Technisches Gebiet Bei der Anwendung von Lasern zur Behandlung oder Bear¬ beitung von Substraten taucht häufig das Problem einer gleichzeitigen oder nahezu gleichzeitigen Beaufschla¬ gung des Substrats in mehreren Zielgebieten auf. Die Anwendung mehrerer Laser verbietet sich in der Regel aus Kosten- und Platzgründen. Eine Strahlaufteilung durch sogenannte Strahlteiler ist insofern nachteilig, als die resultierenden Teilstrahlen eine entsprechend geringere Intensität aufweisen, die für bestimmte Be¬ arbeitungsverfahren nicht ausreichend ist und daß die Teilstrahlen darüberhinaus auch noch eine wechselnde, jedenfalls unterschiedliche Intensität aufweisen.

Verwendet man die Laserstrahlen beispielsweise zur Perforierung von Papier, ist es zur Erzielung einer gleichmäßigen Lochgröße und -gute unbedingt erforder¬ lich, eine bestimmte, relativ hohe und gleichbleiben¬ de Intensität des die Perforation durchführenden La- sertrahls sicherzustellen. In diesem Fall wäre eine Strahlteilung aus den vorgenannten Gründen ungünstig.

Stand der Technik

Es ist bereits eine Vorrichtung zur optischen Zerhak- eines Laserstrahls bekannt, bei der ein kontinuierlicher

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Laserstrahl in ein optisches Spiegelsyεtem eingeleitet wird, das aus mehreren hintereinander rotierenden Scheib besteht, die reflektierende und durchlässige Segmente au weisen. Das System liefert dadurch eine Vielzahl von Lichtwegen, die durch die unterschiedliche Kombination reflektierender und lichtdurchlässiger Segmente gebildet werden. Der in das System eingeleitete Strahl wird ent¬ sprechend der jeweiligen Winkelposition der Scheiben schrittweise in die verschiedenen Lichtwege eingeleitet und dabei der Strahl nacheinander auf verschiedene Ziel¬ punkte .geworfen. Mit einer derartigen Anordnung ist es beispielsweise möglich, ein mit hoher Geschwindigkeit die Vorrichtung durchlaufendes Papierband mit quer zur Transportrichtung liegenden Lochreihen zu versehen. Die bekannte Vorrichtung weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Da auf den Scheiben nur begrenzt viele Lochko bi- nationen Platz finden, kann keine beliebig hohe Perfo¬ rationsfrequenz erreicht werden. Da die Strahlenwege unterschiedliche Länge haben, bestehen hinsichtlich der Fokussierung auf dem Substrat Schwierigkeiten.

Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- richtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die höchste Zerhackungsfrequenzen liefert, dabei aber einfach aufgebaut ist und mit einem Minimum an sich bewegenden Teilen auskommt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur optischen Zer hackung eines Laserstrahls in diskrete Lichtimpulse, die s quentiell und wiederholt eine Anzahl von Zielpunkten beauf schlagen, durch einenrotierenden Spiegel gelöst, dessen reflektierende Fläche in der Brennebene einer ersten, zwischen Laserstrahlquelle und Spiegel angeordneten Sammel linse liegt und durch ein erstes System mehrerer unmittel¬ bar nebeneinander in einer Reihe angeordneter Sammellinsen

vom durch den Spiegel abgelenkten Laserstrahl überstrichen werden und deren Brennebenen ebenfalls auf der reflektie¬ renden Fläche des Spiegels liegen und durch ein im weiteren Strahlengang angeordnetes zweites System von Sammellinsen, die jeweils einer Sammellinse des ersten Systems zugeordnet sind und deren Brennebenen auf der Oberfläche des zu behan¬ delnden Substrats liegen.

Erfinciungs emäß wird, also der Laserstrahl zunächst durch eine erste Sammellinse fokussiert auf den Dreh¬ spiegel geworfen und überstreicht dann intermittie¬ rend ein aus mehreren Sammellinsen gleicher Brenn¬ weite bestehendes erstes Linsensystem. Der Abstand des ersten Linsensystems vom Drehspiegel entspricht der Brennweise der einzelnen Linsen. Dem ersten Lin¬ sensystem nachgeordnet befinden sich eine Reihe von Fokussierlinsen, die jweils einer der Linsen des ersten Systems zugeordnet sind und welche den parallelen Licht¬ strahl auf ein Substrat, beispielsweise eine sich be- wegende Papierbahn, fokussieren. Solange der Strahl eine Linse des ersten Systems überstreicht, bleibt die Intensität im Fokussierpunkt der zugehörigen Fokussierlinse konstant. Sie springt zum Fokussier- punkt der nächstfolgenden Fokussierlinse in dem Moment über, in dem der vom Drehspiegel abgelenkte Lichtstrahl die nächstfolgende Linse des ersten Linsensystems er¬ reicht. In jedem Fokussierpunkt steht dabei die volle Intensität des ursprünglichen Laserlichtstrahls zur Verfügung. Verwendet man als Drehspiegel einen Polygon- spiegel mit entsprechend vielen Facetten und hoher

Drehzahl, können Frequenzen erreicht werden, die höher sind, als die mit bekannten Vorrichtungen erreichbaren, so daß beispielsweise beim Einsatz der Vorrichtung zur .Perforation von Zigarettenpapier der geschwindigkeits- bestimmende Schritt nicht mehr die Perforationsfrequenz sondern die technisch realisierbare Papiervorschubge-

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schwindigkeit ist. Besonders überraschend bei der er¬ findungsgemäßen Vorrichtung ist die Tatsache, daß le¬ diglich ein einziges, drehendes Teil, nämlich der Poly- . gonspiegel erforderlich ist, um die extrem hohen Zer- hackungsfrequenzen zu erreichen.

Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung Fig. 1 zeigt die perspektivische Ansicht der wesentliche Funktionsele ente einer erfindungsgemäßen Vorrich tung in Schematischer Darstellung, und

Fig. 2 die schematische Darstellung des Strahlenganges i der Vorrichtung gemäß Figur 1 in Draufsicht.

Der beste Weσ zur Ausführung der Krfiπr_._πσ

Gemäß Fig. 1 durcnlüuf der von einem Laser (nicht gezeigt) kommende Lichtstrahl eine erste Sammellinse 10, deren Brennpunkt bzw. Strichebene auf einer Fläche des im .Strahlengang hinter der Sammellinse 10 ange¬ ordneten Polygondrehspiegels 12 liegt. Der gezeigte Polygonspiegel weist sechs Facetten auf. Die Zahl der Facetten kann jedoch beliebig sein, sie hängt für eine vorgegebene Zerhackungsfrequenz auch von der mit dem Polygonspiegel erreichbaren Drehzahl ab.

Bei Drehung des Polygonspiegels wird der von einer Facette reflektierte Strahl einen bestimmten Winkel¬ bereich überstreichen, tritt dann die nächste Facette in Wirkung, springt der Strahl zurück und überstreicht wieder den gleichen Winkelbereich. In diesem Bereich des vom Polygondrehspiegels reflektierten Strahls ist ein erste Linsenεystem 14, bestehend aus drei einzelnen Sammellinsen 14', 14 ^{, f} , 14'" angeordnet. Die Sammel¬ linsen haben alle die gleiche Brennweite und eine solche Lage, daß ihr Brennpunkt bzw. ihre Brennebene mit dem Brennpunkt bzw. der -ebene der Sammellinse 10 auf dem Polygonspiegel zusammenfällt. Das die Linsen

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14' bis 14" ' verlassende Licht ist daher wieder parallel gerichtet.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sammel- linsen 10 und 14 als zylindrische Linsen gezeigt. Dies hat den Vorteil, daß der Drehspiegel 12 durch die hohe Energiedichte des Laserlichtstrahls nicht so stark be¬ lastet wird, da bekanntlich zylindrische Linsen in der Brennebene keinen Punkt, sondern eine Linie ab- bilden. Dieser Vorteil muß jedoch mit einer erhöhten

Präzision bei der Lagerung des Polygonspiegels erkauft werden, da etwaige Taumelfehler des Spiegels bei der Verwendung zylindrischer Linsen naturgemäß stärker ins Gewicht fallen als bei Verwendung sphärischer Sammel¬ linsen, die auf dem Spiegel nur einen Brennpunkt ab¬ bilden.

Die das erste Linsensystem 14 verlassenden Licht¬ strahlen werden bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel durch Umlenkspiegel 16 um 90° abgelenkt. Eine solche Ablenkung kann aus konstruktiven Gründen bei bestimmten Anwendungsfällen erforderlich sein. Für die Funktion der Vorrichtung ist sie an sich nebensäch¬ lich.

Nach den Umlenkspiegeln 16 ist ein weiteres Linsen¬ system 18 vorgesehen, das aus einzelnen sphärischen Sammellinsen besteht, welche die auf sie auftreffenden parallelen Lichtstrahlen auf eine unter bzw. im Strahlen- gang hinter dem Linsensystem 18 liegende Papierbahn 20 fokussiert. Der Abstand des Linsensystems 18 von der Papierbahn 20 entspricht also der Brennweite der ein¬ zelnen Sammellinsen 18 ^• , 18' ' und 18 ^{, , ,} _ Die Größe der Einzellinsen des Systems 18 sollte vorzugsweise der Größe der Einzellinsen des Systems 14 entsprechen, damit jedem Linsenabschnitt der Linsen 14' bis 1 ^{, , ,} ein entsprechender Abschnitt der Linsen 18• bis 18" •

zugeordnet ist. Diese Entsprechung ergibt sich klar aus Fig. 2, bei der zur besseren Verdeutlichung die Umlenkspiegel zwischen dem Linsensystem 14 und 18 weg¬ gelassen wurden.

Aus Fig. 2 ergibt sich mit hinreichender Deutlichkeit, daß bei einem überstreichen des Winkelbereichs C das die Linse 14' verlassende Strahlenbündel um den Betrag X parallel verschoben wird. Die Sammellinse 18* muß eine solche Größe aufweisen, daß sie das Licht¬ bündel über den gesamten Bereich seiner Parallelver¬ schiebung X immer im Brennpunkt 22 fokussiert.

Gewerbliche Verwendung Der erfindungsgemäße Gegenstand wird vorzugsweise zur Pe forierung von Zigarettenpapier verwendet. Die Perforieru erfolgt dabei mit einer Frequenz, die der normalen Papie vorschubgeschwindigkeit handelsüblicher Maschinen entspri

Bei einer Papiergeschwindigkeit von beispielsweise 300 m/min. und einem geforderten Lochabstand von 0,2 m muß die Zerhackungsfrequenz etwa 25 kHz betragen. Die Zerhackungsfrequenz kann über die Anzahl der Facetten des Polygondrehspiegels 12 und dessen Drehzahl nahezu beliebig eingestellt.werden.

Erhöht man die Zerhackungsfrequenz oder erniedrigt die Bandgeschwindigkeit solange bis die Löcher über- läppen, so erfolgt keine Lochung des Papierbandes 20, sondern ein Auftrennen in mehrere parallele Bahnen. Man erreicht auf diese Weise praktisch eine "Strahl¬ teilung", ohne die üblicherweise mit einer solchen Strahlteilung verbundenen Nachteile, wie ungleiche und schwankende Intensität in Kauf nehmen zu müssen.

Im vorliegenden Fall steht jeweils die volle Intensitä des ursprünglichen Laserlichtstrahls zur Verfügung.

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