DD264771A5 - Optisches system - Google Patents

Abstract

Optisches System mit einem koecherfoermigen Hohlkoerper dreieckigen Querschnitts, der mit drei sich aneinander anschliessenden verformbaren Seitenwaenden versehen ist und mit mindestens einem optischen Element. Das optische Element ist innerhalb des Koerpers an einer definierten Stelle und in einer definierten Lage durch feste oertliche Befestigungen an jeder der Seitenwaende spielfrei befestigt. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System mit Festhaltemitteln und mindestens einem von diesen Mitteln festgehaltenen optischen System.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ein derartiges System ist aus der französischen Patentschrift Nr.430561 bekannt. Das bekannte optische System soll in Projektionsgeräten verwendet werden und weist zwei optische Linsen sowie drei zwischen einem Innen- und einem Außenring eingeklemmte Blattfedern auf. Die Blattfedern sind mit hakenförmigen Enden versehen, die den Umfangsrand der Linsen umgreifen, um die Linsen in ihrer gegenseitigen Lage zu halten.

Ein Nachteil des bekannten Systems ist, daß zum Festhalten der Linsen eine Vielzahl von Einzelteilen erforderlich sind, die gegeneinander ausgerichtet aneinander befestigt werden müssen. Weiterhin sei bemerkt, daß die Linsen kraftschlüssig in ihrer Lage gehalten werden, wobei die Federkraft der Blattfedern und die Reibung zwischen den Blattfedern und den Linsen eine wesentliche Rolle spielen. Eine derartige Konstruktion weist don Nachteil auf, daß infolge der auftretenden Reibung eine bestimmte Ungewissheit besteht. Diese Ungewissheit, die von Experten auch als „virtueller Spielraum" bezeichnet wird, macht die bekannte Konsttuktion ungeeignet dazu, optische Elemente mit einer im Submikronbereich liegenden Genauigkeit an eir.om vorbestimmten Platz und in einer vorbestimmten Lage festzuhalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgespannten Nachteile weitgehend zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System der eingangs erwähnten Art zu schaffen, be dem das optische Element mit einer minimalen Anzahl von Einzelteilen, aber mit äußerster Präzision an einem definierten Platz und in einer definierten Lage befestigt ist, und welches eine große mechanische Stabilität aufweist.

Die Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, daß die Festhaltamittel einen köcherförmigen Hohlkörper dreieckigen Querschnittes aufweist, der mit drei sich aneinander anschließenden verformbaren Seitenwänden versehen ist, wobei das optische Element innerhalb des Körpers an einem definiorten Platz und in einer definierten Lage durch feste örtliche Befestigungen spielfrei an jeder der Seitenwände befestigt ist.

Die Befestigungen können auf an sich bekannte Art und Weise hergestellt sein, beispielsweise durch Verwendung von Klebstoff oder durch Anwendung von Laserschweißen oder Thermokompression.

Die Verwendung des köcherförmigen Körpers dreieckigen Querschnitts als Festhaltemittel bietet den Vorteil, daß ohne zusätzliche Maßnahmen eine große Torsionssteifigkeit erreichbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß der köcherförmige Körper zusammen mit den festen Befestigungen eine außergewöhnlich große Genauigkeit gewährt. Das optische Element ist nämlich auf mechanisch völlig bestimmte Art und Weise in dem optischen System befestigt, wobei die Befestigung wegen fehlender Reibung hysteresefrei ist. Außerdem haben Temperaturschwankungen keinen nennenswerten Einfluß auf die fixierte Lage des optischen Elementes. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Systems schnell und wirtschaftlich erfolgen kann, und zwar wegen der geringen Anzahl erforderlicher Einzelteile, was selbstverständlich die Fertigungskosten günstig beeinflußt.

Das optische System nach der Erfindung eignet sich durchaus zum Gebrauch in optischen Systemen, in denen Genauigkeiten in der Größenordnung von einigen Zehnteln μσι erforderlich sind. Derartige Systeme lassen sich beispielsweise in optischen Plattenspielern, wie Laser-Vision-Abspielgeräten oder in Compact-Disc-Geräten finden, in denen optische Elemente als Linsen und Halbleiterlaser verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß es aus der GB-PS 1556476 bekannt ist, optische Fasern demontierbar miteinander zu kuppeln, indem eines der Enden jeder Faser in ein verformbares von einem hydrostatischen Medium umgebenes hohles prismatisches Element gesteckt wird. Der von dem hydrostatischen Medium ausgeübte allseitige Druck auf das prismatische Element verformt die Wände des prismatischen Elementes derart, daß diese die genannten Faserenden festklemmen. Diese bekennte Konstruktion weist gegenüber dem erfindungsgemäßen optischen System eine Anzahl Nachtoile auf. Einer der Nachteile ist, daß die sich schließlich ergebende Endlage der festgeklemmten Faserenden durch dio aufgetretene Verformung des prismatischen Elementes und die Maßgenauigkeit dor Faserenden bestimmt wird. Bei dem erfindungsgemäßen optischen System kann das optische) Element in einer vorbestimmten Lage genau fixiert werden und die Maßgenauigkeit des optischen Elementes ist nicht von wesentlicher Bedeutung, bin weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion ist die auf Reibung gründende Befestigung, wodurch auch in dieser bekannten Konstruktion der bereits genannte virtuelle Spielraum auftritt. Ein noch anderer Nachteil ist weiterhin die Notwendigkeit des Vorhandenseins des hydrostatischen Mediums, was die Konstruktion kompliziert und daher für viele Anwendungsbereiche ungeeignet macht.

Eine bevorzugte Ausführungsform des orfindungsgemäßen Systems, wobei ein großer Ausrichtbereich möglich ist, weist das Kennzeichen auf, daß der köcherförmiga Hohlkörper durch eine dünnwandige dreieckige Röhre gebildet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei dor das optische System einen kreisrunden Querschnitt aufweist, weist das Kennzeichen auf, daß das optische Element an der Stelle des kreisrunden Querschnitts einen Durchmesser hat, der größer ist als der des Inkreises der Röhre in nicht verformtem Zustand. Dieses Systerr. bietet einen fertigungstechnischen Vorteil, weil dfb optische Element während der Fertigung bei seiner Ausrichtung gegenüber der dreieckigen Röhre mit jeder der drei Seitenwände der Röhre nach wie vor m Kontakt ist, wodurch die Herstellung der Befestigung zwischen dem optischen Element und den Seitenwänden erleichtert wird.

Eine andere günstige Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß die Befestigungen wenigstens nahezu punktförmige Kontaktstellen zwischen dem optischen Element und den Seitenwänden des genannten Körpers bilden. Empirisch hat es sich herausgestellt, daß punktförmige Kontaktstellen die besten Resultate ergeben.

Eine andere günstige Ausführungsfoi m, bei der es nebst dem genannten optischen Element mindestens noch ein zweites Element gibt, weist das Kennzeichen auf, daß das zweite Element auf ähnliche Weise wie das optische Element in dem Körper befestigt ist, wobei jedes der Elemente eine gegenüber dem anderen Element ausgerichtete Lage einnimmt. Auf diese Weise wird ein optisches System erhalten, in dem zwei oder mehrere Elemente mit großer Genauigkeit einander gegenüber befestigt

^rine alternative Ausführungsform, dia sich insbesondere dazu eignet, optische Elemente unterschiedlichen Durchmessers gegeneinander auszurichten und einander zu befestigen, weist das Kennzeichen auf, daß der Körper durch einen dünnwandigen Teil der prismatischen Röhre gebildet: ist.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine optische Struktur, die aus mindestens zwei optischen Systemen nach der Erfindung aufgebaut ist.

Ausführunssbeispfel

Ausführungsbeispielo der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt gemäß der Linie I -I in Fig. 2 durch eine Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung;

Fig. 2: einen Schnitt gemäß der Linie H-Il in Fig. 1;

Fig. 3: eine perspektivische Ansicht (liner zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems und

Fig.4: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen optischen Struktur.

Dio in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform weist als optische Elemente eine optische Linse 1 und eine Losereinheit 3 auf. Die Lasereinheit 3 weist einen Diodenlaser 5, einen Kühlblock 7 und eine Grundplatte 9 mit einem zylinderförmigen Wandteil 9 A auf. Die Lasereinheit 3, die eine optische Achse 3 A hat, und die Linse 1 weisen den gleichen Außendurchmesser auf und sind mittels einer dünnwandigen dreieckigen Stahlröhre 11 in einem bestimmten Abstand und in einer definierten Lage zueinander befestigt. Wegen des dreieckigen Querschnittes hat die Röhre 11 eine große Drehsteifigkeit, während die dünnen Seitenwände 11A, 11B und 11C der Röhre sich mehr oder weniger wie Blattfedern verhalten, wodurch beschränkte Seitwärtsverformungen der Seitenwände möglich sind. Dieso Verformungsmöglichkeit kann bei der Herstellung des optischen Systems zur gegenseitigen Positionierung der optischen Elemente benutzt worden. Vorzugsweise hat die Röhre 11 dazu einen Inkreis, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als de- Außendurchmesser der optischen Elemente.

In der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist die Linse an drei Stellen in der Röhre 11 befestigt, woboi zwischen der Linse 1 und den Seitenwänden 11A, 11B und 11C an den Kontaktstellen 13 A, 13 B bzw. 13C etwas UV-härtender Leim 15 angebracht ist. Die Lasereinheit 3 ist mittels >!ner Laserschweißstelle 17 an jeder der Seitenwände 11A, 11B und 11C befestigt, wobei in den Figuren nur eine dieser Stellen. ichtbar ist.

Messungen haben gezeigt, daß in dem auf die obenstehend beschriebene Art und Weise aufgebauten optischen System die optischen Elemente derart genau einander gegenüber befestigt sind, daß der Winkel zwischen cl9^r optischen Achse 3A und der mechanischen Achse der Konstruktion kleiner ist also 1 mrad und daß die thermische U.istabiliiät des optischen Systems kleiner ist also 0,03 mrad in einem Temperaturbereich von 20⁰C bis 6O⁰C. Das optische System ist in diesem Beispiel mit einem Gehäuse 19 versehen, um zu vermeiden, daß die genaue gegenseitige Lage der Linse 1 und des Lasers 5 durch Stöße gestört wird. Die Ausführungsform nach Fig. 3 weist zwei fluchtend aufgestellte optische Linsen 21 und 23 unterschiedlichen Durchmessers auf, sowie einen dünnwandigen Teil 25 prismatischer Form. Der Teil 25 hat drei sich aneinander anschließende Suitenwände 25A, 25B und 25C, an denen die Linsen 21 und 23 mittels geringer Klebstoffmengen 27 befestigt sind. Die in Fig.4 dargestellte optische Struktur nach der Erfindung ist aus zwei optischen Systemen 31 und 33 nach der Erfindung aufgebaut, in denen optische Elemente befestigt sind, und zwar auf eine Art und Weise, die der aus den vorherigen Figuren entspricht. Das optische System 31 weist eine dreieckige Röhre 35 sowie eine Linse 37, einen Halbleiterlaser 39 und einen Teilspiegel 41 auf. Das optische System 33 weist eine dreiockige Röhre 43 und einen Detektor 45 auf. Die beiden optischen Systeme 31 und 33 sind genau ausgerichtet aneinander befestigt, wobei zur Verstärkung der Konstruktion eine Platte 47 angebracht ist. Zur optischen Zusammenarbeit zwischen den Systemen 31 und 33 ist das optische System 31 mit einem Fenster 41 versehen, das in der dem System 33 zugewandten Seitenfläche 35 A vorgesehen ist. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele.

Claims (6)

1. Optisches System mit Festhaltemitteln und mindestens einem von diesen Mitteln festgehaltenen optischen System, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltemittel einen köcherförmigen Hohlkörper dreieckigen Querschnitts aufweisen, der mit drei sich aneinander anschließenden verformbaren Seitenwänden versehen ist, wobei das optische Element innerhalb des Körpers an einem definierten Platz und in einer definierten Lage durch feste örtliche Befestigungen spielfrei an jeder der Seitenwände befestigt ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch eine dünnwandige dreieckige Röhre gebildet ist.

3. System nach Anspruch 2, wobei das optische Element einen kreisrunden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element an der Stolle des kreisrunden Querschnitts einen Durchmesser hat, der größer ist als der des Inkreises der Röhre in nicht verformtem Zustand.

4. System nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungen wenigstens nahezu punktförmige Kontaktstellen zwischen dem optischen Element und den Seitonwänden des genannten Körpers bilden.

5. System nach Anspruch 1, wobei außer dem genannten optischen Element mindestens noch ein zweites Element vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element auf ähnliche Weise wie das optische Element in dem Körper befestigt ist, wobei jedes der Elemente eine gegenüber dem anderen Element ausgerichtete Lage einnimmt.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch einen dünnwandigen Teil einer prismatischen Röhre gebildet ist.