DE102004042023B4

DE102004042023B4 - Optische Baugruppe und Verfahren zu deren Montage

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Publication number: DE102004042023B4
Application number: DE200410042023
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Fischer Andreas; Dipl.-Ing. Schmidt Bernd
Original assignee: Jenoptik Polymer Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Polymer Systems GmbH
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2024-08-28
Also published as: DE102004042023A1

Abstract

Optische Baugruppe mit einer optischen Systemachse, aus mindestens zwei optischen Elementen bestehend, die über eine stoffschlüssige Verbindung zueinander fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der mindestens zwei optischen Elemente im Randbereich außerhalb eines freien Durchmessers der optischen Baugruppe in Richtung der optischen Systemachse ausgedehnte Erhebungen (6.1–6.3) aufweist, die entweder aus einem Material bestehen, das für eine Laserstrahlung absorbierend ist, wobei wenigstens eines der optischen Elemente aus einem für diese Laserstrahlung transparenten Material besteht, oder eine Absorptionsschicht auf die Erbhebungen (6.1–6.3) aufgetragen ist, welche für eine Laserstrahlung absorbierend ist, wobei das Material der optischen Elemente und der Erhebungen 6.1.–6.3 für diese Laserstrahlung transparent ist und die Verbindung eine Schweißverbindung ist, die über die Erhebungen 6.1–6.3 hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe bestehend aus wenigstens zwei optischen Elementen sowie ein Verfahren zur Montage dieser Baugruppe. Vorteilhafterweise können die optischen Elemente während des Verfahrens axial und lateral zueinander ausgerichtet werden.
Unter optischen Elementen sollen im Sinne der Erfindung alle optisch wirksamen Elemente verstanden werden, die an der Abbildung teilnehmen bzw. das Abbildungsstrahlenbündel beeinflussen und entweder Einzelelemente, wie z. B. Linsen, Prismen, Keile, Platten, Filter, Blenden und Fassungen sind oder als eine Teilbaugruppe aus diesen Einzelelementen gebildet werden.
Entscheidend für die Abbildungsqualität der Baugruppe ist, dass die optischen Achsen der abbildenden Elemente und die mechanischen Achsen der abbildungsbegrenzenden Elemente mit der Systemachse der Baugruppe zusammenfallen. Dies kann bei entsprechend engen Fertigungs- und Fügetoleranzen bereits in der Fügeposition erreicht werden oder durch eine Ausrichtung der optischen Elemente zueinander.
Die Möglichkeit des Ausrichtens ist insbesondere für Linsen von Interesse, deren optische Achse gegenüber ihrer mechanischen Achse lateral versetzt oder verkippt sein kann, charakterisiert durch Ablagen der Krümmungsmittelpunkte der optischen Flächen.
Die optisch abbildenden Elemente sind für das Abbildungsstrahlenbündel transparent, während die abbildungsbegrenzenden Elemente für das Abbildungsstrahlenbündel nicht transparent und in der Regel schwarz ausgeführt sind.
Bekannte Verfahren zur Montage von optischen Baugruppen laufen im Wesentlichen in folgenden Verfahrensschritten ab, wobei im Einzelfall die in Klammer stehenden Verfahrensschritte nicht zwingend erforderlich sind:

– Aufnehmen eines ersten optischen Elementes in eine gestellfeste Halterung
– Positionieren eines zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element
– (Erfassen der Relativlage des zweiten optischen Elementes zum ersten optischen Element)
– (Ausrichten des zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element, um eine gewünschte Relativlage einzustellen)
– Fixieren des zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element (nach Erreichen der gewünschten Relativlage)

Zur Montage einer optischen Baugruppe mit n optischen Elementen kann der beschriebene Montagezyklus n – 1-fach wiederholt werden, wobei die Verfahrensschritte „Erfassen” und „Ausrichten” dann nicht erforderlich sind, wenn die Fertigungs- und Fügetoleranzen der optischen Elemente hinreichend gering sind, so dass bereits eine ausreichende Abbildungsqualität erzielt wird, wenn die optischen Elemente in ihrer Fügeposition zueinander fixiert werden.
Der Stand der Technik zu vorliegender Erfindung wird insbesondere durch solche Lösungen bestimmt, bei denen der Verfahrensschritt des Fixierens ohne mechanische Hilfsmittel erfolgt und wenigstens ein laterales Ausrichten der optischen Elemente zueinander möglich ist. Unter dem lateralen Ausrichten wird sowohl ein radiales Verschieben der optischen Elemente zueinander verstanden, um deren in der Fügeposition parallel verlaufenden Achsen in Übereinstimmung zu bringen, als auch ein Verkippen um die sich in der Fügeposition schneidenden Achsen zu parallelisieren. Als axiales Ausrichten wird eine Verschiebung in axialer Richtung verstanden, um z. B. einen definierten Abstand der Brennpunkte zueinander einzustellen.
Ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Halterung und Lagefixierung einzelner optischer Linsen innerhalb eines optischen Systems ist in der japanischen Patentschrift JP 57-105707 A offenbart. Hier sind die Baugruppen an ihrer Peripherie mit Durchbrüchen für stabförmige Halterungen versehen, die parallel zur optischen Achse des Systems ausgerichtet sind. Die Linsen bzw. Linsenbaugruppen werden in funktionsgerechter Folge nacheinander auf die Halterungen aufgesteckt, dann auf den Halterungen axial in die Positionen verschoben, die ihrer Bestimmung innerhalb des optischen Systems entsprechen und dort fixiert.
Die Fixierung der Linsen in der axialen Sollposition ist in einer Ausgestaltungsvariante durch Reibschluss der Passung zwischen der Innenwandung der Durchbrüche und der Außenfläche der Halterungen vorgesehen. Ist diese Passung schwergängig genug, behalten die Linsen ihre Lage bei, wenn die in axialer Richtung wirkenden Kräfte die Reibkräfte nicht überwinden können.
Eine weitere Ausgestaltungsvariante beschreibt die Möglichkeit, jede Linsenbaugruppe in axialer Richtung gegen eine auf der kreisrunden Halterung vorgesehene Bundfläche zur Anlage zu bringen. Damit wird zwar eine höhere Funktionssicherheit beim Einwirken größerer Kräfte erreicht, jedoch ist mit der Vorfertigung der Bundfläche auch bereits die axiale Position der zugeordneten Linsenbaugruppe festgelegt, so dass enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen und zwar umso mehr, je mehr Linsenbaugruppen auf die Halterungen aufgereiht und gegen Bundflächen lagefixiert sind.
Als weitere Möglichkeit der axialen Abstandseinstellung zwischen den einzelnen Linsenbaugruppen wird in der vorgenannten Veröffentlichung vorgeschlagen, zwischen den einzelnen Linsenbaugruppen Abstandsbuchsen vorzusehen, die über die kreisrunden Halterungen geschoben sind. Auch hier besteht der Nachteil, dass die Genauigkeit der axialen Position der Linsenbaugruppen und damit die Güte des optischen Systems von mit Fertigungstoleranzen behafteten Vorfertigungsteilen, den Abstandsbuchsen, bestimmt ist. Außerdem ist nach dem Aufstecken auf die Halterungen eine Positionskorrektur in radialer Richtung nicht mehr möglich. Die Position in radialer Richtung bzw. die Genauigkeit der Überdeckung der optischen Achse der Linsenbaugruppe mit der optischen Achse des Systems wird mit dem Einbringen der Aussparungen in die Peripherie der Linsenbaugruppe und mit der Passungstoleranz zwischen Aussparung und Halterung bestimmt und ist nach dem Aufstecken der Linsenbaugruppe auf die Halterung nicht mehr korrigierbar.
Ein optisches System hoher Abbildungsqualität zu erreichen, allein über ein axiales Ausrichten bzw. über eine exakte axiale Anordnung, setzt voraus, dass die mechanischen Achsen der Linsen jeweils mit deren optischen Achsen zusammenfallen. Insbesondere bei im Spritzgussverfahren hergestellten Kunststofflinsen ist das technologisch bedingt kaum der Fall, d. h. die optische Achse, definiert durch die Verbindungslinie der Krümmungsmittelpunkte, fällt nicht mit der mechanischen Achse der Linse zusammen, so dass über ein genaues Einpassen der Linsen kein Ausrichten der optischen Achsen zur Systemachse möglich ist.
In der DD 206 591 B1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Justieren eines optischen Elementes beschrieben, bei der/dem eine Linse innerhalb einer mechanischen Fassung sowohl radial verschoben als auch verkippt werden kann. Zur radialen Verschiebung wird eine Aufnahme mit einer Ringschneide, auf der die Linse mit einer optisch wirksamen Fläche aufliegt, über 4 Verstellelemente auf einem Schwenklager in zwei Koordinaten verschoben. Das Schwenklager ist als kardanisches Lager ausgebildet und ermöglicht die Verkippung der Linse. Nachdem die optische Achse durch radiale Verschiebung und Verkippung in Koinzidenz mit der mechanischen Achse der mechanischen Fassung gebracht wurde, wird die Linse mittels bekannter chemischer Mittel lagefixiert. Neben dem hier beschriebenen kardanischen Prinzip ist es bekannt, optische Elemente mittels des Kalottenprinzips auszurichten.
Dieses Prinzip ist ebenfalls in der DD 206 591 B1 beschrieben, hier zum Ausrichten der mechanischen Achse der mechanischen Halterung zu einer vorgegebenen Bezugsachse.
Dazu ist die mechanische Fassung in einem Bauteil gehalten, an dessen unterem Ende eine Kalotte ausgebildet ist. Diese Kalotte ist mittels vier um 90° versetzte Verstellelemente 18 in einer Gegenkalotte eines weiteren Bauteils gelagert.
Sowohl das kardanische Prinzip, als auch das Kalottenprinzip verlangen einen hohen Material-, Fertigungs- und Montageaufwand. Der immer bei einer Relativbewegung zweier mechanischer Flächen zueinander auftretende Stick-Slip-Effekt beeinflusst die Genauigkeit der Justierung negativ. Zur Herstellung sehr kleiner Baugruppen sind beide Prinzipien nicht geeignet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine konstruktiv einfache Baugruppe, bestehend aus wenigstens zwei optischen Elementen, zu finden, deren Gewicht und Größe im Wesentlichen durch ihre optischen Elemente bestimmt wird und bei deren Herstellung die optischen Elemente aus ihrer Fügeposition zueinander radial und axial ausgerichtet werden können.
Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baugruppe zu finden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird für eine optische Baugruppe gemäß Anspruch 1 und für ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Sowohl für die optische Baugruppe als auch für das Verfahren ist es erfindungswesentlich, dass wenigstens eines der zwei optischen Elemente im Randbereich außerhalb des freien Durchmessers der Baugruppe in Achsrichtung ausgedehnte Erhebungen aufweist, auf denen das andere Element beim bestimmungsgemäßen Positionieren (in der Fügeposition) der optischen Elemente zueinander zur Anlage kommt.
Diese Erhebungen können bereits mit der Herstellung des betreffenden optischen Elementes ausgebildet werden oder aber nachträglich aufgebracht werden.
Damit die Erhebungen erfindungsgemäß als Schmelzverbindung funktionieren, müssen sie entweder aus einem, eine Laserstrahlung absorbierenden Material bestehen oder aber mit einer Absorptionshilfsschicht beschichtet sein, welche die Laserstrahlung absorbiert.
Vorteilhafterweise werden drei Erhebungen azimutal gleichmäßig im Randbereich verteilt vorgesehen. Sie sollen eine gleiche Form und Größe haben.
Die Dimensionierung der Erhebungen erfolgt in Kenntnis der Fertigungstoleranzen der optischen Elemente und der sich daraus ergebenden maximalen Justierwege, die zum Ausrichten erforderlich sind.
Insbesondere für einen ausreichenden axialen Justierweg bzw. ausreichenden Kippwinkel müssen die Erhebungen in Achsrichtung entsprechend ausgedehnt sein, um bei vollständigem Schmelzen der Erhebung die beiden optischen Elemente um diesen Justierweg bzw. Kippwinkel zueinander ausrichten zu können.
Falls keine Ausrichtung erforderlich ist, können die Erhebungen in ihrer axialen Ausdehnung flach gehalten werden. Die Schmelze muss lediglich ausreichen, damit die beiden optischen Elemente aneinander haften.
Sofern die optischen Elemente zueinander lediglich radial ausgerichtet werden sollen, kann die Einwirkung der Laserstrahlung, infolge derer die Erhebungen in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt werden, nach dem Ausrichten erfolgen.
Soll die Ausrichtung durch axiale Verschiebungen sowie Verkippungen der optischen Elemente zueinander erfolgen, ist das Einwirken der Laserstrahlung über den gesamten Ausrichtzyklus erforderlich. Der Schmelzweg kann durch eine gleichmäßige, oder unterschiedliche auf die Erhebungen einwirkende, axiale Krafteinwirkung sowie gleichmäßige oder unterschiedliche Strahlungseinwirkung gleichmäßig oder unterschiedlich ausgebildet werden, wodurch die optischen Elemente zueinander lateral oder axial verschoben bzw. verkippt werden können. Quasi zeitgleich mit Beendigung der Strahlungseinwirkung erstarrt die Schmelze im momentanen Zustand und die beiden optischen Elemente werden in der aktuellen Position zueinander miteinander fest verbunden.
Die Erfindung soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutet werden.
Hierzu zeigen
1a eine vorgefügte Baugruppe mit zwei Linsen
1b Draufsicht auf eine Linse der Baugruppe gemäß 1a
2 eine vorgefügte Baugruppe mit einer Linsenfassung und zwei Linsen
3a eine vorgefügte Baugruppe mit einem Prismenhalter und einem Prisma
3b der Prismenhalter der Baugruppe gemäß 3a in Seitenansicht
3c der Prismenhalter der Baugruppe gemäß 3a in Draufsicht
4 Prinzipskizze für eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
In einem ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden optischen Elemente, die zueinander ausgerichtet und fixiert werden sollen, eine erste Linse 1 und eine zweite Linse 2, wie in 1a vergrößert dargestellt. Beide Linsen (1, 2) sind aus einem für eine Laserstrahlung transparenten Material. Die Fertigungs- und Fügetoleranzen sind so eng gewählt, dass die optische Achse der Linse 1, die mechanische Achse der Linse 1, definiert durch die Mittellinie der zylinderförmigen Umfangsfläche der Ausnehmung 3, die optische Achse der Linse 2 und die mechanische Achse der Linse 2, definiert durch die Mittellinie der Linsenumfangsfläche 4, zusammenfallen und die Systemachse 5 bilden. Ein Ausrichten der Linsen (1, 2) zueinander ist daher nicht erforderlich.
Die erste Linse 1 (siehe 1a, 1b) weist im Randbereich außerhalb ihres freien Durchmessers auf einer dafür vorgesehenen ringförmigen Planfläche 7 drei stegförmige Erhebungen 6.1–6.3 auf, die mit einer Absorptionshilfsschicht, welche die Laserstrahlung absorbiert, beschichtet sind. Die Erhebungen können auch aus einem die Laserstrahlung absorbierenden Material mit der Herstellung der Linse 1 ausgebildet oder nachträglich aufgebracht sein. Die Ausdehnung der Erhebungen 6.1–6.3 in Richtung der Systemachse 5 kann unter Beachtung deren flächiger Ausdehnung, nicht größer als der Bündeldurchmesser der einwirkenden Laserstrahlung, so gering gehalten werden, dass das Volumen der entstehenden Schmelze gerade ausreicht, um eine dauerhafte Schmelzverbindung der Linsen 1, 2 zu schaffen.
Grundsätzlich werden zur Montage einer erfindungsgemäßen Baugruppe eine Halteeinrichtung, Mittel zum Einbringen von Andruckkräften und Mittel zum Einbringen einer Laserstrahlung benötigt.
4 zeigt die Prinzipskizze für eine geeignete Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Halteeinrichtung 8 ist hier eine gestellfeste Ringschneide, auf dem die Linse 1 außerhalb ihres freien Durchmessers zur Auflage kommt.
Die Mittel zum Einbringen von Andruckkräften sind drei am Gestell 10 angeordnete ansteuerbare Wegstellelemente 9.1–9.3, z. B. Piezosteller, die jeweils an einem freien Ende jeweils eines um einen gestellfesten Drehpunkt gelagerten Hebels 12.1–12.3 angreifen, deren andere freie Enden jeweils in Abhängigkeit von deren Auslenkung eine Andruckkraft F₁–F₃ auf eine Planplatte 11 ausüben. Die Planplatte 11 ist ebenfalls für die Laserstrahlung transparent und weist in ihrer Mitte ein Loch auf, dessen Durchmesser größer als der freie Durchmesser der zweiten Linse 2 ist.
Die Mittel zum Einbringen der Laserstrahlung sind Laserköpfe 13.1–13.3, die oberhalb der Planplatte 11 angeordnet, jeweils die Laserstrahlung in Richtung der Systemachse 5 durch die Planplatte 11 und die erste Linse 1 hindurch auf die Erhebungen 3.1–3.3 richten. Bei einer Anordnung von Laserköpfen, die in gleicher Anzahl wie Erhebungen vorhanden sind, kann die Laserstrahlung eine kontinuierliche Strahlung oder eine gepulste Strahlung sein und wird simultan gesteuert.
Die jeweils dreifach vorhandenen Teile, nämlich die Wegstellelemente 9.1–9.3, die Hebel 12.1–12.3 und die Laserköpfe 13.1–13.3 sind in einem gleichen Winkelabstand zueinander um die Halteeinrichtung 8 verteilt angeordnet. Für eine einfache Darstellung sind in 4 entgegen der Realität jeweils zwei der Teile in der Zeichenebene dargestellt. 4 stellt ausdrücklich kein Schnittbild sondern eine Prinzipskizze dar, in der stark vereinfacht nur wesentliche Merkmale der Vorrichtung gezeigt sind.
Um die optischen Elemente einer Baugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel miteinander zu verbinden, wird in einem ersten Schritt die zweite Linse 2 in die erste Linse 1 gefügt, wodurch die Linsen 1, 2 zueinander die vorgesehene Fügeposition einnehmen. In einem zweiten Schritt wird die so vorgefügte Baugruppe auf die Halteeinrichtung 8 in einer definierten Position aufgesetzt und die Planplatte 11 wird auf der zweiten Linse 2 aufgelegt. Anschließend werden die Wegstellelemente 9.1–9.3 so angesteuert, dass sie die Hebel 12.1 um einen gleichen Winkel auslenken, infolge dessen die Hebel 12.1–12.3 mit jeweils einer gleichen Andruckkraft F₁–F₃ auf jeweils einen Punkt der Planplatte 11 drücken. Die einzelnen Aufdruckpunkte liegen jeweils auf einer vom Mittelpunkt der Planplatte 11 und jeweils einer Erhebung 6.1–6.3 definierten Geraden. Die stegförmigen Erhebungen 6.1–6.3 sind ebenfalls in Richtung dieser Geraden ausgerichtet.
Die Verfahrensparameter Anduckkraft, Laserleistung und Strahlungsdauer werden in Abhängigkeit vom Absorptionskoeffizienten des strahlungsabsorbierenden Materials, dessen Schmelztemperatur und dem Schmelzvolumen gewählt.
Mit oder nach dem Einstellen der Andruckkräfte F₁–F₃ wird die Laserstrahlung eingeschaltet, welche zur Erwärmung und zum Schmelzen des Volumens der Erhebungen 6.1–6.3 führt. In Abhängigkeit von den Andruckkräften F₁–F₃ werden die Erhebungen 6.1–6.3 deformiert und nehmen eine flachere großflächigere Form an.
Mit dem Abschalten der Laserstrahlung erstarrt die aus den Erhebungen 6.1–6.3 entstandene Schmelze und die beiden Linsen 1, 2 sind miteinander verschweißt.
Bei der Montage einer Baugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Laserstrahlung nur im Bereich der Erhebungen 6.1–6.3 absorbiert wird, können die optischen Elemente anstelle durch Simultanverschweißung, wie beschrieben, auch quasisimultan miteinander verschweißt werden, indem nur ein einziger Laserkopf mit hoher Geschwindigkeit die Erhebungen 6.1–6.3 nacheinander wiederkehrend mit Laserstrahlung beaufschlagt. Die Andruckkräfte F₁–F₃ können auch nur über zwei oder mehr als drei Andruckpunkte auf die Planplatte 11 einwirken.
Anstelle eines rechteckigen Querschnitts (bei der beschriebenen vorteilhaften Stegform) können die Erhebungen 6.1–6.3 auch runde Querschnitte aufweisen und eine Kegelstumpf- oder Zylinderform aufweisen. Auch undefinierte Querschnittsformen sind möglich, solange der Querschnitt vom Durchmesser des Laserstrahlenbündels in der Ebene der Erhebungen 6.1–6.3 umschlossen wird.
Wenn, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, eine Ausrichtung der optischen Elemente, hier Linsen 1, 2, zueinander nicht erforderlich ist, kann auch auf gegenständliche Mittel zum Erzeugen von Andruckkräften F₁–F₃ verzichtet werden. Die Linse 2 kann dann mit ihrem Eigengewicht auch selbst das Mittel zum Erzeugen von Andruckkräften F₁–F₃ sein.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches ebenfalls anhand der 1a, 1b und 4 beschrieben werden soll, unterscheidet sich die herzustellende Baugruppe zu der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Baugruppe nur durch einige optische und geometrische Parameter.
Die optischen Parameter sind hier insofern zu denen der Baugruppe im ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich, als dass die optischen Achsen der Linsen 1, 2 in der Fügeposition nicht zusammenfallen. Dies ist auf fertigungsbedingte Aberrationen bei der Linsenherstellung und Zulassung größerer Toleranzen zurückzuführen. Eine Verbindung solcher Linsen 1, 2 in ihrer Fügeposition würde zu einer Baugruppe führen, deren Abbildungsqualität unzureichend wäre. An dieser Stelle kommen die Vorteile der Erfindung besonders zum Tragen, die nämlich darin bestehen, dass die Linsen 1, 2 vor dem Fixieren zueinander ausgerichtet werden können, indem die Erhebungen 6.1–6.3, über die die Linsen 1, 2 miteinander verbunden werden, gezielt deformiert werden, wodurch die Relativlage der Linsen 1, 2 zueinander verändert werden kann.
Bezüglich der geometrischen Parameter unterscheidet sich diese Baugruppe zu der des ersten Ausführungsbeispiels, dass zwischen dem Durchmesser der Ausnehmung 3 und dem Durchmesser der Linsenumfangsfläche 4 ein ausreichend großes Spiel vorhanden ist, damit sowohl eine laterale Verschiebung als auch eine Verkippung der zweiten Linse 2 innerhalb der ersten Linse 1 in einem für die Ausrichtung erforderlichen Bereich (Justierweg) möglich ist.
Die Ausdehnung der Erhebungen 6.1–6.3 in Richtung der Systemachse 5 ist größer als der notwendige Justierweg, der aus der Kenntnis der Fertigungstoleranzen der beiden Linsen 1, 2 ableitbar ist.
Der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahrensablauf zur Montage der Baugruppe wird durch die Verfahrensschritte, Messen der Relativlage der Linsen 1, 2 zueinander und Ausrichten der Linsen 1, 2 zueinander, ergänzt. Dabei bilden das Messen und Ausrichten einen geschlossenen Regelkreis. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel müssen insbesondere die Wegstellelemente 9.1–9.3 getrennt und unterschiedlich ansteuerbar sein.
Um die Relativlage der beiden Linsen 1, 2 zueinander zu erfassen, sind Messmittel vorhanden, die in der beispielhaft gezeigten Vorrichtung (4) durch einen Messsensor 14 verkörpert sind. Auf diesen Messsensor 14 trifft eine von einer Lichtquelle 15 kommende und durch die Baugruppe transmittierende Messstrahlung und bewirkt Messsignale, die ein Maß für die Abbildungsqualität der gefügten Baugruppe bilden. Die Messung der Abbildungsqualität (Bildgüte) ist als solches dem Fachmann bekannt und soll hier nicht weiter erläutert werden. Die erhaltenen Messsignale werden in einem Steuerrechner 16 mit zuvor errechneten Messsignalen verglichen, die ein Maß für die einzustellende Abbildungsqualität sind. Aus den Messsignalen werden im Steuerrechner 16 durch signaltheoretische Umrechnungen Regelgrößen gebildet und an eine Steuereinheit 17 übergeben. In der Steuereinheit 17 werden die Regelgrößen in Ansteuersignale für die Wegstellelemente 9.1–9.3 und die Laserköpfe 13.1–13.3 umgesetzt. Dabei werden die Wegstellelemente 9.1–9.3 in Abhängigkeit der Abweichung der erzeugten Messsignale von den errechneten Messsignalen unterschiedlich angesteuert, so dass sie gezielt unterschiedliche Stellwege s₁–s₃ und damit unterschiedliche Andruckkräfte F₁–F₃ bewirken. Die zweite Linse 2 kann damit innerhalb der ersten Linse verkippt aber auch bedingt axial verschoben werden.
Um die zweite Linse 2 auch lateral verschieben zu können, werden weitere Wegstellelemente (hier nicht dargestellt) vorgesehen, die an der Umfangsfläche radial wirkend angreifen.
Während der Ausrichtung der Linse 2 innerhalb der Linse 1 wird die jeweils erreichte Abbildungsqualität durch den Messsensor permanent überwacht und die Verfahrensparameter entsprechend der gemessenen Messsignale geregelt, bis die gemessenen Messsignale den errechneten Messsignalen entsprechen. Bei Übereinstimmung der Messsignale wird der Energieeintrag durch die Laserstrahlung beendet und es erfolgt ein abrupter Fixierprozess durch Erstarren der Schmelze.
In einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 2, besteht die Baugruppe aus einer Linsenfassung 18, einem Meniskus 19 und einer Plankonvexlinse 20. Die Linsenfassung 18 ist aus einem eine Laserstrahlung absorbierenden Material. Mit der Herstellung der Linsenfassung 18 im Spritzgussverfahren wurden auf den beiden Stirnflächen eines Bundes 21 jeweils 3 stegförmige Erhebungen 6.1–6.3 ausgeformt, so dass mittels der erfindungsgemäßen Montage auf beiden Stirnflächen jeweils ein Element, hier Meniskus 19 und Plankonvexlinse 20, fixiert werden können. Die Fixierung erfolgt nacheinander, indem die Laserstrahlung jeweils durch den Meniskus 19 bzw. die Plankonvexlinse 20 hindurch auf die Erhebungen 6.1–6.3 bzw. 6.4–6.6 gerichtet wird. Damit die drei geschmolzenen und wieder erstarrten Erhebungen 6.1–6.3 beim Schmelzen der Erhebungen 6.4–6.6 nicht wieder mit erwärmt werden, sind die Erhebungen 6.1–6.3 und 6.4–6.6, die jeweils einen gleichen Winkelabstand zueinander haben, am Bund 21 zueinander versetzt angeordnet.
In einem vierten Ausführungsbeispiel wird die Baugruppe von einem Halbwürfelprisma 22 und einem Prismenhalter 23 gebildet, dargestellt in den 3a, 3b und 3c.
Die Erhebungen 6.1–6.3 sind hier, ebenso wie in allen anderen Ausführungsbeispielen, außerhalb des freien Durchmessers des Prismas angeordnet, jedoch nicht in einer Ebene.
Bezugszeichenliste

1: erste Linse
2: zweite Linse
3: Ausnehmung
4: Linsenumfangsfläche
5: Systemachse
6.1–6.6: Erhebungen
7: Planfläche
8: Halteeinrichtung
9.1–9.3: Wegstellelemente
10: Gestell
11: Planplatte
12.1–12.3: Hebel
13.1–13.3: Laserköpfe
14: Messsensor
15: Lichtquelle
16: Steuerrechner
17: Steuereinheit
18: Linsenfassung
19: Meniskus
20: Plankonvexlinse
21: Bund
22: Halbwürfelprisma
23: Prismenhalter
F₁–F₃: Andruckkräfte
s₁–s₃: Stellwege

Claims

Optische Baugruppe mit einer optischen Systemachse, aus mindestens zwei optischen Elementen bestehend, die über eine stoffschlüssige Verbindung zueinander fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der mindestens zwei optischen Elemente im Randbereich außerhalb eines freien Durchmessers der optischen Baugruppe in Richtung der optischen Systemachse ausgedehnte Erhebungen (6.1–6.3) aufweist, die entweder aus einem Material bestehen, das für eine Laserstrahlung absorbierend ist, wobei wenigstens eines der optischen Elemente aus einem für diese Laserstrahlung transparenten Material besteht, oder eine Absorptionsschicht auf die Erbhebungen (6.1–6.3) aufgetragen ist, welche für eine Laserstrahlung absorbierend ist, wobei das Material der optischen Elemente und der Erhebungen 6.1.–6.3 für diese Laserstrahlung transparent ist und die Verbindung eine Schweißverbindung ist, die über die Erhebungen 6.1–6.3 hergestellt ist.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen genau drei Erhebungen sind, die um 120° zueinander versetzt an einem der optischen Elemente vorhanden sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen 6.1.–6.3 stegförmig sind.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe mit einer optischen Systemachse, bestehend aus mindestens zwei optischen Elementen, wobei das Material wenigstens eines der mindestens zwei optischen Elemente für eine Laserstrahlung transparent ist folgende Verfahrensschritte umfassend: – Ausbilden wenigstens zweier in axialer Richtung ausgedehnter Erhebungen 6.1–6.3 an einem der mindestens zwei optischen Elemente, die aus einem laserstrahlungsabsorbierenden Material bestehen oder mit einer laserstrahlungsabsorbierenden Absorptionshilfsschicht versehen werden, – Aufnehmen eines ersten der wenigstens zwei optischen Elemente in eine gestellfeste Halteeinrichtung 8, – Positionieren eines zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element, so dass beide Elemente über die Erhebungen 6.1–6.3 aneinander zur Anlage kommen, – Richten einer Laserstrahlung auf die optische Baugruppe, wobei die Laserstrahlung von dem transparenten Material transmittiert wird und durch Absorption in den Erhebungen 6.1–6.3 bzw. der Absorptionshilfsschicht das Material der Erhebungen 6.1–6.3 in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt wird, – Richten von Andruckkräften F₁–F₃ auf die Erhebungen 6.1.–6.3 in axialer Richtung, wodurch die Materialschmelze gezielt plastisch deformiert wird, – Fixieren des zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element durch Abbruch der Einwirkung der Laserstrahlung und nachfolgendem Erstarren der Materialschmelze.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckkräfte F₁–F₃ durch das Eigengewicht des zweiten optischen Elementes erzeugt werden.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrag veränderbare gleich große Andruckkräfte F₁–F₃ mittelbar auf die Erhebungen 6.1–6.3 einwirken, womit der Abstand der optischen Elemente zueinander über eine vom Betrag der Kraft bestimmte Deformation der Erhebungen 6.1–6.3 eingestelltwird.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrag veränderbare unterschiedlich große Andruckkräfte F₁–F₃ auf die Erhebungen 6.1–6.3 einwirken, womit eine von der Differenz der Beträge der auf die einzelnen Erhebungen 6.1–6.3 einwirkenden Andruckkräfte F₁–F₃ bestimmte Verkippung der optischen Elemente zueinander eingestellt werden kann.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Richtens der Laserstrahlung auf die optische Baugruppe die Relativlage des zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element erfasst wird und das zweite optische Element zu dem gehaltenen ersten optischen Element ausgerichtet wird, um eine gewünschte Relativlage einzustellen.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativlage des zweiten optischen Elementes zu dem gehaltenen ersten optischen Element mittelbar erfasst wird, indem ein zur Erfassung der Relativlage verwendetes Messsystem, auf die gestellfeste Halterung als Messbasis bezogen, misst und das erste optische Element in einer definierten Sollposition in der Haltereinrichtung 8 gehalten wird.
Verfahren zur Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativlage als Regelgröße messtechnisch bestimmt wird und die zum Ausrichten erforderlichen Bewegungen des zweiten optischen Elementes durch diese Regelgröße geregelt werden.
Verfahren zur automatischen Montage einer optischen Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element erst in axialer Richtung und anschließend über radial angreifende Stellelemente in radialer Richtung ausgerichtet wird.