DE10152219C1 - Positioinieren eines exzentrisch gehalterten optischen Bauelements - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Positionieren eines Gegenstands (8), mit einem Halter (2), der eine Halteschale (10) aufweist, in die der Gegenstand (8) in radialer Richtung einlegbar ist, wobei eine Dreheinrichtung (13) vorgesehen ist, die bei in die Halteschale (10) eingelegtem Gegenstand (8) mit dem Gegenstand (8) zusammenwirkt und eine Drehverstellung des Gegenstands (8) um dessen Längsachse (9) relativ zur Halteschale (10) ermöglicht.

Description

Das Positionieren eines optischen Bauelements kommt beispielsweise beim Zusammenbau optischer Baugruppen, zum Beispiel eines Lasermoduls, zum Einsatz. Bei derartigen Bauteilen müssen einzelne, lichtführende Komponenten mit hoher Präzision relativ zueinander ausgerichtet bzw. positioniert werden. Dabei müssen bestimmte Komponenten, insbesondere wenn sie einen kreiszylindrischen Körper besitzen, zum Erreichen der für sie vorbestimmten Ausrichtung drehend positioniert werden. Optische Bauteile, die auf diese Weise positioniert werden, sind beispielsweise Linsen, Prismen oder Filter, insbesondere Polarisationsfilter. Diese Bauteile sind dazu in einer Halterung gehaltert, die in der vorgenannten Weise drehend positionierbar ist.

US-A-5,561,564 beschreibt einen Linsenantrieb, und JP-A-01096612 zeigt eine Haltevorrichtung für anamorphe optische Elemente. Aus DE-A-19 43 284 ist eine Vorrichtung zur Justierung optischer Baugruppen bekannt.

Um den jeweiligen Gegenstand bzw. die jeweilige Halterung bezüglich ihrer Längsachse drehend zu positionieren, ist ein relativ hoher apparativer Aufwand erforderlich, wenn besonders hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung gestellt werden. Beispielsweise ist es für die präzise Ausrichtung einer optischen Linse bei einem Lasermodul erforderlich, die Linsenhalterung mit einer Genauigkeit von weniger als 1 µm zu positionieren. Die Genauigkeit der erzielbaren Positionierung hängt unter anderem vom Eigengewicht der zum Positionieren und Haltern des Gegenstands verwendeten Komponenten und von deren Elastizitäten ab.

JP-A-61-32015 beschreibt die Feinjustierung eines Lasers mit einer exzentrisch in einem Halter gelagerten Linse durch Rotieren des Halters mittels eines Gewindes.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Positionierung exzentrisch gehalterter optischer Bauelemente zu verbessern. Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, für die Drehverstellung eines exzentrisch gehalterten optischen Bauelements, im Folgenden der Einfachheit halber auch als "Gegenstand" bezeichnet, der vorzugsweise in einem Halter gehaltertert wird, eine Dreheinrichtung vorzusehen, die eine Drehverstellung relativ zum Halter ermöglicht. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Positioniervorrichtung wird somit der Gegenstand innerhalb einer Halteschale des Halters gedreht, während der Halter und ein gegebenenfalls damit verbundener Haltearm demgegenüber ortsfest bleiben. Diese Vorgehensweise ermöglicht für die Dreheinrichtung eine extreme Leichtbauweise, da nicht der Halter mit daran gehaltertem Gegenstand bzw. der Haltearm mit Halter und Gegenstand verdreht werden müssen, sondern nur der relativ kleine und somit vergleichsweise leichte Gegenstand. Durch die so ermöglichten Gewichtseinsparungen kann der Halter einschließlich der Dreheinrichtung bzw. der komplette Haltearm extrem leichter ausgebildet werden, so dass Ungenauigkeiten aufgrund des Eigengewichts und der Elastizitätswerte reduziert werden können.

Erfindungsgemäß wirkt die Dreheinrichtung direkt mit dem zu positionierenden Gegenstand zusammen, so dass ein Bestandteil der Dreheinrichtung, nämlich die jeweilige Antriebskomponente, unmittelbar am Gegenstand selbst ausgebildet ist. Hierdurch wird der apparative Aufwand am Halter sehr gering, wodurch insbesondere Gewicht gespart werden kann. In den zu positionierenden Gegenstand wird somit eine Zusatzfunktion integriert, in dem die jeweilige Antriebskomponente an diesem Gegenstand ausgebildet ist.

Auch die Halteschale besitzt hier eine Doppelfunktion, da sich der zu positionierende Gegenstand bei seiner Drehverstellung in der Halteschale dreht, so dass diese als Drehlager für den Gegenstand dient.

Bei einer Ausführungsform kann die erste Antriebskomponente durch einen Stift gebildet sein, der sich vorzugsweise parallel und exzentrisch zu einer Drehachse erstreckt, die quer zur Längsachse der Halteschale verläuft, wobei die erste Antriebskomponente mit dem Drehantrieb vorzugsweise um diese Drehachse drehverstellbar ist und wobei die zweite Antriebskomponente durch eine Aussparung gebildet ist, die vorzugsweise am Außenmantel des Gegenstands ausgebildet ist und in die der Stift hineinragt. Durch eine Drehverstellung des Stifts um die genannte Drehachse nimmt dieser über die Aussparung den Gegenstand mit, und treibt diesen in Umfangsrichtung an, wodurch sich der Gegenstand um seine Längsachse dreht. Diese Ausführungsform lässt sich besonders preiswert realisieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht auf einen Halter der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Entsprechend Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung 1 einen Halter 2 auf, der hier entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform an einem Haltearm 3 angebracht ist. Der Haltearm 3 ist an einer Konsole 4 um eine Schwenkachse 5 schwenkverstellbar gelagert. Die Konsole 4 kann ihrerseits in einer X-Z-Ebene verstellbar gelagert sein, wobei hier diese Verstellbarkeit lediglich durch Pfeile X und Z symbolisiert ist. Die Schwenkachse 5 verläuft parallel zur X-Z-Ebene. Der Haltearm 3 ist um seine Schwenkachse 5 zwischen einer in Fig. 1 gezeigten Arbeitsstellung und einer Be- und Entladestellung verschwenkbar, in welcher der Halter 2 im Hinblick auf die Darstellung gemäß Fig. 1 nach oben und hinten weggeschwenkt ist. In der Be- und Entladestellung des Haltearms 3 kann ein Werkstück 6 auf einem Arbeitstisch 7 plaziert bzw. von diesem entfernt werden. Zweckmäßig erstreckt sich dieser Arbeitstisch 7 parallel zur X-Z-Ebene. Auf diesem Werkstück 6 soll mit Hilfe der Positioniervorrichtung 1 ein Gegenstand 8 in einer vorbestimmten Weise positioniert werden. Hierzu wird der Haltearm 3 mit daran gehaltertem Gegenstand 8 in die Arbeitsstellung verschwenkt, in der sich der Gegenstand 8 zumindest in der Nähe der für ihn vorgesehenen Position am Werkstück 6 befindet. Sobald die gewünschte Positionierung für den Gegenstand 8 erreicht ist, kann der Gegenstand 8 am Werkstück 6 fixiert werden, zum Beispiel durch Verklebung.

Entsprechend den Fig. 1 und 2 ist der zu positionierende Gegensand 8 z. B. kreiszylinderförmig ausgebildet und weist eine Längsachse 9 auf. Unter einem kreiszylindrischen Körper wird hierbei ein zylindrischer Körper mit kreisförmigem Querschnitt verstanden. Zum Haltern dieses Gegenstands 8 weist der Halter 2 eine Halteschale 10 auf, die zweckmäßig kreiszylindersegmentförmig ausgestaltet ist und deren Radius vorzugsweise etwa dem Radius des Gegenstands 8 entspricht. Diese Formgebung hat zur Folge, dass bei in die Halteschale 10 eingelegtem Gegenstand 8 zum einen die Längsachse 9 des Gegenstands 8 mit der Längsachse 11 der Halteschale 10 zusammenfällt und zum anderen der Gegenstand 8 großflächig an der Halteschale 10 anliegt.

Es ist klar, daß grundsätzlich auch beliebige andere Formgebungen für den Gegenstand 8 und die Halteschale 10 möglich sind, solange diese Formgebungen in ihrer Kombination eine Drehverstellung des Gegenstands 8 relativ zur Halteschale 10 ermöglichen. Beispielsweise kann die Halteschale 10 auch durch eine V-Nut gebildet sein; ebenso kann der Gegenstand 8 eine andere Zylinderform, z. B. eine spiegelzylindrische oder eliptische Form aufweisen. Auch bei einem sternförmigen Querschnitt könnte der Gegenstand 8 in einer zylindrischen bzw. kreiszylindrischen Halteschale 10 mit entsprechendem Radius drehbar gelagert sein.

Der Gegenstand 8 ist dementsprechend in radialer Richtung, also quer zur Längsachse 11 der Halteschale 10 in die Halteschale 10 einlegbar. Die Halteschale 10 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Gegenstands 8 über einen möglichst großen Bogen, der allerdings nicht größer als 180° ist. Die Halteschale 10 ist dabei so am Halter 2 bzw. am Haltearm 3 angeordnet, daß ihre Längsachse 11 parallel zur Schwenkachse 5 des Haltearms 3 verläuft. Hierdurch wird gewährleistet, daß auch die Längsachse 9 des in die Halteschale 10 eingelegten Gegenstands 8 parallel zu dieser Schwenkachse 5 und dadurch insbesondere auch parallel zum Arbeitstisch 7 bzw. zur X-Z-Ebene verläuft.

Damit der Gegenstand 8 in der Halteschale 10 gehalten werden kann, ist die Halteschale 10 über eine Saugleitung 12, die im Inneren des Halters 2 verläuft, an ihrer Oberfläche mit einem Unterdruck beaufschlagbar. Der im Halter 2 ausgebildete Abschnitt der Saugleitung 12 wird durch einen im Haltearm 3 ausgebildeten Abschnitt verlängert und kann durch einen nicht gezeigten Schlauch oder dergleichen an eine entsprechende Saugeinrichtung angeschlossen sein. Bei in die Halteschale 10 eingelegtem Gegenstand 8 bewirkt der anliegende Unterdruck eine Haftung des Gegenstands 8 an der Halteschale 10.

Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung 1 weist außerdem eine Dreheinrichtung 13 auf, mit deren Hilfe der in die Halteschale 10 eingelegte Gegenstand 8 um seine Längsachse 9 relativ zur Halteschale 10 drehend verstellbar ist, um so die Drehlage des Gegenstands 8 zu positionieren. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß die Dreheinrichtung 13 den Gegenstand 8 zu seiner Drehverstellung direkt antreibt. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform weist die Dreheinrichtung 13 einen Drehantrieb 14 auf, der am Halter 2 gelagert ist und im wesentlichen durch einen geraden Drehstab gebildet ist. Dieser Drehstab erstreckt sich entlang des Halters 2, wobei am Halter 2 außerdem eine schalenförmige Vertiefung 15 ausgebildet sein kann, in der sich der Drehstab erstreckt und die eine geführte Lagerung des Drehstabs am Halter 2 ermöglicht. Entsprechend Fig. 1 ist der Drehstab so angeordnet, daß er außerdem den Haltearm 3 durchdringt. Dementsprechend kann der Drehstab bzw. die Dreheinrichtung 13 am Haltearm 3 gelagert sein. An seinem von der Halteschale 10 entfernten Ende kann der Drehstab um seine Längsachse 16 drehend angetrieben werden. Die Längsachse 16 des Drehstabs erstreckt sich dabei quer zur Längsachse 11 der Halteschale 10 und kann diese schneiden. Ein Anwender der Positioniervorrichtung 1 kann entweder direkt am Drehstab oder indirekt über ein nicht gezeigtes, ins Langsame übersetzende Getriebe am Drehstab angreifen. Ebenso kann ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen sein.

Die Dreheinrichtung 13 umfasst außerdem eine erste Antriebskomponente, die hier durch einen Stift 17 gebildet ist. Dieser Stift 17 ist an dem der Halteschale 10 zugeordneten Ende des Drehstabs axial vorstehend ausgebildet, wobei sich der Stift 17 parallel und exzentrisch zur Längsachse 16 des Drehstabs erstreckt. Dementsprechend führt der Stift 17 bei einer Drehbewegung des Drehstabs eine kreisförmige Drehung um die Längsachse 16 des Drehstabs aus. Die Dreheinrichtung 13 weist des weiteren eine zweite Antriebskomponente 18 auf, die am Gegenstand 8 und komplementär zur ersten Antriebskomponenete 17 ausgebildet ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die zweite Antriebskomponente durch einen Rücksprung in Form einer Aussparung 18 gebildet, die am Außenmantel des Gegenstands 8 eingebracht ist. Bei in die Halteschale 10 eingelegtem Gegenstand 8 dringt der Stift 17 in diese Aussparung 18 ein, so dass die beiden Antriebskomponenten 17 und 18 in ein Eingriff stehen. Bei einer Drehverstellung des Drehstabs 14 erzwingt der Stift 17 durch seinen Formschluss mit der Berandung der Aussparung 18 eine Drehverstellung des Gegenstands 8 um dessen Längsachse 9. Hierbei dient die Halteschale 10 als Lager für den Gegenstand 8, wobei die mit Unterdruck erzeugte Haftung des Gegenstands 8 in der Halteschale 10 die Drehverstellung des Gegenstands 8 relativ zur Halteschale 10 ermöglicht. Der Winkelbereich, in dem eine Drehpositionierung des Gegenstands 8 durchführbar ist, ist bei dieser Ausführungsform der Dreheinrichtung 13 begrenzt. Um den Einstellbereich zu vergrößern bzw. um einen zweiten Einstellbereich vorzusehen, kann der Gegenstand 8 wie bei der hier gezeigten Ausführungsform wenigstens zwei Aussparungen 18 aufweisen, die bezüglich des Umfangs des Gegenstands 8 an verschiedenen Stellen angeordnet sind.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist die zweite Antriebskomponente bzw. die Aussparung 18 in einem axialen Endabschnitt 19 des Gegenstands 8 ausgebildet, wobei dieser Endabschnitt 19 bei in die Halteschale 10 eingelegtem Gegenstand 8 in Richtung der zusammenfallenden Längsachsen 9, 11 über die Halteschale 10 vorsteht. Durch diese Bauweise erfolgt die Drehkopplung seitlich der Halteschale 10, wodurch der Eingriff der miteinander zusammenwirkenden Antriebskomponenten 17, 18 relativ gut einsehbar ist, was beim Einlegen des Gegenstands 8 in die Halteschale 10 das Einfädeln des Stifts 17 in die Aussparung 18 vereinfacht.

Zweckmäßig sind die beiden hier gezeigten Aussparungen 18 so geformt, daß jeweils ihre Berandung zwei einander gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die parallel zur Längsachse 9 bzw. zur Drehachse des Gegenstands 8 verlaufen. Zweckmäßig erstrecken sich die Aussparungen 18 jeweils bis zu einem axialen Ende des Gegenstands 8, wobei die Aussparungen 18 dort in axialer Richtung offen enden. Diese Bauweise vereinfacht die Einführung des Stifts 17 beim Einlegen des Gegenstands 8 in die Halteschale 10.

Der Gegenstand 8 ist bei einer bevorzugten Anwendungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 1 als Halterung für ein optisches Bauteil, wie z. B. eine Linse, ein Prisma oder ein Filter, ausgebildet. Dieses Bauteil, z. B. eine Linse, ist exzentrisch im als Halterung ausgebildeten Gegenstand 8 gehaltert, das heißt, eine optische Achse bzw. eine Mittelachse des Bauteils besitzt einen Abstand von der Längsachse 9 des Gegenstands 8. Durch eine Drehverstellung des Gegenstands 8 bzw. der Linsen-Halterung 8 kann die Achse der Linse bezüglich einer senkrecht zur X-Z-Ebene verlaufenden Y-Richtung (vgl. Fig. 1) positioniert werden.

Bei einer bevorzugten Anwendungsform handelt es sich beim Werkstück 6 um ein Lasermodul, das z. B. mit Hilfe einer Laserdiode einen Laserstrahl 24 (vgl. Fig. 1) erzeugt, der mit Hilfe einer Linse in einer gewünschten Richtung und Parallelität aus dem Lasermodul austreten soll. Diese Linse ist dabei im Gegenstand 8 gehaltert und muß im X-Y-Z-Raum positioniert werden, wobei die Positionierung der im Gegenstand 8 exzentrisch gehalterten Linse in Y-Richtung durch die Drehverstellung des Gegenstands 8 erfolgt.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Positionieren eines optischen Bauelements wobei:
das optische Bauelement in einer Halterung (8) exzentrisch gehaltert ist,
die Halterung (8) an einer Stelle als erste Antriebskomponente ausgebildet ist,
die Halterung in eine Positioniervorrichtung eingebracht ist,
die Positioniervorrichtung eine Dreheinrichtung (13) mit einem Drehantrieb (14), der eine zweite Antriebskomponente hat, aufweist,
die zweite Antriebskomponente komplementär zur ersten Antriebskomponente ausgebildet ist und bei Gebrauch mit der ersten Antriebskomponente in Eingriff steht um durch eine Drehverstellung die Halterung (8) zu drehen und damit das optische Bauelement (22) zu positionieren,
entweder die erste Antriebskomponente oder die zweite Antriebskomponente einen Stift (17) aufweist und die jeweils andere Antriebskomponente durch eine Aussparung (18) ausgeführt ist, in die der Stift (17) hineinragt.

2. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stift an der zweiten Antriebskomponente und die Aussparung (18) in der Halterung (8) ausgebildet ist.

3. Positioniervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Stift (17) sich parallel und exzentrisch zur Drehachse (16) der zweiten Antriebskomponente erstreckt.

4. Positioniervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Drehantrieb (14) an einem Halter (2) der Positioniervorrichtung gelagert ist.

5. Positioniervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Drehantrieb (14) um seine Längsachse (16) drehbar am Halter (2) gelagert ist.

6. Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Drehantrieb (14) einen Drehstab aufweist, der um die Drehachse (16) drehverstellbar ist.

7. Positioniervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Stift (17) an einem Ende des Drehstabs ausgebildet ist und davon parallel sowie exzentrisch zur Längsachse (16) des Drehstabs absteht.

8. Positioniervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Halter (2), der eine Halteschale (10) aufweist, in die die Halterung (8) einlegbar ist.

9. Positioniervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bauelement (8) in Axialrichtung einen axialen Endabschnitt (19) aufweist, in dem die erste Antriebskomponente (18; 18'; 18") des Bauelements (8) angeordnet ist.

10. Positioniervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Halter (2) an einem Haltearm (3) angebracht ist, der um eine Schwenkachse (5) schwenkbar gelagert ist, die parallel zur Längsachse (11) der Halteschale (10) verläuft.

11. Positioniervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Dreheinrichtung (13) zumindest teilweise am Haltearm (3) gehaltert ist.

12. Positioniervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bauelement (8) zumindest eines aus einer Gruppe von Linse, Prisma und Filter aufweist.

13. Halterung (8) für ein optisches Bauelement, wobei:
das optische Bauelement in der Halterung (8) exzentrisch gehaltert ist,
die Halterung an einer Stelle als erste Antriebskomponente ausgebildet ist und für einen Eingriff durch eine zweite Antriebskomponente einer Dreheinrichtung (13) einer Positioniervorrichtung angepasst ist, um durch eine Drehverstellung der Halterung (8) das optische Bauelement zu positionieren,
die zweite Antriebskomponente komplementär zu der ersten Antriebskomponente ausgebildet ist und bei Gebrauch mit der ersten Antriebskomponente in Eingriff steht,
entweder die erste Antriebskomponente oder die zweite Antriebskomponente einen Stift (17) aufweist und die jeweils andere Antriebskomponente durch eine Aussparung (18) ausgeführt ist, in die der Stift (17) hineinragt.

14. Halterung nach Anspruch 13, wobei die Aussparung (18) an der Halterung (8) ausgeführt ist.

15. Halterung nach Anspruch 14, wobei die Aussparung (18) zwei Seitenwände aufweist, die einander gegenüber liegen und parallel zu einer Drehachse der Halterung (8) verlaufen.

16. Halterung nach Anspruch 14 oder 15, wobei sich die Aussparung (18) bis zu einem axialen Ende der Halterung (8) erstreckt und dort axial offen endet.

17. Halterung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das optische Bauelement eine optische Achse aufweist, die parallel zur Drehachse der Halterung (8) verläuft und das optische Bauteil hinsichtlich seiner optischen Achse exzentrisch zur Drehachse der Halterung (8) an der Halterung (8) gehaltert ist.

18. Halterung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die erste Antriebskomponente an oder in einem axialen Endabschnitt (19) der Halterung (8) ausgebildet ist.

19. Verfahren zum Positionieren eines optischen Bauelements, das in einer Halterung (8) exzentrisch gehaltert ist, mit den Schritten:

• - Einlegen der Halterung (8) in eine Positioniervorrichtung;
• - Eingreifen einer Dreheinrichtung (13) der Positioniervorrichtung in eine an der Halterung (8) ausgebildete erste Antriebskomponente, wobei:
  die Dreheinrichtung (13) einen Drehantrieb (14) mit einer ersten Antriebskomponente aufweist,
  die Halterung (8) an einer Stelle als erste Antriebskomponente ausgebildet ist, die komplementär zu der zweiten Antriebskomponente ausgebildet ist und in Anwendung mit der zweiten Antriebskomponente in Eingriff steht, und
  entweder die erste Antriebskomponente oder die zweite Antriebskomponente ein Stift (17) ist und die jeweils andere Antriebskomponente eine Aussparung (18) ist, in die der Stift (17) hineinragt; und
• - Drehverstellung der Halterung (8) in der Positioniervorrichtung mittels der Dreheinrichtung (13) um das optische Bauelement zu positionieren.