(57)【要約】【課題】偏向時に生じる結像誤差が小さくなるようにレーザビームを、比較的大きな角度だけ偏向させることができ、しかも簡単に製作され得るようなアダプティブな非球面ミラーを提供する。【解決手段】ミラー１のダイヤフラム裏面５を介して圧力負荷可能なミラープレートダイヤフラム２と、ダイヤフラムキャリヤ３とが設けられており、該ダイヤフラムキャリヤがダイヤフラム裏面５の範囲において、該ダイヤフラム裏面の圧力負荷可能なほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面を区画している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工機械のミラー（１；１１）であって、該ミラー（１；１１）のダイヤフラム裏面（５；１５）を介して圧力負荷可能なミラープレートダイヤフラム（２；１２）と、ダイヤフラムキャリヤ（３；１３）とが設けられている形式のものにおいて、ダイヤフラムキャリヤ（３；１３）がダイヤフラム裏面（５；１５）の範囲において、該ダイヤフラム裏面（５；１５）の圧力負荷可能なほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面を区画していることを特徴とする、レーザ加工機械のミラー。
【請求項２】
ダイヤフラムキャリヤ（３）が、ミラープレートダイヤフラム（２）への移行範囲に切欠き（８）を有している、請求項１記載のミラー。
【請求項３】
ダイヤフラム裏面（５；１５）のほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面が、冷却水または流体によって圧力負荷可能である、請求項１または２記載のミラー。
【請求項４】
ダイヤフラム裏面（５；１５）のほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面が、アクチュエータによって圧力負荷可能である、請求項１または２記載のミラー。
【請求項５】
ダイヤフラムキャリヤ（３；１３）が、円形の横断面を有する管状付設部を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のミラー。
【請求項６】
当該ミラー（１）の反射面（４）が規定の曲率を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機械のミラーであって、該ミラーのダイヤフラム（膜）裏面を介して圧力負荷可能なミラープレートダイヤフラムと、ダイヤフラムキャリヤとが設けられている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような形式のミラーは、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００１９００号明細書に基づき公知である。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００１９００号明細書に基づき、ミラープレートと、ミラー面の裏側で同心的に作用するアクチュエータとを備えた可変形ミラーが公知である。アクチュエータは、ミラープレートの背後に設置されたリングに沿って作動する。このリングは有利にはミラープレートと一体に形成されている。ミラー面の球面には、前記リングの横断面ジオメトリによる他に、ミラープレートの中心対称的な弱化や、ミラープレート背後における、流体充填されたチャンバの静的な過圧によっても、影響を与えることができる。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９００４６７号明細書に記載の技術的な思想によれば、ミラーの裏面に中空室が設けられ、この中空室内に多かれ少なかれ圧力が付与されるので、この圧力の影響を受けてミラーのジオメトリ（幾何学的形状）が変化する。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５２２４９号明細書に記載の可変形ミラーは、レーザビームガイドコンポーネントとして形成されている。このレーザビームガイドコンポーネントのハウジングにはミラーエレメントが対応配置されており、この場合、このミラーエレメントは変形可能に形成されている。この公知の可変形ミラーでは、ミラーエレメントが媒体によって冷却可能であることが望ましい。
【０００６】
レンズまたはミラーのような球面状の光学素子を用いると、光軸に近接したビームしか、僅かな結像誤差を持って収束（フォーカス）させることができない。なぜならば、光軸からの距離と共に球面収差によって結像誤差が増大するからである。さらに光軸からの距離が増大し、かつ光軸に対する角度が増大するにつれて、非点収差が発生する。
【０００７】
このような結像誤差を減少させるための公知の手段は、付加的な偏向ミラーを使用することにある。図５には、公知のレーザ加工機械において発生されたレーザビーム１７のビームガイド原理が示されている。ミラー１８の円形の反射面が使用される。この反射面を圧力負荷によって変形させて球面ミラー１８を形成することができる。この場合、レーザビーム１７を小さな角度でアダプティブなミラー１８へ誘導する付加的な偏向ミラー１９が必要である。したがって、レーザ加工機械の加工ヘッドにおいてレーザビームの調節可能な収束を達成するためには２つのミラーが必要とされる。
【０００８】
球面ミラーとは異なり、焦点距離ｓの結像ミラーに関しては、（光軸の）大きなビーム偏向角、特に９０゜の偏向の場合に、たとえば圧力負荷可能な、つまり圧力で負荷され得る楕円形または卵形の反射面を有するアダプティブミラーにより発生され得るような、ミラーの反射面の非球面変形が必要になることは一般に知られている。しかし、このようなミラーを実現することは手間がかかる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００１９００号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９００４６７号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５２２４９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、偏向時に生じる結像誤差が小さくなるようにレーザビームを、比較的大きな角度（特に９０゜）だけ偏向させることができ、しかも簡単に製作され得るようなアダプティブな非球面ミラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために本発明の構成では、レーザ加工機械のミラーであって、該ミラーのダイヤフラム裏面を介して圧力負荷可能な、つまり圧力で負荷され得るミラープレートダイヤフラムと、ダイヤフラムキャリヤとが設けられている形式のものにおいて、ダイヤフラムキャリヤがダイヤフラム裏面の範囲において、該ダイヤフラム裏面の圧力負荷可能なほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面を区画もしくは規定しているようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ダイヤフラムキャリヤとミラープレートダイヤフラムとは互いに固く結合されていて、単一の一体的な構成部分を形成している。
【００１２】
ダイヤフラムキャリヤによってほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面が区画されることにより、ダイヤフラム裏面の当該範囲が圧力負荷されると、比較的大きな偏向角のために必要となるような非球面変形を有するアダプティブミラーがもたらされる。
【００１３】
ダイヤフラムキャリヤを座ぐり加工（Ｕｎｔｅｒｆｒａｅｓｅｎ）するか、もしくはフライス加工することにより、たとえば環状にかつ／または円形に形成されていてよいダイヤフラムキャリヤのジオメトリとは無関係に、ほぼ楕円形または卵形の面を簡単に実現することができる。ダイヤフラムキャリヤが、円形の接続片（管状付設部）を有していると、当該ミラーを、レーザビームガイドの既存のコンポーネントに容易にフランジ締結することができる。
【００１４】
圧力負荷を実現するに当たっては次の技術手段が考慮される。すなわち、ほぼ楕円形またはほぼ方形または卵形の面は、ミラープレートダイヤフラム用の冷却水または流体によって、あるいはアクチュエータによって圧力負荷され得る。
【００１５】
ミラーの反射面の規定の巨視的な曲率は、ミラープレートダイヤフラムのほぼ楕円形または方形または卵形の範囲の調節可能な圧力負荷と相まって、フォーカッシング（集束）ミラーと可変焦点ミラーとの有利な組合せをもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。図面には、本発明の２つの実施例と、公知のレーザビームガイド原理とが図示されている。
【００１７】
図１には、自体公知のレーザ加工機械（図示せず）に設けられたアダプティブなミラー１が図示されている。本発明において云う「アダプティブ（ａｄａｐｔｉｖ）」または「可変形（ｄｅｆｏｒｍｉｅｒｂａｒ）」とは、意図的に変化させかつ調節することのできるミラープレートダイヤフラム２の非球面状の変形を意味する。このようなアダプティブなミラー１は本発明によれば大きなビーム偏向角のために使用することができる。
【００１８】
ミラー１は、ミラープレートダイヤフラム２の他にダイヤフラムキャリヤ３を有している。このダイヤフラムキャリヤ３は主として管状付設部３ａ（円筒体）と移行範囲３ｂとによって形成されていて、ミラー１をレーザ加工機械に組み付けるための接続片を成している。管状付設部３ａと、移行範囲３ｂと、ミラープレートダイヤフラム２とは、一緒になって一体に成形された１つの構成エレメントを形成している。この一体の構成エレメントでは、ミラープレートダイヤフラム２がダイヤフラムキャリヤ３に組み込まれている。すなわち、ミラープレートダイヤフラム２は強固な機械的緊締部を有している。
【００１９】
ミラープレートダイヤフラム２の曲率は、微小凹面状から平坦面状を経て微小凸面状にまで調節可能である。ミラー１は同時に、レーザ加工機械の加工ヘッドにおけるレーザビームの焦点調節のためとビーム偏向とのために使用され得る。
【００２０】
上で挙げたミラー１の特性を得るためには、ミラープレートダイヤフラム２の裏面を圧力負荷することができる。圧力負荷のためには、ミラープレートダイヤフラム２のほぼ楕円形の面が設けられている。圧力負荷可能となる面、つまり受圧面は、ミラープレートダイヤフラム２を座ぐり加工（Ｕｎｔｅｒｆｒａｅｓｅｎ）するか、もしくはミラープレートダイヤフラム２の下方で管状付設部３ａに切欠き８をフライス加工することによって得られる。座ぐり加工された構造は、図２から知ることができる。
【００２１】
円形の横断面を有する第１のミラー内室（キャビティ）６は、楕円形の横断面を有する第２のミラー内室７へ移行する。ダイヤフラムキャリヤ３はレーザ加工機械の別の構成部分にフランジ締結され得る。これらの構成部分を介して、たとえば第１のミラー内室６と第２のミラー内室７とに冷却水を供給することができる。ミラープレートダイヤフラム２の冷却と共に、ダイヤフラム裏面５の圧力負荷もしくはダイヤフラム裏面５に対する給圧も行われる。第２のミラー内室７は、冷却水または流体で充填され得るので、ミラープレートダイヤフラム２の楕円形の面を意図的に圧力負荷することができる。
【００２２】
ミラープレートダイヤフラム２の反射面４の付加的な非球面状の（アダプティブな機能の曲率を超える）曲率が形成されているか、または付与されていてよい。その場合、ミラープレートダイヤフラム２は厚さ偏差を受ける。この実施形態は、より大きな（凸面状ならびに凹面状の）曲率を必要とするような使用例のために適している。ミラープレートダイヤフラム２は必ずしも平坦に形成されている必要はなく、意図的な厚さ変化によって種々異なる曲率が設定されていてよい。第１に、ミラー１の反射面４は、巨視的な規定の曲率を有することができるので（「集束ミラー」）、レーザビームの集束、つまりフォーカッシングが達成される。第２に、ダイヤフラム裏面５の楕円形の面を、たとえば冷却水によって圧力負荷し、ひいては微視的なアダプションを生ぜしめることにより、焦点調節を調節することができる（「可変焦点ミラー」）。この場合、「可変焦点ミラー」と本来の集束ミラーとが統合されている。
【００２３】
図３および図４には、ミラー１１において楕円形の面を有するミラープレートダイヤフラム１２を形成するための択一的な別の実施例が図示されている。半径方向外寄りで円環状に形成されたダイヤフラムキャリヤ１３は、ミラープレートダイヤフラム１２と一体に結合されていて、半径方向内寄りでは楕円形の面を有するミラープレートダイヤフラム１２を仕切っている。レーザビームは反射面１４で偏向される。ダイヤフラム後側１５は、唯一つのミラー内室１６が冷却水で充填されると、圧力負荷され得るようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】レーザ加工機械の本発明の第１実施例によるミラーの下面を示す図である。
【００２５】
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面線に沿ったミラーの断面図である。
【００２６】
【図３】レーザ加工機械の本発明の第２実施例によるミラーの下面を示す図である。
【００２７】
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面線に沿ったミラーの断面図である。
【００２８】
【図５】公知先行技術によるレーザ加工機械のビームガイドの原理図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ミラー、  ２    ミラープレートダイヤフラム、  ３    ダイヤフラムキャリヤ、  ３ａ    管状付設部、  ３ｂ    移行範囲、  ４    反射面、  ５    ダイヤフラム裏面、  ６    第１のミラー内室、  ７    第２のミラー内室、  ８    切欠き、  １１    ミラー、  １２    ミラープレートダイヤフラム、  １３    ダイヤフラムキャリヤ、  １４    反射面、  １５    ダイヤフラム裏面、  １６    ミラー内室、  １７    レーザビーム、  １８，１９    ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004181532.tif 000005
【図４】
2004181532.tif 000006
【図５】
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