WO2014076290A1 - Divergenzänderungsvorrichtung - Google Patents

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WO2014076290A1
WO2014076290A1 PCT/EP2013/074135 EP2013074135W WO2014076290A1 WO 2014076290 A1 WO2014076290 A1 WO 2014076290A1 EP 2013074135 W EP2013074135 W EP 2013074135W WO 2014076290 A1 WO2014076290 A1 WO 2014076290A1
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divergence
mirror
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changing device
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Matthias Rabe
Ernst Wilhelm BÖCKLER
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Scanlab Ag
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the invention relates to a divergence changing device, in particular a divergence changing device having a substantially telecentric optical arrangement for the variably adjustable change of a divergence angle of a
  • Changing the divergence of electro-magnetic radiation e.g. of laser light is necessary in many fields, e.g. in material processing or microscopy.
  • changing the divergence of radiation may be necessary to shift a focus of electro-magnetic radiation by changing the divergence.
  • the laser beam is often directed over a workpiece at high speed by means of a plurality of controllable and movable mirrors.
  • the laser beam is often directed over a workpiece at high speed by means of a plurality of controllable and movable mirrors.
  • due to the dimensions of the workpiece to different distances between a laser source and the workpiece so it may be necessary to focus the laser beam quickly to achieve an efficient and precise energy transfer from the laser beam to the workpiece.
  • a divergence changing device for changing the divergence of electromagnetic radiation is therefore desirable.
  • the invention provides for a divergence changing device for variably adjustable change in the divergence of an electromagnetic beam, which is described by and a plurality of sub-beams, comprising a radiation source for providing the radiation beam with at least the plurality of sub-beams, a substantially telecentric arrangement with an optical system having a first focal point, a first system area and a first focal point second system area, and having a beam device disposed in or close to the first focal point and arranged and arranged so that the beam of the
  • Radiation source strikes the beam deflecting device, wherein the main beam in the first focal point or near the first focal point on the beam deflecting device, and that they come from the radiation source beam from the first system area of the optical system with different
  • optical system is configured such that the beam from the first system area is imaged such that the main beam of the beam supplied to the first system area of the first
  • System area is deflected in a direction that is in the
  • Main beam and a beam folding device arranged to deflect the beam imaged by the first system portion of the optical system onto the second system portion of the optical system, the beam from the second system portion of the optical system is imaged so that the beam again meets the beam deflecting device, wherein the main beam in the first focal point or near the first focal point again meets the beam deflecting device and wherein the plurality of secondary beams again on the beam deflecting device, the re-incident beam of the
  • Beam deflecting device is deflected so that Main beam is substantially stationary and non-collinear and / or spatially separated from the main beam of the
  • the invention further provides a
  • Divergence change arrangement comprising at least or exactly two divergence changing devices, as described above, wherein the at least or exactly two
  • Divergence changing devices are arranged so that they form an upstream Divergenz Sungsvortechnische and one of these downstream Divergenz Sungsvorides with a common beam path, the beam, whose main beam from the upstream
  • the invention provides a beam position and divergence changer comprising
  • Divergence change arrangement if provided respectively, arranged in front of the 2D scanner system, wherein the 2D scanner system is adapted to a propagation direction of one of the divergence changing device or the
  • Figure 1 shows schematically from two perspectives
  • Divergence changing device comprising an optical system serving as a refraction system
  • Figure 2 shows schematically a divergence changing device according to the present invention having an optical
  • Figure 3 shows schematically a divergence changing device according to the present invention having an optical
  • Figure 4 shows schematically a divergence changing device according to the present invention, in which also a
  • Figure 5 shows schematically a divergence changing device according to the present invention according to another
  • FIG. 6 schematically shows a divergence change arrangement comprising two inventive devices
  • Figure 7 shows schematically a divergence changing device with a retroreflector device according to the present invention
  • FIG. 8 shows a schematic view of a divergence change device or a divergence change device according to the invention and a retroreflector device.
  • Divergence changing device 1 has a radiation source 10 for generating an electro-magnetic radiation beam 5.
  • the radiation source 10 may be configured to generate an electromagnetic radiation beam 5 (hereinafter also referred to briefly as
  • Beam which may have any polarization, such as linear polarization, circular polarization or elliptical polarization.
  • the radiation source 10 may be configured to provide radiation beams 5 of arbitrary wavelength.
  • the radiation source 10 may be e.g. a laser beam source 10, a visible light beam source 10, or a radiation source 10 for UV or IR radiation.
  • the radiation source 10 may be a pulsed laser radiation source 10 having a plurality of pulsed, i. temporally discontinued, beam 5 generated, or the radiation source 10 may be a laser beam source 10, which generates a continuous beam 5.
  • Radiation source 10 may be a high power radiation source that generates radiation that may be suitable for material processing (e.g., melting or vaporizing metals such as steel).
  • a beam 5 produced by the radiation source 10 may include a plurality (e.g., plurality) of beams (e.g.
  • Cross-sectional area such as have a circular, elliptical or polygonal cross-sectional area.
  • the beam 5 may have a divergence.
  • the divergence can be the angle
  • the radiation source 10 may be, for example, a laser radiation source 10 having a
  • the laser radiation source 10 may be pulsed radiation having a pulse duration of less than 1 ⁇ s and pulse energy greater than 100 nJ or greater than 1 mJ and / or pulse energy less than a few Joules (e.g., less than 5 J).
  • the laser beam source 10 may also generate pulsed radiation having a pulse duration of less than about 10 ps and a pulse energy of about 1 to 10 nJ, for example, when the inventive device is used to process or interact with biological tissues (eg To perform operations on the eye or the like).
  • the radiation source 10 may also include a (e.g., virtual)
  • the radiation source 10 need not be a physical, physical radiation source 10. In this case, a radiation beam 5 is generated via the radiation source 10
  • a collimated beam 5 may have a divergence of zero, a divergent beam may have a positive value of divergence, and a convergent beam may have a negative value Accordingly, a beam 5 may collimate (ie, the beams of the beam 5 are substantially parallel to each other), divergent (ie, for example, the beams are substantially away from each other), or convergent (ie, for example, the beams are substantially toward each other), eg, as it leaves the radiation source 10.
  • the beam 5 is mathematically represented below by a main beam 6, which runs essentially centrally in the beam 5 and characterizes the propagation direction of the beam 5, as well as a plurality of secondary beams, which are shown in FIG Bundles may be arranged around the main beam 6 around and whose direction relative to the main beam 6 may be tilted depending on the position within the beam 5, whereby the divergence of the beam 5 is described.
  • the beam 5 may have a plurality of sub-beams and such a main beam 6, or the main beam may not be present at the beam 5, for example, be hidden (eg by means of a diaphragm) or not by the radiation source 10th
  • the main beam 6 may be a main virtual beam 6, which is essentially the
  • this definition of the functional description does not limit the possible manifestations of the beam 5, for example, a composition of the beam 5 from several sub-beams of different geometry,
  • Intensity distribution over the cross section is inhomogeneous or asymmetric or their intensity distribution in the region of the main beam 6 have a minimum or a maximum.
  • imaging or “mapping” 1
  • a first beam is deflected or guided through an optics / optical device such that it subsequently Course after the optics is described by a second beam or beam bundle.In this sense, the first beam or the first beam to the second beam or imaged the second beam.
  • the term “mapping” may be understood in terms of optical mapping.
  • the divergence changing device 1 comprises an optical system 15 which, together with a beam deflection device 30, which is in or near a first focal point 16 of the optical
  • System 15 is arranged, forms a substantially telecentric arrangement 31.
  • a telecentric (optical) arrangement is considered to be a telecentric arrangement
  • An imaging property is, for example, when a beam incident on the optical system 15 through the first focal point 16 of the optical system 15 is independent of that
  • Angle of incidence and / or the position with which he encounters the optical system 15 is deflected in one direction.
  • rays passing through the first focal point 16 and impinging on the optical system 15 are deflected parallel to each other in a direction independent of the angle of incidence or the incident position on the optical system 15.
  • the optical system 15 may be configured to
  • Parabolic mirror correspond (e.g., an incident
  • a telecentric arrangement 31 having an optical system 15 with a reflection system 20 (e.g., a parabolic reflector 20) or a telecentric refraction system 25 (e.g., lens system) or otherwise.
  • the telecentric assembly 31 may have such a structure and / or with such materials
  • the optical system 15 has a first system area 17 and a second system area 18.
  • the first system area 17 and the second system area 18 may be different
  • optical properties or optical properties may be spatially separated (e.g., as separate regions) or may be monolithic (e.g.
  • first system area 17 and the second system area 18 may be separated by a respective individual, separate
  • Reflection system e.g., parabolic mirrors
  • each by an individual, separate refraction system e.g.
  • Lens system e.g. comprising one or more transmissive optical elements or e.g. a telecentric lens.
  • the first system area 17 and the second system area 18, which form the optical system 15, can cooperate with the beam deflecting device 30 in common with the telecentric imaging property of the telecentric arrangement 31
  • the first system area 17 may have a telecentric imaging property
  • the second system area 18 may have a telecentric imaging property, with one (the object side) focal point of the first
  • System area 17 and a (the image side) focus of the second system area 18 substantially coincide in the location of the first focal point 16 so that they together form the first focal point 16.
  • a beam which does not strike the first system area 17 of the optical system 15 through the first focal point 16 is emitted from the first system area 17 of the first system area 17 of the optical system 15
  • optical system 15 at an angle to a beam passing through the first focal point 16 to the first system area 17 of the optical system 15, deflected.
  • Beam 5 may be a subset of the beams provided or generated by the radiation source 10.
  • the angle at which a secondary beam of a beam 5 is deflected to the main beam 6 of the beam 5 from the first system area 17 is dependent on the angle of incidence (and / or the place of incidence) with which the beam 5 on the first system Area 17 of the optical system 15 meets.
  • the divergence of a beam 5 imaged by the first system region 17 of the optical system 15 may be different (eg, smaller or larger) than the divergence of the same beam 5 prior to imaging by the first system region 17 of FIG optical
  • the angle can be a
  • Secondary beam with the main beam 6 defined by an image by the first system area 17 of the optical system 15, depending on the location and / or the angle to be, at / with the
  • Beam 5 on the optical system 15 (or the first system area 17 thereof) occurs.
  • the main beam 6, which passes through the first focal point 16, causes the main beam 6, which passes through the first focal point 16, to travel in a direction that is independent of the angle of incidence and / or the position at which the main beam 6 impinges on the first system area 17, is distracted.
  • the other rays of the beam 5, referred to herein as minor rays, passing through the first ray System area 17 of the optical system 15, define an angle to this running through the first focus 16 main beam 6, wherein the angle is dependent on the angle of incidence and / or the incident position of the beam 5 on the first system area 17th
  • Secondary beam of a beam 5 (or for example between two secondary beams, which is a plane with the main beam
  • System 15 is different, for example, smaller or larger than the divergence angle before imaging. This can e.g. cause a divergent or collimated beam 5 incident on the optical system 15 via the first focus 16 to be imaged as a convergent beam 5 through the first system area 17 of the optical system 15, or a divergent one Beam 5 through the first system area 17 optical system 15 as a
  • divergent beam 5 is imaged with a lower divergence.
  • a convergent e.g. a convergent
  • optical system 15 as a convergent beam 5, wherein a convergent property of the
  • Beam beam 5 may be more pronounced after imaging through the first system area 17 of the optical system 15 than before the figure.
  • this convergent beam 5 may form a focal point 5a or a focus line 5a.
  • the focal point 5a may be the point at which several (e.g., all) rays of the convergent beam 5 converge after the beam 5 passes through the first system region 17 of the first
  • the focus line 5a can a line that occurs when, for example, the formation of the focal point by elements in the beam path before and / or within and / or after the Divergenz selectedungsvorraum is prevented, as may be the case when the optical system 15 according to the invention additional cylindrical lenses or additional
  • Parabolic mirror has (or is formed accordingly) or the mirror of the jet folding device 34 have appropriate cylindrical refractive power (for example, as a parabolic mirror are formed).
  • cylindrical refractive power for example, as a parabolic mirror are formed.
  • the focal point 5a does not have to be formed as an exact point, but may also be out of focus due to the aberrations caused by the first system area 17
  • the aberrations may be e.g. be at least partially compensated by a suitable (e.g., symmetrical) guidance of the beam through the second system area 18.
  • An optical system 15, which is designed as a reflection system 20, may be better suited in some applications than an optical system 15, which is designed as a refraction system 25, since less or no chromatic
  • Focus point 5a / b is formed (resulting in a lesser
  • Divergence change device 1 occur. For example, a divergence of the first system area 17 of the
  • optical system 15 imaged beam 5 so that no actual focal point 5a within the
  • Divergence Variation Vorrich device 1 occurs (i.e., for example, as set forth below before a second deflection of the beam 5 by the beam deflector 30), although the beam 5 imaged by the first system region 17 of the optical system 15 may be convergent.
  • the beam path of the divergence changing device 1 may be formed such that a convergent beam 5 forms a focal point 5a only outside the divergence changing device 1 (which may be the working focus point, for example) or never forms an actual focal point 5a, but only so it will be pictured without another one
  • Influencing the beam path of the divergence changing device 1 would form a virtual focal point 5b.
  • the focus points 5a / b can depend on the angle of incidence of the
  • Beam 5 may be disposed on the first system area 17 of the optical system 15 on a focus area (e.g., focal plane), i.
  • a focal point 5a / b can be arranged on the first system area 17 of the optical system 15 at a different position in the focus area, depending on the angle of incidence and / or the incidence position of the beam 5.
  • Focus area can be a curved focus area or a flat focus area (focal plane).
  • the focus area may also be an actual focus area 15a or a virtual focus area 15b on which the virtual focus points 5b would lie if the beam 5 does not interfere with components of the
  • a virtual focal point 5b and at the same time an actual focal point 5a may also be present, wherein the virtual focal point 5b may be the focal point, the beam 5 depicted by the first system region 17 of the optical system 15 would form, if no interaction with components of the
  • the actual focal point 5a may be a focal point, the position of which differs from that of the virtual focus point 5b due to interaction of the beam 5 with components of the divergence changing device 1.
  • the optical system 15 can be arranged such that the focus points 5a (or the virtual focus points 5b) of all the beams 5, the main beam 6 of which over the first focal point 16 (or a point close thereto) to the first
  • the properties and the position of the focus area 15a lie on a focus area 15a (which may be a virtual focus area 15b in analogy to the virtual focus points 5b).
  • the optical system 15 may be formed such that the focal surface 15a / b is a curved focus surface 15a / b or may be one with respect to an optical axis of the optical system
  • optical system 15 tilted focal plane 15a / b (for
  • the tilted focal plane may be formed such that the main beam 6 of a beam 5 imaged by the first system region 17 of the optical system 15 is the beam
  • the focus points 5a / b of all the beams 5 passing over the first focal point 16 of the optical system 15 and imaged through the first system area 17 of the optical system 15 may lie on a curved focus area 15a / b.
  • the curvature of the curved focus surface 15a / b may be caused by the formation of the optical system 15 and may be, for example, a parabolic-shaped focus surface 15a / b and / or a paraboloid-shaped curved focus surface 15a / b.
  • the curved focus surface 15a / b can at
  • the curved focus area 15a / b may also be replaced by one function (e.g., a polynomial) with another
  • Exponents may be defined as two (as in the case of the parabola), e.g., the exponent may be 4 or 6 (or, for example, 3 or 5) and / or may also be a rational value in the range of 2 to 6. Also parameters like the parabola parameter or others
  • Parameters of a function defining the curved focus area 15a / b may be arbitrary.
  • the beam deflecting device 30 is located in or near (e.g., adjacent to, e.g., adjacent to) the first focal point 16 of the optical system 15 and is intended to receive a beam 5 incident on the first focal point 16 of the optical system 15
  • Beam deflector 30 falls to deflect to the first system area 17 of the optical system 15.
  • Beam deflection device 30 is adapted to the
  • the beam deflection device 30 can cooperate with the optical system 15 to move the (possibly virtual) focal point 5a / b of a beam 5 on a (possibly virtual) focus surface 15a / b by the impact point and / or angle of incidence of
  • Beam 5 on the first system area 17 of the optical System 15 is adjusted by means of the beam deflecting device 30.
  • the beam deflecting device 30 may be e.g. a rotatable mirror 30 with one degree of freedom (i.e., for example, that it can have a pivot axis 32).
  • an actuator e.g., non-rotatable
  • An actuator may e.g. be a scanner or a galvanometer drive, which can allow rapid rotation of the rotatable mirror 30.
  • the beam deflector 30 may be a galvanometer scanner having a mirror rotatably connected to a galvanometer drive.
  • Beam deflector 30 may be of such construction and / or made with such materials as to be capable of imaging high energy / power beams 5.
  • Divergence changing device 1 may be provided with a controller 50 (see, for example, Figs.
  • Beam deflector 30 to control that they have a
  • Angle of incidence or an incidence position of the beam 5 can be set to the optical system 15 selectively and controllable.
  • the beam deflecting device 30 includes a rotatable mirror 30 that is rotatable by means of an actuator
  • the controller may control the actuator, which in turn may generate rotation of the mirror by a predetermined angle of rotation by mechanical rotation of the mirror.
  • the control device 50 can also be connected to the radiation source 10 in order to control the operation of the
  • the controller 50 may be configured to detect a divergence
  • Divergence change of the incident from the second system area 18 on the beam deflecting device 30 beam set in dependence of an input value and / or an algorithm.
  • the controller 50 of FIG a desired divergence value may be provided to a user or another controller, and the controller may determine the divergence by means of a corresponding adjustment of the divergence value
  • Set jet deflecting device 30 for example, also using a scheme that as a feedback variable
  • the rotatable mirror 30 may comprise a first mirror surface 30a, which may be implemented as a plane mirror or which may be embodied as a mirror surface 30a with a different geometry, e.g. as parabolic mirror surface, parabolic mirror surface or as free-form mirror surface.
  • the beam deflecting device 30 can also be designed as a rotatable double mirror 30 with a first 30 a and a second 30 b mirror surface
  • Mirror surface 30a may also be at an angle with the second
  • the beam deflecting device 30 may be e.g. also be an acousto-optic beam deflecting device, be an electro-optical beam deflecting device or a piezo-electrically driven Strahlablenkvorraum or one of these additionally or alternatively have.
  • the divergent change device 1 has a
  • the beam folding device 34 is designed so that it again a beam 5, which was imaged by the first system area 17 of the optical system 15, via the optical system 15, namely via the second system area 18 of the optical system 15
  • the beam folding device 34 may deflect a beam 5 which is deflected by means of the beam deflection device 30 onto the first system area 17 of the optical system 15 and by means of the optical beam System 15 from the first system area 17 is deflected to the second system area 18 of the optical system 15.
  • the jet folding device 34 may be formed so that a main beam 6 of a beam 5, which in the
  • Beam folding device 34 is incident, is substantially parallel to the main beam 6 of the beam 5, the
  • Jet folder 34 leaves, and the failing
  • Beam 5 may have an opposite propagation direction to the incident.
  • the jet folding device 34 may also be formed so that the main beam 6 of a
  • Beam 5 which is incident on the beam folding device 34 is not parallel to the main beam 6 of the beam 5 leaving the beam folding device, for example when the first and second system sections 17 are tilted with respect to their optical axes and the beam folding device 34 is so is designed and arranged to compensate for the tilt.
  • the jet folding device 34 may be arranged and arranged such that a main beam 6 of an incident on it
  • Beam 5 has a distance from the main beam 6 of the precipitating from her beam 5, and the main beam 6 of the incident beam 5 and the main beam 6 of the
  • outgoing beam 5 may be symmetrical with respect to a plane of the optical system 15 containing the optical axis.
  • the jet folding device 34 may also be arranged and arranged such that there is no such symmetry.
  • the jet-folding device 34 can with respect to the optical
  • the jet folding device 34 may include a first beam folding mirror 35 and / or a second beam folding mirror 40.
  • the first 35 and / or second 40 beam folding mirrors may be stationary with respect to the optical system 15 and may each comprise one (e.g.
  • the first beam folding mirror 35 and / or the second beam folding mirror 40 can each have or be a planar mirror.
  • Jet folding device 34 (e.g., the first 35 and / or second 40 beam folding mirrors) may be configured to be to the
  • Reflecting high power laser radiation e.g. is used in material processing, is suitable.
  • the first beam folding mirror 35 may be arranged so that the beam 5 after the e.g. essentially
  • the first beam folding mirror 35 may be arranged so that a light passing through the optical system 15
  • converging imaging beam 5 converges (i.e., geometrically, for example, before the beam 5 encounters a focal point 5a on the first beam folding mirror 35)
  • the first beam folding mirror 35 i.e., e.g., geometrically after the beam 5 hits the focal point 5a on the first focal plane mirror 35
  • the first beam folding mirror 35 can do so
  • the second beam folding mirror 40 may be arranged such that the one deflected by the first beam folding mirror 35
  • the second Beam folding mirror 40 may be arranged so that a through the first system area 17 of the optical system 15
  • Beam folding mirror 35 deflected beam 5 converges on the second beam folding mirror 40 (i.e.
  • the second beam folding mirror 40 can do so
  • Beam folding mirror 40 may be arranged further jet folding intermediate mirrors, via which the beam 5 can be deflected from the first beam folding mirror 35 to the second beam folding mirror 40.
  • the jet folder 34 may also have a different number of beam folding mirrors than two beam folding mirrors.
  • Beam folding mirror for example, the first beam folding mirror 35, which is located in the beam path after the first system area 17, and the second beam folding mirror 40, which is in the beam path in front of the second system area 18, provided with a cylindrical imaging property be (for example, be designed as a parabolic mirror that is) to high power to prevent the formation of a "point-shaped focal point 5a * 1 / energy density.
  • the beam folding device 34 may also include a plurality of prisms through which a beam 5 is deflected, eg, from a first system area 17 of the optical system 15 to a second system area 18 of the optical system 15.
  • the beam folding device 34 may also be at least one lens
  • convergent lens e.g convergent lens
  • mirror which is arranged in (or near) the focal point of this lens, wherein the lens and the mirror can be arranged and arranged such that a beam 5 emerging from the first system area 17 of the optical system 15 coming to the
  • Jet folding device 34 hits, by means of
  • Beam deflector 34 is deflected as described above to the second system portion 18 of the optical system 15.
  • Arrangement 31 striking beams 5 can be functionally reversed by the optical system 15 (or the second system portion 18 thereof) (eg, reverse-telecentric) and the main beam 6 of the beam 5 can from the second system portion 18 of the optical system 15th can be deflected again to the first focus 16 of the optical system 15, and other rays of the beam 5 can be imaged at an angle to the principal ray imaged on the first focus 16 so as to produce a convergent, collimated, or divergent beam 5 can be.
  • the optical system 15 or the second system portion 18 thereof
  • the main beam 6 of the beam 5 can from the second system portion 18 of the optical system 15th can be deflected again to the first focus 16 of the optical system 15, and other rays of the beam 5 can be imaged at an angle to the principal ray imaged on the first focus 16 so as to produce a convergent, collimated, or divergent beam 5 can be.
  • Divergence changing device leaves can thus be adjusted by the adjustment of a deflection angle of the beam deflection in a setting range.
  • the components of the divergence changing device 1 e.g.
  • Radiation source 10, optical system 15, beam deflector 30, jet folder 34) may be arranged so that a beam 5 generated by the radiation source 10 may optionally immediately ("directly” herein mean no other optical component is located between two components, except for a medium such as air or another gas), to which beam deflection device 30 may strike.
  • the beam deflecting device 30 is located in the first focal point 16 of the optical system 15 or (e.g., near) adjacent to the first focal point 16 and is arranged to deflect the beam 5 onto the first system region 17 of the optical system 15.
  • the beam 5 can by means of the beam deflecting device 30 in a different
  • System area 17 is imaged with a lower divergence compared to before the figure so that the beam 5 from the first system area 17 of the optical system 15th
  • the beam 5 is imaged as a converging beam 1 5, the beam can form a (eg virtual) focus point 5 a / b, which depends on the angle of incidence of the beam 5 on the first system area 17 of the optical system 15 on a (possibly. virtual) curved focus area or (possibly virtual) tilted (eg virtual) focus plane 15a / b may be.
  • Focus plane 15a / b may e.g. be tilted with respect to an optical axis of the optical system 15, i. the optical axis may be the tilted focal plane in a direction that is not the
  • the divergence changing device 1 may be provided with a working focus point (e.g., on a
  • illustrated beam 5 can by means of
  • Beam deflector 34 are deflected back to the optical system 15 (on the second system area 18 thereof) and are represented by the second system area 18 of the optical system 15 function-inverse-telecentric, so that the main beam 6 of the imaged beam 5 again the beam deflector 30 meets at the first focal point 16 (or a point near the focal point 16).
  • Beam deflection device 30 emergent beam (which comes from the second system area 18) substantially independently of an angle of incidence or a position of incidence, in which or on which the beam 5 strikes the first system area 17 of the optical system 15, kept constant ,
  • Divergence changing device 1 can therefore, with or without an additional focusing device, have an adjustable focus in its position along the beam propagation direction of beam 5 in a working plane, e.g. except for
  • Divergence changing device 1, be realized, wherein the position and direction of the beam deflecting device 30 beam (after a two-time imaging by means of the optical system 15) may be constant and independent of the position of the focus.
  • first and second system regions 17 and 18 that is, for example, two symmetrical or similar (eg scaled) lens halves or identically oriented paraboloid segments, or the system regions 17 and 18 monolithic -integral axisymmetric paraboloids or monolithic-integral axisymmetric lens systems.
  • the divergence changing device 1 may be arranged and configured such that a focal point 5a of the beam between the optical system 15 and the first beam folding mirror 35, between the first beam folding mirror 35 and the second beam folding mirror 40 (eg in the beam path in front or behind a beam-fold intermediate mirror (see below)), and / or between the second beam-folding mirror 40 and the optical system 15, and / or the divergence changing device 1 may be formed so that a focal point is only outside the divergence change device 1 occurs and / or no actual and / or virtual focus point 5a / b occurs. All components of the divergence changing device 1 may be arranged so as to be located away from a focal point 5a of the radiation beam 5, whereby the maximum
  • High-power radiation sources 10 as e.g. may be necessary for material processing.
  • the divergence changing device 1 may include additional optical components, such as optical components. have one or more cylindrical lenses in the beam path, through which an actual formation of a "point-shaped" focus point 5 a can be prevented, so a high power density
  • a first optical element with a cylindrical
  • Figure characteristic in the beam path after the first beam folding mirror 35 may be arranged and another optical
  • Imaging property in the beam path in front of the second beam folding mirror 40 (or, for example, more generally in front of the last in the beam path beam folding mirror before a second
  • the focal point may thus be a virtual focus line 5b and / or may be an (actual) focus line 5a.
  • the radiation source 10 the optical system 15, the
  • the beam deflecting device 30 and the jet folding device 34 can optionally be arranged such that there are no other optical components between them, ie they can be arranged in be arranged directly successively a beam path. It can be an optical component, eg with positive
  • Refractive power e.g., a positive lens
  • Refractive power in the optical path between the radiation source 10 and the beam deflecting device 30 or in the optical path after a second imaging by the optical system 15, e.g. after a (second) distraction through the
  • Beam deflector 30 or at another location
  • Refractive power e.g., a diffusing lens
  • Refractive power in the optical path between the radiation source 10 and the beam deflecting device 30 or in the optical path after a second imaging by the optical system 15, e.g. after a (second) distraction through the
  • Beam deflector 30 or at another location
  • the beam deflecting device 30, the optical system 15 and the beam folding device 34 may be arranged and arranged such that the main beam 6 of a beam 5, which is incident on the beam deflecting device 30 for the first time from the radiation source 10, along a first half-line (eg straight line) meets this.
  • An end point of the first half-line may be in or near the first focal point 16, and the beam 5 may be traveling from the radiation source 10 along the first half-line to the end point of the first half-line on the
  • the second beam folding mirror 40 can be arranged so that it deflects the beam 5 so that it again strikes the optical system 15, ie the second system area 18 of the optical system 15, so that the main beam 6 of this beam 5 is deflected back to the first focus 16 by the second system area 18 of the optical system 15 to meet the beam deflector 30 there (or close to) again, and so that the minor beams (or a part of the minor beams) of this beam 5 again on the Strahlablenkvortechnisch 30 meeting.
  • the main beam 6 of this beam 5 may then be deflected away from the beam deflector 30 along a second half-line (eg, second straight line) whose end point may be at or near the first focus 16, the second half-line being substantially constant and independent Has the position of the angle of incidence or the
  • Half-line and the second half-line in / close to the first focal point 16 are not identical to the first half-line, but may be collinear with it (for example, in a divergence changing device 1 shown in FIG. 5, described in more detail below)
  • Embodiment is based). As a result, the beam 5, which leaves the beam deflecting device 30 coming from the optical system 15, spatially separated from that of the
  • Radiation source 10 coming beam 5 and the
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of the invention in which the optical system 15 as a refraction system 25, the beam deflecting device 30 as a rotatable mirror 30 with a first mirror surface 30a, and the jet folding device 34 as a first beam folding mirror 35 and a second Strahlfalt- Mirror 40 are formed.
  • the refraction system 25 here has a first system area 17 and a second system area 18, which are monolithically formed integrally.
  • FIG. 1 a shows a top view of this divergence changing device 1
  • FIG. 1 b shows a side view of the substantially identical divergence changing device 1.
  • the refraction system 25 may, for example, a lens (eg.
  • the Lensesystem which has a first focal point 16.
  • the first focal point 16 may have a finite distance to the
  • Refraction system 25 have.
  • the refraction system 25 is provided with the rotatable mirror 30 as a single-sided telecentric arrangement 31.
  • the refraction system 25 is here
  • Diffraction system 25 converging (as shown in Figure 1 also shown), a focal point of the
  • Beam 5 result. It can be seen from FIGS. 1 a and 1 b that the beam 5 passes through the first system region 17 of the refraction system 25 to a virtual one
  • Focus point 5b is mapped, but due to the arrangement and formation of the first beam folding mirror 35, the converging beam 5 is deflected so that an actual
  • Focus point 5a occurs, which has a different position than the virtual focal point 5b.
  • the refraction system 25 (or the first system area 17 thereof) is arranged such that all the virtual focus points 5b of the beam 5 lie on a curved virtual focus area 15b and the position of a virtual focus point 5b on the virtual focus area 15b depends on the latter
  • Refraction system 25 hits. Accordingly, the actual focus points 5a lie on a corresponding curved Focus surface 15a (see Figure lb), however, due to the beam-Faltspiegeis 35 has a different position and orientation than the virtual focus surface 15b.
  • the rotatable mirror 30 is so
  • Radiation source 10 on the rotatable mirror 30 i.e., the first mirror surface 30 a thereof is incident, by means of the rotatable
  • Refraction system 25 is supplied in the first system area 17, in such a way that the angle of incidence of the beam 5 to the first system area 17 of the refraction system 25 is dependent on the angle of rotation of the rotatable mirror 30 (or the first mirror surface 30 a).
  • the first one.
  • Beam folding mirror 35 and the second beam folding mirror 40 arranged so that the beam 5 imaged by the first system portion 17 of the refraction system 25 is deflected back to the refractive system 25, on the second system portion 18 thereof.
  • the beam 5 is deflected so that it is on the same side on which it
  • Refraction system 25 has left in the first system area 17, back to the second system area 18 of the
  • Refraction system 25 hits.
  • the main beam 6 of the beam 5, which strikes the second system area 18, is deflected again to the first focal point 16 and meets there (or near) again on the first mirror surface 30 a of the rotatable
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention in which the optical system 15 of the telecentric arrangement 31 is designed as a reflection system 20 with a parabolic mirror 20, and, similar to that shown in Figure 1, a rotatable mirror 30 having a first mirror surface 30a as
  • the parabolic mirror 20 has a first focal point 16 and a first system area 17 and a second system area 18, wherein the first focal point 16 is a finite
  • the parabolic mirror 20 has the property that a beam passing through (or through a point close to) the first focal point 16 on the
  • Parabolic mirror 20 is incident in a direction which is substantially independent of the angle of incidence (and the incident position) of the beam on the parabolic mirror 20, so that such rays substantially parallel to each other and in
  • the parabolic mirror 20 here has a shape or reflection surface, which is essentially described by a Paraboloidmaschineung. With reference to Figures 2 and 3, the parabolic mirror 20 may have a paraboloidal shape (or reflecting surface), e.g. he may have a Rotationsparaboloid surface. It is an imaging property of the parabolic mirror 20 that rays passing through the first focus 16 onto the parabolic mirror 20
  • the geometrical dimensions of the components of the divergence changing device 1 e.g., the parabolic mirror 20, i.e., for example, FIG
  • Rotation angles spanned by a (rotational) parabolic mirror 20 according to the invention may be chosen to correspond substantially to the minimum required dimensions according to the desired properties of the divergence changing device 1.
  • Divergence changing device 1 shown in Figs. 2 and 3 comprises a beam deflecting device 30 formed as a rotatable mirror 30 having a first mirror surface 30a, and a jet folding device 34 serving as a first 35 and a second 40 beam folding mirrors is trained.
  • a beam 5 from the radiation source 10 strikes the first mirror surface 30a of the rotatable mirror 30 and is deflected by it onto the first system region 17 of the parabolic mirror 20, the rotatable mirror 30 (or the first mirror surface 30a thereof) at the first focus 16 or near (eg adjacent) at the first
  • Focus 16 may be arranged. Depending on the
  • Parabolic mirror 20 hits (main beam), is reflected by the first system area 17 of the parabolic mirror 20 in a direction that is constant and independent of the angle of incidence or the point of incidence of the beam, and a beam that does not (eg directly) through the first focal point 16 is running, is deflected at an angle relative to the main beam 6.
  • Beam 5 from the radiation source 10 is thus reflected by the first system region 17 of the parabolic mirror 20 so that it leaves the parabolic mirror 20 with a divergence, which is less than the divergence here
  • Beam 5 has, before it hits the first system area 17 of the parabolic mirror 20, wherein the divergence in other embodiments, however, may be greater than the divergence before imaging.
  • the divergence in other embodiments, however, may be greater than the divergence before imaging.
  • a focal point 5a may be present at the point at which rays of the beam 5, which reflects at an angle to the main beam 6 of the beam 5 were, or there may be a virtual focal point 5b present at a point at which the rays would intersect without further influencing the beam 5. Due to the different curvatures of the
  • Parabolic mirror 20 e.g. along its reflection surface
  • Parabolic mirror 20 In the case of a beam 5 imaged by the parabolic mirror 20 as a converging beam 5, a (e.g.
  • a virtual focus area 15b is qualitatively and schematically indicated by a dashed line in FIG.
  • Focusing surface may also be designed differently, e.g.
  • the focus surface 15b may have a curvature other than that shown.
  • a beam path in the divergence changing device 1 can be selected which includes the selection of a (eg virtual) focus point 5a / b in the (eg virtual) focus surface 15a / b can correspond.
  • first beam folding mirror 35 which is arranged and arranged such that the beam 5 reflected on the parabolic mirror 20 is incident on the first beam folding mirror 35 and deflected to be at an angle to the incident beam 5 ,
  • the first beam folding mirror 35 may be arranged so that a main beam of the beam 5, which by means of the parabolic mirror 20 to the second focus of the
  • Parabolic mirror 20 is deflected and incident on the first Strahlfalt- mirror 35 is deflected at an angle of substantially about 90 ° to the incident main beam 6 and, for example, all secondary beams of the beam 5 are deflected according to their respective angle of incidence.
  • a second beam folding mirror 40 is provided, which is set up and arranged in such a way that the light reflected by the first beam folding mirror 35
  • the deflected beam 5 is incident on the second beam folding mirror 40 and deflected by the second beam-folding mirror 40.
  • the second beam-folding mirror 40 may be arranged and arranged such that the main beam 6 emerging from the second beam-folding mirror 40 is one of
  • Beam 5 is parallel to the main beam 6 of the
  • Beam 5 which hits the first beam folding mirror 35, and so that the beam emerging from the second beam folding mirror 40 again strikes the parabolic mirror 20, e.g. on the second system area 18 of them.
  • Parabolic mirror 20 shown namely by the second system area 18 thereof.
  • the beam 5 is imaged such that the main beam 6 of the beam 5 incident from the second beam folding mirror 40 on the parabolic mirror 20 is imaged by the second system portion 18 of the parabolic mirror 20 onto the first focus 16 of the parabolic mirror 20.
  • the sub-beams of the beam 5 which are not parallel to the main beam 6 are imaged at an angle to the main beam imaged on the first focus 16, whereby a divergence of the beam 5 may be changed.
  • Divergence changing device 1 can leave (see for example Figure 3), wherein the main beam 6 of the beam 5 is deflected from the first mirror surface 30 a of the rotatable mirror 30, such that it lies on an (imaginary) straight line, which is independent of the angle of rotation of the rotatable rotary mirror 30.
  • the beam 5 is not transmissively passed through a material. Furthermore, in the divergence changing apparatus 1, non-linear optical influences can be avoided, and the field curvature (e.g., the characteristics of the (virtual) focus area 15a / b) can be substantially exclusively determined by the geometric ones
  • Parabolic mirror 20 will be influenced, creating a precise
  • the optical system 15 may include a
  • first 21 and / or the second 22 reflection surface may be formed by different
  • Paraboloid functions be defined, i. they can be defined by functions with different paraboloid parameters and / or different exponents.
  • the exponent may be substantially two or, for example, may have a value in the range of about 1.8 to about 2.2.
  • the first reflection surface 21 may have a first reflection surface focal point and the second
  • Reflection surface 22 may have a second reflection surface focal point. The first 21 and the second 22
  • Reflection surface can be arranged so that their
  • Vertices lie in one point or are arranged at different points.
  • the first 21 and the second 22 reflecting surfaces may be so be arranged so that their respective focal points, ie the first reflection surface focal point and the second reflection surface focal point, coincide and together form the first focal point 16 of the optical system 15.
  • Components of the divergence changing device 1 are arranged according to Figure 4 so that the beam 5 from the first
  • Reflecting surface 21 i.e., the first system region 17
  • that the beam 5 after being deflected by the first 35 and second 40 beam folding mirrors, hits the second
  • Reflection surface 22 (i.e., the second system region 18). As shown in Figure 4, e.g. by a different choice of parameters and / or exponents of the two functions defining the first reflecting surface 21 and the second reflecting surface 22, in addition to one
  • Parabola parameter is e.g. a constant that with a
  • an expansion of the diameter of the beam 5, which emanates from the radiation source 10 can be achieved.
  • the parabola parameter of the function defining the first reflection surface 21 is set to a value smaller than that of the parabola parameter of the function defining the second reflection surface 22, the diameter of the beam 5 emanating from the radiation source 10 may be reduced , be achieved.
  • the first beam folding mirror 35 may have a different size than the second beam folding mirror 40, for example, the second beam folding mirror 40 may have a larger mirror surface as the first beam folding mirror 35 or vice versa.
  • the same divergent altering device 1, which is arranged as described above, can allow both an expansion and a reduction in the diameter of a beam 5 by passing the beam 5 through the beam
  • Beam deflector 30 either first on the first
  • Reflection surface 21 is directed or first directed to the second reflection surface 22 (wherein the further beam path of the beam 5 is then reverse to that described above). According to the invention can therefore in addition to the
  • Beam reduction functionality (based on a
  • Ratio of the change in cross section of the beam 5 may be provided.
  • optical system 15 which is designed as a reflective system with parabolic mirror 20, with a first 17 and a second system area 18 with
  • optical system 15 which as a transmittive
  • Refractive system 25 is formed, a first and a second system area 17, 18 have, which have different optical properties. For example, that can
  • Refraction system 25 a first lens system and a second lens
  • Lens system (e.g., each having one or more lenses) that may form the first system area 17 and the second system area 18, respectively, and may have a first-lens-system focus and a second-lens system focal point, respectively.
  • the first lens system may have other optical
  • Properties have as the second lens system or the first and the second lens system can have the same optical
  • the first lens system focus may coincide with the second lens system focus, so they together form the first focal point 16 of the optical system 15.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a
  • Beam deflection device 30 is formed as a rotatable double mirror 30.
  • the rotatable double mirror 30 has a first, for example substantially flat, mirror surface 30a and a second, for example substantially flat, mirror surface 30b, wherein a surface normal of the first mirror surface 30a has a component that is substantially opposite to a component of FIG Surface normal of the second mirror surface 30b.
  • the first mirror surface 30a may be disposed parallel to the second mirror surface 30b.
  • the optical system is designed as a transmissive refractive system 25, wherein the first system area 17 and the second system area 18 are arranged spatially apart, and wherein a focal point of the first system area 17 and a focal point of the second system area 18 coincide and they together form the first focal point 16 of the optical system 15.
  • the first focal point 16 of the optical system 15 is formed between the first system area 17 and the second system area 18, and the rotatable double mirror 30 is arranged so that both the first mirror area 30a and the second mirror area 30b are arranged in or near the first focal point 16 and between the first system area 17 and the second system area 18.
  • Beam folding device 34 has a first beam folding mirror 35, a second beam folding mirror 40 and a beam folding intermediate mirror 41 (but may also have further beam folding intermediate mirrors 41). According to FIG. 5, the first beam folding mirror 35, a second beam folding mirror 40 and a beam folding intermediate mirror 41 (but may also have further beam folding intermediate mirrors 41). According to FIG. 5, the first beam folding mirror 35, a second beam folding mirror 40 and a beam folding intermediate mirror 41 (but may also have further beam folding intermediate mirrors 41). According to FIG. 5, the
  • Double mirror 30 hits and the secondary rays on the first Mirror surface 30a meet.
  • the radiation beam 5 can be fed to the first system area 17 at a different angle (and at a different position) by means of the rotatable double mirror 30 (or the first mirror surface 30 a thereof), according to a rotation angle of the double mirror 30
  • Beam 5 from the first system area 17 is telecentrically imaged as described above with a divergence change.
  • Beam 5 impinges on the first beam folding mirror 35 and is deflected by the same onto the beam folding intermediate mirror 41.
  • the beam folding intermediate mirror 41 deflects the beam 5 onto the second beam folding mirror 40.
  • the beam folding intermediate mirror 41 may have the same (optical) properties as the above-described first 35 or second 40 beam folding mirror.
  • the beam 5 is deflected onto the second system area 18 of the optical system 15 and imaged by the second system area 18 as described above, such that the main beam 6 of the
  • Beam beam 5 in or near the first focal point 16 on the second mirror surface 30b of the double-rotating mirror 30 hits, and the secondary rays (for example, partially) also hit the second mirror surface 30b. From the second
  • the beam 5 is deflected so that the main beam 6 of the beam 5 has a substantially constant position, which is independent of the angle of rotation of the rotatable double mirror 30.
  • the radiation beams 5 may be collinear with one another (for example, if the first and the second mirror surfaces 30a, 30b)
  • FIG. 5 shows a focal point 5a, which is formed between the first beam folding mirror 35 and the beam folding intermediate mirror 41. As described above, a focal point 5a may also occur elsewhere, or it may not be a point-shaped focal point 5a within the
  • Divergence changing device 1 occur, e.g. when the first and / or second beam folding mirrors 35, 40 and / or the
  • Image feature are provided or in addition lenses are provided with cylindrical power.
  • the components of the divergence changing device 1 are shown as lying in a plane in FIG.
  • Components should be arranged three-dimensionally offset from one another.
  • Intermediate mirror 41 may be arranged above or below the plane of Figure 5, so that, for example, that of the second
  • Divergence changing device 1 can be passed, when the mirror of the jet folding device 34 are aligned correspondingly spatially on each other and on the optical system 15 (not shown). According to the invention, divergence changing devices 1 with two system areas 17, 18 with different optical properties are not applicable to versions with a rotatable mirror 30 or a rotatable double mirror 30 as the one
  • Beam deflection device 30 for a two-time image of a Beam 5 are used. This is the
  • Beam deflecting device 30 may be the only mechanically stressed component.
  • Only one beam deflection device 30 is necessary for changing the divergence (for example for focusing) of a radiation beam 5, as a result of which drift effects, thermal effects, deviations and
  • Tolerances can be minimized and a divergence with high precision and high directional stability of the beam propagation and can be set at high speed.
  • only one optical system 15 is necessary, whereby manufacturing costs of the divergence changing device 1 can be reduced.
  • a rotatable mirror 30 or dual mirror 30 as the beam deflector 34, a very high speed can be achieved in adjusting the divergence since only a small mass of the rotatable mirror 30 must be moved and
  • Principal rays according to the invention always run in over a point near the center of the mirror, whereby its area size and moment of inertia can be minimized.
  • optical system 15 may be compensated by the two-time imaging. Another advantage of
  • Divergence changing device 1 is that the divergence changing device can be made gas-tight due to the structure having a beam deflecting device 30 and an optical system 15 (eg, the divergence changing device may have a gas-tight casing therefor). Thereby, the divergence changing device 1 can be evacuated or with an optically substantially inert gas be operated filled, so that a disturbing interaction of a surrounding medium such as air and the beam path (eg focus point 5a) can be avoided in the Divergenz selectedungsvorraum 1. Likewise, a disturbing interaction of the divergence changing device can be made gas-tight due to the structure having a beam deflecting device 30 and an optical system 15 (eg, the divergence changing device may have a gas-tight casing therefor). Thereby, the divergence changing device 1 can be evacuated or with an optically substantially inert gas be operated filled, so that a disturbing interaction of a surrounding medium such as air and the beam path (eg focus point 5a) can be avoided in the Divergenz
  • Divergence changing device 1 occurs but e.g. only a virtual focus point 5b or a focus line.
  • the structure of the invention allows
  • Reflection system 20) of the divergence changing device 1 can be easily achieved with a cooling device.
  • the divergence changing device 1 can be used with a 2D scanner system, as for example for
  • a 2D scanner system may e.g. with one or two
  • the propagation direction of the beam 5 is additionally adjustable. Thereby, e.g. also possible deviations of the propagation direction of the beam 5 by means of the 2D scanner system are compensated (for example, stored in a control device
  • Divergent change device 1 may be arranged in the beam path in front of the 2D scanner system, so that the beam in dependence of the beam deflecting device 30 with
  • the beam 5 can be guided over a workpiece surface and different distances between the radiation source and points on the workpiece surface can by
  • Divergence changing device 1 can be compensated.
  • a control device can be provided which can be connected both to the 2D scanner system and to the divergent change device 1 (or to the beam deflection device 30 thereof) in order to control them.
  • the controller may control the first beam deflector 30 (or the divergence change realized thereby) according to a target divergence change value.
  • the target divergence change value corresponds to a desired one
  • Divergence and / or a desired divergence change may be provided to the controller, e.g. by a user input, or by another controller, computer, process control computer or the like.
  • the target divergence change value may also correspond to the distance of a working focus point from the radiation source 10, since this distance may depend on the divergence of the radiation beam 5.
  • the target divergence change value can be calculated by the controller using an algorithm and in the
  • the controller may be configured to control the 2D scanner system according to a target beam position and direction value.
  • the target beam position and direction value can be one
  • the target beam position and direction value may be provided to the controller, e.g. by a user input, or by another controller, computer, process control computer or the like. This means that the control device can the
  • the target divergence value may be selected / calculated / stored such that a (working) focus point is provided outside of the divergence changing device 1 (e.g., on the surface of a workpiece) such that the focal point is e.g.
  • Workpiece surface meets, with a predetermined cross-section hits the workpiece surface.
  • a geometry of a workpiece in the form of point coordinates (eg, x, y, z) and lines extending between point coordinates may be stored in the controller, and at the same time a processing plan may be stored in the controller containing information which coordinates a beam 5 with which divergence (or with which bundle diameter) should strike the workpiece.
  • the processing plan may also contain other and / or other information, such as how long a beam 5 is to act on a point, for example
  • the control device can then calculate from the geometry of the workpiece and the machining plan a target divergence change value (or a plurality of) and at the same time a target beam position and direction value (s)
  • the controller can also work with other components
  • the radiation source 10 or a diaphragm or a "Pulspicker * for short-term Interruption of the beam path between the radiation source 10 and a workpiece, or with other beam deflecting devices.
  • the controller may process 3D coordinates and may not have these coordinates, e.g. above
  • the constant holding of the direction and attitude of the main beam 6 of the beam 5 failing from the divergence changing device 1 is obtained by taking a difference in the imaging angles in the beam path of the divergence changing device 1, the sum of the An imaging angle in the optical path observing the sense of rotation (ie, the sign) between a first image on the beam deflecting device 30 and a second image on the beam deflecting device 30 after imaging by the optical system 15 remains constant regardless of a setting / position of the beam deflecting device 30. That is, an e.g. positive change of the deflection angle of
  • Beam deflecting device 30 is in the beam path of
  • Beam 5 is achieved despite a divergence change.
  • the axis of rotation 32 (see figures la, 2, 3, 4, 5, 7 and 8) of the beam deflecting device 30 is an axis about which
  • this is, for example, the rotation axis 32 of the rotating mirror 30.
  • the divergence change of the beam 5 as described above is achieved by
  • the axis of rotation 32 of the beam deflection device 30 according to the invention is substantially parallel to the plane which is spanned by the main beam 6 of the beam 5 in the section after the (first) imaging by means of
  • This folding plane is characterized by a change of the deflection angle, by means of the
  • Beam deflector 30 is generated, e.g. in the embodiments shown in Figures 1 to 4 and 7, is displaced vertically parallel (i.e., displaced along the surface normal of the folding plane) and thus comes in one with a
  • Deflection angle change associated divergence change (change from a first divergence to a different, second divergence) of the beam 5 to a three-dimensional beam guide. That is, the folding plane of the beam 5 having the first divergence after leaving the divergence changing device 1 is perpendicularly shifted in parallel to the folding plane of the beam 5 traveling out of the beam
  • the folding plane is defined by a change in the deflection angle generated by the beam deflecting device 30, e.g. in the embodiments shown in Figures 1 to 4 and 7, moved vertically parallel.
  • Beam guidance leads to a change in the above-mentioned distance ratio of the focal point 5a / b from the first or
  • the location of all possible (possibly virtual) focus points 5a / b obtained by this substantially perpendicular parallel shift of the folding plane with simultaneous displacement of the focal point 5a / b within the folding planes may be as described above e.g. the (possibly virtual) focus area 15a / b
  • FIG. 1a shows a plan view of the folding plane. It can be seen that the main beam 6 in the section after leaving the first system area 17 and before
  • FIG. 3 also shows the axis of rotation 32 of FIG.
  • Beam deflection device 30 (here the axis of rotation 32 of
  • Rotating mirror 30 which is (substantially) parallel to the folding plane or to the main beam 6 of the beam in the portion of the beam path between the first beam folding mirror 35 and the second beam folding mirror 40 (this section in FIG Fold level lies).
  • the axis of rotation 32 of the beam deflecting device 30 (here that of the rotary mirror 30) is shown. perpendicular to the folding plane (eg at least between the
  • the beam 5 depicted by the beam deflecting device 30 (in this case by the second mirror surface 30b) is held stationary with respect to the main beam 6 by the use of two opposite, opposing ones
  • Divergence change arrangement 2 is implemented, traversed, can be changed stepwise, wherein the total divergence change in the common beam path can be generated, but continuously (eg stepless) can be adjustable.
  • upstream divergence change device 1 (left in FIG. 6) generates the divergence change " ⁇ DIV1" and a second divergence change device downstream of the first divergence change device
  • Beam 5 (represented in FIG. 6 by the
  • Main beam 6 thereof thus first experiences the divergence change " ⁇ DIVl" (which may be arbitrary), and then experiences the
  • Divergence changing device 1 is arranged, be implemented by the emerging from this other divergence changing device 1 beam 5.
  • all divergence changing devices 1 may be of the same type (eg with transmissive or reflective optical system 15) or of different types (ie, all embodiments described above and also those with retroreflector device 60 may be used). operated together and a common beam path to Form divergence change of a beam 5).
  • Divergence change arrangement 2 are therefore shown schematically for clarity in the figure 6 by a dashed line.
  • Divergence change assemblies 2 may have the same geometric dimensions or may have different dimensions. If e.g. the divergence of a radiation beam 5 provided by a radiation source 10 should be mainly reduced, which may be due to a divergence change device 1 in the common beam path
  • Divergence changing device 1 for example, smaller (that is, of smaller dimensions) may be provided if it is expected under normal operating conditions that due to the pre-arranged in the beam path
  • Beam path also be provided with increasing size, if the divergence of a beam 5 with a
  • optical elements may be arranged between the divergence changing devices 1 of a divergence changing device 1, e.g. around the beam cross section of the
  • a conventional divergence changing device e.g., having displaceable lenses
  • Divergence change arrangement 2 form, possible. This can eg be useful to a highly dynamic (eg fast) divergence change with a lower Divergenzhub (eg
  • minor / minor divergence change with a relatively slower divergence change with a larger divergence swing (e.g., greater / greater divergence change).
  • FIG. 7 shows three different views a.), B.) And c.) Of a divergence changing device 1, wherein the three
  • Coordinate system KS are marked.
  • the beam 5 is represented by the main beam 6 thereof and the propagation direction of the beam 5 or that of the main beam 6 thereof is symbolized by arrows.
  • the above-described three-dimensional beam guidance within the divergence change device 1 can also be seen again from FIG. 7 on the basis of the views a.), B.) And c.).
  • the components of the divergence changing device 1 correspond to those described above, e.g. Components described with reference to Figures 2 and 3, and the Divergenz selectedungsvoruze 1 further comprises an optional folding assembly 60 and
  • Retroreflector device 60 (hereinafter
  • the retroreflector device 60 is configured and
  • Focusing 16 again meets the first beam deflecting device 30, and also the secondary beams (or a part thereof) of the beam 5 again hit the beam deflecting device 30.
  • This back picture by means of the Retroreflector device 60 causes the returned beam 5, the divergence changing device 1 as a coming of the radiation source 10 beam 5 again / again, whereby a gain of the
  • the efficient use of the retroreflector device 60 is possible because the beam 5 emerging from the beam deflector 30 is stationary and has a direction and location that is independent of a divergence change. Therefore, it is efficiently possible to reflect the deflecting beam back so as to rejoin the beam deflecting device 30 at or near the first focal point 16 and again / again to traverse the divergence changing device 1 with enhancement of a divergence change.
  • FIG. 8 shows a schematic partial view of a
  • Retroreflector device 60 The beam path of the
  • the beam deflecting device 30 shown in Fig. 8 is e.g. the
  • FIG. 8 shows (like FIG. 7a) a 2D projection of the actually three-dimensional one
  • Retroreflector device 60 run. In the illustration of FIG. 8, the beam 5 impinging on the retroreflector device 60 from the beam deflecting device 30 and the beam 5 impinging on the beam deflecting device 30 by the retroreflector device 60 (again / again) are of the beam 5 coming from the beam source 10 and that of FIG
  • Beam 5 can be implemented.
  • Retroreflector device 60 may be formed by means of two mirrors 60a, 60b, wherein the first mirror 60a may be arranged and arranged such that the beam deflected by the beam deflecting device 30 for the second time encounters the first mirror 60a and images it onto the second mirror 60b becomes.
  • the second mirror 60b may be arranged and arranged such that the beam 5 incident from the first mirror 60a on the second mirror 60b is reflected back to the beam deflector 30 by the second mirror 60b such that the main beam 6 thereof is at or near the first focal point 16 again meet the beam deflecting device 30 and so that at least a portion of the secondary beams again hits the beam deflecting device 30.
  • the retroreflector device 60 may be arranged and arranged to image the beam 5 coming back therefrom onto the beam deflector 30 so as to be at an angle to the beam deflector 30
  • Beam deflector 30 which differs from the angle with which the beam 5 striking the retroreflector device 60 from the beam deflecting device 30 strikes is imaged by means of the beam deflecting device 30 (stationary).
  • the retroreflector device 60 (eg, the first mirror 60a and the second mirror 60b thereof) may thus be arranged so that the beam 5 coming from the beam deflector 30 and incident on the retroreflector device 60 is spatially separated from each other by the beam 5 which is re-emerging from the retroreflector device 60 are as shown in Figures 7 and 8 (spatial separation at least with respect to the main beam 6 and apart from the first
  • Focal point 16 and / or an area near it at which the beams 5 may intersect The different angles (e.g.
  • Beam deflection device 30 on the optical system 15 striking beams 5, at least with respect to the main beam 6 is spatially separated from the beam 5, the of the
  • polarization-optical beam separation can be dispensed with, but according to the invention, a collinear
  • Retroreflector device 60 which consists of a single mirror
  • a polarization-optical separation of incoming and outgoing beam 5 can be used, if it should be necessary for a particular application.
  • Retroreflector devices also a three, four, five or n-times pass through the same
  • the divergence change achieved by means of a divergence changing device 1 can be enhanced compared to only passing through the divergence changing device 1 at the same setting of the beam deflecting device 30.
  • multiple passes require a smaller deflection angle of the beam deflecting device 30 , and to adjust the divergence change is a lesser
  • FIG. 7 shows a divergence changing apparatus 1 having an optical system 15 formed as a reflection system 20, as shown schematically in FIG. 8, the divergence changing apparatuses 1 incorporating a transmissive refraction system 25 and / or a
  • Beam deflecting device 30 having two mirror surfaces 30a, 30b (see Fig. La / b, Fig. 5), with the
  • Retroreflector device 60 be provided, since it is a feature of each Divergenz Sungsvoroplasty invention 1 and Divergenz Sungsan extract 2 that one of them
  • outgoing beam 5 with respect to the main beam 6 thereof is substantially stationary, i. essentially one
  • Two or more divergence changing devices 1 having a retroreflector device 60 may be as above
  • Retroreflector device 60 so along with one or more divergence change device (s) 1 that does not have a retroreflector device 60,
  • These plurality of divergence changing devices 1 can also be provided in the beam path together with a 2D scanner system, wherein the divergence changing devices 1 and the
  • Divergenz selectedungsan Aunt 2 can be provided in the beam path in front of the 2D scanner system. It may optionally also be as described above and e.g. in Figs. 2, 4 and 8, a control device 50 may be provided which, with each of the divergence changing devices 1 of Figs.
  • Divergence change arrangement 2 is connected to control these (eg, the divergence change produced by them by means of a control of the respective beam deflection devices 30 thereof), and optionally, the control device 50 may also be connected to the 2D scanner system to this as described above be controlled so that a change in direction of the beam 5 can be controlled in two spatial dimensions. Even with a multiple pass through a
  • Divergence changing device 1 may include additional optical components in the beam path between the passes (i.e., in the beam path between beam deflector 30 and 30, for example)
  • Retroreflector device 60 may be arranged. This can e.g. for manipulating / changing the beam diameter, the
  • Beam polarization e.g., polarization rotation
  • Beam polarization rotation e.g., polarization rotation
  • Beam profile (e.g., rotation of beam profile) of the beam
  • Beam 5 serve. A reduction of the
  • Beam diameter can be a reduction of the necessary
  • a rotation of polarization and / or beam profile can reduce unwanted polarization effects and / or at least one
  • Divergence changing device 1 in the beam path have additional optical devices that are arranged and arranged to at least partially compensate for aberrations (such as coma and / or coma-like aberrations), which may arise in multiple passes through the divergence changing device 1. That is, the inventive divergence changing device 1 may include optical devices that prevent errors due to undesired, non-ideal optical imaging
  • Retroreflector device 60 does not reinforce or Be "added”, but at least partially compensated.
  • Mirroring of the beam 5 with respect to the main beam 6 is generated. It can thus be achieved that the aberrations that occur in each case during the passes before and after the mirroring or rotation of the beam 5, at least in subregions of the beam 5 act in the opposite direction.
  • a beam-rotating device (device which transmits a beam 5 around the main beam 6 or the
  • Beam axis rotates or rotates as a rotation axis) in the beam path after the first pass of the beam 5 through the
  • Divergence changing device 1 may be arranged.
  • the aberrations e.g., coma and / or coma-like aberrations
  • a beam rotation device for rotating a beam profile of the beam 5 by a fixed, preset amount or a dynamically selectable / adjustable amount can be realized according to the invention, for example, by a three-dimensional beam over several reflections.
  • a beam-rotating device for example, "dove * prisms and / or so-called" K-mirror w -arrangements are used as a beam-rotating device, in which case the beam 5 within the
  • Beam rotation device e.g. reflected three or more times.
  • the beam 5 rotates by twice the rotation angle (about the beam axis or the
  • the described beam rotation devices may optionally be further provided with a retroreflector (e.g., retroreflector device 60) from two mirrors (e.g., mirrors 60a / 60b) according to the invention, such that e.g.
  • a beam rotation device with at least three instead of only two mirrors permits a beam rotation (for example 90 degrees) of the beam 5 together with the back reflection of the beam 5 so that it is again focused on the beam
  • Beam deflector 5 hits, but it is the
  • Beam axis or the main beam 6 rotates / rotated around
  • This at least partial aberration compensation as described above can also be a reduction of
  • Beam rotation device or in addition to polarization rotating elements in the beam path of
  • Divergence changing device 1 may be provided to effect a targeted compensation of unwanted polarization effects in the divergence changing device 1.

Landscapes

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Abstract

Divergenzänderungsvorrichtung (1) zur variabel einstellbaren Änderung der Divergenz eines elektro-magnetisehen Strahlenbündels (5), aufweisend eine Strahlenquelle (10) zum Bereitstellen des Strahlenbündels (5), eine im Wesentlichen telezentrische Anordnung (31) mit einem optischen System (15), das einen ersten Brennpunkt (16) und einen ersten System-Bereich (17) und einen zweiten System-Bereich (18) hat, und mit einer Strahlablenkvorrichtung (30), die in oder nahe benachbart zu dem ersten Brennpunkt (16) angeordnet ist und die so angeordnet und eingerichtet ist, dass das Strahlenbündel (5) von der Strahlenquelle (10) auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, wobei der Kauptstrahl (6) in dem ersten Brennpunkt (16) oder nahe bei dem ersten Brennpunkt (16) auf die Strahlablenkvorrichtung (30) treffen würde/trifft, und dass sie das von der Strahlenquelle (10) kommende Strahlenbündel (5) dem ersten System-Bereich (17) des optischen Systems (15) mit unterschiedlichen Einfallswinkeln zuführen kann, wobei das von dem ersten System-Bereich (17) des optischen Systems (15) abgebildete Strahlenbündel (5) mittels einer Strahlfaltvorrichtung (34) auf den zweiten System-Bereich (18) abgelenkt wird, wobei das Strahlenbündel (5) von dem zweiten System-Bereich (18) des optischen Systems (15) so abgebildet wird, dass das Strahlenbündel (5) wieder auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft und die Divergenzänderungsvorrichtung (1) mit einer konstanten Lage verlasst.

Description

Divergenzänderungavorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Divergenzänderungsvorrichtung, insbesondere eine Divergenzänderungsvorrichtung mit einer im Wesentlichen telezentrischen optischen Anordnung zur variabel einstellbaren Änderung eines Divergenzwinkels eines
elektromagnetischen Strahlenbündels .
Hintergrund
Das Andern der Divergenz von elektro-magnetischer Strahlung, z.B. von Laserlicht, ist in vielen Bereichen notwendig, wie z.B. bei der Materialbearbeitung oder der Mikroskopie. Zum Beispiel kann das Ändern der Divergenz von Strahlung notwendig sein, um einen Fokus von elektro-magnetischer Strahlung zu verschieben durch eine Änderung der Divergenz.
Zum Beispiel kann es bei der Lasermaterialbearbeitung notwendig sein, einen Arbeits-Fokuspunkt eines Laserstrahl mit schnell veränderbarem Fokusabstand auf ein zu bearbeitendes Werkstück zu fokussieren, um eine optimale Bearbeitungseffizienz zu
erreichen, da häufig der Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit mittels mehrerer steuerbarer und bewegbarer Spiegel über ein Werkstück gelenkt wird. Dabei kann es aufgrund der Abmessungen des Werkstücks zu unterschiedlichen Entfernungen zwischen einer Laserquelle und dem Werkstück kommen, weshalb es notwendig sein kann, den Laserstrahl schnell zu fokussieren, um eine effiziente und präzise Energieübertragung vom Laserstrahl auf das Werkstück zu erzielen.
Eine Divergenzänderungsvorrichtung zum Ändern der Divergenz von elektro-magnetischer Strahlung ist daher wünschenswert.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung stellt dazu eine Divergenzänderungsvorrichtung zur variabel einstellbaren Änderung der Divergenz eines elektromagnetischen Strahlenbündels, welches beschrieben ist durch einen Hauptstrahl und einen solchen optional aufweist, sowie eine Mehrzahl von Nebenstrahlen, aufweisend eine Strahlenquelle zum Bereitstellen des Strahlenbündels mit zumindest der Mehrzahl von Nebenstrahlen, eine im Wesentlichen telezentrische Anordnung mit einem optischen System, das einen ersten Brennpunkt, einen ersten System-Bereich und einen zweiten System-Bereich hat, und mit einer StrahlablenJvorrichtung, die in oder nahe benachbart zu dem ersten Brennpunkt angeordnet ist und die so angeordnet und eingerichtet ist, dass das Strahlenbündel von der
Strahlenquelle auf die Strahlablenkvorrichtung trifft, wobei der Hauptstrahl in dem ersten Brennpunkt oder nahe bei dem ersten Brennpunkt auf die Strahlablenkvorrichtung trifft, und dass sie das von der Strahlenquelle kommende Strahlenbündel dem ersten System-Bereich des optischen Systems mit unterschiedlichen
Einfallswinkeln zuführen kann, wobei das optische System derart ausgebildet ist, dass das Strahlenbündel von dem ersten System- Bereich so abgebildet wird, dass der Hauptstrahl des dem ersten System-Bereich zugeführten Strahlenbündels von dem ersten
System-Bereich in eine Richtung abgelenkt wird, die im
Wesentlichen unabhängig von dem Einfallswinkel ist, und so dass die Mehrzahl von Nebenstrahlen des Strahlenbündels mit einem, im Vergleich zu vor der Abbildung, anderen sowie von dem
Einfallswinkel abhängigen Divergenzwinkel bezüglich des
Hauptstrahls abgebildet wird, und eine Strahlfaltvorrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie das von dem ersten System- Bereich des optischen Systems abgebildete Strahlenbündel auf den zweiten System-Bereich des optischen Systems ablenkt, wobei das Strahlenbündel von dem zweiten System-Bereich des optischen Systems so abgebildet wird, dass das Strahlenbündel wieder auf die Strahlablenkvorrichtung trifft, wobei der Hauptstrahl in dem ersten Brennpunkt oder nahe bei dem ersten Brennpunkt wieder auf die Strahlablenkvorrichtung trifft und wobei die Mehrzahl von Nebenstrahlen wieder auf die Strahlablenkvorrichtung trifft, wobei das wieder auftreffende Strahlenbündel von der
Strahlablenkvorrichtung so abgelenkt wird, dass dessen Hauptstrahl im Wesentlichen ortsfest ist sowie nicht-kollinear und/oder räumlich getrennt ist von dem Hauptstrahl des
Strahlenbündels, das von der Strahlenquelle auf die
Strahlablenkvorrichtung trifft.
Die Erfindung stellt ferner bereit eine
Divergenzänderungsanordnung aufweisend zumindest oder genau zwei Divergenzänderungsvorrichtungen, wie sie oben beschrieben ist, wobei die zumindest oder genau zwei
Divergenzänderungsvorrichtungen so angeordnet sind, dass sie eine vorgeschaltete Divergenzänderungsvorrichtung und eine dieser nachgeschaltete Divergenzänderungsvorrichtung mit einen gemeinsamen Strahlengang bilden, wobei das Strahlenbündel, dessen Hauptstrahl von der vorgeschalteten
Divergenzänderungsvorrichtung ortsfest abgebildet wird, die Strahlenquelle der nachgeschalteten
Divergenzänderungsvorrichtung bildet .
Ferner stellt die Erfindung eine Strahllage-und-Divergenz- Änderungsvorrichtung bereit, aufweisend eine
DivergenzänderungsVorrichtung und/oder eine
Divergenzänderungsanordnung, wie sie oben beschrieben sind, ein 2D-Scanner-System sowie eine Steuereinrichtung, wobei die
Divergenzänderungsvorrichtung und/oder die
Divergenzänderungsanordnung und das 2D-Scanner-System einen gemeinsamen Strahlengang bilden, in dem die
DivergenzänderungsVorrichtung und die
Divergenzänderungsanordnung, sofern jeweils bereitgestellt, vor dem 2D-Scanner-System angeordnet sind, wobei das 2D-Scanner- System dazu eingerichtet ist, eine Ausbreitungsrichtung eines von der Divergenzänderungsvorrichtung oder der
Divergenzänderungsanordnung ausfallenden und auf das 2D-Scanner- System treffenden Strahlenbündels in zwei voneinander
unabhängigen Raum-Dimensionen einzustellen, und wobei die
Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die
Ausbreitungsrichtung mittels des 2D-Scanner-Systems und die Divergenzänderung mittels der Divergenzänderungsvorrichtung und/oder der Divergenzänderungsanordnung in gezielter sowie wählbarer Art und Weise gemäß einer SteuerInformation
einzustellen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt aus zwei Perspektiven schematisch eine
Divergenzänderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisend ein optisches System, das als BrechungsSystem
ausgebildet ist.
Figur 2 zeigt schematisch eine Divergenzänderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisend ein optisches
System, das als Reflexionssystem ausgebildet ist.
Figur 3 zeigt schematisch eine DivergenzänderungsVorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisend ein optisches
System, das als Reflexionssystem ausgebildet ist, in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 4 zeigt schematisch eine Divergenzänderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der außerdem eine
Strahlaufweitungsfunktionalität integriert ist.
Figur 5 zeigt schematisch eine Divergenzänderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel .
Die Figur 6 zeigt schematisch eine Divergenzänderungsanordnung aufweisend zwei erfindungsgemäße
Divergenzänderungsvorrichtungen .
Figur 7 zeigt schematisch eine Divergenzänderungsvorrichtung mit einer Retroreflektorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die mit jeder Ausführungsform der
Divergenzänderungsvorrichtung bereitgestellt werden kann. Figur 8 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Divergenzänderungsvorrichtung bzw. Divergenzänderungsanordnung und eine Retroreflektorvorrichtung. Ausführliche Beschreibung
Die Erfindung stellt mit Bezug auf die Figuren eine
Divergenzänderungsvorrichtung 1 zum Ändern der Divergenz eines elektromagnetischen Strahlenbündels 5 bereit. Die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 weist eine Strahlenquelle 10 zum Erzeugen eines elektro-magnetischen Strahlenbündels 5 auf. Die Strahlenquelle 10 kann eingerichtet sein, ein elektromagnetisches Strahlenbündel 5 (im Folgenden auch kurz als
"Strahlenbündel" bezeichnet) bereitzustellen oder zu erzeugen, das eine beliebige Polarisation aufweisen kann, wie zum Beispiel lineare Polarisation, zirkuläre Polarisation oder elliptische Polarisation. Die Strahlenquelle 10 kann eingerichtet sein, Strahlenbündel 5 mit beliebiger Wellenlänge bereitzustellen. Die Strahlenquelle 10 kann z.B. eine Laser-Strahlenquelle 10, eine Strahlenquelle 10 für sichtbares Licht oder eine Strahlenquelle 10 für UV- oder IR-Strahlung sein. Die Strahlenquelle 10 kann eine Pulslaser-Strahlenquelle 10 sein, die mehrere gepulste, d.h. zeitlich unterbrochene, Strahlenbündel 5 erzeugt, oder die Strahlenquelle 10 kann eine Laser-Strahlenquelle 10 sein, die ein kontinuierliches Strahlenbündel 5 erzeugt. Die
Strahlenquelle 10 kann eine Hochleistungs-Strahlenquelle sein, die Strahlung erzeugt, die zur Materialbearbeitung (z.B. dem Schmelzen oder Verdampfen von Metallen wie Stahl) geeignet sein kann. Ein von der Strahlenquelle 10 erzeugtes Strahlenbündel 5 kann eine Mehrzahl (z.B. Vielzahl) von Strahlen (z.B.
Einzelstrahlen) aufweisen, und kann eine beliebige
Querschnittsfläche, wie z.B. eine kreisrunde, elliptische oder polygonale Querschnittsfläche, haben. Das Strahlenbündel 5 kann eine Divergenz aufweisen. Die Divergenz kann den Winkel
beschreiben, mit dem Strahlen eines Strahlenbündels aufeinander zulaufen bzw. voneinander weglaufen. Die Strahlenquelle 10 kann zum Beispiel eine Laser-Strahlenquelle 10 sein mit einer
Leistung von mehr als 2 mW (zum Beispiel mit einer Laser- Leistungsklasse, die über der Laser-Leistungsklasse 2 liegt) , mit mehr als 500 mW, mit mehr als 10 W und/oder mit bis zu 20 kW sein. Die Laser-Strahlenquelle 10 kann zum Beispiel gepulste Strahlung mit einer Pulsdauer von weniger als 1 μs und einer Pulsenergie von mehr als 100 nJ oder mehr als 1 mJ und/oder einer Pulsenergie von weniger als wenigen Joule (z.B. weniger als 5 J) sein. Die Laser-Strahlenquelle 10 kann zum Beispiel auch gepulste Strahlung mit einer Pulsdauer von weniger als etwa 10 ps und einer Pulsenergie von etwa 1 bis 10 nJ erzeugen, zum Beispiel wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung bzw. Interaktion mit biologischen Gewebe benutzt wird (z.B. um Operationen am Auge oder ähnliches durchzuführen) . Hierin kann die Strahlenquelle 10 auch eine (z.B. virtuelle)
Eintrittspupille sein, über die der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 ein Strahlenbündel 5
bereitgestellt wird, d.h. die Strahlenquelle 10 muss nicht eine physische, körperliche Strahlenquelle 10 sein. In diesem Fall wird über die Strahlenquelle 10 ein Strahlenbündel 5
bereitgestellt, das einem von einer oben beschriebenen
«physischen" Strahlenquellen 10 erzeugten Strahlenbündel 5 entspricht . Hierin kann ein kollimiertes Strahlenbündel 5 eine Divergenz von Null aufweisen, ein divergentes Strahlenbündel einen positiven Wert der Divergenz und ein konvergentes Strahlenbündel einen negativen Wert. Dementsprechend kann ein Strahlenbündel 5 kollimiert (d.h. z.B. die Strahlen des Strahlenbündels 5 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander) , divergent (d.h. z.B. die Strahlen laufen im Wesentlichen voneinander weg) oder konvergent (d.h. z.B. die Strahlen laufen im Wesentlichen aufeinander zu) sein, z.B. wenn es die Strahlenquelle 10 verläset . Das Strahlenbündel 5 wird in der Beschreibung der Funktionsweise der Divergenzänderungsvorrichtung l im Folgenden wie in der Optik üblich mathematisch dargestellt durch einen Hauptstrahl 6, der im wesentlichen zentral im Strahlenbündel 5 verläuft und die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 charakterisiert, sowie einer Mehrzahl von Nebenstrahlen, die im Bündel um den Hauptstrahl 6 herum angeordnet sein können und deren Richtung relativ zum Hauptstrahl 6 in Abhängigkeit von der Lage innerhalb des Strahlbündels 5 verkippt sein kann, wodurch die Divergenz des Strahlbündels 5 beschrieben wird. Das Strahlenbündel 5 kann eine Mehrzahl von Nebenstrahlen und einen solchen Hauptstrahl 6 aufweisen, oder der Hauptstrahl kann bei dem Strahlenbündel 5 nicht vorliegen, zum Beispiel ausgeblendet sein (z.B. mittels einer Blende) oder nicht durch die Strahlenquelle 10
bereitgestellt sein. In diesem Fall kann der Hauptstrahl 6 ein virtueller Hauptstrahl 6 sein, der im Wesentlichen die
Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5
beschreiben/charakterisieren kann.
Diese Begriffsbildung zur Funktionsbeschreibung beschränkt jedoch nicht die möglichen Ausprägungen des Strahlenbündels 5, so ist zum Beispiel eine Zusammensetzung des Strahlenbündels 5 aus mehreren Teilbündeln unterschiedlicher Geometrie,
Wellenlänge und Polarisation möglich. Ebenso sind
erfindungsgemäß Strahlenbündel 5 möglich, deren
Intensitätsverteilung über den Querschnitt inhomogen oder asymmetrisch ist oder deren Intensitätsverteilung im Bereich des Hauptstrahls 6 ein Minimum oder ein Maximum aufweisen.
Wenn im folgenden der Begriff „Abbilden* (oder „abbilden"1) im Bezug auf Strahlen oder Strahlbündel verwendet wird, so kann darunter verstanden werden, dass ein erster Strahl so durch eine Optik/optisches Bauteil abgelenkt oder geführt wird, dass er im weiteren Verlauf nach der Optik durch einen zweiten Strahl bzw. Strahlbündel beschrieben wird. In diesem Sinn wird der erste Strahl bzw. das erste Strahlbündel auf den zweiten Strahl bzw. das zweite Strahlbündel abgebildet. Im Bezug auf Punkte kann der Begriff „Abbildung" (oder „abbilden") im Sinne einer optischen Abbildung verstanden werden.
Die Divergenzänderungsvorrichtung 1 weist ein optisches System 15 auf, das zusammen mit einer Strahlablenkvorrichtung 30, die in oder nahe bei einem ersten Brennpunkt 16 des optischen
Systems 15 angeordnet ist, eine im wesentlichen telezentrische Anordnung 31 bildet. Eine telezentrische (optische) Anordnung wird als eine Anordnung mit einer telezentrischen
Abbildungseigenschaft angesehen. Eine telezentrische
Abbildungseigenschaft liegt zum Beispiel dann vor, wenn ein Strahl, der durch den ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 auf das optische System 15 fällt, unabhängig von dem
Einfallwinkel und/oder der Position, mit dem bzw. in der er auf das optische System 15 trifft, in eine Richtung abgelenkt wird. Anders ausgedrückt werden bei einer telezentrischen Abbildung Strahlen, die durch den ersten Brennpunkt 16 verlaufen und auf das optische System 15 treffen, parallel zueinander in eine Richtung abgelenkt, die unabhängig von dem Einfallswinkel oder der Einfallposition auf das optische System 15 ist. Das optische System 15 kann so ausgeführt sein, dass es
Abbildungseigenschaften aufweist, die denen eines
Parabolspiegels entsprechen (z.B. kann ein einfallendes
Strahlenbündel bezüglich seiner Divergenz so abgebildet werden, als ob es an einem Parabolspiegel reflektiert worden wäre) .
Gemäß der Erfindung kann eine telezentrische Abbildung
beispielsweise mittels einer telezentrischen Anordnung 31 mit einem optischen System 15 mit einem Reflexionssystem 20 (z.B. einem parabelförmigen Reflektor 20) oder einem telezentrischen Brechungssystem 25 (z.B. Linsesystem) oder auf andere Art erreicht werden. Die telezentrische Anordnung 31 kann einen solchen Aufbau haben und/oder mit solchen Materialien
hergestellt sein, dass sie geeignet ist zur Abbildung von
Strahlenbündeln 5, die eine hohe Leistung übertragen. Das optische System 15 weist einen ersten System-Bereich 17 und einen zweiten System-Bereich 18 auf. Der erste System-Bereich 17 und der zweite System-Bereich 18 können unterschiedliche
optische Eigenschaften oder gleiche optische Eigenschaften haben und können räumlich voneinander getrennt (z.B. als separate Bereiche) ausgebildet sein oder können monolithisch (z.B.
monolithisch integral) miteinander gebildet sein. Zum Beispiel können der erste System-Bereich 17 und der zweite System-Bereich 18 durch ein jeweiliges individuelles, separates
Reflexionssystem (z.B. Parabolspiegel) gebildet sein oder durch jeweils ein individuelles, separates Brechungssystem (z.B.
Linsesystem, z.B. aufweisend ein oder mehrere transmissive optische Elemente oder z.B. ein telezentrisches Objektiv) .
Der erste System-Bereich 17 und der zweite System-Bereich 18, die das optische System 15 bilden, können zusammenwirkend mit der Strahlablenkvorrichtung 30 gemeinsam die telezentrische Abbildungseigenschaft der telezentrischen Anordnung 31
bereitstellen. Das bedeutet der erste System-Bereich 17 kann eine telezentrische Abbildungseigenschaft haben und der zweite System-Bereich 18 kann eine telezentrische Abbildungseigenschaft haben, wobei ein (der Objektseitige) Brennpunkt des ersten
System-Bereichs 17 und ein (der bildseitige) Brennpunkt des zweiten System-Bereichs 18 im Wesentlichen im Ort des ersten Brennpunkts 16 zusammenfallen, so dass sie gemeinsam den ersten Brennpunkt 16 bilden.
Gemäß der Erfindung wird ein Strahl, der nicht durch den ersten Brennpunkt 16 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 trifft, von dem ersten System-Bereich 17 des
optischen Systems 15 in einem Winkel zu einem Strahl, der durch den ersten Brennpunkt 16 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen System 15 trifft, abgelenkt.
Gemäß der Erfindung ist der Strahl des Strahlenbündels 5, der über den ersten Brennpunkt 16 (oder einen Punkt, der sich nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 befindet) auf den ersten System- Bereich 17 des optische Systems 15 trifft, der Hauptstrahl 6, und andere Strahlen des Strahlenbündels 5 sind die
Nebenstrahlen. Im Falle eines nicht-vorhanden, zum Beispiel ausgeblendeten oder nicht bereitgestellten Hauptstrahls 6, würde der entsprechend fiktiv/virtuell vorhandene Hauptstrahl 6 auf den Brennpunkt 16 oder nahe dazu auf den Brennpunkt 16 treffen. Es müssen nicht alle Strahlen, die von der Strahlenquelle 10 erzeugt werden, zu dem Strahlenbündel 5 zählen, das z.B. auf den ersten System-Bereich 17, den zweiten System-Bereich 18 und/oder die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft, sondern das
Strahlenbündel 5 kann eine Teilmenge der Strahlen, die von der Strahlenquelle 10 bereitgestellt oder erzeugt werden, sein.
Der Winkel, mit dem ein Nebenstrahl eines Strahlenbündels 5 zu dem Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5 von dem ersten System- Bereich 17 abgelenkt wird, ist abhängig von dem Einfallswinkel (und/oder dem Einfallsort) , mit dem das Strahlenbündel 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optische Systems 15 trifft.
Dementsprechend kann die Divergenz eines Strahlenbündels 5, das durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildet wurde, anders sein (z.B. kleiner sein oder größer sein) als die Divergenz desselben Strahlenbündels 5 vor der Abbildung durch den ersten System-Bereich 17 des optischen
Systems 15. Wie oben erwähnt, kann der Winkel, den ein
Nebenstrahl mit dem Hauptstrahl 6 nach einer Abbildung durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 definiert, abhängig vom Ort und/oder dem Winkel sein, an/mit dem das
Strahlenbündel 5 auf das optische System 15 (bzw. den ersten System-Bereich 17 davon) auftritt.
Das führt beispielsweise dazu, dass der Hauptstrahl 6, der durch den ersten Brennpunkt 16 läuft, in eine Richtung, die unabhängig ist von dem Einfallswinkel und/oder der Position mit dem/an der der Hauptstrahl 6 auf den ersten System-Bereich 17 trifft, abgelenkt wird. Die anderen Strahlen des Strahlenbündels 5, die hierin als Nebenstrahlen bezeichnet werden, die durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildet werden, definieren einen Winkel zu diesem durch den ersten Brennpunkt 16 laufenden Hauptstrahl 6, wobei der Winkel abhängig ist von dem Einfallswinkel und/oder der Einfallsposition des Strahlenbündels 5 auf den ersten System-Bereich 17.
Ein Winkel, der zwischen einem Hauptstrahl 6 und einem
Nebenstrahl eines Strahlenbündels 5 (oder zum Beispiel zwischen zwei Nebenstrahlen, die mit dem Hauptstrahl eine ebene
definieren) definiert ist (Divergenzwinkel) , ist nach einer Abbildung durch den ersten System-Bereich 17 des optischen
Systems 15 anders, zum Beispiel geringer oder größer, als der Divergenzwinkel vor der Abbildung. Dies kann z.B. dazu führen, dass ein divergentes oder kollimiertes Strahlenbündel 5, das über den ersten Brennpunkt 16 auf das optische System 15 trifft und abgebildet wird, als ein konvergentes Strahlenbündel 5 durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildet wird, oder dass ein divergentes Strahlenbündel 5 durch den ersten System-Bereich 17 optischen Systems 15 als ein
divergentes Strahlenbündel 5 mit einer geringeren Divergenz abgebildet wird. Ebenso kann z.B. ein konvergentes
Strahlenbündel 5 durch den ersten System-Bereich 17 des
optischen Systems 15 als ein konvergentes Strahlenbündel 5 abgebildet werden, wobei eine konvergente Eigenschaft des
Strahlenbündels 5 nach der Abbildung durch den ersten System- Bereich 17 des optischen Systems 15 stärker ausgeprägt sein kann als vor der Abbildung.
Wenn ein Strahlenbündel 5 durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 als ein konvergentes Strahlenbündel 5 abgebildet wird, kann dieses konvergente Strahlenbündel 5 einen Fokuspunkt 5a oder eine Fokuslinie 5a ausbilden. Der Fokuspunkt 5a kann der Punkt sein, an dem mehrere (z.B. alle) Strahlen des konvergenten Strahlenbündels 5 zusammenlaufen, nachdem das Strahlenbündel 5 durch den ersten System-Bereich 17 des
optischen Systems 15 abgebildet wurde. Die Fokuslinie 5a kann eine Linie sein, die auftritt, wenn z.B. die Ausbildung des Fokuspunkts durch Elemente im Strahlgang vor und/oder innerhalb und/oder nach der Divergenzänderungsvorrichtung verhindert wird, wie es z.B. der Fall sein kann, wenn das optische System 15 erfindungsgemäß zusätzliche Zylinderlinsen oder zusätzliche
Parabelspiegel aufweist (bzw. entsprechend ausgebildet ist) oder die Spiegel der Strahlfaltvorrichtung 34 geeignete zylindrische Brechkraft aufweisen (z.B. als Parabelspiegel ausgebildet sind). Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im Folgenden der Begriff » Fokuspunkt* sowohl für den Fokuspunkt 5a als auch für die
Fokuslinie 5a benutzt.
Der Fokuspunkt 5a muss auch nicht als exakter Punkt ausgebildet sein, sondern kann aufgrund der Abbildungsfehler die durch den ersten Systembereich 17 verursacht werden, auch unscharf
ausgebildet werden. Die Abbildungsfehler können z.B. durch eine geeignete (z.B. symmetrische) Führung des Strahls durch den zweiten Systembereich 18 wieder zumindest teilweise kompensiert werden. Ein optisches System 15, das als Reflexionssystem 20 ausgebildet ist, kann bei manchen Anwendungen besser geeignet sein als ein optisches System 15, das als BrechungsSystem 25 ausgebildet ist, da weniger bzw. keine chromatischen
Aberrationen/Abbildungsfehler erzeugt werden. Bei der Ausbildung eines unscharfen „Fokuspunktes* 5a, d.h. eines Fokuspunktes mit größerer räumlicher Ausdehnung (also auch bei einer Fokuslinie) ist die optische Leistungsdichte im Bereich des Fokuspunkts 5a vermindert, was zum Beispiel in Verbindung mit Strahlquellen mit hoher Leistungsdichte vorteilhaft ist. Bei den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen kann es in manchen
Anwendungsfällen vorteilhaft sein, dass durch die erste
Abbildung an dem ersten System-Bereich 17 ein „unscharfer"
Fokuspunkt 5a/b ausgebildet wird (was zu einer geringeren
Leistungsdichte am Fokuspunkt führt) und diese Unschärfe des Fokuspunktes 5a/b wegen der symmetrischen Eigenschaften des optischen Systems 15 durch die Abbildung an dem zweiten System- Bereich 18 wieder kompensiert wird. Gemäß der Erfindung kann der Fokuspunkt 5a im Strahlengang der Divergenzänderungsvorrichtung l erst außerhalb der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 auftreten. Zum Beispiel kann eine Divergenz des von dem ersten System-Bereich 17 des
optischen Systems 15 abgebildeten Strahlenbündels 5 so sein, dass kein tatsächlicher Fokuspunkt 5a innerhalb der
DivergenzänderungsVorric tung 1 auftritt (d.h. zum Beispiel wie es im Folgenden ausgeführt ist vor einer zweiten Ablenkung des Strahlenbündels 5 durch die Strahlablenkvorrichtung 30) , obwohl das durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildete Strahlenbündel 5 konvergent sein kann. Zum Beispiel kann der Strahlengang der Divergenzänderungsvorrichtung 1 so gebildet sein, dass ein konvergentes Strahlenbündel 5 erst außerhalb der Divergenzänderungsvorrichtung 1 einen Fokuspunkt 5a bildet (der dann z.B. auch der Arbeits-Fokuspunkt sein kann) oder auch niemals einen tatsächlichen Fokuspunkt 5a bildet, sondern nur so abgebildet wird, dass es ohne eine weitere
Beeinflussung im Strahlengang der Divergenzänderungsvorrichtung 1 einen virtuellen Fokuspunkt 5b bilden würde. Die Fokuspunkte 5a/b können in Abhängigkeit des Einfallswinkels des
Strahlenbündels 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 auf einer Fokusfläche (z.B. Fokusebene) angeordnet sein, d.h. ein Fokuspunkt 5a/b kann je nach dem Einfallswinkel und/oder der Einfallsposition des Strahlenbündels 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 auf einer anderen Position in der Fokusfläche angeordnet sein. Eine
Fokusfläche kann eine gekrümmte Fokusfläche oder eine ebene Fokusfläche (Fokusebene) sein .
In Analogie zu den virtuellen Fokuspunkten 5b und als Folge daraus kann auch die Fokusfläche eine tatsächliche Fokusfläche 15a oder eine virtuelle Fokusfläche 15b sein, auf der die virtuellen Fokuspunkte 5b liegen würden, wenn das Strahlenbündel 5 keiner weiteren Wechselwirkung mit Komponenten der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 unterliegen würde. Gemäß der Erfindung können auch ein virtueller Fokuspunkt 5b und gleichzeitig ein tatsächlicher Fokuspunkt 5a (vgl. Figur 1) vorhanden sein, wobei der virtuelle Fokuspunkt 5b der Fokuspunkt sein kann, den ein durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildetes Strahlenbündel 5 ausbilden würde, sofern keine Wechselwirkung mit Komponenten der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 auftreten würde, und wobei der tatsächliche Fokuspunkt 5a ein Fokuspunkt sein kann, dessen Position sich aufgrund von Wechselwirkung des Strahlenbündels 5 mit Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 von der des virtuellen Fokuspunktes 5b unterscheidet.
Gemäß der Erfindung kann das optische System 15 so eingerichtet sein, dass die Fokuspunkte 5a (bzw. die virtuellen Fokuspunkte 5b) aller Strahlenbündel 5, deren Hauptstrahl 6 über den ersten Brennpunkt 16 (oder einen Punkt nahe dazu) auf den ersten
System-Bereich 17 des optischen Systems 15 trifft, und die durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildet werden, auf einer Fokusfläche 15a (die in Analogie zu den virtuellen Fokuspunkten 5b eine virtuelle Fokusfläche 15b sein kann) liegen. Die Eigenschaften und die Lage der Fokusfläche
15a/b sind eine Folge der optischen Eigenschaften des optischen Systems 15. Das optische System 15 kann so ausgebildet sein, dass die Fokusfläche 15a/b eine gekrümmte Fokusfläche 15a/b ist oder sie kann eine im Bezug auf eine optische Achse des
optischen Systems 15 verkippte Fokusebene 15a/b sein (zum
Beispiel kann die verkippte Fokusebene so ausgebildet sein, dass der Hauptstrahl 6 eines von dem ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildeten Strahlenbündels 5 die
verkippte Fokusebene 15a/b unabhängig von dem Einfallswinkel des Strahlenbündels 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 in einer Richtung trifft, die nicht die
Normalenrichtung der verkippten Fokusebene 15a/b ist) oder sie kann eine andere Fokusebene 15a/b sein. Dementsprechend können die Fokuspunkte 5a/b aller Strahlenbündel 5, die über den ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 laufen und durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildet werden, auf einer gekrümmten Fokusfläche 15a/b liegen. Die Krümmung der gekrümmten Fokusfläche 15a/b kann durch die Ausbildung des optischen Systems 15 verursacht sein und kann z.B. eine Parabel-förmig gekrümmte Fokusfläche 15a/b sein und/oder eine Paraboloid-förmige gekrümmte Fokusfläche 15a/b sein. Die gekrümmte Fokusfläche 15a/b kann bei
entsprechender Ausbildung des optischen Systems 15 auch andere Formen annehmen, z.B. kann die gekrümmte Fokusfläche 15a/b auch durch eine Funktion (z.B. ein Polynom) mit einem anderen
Exponenten als zwei (wie im Falle der Parabel) definiert sein, z.B. kann der Exponent 4 oder 6 (oder z.B. 3 oder 5) sein und/oder kann auch ein rationaler Wert im Bereich von 2 bis 6 sein. Auch Parameter wie der Parabelparamter oder andere
Parameter einer Funktion, die die gekrümmten Fokusfläche 15a/b definiert, können frei wählbar sein.
Die telezentrische Anordnung 31 der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 weist eine
Strahlablenkvorrichtung 30 auf. Die Strahlablenkvorrichtung 30 ist in oder Nahe bei (z.B. benachbart zu, z.B. angrenzend an) dem ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 angeordnet und ist dazu vorgesehen, ein Strahlenbündel 5, das auf die
Strahlablenkvorrichtung 30 fällt, auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abzulenken. Die
Strahlablenkvorrichtung 30 ist dazu eingerichtet, den
Auftreffort und/oder den Auftreffwinkel des auf den ersten
System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgelenkten
Strahlenbündels 5 einzustellen. Die Strahlablenkvorrichtung 30 kann zusammenwirkend mit dem optischen System 15 dazu dienen, den (ggf. virtuellen) Fokuspunkt 5a/b eines Strahlenbündels 5 auf einer (ggf. virtuellen) Fokusfläche 15a/b zu verschieben, indem der Auftreffpunkt und/oder Auftreffwinkel des
Strahlenbündels 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optische Systems 15 mittels der Strahlablenkvorrichtung 30 eingestellt wird.
Die Strahlablenkvorrichtung 30 kann z.B. ein drehbarer Spiegel 30 mit einem Freiheitsgrad sein (d.h. zum Beispiel, dass er eine Drehachse 32 haben kann) . Zur Drehung des drehbaren Spiegels 30 kann dieser mit einem Aktuator (z.B. drehfest) verbunden sein. Ein Aktuator kann z.B. ein Scanner oder ein Galvanometer-Antrieb sein, die eine schnelle Drehung des drehbaren Spiegels 30 ermöglichen können. Die Strahlablenkvorrichtung 30 kann ein Galvanometer-Scanner sein, der einen Spiegel, der mit einem Galvanometer-Antrieb drehbar verbunden ist, aufweist. Die
Strahlablenkvorrichtung 30 kann einen solchen Aufbau haben und/oder mit solchen Materialien hergestellt sein, dass sie geeignet ist zur Abbildung von Strahlenbündeln 5 mit hoher Energie/Leistung.
Zusätzlich kann gemäß der Erfindung die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 mit einer Steuereinrichtung 50 (siehe z.B. Figuren 2 oder 4) bereitgestellt sein, um die
Strahlablenkvorrichtung 30 so zu steuern, dass sie einen
Einfallswinkel bzw. eine Einfallsposition des Strahlenbündels 5 auf das optische System 15 wahlweise und steuerbar einstellen kann. Wenn die Strahlablenkvorrichtung 30 zum Beispiel einen drehbaren Spiegel 30 aufweist, der mittels eines Aktuators drehbar ist, kann die Steuereinrichtung den Aktuator steuern, der wiederum eine Drehung des Spiegels um einen vorbestimmten Drehwinkel durch eine mechanische Drehung des Spiegels erzeugen kann. Die Steuereinrichtung 50 kann zusätzlich auch mit der Strahlenquelle 10 verbunden sein, um den Betrieb der
Strahlenquelle 10 zu steuern. Die Steuereinrichtung 50 kann so eingerichtet sein, dass sie eine Divergenz bzw. eine
Divergenzänderung des von dem zweiten System-Bereich 18 auf die Strahlablenkvorrichtung 30 einfallenden Strahlenbündels in Anhängigkeit eines Eingabewerts und/oder eines Algorithmus einstellen kann. Zum Beispiel kann der Steuereinrichtung 50 von einem Benutzer oder einen weiteren Steuergerät ein gewünschter Divergenzwert bereitgestellt werden, und das Steuergerät kann die Divergenz mittels einer entsprechenden Einstellung der
Strahlablenkvorrichtung 30 einstellen, zum Beispiel auch unter Benutzung einer Regelung, die als Rückführgröße eine
tatsächliche, gemessene Divergenz des Strahlenbündels 5
verwendet .
Der drehbare Spiegel 30 kann eine erste Spiegelfläche 30a aufweisen, die als Planspiegel ausgeführt sein kann oder die als Spiegelfläche 30a mit einer anderen Geometrie ausgeführt sein kann, z.B. als Parabolspiegelfläche, Parabelspiegelfläche oder als Freiform-Spiegelfläche. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Strahlablenkvorrichtung 30 auch als drehbarer Doppelspiegel 30 mit einer ersten 30a und einer zweiten 30b Spiegelfläche
ausgeführt sein, die im Wesentlichen parallel zueinander
angeordnet sein können, wobei die jeweiligen Flächennormalen der Spiegelflächen gegensätzlich angeordnet sind. Die erste
Spiegelfläche 30a kann auch einen Winkel mit der zweiten
Spiegelfläche 30b definieren. Die Strahlablenkvorrichtung 30 kann z.B. auch eine akusto- optische Strahlablenkvorrichtung sein, eine elektro-optische Strahlablenkvorrichtung oder eine piezo-elektrisch angetriebene Strahlablenkvorrichtung sein oder eine dieser zusätzlich oder als Alternative aufweisen. Die Divergenzänderungsvorrichtung 1 weist eine
Strahlfaltvorrichtung 34 auf. Die Strahlfaltvorrichtung 34 ist so ausgebildet, dass sie ein Strahlenbündel 5, das durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgebildet wurde, wieder über das optischen System 15, nämlich über den zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15, zur
Strahlablenkvorrichtung 30 zurückführt. Zum Beispiel kann die Strahlfaltvorrichtung 34 ein Strahlenbündel 5, das mittels der Strahlablenkvorrichtung 30 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 abgelenkt wird und mittels des optischen Systems 15 von dem ersten System-Bereich 17 abgebildet wird, zu dem zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15 ablenken. Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann so ausgebildet sein, dass ein Hauptstrahl 6 eines Strahlenbündels 5, das in die
Strahlfaltvorrichtung 34 einfällt, im Wesentlichen parallel ist zu dem Hauptstrahl 6 des Strahlenbündel 5, der die
Strahlfaltvorrichtung 34 verlässt, und das ausfallende
Strahlenbündel 5 kann eine entgegengesetzte Ausbreitungsrichtung zu dem einfallenden haben. Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann auch so ausgebildet sein, dass der Hauptstrahl 6 eines
Strahlenbündels 5, das in die Strahlfaltvorrichtung 34 einfällt, nicht parallel ist zu dem Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5, das die Strahlfaltvorrichtung verlässt, zum Beispiel wenn der erste und der zweite System-Bereich 17 bezüglich ihrer optischen Achsen verkippt zueinander sind und die Strahlfaltvorrichtung 34 so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die Verkippung kompensiert .
Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann so eingerichtet und angeordnet sein, dass ein Hauptstrahl 6 eines auf sie einfallenden
Strahlenbündels 5 einen Abstand zu dem Hauptstrahl 6 des von ihr ausfallenden Strahlenbündels 5 hat, und der Hauptstrahl 6 des einfallenden Strahlenbündels 5 und der Hauptstrahl 6 des
ausfallenden Strahlenbündels 5 können symmetrisch sein bezüglich einer Ebene des optischen Systems 15, die die optische Achse enthält. Wie es z.B. in der Figur 4 dargestellt ist, kann die Strahlfaltvorrichtung 34 auch so eingerichtet und angeordnet sein, dass keine solche Symmetrie vorliegt.
Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann bezüglich des optischen
Systems 15 ortsfest und drehfest sein. Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann einen ersten Strahlfalt-Spiegel 35 und/oder einen zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 aufweisen. Der erste 35 und/oder zweite 40 Strahlfalt-Spiegel können bezüglich des optischen Systems 15 ortsfest sein und können jeweils einen (z.B.
unveränderbaren) definierten Winkel miteinander und/oder mit dem optischen System 15 definieren. Der erste Strahlfalt-Spiegel 35 und/oder der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 können jeweils einen Planspiegel aufweisen bzw. ein solcher sein. Die
Strahlfaltvorrichtung 34 (z.B. der erste 35 und/oder zweite 40 Strahl-Faltspiegel) kann so ausgebildet sein, dass sie zum
Reflektieren von Laserstrahlung mit hoher Leistung, wie es z.B. in der Materialbearbeitung benutzt wird, geeignet ist.
Der erste Strahlfalt-Spiegel 35 kann so angeordnet sein, dass das Strahlenbündel 5 nach der z.B. im Wesentlichen
telezentrischen Abbildung durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 der telezentrischen Anordnung 31 auf den ersten Strahlfalt-Spiegel 35 trifft, z.B. in einem Winkel bezüglich des Hauptstrahls 6 von im Wesentlichen 45° oder in einem anderen Winkel. Der erste Strahlfalt-Spiegel 35 kann so angeordnet sein, dass ein durch das optische System 15
konvergierend abgebildetes Strahlenbündel 5 konvergierend auf den ersten Strahlfalt-Spiegel 35 trifft (d.h. z.B. geometrisch bevor das Strahlenbündel 5 einen Fokuspunkt 5a auf der
gekrümmten Fokusfläche 15a bildet) oder divergierend auf den ersten Strahlfalt-Spiegel 35 trifft (d.h. z.B. geometrisch nachdem das Strahlenbündel 5 den Fokuspunkt 5a auf der
gekrümmten Fokusfläche 15a bildet und das Strahlenbündel 5 divergiert) . Der erste Strahlfalt-Spiegel 35 kann so
eingerichtet sein, dass er das auf sich einfallende
Strahlenbündel in einem Winkel ablenkt, so dass das auf den ersten Strahlfalt-Spiegel 35 einfallende Strahlenbündel 5 einen Winkel mit dem von dem ersten Strahlfalt-Spiegel 35 ausfallenden Strahlenbündel 5 definiert (z.B. bzgl. eines Hauptstrahls 6 des Strahlenbündels 5) . Der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 kann so angeordnet sein, dass das mittels des ersten Strahlfalt-Spiegels 35 abgelenkte
Strahlenbündel 5 auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 trifft, z.B. in einem Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich des Hauptstrahls 6 oder in einem anderen Winkel. Der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 kann so angeordnet sein, dass ein durch den ersten System-Bereich 17 des optische System 15
konvergierend abgebildetes und weiter durch den ersten
Strahlfalt-Spiegel 35 abgelenktes Strahlenbündel 5 konvergierend auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 trifft (d.h. z.B.
geometrisch bevor das Strahlenbündel 5 den Fokuspunkt 5a auf der gekrümmten Fokusfläche 15a bildet) oder divergierend auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 trifft (d.h. z.B. geometrisch nachdem das Strahlenbündel 5 den Fokuspunkt 5a auf der
gekrümmten Fokusfläche 15a bildet und das Strahlenbündel 5 divergiert) . Der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 kann so
eingerichtet sein, dass er das auf sich einfallende
Strahlenbündel in einem Winkel ablenkt, so dass das auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 einfallende Strahlenbündel 5 einen Winkel mit dem von dem ersten Strahlfalt-Spiegel 40 ausfallenden Strahlenbündel 5 definiert (z.B. bzgl. eines Hauptstrahls 6 des Strahlenbündels 5) .
Zwischen dem ersten Strahlfalt-Spiegel 35 und dem zweiten
Strahlfalt-Spiegel 40 können weitere Strahlfalt-Zwischenspiegel angeordnet sein, über die das Strahlenbündel 5 von dem ersten Strahlfalt-Spiegel 35 auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 abgelenkt werden kann.
Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann auch eine andere Anzahl von Strahlfalt-Spiegeln als zwei Strahlfalt-Spiegel aufweisen.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung können
Strahlfaltspiegel (zum Beispiel der erste Strahlfalt-Spiegel 35, der sich im Strahlengang nach dem ersten System-Bereich 17 befindet, und der zweite Strahlfalt-Spiegel 40, der sich im Strahlengang vor dem zweiten System-Bereich 18 befindet, mit einer zylindrischen Abbildungseigenschaft bereitgestellt sein (d.h. beispielsweise als Parabelspiegel ausgebildet sein) , um die Ausbildung eines «punktförmigen*1 Fokuspunktes 5a mit hoher Leistungs-/Energiedichte zu vermeiden. Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann auch eine Mehrzahl von Prismen aufweisen, durch die ein Strahlenbündel 5 abgelenkt wird, z.B. von einem ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 zu einem zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15. Die Strahlfaltvorrichtung 34 kann auch mindestens eine Linse
(z.B. Sammellinse) und einen Spiegel, der im (oder nahe bei dem) Brennpunkt dieser Linse angeordnet ist, aufweisen, wobei die Linse und der Spiegel so eingerichtet und angeordnet sein können, dass ein Strahlenbündel 5, das von dem ersten System- Bereich 17 des optischen Systems 15 kommend auf die
Strahlfaltvorrichtung 34 trifft, mittels der
Strahlfaltvorrichtung 34 wie oben beschrieben auf den zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15 abgelenkt wird.
Das durch die Strahlfaltvorrichtung 34 auf den zweiten System- Bereich 18 des optischen Systems 15 der telezentrischen
Anordnung 31 treffende Strahlenbündel 5 kann durch das optische System 15 (bzw. den zweiten System-Bereich 18 davon) funktionalumgekehrt abgebildet werden (z.B. umgekehrt-telezentrisch) und der Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5 kann von dem zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15 wieder auf den ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 abgelenkt werden, und andere Strahlen des Strahlenbündels 5 können in einem Winkel zu dem Hauptstrahl, der auf den ersten Brennpunkt 16 abgebildet wird, abgebildet werden, so dass ein konvergentes, kollimiertes oder divergentes Strahlenbündel 5 erzeugt werden kann. Die
Divergenz des Strahlbündels, das die
Divergenzänderungsvorrichtung verlässt, kann somit durch die Einstellung eines Ablenkwinkels der Strahlablenkvorrichtung in einem Einstellbereich eingestellt werden. Die Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 (z.B.
Strahlenquelle 10, optisches System 15, Strahlablenkvorrichtung 30, Strahlfaltvorrichtung 34) können so angeordnet sein, dass ein Strahlenbündel 5, das von der Strahlenquelle 10 erzeugt wird, optional unmittelbar ("unmittelbar" kann hierin bedeuten, dass keine weitere optische Komponente zwischen zwei Komponenten angeordnet ist, ausgenommen ein Medium wie z.B. Luft oder ein anderes Gas) , auf die Strahlablenkvorrichtung 30 treffen kann.
Die Strahlablenkvorrichtung 30 ist in dem ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 angeordnet oder (z.B. nahe) benachbart zu dem ersten Brennpunkt 16 und ist so eingerichtet, dass sie das Strahlenbündel 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 ablenkt. Das Strahlenbündel 5 kann mittels der Strahlablenkvorrichtung 30 in einem unterschiedlichen
Einfallwinkel (und/oder an einer unterschiedlichen Position) auf das optische System 15 treffen (im Falle eines drehbaren
Spiegels als der Strahlablenkvorrichtung 30 z.B. je nach einem Drehwinkel des drehbaren Spiegels 30) . Wie oben beschrieben führt dies dazu, dass das Strahlenbündel 5 von dem ersten
System-Bereich 17 mit einer im Vergleich zu vor der Abbildung geringeren Divergenz so abbildet wird, dass das Strahlenbündel 5 von dem ersten System-Bereich 17 des optische Systems 15
ausfällt. Sofern das Strahlenbündel 5 als ein konvergierendes Strahlenbunde1 5 abgebildet wird, kann das Strahlenbündel einen (z.B. virtuellen) Fokuspunkt 5a/b bilden, der in Abhängigkeit des Einfallswinkels des Strahlenbündels 5 auf den ersten System- Bereich 17 des optische System 15 auf einer (ggf. virtuellen) gekrümmten Fokusfläche oder (ggf. virtuellen) verkippten (z.B. virtuellen) Fokusebene 15a/b liegen kann. Die verkippte
Fokusebene 15a/b kann z.B. bezüglich einer optischen Achse des optischen Systems 15 verkippt sein, d.h. die optische Achse kann die verkippte Fokusebene in einer Richtung, die nicht die
Normalenrichtung der Fokusebene ist, schneiden. In Abhängigkeit der Strahlablenkvorrichtung 30 kann also zum Beispiel ein
(virtueller) Fokuspunkt 5a/b des Strahlenbündels 5 auf der
(virtuellen) Fokusfläche/Fokusebene 15a/b verschoben sein.
Die Divergenzänderungsvorrichtung 1 kann dazu bereitgestellt sein, einen Arbeits-Fokuspunkt (z.B. auf einer
Werkstückoberfläche) eines Strahlenbündels 5, das von der Strahlenquelle 10 bereitgestellt wird, einzustellen, Indem es mittels der Strahlablenkvorrichtung 30 mit unterschiedlichen Einfallswinkeln (und/oder unterschiedlichen Einfallspositionen) dem ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 zugeführt wird, wodurch eine Divergenz des von dem optischen System 15 abgebildeten Strahlenbündels 5 einstellbar sein kann. Das durch den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15
abgebildete Strahlenbündel 5 kann mittels der
Strahlfaltvorrichtung 34 wieder auf das optische System 15 abgelenkt werden (auf den zweiten System-Bereich 18 davon) und durch den zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15 funktional-umgekehrt-telezentrisch abgebildet werden, so dass der Hauptstrahl 6 des abgebildeten Strahlenbündels 5 wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft bei dem ersten Brennpunkt 16 (oder einen Punkt in der Nähe des Brennpunktes 16) . Dadurch wird eine Ausgangslange und Ausgangsrichtung des von der
Strahlablenkvorrichtung 30 ausfallenden Strahls (der von dem zweiten System-Bereich 18 kommt) im Wesentlichen unabhängig von einem Einfallswinkel bzw. einer Einfallsposition, in dem bzw. an der das Strahlenbündel 5 auf den ersten System-Bereich 17 des optischen Systems 15 trifft, konstant gehalten. Mit der
DivergenzänderungsVorrichtung 1 kann also mit oder ohne eine zusätzliche Fokussiereinrichtung ein in seiner Lage entlang der Strahlausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 verstellbarer Fokus in einer Arbeitsebene, z.B. außerhalb der
Divergenzänderungsvorrichtung 1, realisiert sein, wobei die Lage und Richtung des von der Strahlablenkvorrichtung 30 ausfallenden Strahls (nach einer zweimaligen Abbildung mittels des optischen Systems 15) konstant und unabhängig sein kann von der Lage des Fokus .
Anders ausgedrückt kann durch die Krümmung oder Verkippung der Fokusfläche 15a/b erreicht werden, dass die gesamte
Divergenzänderung des Strahlbündels 5, die während des
Passierens durch die Divergenzänderungsvorrichtung 1 in Summe auftritt, von dem eingestellten Ablenkwinkel der Strahlablenkvorrichtung 30 abhängt. In den Ausführungsformen, bei denen ein reeller (d.h. tatsächlicher) Fokuspunkt 5a
(Zwischenfokus) oder eine reelle Fokuslinie 5a
(Zwischenlinienfokus) entsteht, liegt die Ursache für die
Veränderung der Divergenz in der einstellbaren Weglänge des Wegs entlang des Hauptstrahls 6 vom Fokuspunkt 5a bis zum zweiten System-Bereich 18 (wird der Fokuspunkt bzw. die Fokuslinie 5a nur virtuell ausgebildet, gilt die Beschreibung analog) . Diese Weglänge variiert aufgrund der Krümmung bzw. Verkippung der Fokusfläche 15a/b und kann durch die Wahl eines Ablenkwinkels der Strahlablenkvorrichtung 30 eingestellt werden. Hierdurch wird der Fokuspunkt 5a/b durch den zweiten System-Bereich 18 auf Punkte in unterschiedlichen (positiven oder negativen) Abständen abgebildet, was unterschiedlichen Divergenzwinkeln entspricht. Hierzu ist erforderlich, dass die Abbildungseigenschaften des zweiten System-Bereichs 18 die Krümmung oder Verkippung der Fokusfläche 15a/b, die durch den ersten System-Bereich 17 verursacht ist, nicht voll kompensiert (zum Beispiel sogar verstärkt) . In den in den Figuren 1 bis 5 gezeigten
DivergenzänderungsVorrichtungen 1 kann dies beispielsweise dann der Fall sein, wenn gleichartige erste und zweite System- Bereiche 17 und 18 verwendet werden, also zum Beispiel zwei symmetrische oder ähnliche (z.B. skalierte) Objektivhälften oder gleich orientierte Paraboloidsegmente, oder die System-Bereiche 17 und 18 monolithisch-integrale achssymmetrische Paraboloide oder monolithisch-integrale achssymmetrische Linsesysteme sind.
Die Divergenzänderungsvorrichtung 1 kann so angeordnet und ausgebildet sein, dass ein Fokuspunkt 5a des Strahlenbündels zwischen dem optischen System 15 und dem ersten Strahlfalt- Spiegel 35, zwischen dem ersten Strahlfalt-Spiegel 35 und dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 (z.B. im Strahlengang vor oder hinter einem Strahlfalt-Zwischenspiegel (siehe unten)), und/oder zwischen dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 und dem optischen System 15 auftritt, und/ oder die Divergenzänderungsvorrichtung 1 kann so ausgebildet sein, dass ein Fokuspunkt erst außerhalb der Divergenzänderungsvorrichtung 1 auftritt und/oder kein tatsächlicher und/oder virtueller Fokuspunkt 5a/b auftritt. Alle Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 können so angeordnet sein, dass sie entfernt von einem Fokuspunkt 5a des Strahlenbündels 5 angeordnet sind, wodurch die maximale
elektromagnetische Leistungsdichte (Intensität) oder die
maximale elektromagnetische Energiedichte (bei gepulster
Strahlung) , der die Komponenten der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausgesetzt sind, verringert sein kann. Dadurch kann die Divergenzänderungsvorrichtung 1 zur
Verwendung mit starken Strahlenquellen (z.B.
Hochleistungsstrahlenquellen) 10 geeignet sein, wie sie z.B. zur Materialbearbeitung notwendig sein können.
Die Divergenzänderungsvorrichtung 1 (bzw. das optische System 15) kann zusätzliche optische Komponenten wie z.B. eine oder mehrere Zylinderlinsen im Strahlengang aufweisen, durch die eine tatsächliche Ausbildung eines „punktförmigen" Fokuspunktes 5a verhindert sein kann, um so eine hohe Leistungsdichte
(Energiedichte) an einem Punkt zu vermeiden. Zum Beispiel kann ein erstes optisches Element mit einer zylindrischen
Abbildungseigenschaft im Strahlengang nach dem ersten Strahl- Faltspiegel 35 angeordnet sein und ein weiteres optisches
Element, das eine dem ersten optischen Element im Wesentlichen entsprechende, funktional-umgekehrte zylindrische
Abbildungseigenschaft aufweist, im Strahlengang vor dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 (oder zum Beispiel allgemeiner vor dem im Strahlengang letzten Strahl-Faltspiegel vor einer zweiten
Abbildung durch das optische System 15) angeordnet sein. Der Fokuspunkt kann somit eine virtuelle Fokuslinie 5b sein und/oder kann eine (tatsächliche) Fokuslinie 5a sein.
Die Strahlenquelle 10, das optische System 15, die
Strahlablenkvorrichtung 30 und die Strahlfaltvorrichtung 34 können optional so angeordnet sein, dass sich zwischen ihnen keine anderen optischen Komponenten befinden, d.h. sie können in einem Strahlengang unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sein. Es kann eine optische Komponente, z.B. mit positiver
Brechkraft (z.B. eine Sammellinse) im Strahlengang zwischen der Strahlenquelle 10 und der Strahlablenkvorrichtung 30 oder im Strahlengang nach einer zweiten Abbildung durch das optische System 15, z.B. nach einer (zweiten) Ablenkung durch die
Strahlablenkvorrichtung 30, oder an einer anderen Stelle
bereitgestellt sein, und/oder (gleichzeitig oder als
Alternative) kann eine optische Komponente mit negativer
Brechkraft (z.B. eine Streulinse) im Strahlengang zwischen der Strahlenquelle 10 und der Strahlablenkvorrichtung 30 oder im Strahlengang nach einer zweiten Abbildung durch das optische System 15, z.B. nach einer (zweiten) Ablenkung durch die
Strahlablenkvorrichtung 30, oder an einer anderen Stelle
bereitgestellt sein.
Gemäß der Erfindung können die die Strahlablenkvorrichtung 30, das optische System 15 und die Strahlfaltvorrichtung 34 so eingerichtet und angeordnet sein, dass der Hauptstrahl 6 eines Strahlenbündels 5, das von der Strahlenquelle 10 kommend zum ersten Mal auf die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft, entlang einer ersten Halbgeraden (z.B. geraden Linie) auf diese trifft. Ein Endpunkt der ersten Halbgeraden kann in oder nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 liegen, und das Strahlenbündel 5 kann von der Strahlenquelle 10 kommend entlang der ersten Halbgeraden zum dem Endpunkt der ersten Halbgeraden hin laufend auf die
Strahlablenkvorrichtung 30 treffen. Der zweite Strahlfalt- Spiegel 40 kann so angeordnet sein, dass er das Strahlenbündel 5 so ablenkt, dass es wieder auf das optische System 15 trifft, d.h. auf den zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15, so dass der Hauptstrahl 6 dieses Strahlenbündels 5 durch den zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15 wieder auf den ersten Brennpunkt 16 abgelenkt wird, um dort (oder nahe bei diesem) wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 zu treffen, und so dass die Nebenstrahlen (oder ein Teil der Nebenstrahlen) dieses Strahlenbündels 5 wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 treffen. Der Hauptstrahl 6 dieses Strahlenbündels 5 kann dann von der Strahlablenkvorrichtung 30 weg entlang einer zweiten Halbgeraden (z.B. zweiten geraden Linie), deren Endpunkt in oder nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 liegen kann, abgelenkt werden, wobei die zweite Halbgerade im Wesentlichen eine konstante und unabhängige Lage hat, die von dem Einfallwinkel bzw. dem
Einfallort des Strahlenbündels 5 auf das optische System 15 unabhängig ist, und die Nebenstrahlen (oder ein Teil der
Nebenstrahlen) können entsprechend abgelenkt werden. Die oben beschriebene zweite Halbgerade ist bis auf maximal einen
gemeinsamen Punkt (z.B. können die Endpunkte der ersten
Halbgeraden und der zweiten Halbgeraden in/nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 zusammenfallen) nicht identisch mit der ersten Halbgeraden, kann jedoch mit dieser kollinear sein (zum Beispiel in einer Divergenzänderungsvorrichtung 1, die auf der in der Figur 5 gezeigten, unten detaillierter beschriebenen
Ausführungsform basiert) . Dadurch ist das Strahlenbündel 5, das die Strahlablenkvorrichtung 30 von dem optischen System 15 kommend verläset, räumlich getrennt von dem von der
Strahlenquelle 10 kommenden Strahlenbündel 5 und kann die
Strahlablenkvorrichtung 30 in einer im Wesentlichen konstanten Richtung und Lage verlassen.
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in der das optische System 15 als ein Brechungssystem 25, die Strahlablenkvorrichtung 30 als ein drehbarer Spiegel 30 mit einer ersten Spiegelfläche 30a, und die StrahlfaltVorrichtung 34 als ein erster Strahlfalt-Spiegel 35 und ein zweiter Strahlfalt- Spiegel 40 ausgebildet sind. Das Brechungssystem 25 weist hier einen ersten System-Bereich 17 und einen zweiten System-Bereich 18 auf, die monolithisch integral gebildet sind. Die Figur la zeigt eine Ansicht dieser Divergenzänderungsvorrichtung 1 von oben und die Figur lb eine Seitenansicht der im Wesentlichen gleichen Divergenzänderungsvorrichtung 1. Das BrechungsSystem 25 kann z.B. ein Objektiv (z.B. ein
Linsesystem) sein, das einen ersten Brennpunkt 16 hat. Der erste Brennpunkt 16 kann eine endliche Entfernung zu dem
Brechungssystem 25 haben. Das BrechungsSystem 25 ist mit dem drehbaren Spiegel 30 als eine einseitig-telezentrische Anordnung 31 bereitgestellt. Das Brechungssystem 25 ist hier so
eingerichtet, dass ein Strahl des Strahlenbündels 5, der über den ersten Brennpunkt 16 auf den ersten System-Bereich 17 des Brechungssystems 25 trifft (Hauptstrahl 6) , in eine im
Wesentlichen konstante, vom Einfallswinkel unabhängige Richtung abgelenkt wird, und die Strahlen des Strahlenbündels 5, die nicht über den ersten Brennpunkt 16 auf den ersten System- Bereich 17 des optischen Systems 15 treffen (Nebenstrahlen) , mit einer Divergenz bezüglich des Hauptstrahls 6 abgebildet werden, die anders (d.h. größer oder kleiner) ist als die Divergenz vor der Abbildung mittels des BrechungsSystems 25. Im Falle eines Strahlenbündels 5, das den ersten System-Bereich 17 des
Brechungssystems 25 konvergierend verläset (wie es in der Figur 1 auch dargestellt ist) , kann sich ein Fokuspunkt des
Strahlenbündels 5 ergeben. Anhand der Figuren la und lb ist ersichtlich, dass das Strahlenbündel 5 durch den ersten System- Bereich 17 des Brechungssystems 25 auf einen virtuellen
Fokuspunkt 5b abgebildet wird, aber aufgrund der Anordnung und Ausbildung des ersten Strahl-Faltspiegeis 35 das konvergierende Strahlenbündel 5 so abgelenkt wird, dass ein tatsächlicher
Fokuspunkt 5a auftritt, der eine andere Lage als der virtuelle Fokuspunkt 5b hat.
Das Brechungssystem 25 (bzw. der erste System-Bereich 17 davon) ist so eingerichtet, dass alle virtuellen Fokuspunkte 5b des Strahlenbündels 5 auf einer gekrümmten virtuellen Fokusfläche 15b liegen und die Position eines virtuellen Fokuspunkts 5b auf der virtuellen Fokusfläche 15b abhängig ist von dem
Einfallswinkel, mit dem das Strahlenbündel 5 auf das
Brechungssystem 25 trifft. Dementsprechend liegen auch die tatsächlichen Fokuspunkte 5a auf einer entsprechenden gekrümmten Fokusfläche 15a (vgl . Figur lb) , die allerdings aufgrund des Strahl-Faltspiegeis 35 eine andere Lage und Orientierung als die virtuelle Fokusfläche 15b hat.
Zur Einstellung des Einfallswinkels des Strahlenbündels 5 auf das Brechungssystem 25 ist der drehbare Spiegel 30 so
bereitgestellt, dass ein Strahlenbündel 5, das von der
Strahlenquelle 10 auf den drehbaren Spiegel 30 (d.h. die erste Spiegelfläche 30a davon) einfällt, mittels des drehbaren
Spiegels 30 (bzw. der ersten Spiegelfläche 30a) dem
Brechungssystem 25 in dem ersten System-Bereich 17 zugeführt wird, und zwar so, dass der Einfallswinkel des Strahlenbündels 5 auf den ersten System-Bereich 17 des BrechungsSystem 25 abhängig ist von dem Drehwinkel des drehbaren Spiegels 30 (bzw. der ersten Spiegelfläche 30a) . Wie oben beschrieben, sind der erste. Strahlfalt-Spiegel 35 und der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 so angeordnet, dass das durch den ersten System-Bereich 17 des BrechungsSystems 25 abgebildete Strahlenbündel 5 zurück auf das Brechungssystem 25 abgelenkt wird, und zwar auf den zweiten System-Bereich 18 davon. Das Strahlenbündel 5 wird dabei so abgelenkt, dass es auf der gleichen Seite, auf der es das
BrechungsSystem 25 in dem ersten System-Bereich 17 verlassen hat, wieder auf den zweiten System-Bereich 18 des
BrechungsSystem 25 trifft. Der Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5, das auf den zweiten System-Bereich 18 trifft, wird wieder auf den ersten Brennpunkt 16 abgelenkt und trifft dort (oder nahe dazu) wieder auf die erste Spiegelfläche 30a des drehbaren
Spiegels 30. Die Nebenstrahlen des Strahlenbündels 5 werden korrespondierend abgelenkt (abgebildet) . Somit kann eine
Divergenz der Strahlen des Strahlenbündels 5 durch die
wiederholte, umgekehrte, Abbildung durch das Brechungssystem 25 verstärkt oder verringert oder unverändert sein.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der das optische System 15 der telezentrischen Anordnung 31 als ein Reflexionssystem 20 mit einem Parabolspiegel 20 ausgebildet ist, und die ähnlich wie in Figur 1 gezeigt einen drehbaren Spiegel 30 mit einer ersten Spiegelfläche 30a als
Strahlablenkvorrichtung 30, sowie einen ersten 35 und einen zweiten 40 Strahl-Faltspiegel als die Strahlfaltvorrichtung 34 aufweist. Der Parabolspiegel 20 hat einen ersten Brennpunkt 16 und einen ersten System-Bereich 17 und einen zweiten System- Bereich 18, wobei der erste Brennpunkt 16 eine endliche
Entfernung zu dem Parabolspiegel 20 hat. Der Parabolspiegel 20 hat die Eigenschaft, dass ein Strahl, der durch den (oder durch einen Punkt nahe bei dem) ersten Brennpunkt 16 auf den
Parabolspiegel 20 trifft, in eine Richtung reflektiert wird, die im Wesentlichen unabhängig ist von dem Einfallwinkel (und der Einfallposition) des Strahls auf den Parabolspiegel 20, so dass solche Strahlen im Wesentlichen parallel zueinander und im
Abstand zueinander in eine konstante Richtung abgelenkt werden. Der Parabolspiegel 20 hat hier eine Form bzw. Reflexionsfläche, die im Wesentlichen durch eine Paraboloidgleichung beschrieben ist. Mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 kann der Parabolspiegel 20 eine paraboloide Form (bzw. Reflexionsfläche) aufweisen, z.B. kann er eine Rotationsparaboloid-Fläche aufweisen. Es ist eine Abbildungseigenschaft des Parabolspiegels 20, dass Strahlen, die durch den ersten Brennpunkt 16 auf den Parabolspiegel 20
treffen, in einer Richtung abgelenkt werden, die unabhängig ist von dem Einfallwinkel und der Einfallposition auf den
Parabolspiegel 20, und Strahlen, die nicht durch den ersten
Brennpunkt 16 auf den Parabolspiegel 20 treffen, in einem Winkel zu Strahlen, die durch den ersten Brennpunkt 16 auf den
Parabolspiegel 20 treffen, abgelenkt werden. Die geometrischen Dimensionen der Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 (z.B. des Parabolspiegels 20, d.h. zum Beispiel der
Rotationswinkel, den ein (Rotations-) Parabolspiegel 20 gemäß der Erfindung aufspannt) , können gemäß den gewünschten Eigenschaften der Divergenzänderungsvorrichtung 1 so gewählt sein, dass sie im Wesentlichen den minimal erforderlichen Dimensionen entsprechen. Die telezentrische Anordnung 31 der
Divergenzänderungsvorrichtung 1, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, weist eine Strahlablenkvorrichtung 30 auf, die als ein drehbarer Spiegel 30 mit einer ersten Spiegelfläche 30a ausgebildet ist, und eine Strahlfaltvorrichtung 34, die als eine erster 35 und einen zweiter 40 Strahlfalt-Spiegel ausgebildet ist. Gemäß den Figuren 2 und 3 trifft ein Strahlenbündel 5 von der Strahlenquelle 10 auf die erste Spiegelfläche 30a des drehbaren Spiegels 30 und wird von dieser auf den ersten System- Bereich 17 des Parabolspiegels 20 abgelenkt, wobei der drehbare Spiegel 30 (bzw. die erste Spiegelfläche 30a davon) im ersten Brennpunkt 16 oder Nahe (z.B. benachbart) bei dem ersten
Brennpunkt 16 angeordnet sein kann. In Abhängigkeit des
Drehwinkels der ersten Spiegelfläche 30a des drehbaren Spiegels 30 trifft das Strahlenbündel 5 unter verschiedenen
Einfallswinkeln (und damit auch an verschiedenen Einfallsorten) auf den ersten System-Bereich 17 des Parabolspiegels 20. Ein Strahl, der durch den ersten Brennpunkt 16 auf den
Parabolspiegel 20 trifft (Hauptstrahl) , wird durch den ersten System-Bereich 17 des Parabolspiegels 20 reflektiert in eine Richtung, die konstant und unabhängig ist von dem Einfallswinkel bzw. dem Einfallsort des Strahls, und ein Strahl, der nicht (z.B. direkt) durch den ersten Brennpunkt 16 läuft, wird in einem Winkel relativ zu dem Hauptstrahl 6 abgelenkt. Ein
Strahlenbündel 5 ausgehend von der Strahlenquelle 10 wird also von dem ersten System-Bereich 17 des Parabolspiegel 20 so reflektiert, dass es den Parabolspiegel 20 mit einer Divergenz verläset, die hier geringer ist als die Divergenz die das
Strahlenbündel 5 hat, bevor es auf den ersten System-Bereich 17 des Parabolspiegel 20 trifft, wobei die Divergenz in anderen Ausfuhrungsformen jedoch auch größer sein kann als die Divergenz vor der Abbildung. Im Falle eines konvergierenden
Strahlenbündels 5 kann ein Fokuspunkt 5a vorhanden sein an dem Punkt, an dem Strahlen des Strahlenbündels 5, die mit einem Winkel zu dem Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5 reflektiert wurden, schneiden, oder es kann ein virtueller Fokuspunkt 5b vorhanden sein an einem Punkt, an dem sich die Strahlen ohne eine weitere Beeinflussung des Strahlenbündels 5 schneiden würden. Aufgrund der unterschiedlichen Krümmungen, die der
Parabolspiegel 20 z.B. entlang seiner Reflexionsfläche,
aufweisen kann, kann die Divergenz des Strahlenbündels 5, das mittels des Parabolspiegels 20 reflektiert ist, abhängig sein von dem Auftreffpunkt des Strahlenbündels 5 auf den
Parabolspiegel 20. Im Falle eines Strahlenbündels 5, das von dem Parabolspiegel 20 als ein konvergierendes Strahlenbündel 5 abgebildet wird, kann sich eine (z.B. virtuelle) gekrümmte
Fokusfläche 15a/b ergeben, auf der sich (virtuelle) Fokuspunkte 5a des reflektierten Strahlenbündels 5 befinden können. Eine virtuelle Fokusfläche 15b ist in der Figur 2 qualitativ und schematisch mit einer Strich-Linie angezeigt, wobei die
Fokusfläche auch anders ausgebildet sein kann, z.B. kann die Fokusfläche 15b eine andere als die dargestellte Krümmung aufweisen. Durch eine Drehung des drehbaren Spiegels 30 (und folglich der ersten Spiegelfläche 30a) kann gemäß der Erfindung ein Strahlverlauf in der Divergenzänderungsvorrichtung 1 gewählt werden, der der Wahl eines (z.B. virtuellen) Fokuspunktes 5a/b in der (z.B. virtuellen) Fokusfläche 15a/b entsprechen kann.
Es ist ein erster Strahlfalt-Spiegel 35 bereitgestellt, der so eingerichtet und angeordnet ist, dass das an dem Parabolspiegel 20 reflektierte Strahlenbündel 5 auf den ersten Strahlfalt- Spiegel 35 einfällt und so abgelenkt wird, dass es in einem Winkel zu dem einfallenden Strahlenbündel 5 ausfällt. Zum
Beispiel kann der erste Strahlfalt-Spiegel 35 so angeordnet sein, dass ein Hauptstrahl des Strahlenbündels 5, der mittels des Parabolspiegels 20 auf den zweiten Brennpunkt des
Parabolspiegels 20 abgelenkt wird und auf den ersten Strahlfalt- Spiegel 35 einfällt, in einem Winkel von im Wesentlichen etwa 90° zu dem einfallenden Hauptstrahl 6 abgelenkt wird und z.B. alle Nebenstrahlen des Strahlenbündels 5 entsprechend gemäß ihrem jeweiligen Einfallswinkel umgelenkt werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Strahlfalt- Spiegel 40 bereitgestellt, der so eingerichtet und angeordnet ist, dass das mittels des ersten Strahlfalt-Spiegels 35
umgelenkte Strahlenbündel 5 auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 einfällt und mittels des zweiten Strahlfalt-Spiegels 40 abgelenkt wird. Zum Beispiel kann der zweite Strahlfalt-Spiegels 40 so angeordnet und eingerichtet sein, dass der von dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 ausfallende Hauptstrahl 6 eines
Strahlenbündels 5 parallel ist zu dem Hauptstrahl 6 des
Strahlenbündels 5, das auf den ersten Strahl-FaltSpiegel 35 trifft, und so dass der von dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 ausfallende Strahl wieder auf den Parabolspiegel 20 trifft, z.B. auf den zweiten System-Bereich 18 davon.
Das von dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 umgelenkte
Strahlenbündel 5, das auf den zweiten System-Bereich 18 des Parabolspiegels 20 einfällt, wird wiederum durch den
Parabolspiegels 20 abgebildet, nämlich durch den zweiten System- Bereich 18 davon. Das Strahlenbündel 5 wird so abgebildet, dass der Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5, das von dem zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 auf dem Parabolspiegel 20 einfällt, durch den zweiten System-Bereich 18 des Parabolspiegels 20 auf den ersten Brennpunkt 16 des Parabolspiegels 20 abgebildet wird. Die Nebenstrahlen des Strahlenbündels 5, die nicht parallel zu dem Hauptstrahl 6 sind, werden in einem Winkel zu dem auf den ersten Brennpunkt 16 abgebildeten Hauptstrahl abgebildet, wodurch eine Divergenz des Strahlenbündels 5 geändert sein kann.
Das Strahlenbündel 5, das von dem zweiten System-Bereich 18 des Parabolspiegel 20 reflektiert wird, und dessen Hauptstrahl auf den ersten Brennpunkt 16 abgebildet wird, fällt wieder auf die erste Spiegelfläche 30a des drehbaren Spiegels 30 ein und wird von dieser abgelenkt, so dass er die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 verlassen kann (siehe z.B. Figur 3 ) , wobei der Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5 von der ersten Spiegelfläche 30a des drehbaren Spiegel 30 aus abgelenkt wird, so dass er auf einer (gedachten) Geraden liegt, die unabhängig ist von dem Drehwinkel des drehbaren Drehspiegels 30.
Bei der Verwendung eines Parabolspiegels 20 als dem optischen System 15 kann die Divergenzänderungsvorrichtung 1 im
Wesentlichen ohne Beeinflussung durch chromatische Fehler und Dispersion betrieben werden, da das Strahlenbündel 5 nicht transmissiv durch ein Material geführt wird. Des weiteren können in der Divergenzänderungsvorrichtung 1 nicht-lineare optische Einflüsse vermieden sein, und die Bildfeldkrümmung (z.B. die Eigenschaften der (virtuellen) Fokusfläche 15a/b) können im Wesentlichen ausschließlich durch die geometrischen
Eigenschaften und die Reflexionseigenschaften des
Parabolspiegels 20 beeinflusst sein, wodurch eine präzise
Divergenzänderung und der Betrieb in Verbindung mit gepulsten Hochleistungsstrahlquellen ermöglicht sein können.
Mit Bezug auf Figur 4 kann das optische System 15 einen
Parabolspiegel 20 mit mehreren Reflexionsflächen 21, 22
aufweisen, z.B. mit einer ersten Reflexionsfläche 21 als dem ersten System-Bereich 17 und einer zweiten Reflexionsfläche 22 als dem zweiten System-Bereich 18. Die erste 21 und/oder die zweite 22 Reflexionsfläche können durch unterschiedliche
Paraboloidfunktionen definiert sein, d.h. sie können durch Funktionen mit unterschiedlichen Paraboloidparametern und/oder unterschiedlichen Exponenten definiert sein. Der Exponent kann zum Beispiel im Wesentlichen den Wert zwei annehmen oder zum Beispiel einen Wert im Bereich von etwa 1,8 bis etwa 2,2 annehmen. Die erste Reflexionsfläche 21 kann einen Erste- Reflexionsfläche-Brennpunkt haben und die zweite
Reflexionsfläche 22 kann einen Zweite-Reflexionsfläche- Brennpunkt haben. Die erste 21 und die zweite 22
Reflexionsfläche können so angeordnet sein, dass ihre
Scheitelpunkte in einem Punkt liegen oder an unterschiedlichen Punkten angeordnet sind. Wie es in der Figur 4 gezeigt ist, können die erste 21 und die zweite 22 Reflexionsfläche so angeordnet sein, dass ihre jeweiligen Brennpunkte, d.h. der Erste-Reflexionsfläche-Brennpunkt und der Zweite- Reflexionsfläche-Brennpunkt, zusammenfallen und gemeinsam den ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 bilden. Die
Komponenten der DivergenzänderungsVorrichtung 1 sind gemäß Figur 4 so angeordnet, dass das Strahlenbündel 5 von der ersten
Spiegelfläche 30 des drehbaren Spiegels 30 auf die ersten
Reflexionsfläche 21 (d.h. den ersten System-Bereich 17) trifft und dass das Strahlenbündel 5 nach einer Ablenkung durch den ersten 35 und zweiten 40 Strahlfalt-Spiegel auf die zweite
Reflexionsfläche 22 (d.h. den zweiten System-Bereich 18) trifft. Wie es in der Figur 4 dargestellt ist, kann z.B. durch eine unterschiedliche Wahl von Parametern und/oder Exponenten der beiden Funktionen, die die erste Reflexionsfläche 21 und die zweite Reflexionsfläche 22 definieren, zusätzlich zu einer
Divergenzänderung eine Aufweitung (Vergrößerung) oder Reduktion (Verringerung) des Durchmessers des Strahlenbündels 5 erreicht werden. Wird zum Beispiel für den Parabelparameter der Funktion, die die erste Reflexionsfläche 21 definiert (der
Parabelparameter ist z.B. eine Konstante, die mit einer
Variable, die im Wesentlichen mit 2 potenziert wird und Teil einer Funktion ist, die ein Paraboloid beschreibt, multipliziert wird) , ein größerer Wert als für den Parabelparameter der
Funktion, die die zweite Reflexionsfläche 22 definiert, gewählt, kann eine Aufweitung des Durchmessers des Strahlenbündels 5, das von der Strahlenquelle 10 ausgeht, erreicht werden. Wird zum Beispiel für den Parabelparameter der Funktion, die die erste Reflexionsfläche 21 definiert, ein kleiner Wert als für den Parabelparameter der Funktion, die die zweite Reflexionsfläche 22 definiert, gewählt, kann eine Reduzierung des Durchmessers des Strahlenbündels 5, das von der Strahlenquelle 10 ausgeht, erreicht werden. Zur effizienteren Strahlaufweitung und
Divergenzänderung kann der erste Strahlfalt-Spiegel 35 eine andere Größe als der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 haben, z.B. kann der zweite Strahlfalt-Spiegel 40 eine größere Spiegelfläche als der erste Strahlfalt-Spiegel 35 haben oder umgekehrt.
Natürlich kann die selbe Divergenzänderungsvorrichtung l, die wie oben beschrieben eingerichtet ist, sowohl eine Aufweitung als auch eine Reduktion des Durchmessers eines Strahlenbündels 5 ermöglichen, indem das Strahlenbündel 5 durch die
Strahlablenkvorrichtung 30 entweder zuerst auf die erste
Reflexionsfläche 21 gelenkt wird oder zuerst auf die zweite Reflexionsfläche 22 gelenkt wird (wobei der weitere Strahlengang des Strahlenbündels 5 dann umgekehrt zu dem oben beschriebenen ist) . Gemäß der Erfindung kann also zusätzlich zu der
Divergenzänderungsfunktionalität eine
Strahlaufweitfunktionalität bzw. eine
Strahlreduktionsfunktionalität (bezogen auf eine
Querschnittsfläche des Strahlenbündels 5) mit einem festen
Verhältnis der Querschnittsänderung des Strahlenbündels 5 bereitgestellt sein.
Obwohl anhand der Figur 4 nur ein optisches System 15, das als reflektives System mit Parabolspiegel 20 ausgebildet ist, mit einem ersten 17 und einen zweiten System-Bereich 18 mit
unterschiedlichen optischen Eigenschaften beschrieben ist, kann auch ein optischen System 15, das als ein transmittives
Brechungssystem 25 ausgebildet ist, einen ersten und einen zweiten System-Bereich 17, 18 aufweisen, die unterschiedliche optische Eigenschaften haben. Zum Beispiel kann das
Brechungssystem 25 ein erstes Linsesystem und ein zweites
Linsesystem (z.B. jeweils mit einer oder mehreren Linsen) aufweisen, die den ersten Systembereich 17 bzw. den zweiten Systembereich 18 bilden können und einen Erstes-Linsesystem- Brennpunkt beziehungsweise einen Zweites-Linsesystem-Brennpunkt haben können. Das erste Linsesystem kann andere optische
Eigenschaften haben als das zweite Linsesystem oder das erste und das zweite Linsesystem können die gleichen optischen
Eigenschaften haben. Der Erstes-Linsesystem-Brennpunkt kann mit dem Zweites-Linsesystem-Brennpunkt zusammenfallen, so dass sie gemeinsam den ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 bilden.
Die Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Divergenzänderungsvorrichtung 1. Gemäß der Figur 5 ist die
Strahlablenkeinrichtung 30 als drehbarer Doppelspiegel 30 ausgebildet. Der drehbare Doppelspiegel 30 weist eine erste, zum Beispiel im Wesentlichen ebene, Spiegelfläche 30a und eine zweite, zum Beispiel im Wesentlichen ebene, Spiegelfläche 30b auf, wobei eine Flächennormale der ersten Spiegelfläche 30a eine Komponente hat, die im Wesentlichen entgegengesetzt ist zu einer Komponente einer Flächennormale der zweiten Spiegelfläche 30b. Zum Beispiel kann die erste Spiegelfläche 30a parallel zu der zweiten Spiegelfläche 30b angeordnet sein. Das optische System ist als ein transmissives Brechungssystem 25 ausgebildet, wobei der erste System-Bereich 17 und der zweite System-Bereich 18 räumlich voneinander entfernt angeordnet sind, und wobei ein Brennpunkt des ersten System-Bereichs 17 und ein Brennpunkt des zweiten System-Bereichs 18 zusammenfallen und sie gemeinsam den ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 bilden. Gemäß der Figur 5 ist der erste Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 zwischen dem ersten System-Bereich 17 und dem zweiten System- Bereich 18 ausgebildet und der drehbare Doppelspiegel 30 ist so angeordnet, dass sowohl die erste Spiegelfläche 30a als auch gleichzeitig die zweite Spiegelfläche 30b im oder nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 und zwischen dem ersten System-Bereich 17 und dem zweiten System-Bereich 18 angeordnet sind. Die
Strahlfaltvorrichtung 34 weist einen ersten Strahlfalt-Spiegel 35, einen zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 und einen Strahlfalt- Zwischenspiegel 41 auf (kann aber auch weitere Strahlfalt- Zwischenspiegel 41 aufweisen) . Gemäß Figur 5 ist die
DivergenzänderungsVorrichtung 1 so eingerichtet, dass der
Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5, das von der Strahlenquelle 10 ausgeht, im oder nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 des optischen Systems 15 auf die erste Spiegelfläche 30a des
Doppelspiegels 30 trifft und die Nebenstrahlen auf die erste Spiegelfläche 30a treffen. Das Strahlenbündel 5 ist mittels des drehbaren Doppelspiegels 30 (bzw. der ersten Spiegelfläche 30a davon) dem ersten System-Bereich 17 gemäß einem Drehwinkel des Doppelspiegeis 30 in einem unterschiedlichen Winkel (und an einer unterschiedlichen Position) zuführbar, wobei das
Strahlenbündel 5 von dem ersten System-Bereich 17 telezentrisch wie oben beschrieben mit einer Divergenzänderung abgebildet wird. Das von dem ersten System-Bereich 17 abgebildete
Strahlenbündel 5 trifft auf den ersten Strahlfalt-Spiegel 35 und wird von diesem auf den Strahlfalt-Zwischenspiegel 41 abgelenkt. Der Strahlfalt-Zwischenspiegel 41 lenkt das Strahlenbündel 5 auf den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 ab. Der Strahlfalt- Zwischenspiegel 41 kann die gleichen (optischen) Eigenschaften wie der oben beschriebene erste 35 oder zweite 40 Strahlfalt- Spiegel haben. Über den zweiten Strahlfalt-Spiegel 40 wird das Strahlenbündel 5 auf den zweiten System-Bereich 18 des optischen Systems 15 abgelenkt und von dem zweiten System-Bereich 18 wie oben beschrieben so abgebildet, dass der Hauptstrahl 6 des
Strahlenbündels 5 in oder nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 auf die zweite Spiegelfläche 30b des drehbaren Doppelspiegels 30 trifft, und die Nebenstrahlen (zum Beispiel teilweise) auch auf die zweite Spiegelfläche 30b treffen. Von der zweiten
Spiegelfläche 30b wird das Strahlenbündel 5 so abgelenkt, dass der Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5 eine im Wesentlichen konstante Lage hat, die unabhängig von dem Drehwinkel des drehbaren Doppelspiegels 30 ist. Wie in der Figur 5 dargestellt sind das von der Strahlenquelle 10 auf die erste Spiegelfläche 30a treffende Strahlenbündel 5 und das von dem zweiten System- Bereich 18 auf die zweite Spiegelfläche 30b treffende
Strahlenbündel 5 räumlich getrennt. Bei entsprechender Anordnung des Doppelspiegels 30, bzw. der ersten Spiegelfläche 30a und der zweiten Spiegelfläche 30b, können die Strahlenbündel 5 kollinear zueinander sein (z.B. wenn die erste und die zweite
Spiegelfläche 30a, 30b parallel zueinander und mit gleichem Abstand vom ersten Brennpunkt 16 angeordnet sind (nicht gezeigt)) . In der Figur 5 ist ein Fokuspunkt 5a gezeigt, der zwischen dem ersten Strahlfalt-Spiegel 35 und dem Strahlfalt- Zwischenspiegel 41 ausgebildet ist. Wie oben beschrieben kann ein Fokuspunkt 5a auch an anderer Stelle auftreten oder es kann auch kein punktförmiger Fokuspunkt 5a innerhalb der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 auftreten, z.B. wenn der erste und/oder zweite Strahlfalt-Spiegel 35, 40 und/oder der
Strahlfalt-Zwischenspiegel 41 mit zylindrischer
Abbildungseigenschaft bereitgestellt sind oder zusätzlich Linsen mit zylindrischer Brechkraft bereitgestellt sind. Obwohl die Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 in der Figur 5 als in einer Ebene liegend dargestellt sind, können die
Komponenten drei-dimensional räumlich versetzt zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können der erste und/oder zweite Strahlfalt-Spiegel 35, 40 und/oder der Strahlfalt-
Zwischenspiegel 41 oberhalb oder unterhalb der Ebene der Figur 5 angeordnet sein, so dass zum Beispiel das von der zweiten
Spiegelfläche 30b abgelenkte Strahlenbündel 5 „über" oder
»unter* einem Strahlfalt-Spiegel (bzw. Strahlfalt- Zwischenspiegel oder einer anderen Komponente der
Divergenzänderungsvorrichtung 1) vorbeigeführt werden kann, wenn die Spiegel der Strahlfaltvorrichtung 34 entsprechend räumlich aufeinander sowie auf das optische System 15 ausgerichtet sind (nicht gezeigt) . Gemäß der Erfindung sind Divergenzänderungsvorrichtungen 1 mit zwei System-Bereichen 17, 18 mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften nicht auf Ausführungen mit einem drehbaren Spiegel 30 oder einem drehbaren Doppelspiegel 30 als der
Strahlablenkvorrichtung 30 und/oder einem ersten 35 und einem zweiten 40 Strahl-Faltspiegel als der Strahlfaltvorrichtung 34 beschränkt, sondern können auch andere Strahlablenkvorrichtungen 30 oder Strahlfaltvorrichtungen 34 aufweisen.
Gemäß der Erfindung kann ein optisches System 15 und eine
Strahlablenkvorrichtung 30 für eine zweimalige Abbildung eines Strahlenbündels 5 verwendet werden. Dadurch Ist die
erfindungsgemäße Divergenzänderungsvorrichtung 1 im Bezug auf die Ausbreitungsrichtung des verlassenden Strahlbündels
unanfällig für Drifteffekte der Strahlablenkvorrichtung 30 und hat eine geringere Fehleranfälligkeit, da die
Strahlablenkvorrichtung 30 das einzige mechanisch beanspruchte Bauteil sein kann.
Gemäß der Erfindung ist aufgrund der Faltung des optischen
Aufbaus nur eine Strahlablenkvorrichtung 30 notwendig zum Andern der Divergenz (z.B. zum Fokussieren) eines Strahlenbündels 5, wodurch Drifteffekte, thermische Effekte, Abweichungen und
Toleranzen minimiert sein können und eine Divergenz mit hoher Präzision und hoher Richtungsstabilität der Strahlausbreitung sowie mit hoher Geschwindigkeit eingestellt werden kann. Gemäß der Erfindung ist auch nur ein optisches System 15 notwendig, wodurch Herstellungskosten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 verringert sein können. Zum Beispiel kann durch die Benutzung eines drehbaren Spiegels 30 (oder Doppelspiegels 30) als der Strahlablenkvorrichtung 34 eine sehr hohe Geschwindigkeit beim Einstellen der Divergenz erzielbar sein, da nur eine geringe Masse des drehbaren Spiegels 30 bewegt werden muss und die
Hauptstrahlen gemäß der Erfindung immer in über einen Punkt in Nähe der Mitte des Spiegels laufen, wodurch dessen Flächengröße und Trägheitsmoment minimiert werden kann. Durch die zweimalige Abbildung des Strahlenbündels 5 an nur einem optischen System 15 können systematische Abweichungen und Fehler, die in dem
optischen System 15 auftreten können, kompensiert sein durch die zweimalige Abbildung. Ein weiterer Vorteil der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Divergenzänderungsvorrichtung aufgrund des Aufbaus mit einer Strahlablenkvorrichtung 30 und einem optischen System 15 effektiv Gas-dicht ausgeführt sein kann (z.B. kann die Divergenzänderungsvorrichtung dazu ein Gas-dichtes Gehäuse aufweisen) . Dadurch kann die Divergenzänderungsvorrichtung 1 evakuiert oder mit einem optisch im Wesentlichen inerten Gas gefüllt betrieben werden, so dass eine störende Interaktion von einem Umgebungsmedium wie z.B. Luft und dem Strahlengang (z.B. Fokuspunkt 5a) in der Divergenzänderungsvorrichtung 1 vermieden sein kann. Ebenso kann eine störende Interaktion des
Strahlenbündels 5 mit einer Komponente der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 verhindert bzw. verringert sein, wenn kein tatsächlicher Fokuspunkt 5a in der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 auftritt sondern z.B. nur ein virtueller Fokuspunkt 5b oder eine Fokuslinie. Zusätzlich erlaubt der Aufbau der erfindungsgemäßen
Divergenzänderungsvorrichtung 1 eine effiziente Kühlung, da aufgrund des einfachen Aufbaus die Komponenten (z.B.
Reflexionssystem 20) der Divergenzänderungsvorrichtung 1 gut mit einer Kühleinrichtung erreichbar sein können. Gemäß der Erfindung kann die DivergenzänderungsVorrichtung 1 mit einem 2D-Scanner-System, wie es zum Beispiel zur
Materialbearbeitung benutzt wird, verwendet werden. Ein 2D- Scanner-System kann z.B. mit einer oder zwei
Strahlablenkvorrichtungen bereitgestellt sein, die das
Strahlenbündel 5 jeweils in voneinander unabhängigen
Raumrichtungen ablenken können. Dadurch kann mittels der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 die Divergenz eines
Strahlenbündels 5 einstellbar sein, während mittels des 2D- Scanner-Systems die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 zusätzlich einstellbar ist. Dadurch können z.B. auch eventuelle Abweichungen der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 mittels des 2D-Scanner-Systems ausgeglichen werden (zum Beispiel anhand in einer Steuereinrichtung gespeicherter
Korrekturtabellen) . Dementsprechend kann die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 im Strahlengang vor dem 2D- Scanner-System angeordnet sein, so dass das Strahlenbündel in Abhängigkeit der Strahlablenkvorrichtung 30 mit
unterschiedlicher Divergenz (die einem unterschiedlichen Abstand zwischen einem Arbeitsfokuspunkt und einer Strahlenquelle entsprechen kann) auf das 2D-Scanner-System treffen kann, und von dem 2D-Scanner-System in zwei voneinander unabhängigen
Raumrichtungen ablenkbar ist. Dadurch kann zum Beispiel das Strahlenbündel 5 über eine Werkstückoberfläche geführt werden und unterschiedliche Abstände zwischen der Strahlenquelle und Punkten auf der Werkstückoberfläche können durch die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausgeglichen werden. Dazu kann eine Steuereinrichtung bereitgestellt sein, die sowohl mit dem 2D-Scanner-System als auch mit der Divergenzänderungsvorrichtung 1 (bzw. mit der Strahlablenkvorrichtung 30 davon) verbunden sein kann, um diese zu steuern.
Die Steuereinrichtung kann die erste Strahlablenkvorrichtung 30 (bzw. die von dieser realisierte Divergenzänderung) gemäß einem Ziel-Divergenzänderungswert steuert. Der Ziel- Divergenzänderungswert entspricht dabei einer gewünschten
Divergenz und/oder einer gewünschten Divergenzänderung und kann der Steuereinrichtung bereitgestellt werden, z.B. durch eine Benutzereingabe, oder von einem anderen Steuergerät, Computer, Prozessleitrechner oder ähnlichem. Der Ziel- Divergenzänderungswert kann auch dem Abstand eines Arbeits- Fokuspunktes von der Strahlenquelle 10 entsprechen, da dieser Abstand von der Divergenz des Strahlenbündels 5 abhängen kann. Der Ziel-Divergenzänderungswert kann von der Steuereinrichtung errechnet werden anhand eines Algorithmus und in der
Steuereinrichtung gespeicherter Daten. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung so eingerichtet sein, dass sie das 2D-Scanner- System gemäß einem Ziel-Strahllage-und-Richtung-Wert steuert. Der Ziel-Strahllage-und-Richtung-Wert kann dabei einer
gewünschten Lage und Richtung des Strahlenbündels 5, das von dem 2D-Scanner-System ausfällt, entsprechen. Der Ziel-Strahllage- und-Richtung-Wert kann der Steuereinrichtung bereitgestellt werden z.B. durch eine Benutzereingabe, oder von einem anderen Steuergerät, Computer, Prozessleitrechner oder ähnlichem. Das bedeutet, die Steuereinrichtung kann die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 so steuern, dass eine
Divergenzänderung frei wählbar und einstellbar ist und dass gleichzeitig die Lage und Richtung eines von dem 2D-Scanner- Systems ausfallenden Strahlenbündels 5 frei wählbar und
einstellbar ist.
Der Ziel-Divergenzwert kann so gewählt/berechnet/gespeichert sein bzw. werden, dass ein (Arbeits-) Fokuspunkt außerhalb der Divergenzänderungsvorrichtung 1 (z.B. auf der Oberfläche eines Werkstücks) bereitgestellt wird, so dass der Fokuspunkt z.B.
immer direkt auf der Werkstückoberfläche ausgebildet ist und unabhängig von einer Änderung der optischen Weglänge zwischen einer Strahlenquelle 10 und der Position, an der das
Strahlenbündel 5 auf das Werkstück (bzw. die
Werkstückoberfläche) trifft, mit einem vorbestimmten Querschnitt auf die Werkstückoberfläche trifft.
Gemäß der Erfindung kann z.B. eine Geometrie eines Werkstückes in der Form von Punkt-Koordinaten (z.B. x,y,z) und sich zwischen Punkt-Koordinaten erstreckenden Linien in der Steuereinrichtung gespeichert sein, und es kann gleichzeitig ein Bearbeitungsplan in der Steuereinrichtung gespeichert sein, der Informationen enthält, an welchen Koordinaten ein Strahlenbündel 5 mit welcher Divergenz (bzw. mit welchem Bündeldurchmesser) auf das Werkstück treffen soll. (Der Bearbeitungsplan kann auch weitere und/oder andere Informationen enthalten, wie z.B. über welchen Zeitraum ein Strahlenbündel 5 auf einen Punkt einwirken soll, eine
Leistungsanforderung an die Strahlenquelle 10 oder ähnliches) . Die Steuereinrichtung kann dann aus der Geometrie des Werkstücks und dem Bearbeitungsplan einen Ziel-Divergenzänderungswert (bzw. mehrere) und gleichzeitig einen ziel-Strahllage-und-Richtung- Wert (bzw. mehrere) errechnen und die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 und das 2D-Scanner-System so steuern, dass der Bearbeitungsplan erfüllt wird.
Die Steuereinrichtung kann auch mit anderen Komponenten
verbunden sein, um diese zu Steuern, z.B. mit der Strahlenquelle 10 oder einer Blende bzw. einem „Pulspicker* zur kurzzeitigen Unterbrechung des Strahlengangs zwischen Strahlenquelle 10 und einem Werkstück, oder mit weiteren Strahlablenkvorrichtungen.
In anderen Worten kann die Steuereinrichtung 3D-Koordinaten verarbeiten und kaiin diese Koordinaten z.B. über
Koordinatentransformationen und Korrekturtabellen in
Ansteuerwerte für die Divergenzänderungsvorrichtung 1 und das optional bereitgestelltes 2D-Strahlablenksystem umrechnen und dann die Divergenzänderung und die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 entsprechend steuern. Gemäß der Erfindung wird das Konstant-Halten der Richtung und Lage (bzw. Ortsfest-Haltens) des Hauptstrahls 6 des aus der Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallenden Strahlenbündels 5 erzielt mittels des Bildens einer Differenz der Abbildungswinkel im Strahlengang der Divergenzänderungsvorrichtung 1, wobei die „Summe* der Abbildungswinkel im Strahlengang unter Beachtung des Drehsinns (d.h. des Vorzeichens) zwischen einer ersten Abbildung an der Strahlablenkvorrichtung 30 und einer zweiten Abbildung an der Strahlablenkvorrichtung 30 nach einer Abbildung mittels des optischen Systems 15 unabhängig von einer Einstellung/Position der Strahlablenkvorrichtung 30 konstant bleibt. Das heißt, eine z.B. positive Änderung des Ablenkwinkels der
Strahlablenkvorrichtung 30 wird im Strahlengang der
erfindungsgemäßen Divergenzänderungsvorrichtung 1 kompensiert durch die Addition der gleichen negativen Änderung
(Differenzbildung) und umgekehrt, so dass die Gesamtsumme der Winkel konstant bleibt.
Im Folgenden wird noch weiter beschrieben, wie erfindungsgemäß dieses Ortsfest-Halten des Hauptstrahls 6 des ausfallenden
Strahlenbündele 5 trotz einer Divergenzänderung erreicht wird. Die Drehachse 32 (siehe Figuren la, 2, 3, 4, 5, 7 und 8) der Strahlablenkvorrichtung 30 ist eine Achse, um die ein
Strahlenbündel 5, das auf die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft, geschwenkt bzw. gedreht (bezogen auf die Ausbreitungsrichtung des Hauptstrahls 6 vor und nach der Abbildung) abgebildet wird. In den Figuren ist dies z.B. die Drehachse 32 des Drehspiegels 30. Ferner wird gemäß der Erfindung die Divergenzänderung des Strahlenbündels 5 wie oben-beschrieben erzielt durch die
telezentrische Abbildung am ersten System-Bereich 17 und die funktionell umgekehrt-telezentrische Abbildung am zweiten
System-Bereich 18 der erfindungsgemäßen
Divergenzänderungsvorrichtung 1, wobei sich in Abhängigkeit des Ablenkwinkels der Strahlablenkvorrichtung 30 das Verhältnis des AbStands des (z.B. virtuellen) Fokuspunkts 5a/b (siehe z.B. Fig. 1) im Strahlengang von dem Verlassen des ersten System-Bereichs 17 zu dem Abstand dieses Fokuspunktes 5a im Strahlengang bis zum Auftreffen auf den zweiten System-Bereich 18 verändert. Diese Asymmetrie des Abstandes des Fokuspunktes 5a/b von dem ersten System-Bereich 17 und zu dem zweiten System-Bereich 18 kann
(z.B. bei gleich ausgebildetem ersten und zweiten System-Bereich 17, 18) zu einer Divergenzänderung führen.
Dass das aus der Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallende Strahlenbündel 5 bezüglich des Hauptstrahls 6 im Wesentlichen ortsfest und unabhängig ist von einer Divergenzänderung, wird zum Beispiel in den Ausführungsformen, die in den Figuren 1 bis 4 und 7 (unten detaillierter beschrieben) gezeigt sind, dadurch erreicht, dass die Drehachse 32 der Strahlablenkungsvorrichtung 30 erfindungsgemäß im Wesentlichen parallel ist zu der Ebene, die aufgespannt wird von dem Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels 5 in dem Abschnitt nach der (ersten) Abbildung mittels des
optischen Systems 15 (am ersten System-Bereich 17 davon) bis zum Wiederauftreffen auf das optische System 15 (am zweiten System- Bereich 18 davon) (Falt-Ebene) . Diese Falt-Ebene wird durch eine Änderung des Ablenkwinkels, der mittels der
Strahlablenkvorrichtung 30 erzeugt wird, z.B. in den in den Figuren 1 bis 4 und 7 gezeigten Ausführungsformen, senkrecht parallel verschoben (d.h. entlang der Flächennormale der Falt- Ebene verschoben) und es kommt daher bei einer mit einer
Ablenkwinkeländerung einhergehenden Divergenzänderung (Wechsel von einer ersten Divergenz zu einer unterschiedlichen, zweiten Divergenz) des Strahlenbündels 5 zu einer dreidimensionalen Strahlführung. Das heißt, die Falt-Ebene des Strahlenbündels 5, das nach Verlassen der Divergenzänderungsvorrichtung l die erste Divergenz aufweist, ist senkrecht parallel verschoben zu der Falt-Ebene des Strahlenbündels 5, das nach Verlassen der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 die zweite Divergenz aufweist.
In anderen Worten wird die Falt-Ebene durch eine Änderung des Ablenkwinkels, der mittels der Strahlablenkvorrichtung 30 erzeugt wird, z.B. in den in den Figuren 1 bis 4 und 7 gezeigten Ausführungsformen, senkrecht parallel verschoben. Diese
Verschiebung in der dreidimensional zu betrachtenden
Strahlführung führt zu einer Veränderung des oben erwähnten Abstandsverhältnisses des Fokuspunktes 5a/b vom ersten bzw.
zweiten System-Bereich 17, 18) und somit zu einer Veränderung der Divergenz (Wechsel von einer ersten Divergenz zu einer unterschiedlichen, zweiten Divergenz) des Strahlenbündels 5. Das bedeutet, die Falt-Ebene des Strahlenbündels 5, das nach
Verlassen der Divergenzänderungsvorrichtung 1 die erste
Divergenz aufweist, ist senkrecht parallel verschoben zu der Falt-Ebene des Strahlenbündels 5, das nach Verlassen der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 die zweite Divergenz aufweist.
Der Ort aller möglichen (ggf. virtuellen) Fokuspunkte 5a/b, der durch diese im Wesentlichen senkrechte Parallelverschiebung der Falt-Ebene bei gleichzeitiger Verschiebung des Fokuspunktes 5a/b innerhalb der Falt-Ebenen erhalten wird, kann wie obenbeschrieben z.B. die (ggf. virtuelle) Fokusfläche 15a/b
definieren. Die senkrechte Parallelverschiebung der Falt-Ebenen führt zu der erwähnten dreidimensionalen Strahlführung in der Divergenzänderungsvorrichtung 1 und resultiert in einem, trotz einer Divergenzänderung, ortsfesten Hauptstrahl 6 des aus der Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallenden Strahlenbündels 5. In anderen Worten kann durch die erfindungsgemäße
dreidimensionale Strahlführung trotz der (senkrechten) Parallelverschiebung der Falt-Ebene der Hauptstrahl 6 des aus der Strahlablenkvorrichtung ausfallenden Strahlenbündels 5 ortsfest gehalten werden.
Die Figur la zeigt eine Draufsicht auf die Falt-Ebene. Es ist ersichtlich, dass sich der Hauptstrahl 6 in dem Abschnitt nach dem Verlassen des ersten System-Bereichs 17 und vor dem
Eintreten in den zweiten System-Bereich 18 (und damit auch zwischen dem ersten Strahl-Faltspiegel und dem zweiten
Strahlfaltspiegel 35, 40) in einer Ebene, d.h. der Falt-Ebene, erstreckt. Aus der Figur lb, die eine Seitenansicht der Falt- Ebene zeigt, ist ersichtlich, dass diese Falt-Ebene bei einer Divergenzänderung quer zur Drehachse 32 des Drehspiegels 30 (senkrecht) parallel verschoben wird. Auch die Figuren 2 und 4 zeigen in Draufsicht die jeweilige Falt-Ebene, die in dem Abschnitt des Strahlengangs, der sich zwischen dem Austrittspunkt des Hauptstahls 6 aus dem ersten System-Bereich 17 und dem Eintrittspunkt des Hauptstrahls 6 in den zweiten System-Bereichs 18 erstreckt, von dem Hauptstrahl 6 aufgespannt ist. Auch in den Figuren 2 und 4 ist ersichtlich, dass die Drehachse 32 der Strahlablenkvorrichtung 30 parallel ist zu der Falt-Ebene, wobei die Parallelität zwischen der Ebene und einer Achse hierin ausdrückt, dass die Achse die Ebene entweder niemals schneidet oder, optional, vollständig in der Ebene liegt. Auch die Figur 3 zeigt die Drehachse 32 der
Strahlablenkvorrichtung 30 (die hier der Drehachse 32 des
Drehspiegels 30 entspricht) , die (im Wesentlichen) parallel ist zu der Falt-Ebene bzw. zu dem Hauptstrahl 6 des Strahlenbündels in dem Abschnitt des Strahlengangs zwischen dem ersten Strahl- Faltspiegel 35 und dem zweiten Strahl-FaltSpiegel 40 (wobei dieser Abschnitt in der Falt-Ebene liegt) .
In der Ausführungsform der Figur 5 ist die Drehachse 32 der Strahlablenkvorrichtung 30 (hier die des Drehspiegels 30) senkrecht zu der Falt-Ebene (z.B. zumindest zwischen dem
Verlassen des ersten System-Bereichs 17 und dem Auftreffen auf den ersten Strahl-Faltspiegel 35, wenn keine weiteren optischen Komponenten zwischen dem ersten System-Bereich 17 und dem ersten Strahl-Faltspiegel 35 angeordnet sind) . In der Ausführungsform der Figur 5 wird das von der Strahlablenkvorrichtung 30 (hier von der zweiten Spiegelfläche 30b) abgebildete Strahlenbündel 5 bzgl. des Hauptstrahls 6 ortsfest gehalten durch die Verwendung von zwei einander gegenüberliegenden, entgegengesetzt
orientierten Spiegelflächen 30a/b, die z.B. zueinander parallel sind, was zu der oben-genannten Differenzbildung führt.
Mit Bezug auf Figur 6 ist es aufgrund der, trotz einer
Divergenzänderung, konstanten Richtung und Lage des von einer Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallenden Strahlenbündels 5 (d.h. des Hauptstrahls 6 davon) , effizient möglich, eine
Mehrzahl von Divergenzänderungsvorrichtungen 1, zum Beispiel zwei, drei, vier oder eine beliebige Anzahl, so anzuordnen, dass ein von einer Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallendes
Strahlenbündel 5 so auf eine weitere
Divergenzänderungsvorrichtung 1 trifft, dass dieses
Strahlenbündel 5 im oder nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 auf die Strahlablenkvorrichtung 30 dieser weiteren
Divergenzänderungsvorrichtung 1 trifft, usw. Auf diese Art und Weise lassen sich zwei oder mehrere
Divergenzänderungsvorrichtungen 1 bezüglich eines von diesen zwei oder mehreren Divergenzänderungsvorrichtungen gemeinsam gebildeten Strahlengangs optisch „in Serien anordnen, so dass sie, wie in der Figur 6 gezeigt, eine
Divergenzänderungsanordnung 2 bilden, und so dass die Divergenz eines Strahlenbündels 5, das diese Divergenzänderungsanordnung 2 bzw. die genau zwei oder mehreren
Divergenzänderungsvorrichtungen 1, durch die die
Divergenzänderungsanordnung 2 implementiert ist, durchläuft, schrittweise bzw. stufenweise verändert werden kann, wobei die Gesamt-Divergenzänderung, die in dem gemeinsamen Strahlengang erzeugt werden kann, jedoch kontinuierlich (z.B. stufenlos) einstellbar sein kann.
Gemäß der Figur 6 sind zwei Divergenzänderungsvorrichtungen 1 (schematisch angezeigt, wobei jede hierin beschriebene
Divergenzänderungsvorrichtung 1 benutzt werden kann) so in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet, dass sie eine
Divergenzänderungsanordnung 2 bilden, wobei eine erste,
vorgeschaltete Divergenzänderungsvorrichtung 1 (links in der Figur 6) die Divergenzänderung „ΔDIV1" erzeugt und eine zweite, der ersten Divergenzänderungsvorrichtung nachgeschaltete
Divergenzänderungsvorrichtung 1 die Divergenzänderung „ΔDIV2" erzeugt. Das den gemeinsamen Strahlengang durchlaufende
Strahlenbündel 5 (in der Figur 6 repräsentiert durch den
Hauptstrahl 6 davon) erfährt somit zuerst die Divergenzänderung „ΔDIVl" (die beliebig sein kann) , und erfährt dann die
Divergenzänderung „ΔDIV2" (die ebenfalls beliebig sein kann, wobei beide Divergenzänderungen dasselbe Vorzeichen haben können) , so dass das die Divergenzänderungsanordnung 2
verlassende Strahlenbündel 5 insgesamt die Divergenzänderung ΔDIV1 + ΔDIV2 erfährt.
In anderen Worten kann in einer Divergenzänderungsanordnung 2 die Strahlenquelle 10 einer Divergenzänderungsvorrichtung 1, die im gemeinsamen Strahlengang in Ausbreitungsrichtung des
Strahlenbündels 5 nach bzw. hinter einer anderen
Divergenzänderungsvorrichtung 1 angeordnet ist, durch das von dieser anderen Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallende Strahlenbündel 5 implementiert sein.
In einer Divergenzänderungsanordnung 2 können mit Bezug auf die Figuren alle Divergenzänderungsvorrichtungen 1 vom gleichen Typ sein (z.B. mit transmissivem oder reflektivem optischen System 15) oder können von unterschiedlichem Typ sein (d.h. alle oben beschriebenen und auch die unten beschriebenen Ausführungsformen mit Retroreflektorvorrichtung 60 können zusammen/gemeinsam betrieben werden und einen gemeinsamen Strahlengang zur Divergenzänderung eines Strahlenbündels 5 bilden) . Die Divergenzänderungsvorrichtungen 1 der
Divergenzänderungsanordnung 2 sind daher zur Verdeutlichung in der Figur 6 schematisch durch eine Strich-Linie angezeigt. Die Divergenzänderungsvorrichtungen 1 einer
Divergenzänderungsanordnung 2 können dieselben geometrischen Abmessungen haben oder können unterschiedliche Abmessungen haben. Wenn z.B. die Divergenz eines von einer Strahlenquelle 10 bereitgestellten Strahlenbündels 5 hauptsächlich verringert werden soll, kann die auf eine Divergenzänderungsvorrichtung 1 im gemeinsamen Strahlengang folgende
Divergenzänderungsvorrichtung 1 zum Beispiel kleiner (d.h. mit geringeren Abmessungen) bereitgestellt sein, wenn unter normalen Betriebsbedingungen zu erwarten ist, dass aufgrund der mittels der im Strahlengang vorher angeordneten
Divergenzänderungsvorrichtung 1 die Divergenz (und damit z.B. auch der Durchmesser des Strahlenbündels) des Strahlenbündels 5 bereits verringert ist. Umgekehrt können die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 entlang des gemeinsamen
Strahlengangs auch mit jeweils zunehmender Größe bereitgestellt sein, wenn die Divergenz eines Strahlenbündels 5 mit einer
Divergenzänderungsanordnung 2 z.B. hauptsächlich vergrößert werden soll.
Es können außerdem zwischen den Divergenzänderungsvorrichtungen 1 einer Divergenzänderungsanordnung 2 weitere optische Elemente angeordnet sein, z.B. um den Strahlquerschnitt des den
gemeinsamen Strahlengang durchlaufenden Strahlenbündels 5 zu verändern (z.B. zu vergrößern oder zu verkleinern) oder um das Strahlenbündel 5 in anderer Weise zu manipulieren. Erfindungsgemäß ist auch die sequentielle Anordnung von einem herkömmlichen Divergenzänderungsgerät (z.B. verschiebbare Linsen aufweisend) und einer erfindungsgemäßen
Divergenzänderungsvorrichtung 1, so dass diese eine
Divergenzänderungsanordnung 2 bilden, möglich. Dies kann z.B. sinnvoll sein, um eine hochdynamische (z.B. schnelle) Divergenzänderung mit geringerem Divergenzhub (z.B.
geringerer/kleiner Divergenzänderung) mit einer vergleichsweise langsameren Divergenzänderung mit größerem Divergenzhub (z.B. größerer/stärkerer Divergenzänderung) zu addieren bzw. zu kombinieren .
Die Figur 7 zeigt drei unterschiedliche Ansichten a.), b.) und c.) einer Divergenzänderungsvorrichtung 1, wobei die drei
Ansichten durch die Achsen X, Y, Z des kartesischen
Koordinatensystems KS gekennzeichnet sind. In der Figur 7 wird das Strahlenbündel 5 durch den Hauptstrahl 6 davon repräsentiert und die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels 5 bzw. die des Hauptstrahls 6 davon ist durch Pfeile symbolisiert. Auch aus der Figur 7 ist die oben-beschriebene dreidimensionale Strahlführung innerhalb der Divergenzänderungsvorrichtung 1 anhand der Ansichten a.), b.) und c.) nochmals ersichtlich.
Die Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 entsprechen den oben, z.B. mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 beschrieben Komponenten, und die Divergenzänderungsvorrichtung 1 weist ferner eine optionale Faltanordnung 60 bzw.
Retroreflektorvorrichtung 60 (im Folgenden
Retroreflektorvorrichtung) auf .
Die Retroreflektorvorrichtung 60 ist so eingerichtet und
angeordnet, dass sie das von der Strahlablenkvorrichtung 30 nach zumindest zweimaliger Abbildung mittels des optischen Systems 15 (in einer Divergenzänderungsvorrichtung 1) ausfallende
Strahlenbündel 5 so auf die optische Strahlablenkvorrichtung 30 zurück-abbildet, dass der Hauptstrahl 6 dieses zurückabgebildeten Strahlenbündels im oder Nahe bei dem ersten
Brennpunkt 16 wieder auf die erste Strahlablenkvorrichtung 30 trifft, und auch die Nebenstrahlen (oder ein Teil davon) des Strahlenbündels 5 wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 treffen. Diese Zurück-Abbildung mittels der Retroreflektorvorrichtung 60 führt dazu, dass das zurückabgebildete Strahlenbündel 5 die Divergenzänderungsvorrichtung 1 wie ein von der Strahlenquelle 10 kommendes Strahlenbündel 5 erneut/nochmals durchläuft, wodurch eine Verstärkung der
Divergenzänderung erzielt werden kann.
Die effiziente Benutzung der Retroreflektorvorrichtung 60 ist möglich, da das von der Strahlablenkvorrichtung 30 ausfallende Strahlenbündel 5 ortsfest ist und eine Richtung und Lage hat, die unabhängig von einer Divergenzänderung ist. Daher ist es effizient möglich, das ausfallende Strahlenbündel zurückabzubilden bzw. so umzulenken, dass es im oder Nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft und die Divergenzänderungsvorrichtung 1, optional unter Verstärkung einer Divergenzänderung, erneut/nochmals durchlaufen kann.
Die Figur 8 zeigt eine schematische Teilansicht einer
Divergenzänderungsvorrichtung 1 bzw. einer
Divergenzänderungsanordnung 1 mit einer
Retroreflektorvorrichtung 60. Der Strahlverlauf des
Strahlenbündels 5, das durch den Hauptstrahl 6 davon
repräsentiert ist, zwischen der Strahlablenkvorrichtung 30 und der Retroreflektorvorrichtung 60 in der Figur 8 entspricht dem in den Figuren 7 a.) bis c.) gezeigten Strahlverlauf. Die in der Figur 8 gezeigte Strahlablenkvorrichtung 30 ist z.B. die
Strahlablenkvorrichtung 30 einer der in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Divergenzänderungsvorrichtungen 1 oder die einer
Divergenzänderungsvorrichtung 1 einer
Divergenzänderungsanordnung 2. Die Figur 8 zeigt (wie die Figur 7a) eine 2D-Projektion des eigentlich dreidimensionalen
Strahlverlaufs (vgl. Figur 7 a.) b.) und c.)), wobei in der Ansicht der Figur 8 das von der Strahlenquelle 10 der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 (bzw. die
Divergenzänderungsanordnung 2) kommende und das von der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallende Strahlenbündel 5 in einer Ebene oberhalb oder unterhalb der
Retroreflektorvorrichtung 60 verlaufen. In der Darstellung der Figur 8 sind das von der Strahlablenkvorrichtung 30 auf die Retroreflektorvorrichtung 60 treffende Strahlenbündel 5 und das von der Retroreflektorvorrichtung 60 (wieder/erneut) auf die Strahlablenkvorrichtung 30 treffende Strahlenbündel 5 von dem von der Strahlenquelle 10 kommenden und dem von der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallenden Strahlenbündel 5 verdeckt, wobei hier nochmals angemerkt wird, dass die
Strahlenquelle 10 auch mittels des von einer weiteren
Divergenzänderungsvorrichtung 1 ausfallenden, ortsfesten
Strahlenbündels 5 implementiert sein kann.
Wie es in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist, kann die
Retroreflektorvorrichtung 60 mittels zwei Spiegeln 60a, 60b gebildet sein, wobei der erste Spiegel 60a so angeordnet und eingerichtet sein kann, dass das von der Strahlablenkvorrichtung 30 zum zweiten Mal abgelenkte Strahlenbündel 5 auf den ersten Spiegel 60a trifft und von diesem auf den zweiten Spiegel 60b abgebildet wird. Der zweite Spiegel 60b kann so eingerichtet und angeordnet sein, dass das vom ersten Spiegel 60a auf den zweiten Spiegel 60b einfallende Strahlenbündel 5 mittels des zweiten Spiegels 60b so auf die Strahlablenkvorrichtung 30 zurückabgebildet wird, dass der Hauptstrahl 6 davon im oder Nahe bei dem ersten Brennpunkt 16 wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 treffen und so dass zumindest ein Teil der Nebenstrahlen wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft.
Die Retroreflektorvorrichtung 60 kann so eingerichtet und angeordnet sein, dass sie das Strahlenbündel 5, das davon kommend wieder auf die Strahlablenkvorrichtung 30 trifft, so abbildet, dass es in einem Winkel auf die
Strahlablenkvorrichtung 30 trifft, der unterschiedlich ist zu dem Winkel, mit dem das von der Strahlablenkvorrichtung 30 auf die Retroreflektorvorrichtung 60 treffende Strahlenbündel 5 mittels der Strahlablenkvorrichtung 30 (ortsfest) abgebildet wird.
Dies kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, dass der Punkt auf dem ersten Spiegel 60a, an dem der Hauptstrahl 6 des von der Strahlablenkvorrichtung 30 kommenden Strahlenbündels 5 auf den ersten Spiegel 60a auftrifft, einen räumlichen Abstand von dem Punkt auf dem zweiten Spiegel 60b haben, an dem der Hauptstrahl 6 des von dem ersten Spiegel 60a kommenden Strahlenbündels 5 auf den zweiten Spiegel 60b trifft. Die Retroreflektorvorrichtung 60 (z.B. der erste Spiegel 60a und der zweite Spiegel 60b davon) kann mithin so eingerichtet sein, dass das von der Strahlablenkvorrichtung 30 kommende und auf die Retroreflektorvorrichtung 60 einfallende Strahlenbündel 5 und das von der Retroreflektorvorrichtung 60 wieder ausfallende Strahlenbündel 5 räumlich voneinander getrennt sind, wie es in den Figuren 7 und 8 gezeigt ist (räumliche Trennung zumindest bezüglich des Hauptstrahls 6 und abgesehen von dem ersten
Brennpunkt 16 und/oder einem Bereich in der Nähe davon, bei/in dem sich die Strahlenbündel 5 schneiden können) . Die unterschiedlichen Winkel (z.B. bezogen auf die
Strahlablenkvorrichtung 30) des von der Strahlablenkvorrichtung 30 auf die Retroreflektorvorrichtung 60 treffenden Hauptstrahls 6 und des von der Retroreflektorvorrichtung 60 wieder/erneut auf die Strahlablenkvorrichtung 30 treffenden Hauptstrahls 6 bzw. der räumliche Abstand dieser Hauptstrahlen 6 kann dazu führen, dass das von der Retroreflektorvorrichtung 60 über die
Strahlablenkvorrichtung 30 auf das optische System 15 treffende Strahlenbündel 5 zumindest bezüglich des Hauptstrahls 6 räumlich getrennt ist von dem Strahlenbündel 5, das von der
Strahlenquelle 10 kommend über die Strahlablenkvorrichtung 30 auf das optische System 15 trifft, so dass erfindungsgemäß keine separate Vorrichtung zur Strahltrennung von in die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 einfallendem und ausfallendem Strahlenbündel 5 notwendig ist. Diese räumliche Trennung von aus der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 einfallendem und ausfallendem Strahlenbündel 5 ermöglicht es, dass auf eine
polarisationsoptische Strahltrennung verzichtet werden kann, wobei jedoch gemäß der Erfindung auch eine kollineare
Rückführung des Strahlenbündels 5 (z.B. mittels einer
Retroreflektorvorrichtung 60, die aus einem einzelnen Spiegel besteht) und eine polarisationsoptische Trennung von ein- und ausfallendem Strahlenbündel 5 verwendet werden kann, sofern es für einen bestimmten Anwendungsfalls erforderlich sein sollte.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen (siehe z.B. Figs. 7 und 8) findet ein zweimaliges Durchlaufen der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 statt, wobei aber aufgrund der jeweils ortsfesten Ausgangsstrahlenbündel gemäß der Erfindung durch Breitstellen von entsprechenden
Retroreflektorvorrichtungen auch ein dreimaliges, viermaliges, fünfmaliges oder n-maliges Durchlaufen derselben
DivergenzänderungsVorrichtung 1 erreicht werden kann.
Durch das mehrmalige Durchlaufen der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 kann die Divergenzänderung, die mittels einer Divergenzänderungsvorrichtung 1 erzielt wird, verstärkt sein im Vergleich zum nur einmaligen Durchlaufen der Divergenzänderungsvorrichtung 1 bei derselben Einstellung der Strahlablenkvorrichtung 30. Um dieselbe Divergenzänderung zu erreichen, ist bei mehrfachem Durchlaufen also ein geringerer Ablenkwinkel der Strahlablenkvorrichtung 30 erforderlich, und zur Verstellung der Divergenzänderung ist eine geringere
Änderung des Ablenkwinkels erforderlich. Dies kann sich
vorteilhaft auf die erreichbare mögliche Geschwindigkeit der Variation/Einstellung der Divergenzänderung auswirken.
Obwohl die Figur 7 eine Divergenzänderungsvorrichtung 1 zeigt, die ein optisches System 15 aufweist, das als Reflexionssystem 20 ausgebildet ist, können, wie es in der Figur 8 schematisch gezeigt ist, auch die Divergenzänderungsvorrichtungen 1, die ein transmissives BrechungsSystem 25 und/oder eine
Strahlablenkvorrichtung 30 mit zwei Spiegelflächen 30a, 30b aufweisen (vgl. Fig. la/b, Fig. 5), mit der
Retroreflektorvorrichtung 60 bereitgestellt sein, da es ein Merkmal jeder erfindungsgemäßen Divergenzänderungsvorrichtung 1 und Divergenzänderungsanordnung 2 ist, dass ein davon
ausfallendes Strahlenbündel 5 bezüglich des Hauptstrahls 6 davon im Wesentlichen ortsfest ist, d.h. im Wesentlichen eine
konstante Richtung und Lage hat. Zwei oder mehrere Divergenzänderungsvorrichtungen 1, die eine Retroreflektorvorrichtung 60 aufweisen, können wie oben
beschrieben so angeordnet werden, dass sie einen gemeinsamen Strahlengang bilden (und damit eine Divergenzänderungsanordnung 2 bilden) , und/oder es können eine oder mehrere
Divergenzänderungsvorrichtungen 1, die eine
Retroreflektorvorrichtung 60 aufweist/aufweisen, so zusammen mit einer oder mehreren Divergenzänderungsvorrichtung (en) 1, die keine Retroreflektorvorrichtung 60 aufweist/aufweisen,
angeordnet werden, dass sie einen gemeinsamen Strahlengang bzw. eine Divergenzänderungsanordnung 2 bilden.
Diese mehreren Divergenzänderungsvorrichtungen 1 (und/oder eine Divergenzänderungsanordnung 2) können auch im Strahlengang zusammen mit einem 2D-Scanner-System bereitgestellt sein, wobei die Divergenzänderungsvorrichtungen 1 bzw. die
Divergenzänderungsanordnung 2 im Strahlengang vor dem 2D- Scanner-System bereitgestellt sein können. Es kann optional auch, wie oben beschrieben und z.B. in Figs. 2, 4 und 8 gezeigt, eine Steuereinrichtung 50 bereitgestellt sein, die mit jeder der Divergenzänderungsvorrichtungen 1 der
Divergenzänderungsanordnung 2 verbunden ist, um diese (z.B. die von diesen erzeugte Divergenzänderung mittels einer Steuerung der jeweiligen Strahlablenkungsvorrichtungen 30 davon) zu steuern, und optional kann die Steuereinrichtung 50 auch mit dem 2D-Scanner-System verbunden sein, um dieses wie oben beschrieben so zu steuern, dass eine Richtungsänderung des Strahlenbündels 5 in zwei Raumdimensionen gesteuert werden kann. Auch bei einem mehrfachen Durchlauf durch eine
Divergenzänderungsvorrichtung 1 können zusätzliche optische Komponenten im Strahlgang zwischen den Durchläufen (d.h. z.B. im Strahlengang zwischen Strahlablenkvorrichtung 30 und
Retroreflektorvorrichtung 60) angeordnet sein. Dies kann z.B. zur Manipulation/Änderung des Strahldurchmessers, der
Strahlpolarisation (z.B. Polarisationsdrehung) oder des
Strahlprofils (z.B. Drehung des Strahlprofils) des
Strahlenbündels 5 dienen. Eine Verkleinerung des
Strahldurchmessers kann eine Verkleinerung der notwendigen
Spiegeldurchmesser und/oder der Abmessungen der übrigen
Komponenten der Divergenzänderungsvorrichtung 1 bewirken. Eine Drehung von Polarisation und/oder Strahlprofil kann unerwünschte Polarisationseffekte vermindern und/oder eine zumindest
teilweise Kompensation von Abbildungsfehlern bewirken und so die Strahlqualität verbessern.
Gemäß der Erfindung kann die hierin beschriebene
Divergenzänderungsvorrichtung 1 im Strahlengang zusätzliche optische Einrichtungen aufweisen, die dazu eingerichtet und angeordnet sind, um Abbildungsfehler (wie zum Beispiel Koma und/oder Koma-ähnliche Abbildungsfehler) , die bei mehrfachen Durchläufen durch die Divergenzänderungsvorrichtung 1 entstehen können, zumindest teilweise zu kompensieren. Das heißt, die erfindungsgemäße Divergenzänderungsvorrichtung 1 kann optische Einrichtungen enthalten, die verhindern, dass sich Fehler, die aufgrund unerwünschter, nicht-idealer optischer Abbildung
(Abbildungsfehler) an den Komponenten der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 auftreten können, bei mehrfachem Durchlaufen eines Strahlenbündels 5 der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 (z.B. wenn diese eine
Retroreflektorvorrichtung 60 aufweist) nicht verstärken bzw. „addiert" werden, sondern zumindest teilweise kompensiert werden.
Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwischen zwei Durchläufen durch eine
Divergenzänderungsvorrichtung 1 eine Rotation und/oder
Spiegelung des Strahlenbündels 5 bezüglich des Hauptstrahls 6 (bzw. der Strahlachse) erzeugt wird. So kann erreicht werden, dass die Abbildungsfehler, die jeweils bei den Durchläufen vor und nach der Spiegelung bzw. Rotation des Strahlenbündels 5 entstehen, zumindest in Teilbereichen des Strahlenbündele 5 in entgegengesetzter Richtung wirken.
Zum Beispiel kann eine Strahlrotationsvorrichtung (Vorrichtung, die ein Strahlenbündel 5 um den Hauptstrahl 6 bzw. die
Strahlachse als Drehachse rotiert bzw. dreht) im Strahlgang nach dem ersten Durchlauf des Strahlenbündels 5 durch die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 angeordnet sein. Das
Strahlenbündel 5 wird dann wie oben beschrieben der
Strahlablenkvorrichtung 30 einer Divergenzänderungsvorrichtung 1 mittels der Retroreflektorvorrichtung 60 erneut unter einem (z.B. leicht) veränderten Einfallswinkel zugeführt. Bei diesem erneuten (z.B. zweiten) Durchlauf durch die
Divergenzänderungsvorrichtung 1 addiert/verstärkt sich die
Divergenzänderung wie oben beschrieben. Die Abbildungsfehler (z.B. Koma und/oder Koma-ähnliche Abbildungsfehler) wirken jedoch erfindungsgemäß aufgrund der vorangegangenen
Strahlrotation mittels der Strahlrotationsvorrichtung entlang gedrehter Achsen, so dass zumindest eine teilweise Kompensation der Abbildungsfehler des vorangegangenen (z.B. ersten)
Durchlaufs bewirkt wird. Eine Strahlrotationsvorrichtung zur Rotation eines Strahlprofils des Strahlenbündels 5 um einen festen, voreingestellten Betrag oder um einen dynamisch wählbaren/einstellbaren Betrag kann erfindungsgemäß z.B. durch eine dreidimensionale Strahlführung über mehrere Reflexionen realisiert werden. Zum Beispiel können erfindungsgemäß „Dove* -Prismen und/oder sogenannte „K-Spiegelw- Anordnungen als Strahlrotationsvorrichtung benutzt werden, wobei dann das Strahlenbündel 5 innerhalb der
Strahlrotationsvorrichtung z.B. dreimal oder öfter reflektiert wird. Bei einer Drehung des Dove-Prismas bzw. der K-Spiegel- Anordnung um die optische Achse rotiert das Strahlenbündel 5 um den doppelten Drehwinkel (um die Strahlachse bzw. den
Hauptstrahl 6) . Die beschriebenen Strahlrotationsvorrichtungen können erfindungsgemäß optional ferner mit einem Retroreflektor (z.B. der Retroreflektorvorrichtung 60) aus zwei Spiegeln (z.B. Spiegel 60a/60b) bereitgestellt werden, so dass dann z.B.
insgesamt fünf Reflexionen auftreten.
Eine Ausführungsform des Retroreflektors der
Strahlrotationsvorrichtung mit mindestens drei statt nur mit zwei Spiegeln erlaubt erfindungsgemäß eine Strahlrotation (z.B. 90 Grad) des Strahlenbündels 5 zusammen mit der Rückreflexion des Strahlenbündels 5 so dass dieses erneut auf die
Strahlablenkvorrichtung 5 trifft, wobei es aber um die
Strahlachse bzw. den Hauptstrahl 6 herum rotiert/gedreht
und/oder gespiegelt ist.
Diese zumindest teilweise Abbildungsfehler-Kompensation wie sie oben beschrieben ist kann auch eine Verminderung von
unerwünschten Polarisationseffekten bewirken. Statt einer
Strahlrotationsvorrichtung oder zusätzlich dazu können auch polarisationsdrehende Elemente im Strahlengang der
Divergenzänderungsvorrichtung 1 bereitgestellt sein, um eine gezielte Kompensation von unerwünschten Polarisationseffekten in der Divergenzänderungsvorrichtung 1 zu bewirken.

Claims

Ansprüche
1. Divergenzänderungsvorrichtung (1) zur variabel einstellbaren Änderung der Divergenz eines elektromagnetischen
Strahlenbündels (5) , welches beschrieben ist durch einen
Hauptstrahl (6) und einen solchen optional aufweist, sowie eine Mehrzahl von Nebenstrahlen, aufweisend
eine Strahlenquelle (10) zum Bereitstellen des
Strahlenbündels (5) mit zumindest der Mehrzahl von
Nebenstrahlen,
eine im Wesentlichen telezentrische Anordnung (31) mit einem optischen System (15), das einen ersten Brennpunkt (16), einen ersten System-Bereich (17) und einen zweiten System-Bereich (18) hat, und mit
einer Strahlablenkvorrichtung (30) , die in oder nahe benachbart zu dem ersten Brennpunkt (16) angeordnet ist und die so angeordnet und eingerichtet ist, dass das Strahlenbündel (5) von der Strahlenquelle (10) auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, wobei der Hauptstrahl (6) in dem ersten Brennpunkt (16) oder nahe bei dem ersten Brennpunkt (16) auf die
Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, und dass sie das von der Strahlenquelle (10) kommende Strahlenbündel (5) dem ersten
System-Bereich (17) des optischen Systems (15) mit
unterschiedlichen Einfallswinkeln zuführen kann, wobei das optische System (15) derart ausgebildet ist, dass das
Strahlenbündel (5) von dem ersten System-Bereich (17) so
abgebildet wird, dass der Hauptstrahl (6) des dem ersten System- Bereich (17) zugeführten Strahlenbündels (5) von dem ersten System-Bereich (17) in eine Richtung abgelenkt wird, die im Wesentlichen unabhängig von dem Einfallswinkel ist, und so dass die Mehrzahl von Nebenstrahlen des Strahlenbündels (5) mit einem, im Vergleich zu vor der Abbildung, anderen sowie von dem Einfallswinkel abhängigen Divergenzwinkel bezüglich des
Hauptstrahls (6) abgebildet wird, und eine Strahlfaltvorrichtung (34) , die so ausgebildet ist, dass sie das von dem ersten System-Bereich (17) des optischen Systems (15) abgebildete Strahlenbündel (5) auf den zweiten System-Bereich (18) des optischen Systems (15) ablenkt, wobei das Strahlenbündel (5) von dem zweiten System-Bereich (18) des optischen Systems (15) so abgebildet wird, dass das
Strahlenbündel (5) wieder auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, wobei der Hauptstrahl (6) in dem ersten Brennpunkt (16) oder nahe bei dem ersten Brennpunkt (16) wieder auf die
Strahlablenkvorrichtung (30) trifft und wobei die Mehrzahl von Nebenstrahlen wieder auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, wobei das wieder auftreffende Strahlenbündel (5) von der Strahlablenkvorrichtung (30) so abgelenkt wird, dass deesen Hauptstrahl (6) im Wesentlichen ortsfest ist sowie nicht- kollinear und/oder räumlich getrennt ist von dem Hauptstrahl (6) des Strahlenbündels (5) , das von der Strahlenquelle (10) auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft.
2. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Nebenstrahlen des Strahlenbündels (5), das von dem ersten System-Bereich (17) abgebildet wird, mit einem im
Vergleich zu vor der Abbildung kleineren Divergenzwinkel
bezüglich des Hauptstrahls (6) abgebildet wird.
3. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei das optische System (15) als transmissives Brechungssystem (25) ausgebildet ist.
4. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei das optische System (15) als
Reflexionssystem (20) ausgebildet ist.
5. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei der erste System-Bereich (17) einen Erster-System-Bereich-Brennpunkt hat und der zweite
System-Bereich (18) einen Zweiter-System-Bereich-Brennpunkt hat, und wobei der erste System-Bereich (17) und der zweite System- Bereich (18) räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, wobei der Erster-System-Bereich-Brennpunkt und der Zweiter- System-Bereich-Brennpunkt im Wesentlichen räumlich
zusammenfallen und gemeinsam den ersten Brennpunkt (16) des optischen Systems (15) bilden.
6. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste System-Bereich (17) und der zweite
System-Bereich (18) unter integraler Ausbildung des optischen Systems (15) integral miteinander gebildet sind.
7. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß den Ansprüchen 4 und 5 oder 4 und 6, wobei der erste System-Bereich (17) des
Reflexionssystem (25) als eine erste paraboloide
Reflexionsfläche (21) ausgebildet ist und der zweite System- Bereich (18) des Reflexionssystems (25) als eine zweite
paraboloide Reflexionsfläche (22) ausgebildet ist.
8. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlablenkvorrichtung (30) einen drehbaren Spiegel (30) mit einer ersten Spiegelfläche (30a) aufweist, wobei das Strahlenbündel (5) mittels der ersten Spiegelfläche (30a) dem ersten System-Bereich (17) zuführbar ist, und wobei das Strahlenbündel (5) von dem zweiten System- Bereich (18) wieder auf die erste Spiegelfläche (30a) abgebildet wird.
9. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, insofern auf die Ansprüche 3 und 5 bezogen, wobei der erste (17) und der zweite (18) System-Bereich so eingerichtet und angeordnet sind, dass der erste Brennpunkt (16) zwischen dem ersten System-Bereich (17) und dem zweiten System-Bereich (18) angeordnet ist, wobei die
Strahlablenkvorrichtung (30) einen drehbaren Doppelspiegel (30) mit einer ersten Spiegelfläche (30a) und einer zweiten
Spiegelfläche (30b) aufweist, wobei sowohl die erste
Spiegelfläche (30a) als auch die zweite Spiegelfläche (30b) in oder nahe benachbart zu dem ersten Brennpunkt (16) angeordnet sind, wobei das Strahlenbündel (5) mittels der ersten
Spiegelfläche (30a) dem ersten System-Bereich (17) zuführbar ist, wobei das Strahlenbündel (5) von dem zweiten System-Bereich (18) auf die zweite Spiegelfläche (30b) abgebildet wird, und wobei eine Flächennormale der ersten Spiegelfläche (30a) in oder nahe benachbart zu dem ersten Brennpunkt (16) eine Komponente hat, die im Wesentlichen gegensätzlich ist zu einer Komponente einer Flächennormale der zweiten Spiegelfläche (30b) an einer Position in oder nahe benachbart zu dem ersten Brennpunkt (16) .
10. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei durch das Strahlenbündel (5) , das über die Strahlablenkvorrichtung (30) , den ersten System-Bereich (17) des optischen Systems (15), die Strahlfaltvorrichtung (34), den zweiten System-Bereich (18) des optischen Systems (15) und wieder über die Strahlablenkvorrichtung (30) läuft, ein
Strahlengang definiert ist, wobei die
DivergenzänderungsVorrichtung (1) mit zumindest zwei optischen Elementen mit zylindrischen Abbildungseigenschaften
bereitgestellt ist, die in dem Strahlengang getrennt voneinander angeordnet sind, wobei das Strahlenbündel (5) mittele der zumindest zwei optischen Elemente abgebildet wird, wobei die optischen Elemente so eingerichtet und angeordnet sind, dass eine zylindrische Abbildung des Strahlenbündels (5) durch ein optisches Element von dem zumindest einen weiteren optischen
Element im Wesentlichen kompensiert wird, so dass die Ausbildung eines im Wesentlichen punktförmigen Fokuspunktes (5a/b) zwischen den zumindest zwei optischen Elementen vermieden ist.
11. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, wobei ein optisches Element mit einer zylindrischen
Abbildungseigenschaft eine Zylinderlinse ist.
12. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei das von dem ersten System-Bereich (17) des optischen Systems (15) abgebildete Strahlenbündel (5) konvergierend abgebildet wird und einen, optional virtuellen, Fokuspunkt (5a/b) bildet, wobei der Fokuspunkt (5a/b) in
Abhängigkeit des Einfallswinkels des Strahlenbündels (5) auf den ersten System-Bereich (17) des optischen Systems (15) an
unterschiedlichen Positionen in einer, optional virtuellen, Fokusfläche (15a/b) liegt, und wobei die Fokusfläche (15a/b) eine gekrümmte Fokusfläche (15) ist oder eine ebene Fokusfläche (15a/b) ist, die so ausgebildet ist, dass der Hauptstrahl (6) des von dem ersten System-Bereich (17) abgebildeten
Strahlenbündes (5) nicht in der Normalenrichtung der ebenen Fokusfläche (15a/b) auf die ebene Fokusfläche (15a/b) trifft.
13. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung (50) , die eingerichtet ist, um die Strahlablenkvorrichtung (30) so zu steuern, dass von ihr der Einfallswinkel und/oder die
Einfallsposition des Strahlenbündels (5) auf den ersten System- Bereich (17) des optischen Systems (15) in gezielter und
wählbarer Weise einstellbar ist.
14. Divergenzänderungsvorrichtung (l) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlfaltvorrichtung (34) einen ersten Strahl-Faltspiegel (35) und einen zweiten Strahl- Faltspiegel (40) aufweist, wobei der erste (35) und der zweite (40) Strahl-Faltspiegel derart angeordnet und ausgebildet sind, dass das Strahlenbündel (5), das dem optischen System (15) mittels der Strahlablenkvorrichtung (30) zugeführt wird und von dem ersten System-Bereich (17) des optischen Systems abgebildet wird, auf den ersten Strahl-Faltspiegel (35) trifft, von dem ersten Strahlfalt-Spiegel (35) , optional über zumindest einen Strahlfalt-Zwischenspiegel (41) , auf den zweiten Strahlfalt- Spiegel (40) abgelenkt wird, und von dem zweiten Strahlfalt- Spiegel (40) auf den zweiten System-Bereich (18) abgelenkt wird.
15. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, insofern auf die Ansprüche 10 und 14 bezogen, wobei der erste Strahlfalt-Spiegel (35) mit einer zylindrischen Abbildungseigenschaft bereitgestellt ist und der zweite Strahlfalt-Spiegel (40) mit einer zylindrischen
Abbildungseigenschaft bereitgestellt ist, so dass der erste (35) und der zweite (40) Strahlfalt-Spiegel optional zwei der
zumindest zwei optischen Elemente sind.
16. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, insofern auf Anspruch 14 bezogen, wobei die Strahlfaltvorrichtung (34) und/oder der erste Strahlfalt- Spiegel (35) und/oder der zweite Strahlfalt-Spiegel (40)
und/oder der zumindest eine Strahlfalt-Zwischenspiegel (41) relativ zu dem optischen System (15) im Wesentlichen ortsfest und drehfest sind.
17. Divergenzänderungsvorrichtung (l) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlenquelle (10) und/oder die Strahlablenkvorrichtung (30) und/oder das optische System (15) und/oder die Strahlfaltvorrichtung (34) zur Verwendung mit einem Hochleistungs-Laser zur Materialbearbeitung ausgebildet sind.
18. DivergenzänderungsVorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die Strahlablenkvorrichtung (30) als Drehspiegel (30) ausgebildet ist.
19. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei der Hauptstrahl (6) des
Strahlenbündels (5), das dem ersten System-Bereich (17) von der Strahlablenkvorrichtung (30) zugeführt wird, das mittels der Strahlfaltvorrichtung (34) vom ersten System-Bereich (17) auf den zweiten System-Bereich (18) abgelenkt wird und das von dem zweiten System-Bereich (18) so abgebildet wird, dass es wieder auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, einen
dreidimensionalen Raum aufspannt.
20. Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine
Retroreflektorvorrichtung (60) , die so angeordnet und eingerichtet ist, dass sie das Strahlenbündel (5) , dessen
Hauptstrahl (6) von der Strahlablenkvorrichtung (30) ortsfest abgelenkt wird, so abbildet, dass es wieder auf die
Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, wobei der Hauptstrahl (6) des von der Retroreflektorvorrichtung (60) kommenden
Strahlenbündels (5) im ersten Brennpunkt (16) oder nahe bei dem ersten Brennpunkt (16) wieder auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, so dass das Strahlenbündel (5) die
Divergenzänderungsvorrichtung (1) erneut durchläuft, wobei optional der Hauptstrahl (6) des von der
Retroreflektorvorrichtung (60) kommenden Strahlenbündels (5) in einem Winkel wieder auf die Strahlablenkvorrichtung (30) trifft, der unterschiedlich ist zu dem Winkel, in dem der Hauptstrahl (6) desjenigen Strahlenbündels (5) , das die
Divergenzänderungsvorrichtung (1) von der Strahlenquelle (10) kommend durchlaufen hat, mittels der Strahlablenkvorrichtung (30) zu der Retroreflektorvorrichtung (60) hin abgebildet wird.
21. Divergenzänderungsanordnung (2) aufweisend zumindest oder genau zwei Divergenzänderungsvorrichtungen (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest oder genau zwei Divergenzänderungsvorrichtungen (1) so angeordnet sind, dass sie eine vorgeschaltete Divergenzänderungsvorrichtung (1) und eine dieser nachgeschaltete Divergenzänderungsvorrichtung (1) mit einem gemeinsamen Strahlengang bilden, wobei das Strahlenbündel (5) , dessen Hauptstrahl (6) von der vorgeschalteten
Divergenzänderungsvorrichtung (l) ortsfest abgebildet wird, die Strahlenquelle (10) der nachgeschalteten
Divergenzänderungsvorrichtung (1) bildet.
22. Strahllage-und-Divergenz-Änderungsvorrichtung aufweisend eine Divergenzänderungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 und/oder eine Divergenzänderungsanordnung gemäß
Anspruch 21, ein 2D-Scanner-System sowie eine Steuereinrichtung (50), wobei die Divergenzänderungsvorrichtung (1) und/oder die Divergenzänderungsanordnung (2) und das 2D-Scanner-System einen gemeinsamen Strahlengang bilden, in dem die
Divergenzänderungsvorrichtung (1) und die
Divergenzänderungsanordnung (2), sofern jeweils bereitgestellt, vor dem 2D-Scanner-System angeordnet sind, wobei das 2D-Scanner- System dazu eingerichtet ist, eine Ausbreitungsrichtung eines von der Divergenzänderungsvorrichtung (1) oder der
Divergenzänderungsanordnung ausfallenden und auf das 2D-Scanner- System treffenden Strahlenbündels (5) in zwei voneinander unabhängigen Raum-Dimensionen einzustellen, und wobei die
Steuereinrichtung (50) dazu eingerichtet ist, die
Ausbreitungsrichtung mittels des 2D-Scanner-Systems und die Divergenzänderung mittels der DivergenzänderungsVorrichtung (1) und/oder der Divergenzänderungsanordnung (2) in gezielter sowie wählbarer Art und Weise gemäß einer Steuerinformation
einzustellen.
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