CN103493314B - 激光设备和用于制造所述激光设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光设备，所述激光设备具有：设置在壳体（21）中的激光器；相对于所述激光器校准位置的透镜（31）和透镜架（1），所述透镜架由在激光束的传播方向（3）上彼此跟随的至少两个透镜架部件（2a，2b，2c）组成以用于长度调节。在此，通过选择确定透镜架部件之间的垂直于传播方向的间距的相对位置结合透镜架部件的倾斜于传播方向定向的端侧进行透镜架的长度调节。透镜架部件中的一个透镜架部件（2c）能够构成为管形体，所述管形体能够被推动到壳体（21）上。

Description

激光设备和用于制造所述激光设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造激光设备的方法，所述激光设备具有：设计成用于发射激光束的激光器，尤其是半导体激光器；和透镜，所述透镜关于激光器校准位置。此外，本发明也涉及一种根据本发明制造的激光设备及其应用。
背景技术
在从现有技术中已知的激光设备或涉及制造所述激光设备的方法中，将半导体激光器安装在金属壳体中并且激光束借助透镜聚焦，所述透镜在内侧贴靠壳体盖的贯通开口并且在那由夹紧座保持。
在涉及最新的、高精度的激光设备的发展中，将透镜与激光束的偏转或聚焦相关地相对于具有设在其中的半导体激光器的透镜架进行校准并且随后借助胶粘剂连接固定在透镜架上。在此，透镜架和透镜之间的分别与校准相关而产生的不同的间距通过分别不同厚度的胶粘剂膜来弥补。
发明内容
本发明基于下述技术问题，提出一种用于制造具有相对于激光器校准位置的透镜的激光设备的尤其有利的方法。
所述问题根据本发明借助由随后在激光束的传播方向上彼此跟随的至少两个部件组成的透镜架来实现，所述部件中的至少两个透镜架部件能够分别具有倾斜于传播方向定向的端侧并且能够移动到分别以其倾斜于传播方向定向的端侧相互贴靠的多个彼此间的相对位置中，其中通过选择相对位置来设定透镜架在传播方向上的长度。
因此，本发明的基本思想在于，为了调整透镜和激光器之间的与校准相关而产生的不同的间距，设有能够设定长度的透镜架。为此，透镜架(至少)分成两部分并且透镜架部件能够在不同的相对位置中彼此紧靠，这由于透镜架部件的倾斜于传播方向定向的端侧而引起不同的透镜架长度。
在相对位置中，一方面确定透镜架部件之间的(在其体积重心之间的)垂直于传播方向的间距并且另一方面也分别确定透镜架部件关于其体积重心的定向(不考虑对称操作)。此外，在相对位置中，透镜架部件以其倾斜的端侧相互贴靠；然而，这并不排除存在例如浸渍材料的中间层，因此，贴靠部不应必需是直接的贴靠部，尽管这是优选的。
当透镜架部件例如仅以垂直于传播方向定向的移动分量彼此移动时，同时借助倾斜的端侧的接触也达到相应的相对位置。透镜架部件也能够以其倾斜的端侧相互贴靠，并且然后以保持贴靠的方式沿彼此移动，其中经过多个相对位置(这在下文中称作沿倾斜的端侧的移动)。
通过透镜架的根据本发明的长度调节，有利地，一方面不必预留不同长度的透镜架，这也有助于减少生产中的物流耗费；另一方面，不单独地通过胶粘剂来弥补与校准相关的间距，这减少了在硬化时通过胶粘剂的收缩而引起的透镜的失调的风险从而提高精度。
透镜架至少是两件式的，因此，例如在传播方向上连接于具有倾斜的端侧的两个透镜架部件也能够设有另外的透镜架部件，例如以用于弥补与校准波动无关的在任何情况下存在的间距。此外，多于两个的具有倾斜的端侧的透镜架部件也能够串联；不过，为了概览性，在下文中仍论及分别具有倾斜的端侧的两个透镜架部件。
在传播方向上彼此跟随的例如由塑料或玻璃制成的透镜架部件分别称作一个部件，尽管所述部件也能够构成为用于多件式的；然而，透镜架部件优选地均是一件式的。
例如当激光束会聚地或发散地延伸时，激光束的传播方向也能够作为多个方向的平均值得出。如果参考传播方向，那么这也不必以实际进行的射束传播为前提，而是描述犹如可能已进行射束传播的几何布置为前提。
在校准位置时，例如能够为了调节射束横截面而沿着传播方向移动透镜和/或为了调节射束偏转而垂直于传播方向移动透镜，并且在此由激光束穿透。通常，透镜的位置校准能够在透镜架的长度校准之前、之后或随其进行，其中例如当对透镜进行再校准时，组合也是可行的。
两个透镜架部件的倾斜的端侧优选是互补的，在任何情况下以下述顺序越来越优选地互补至倾斜的端侧中面积较小的端侧的面积的至少50％、60％、70％、80％、90％；因此，所有在下文中针对倾斜的端侧所给出的说明优选涉及两个透镜架部件的各个倾斜的端侧。
透镜架部件的倾斜于传播方向定向的端侧不必是平的，而是例如也能够构成为阶梯状的，其中端侧互补的情况下，那么也分级地进行长度调节。因此，只要设有不平的端侧，术语“横向于传播方向”涉及端侧的在包含传播方向的剖面中(以及在与其平行的剖面中)所观察到的分布曲线(Verlauf)的线性平均。
本发明的优选的设计方案在后续的具体实施方式中说明。在下文中，如同在整个公开内容中那样，没有详细地在对用于制造激光设备的方法进行的描述、设备方面以及设备的应用之间进行区分；所述公开内容能够隐含地理解为关于所有范畴。
首先结合特别精确定位的透镜，对于能够相应精确地设定长度的透镜架而言作为由倾斜的端侧和传播方向之间所围成的最小角度，下述角度被证实为是有利的：所述角度最小为60°、以下述顺序越来越优选地至少为65°、70°、75°、80°和85°，并且与其无关地最大为89.5°、以下述顺序越来越优选地最大为89°、88.5°、88°、87.5°。以该方式，能够实现垂直于传播方向位于两个相对位置之间的间距和在相应的透镜架长度之间的差值之间的“转化”，使得例如特别准确的长度调节是可行的。
在另外的设计方案中，透镜架部件的可相对定位性借助连接透镜架部件的接合连接部来阻止。所述接合连接部通过在透镜架部件之间的或优选地在透镜架部件上(但是不在透镜架部件之间)的能流动的、也就是具有一定粘度的液态的材料来持久地对透镜架部件相对于彼此进行位置固定，所述材料为了接合连接的目的而凝固；因此，材料转化成凝固的状态，例如通过与空气或其他的气体接触或者通过添加化学的反应配对物或者通过另外的例如借助光的交互作用。
因此，凝固的材料是在其形状方面至少基本上保持是形状固定的，因此必要时仍然能够弹性地或粘塑性地对机械应力做出反应并且不必是形状不变的。接合连接部仅就其例如也能够通过机械作用、加热或化学处理而重新分开的意义而言是持久的。
优选地，将胶粘剂设为能流动的材料，所述胶粘剂除塑料材料之外例如也能够包含添加料，例如玻璃以用于使在硬化()时的收缩最小化。更优选地，使用UV硬化的胶粘剂，通过用UV光照射而预硬化和/或彻底硬化所述胶粘剂。
在另外的设计方案中，为随后通过接合连接部在其可相对定位性方面受到阻止的透镜架部件设有用于安装的引导设备并且透镜架部件在长度调节期间仅通过所述引导设备相互连接；在建立接合连接部之后移除引导设备。透镜架部件例如能够借助夹紧或拧紧机构保持在引导设备的引导工具上；负压机构(Unterdruckmechanismus)是优选的。
借助所述引导设备，能够将透镜架部件相对于彼此定位，其中更优选地，透镜和激光器也在相同的引导设备中校准位置。在此，透镜、激光器和透镜架部件首先是相对于彼此是可移动的，其中，另外在激光偏转和/或聚焦方面已优化的状态通过接合连接部来“锁定”，例如通过透镜和透镜架部件之间的、透镜架部件和透镜架部件之间的、和/或透镜架部件和激光器之间的接合连接部来进行。
在优选的设计方案中借助接合连接部固定在激光器的壳体上的透镜架部件和优选整个透镜架尤其优选地仅通过所述接合连接部相对于激光器进行位置固定，因此，透镜架例如没有附加地固定在接触激光器的电路板上，使得例如壳体的进而电路板的取决于不同的热膨胀系数的的变形没有强制性地造成激光器的失调。
另一实施形式涉及一种具有匹配于激光器的壳体的贯通开口的管形的透镜架部件，其中在传播方向上观察，外部形状和贯通开口都不必构成为圆形。
将管形的激光器壳体在透镜的位置校准之前推入到透镜架部件的贯通开口中并且优选地也已经相对于所述透镜架部件进行位置固定，例如通过夹紧连接和/或接合连接进行位置固定。
通常，因此，也与透镜架部件的管形的设计方案无关地，在优选的设计方案中，将第一透镜架部件相对于激光器固定在其位置中并且随后将另外的透镜架部件为了长度调节而相对于第一透镜架部件并且相对于激光器定位。只要透镜在此还没有固定在另外的透镜架部件上，仍能够沿着传播方向并且横向于传播方向调整所述透镜。因此，透镜和第一(分配给激光器的)透镜架部件之间的校准相关的间距能够通过横向于传播方向移动第二(分配给透镜的)透镜架部件来补偿。
在透镜架部件中优选设有用于激光束的贯通开口，所述贯通开口更优选地能够在相对定位性的一定范围之上形成叠合。
一个优选的实施形式涉及分配给透镜的第二透镜架部件，在所述第二透镜架部件的与倾斜的端侧相反的端侧上设有用于透镜的贴靠部，优选设有平坦贴靠部；那么，透镜在垂直于传播方向的位置校准之后借助接合连接部固定在透镜架部件上。
在透镜架和透镜之间的这种平坦贴靠部的区域中，透镜能够有利地在其光学轴线没有倾斜的情况下固定在透镜架上。这能够以原则上两种不同的、然而也能够组合的方式实现透镜的精确定位：一方面，已经能够将透镜垂直于传播方向校准位置并且随后将第二透镜架部件沿着平坦贴靠部或沿着倾斜的端侧推入至平坦贴靠部；另一方面，首先也能够仅在传播方向上校准透镜，调节透镜架的长度并且随后沿着平坦贴靠部垂直于传播方向校准透镜。
在最先提到的情况下，在垂直于传播方向的校准之后进行的沿着传播方向的校准也能够借助已经固定在第二透镜架部件上的透镜来进行，例如以便补偿在固定时出现的错位。
优选地，在已组装的透镜架中，透镜架部件以其倾斜的侧部直接地相互贴靠，因此所述端侧相互接触。另外，例如，在透镜架部件之间既不设有胶粘剂膜，也不设有浸渍液，这通常还是可行的；因为相对位置的选择确定透镜架的长度，即使在透镜架部件之间设有中间层。
然而，尤其优选地，优选直接相互贴靠的透镜架部件借助垂直于传播方向在外侧设置的接合连接部在其可相对定位性方面相互阻止，由此透镜架长度能够尽可能地与胶粘剂在硬化时产生的收缩退耦。
通常，以无底切的方式相互贴靠的透镜架部件是优选的，因此，平行于传播方向定向的线分别与倾斜的端侧相切最多一次。因此，透镜架部件不通过位于透镜架部件之间的单独的形状配合部、也就是例如螺纹而保持在一起。
根据另一个优选的实施形式，透镜架部件的端侧构成为平坦的。以该方式，一方面，能够简化透镜架部件的几何形状，这例如在批量生产时也能够提供成本优势；另一方面，借助构成为平坦的倾斜的端侧，无级的进而特别灵活或准确的长度调节是可行的。
优选地，透镜架部件的与倾斜的端侧相反的端侧垂直于传播方向定向，使得透镜架的长度调节能够在透镜的光学轴线没有倾斜的情况下进行。
本发明也涉及一种激光设备，所述激光设备具有：激光器；相对于所述激光器校准位置的透镜和由在传播方向上彼此跟随的至少两个部件组成的透镜架，所述部件中的至少两个部件分别具有倾斜于传播方向的端侧并且以其倾斜定向的端侧相互贴靠，优选地直接地相互贴靠。
此外，本发明也涉及一种具有相应的激光设备的激光器RGB(红绿蓝)模块及其作为投影仪的一部分、尤其是可携带式投影仪的一部分的应用。
附图说明
在下文中，根据实施例详细地阐明本发明。附图示出：
图1示出由两个楔形的透镜架部件组装的透镜架。
图2示出根据图1的安置到激光器的壳体上的透镜架。
图3示出一种激光设备，所述激光设备具有在壳体中的激光器、透镜架和相对于激光器校准位置的透镜。
图4示出由管形的透镜架部件和楔形的透镜架部件组装的透镜架。
图5示出一种激光设备，所述激光设备具有在推入到根据图4的管形的透镜架部件中的壳体中的激光器和相对于激光器校准位置的透镜。
具体实施方式
图1示出根据本发明的透镜架1，所述透镜架由两个以倾斜的端侧直接相互贴靠的、楔形的且在本文中也结构相同的透镜架部件2a、b组装。透镜架1在贯通方向3上的长度能够通过透镜架部件2a相对于透镜架部件2b在垂直于传播方向3的方向4a上的相对移动而延长并且通过在相反的方向4b上的移动而缩短。
除透镜架1之外，图1还示出单独的透镜架部件2a、b的斜视图(中间偏左)和在传播方向3上观察的俯视图(右下方)。在透镜架部件2a、b中设有椭圆的、在传播方向3上贯通透镜架部件2a、b的贯通开口5a、b，所述贯通开口在已组装的透镜架1中与第二透镜架2a、b的同样是椭圆的贯通开口交叠，使得已组装的透镜架1具有用于激光束的贯通开口6。
两个透镜架部件2a、b中的各个椭圆的贯通开口5a、b能够实现：在两个透镜架部件2a、b在两个垂直于传播方向3的方向4a、b上反向移动时，总体上，保留用于激光束的贯通开口6。
图2示出安置到壳体21上的透镜架1，所述壳体具有冷却体22和用于半导体激光器(在下文中为“激光器”)的电接触的接触销23。穿过透镜架1中的贯通开口6观察，能够识别壳体21中的作为用于随后在传播方向3上传播的激光束的出射开口的窗口24。
接触销23被焊入到电路板中，其中透镜架1和在此还没有示出并且随后校准位置的透镜有利地不直接与电路板连接。以该方式，例如能够减小在透镜和激光器之间的由电路板、壳体和透镜架之间的不同的热膨胀系数所引起的移动。
图3示出关于图2所阐明的具有壳体21和透镜架1的装置的侧视图，其中在此也示出相对于激光器校准位置的透镜31。透镜31是平凸的，具有圆柱形的、平坦地贴靠于透镜架2a的部段31a和连接于所述部段的近似截球形的凸形部段31b。这样分成两个几何形状的、然而一件式的透镜31通过由UV硬化的胶粘剂32制成的连接部固定在透镜架部件2a上。
在该实施例中，两个胶粘剂点32设为相互对置，以便使透镜31的收缩相关的错位最小化；同样地，能够设有环形的胶粘剂连接部或多个分别相对置的胶粘剂点。
这同样适合于壳体21和透镜架2b之间的胶粘剂连接部33。透镜架部件2a、b的可相对定位性通过胶粘剂连接部34来阻止。
根据图3的激光设备以如下方式制造：
容纳激光器的壳体21经由在封装激光器期间已经与所述壳体牢固连接的冷却体22(所述冷却体是壳体的一部分)由夹紧座夹紧在引导设备中；在此，也将接触销23电接触。
透镜31在其圆柱形的部段31a上借助负压工具保持并且能够借助该工具在三个空间方向上移动。透镜架部件2a、b分别由自身的引导工具通过负压来保持，更确切地说，分别保持在相应最大的外侧35a、b处。在此，透镜架部件2a、b首先还没有位于在图3中示出的位置中，而是垂直于传播方向位于所述位置之外。
那么，首先，将透镜31的光学轴线定向为平行于目前为校准目的已经发射的激光束的传播方向3；借助于设置在传播方向3上的CCD照相机来测量激光束的直径和偏转。
随后，在下一步骤中，将射束直径、也就是激光束的对焦通过沿着传播方向3移动透镜31而优化到期望值；随后，通过垂直于传播方向3移动透镜31，进行激光束的偏转的优化。如果达到期望值，那么，在透镜31的朝向激光器的平坦的侧面和壳体21之间存在校准相关的宽度的间隙。
接着，从相反的方向将透镜架部件2a、b引入到所述间隙中。在此，将透镜架部件2a从左侧起沿着透镜31上的平坦贴靠部推入；将透镜架部件2b从右侧在壳体21的端侧上平坦地以贴靠的方式推入。将透镜架部件2a、b推入，直到直接地相互贴靠其倾斜于传播方向3定向的端侧。例如能够经由透镜31在传播方向3上的最小移动来优化地确定透镜架部件2a、b之间的接触，其中这种错位在之前的校准中也能够已经作为偏移来考虑。
在从相反的方向推入的透镜架部件2a、b以其倾斜的端侧接触之后，为了在透镜架部件2a、b上和透镜架部件1和壳体21上建立接合连接部33、34，分配胶粘剂点并且通过用UV光照射使来硬化。
与期望的校准精度相关地，透镜31现在仍然能够垂直于传播方向3移动，也就是必要时进行激光束偏转的再校准。在完成这种再校准之后或者此外与胶粘剂连接部33、34同时地，分配胶粘剂点32并且通过用UV光照射来硬化，以用于将透镜31固定在透镜架2a上。
图4示出由根据图1阐明的楔形的透镜架部件2a和构成为管形体的透镜架部件2c组成的透镜架1。透镜架部件2a、c又以倾斜于传播方向3定向的端侧直接地相互贴靠，使得沿着倾斜的端侧的相对移动引起透镜架1在贯通方向3上的长度变化。在图4中，左上方示出透镜架部件2c的斜视图并且在中间偏右示出俯视图。在此，能够识别到圆形的、在传播方向上延伸穿过透镜架部件2c的贯通开口5c。
在图5中示出类似于图2和3的封装在具有冷却体22和接触销23的壳体21中的激光器。推动透镜架部件2b直到冷却体22贴靠到壳体21上并且通过夹紧座而保持在其上。
在图5中在右下方示出的激光设备的安装如下方式进行：
壳体21借助底座22和接触销23以对图3阐明的方式夹紧到引导设备中。随后将保持在引导设备的负压工具上的透镜架部件2c推动到直至冷却体22贴靠到壳体21上并且然后已经由压紧座来保持。
透镜31的位置调整以对图3阐明的方式来进行。
随后，将在外侧35a上由负压工具保持的透镜架部件2a从左侧推入到透镜31和透镜架部件2c之间的间隙中，更确切地说，贴靠于透镜的朝向激光器的平坦的外面31a上。
必要时，在垂直于传播方向3再校准透镜31结束时，在透镜31和透镜架部件2a之间以及在透镜架部件2a和透镜架部件2c之间分配(在此没有示出的)胶粘剂点并且借助UV光来硬化。
透镜保持件2a、c由UV可穿透的塑料制成，使得胶粘剂点也能够借助仅从一个方向的照射而硬化。

Claims (15)

1.一种用于制造激光设备的方法，其中所述激光设备具有：
设计成用于发射激光束的激光器，
透镜(31)，所述透镜(31)相对于所述激光器校准位置，和
透镜架(1)，所述透镜架(1)由在所述激光束的传播方向(3)上彼此跟随的至少两个部件(2a，b，c)组成，所述部件(2a，b，c)中的至少两个透镜架部件(2a，b，c)能够分别具有倾斜于所述传播方向(3)定向的端侧并且所述至少两个透镜架部件能够移动到分别以其倾斜于所述传播方向(33)定向的端侧相互贴靠的多个相互间的相对位置中，
其中通过选择所述相对位置中的一个相对位置来设定所述透镜架(1)在传播方向(3)上的长度，
其中所述透镜架部件(2a，b，c)中的一个透镜架部件是具有贯通开口(5c)的管形体(2c)，所述贯通开口使得能够将所述透镜架部件(2c)推动到所述激光器的壳体(21)上，并且所述透镜架部件(2c)在所述透镜(31)的位置校准前移动到所述壳体(21)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中由透镜架部件(2a，b，c)的倾斜的端侧和所述传播方向(3)所围成的最小角度最小为60°并且最大为89.5°。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述透镜架部件(2a，b，c)的可相对定位性借助连接所述透镜架部件(2a，b，c)的接合连接部(34)来阻止。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法借助用于安装的引导设备进行，其中所述透镜架部件(2a，b，c)在长度调节期间仅通过所述引导设备相互连接并且在建立所述接合连接部(34)之后移除所述引导设备。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述透镜架部件(2a，b，c)中的一个透镜架部件借助接合连接部(34)固定在所述激光器的壳体(21)上。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述透镜架部件中的第一透镜架部件(2b，c)相对于所述激光器固定在其位置中并且为了长度调节而相对于所述第一透镜架部件(2b，c)并且相对于所述激光器定位另外的透镜架部件。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中为所述透镜(31)在透镜架部件(2a)的与倾斜的端侧相反的端侧上设有贴靠部并且所述透镜(31)在垂直于所述传播方向(3)的位置校准之后借助接合连接部(32)固定在所述贴靠部上。
8.根据权利要求7所述的方法，其中对所述透镜(31)随后连同透镜架部件(2a)一起沿着所述传播方向(3)进行位置校准并且所述透镜架部件(2a，b，c)的可相对定位性通过连接所述透镜架部件(2a，b，c)的接合连接部(34)来阻止。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述透镜架部件(2a，b，c)借助其倾斜于所述传播方向(3)定向的端侧直接地相互贴靠。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中透镜架部件(2a，b，c)的倾斜于所述传播方向(3)伸展的端侧构成为平坦的。
11.一种激光设备，所述激光设备具有：
设计成用于发射激光束的激光器，
相对于所述激光器校准位置的透镜(31)，和
透镜架(2)，所述透镜架(2)由在传播方向(3)上彼此跟随的至少两个部件(2a，b，c)组成，所述部件(2a，b，c)中的至少两个透镜架部件(2a，b，c)分别具有倾斜于所述传播方向(3)定向的端侧并且所述透镜架部件(2a，b，c)以其倾斜于所述传播方向(33)定向的端侧相互贴靠，
其中所述透镜架部件(2a，b，c)中的一个透镜架部件是具有贯通开口(5c)的管形体(2c)，所述贯通开口使得能够将所述透镜架部件(2c)推动到所述激光器的壳体(21)上，并且所述透镜架部件(2c)在所述透镜(31)的位置校准前移动到所述壳体(21)上。
12.根据权利要求11所述的激光设备，所述激光设备通过根据权利要求1至10之一所述的方法来制造。
13.一种激光器RGB模块，所述激光器RGB模块具有根据权利要求11或12所述的激光设备。
14.一种将根据权利要求11或12所述的激光设备或根据权利要求13所述的激光器RGB模块作为投影仪的一部分的应用。
15.根据权利要求14所述的应用，其中所述投影仪是便携式投影仪。
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