部分９１を偏向させる。

光学装置１は、キャリア４と、光学素子２と、放射線シンク３とを含む。光学素子２は、キャリア４に搭載される。光学素子２は、キャリア４に移動可能に取り付けられる。光学素子２を移動させることにより、レーザービーム９の第１の部分９１を定義可能な方向に偏向させる。キャリア４は凹部を有し、光学素子２を透過したレーザービーム９の第２の部分９２が凹部７に入射する。凹部７は、第１の面４５から第２の面４６までキャリア４を完全に貫通して延伸する。第２の部分９２は、放射線シンク３に入射する。レーザービーム９の第１の部分９１は、レーザービームの第２の部分９２よりも高い光出力を有する。例えば、第１の部分９１の光出力は、第２の部分９２の光出力よりも少なくとも１０倍高い。

光学素子２はミラーであり、第１の部分９１はミラーで反射され、第２の部分９２はミラーを透過する。ミラー２は、第１の回転軸２１及び第２の回転軸２２を中心として傾斜可能である。ミラーを傾斜させることにより、第１の部分９１が反射される方向を定義することができる。

光学装置１は、第１の部分９１を円形軌道に沿って偏向させるように配置される。このように、ミラーは揺動運動を行う。偏向した第１の部分９１は、被加工物に入射する。第１の部分９１が被加工物の表面に入射する点は、被加工物６が光学装置１に対して移動しない場合、円形の軌道に沿って移動する。

被加工物６は、光学装置１に対して被加工物６を移動させるように配置された変位装置６１の上に配置される。特に、変位装置６１は、光学装置１に対して被加工物６を定義可能な速度で定義可能な方向に移動させるように配置される。変位装置６１は、被加工物６を変位面６２に沿って移動させるように配置される。変位面６２は、第１の部分９１の延伸方向に対して実質的に垂直に延伸する。変位装置６１は、Ｘ－Ｙテーブルであってもよい。

レーザービーム９の第１の部分９１は、被加工物６を切断、溶接、又は刻印するために、被加工物６を加熱するように配置される。特に、第１の部分９１の大部分が被加工物６に吸収されるように、レーザービーム９の波長範囲と被加工物６の材料特性が選択される。

図２は、光学装置の実施形態の一例を示す上面図である。光学装置は、キャリア４に連結されたミラー２を含む。光学装置は、少なくとも０．５ｋＷ、特に少なくとも１０ｋＷの光出力を有するレーザービーム９を偏向させるように配置される。キャリア４は、外側部４１、内側部４２、外側ベアリング４３及び内側ベアリング４４を含むジンバルベアリングを含む。外側部４１及び内側部４２は、フレーム状の形状を有する。外側ベアリング４３は、外側部４１と内側部４２とを連結する。内側ベアリング４４は、光学素子２と内側部４２とを連結する。内側ベアリング４４及び外側ベアリング４３はバネであり、光学素子２の傾斜をガイドするように配置される。外側ベアリング４３は、第１の光軸２１を中心とした光学素子２の回転に対して復元力を付与する。内側ベアリング４４は、第２の光軸２２を中心とした光学素子２の回転に対して復元力を付与する。第１の回転軸２１及び第２の回転軸２２は、ミラー２の反射面、特に反射面に沿って延伸する。特に、光学素子２は、第１の回転軸２１及び第２の回転軸２２に対して鏡面対称である。

光学素子２の質量、内側部４２の質量及び外側ベアリング４３のバネ定数は、基本的に第１の共振周波数ｆ１を規定する。光学素子２の質量及び内側ベアリング４４のバネ定数は、基本的に第２の共振周波数ｆ２を規定する。第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２とは、最大で１Ｈｚの差を有する。動作時において、光学素子２は、第１の共振周波数ｆ１での第１の回転軸２１を中心とした回転に対する第１の振幅ａ１と、第２の共振周波数ｆ２での第２の回転軸２２を中心とした回転に対する第２の振幅ａ２とを有する。例えば、第１の振幅ａ１は、第２の振幅ａ２と最大で０．１°の差を有する。なお、内側ベアリング４４及び外側ベアリング４３は、光学素子２が第１の回転軸２１及び第２の回転軸２２を中心として少なくとも±０．０５°、好ましくは少なくとも±０．１°回転可能となるように配置されてもよい。

光学装置は、図３に示す方向から見て、キャリア４及び光学素子２の後方に配置された放射線シンク３（点線で表示）を含む。上面図で見られるように、放射線シンク３は、横方向全てにおいて、光学素子２の上に突出する。

キャリア４に対する光学装置２の動作は、伝達機構８によって制御される。伝達機構８は、光学素子２を傾斜させるための力を加えるように配置される、少なくとも１つのアクチュエーターを含む。アクチュエーターは、ボイスコイルアクチュエーター、ピエゾアクチュエーター、永久磁石アクチュエーター、形状記憶アクチュエーター等を含む。伝達機構８は、キャリア４に内蔵される。

図３は、光学装置１の実施形態の一例を示す上面図である。図３に示す実施形態は、キャリア４の構造及びベアリングの構造が図２に示す実施形態と相違する。キャリア４は、単一の連続した要素である。キャリア４は、ベアリング４７によって光学素子２に接続される。ベアリング４７は、４つの板ばねを含み、第１の光軸２１及び第２の光軸２２を中心とした光学素子２の傾動運動をガイドする。アクチュエーターを対向制御することで、ミラー２の表面に垂直な方向への光学素子２の動きを最小限に抑えることができる。例えば、複数の板ばね、特にすべての板ばねは、一体型で製造される。

本発明は、例示的な実施形態に基づく説明に限定されるものではない。むしろ、本発明は、各新しい事項だけでなく、各事項の組み合わせから構成され、特に、この事項や組み合わせ自体が特許請求の範囲や実施例に明示されていなくても、特許請求の範囲に記載されている各事項の組み合わせが含まれる。

図４は、光学装置の実施形態の一例を示す概略斜視図である。キャリア４は、ＰＣＢを含み、キャリア４は光学装置１の機械的な支持構造である。キャリア４には、開口部７の周囲に４つの磁石５１０が取り付けられる。開口部７は、直径が約２３．５ｍｍである。光学素子２は円形であり、直径２５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍである。可動部分１０は、ベアリング７０によってキャリア４に取り付けられる。ベアリング７０は、４つの取り付けポスト７２及び４つの曲がり梁７１を含む。曲がり梁７１は、基本的にベアリング７０の機械的特性を規定する。ベアリング７０は、光学素子２を支承し、可動部分１０は、第1の回転軸２１及び第２の回転軸２２を中心として回転可能である。特に、第1及び第２の回転軸は、互いに対して垂直に延伸する。さらに、ベアリングは、第1及び第２の回転軸に対して垂直な方向への可動部分１０の並進を可能としてもよい。ベアリングは、第1の回転軸２１及び第２の回転軸２２によって規定される平面に沿った並進に対して、特に高い剛性を有する。

図５は、光学装置の実施形態の一例、特に図４に示す実施形態を、第１の回転軸２１に沿った概略断面図である。光学装置１は、測定ビーム８１を出射するエミッタ８３を含む測定ユニット８０を含む。測定ビーム８１は、光学素子２の第１の面２３と対向する第２の面上の光学素子２に入射する。電磁放射線９は、第１の面２３に入射する。第１の面２３及び第２の面２４は共に誘電体ミラーを含み、第１の面２３の誘電体ミラーは、第１の部分９１と第２の部分９２とに分割された電磁放射線９に対する反射率が、測定ビーム８１に対する反射率よりも高い。第２の面２４の誘電体ミラーは、測定ビーム８１に対する反射率が電磁放射線９に対する反射率よりも高く、特に第２の部分９２に対する反射率が高い。測定ユニット８０は、反射された測定ビーム８１の位置を検出するように配置された検出器８２によって、光学素子の位置を決定するように配置される。

コイル５１１は、可動部分１０、特に筐体４９の各面に、磁石５１０に対向して固定的に取り付けられる。コイル５１１は、コイルの導電性トラックが巻かれる巻線軸をそれぞれ有する。巻線軸は、第１の回転軸と第２の回転軸とによって規定される平面に沿って延伸する。特に、少なくとも１つのコイルは、第１の回転軸２１に沿って延伸する巻線軸を有し、少なくとも１つのコイルは、第２の回転軸２２に沿って延伸する巻線軸を有する。

磁石５１０は、２つの磁石部分５１２がそれぞれ反平行に磁化されて構成される。磁石部分５１２は、第１の回転軸及び第２の回転軸に対して垂直な方向に、互いに上方に配置される。磁石部分は、第１の回転軸２１と第２の回転軸２２とで規定される面に沿った方向に磁化される。特に、磁石部分５１２は、第１の回転軸２１又は第２の回転軸２に沿って磁化される。コイル内の電流の方向に応じて、コイルが磁石部分５１２に引き寄せられたり、磁石部分５１２から反発したりすることで、光学素子２を第１の回転軸２１又は第２の回転軸２２を中心に時計回り又は反時計回りに回転させる運動量が発生する。磁石５１０は、反平行に磁化された２つの磁石部分５１２の磁界を導く返し構造５１０によって構成される。

同じ回転軸２１，２２を中心とした回転を引き起こすコイル５１１を共通して制御するように、コイル５１１を対にして制御してもよい。特に、異なる回転軸２１，２２を中心とした回転を引き起こすコイル５１１は、別々に制御してもよい。コイル５１１は、ベアリング７０によって電気的に接続されてもよい。特に、取り付けポスト７２及び曲がり梁７１は、導電性の材料から形成され、コイル５１１と電気的に接続されてもよい。図４及び５は、光学装置１の実施形態の一例を示し、コイルが可動部分１０に固定的に取り付けられ、磁石５１０がキャリア４に固定的に取り付けられる。一般的に、磁石の質量はコイルの質量よりも大きいが、本実施形態では、可動部分１０と共に移動する質量を低くすることができ、可動部分１０の高速移動に特に有利である。他の実施形態によれば、磁石５１０は可動部分１０に固定的に取り付けられ、コイル５１１はキャリア４に固定的に取り付けられてもよい。有利なことに、このような実施形態では、コイルの電気的接続が容易となり、動作中にコイル内で発生する熱の放散が容易となる。さらに別の実施形態によれば、一部のコイルが可動部分１０に取り付けられ、他のコイルがキャリア４に取り付けられ、一部の磁石が可動部分１０に取り付けられ、一部の磁石がキャリア４に取り付けられてもよい。例えば、第１の回転軸２１を中心とした回転を引き起こすコイルが可動部分１０に取り付けられ、第２の回転軸２２を中心とした回転を引き起こすコイル５１１がキャリア４に取り付けられ、第１の回転軸を中心とした回転を引き起こす磁石がキャリア４に取り付けられ、第２の回転軸を中心とした回転を引き起こす磁石が可動部分１０に取り付けられる。

図６は、光学装置の実施形態の一例を示す概略斜視図である。光学装置１は、封止面１０２を有する封止構造１００を含む。封止面１０２は、上面から見たときに可動部分１０及びベアリング７０を取り囲むような平坦な面である。特に、封止面１０２は、連続した平坦な面である。封止構造は、返し構造５１３を含んでもよい。すなわち、封止構造１００は、可動部分１０及びベアリング７０が配置される凹部を含む。

図７は、光学装置の実施形態の一例を示す概略斜視図を示し、封止面１０２に封止膜１０１が配置される。封止膜１０１は、開口部１０１ａを有する。開口部１０２ａの領域では、封止膜が可動部分１０に取り付けられる。従って、封止膜１０１は、可動部分１０とキャリア４、特に外側部４１を連結する連続面を形成する。封止膜１０１は、可動部分１０とキャリア４との間に気密性の高い接続を形成するように配置される。特に、封止部材は、光学素子２とアクチュエーター５０との間だけでなく、光学素子とベアリング７０との間にも気密性の高いバリアを形成する。一般的に、粒子は、隣接する構造体の相対的な動作による摩耗から発生する。従って、アクチュエーター５０及びベアリング７０は、発生する粒子が発生するリスクが高い。有利なことに、封止膜１０１は、粒子の原因となる構造物、すなわちベアリング及びアクチュエーター５０と、粒子によって特に損傷を受けやすい構造物、すなわち光学素子２との間に物理的な分離をもたらす。このように、封止膜１０１は、光学素子２への粒子の堆積を防止し、光学品質が改善され、光学装置１の故障のリスクが低減される。

図８は、図７に示す光学装置の概略断面図である。封止膜１０１は、封止面１０２と可動部分１０に接着接続されてもよい。特に、封止膜の剛性は、ベアリング７０の剛性よりも低い。例えば、封止膜の剛性は、ベアリング７０の剛性に比べて、少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも１００倍、より好ましくは少なくとも１０００倍低い。封止膜１０１は、分離構造１０１ｂによって構成され、可動部分１０から封止構造１００に伝達される力を最小化するように配置される。分離構造１０１ｂは、封止膜１０１のうち特に剛性が低い部分によって形成されてもよい。例えば、分離構造１０１ｂは、封止膜１０１の膨らみによって形成される。特に、分離構造１０１ｂは、開口部１０１ａを取り囲む。特に、封止膜は、分離構造１０１ｂの領域において、封止構造１００から解放され、可動部分１０から解放される。

図４、５及び８に示す実施形態では、コイル５１１が可動部分に固定的に取り付けられ、磁石５１０がキャリアに固定的に取り付けられる。なお、コイル５１１と磁石５１０とを入れ替えてもよい。従って、コイル５１１がキャリアに取り付けられ、磁石５１０が可動部分に取り付けられてもよい。

１ 光学装置
２ 光学素子
３ 放射線シンク
４ キャリア
５ レーザー光源
６ 被加工物
７ 凹部
８ 伝達機構
９ レーザービーム
１０ 可動部分
２１ 第１の回転軸
２２ 第２の回転軸
２３ 第１の面
２４ 第２の面
３１ 断熱材料
４１ 外側部
４２ 内側部
４３ 外側ベアリング
４４ 内側ベアリング
４５ キャリアの第１の面
４６ キャリアの第２の面
４７ ベアリング
４８ 軸要素
４９ 筐体
５０ アクチュエーター
５１ アクチュエーター部分
５１０ 磁石
５１１ コイル
５１２ 磁石部分
５１３ 返し構造
６０ レーザー加工装置
６１ 変位装置
６２ 変位面
７０ ベアリング
７１ 曲がり梁
８０ 測定ユニット
８１ 測定ビーム
８２ 検出器
９１ レーザービームの第１の部分
９２ レーザービームの第２の部分
１００ 封止構造
１０１ 封止膜
１０１ａ 封止膜の開口部
１０１ｂ 分離構造
１０２ 封止面
ｆ１ 第１の共振周波数
ｆ２ 第２の共振周波数
ａ１ 第１の振幅
ａ２ 第２の振幅

Claims (14)

1. 光学装置（１）及びレーザー光源（５）を含むレーザー加工装置（６）であって、
   前記レーザー光源（５）は、少なくとも０．５ｋＷのエネルギーを有するレーザービーム（９）を放出するように配置され、
   前記光学装置（１）は、キャリア（４）、光学素子（２）及び放射線シンク（３）を含む光学装置（１）であって、
   前記光学素子（２）は、前記キャリア（４）の第１の面（４５）に搭載され、
   前記光学素子（２）は、前記キャリア（４）に移動可能に取り付けられ、
   前記キャリア（４）は、凹部（７）を有し、
   前記光学装置（１）は、レーザービーム（９）と相互作用するように配置され、前記レーザービーム（９）を第１の部分（９１）と、第２の部分（９２）とに分割し、
   前記光学素子（２）は、前記第１の部分を定義可能な方向に偏向させるように配置され、
   前記放射線シンク（３）は、前記キャリア（４）の第１の面（４５）と対向する第２の面（４６）に配置され、前記光学素子（２）を透過したレーザービーム（９）である前記第２の部分（９２）を前記放射線シンク（３）に入射させて吸収する、
   前記光学装置であり、及び
   前記光学装置（１）は、前記レーザービーム（９）と相互作用するように配置され、
   相互作用によって、前記レーザービームが第１の部分（９１）と第２の部分（９２）とに分離されると、前記第１の部分（９１）が定義可能な方向に偏向され、
   前記レーザービームの前記第１の部分（９１）は、前記レーザービーム（９）の前記第２の部分（９２）よりも高い光出力を有する、
   前記レーザー加工装置。
2. 前記レーザービーム（９）及び前記第１の部分（９１）及び／又は前記第２の部分（９２）は、前記凹部（７）に入射する、請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記凹部（７）は、前記第１の面（４５）から前記第２の面（４６）まで前記キャリア（４）を完全に貫通して延伸し、前記第１の面（４５）は前記第２の面（４６）と対向する、請求項１～２のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
4. 前記キャリア（４）及び前記放射線シンク（３）は、断熱材料（３１）によって接続され、前記断熱材料（３１）の熱伝導率は、前記放射線シンク（３）の熱伝導率よりも低い、請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
5. ミラーが、当該ミラーと一緒に移動するように配置される筐体に固定的に取り付けられ、前記ミラーと前記筐体とは、前記光学装置の固定部分に対して移動する当該光学装置の可動部分を形成し、前記可動部分の重心と第１の回転軸（２１）との間の距離が０．５ｍｍ以下であり、前記可動部分の重心と第２の回転軸（２２）との間の距離が０．５ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
6. 前記キャリア（４）上の可動部分を支持するように配置されるベアリングを含み、
   前記ベアリングは少なくとも２つの曲がり梁を含み、
   第１の軸を中心とした回転と第２の軸を中心とした回転とを互いに独立して作用させる力を発生させるように配置されるアクチュエーターを含み、
   前記アクチュエーターは、前記可動部分に固定的に取り付けられるコイルを含み、
   前記曲がり梁は、前記コイルの電気接点を有する、
   請求項５に記載のレーザー加工装置。
7. 第１の軸を中心とした回転と第２の軸を中心とした回転とを互いに独立して行う力を発生させるように配置されるアクチュエーターを含み、
   前記アクチュエーターは、前記キャリアに固定的に取り付けられるコイルを含み、
   前記コイルと前記可動部分との間の熱抵抗が、前記コイルと前記キャリアとの間の熱抵抗よりも高い、
   請求項５～６のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
8. 前記光学素子（２）は、前記第１の回転軸を中心とした回転に対する第１の共振周波数（ｆ１）と、前記第２の回転軸を中心とした回転に対する第２の共振周波数（ｆ２）とを有し、前記第１の共振周波数（ｆ１）と前記第２の共振周波数（ｆ２）とは、最大で１０Ｈｚの差を有する、
   請求項５～７のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
9. 前記光学素子（２）の偏向を測定するための測定ユニット（８０）を含み、
   前記測定ユニット（８０）は、前記光学素子（２）の前記第１の回転軸（２１）を中心とした回転及び前記第２の回転軸（２２）を中心とした回転を測定するように配置される、
   請求項５～８のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
10. 前記測定ユニット（８０）は、前記可動部分（１０）に入射する測定ビーム（８１）を生成するように配置され、
    前記可動部分（１０）は、前記測定ビーム（８１）を反射するように配置され、
    前記測定ユニット（８０）は、検出器（８２）を含み、前記検出器（８２）は、反射された測定ビーム（８１）を検出するように配置され、
    反射された測定ビーム（８１）が前記検出器に入射する位置が、前記光学素子（２）の偏向に依存し、
    前記測定ユニット（８０）が、前記位置からの前記光学素子（２）の偏向を決定するように配置される、
    請求項９に記載のレーザー加工装置。
11. 前記測定ビーム（８１）は、前記光学素子（２）のうち、意図された動作中に前記レーザービーム（９）が入射する面と対向する面に入射する、
    請求項１０に記載のレーザー加工装置。
12. 前記光学装置（１）は、線形、円形又は任意の軌道に沿って前記第１の部分（９１）を偏向させるように配置される、
    請求項１に記載のレーザー加工装置。
13. 被加工物（６）及び前記光学装置（１）を、定義可能な速度で定義可能な方向（６１）に互いに対して移動させるように配置される変位装置（６０）を含む、
    請求項１又は１２に記載のレーザー加工装置。
14. 前記レーザービーム（９）の前記第１の部分（９１）は、前記被加工物（６）を切断、溶接、彫刻又は刻印するために、前記被加工物（６）を加熱するように配置される、
    請求項１３に記載のレーザー加工装置。