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Die
Erfindung betrifft ein optisches Bauelement, mit zumindest einer
optisch wirksamen Komponente, und mit einem Gehäuse, wobei die optisch wirksame
Komponente in dem Gehäuse
angeordnet und an diesem festgelegt ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein optisches Bauelement mit zumindest
einer optisch wirksamen Komponente, die eine erste Oberfläche und
eine davon in Richtung einer optischen Achse in einem Abstand angeordnete
zweite Oberfläche
und eine optische Kavität
zwischen der ersten und zweiten Oberfläche aufweist.
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Solche
optischen Bauelemente sind allgemein bekannt.
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Ohne
Beschränkung
der Allgemeinheit wird die vorliegende Erfindung am Beispiel eines
optisches Bauelements in Form eines Etalons beschrieben, bei dem
die optisch wirksame Komponente aus zwei transparenten Quarzplatten
gebildet ist, die mittels eines oder mehrerer Abstandshalter auf
konstantem Abstand gehalten werden, so dass zwischen den beiden
Quarzplatten ein planparalleler Luftspalt vorhanden ist. Die den
Luftspalt begrenzenden Oberflächen
der Quarzplatten sind durchlässig
verspiegelt. Ein solches optisches Bauelement wirkt in der Art eines
Fabry-Perot-Interferometers, bei dem an den den Luftspalt begrenzenden
Flächen
der Glasplatten Mehrfachreflexionen auftreten. Ein Etalon kann beispielsweise
in Bandbreitenmessmodulen von Excimer-Lasern für die lithographische Herstellung
von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden.
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Neben
den Etalons, die aus zwei Platten gebildet sind, die auch als „Air-Spaced-Etalons" bezeichnet werden,
gibt es sog. „Solid
Etalons", die aus einem
Substrat mit parallel zueinander polierten reflektiven Oberflächen bestehen,
so dass die Kavität durch
das Substrat selbst gebildet ist.
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Die
Erfindung ist jedoch nicht auf solche Etalons beschränkt, sondern
kann beispielsweise andere optische Bauelemente betreffen, beispielsweise Linsen,
Gitter, Blenden usw., sofern die optisch wirksamen Komponenten dieser
Bauelemente in einem Gehäuse
angeordnet und an diesem festgelegt sind.
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Nach
Stand der Technik werden die optisch wirksamen Komponenten oft unter
Verwendung von Klebstoffen an dem Gehäuse festgelegt.
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Bei
der Anwendung von UV-Licht, wie es z.B. von Excimer-Lasern erzeugt
wird, gast der Klebstoff im Lauf der Zeit aus und führt zu organischen
Kontaminationen der Oberflächen,
d.h. der optisch wirksamen Flächen
der optisch wirksamen Komponenten, woraus eine Verkürzung der
Lebensdauer oder eine Verschlechterung der Funktion des optischen
Bauelements resultieren kann. Dies ist besonders kritisch, wenn
das Gehäuse
selbst hermetisch dicht versiegelt ist, so dass der Innenraum und
damit die optisch wirksame Komponente nicht mit sauberen Gasen gespült werden
können.
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Der
Erfindung liegt daher gemäß einem
ersten Aspekt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Bauelement der
eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Gefahr von organischen
Kontaminationen der optisch wirksamen Flächen der optisch wirksamen
Komponente vermieden wird.
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Ein
weiterer Aspekt sowohl von Air-Spaced-Etalons als auch von Solid-Etalons
ist ihre Güte
in Bezug auf ihr Auflösungsvermögen. Eine charakteristische
Größe für das Auflösungsvermögen eines
Etalons ist die Finesse, das ist der Quotient aus freiem Spektralbereich
und dem kleinsten auflösbaren
Wellenlängenunterschied.
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Zur
Maximierung der Finesse und damit des Auflösungsvermögens von Etalons bei räumlich ausgedehnter
Ausleuchtung ist entscheidend, dass die beiden reflektierenden Oberflächen, an
denen Vielfachreflexionen auftreten, möglichst parallel zueinander
verlaufen. Bei der praktischen Herstellung von Etalons verbleibt
jedoch immer ein endlicher Geometriefehler der Kavität, d.h.
eine Abweichung von der angestrebten, idealen Geometrie.
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Bei
den Air-Spaced-Etalons, bei denen die reflektiven Oberflächen zweier
optisch durchlässiger Platten
durch geeignete Abstandshalter in paralleler Position gehalten werden,
resultiert ein Geometriefehler der Kavität aus den nach der Politur
verbliebenen Oberflächenfehlern,
Inhomogenitäten
des Füllmaterials
der Kavität
(bei Gas oder Flüssigkeit)
sowie Dickenunterschieden der Abstandshalter, der sich dann oft
in Form eines endlichen Keilwinkels zwischen den reflektierenden
Oberflächen äußert und der
das Auflösungsvermögen des
Etalons bei ausgedehnter Ausleuchtung beschränkt.
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Bei
den Solid-Etalons, die aus einem Substrat mit parallel zueinander
polierten reflektierenden Oberflächen
bestehen, resultieren Geometriefehler aus den nach der Politur verbliebenen
Oberflächenfehlern
sowie Inhomogenitäten
des Substratmaterials.
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Je
nach Anwendung soll bei der Herstellung eines Etalons der zuvor
genannte Keilwinkel oder auch ein anderer verbliebener Geometriefehler
der Kavität
minimiert werden, oder es kann auch gewünscht sein, einen Geometriefehler
nachträglich gezielt
einzustellen, insbesondere einen Keilwinkel, um eine bestimmte Performance
des Etalons zu erreichen.
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Bei
manchen Anwendungen, bspw. bei Systemen, die in der Wellenlänge abstimmbar
sind, wird gezielt ein endlicher Keilwinkel der Kavität angestrebt.
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Der
weitere Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere
solche Air-Spaced-Etalons, bei denen die reflektiven Oberflächen starr
miteinander, über
vorzugsweise nicht-piezoelektrische Abstandshalter aus festem Material,
wie Glas, Glas keramik, Metallen oder ähnlichem, und ohne mechanische
oder auf weichen Materialien, wie Gummi oder ähnlichem, basierenden Gelenken
verbunden sind.
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Dem
weiteren Aspekt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches
Bauelement anzugeben, bei dem verbliebene Geometriefehler der Kavität minimiert
oder bei dem nachträglich
Geometriefehler gezielt eingestellt werden können.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Bauelement bereitgestellt,
mit zumindest einer optisch wirksamen Komponente, und mit einem
Gehäuse,
wobei die optisch wirksame Komponente in dem Gehäuse angeordnet und an diesem
festgelegt ist, wobei die optisch wirksame Komponente über eine
Fassung, die die optisch wirksame Komponente zumindest teilweise
einfasst und mit der die optisch wirksame Komponente klebstofffrei
verbunden ist, an dem Gehäuse
klebstofffrei festgelegt ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen optischen
Bauelement ist die zumindest eine optisch wirksame Komponente insgesamt
ohne potentiell ausgasende Klebstoffe an dem Gehäuse festgelegt, was durch die erfindungsgemäß vorgesehene
klebstofffreie Fassung der optisch wirksamen Komponente erreicht wird.
Eine Kontamination der optisch wirksamen Flächen von optisch wirksamen
Komponenten des Bauelements wird dadurch sicher vermieden, und die
Lebensdauer des Bauelements entsprechend erhöht.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Fassung so ausgebildet,
dass die optisch wirksame Komponente mittels Klemmkraft spielfrei
an dem Gehäuse
festgelegt ist.
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Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die optisch wirksame Komponente
bei Bewegungen des optischen Bauelements oder bei leichten Erschütterungen
positionssicher an dem Gehäuse
festgelegt ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Fassung so ausgebildet,
dass vom Gehäuse im
Wesentlichen keine Wärme über die
Fassung auf die optisch wirksame Komponente übertragen wird.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die Fassung zusätzlich die Funktion einer thermischen
Isolation der optisch wirksamen Komponente gegenüber dem Gehäuse erfüllt, so dass insbesondere lokale
Temperaturunterschiede in der optisch wirksamen Komponente, die
sich durch lokale Wärmeübertragungen vom
Gehäuse
auf die optisch wirksame Komponente bilden und zu Verspannungen
in der optisch wirksamen Komponente und damit zur Dejustage führen können, vermieden
werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Fassung so ausgebildet,
dass vom Gehäuse im
Wesentlichen keine mechanischen Spannungen auf die optisch wirksame
Komponente übertragen werden.
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Durch
eine Spannungsentkopplung zwischen der optisch wirksamen Komponente
und dem Gehäuse
kann vorteilhafterweise ebenfalls eine Dejustage oder unerwünschte Veränderung
der optischen Eigenschaften der zumindest einen optisch wirksamen
Komponente vermieden werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung zumindest
ein plastisch formbares Element auf.
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Die
Verwendung zumindest eines plastisch formbaren Elements für die Fassung
hat den Vorteil, dass sich die Fassung beim Zusammenbau des optischen
Bauelements auf besonders leichte weise mit der optisch wirksamen
Komponente verbinden lässt, weil
sich ein plastisch formbares oder modellierfähiges Element an die Kontur
der optisch wirksamen Komponente besonders gut anpassen lässt. Mit
einem plastisch formbaren Element lässt sich die optisch wirksame
Komponente insbesondere spielfrei und auch spannungsentkoppelt,
darüber
hinaus auch vibrationsgedämpft
an dem Gehäuse
festlegen. Es können
mehrere solcher plastisch formbarer Elemente an der optisch wirksamen
Komponente verteilt sein, so dass die optisch wirksame Komponente
in mehreren, vorzugsweise allen Raumrichtungen positionsfest an
dem Gehäuse
festgelegt werden kann.
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Im
Zusammenhang mit der zuvor genannten Ausgestaltung ist es weiterhin
bevorzugt, wenn das plastisch formbare Element ein Metall, z.B.
Indium, aufweist.
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Es
gibt Metalle, die über
einen großen
Temperaturbereich von Raumtemperatur oder darunter bis zu hohen
Temperaturen in ihrem Festkörperzustand
weich sind, ohne zu schmelzen, so dass der Vorteil dieser Maßnahme darin
besteht, dass sich Temperatureinflüsse nicht negativ auf die Positionssicherheit
der Komponente in dem Gehäuse
auswirken. Insbesondere Indium, das einen Schmelzpunkt von 156°C besitzt
und das weicher als Blei ist, lässt sich
mit einem Messer zerschneiden und mit der Hand for men, so dass es
sich leicht auf die Oberfläche
der optisch wirksamen Komponente aufdrücken lässt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung zumindest
ein elastisches Element auf, um die optisch wirksame Komponente
mit Klemmkraft gegen das Gehäuse
an diesem festzulegen.
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Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass über das zumindest eine elastische
Element die optisch wirksame Komponente unter Vorspannung spielfrei
an dem Gehäuse
festgelegt werden kann. Darüber
hinaus kann ein elastisches Element zur Spannungsentkopplung zwischen
dem Gehäuse
und der optisch wirksamen Komponente und auch zur Vibrationsdämpfung beitragen.
Insbesondere mit einer der zuvor genannten Ausgestaltungen, wonach
die Fassung zumindest ein plastisch formbares Element aufweist,
ist diese Ausgestaltung besonders bevorzugt.
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Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, wenn das zumindest eine elastische Element
eine Druckfeder ist.
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Die
Verwendung einer Druckfeder als elastisches Element hat den Vorteil,
dass die Klemmkraft bzw. Vorspannung, mit der die optisch wirksame Komponente
an dem Gehäuse
festgelegt wird, durch Wahl einer Feder mit geeigneter Federkonstante
anpassbar ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Vorspannung des elastischen Elements
von außerhalb des
Gehäuses
einstellbar ist.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass sich die optisch wirksame Komponente auch
nach dem Verschließen
des Gehäuses
noch justie ren lässt.
Insbesondere im Fall eines Etalons kann durch die Einstellung der
Vorspannung des elastischen Elements und damit der Klemmkraft auf
die optisch wirksame Komponente der Luftspalt variiert werden, um
bspw. eine exakte Parallelität
der den Luftspalt begrenzenden Oberflächen der Platten einzustellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung mehrere
elastische Elemente auf, die an verschiedenen Stellen auf die optisch
wirksame Komponente wirken, und die Vorspannungen der elastischen
Elemente sind vorzugsweise unabhängig voneinander
einstellbar.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die Anzahl an Justierfreiheitsgraden der optisch
wirksamen Komponente in dem Gehäuse
erhöht
und damit die Performance des optischen Bauelements noch weiter verbessert
werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das zumindest eine elastische Element
eine Lamellenfeder, die so ausgebildet ist, dass sie an der optisch
wirksamen Komponente linienförmig
anliegt.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die zumindest eine optisch wirksame Komponente
sehr gleichmäßig mit
einer Linienauflage über
ihren gesamten Rand gehalten werden kann, wodurch Spannungen und
Deformationen in der optisch wirksamen Komponente minimiert werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Lamellenfeder
gehäuseseitig
an einer stufenförmigen
Auflagefläche
anliegt.
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Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich die Federkonstante, d.h.
die Federkraft der Lamellenfeder bei größeren Auslenkungen, beispielsweise
bei Schock-Belastung selbständig
erhöht,
wodurch die optisch wirksame Komponente immer im festen Kontakt
zu der Lamellenfeder bleibt und sich nicht verschiebt.
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Bevorzugte
Geometrien für
die zumindest eine Lamellenfeder sind Kegelstumpfmantel oder Kugelmantelringsegment.
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Diese
Geometrien haben den weiteren Vorteil einer Zentrierwirkung auf
die optisch wirksame Komponente in dem Gehäuse, die bei bestimmten optischen
Bauelementen vorteilhaft ist, bei denen eine exakt zentrierte Lage
in bezug auf die optische Achse des optischen Bauelements gefordert
wird, beispielsweise bei Linsen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung zwei
Lamellenfedern auf, die die optisch wirksame Komponente an gegenüberliegenden
Enden zumindest teilweise einfassen.
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Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Fassung zum Festlegen der
optisch wirksamen Komponente in dem Gehäuse lediglich die beiden zuvor
genannten Lamellenfedern benötigt,
um die optisch wirksame Komponente spielfrei unter Klemmkraft an
dem Gehäuse
festzulegen, wobei die Lamellenfedern gleichzeitig eine Spannungsentkopplung zwischen
dem Gehäuse
und der optisch wirksamen Komponente und auch eine thermische Isolation
bei entsprechend geringer Materialstärke der Lamellenfedern bewirken
können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung zumindest
ein thermisch isolierendes Element auf, das die optisch wirksame
Komponente thermisch gegen das Gehäuse isoliert.
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Ein
solches thermisch isolierendes Element kann zusätzlich zu den zuvor genannten
Elementen vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Keramik- oder
Glasplatten oder -hülsen,
oder die zuvor genannten Elemente, beispielsweise das zumindest eine
plastisch formbare Element oder das zumindest eine elastische Element
können
gleichzeitig das thermisch isolierende Element bilden.
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Dabei
ist es bevorzugt, wenn das thermisch isolierende Element im Wesentlichen
einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie die optisch wirksame Komponente aufweist.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass sich über
die Fassung keine thermisch induzierten Spannungen in die optisch
wirksame Komponente übertragen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung zumindest
zwei mit dem Gehäuse fest
verbundene und von diesem abstehende Federbeine geringer Dicke auf,
an denen die optisch wirksame Komponente klebstofffrei festgelegt
ist.
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Diese
Ausgestaltung der Fassung hat den Vorteil, dass sie mit sehr wenigen
Elementen auskommt, die darüber
hinaus einstückig
mit dem Gehäuse
ausgebildet sein können.
Darüber
hinaus hat eine Fassung mit Federbeinen den Vorteil, dass diese
so in ihrer Formgebung gestaltet werden können, dass sie symmetrische
Auslenkungen in axialer Richtung, beispielsweise bei Wärmedehnung, elastisch auffangen
können.
Gegenüber
Auslenkungen quer zur Längsrichtung
bzw. quer zur optischen Achse des optischen Bauelements stellen
die Federbeine eine sehr steife Verbundstruktur dar und erlauben
eine exakte Positionierung der optisch wirksamen Komponente.
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Dabei
ist weiterhin bevorzugt, wenn die optisch wirksame Komponente mittels
einer Lötung, vorzugsweise
einer Niedertemperatur-Lötung,
an den Federbeinen festgelegt ist.
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Eine
Lötung,
insbesondere Niedertemperatur-Lötung
stellt eine vorteilhafte Befestigungsart dar, die klebstofffrei
ist und eine positionssichere Festlegung der optisch wirksamen Komponente
an dem Gehäuse
ermöglicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Fassung zumindest
ein Element auf, das an der optisch wirksamen Komponente und/oder
am Gehäuse
angesprengt ist.
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Unter
Ansprengen, das auch als optisches Bonding, Coupling oder Contacting
bezeichnet wird, wird eine Befestigungsart verstanden, bei der polierte Oberflächen miteinander
in Kontakt gebracht werden, und zwar ohne dazwischenliegende Hilfssubstanzen
wie Klebstoffe, die dann auf Grund von Oberflächenadhäsionskräften innig aneinander haften. Auch
diese Ausgestaltung der Fassung, die sich mit den zuvor genannten
Ausgestaltungen kombinieren lässt,
stellt eine vorteilhafte Möglichkeit
dar, die optisch wirksame Komponente an dem Gehäuse klebstofffrei festzulegen.
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Gemäß dem oben
genannten weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optisches Bauelement
bereitgestellt, mit zumindest einer optisch wirksamen Komponente,
die eine erste Oberfläche
und eine davon in Richtung einer optischen Achse in einem Abstand
angeordnete zweite Oberfläche
und eine optische Kavität
zwischen der ersten und zweiten Oberfläche aufweist, wobei zumindest
ein Krafteinleitungselement zur Einleitung einer Druckkraft in zumindest
einen Abschnitt der Komponente vorgesehen ist, um die Geometrie
der Kavität
zumindest lokal zu verändern.
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Erfindungsgemäß ist das
optische Bauelement gemäß dem weiteren
Aspekt somit mit einer Vorrichtung zur Krafteinleitung in die optisch
wirksame Komponente versehen, die zumindest ein Krafteinleitungselement
zur Einleitung einer Druckkraft aufweist, mit dem die Kavität zumindest
lokal gegenüber
dem Herstellungszustand nachträglich
verändert
werden kann. Auf diese Weise können
nach der Herstellung bspw. eines Etalons verbliebene Geometriefehler
der Kavität,
insbesondere der Keilwinkel, minimiert, oder umgekehrt kann nach
der Herstellung eines solchen Etalons eine Geometrieabweichung, insbesondere
ein Keilwinkel, gezielt eingestellt werden, um eine optimale Performance
des optischen Bauelements zu erzielen. Die vorliegende Erfindung lässt sich
sowohl bei den eingangs genannten Solid-Etalons anwenden, wobei
in diesem Fall die Kavität
durch das Substratmaterial der Komponente gebildet ist, und insbesondere
und vorzugsweise bei Air-Spaced-Etalons, bei denen die Kavität als gas- oder
flüssigkeitsgefüllter Zwischenraum
zwischen zwei Platten gebildet ist, die über Abstandshalter, insbesondere
starre Abstandshalter, voneinander beabstandet sind. Durch die Krafteinleitung
mittels des Krafteinleitungselements wird der Abstand zwischen der
ersten und zweiten Oberfläche
der optisch wirksamen Komponente und damit die Kavität zumindest lokal
verändert,
wobei eine Abstandsänderung
im Mikrometer- oder gar Nanometerbereich bereits ausreichend ist,
um den gewünschten
Effekt der Minimierung des Geometriefehlers oder der gezielten Einstellung
einer Geometrieabweichung zu erreichen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist für das zumindest eine Krafteinleitungselement
ein Einstellmechanismus vorgesehen, mittels dem die Druckkraft einstellbar
ist.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die Stärke
der Krafteinleitung in die optisch wirksame Komponente im Hinblick
auf den zu minimierenden oder gezielt einzustellenden Geometriefehler
korrekt gewählt werden
kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das zumindest eine
Krafteinleitungselement ein Element, das die Druckkraft auf mechanischem,
piezo-elektrischem und/oder hydraulischem Wege bereitstellt.
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Besonders
bevorzugt ist ein solches Krafteinleitungselement, das die Druckkraft
mechanisch bereitstellt, weil der konstruktive Aufwand und damit die
Kosten des optischen Bauelements gering gehalten werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das zumindest eine
Krafteinleitungselement zumindest ein Kraftspeicherelement, insbesondere
zumindest eine Feder, auf.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass mittels eines solchen Kraftspeicherelements,
insbesondere einer Feder, gleichzeitig eine ge wisse Dämpfung für die optisch
wirksame Komponente erzielt wird, so dass das optische Bauelement
auf Grund des federelastischen Kraftspeicherelements beschleunigungs-
und stoßunempfindlicher
ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Einstellmechanismus
einen Schraubmechanismus auf, über
den die im Kraftspeicherelement gespeicherte Kraft einstellbar ist.
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Über den
Schraubmechanismus lässt
sich die Vorspannung des Kraftspeicherelements und damit die auf
die optisch wirksame Komponente ausgeübte Druckkraft besonders fein
dosieren, um den Geometriefehler zu beseitigen oder zumindest zu
minimieren, bzw. einen gewünschten
Geometriefehler gezielt sehr exakt einzustellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wirkt das zumindest eine
Krafteinleitungselement auf eine erste Seite der Komponente, und
auf eine gegenüberliegende
zweite Seite wirkt zumindest ein Gegenhalter als Widerlager zur
Druckkraft.
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Das
Vorsehen eines Gegenhalters als Widerlager zur Druckkraft, die von
dem Krafteinleitungselement auf die Komponente ausgeübt wird, hat
den Vorteil, dass der Gegenhalter weitere Funktionen übernehmen
kann, bspw. eine Dämpfung
der Komponente in einem Gehäuse,
in dem die Komponente angeordnet ist, oder der Gegenhalter kann
in Bezug auf die Einleitung der Druckkraft auf der gegenüberliegenden
Seite der Komponente so angeordnet sein, dass eine bestimmte gewünschte Änderung
der Geometrie der Kavität
gezielt bewirkt werden kann.
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Das
zumindest eine Krafteinleitungselement und der zumindest eine Gegenhalter
können
insbesondere auch der Befestigung der Komponente in einem Gehäuse dienen,
so dass auf weitere Befestigungseinrichtungen für die Komponente verzichtet werden
kann, was den konstruktiven Aufwand des optischen Bauelements vorteilhafterweise
vermindert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Gegenhalter an
der Komponente festgelegt.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass die Stelle bzw. der Abschnitt, auf den der
Gegenhalter wirkt, wohl definiert ist und sich im Gebrauch des optischen
Bauelements nicht ändert,
so dass die Krafteinleitung stets im Sinne der gewünschten Änderung
der Geometrie der Kavität
wirkt.
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Dabei
ist es weiter bevorzugt, wenn der zumindest eine Gegenhalter und
das zumindest eine Krafteinleitungselement miteinander verbunden
sind.
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Zusammen
kann der zumindest eine Gegenhalter und das zumindest eine Krafteinleitungselement
somit eine Krafteinleitungsvorrichtung bilden, die zusammen mit
der Komponente eine Einheit bildet, die dann zusammen in ein Gehäuse eingebaut werden
kann, das als Fassung für
die Komponente dient. Somit kann bereits eine Vormontage aus optisch
wirksamer Komponente und Krafteinleitungsvorrichtung vorgenommen
werden, was den Herstellungsaufwand bzw. den Montageaufwand des
optischen Bauelements vorteilhafterweise verringert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der zumindest eine
Gegenhalter elastisch.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass der Gegenhalter eine Dämpfung der optisch wirksamen
Komponente in einem Gehäuse
bewirken kann, wodurch das optische Bauelement wie bereits oben
erwähnt
gegenüber
Beschleunigungen und Erschütterungen
weniger empfindlich ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wirken das zumindest eine
Krafteinleitungselement und der zumindest eine Gegenhalter im Wesentlichen
entlang einer gemeinsamen Achse parallel zur optischen Achse.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine gezielte Minimierung eines Keilwinkels
oder eine gezielte Einstellung desselben dann gut erreicht wird,
wenn die eingeleitete Druckkraft entlang einer Achse parallel zur optischen
Achse wirkt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Komponente mittels
elastischer Elemente in einem Gehäuse gelagert.
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Die
optisch wirksame Komponente kann bspw. mittels Klebepunkten aus
einem elastisch aushärtenden
Klebstoff oder mittels mechanischer Federelemente in dem Gehäuse gelagert
werden, wodurch die Komponente in dem Gehäuse schwingungsgedämpft aufgenommen
ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Komponente eine
Platte mit planen Seiten, die die erste und zweite Oberfläche bilden.
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Bei
dieser Ausgestaltung ist das optische Bauelement vorzugsweise ein
Solid-Etalon, bei der die optische Kavität durch das Substratmaterial
der Platte und damit massiv ausgebildet ist.
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Die
Erfindung lässt
sich jedoch ebenso vorteilhaft dann einsetzen, wenn die Komponente
zwei Platten aufweist, die über
zumindest einen Abstandshalter voneinander beabstandet angeordnet
sind, wobei die Kavität
zwischen den Platten angeordnet ist.
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In
diesem Fall ist das optische Bauelement vorzugsweise ein Air-Spaced-Etalon,
wie bereits oben erwähnt,
wobei die Kavität
gas- oder flüssigkeitsgefüllt sein
kann.
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Im
Falle der zuvor genannten Ausgestaltung der Komponente wirkt das
zumindest eine Krafteinleitungselement vorzugsweise entlang einer
parallel zur optischen Achse verlaufenden Längsachse des zumindest einen
Abstandshalters.
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Bei
dieser Ausgestaltung wird somit über
die eingeleitete Druckkraft die Dicke zumindest eines der Abstandshalter
verändert,
um einen Keilwinkel zu minimieren oder einen gewünschten Keilwinkel zu erzeugen.
Die Abstandshalter sind vorzugsweise starr ausgebildet, wobei eine
Dickenänderung
der Abstandshalter im Mikrometer- oder Nanometerbereich ausreichend
ist, um die Geometrie der Kavität
zu verändern
und damit die Performance des optischen Bauelements zu optimieren.
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Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, wenn die zuvor genannten beiden Platten über mehrere
um die optische Achse verteilte Abstandshalter beabstandet sind,
wobei für
jeden Abstandshalter ein Krafteinleitungselement vorgesehen ist,
und die Krafteinleitungselemente unabhängig voneinander einstellbar sind.
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Mit
dieser Ausgestaltung kann die Kavität der optisch wirksamen Komponente
an mehreren Abschnitten lokal verändert werden, was es ermöglicht, die
gewünschte
Geometrie der Kavität
noch gezielter einstellen zu können.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und der beigefügten
Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug
auf diese hiernach näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
optisches Bauelement in einem Schnitt entlang der Linie I-I in 2;
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2 das
Bauelement in 1 in einem Schnitt entlang der
Linie II-II in 1;
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3 und 4 alternative
Ausführungsbeispiele
von Einzelheiten des optischen Bauelements in 1 und 2 in
perspektivischer Darstellung;
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5 ein
optisches Bauelement in einem 1 vergleichbaren
Schnitt gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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6 ein
optisches Bauelement in einem 1 entsprechenden
Schnitt gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel;
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7 ein
optisches Bauelement in einem 1 entsprechenden
Schnitt gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel;
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8 eine
Einzelheit des optischen Bauelements in 7 in perspektivischer
Darstellung;
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9 ein
optisches Bauelement in einem 1 entsprechenden
Schnitt gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel;
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10 ein
optisches Bauelement in teilweiser Darstellung in einem 1 vergleichbaren Schnitt
gemäß einem
noch weiteren Ausführungsbeispiel;
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11 ein
optisches Bauelement gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung in einem Schnitt entlang der Linie
XI-XI in 12;
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12 eine
Draufsicht auf das optische Bauelement in 11;
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13 eine
optisch wirksame Komponente des optischen Bauelements in 11 und 12 in Seitenansicht
in Alleinstellung;
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14 eine
Hälfte
eines optischen Bauelements in einem Schnitt entlang der Linie XIV-XIV
in 15 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel; und
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15 eine
Draufsicht auf das optische Bauelement in 14.
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In 1 und 2 ist
ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes optisches
Bauelement dargestellt. Das optische Bauelement 10 ist
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Etalon.
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Das
optische Bauelement 10 weist eine optisch wirksame Komponente 12 auf,
die entsprechend der Ausgestaltung des optischen Bauelements 10 als
Etalon zwei planparallele Platten 14 und 16 aus
Quarzglas aufweist, die voneinander um einen Luftspalt 18 beabstandet
sind. Um die beiden Platten 14 und 16 auf definiertem
Abstand zu halten, sind zwischen den Platten 14 und 16 um
120° versetzt
angeordnete Abstandshalter 20, 22 und 24 angeordnet,
die z.B. aus einem Glas oder einem Keramikglas, beispielsweise Zerodur
ohne thermische Ausdehnung, bestehen. Die Abstandshalter 20, 22 und 24 sind
an die Platten 14 und 16, die allgemein von zylindrischer
Form sind, angesprengt. Darunter ist zu verstehen, dass die Abstandshalter 20, 22 und 24 ohne
Verwendung von Hilfssubstanzen allein auf Grund einer Oberflä chenanziehungskraft,
die auf van-der-Waals-Kräften
beruht, an den Oberflächen der
Platten 14 und 16 haften.
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Die
Abstandshalter 20, 22 und 24 sind in Form
dünner
zylindrischer Scheiben ausgebildet, deren Durchmesser kleiner als
der Radius der Platten 14 und 16 ist, so dass
der Luftspalt 18 seitlich offen ist. Bei Verwendung von
Klebstoffen oder anderen ausgasenden Substanzen können die
den Luftspalt 18 begrenzenden Oberflächen der Platten 14 und 16 daher
kontaminiert werden, was es zu vermeiden gilt.
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Die
optische wirksame Komponente 12 ist in einem Gehäuse 26 angeordnet,
das ein erstes Gehäuseteil 28 und
ein als Deckel ausgebildetes zweites Gehäuseteil 30 aufweist,
wobei die Gehäuseteile 28 und 30 hermetisch
dicht aneinander versiegelt sind.
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Das
erste Gehäuseteil 28 und
das zweite Gehäuseteil 30 sind
aus Metall gefertigt, beispielsweise aus vernickeltem Aluminium
oder aus Edelstahl.
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In
dem ersten Gehäuseteil 28 ist
gasdicht ein Fenster 32 und in dem zweiten Gehäuseteil 30 gasdicht
ein Fenster 34 angeordnet.
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Eine
Längsachse
des optischen Bauteils 10, die auch die optische Achse
des Bauelements 10 bildet, ist mit dem Bezugszeichen 36 versehen.
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Die
optisch wirksame Komponente 12 ist in dem Gehäuse 26 über eine
mit dem allgemeinen Bezugszeichen 38 versehene Fassung,
die die optisch wirksame Komponente 12 teilweise einfasst
und mit der die Komponente 12 verbunden ist, an dem Gehäuse 26 festgelegt,
wobei die Fassung 38 mit ihren Bestandteilen nachfolgend
näher beschrieben
wird.
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Die
Fassung 38 weist drei erste plastisch formbare Elemente 40, 42 und 44 auf
(vgl. auch 3), die um 120° in bezug
auf die Längsachse 36 versetzt
angeordnet sind. Die Position der plastisch formbaren Elemente 40, 42 und 44 ist
so gewählt, dass
sie an der gleichen Winkelposition wie die Abstandshalter 20, 22 und 24 angeordnet
sind. Die plastisch formbaren Elemente 40, 42 und 44 bestehen aus
Indium, die in Form kleiner Stränge
geschnitten und als Winkel um eine Kante 46 der Platte 16 der
optisch wirksamen Komponente 12 gelegt und an die Platte 16 angedrückt sind,
ohne mit der optisch wirksamen Komponente 12 mittels eines
Klebstoffs verklebt zu sein.
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Die
Fassung 38 weist weiterhin ein erstes thermisch isolierendes
Element 48 auf, das zwischen der optisch wirksamen Komponente 12 und
dem ersten Gehäuseteil 28 angeordnet
ist. Das thermisch isolierende Element 48 ist beispielsweise
aus einem thermisch isolierenden Material, das einen gleichen oder
im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie die optisch wirksame Komponente 12 aufweist. Beispielsweise
ist das thermisch isolierende Element 48 aus Quarzglas.
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Das
thermisch isolierende Element 48 ist mittels drei zweiter
plastisch formbarer Elemente, von denen in 1 nur die
Elemente 50 und 52 zu sehen sind, klebstofffrei
mit dem ersten Gehäuseteil 28 verbunden.
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In
dem thermisch isolierenden Element 48 sind vorzugsweise
beidseitig Rillen oder Einkerbungen 53 und 55 ausgebildet,
in die die plastisch formbaren Elemente 40 bis 44 sowie 50 und 52 teilweise eingedrückt sind,
wodurch das thermisch isolierende Element 48 und die optisch
wirksame Komponente 12 eine verbesserte seitliche Fixierung,
d.h. quer zur Längsachse 36,
erfahren.
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Das
thermisch isolierende Element 48 und die plastisch formbaren
Elemente 50 und 52, die wiederum aus Indiumsträngen wie
die Elemente 40 bis 44 bestehen, sind nur optional
und können
weggelassen werden, d.h. die optisch wirksame Komponente 12 kann
auch unmittelbar über
die plastisch formbaren Elemente 40 bis 44 gegen
das Gehäuseteil 28 anliegen.
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Die
Fassung 38 weist auf der den Elementen 40 bis 44 gegenüberliegenden
Seite der optisch wirksamen Komponente 12 dritte, plastisch
formbare Elemente auf, von denen in 1 nur die
beiden Elemente 54 und 56 zu sehen sind.
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Die
Elemente 54 und 56 bestehen aus Indium und sind
hier als Punkte ausgebildet, die an gleicher Winkelposition angeordnet
sind wie die Abstandshalter 20 bis 24.
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An
die plastisch formbaren Elemente 54 und 56 schließt sich
ein scheibenförmiges
Element 58 an, das vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden Material,
beispielsweise einer Keramik oder aus Quarzglas bestehen kann.
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Des
Weiteren weist die Fassung 38 ein elastisches Element 60 auf,
das als Druckfeder, vorliegend als Druckfederring, ausgebildet ist.
Die Druckfeder 60 stützt
sich einerseits an dem zweiten Gehäuseteil 30 und andererseits
an dem Element 58 ab, wodurch die optisch wirksame Komponente 12 mit Klemmkraft
gegen das Gehäuse 26 festgelegt
ist.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, dass die Fassung 38 die
optisch wirksame Komponente 12 in dem Gehäuse 26 ohne
jegliche Klebstoffe festlegt, und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel
allein durch zumindest ein plastisch formbares Element und zumindest
ein elastisches Element, die jeweils für sich eine Spannungsentkoppelung
zwischen dem Gehäuse 26 und
der Komponente 12 bewirken und auch zu einer Vibrationsdämpfung beitragen.
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Die
optisch wirksame Komponente 12 in Form der fest miteinander
verbundenen Platten 14 und 16 ist gegen die plastisch
formbaren Elemente 40 bis 42 bzw. 54 und 56 gedrückt, so
dass die optisch wirksame Komponente 12 kein Spiel in dem
Gehäuse 26 besitzt,
wobei das elastische Element 60 die optisch wirksame Komponente 12 in
dem Gehäuse 26 unter
einer geringfügigen
geeigneten Vorspannung mit Klemmkraft hält.
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In 4 ist
eine Variante zu den drei plastisch formbaren Elementen 40 bis 44 dargestellt,
bei der nur ein plastisch formbares Element 62 in Form einer
Ringwulst ausgebildet ist, gegen die die optisch wirksame Komponente 12,
d.h. hier die Platte 16, angedrückt wird.
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In 5 ist
ein gegenüber 1 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
eines optischen Bauelements 70 dargestellt, bei dem gleiche
oder vergleichbare Teile wie bei dem Bauelement 10 mit
den gleichen Bezugszeichen versehen wurden. Nachfolgend werden nur
die Unterschiede zu dem optischen Bauelement 10 beschrieben.
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Das
Gehäuse 26 des
Bauelements 70 besteht insgesamt aus drei Gehäuseteilen,
nämlich
einem ersten Gehäuseteil 72,
ein zweites Gehäuseteil 74 und
ein drittes Gehäuseteil 76.
Alle drei Gehäuseteile 72 bis 76 sind
hermetisch dicht aneinander versiegelt.
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Anstelle
des scheibenförmigen
thermisch isolierenden Elements 48 des Bauelements 10 weist die
Fassung 38 des Bauelements 70 ein hülsenförmiges Element 78 auf,
das wie das Element 48 thermisch isolierend ist. Das thermisch
isolierende hülsenförmige Element 78 sitzt
formschlüssig
in einer ringförmigen
Ausnehmung 80 des ersten Gehäuseteils 72, und ist
auf diese Weise in radialer Richtung in bezug auf die Längsachse 36 fixiert.
In dem hülsenförmigen Element 78 ist
das optisch wirksame Element 12 mittels der plastisch formbaren
Elemente 40 bis 44 (von denen in 5 nur
die Elemente 40 und 42 zu sehen sind) fixiert,
und zwar unter der Klemmkraft des elastischen Elements 60 in
Form des Druckfederringes. Das hülsenförmige Element 78 weist
vorzugsweise wieder einen an das Material der Platten 14 und 16 der
optisch wirksamen Komponente 12 angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf,
so dass über
die plastisch formbaren Elemente 40 bis 44 keine
thermisch induzierten Spannungen in die optisch wirksame Komponente 12 eingeleitet werden.
Die optisch wirksame Komponente 12 sitzt über die
plastisch formbaren Elemente 40 bis 44 spielfrei
in dem hülsenförmigen Element 78 und über dieses
spielfrei in dem Gehäuse 26.
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In 6 ist
ein weiteres, gegenüber 1 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
eines optischen Bauelements 90 dargestellt, wobei wiederum
gleiche oder vergleichbare Teile wie in 1 mit den
gleichen Bezugszeichen versehen wurden. Im folgenden werden nur
die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel
in 1 beschrieben.
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Das
Gehäuse 26 weist
ein gegenüber
dem zweiten Gehäuseteil 30 des
Bauelements 10 abgewandeltes zweites Gehäuseteil 92 auf,
in dem an um jeweils 120° versetzten
Winkelpositionen in bezug auf die Längsachse 36 drei durchgehende
Bohrungen ausgebildet sind, von denen in 6 die beiden Bohrungen 94 und 96 zu
sehen sind. Anstelle nur eines elastischen Elements wie bei dem
Bauelement 10 in 1 weist
die Fassung 38 des Bauelements 90 drei elastische
Elemente auf, von denen in 6 die beiden
elastischen Elemente 98 und 100 zu sehen sind.
Während
das elastische Element 60 in 1 und 5 als
Druckfederring ausgebildet ist, sind die elastischen Elemente 98 und 100 einzelne Druckfedern,
die in den Bohrungen 94 und 96 eingesetzt sind,
und sich einerseits über
Kugeln 102 und 104 sowie über optional thermisch isolierende
Elemente 106 und 108 gegen das optisch wirksame
Element 12 abstützen.
Andererseits stützen
sich die elastischen Elemente 98 und 100 gegen
Einstellelemente 110 und 112 ab, die beispielsweise
als Schrauben ausgebildet sind und mit den Bohrungen 94 und 96 in
Gewindeeingriff stehen. Auf diese Weise sind die Vorspannungen der
elastischen Elemente 98 und 100 von außerhalb
des Gehäuses 26 einstellbar, wobei
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
die Vorspannungen der elastischen Elemente 98 und 100 unabhängig voneinander
einstellbar sind.
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Die
elastischen Elemente 98 und 100 sind in axialer
Verlängerung
der Abstandshalter 20 bis 24 angeordnet. Durch
eine individuelle Einstellung der Vorspannung der elastischen Elemente 98 und 100 sowie
des Weiteren nicht dargestellten elastischen Elements kann der Luftspalt 18 und
können
damit die optischen Eigenschaften der optisch wirksamen Komponente 12 optimiert
werden.
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Es
versteht sich, dass die Vorspannung der elastischen Elemente 98 und 100,
und das gleiche gilt für
das elastische Element 60 bei dem Bauelement 10 sowie
bei dem Bauelement 70, nur so groß gewählt sind, dass auf Grund der
Krafteinleitung die optischen Eigenschaften der optisch wirksamen Komponente 12 nicht
beeinträchtigt
und auch die plastisch formbaren Elemente 40 bis 44, 50, 52 sowie 54 und 56 bei
den Bauelementen 10 und 70 nicht weiter verformt
werden.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
mit dem allgemeinen Bezugszeichen 120 versehenen optischen
Bauelements dargestellt. Gleiche Teile des Bauelements 120 im
Vergleich zu den Bauelementen 10, 70 und 90 sind
wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das
optische Bauelement 120 weist für die optisch wirksame Komponente 12 eine
Fassung 38 auf, die ausschließlich elastische Elemente 122 und 124 aufweist,
die als Lamellenfedern 126 bzw. 128 ausgebildet sind. In 8 ist
die Lamellenfeder 126 perspektivisch in Alleinstellung
dargestellt. Die Lamellenfedern 126 und 128 weisen
die Form eines Kegelstumpfmantels auf, der sich vollumfänglich über 360° erstreckt.
Anstelle eines Kegelstumpfmantels können die Lamellenfedern 126 und 128 jedoch
auch die Form eines Kugelmantelringsegments aufweisen, wie in 8 mit
unterbrochenen Linien angedeutet ist.
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Die
Fassung 38 weist insgesamt zwei Lamellenfedern 126 und 128 auf,
die die optisch wirksame Komponente an gegenüberliegenden Enden vollumfänglich einfassen,
wobei die Lamellenfedern 126 und 128 linienförmig an
den Platten 14 bzw. 16 anliegen. Gehäuseseitig
liegen die Lamellenfedern 126 und 128 an stufenförmig ausgebildeten
Auflageflächen 130 bzw. 132 an,
wobei die stufenförmige
Auflagefläche 130 am
ersten Gehäuseteil 28 des
Gehäuses 26 selbst
und die stufenförmige
Auflagefläche 132 an
einem zweiten Gehäuseteil 134 ausgebildet ist,
die mit dem ersten Gehäuseteil 28 verschraubt oder
auf andere Weise hermetisch dicht versiegelt ist. Das zweite Gehäuseteil 30 gemäß 1 ist
in 7 nicht dargestellt.
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Auf
Grund der stufenförmigen
Auflagefläche und
der linienförmigen
Anlage der optisch wirksamen Komponente 12 an den Lamellenfedern 126 und 128, die
sich über
den vollen Umfang erstrecken, werden in die optisch wirksame Komponente 12 eingebrachte
Spannungen und Deformationen minimiert. Wie bei den zuvor dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel
zur Festlegung der optisch wirksamen Komponente 12 in dem
Gehäuse 26 auf
jegliche Klebstoffe und andere Substanzen, die ausgasen oder eine
Kontamination verursachen können,
verzichtet. Die stufenförmige
Ausgestaltung der Anlageflächen 130 und 132 bewirkt,
dass sich die Federkonstanten der Lamellenfedern 126 und 128 bei
größeren Auslenkungen
selbständig
erhöhen.
Dadurch bleibt die optisch wirksame Komponente 12 immer
im festen Kontakt zu beiden Lamellenfedern 126 und 128 und
kann sich nicht verschieben.
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In 9 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
optischen Bauelements 140 dargestellt, dass als optisch
wirksame Kompo nente 12 wie die Bauelemente der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele
zwei Platten 14 und 16 aufweist, die über Abstandshalter 20 bis 24 (von
denen in 9 nur die Abstandshalter 20 und 22 zu
sehen sind) fest miteinander verbunden sind.
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Das
Bauelement 140 weist ein Gehäuse 26 mit einem Gehäuseteil 142 auf.
Die Fassung 38 zum zumindest teilweise Einfassen der optisch
wirksamen Komponente 12 und zum Festlegen der optisch wirksamen
Komponente 12 an dem Gehäuse 26 weist zumindest
zwei, beispielsweise drei oder vier mit dem Gehäuse 26, genauer gesagt
mit dem Gehäuseteil 142 fest
verbundene und von diesem abstehende elastische Elemente 144 und 146 in
Form von Federbeinen auf, deren Materialdicke geringer ist als diejenige
des übrigen
Gehäuseteils 142.
Die Federbeine 148 und 150 sind mit dem Gehäuseteil 142 vorzugsweise
einstückig
verbunden.
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Eine
solche Fassung 38 mit Federbeinen 148, 150 kann
symmetrische Auslenkungen in Richtung der Längsachse 36 elastisch
auffangen, beispielsweise bei einer Wärmedehnung. Gegenüber asymmetrischen
Auslenkungen der optisch wirksamen Komponente 12 quer zur
Längsachse 36 oder bei
asymmetrischem Verschieben in Richtung der Längsachse 36 sind die
Federbeine 144 und 150 sehr steif und erlauben
eine exakte Positionierung der optisch wirksamen Komponente 12.
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Die
Verbindung zwischen der optisch wirksamen Komponente 12 und
den Federbeinen 148, 150 erfolgt vorzugsweise
durch eine Niedertemperatur-Lötung,
beispielsweise mit Indium-Lot, wobei die Kontaktflächen vorher
mit benetzenden Materialien beschichtet werden, beispielsweise mit
einer Nickel/Gold-Schicht.
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Die
Fassung 38 mit Federbeinen 148 und 150 eignet
sich besonders für
die in 9 dargestellte hängende Einbauposition der optisch
wirksamen Komponente 12 in dem Gehäuse 26, da sie einen symmetrischen
Lastfall für
die Aufnahme darstellt.
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Schließlich ist
in 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen
Bauelements 160 ausschnittsweise dargestellt, das eine
Abwandlung der optischen Bauelemente 10 in 1 und 2 und 90 in 6 darstellt.
Bei dem optischen Bauelement 160 wurden in der Fassung 38 die
plastisch formbaren Elemente 40 bis 44 bzw. 50, 52 durch
zu den Abstandshaltern 20 bis 24 identische oder ähnliche
Elemente 162 bis 168 ersetzt, die an die optisch
wirksame Komponente, d.h. an die Platte 16 und an das thermisch
isolierende Element 48 und an das Gehäuseteil 28 angesprengt
sind. Es ist nämlich
möglich, auch
eine Quarzplatte an ein metallisches Gehäuse optisch anzusprengen. Im Übrigen kann
das optische Bauelement 160 bzw. die Fassung 38 dem
Ausführungsbeispiel
in 1 und 6 entsprechen.
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Dem
Fachmann erschließen
sich weitere Varianten und Modifikationen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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So
kann beispielsweise in den Ausführungsbeispielen
gemäß 1 und 5 das
elastische Element 60 in Form des Druckfederringes ersetzt werden
durch plastisch formbare Elemente in Form von Indiumpunkten, -strängen oder
-ringen, so dass die optisch wirksame Komponente 12 beidseitig
ausschließlich
durch plastisch formbare Elemente in dem Gehäuse 26 festgelegt
ist, wobei die Klemmkraft dann beim Schließen des Gehäuseteils 30 an dem Gehäuseteil 28 erzeugt
wird.
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Mit
Bezug auf 11 bis 15 wird
nachfolgend ein weiterer Aspekt der Erfindung beschrieben.
-
Zunächst wird
mit Bezug auf 11 bis 13 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines optischen Bauelements 180 beschrieben.
-
Das
optische Bauelement 180 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Etalon, insbesondere ein Air-Spaced-Etalon.
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Das
optische Bauelement 180 weist eine optisch wirksame Komponente 182 auf,
die wiederum eine erste planparallele oder leicht keilförmige Platte 184 und
eine zweite planparallele oder leicht keilförmige Platte 186 aufweist.
Die Platten 184 und 186 sind für Licht im Wellenlängenbereich
ihres Anwendungszweckes transparent. Eine optische Achse 188 verläuft etwa
mittig durch die optisch wirksame Komponente 182.
-
Die
Platten 184 und 186 sind bezüglich der optischen Achse 188 zylindrisch
ausgebildet.
-
Die
optisch wirksame Komponente 182 weist eine erste Oberfläche 190,
die durch eine Seite der ersten Platte 184 gebildet wird,
und eine zweite Oberfläche 192 auf,
die durch eine der ersten Oberfläche 190 zugewandte
Seite der zweiten Platte 186 definiert ist.
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Die
erste Oberfläche 190 und
die zweite Oberfläche 192 sind
um einen Abstand d voneinander beabstandet, wobei der Abstand d
eine Kavität 194 definiert,
die im vorliegenden Fall mit einem Gas (Luft) gefüllt ist.
-
Die
Beabstandung der ersten Oberfläche 190 von
der zweiten Oberfläche 194 erfolgt
mittels zumindest eines, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels dreier
Abstandshalter 196, 198, 200, deren Dicke
dem Abstand d entspricht, und die um die optische Achse 188 herum
in einem Winkelabstand von etwa 120° zueinander im Randbereich der
Platten 184 und 186 angeordnet sind.
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Die
optisch wirksame Komponente 182 ist ferner in einem Gehäuse 202
um die optische Achse 188 herum eingefasst, wobei das Gehäuse in Richtung
der optischen Achse 188 für den Lichtdurchtritt Öffnungen 204 bzw. 206 aufweist.
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Die
Abstandshalter 196, 198, 200 sind starr bzw.
massiv ausgebildet und bestehen bspw. aus Glas, Glaskeramik oder
kristallinem Material, wobei die Abstandshalter bspw. an die Oberflächen 190, 194 angesprengt
sind.
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Um
die Geometrie der Kavität 194 gezielt
zu ändern,
sind für
die optisch wirksame Komponente 182 Krafteinleitungselemente 208, 210, 212 vorgesehen,
im vorliegenden Fall also drei Krafteinleitungselemente, um in vorstimmte
Abschnitte der Komponente 182 jeweils lokal eine Druckkraft
einzuleiten, um den Abstand d zwischen der ersten Oberfläche 190 und
der zweiten Oberfläche 192 und
damit die Kavität 194 bzw.
deren Geometrie lokal zu verändern,
bspw. um einen nach der Herstellung der optisch wirksamen Komponente 182 auf
Grund von Dickenunterschieden der Abstandshalter 196, 198, 200 verbleibenden
unerwünschten
Keilwinkel zu minimieren oder einen solchen gezielt zu erzeugen,
wenn dies dem Anwendungszweck des optischen Bauelements 180 und
der gewünschten
Performance entsprechend sinnvoll ist.
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Die
Krafteinleitungselemente 208, 210, 212 sind
dabei jeweils so angeordnet, dass die Richtung der Krafteinleitung
jeweils mit einer Längsmittelachse der
Abstandshalter 196, 198, 200 zusammenfällt.
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Die
Krafteinleitungselemente 208, 210, 212 sind
mechanisch wirkende Elemente, wobei jedoch auch piezo-elektrische,
motorische und/oder hydraulische Krafteinleitungselemente vorgesehen
sein können.
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Da
die Krafteinleitungselemente 208, 210, 212 zueinander
identisch sind, wird nachfolgend nur das Krafteinleitungselement 208 näher beschrieben.
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Das
Krafteinleitungselement 208 weist ein Kraftspeicherelement 214 in
Form einer Blattfeder 216 auf, deren Enden 218, 220 mittels
Schrauben 222, 224 am Gehäuse 202 des optischen
Bauelements 180 festgelegt ist. Etwa mittig weist das Krafteinleitungselement 208 einen
Stempel 226 auf, der die von dem Kraftspeicherelement 214,
das heißt
der Blattfeder 216 erzeugte Druckkraft auf die optisch wirksame
Komponente 182 überträgt, und
zwar, wie bereits erwähnt,
liegt der Stempel 226 auf der Längsmittelachse des Abstandshalters 196.
-
Des
Weiteren ist ein Einstellmechanismus 228 für das Krafteinleitungselement 208 vorgesehen, der
einen Schraubmechanismus in Form einer mit der Blattfeder 216 fest
verbundenen Mutter 230 mit Innengewinde aufweist, in der
eine mit dem Stempel 226 verbundene Schraube 232 in
Gewindeeingriff steht. Durch Drehen der Schraube 232 kann
somit die von der Blattfeder 216 erzeugte Druckkraft auf das
optisch wirksame Element 182 so eingestellt werden, dass
die gewünschte
Geometrie der Kavität 194 erhalten
wird. Die Abstandshalter 196 bis 200 werden durch
die entsprechend eingestellte Druckkraft im Mikrometer- bzw. Nanometerbereich
komprimiert, was bereits eine für
den gewünschten
Effekt ausreichende Änderung
der Geometrie der Kavität 194 darstellt.
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Während das
Krafteinleitungselement 208 auf eine Seite der optisch
wirksamen Komponente 182 wirkt, ist auf der gegenüberliegenden
Seite der optisch wirksamen Komponente 182 ein Gegenhalter 234 angeordnet,
der als Widerlager zur von dem Krafteinleitungselement 208 ausgeübten Druckkraft wirkt.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind der Gegenhalter 234 und das zumindest eine Krafteinleitungselement 208 nicht
miteinander verbunden, sondern von diesem separat vorgesehen. Der
Gegenhalter 234 ist an der optisch wirksamen Komponente 182,
genauer gesagt an der zweiten Platte 186, mittels federelastischer
Klammern, von denen in 13 die Klammern 236 und 238 zu
sehen sind, festgelegt. Der Gegenhalter 234 ist in Form
eines Rings ausgebildet, der um den Rand der Platte 186 verläuft, und
an dem federelastische Elemente 240, 242, 244 vorgesehen
sind, die sich gegen das Gehäuse 202 abstützen. Die
federelastischen Elemente 240, 242, 244 sind
wiederum so angeordnet, dass sie auf der jeweiligen Achse der Abstandshalter 196, 198, 200 angeordnet
sind.
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An
den Befestigungsklammern 236, 238 sind ferner
optional elastische Elemente 246, 248, bspw. in
Form von Elastomeren oder Klebepunkten, angeordnet, die eine radiale
Stabilisierung der optisch wirksamen Komponente 182 in
dem Gehäuse 202 bewirken.
Alternativ können
die Elemente 246, 248 aus dem Material des Gegenhalters 234 bestehen und
die Komponente 182 im Gehäuse 202 eindeutig positionieren.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 11 bis 13 dienen
die Krafteinleitungselemente 208, 210, 212 nicht
nur zur Krafteinleitung, sondern sie legen auch die optisch wirksame
Komponente 182 in dem Gehäuse 202 fest.
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Im
Gehäuse 202 können zusätzlich Bohrungen 250 und 252 vorgesehen
sein, durch die ein Klebstoff eingefügt werden kann, um die optisch
wirksame Komponente 182 zusätzlich radial zu fixieren.
-
Während die
Krafteinleitungselemente 208 bis 212 im gezeigten
Ausführungsbeispiel
in Verbindung mit den federelastischen Elementen 240 bis 244 eine
Krafteinleitung entlang der Längsmittelachse
der Abstandshalter 196 bis 200 bewirken, kann
es auch vorgesehen sein, bspw. die federelastischen Elemente 240 bis 244,
die die Widerlager bezüglich der
Krafteinleitung durch die Krafteinleitungselemente 208 bis 212 darstellen,
an anderen Positionen anzuordnen, oder zusätzliche Krafteinleitungselemente vorzusehen,
die eine Druckkraft in die optisch wirksame Komponente 182 außerhalb
der Achse der Abstandshalter 196 bis 200 ermöglichen.
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Die
Krafteinleitungselemente 208 bis 212 sind unabhängig voneinander
hinsichtlich der von ihnen bereitgestellten Druckkraft einstellbar,
so dass die gewünschte
Geometrie der Kavität 194 möglichst exakt
eingestellt werden kann.
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In
den 14 und 15 ist
ein gegenüber 11 bis 13 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
eines optischen Bauelements 260 dargestellt.
-
Auch
das optische Bauelement 260 ist ein Air-Spaced-Etalon und
weist in Entsprechung zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel eine optisch wirksame
Komponente 262, die eine erste Platte 264 und
eine zweite Platte 266 aufweist, auf. Das optische Bauelement 260 ist
in 14 quer zu einer optischen Achse 268 nur
zur Hälfte
dargestellt. Eine erste Oberfläche 270 ist
von einer zweiten Oberfläche 272 um
einen Abstand d beabstandet, so dass zwischen den Oberflächen 270 und 274 eine
optische Kavität 274 definiert
ist.
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Die
Platten 264 und 266 sind durch Abstandshalter,
von denen in 14 ein Abstandshalter 276 dargestellt
ist, um den Abstand d voneinander beabstandet.
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Die
optisch wirksame Komponente 262 ist in einem Gehäuse 282 eingefasst,
das eine Öffnung 284 und
eine Öffnung 286 für den Lichtdurchtritt
in Richtung der optischen Achse 268 aufweist.
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Entsprechend
der Anzahl von drei Abstandshaltern sind bei dem optischen Bauelement 260 drei Krafteinleitungselemente 288, 290, 292 vorgesehen, die
auf die optisch wirksame Komponente 262 im Bereich der Abstandshalter 276 und
der beiden weiteren, nicht dargestellten Abstandshalter eine Druckkraft
in die optisch wirksame Komponente 262 einleiten, um die
Geometrie der Kavität 274 zu
optimieren.
-
Die
drei Krafteinleitungselemente 288, 290, 292 sind über einen
gemeinsamen Ring 294 miteinander verbunden, der auf seiner
der Platte 264 zugewandten Seite auf Höhe der Abstandshalter 276 bzw. der
beiden weiteren Abstandshalter jeweils eine Auflagestelle 296 aufweist,
die vom Rest des Rings 294 vorsteht, so dass der Ring 294 nur
im Bereich der Auflagestellen 296 auf der ersten Platte 264 aufliegt.
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Mit
Bezug auf 14 wird das Krafteinleitungselement 290 nachfolgend
näher beschrieben.
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Das
Krafteinleitungselement 290 weist ein Kraftspeicherelement 298 in
Form einer Zugfeder 300 auf. Die Zugfeder 300 ist
mit ihrem einen Ende mit einem Einstellmechanismus 302 verbunden,
der eine Hülse 304 mit
Innengewinde und eine Schraube 306 mit Außengewinde
aufweist, die mit der Hülse 304 verschraubt
ist.
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Ein
Drehanschlag 308 dient dazu, ein Mitdrehen der Hülse 304 beim
Drehen der Schraube 306 zu vermeiden.
-
Die
Schraube 306 ist durch eine Öffnung 310 in dem
Ring 294 durchgeführt
und drückt
entsprechend unter Wirkung der Zugfeder 300 den Ring 294 auf
die erste Platte 264, um die gewünschte Druckkraft im Bereich
der Auflagestellen 296 und der beiden weiteren, nicht dargestellten
Auflagestellen auszuüben.
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Das
der Hülse 304 gegenüberliegende
Ende der Zugfeder 300 ist mit einem Gegenhalter 312 verbunden,
so dass insgesamt der Ring 294, der die Druckkraft auf
die Platte 264 ausübt,
mit dem Gegenhalter 312 verbunden ist, wobei der Gegenhalter 312 auf
der dem Ring 294 gegenüberliegenden
Seite der optisch wirksamen Komponente 262 angeordnet ist.
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Der
Gegenhalter 312 weist ebenfalls einen Ring 314 auf,
der wie der Ring 294 an drei Auflagestellen 316 auf
der zweiten Platte 266 aufliegt, so dass die Kraftwirkung
des Krafteinleitungselements 290 durch die Längsmittelachse
der Abstandshalter 276 hindurchgeht.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
bewirken das Krafteinleitungselement 290 und auch die weiteren
Krafteinleitungselemente 288 und 292 keine Festlegung
der optisch wirksamen Komponente 262 in dem Gehäuse 282,
so dass bei diesem Ausführungsbeispiel
zusätzliche
Maßnahmen
zur Fixierung der optisch wirksamen Komponente 262 vorgesehen sind.
Solche Befestigungsmaßnahmen
können
bspw. in einem Einkleben der optisch wirksamen Komponente 262 in
dem Gehäuse
bestehen, wobei der Klebstoff ähnlich
zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 11 durch
nicht dargestellte Bohrungen in dem Gehäuse auf die zylindrischen Außenflächen der
beiden Platten 264, 266 aufgebracht werden kann.
Als Kleber wird vorzugsweise ein elastischer Kleber verwendet.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die gewünschte
elastische Verbindung zwischen der Komponente 262 und dem
Gehäuse 282 auch
durch Anbringen von Metalllaschen auf der Innenseite des Gehäuses 282 hergestellt
werden, wobei solche Laschen die Komponente mit Kleber halten können, aber
auch ohne Kleber, indem sie durch geeignete Formgebung permanent
eine endliche Spannung radial nach innen auf die Komponente 262 ausüben. Derartige
Laschen könnten
auch als Teil einer separaten Hülse
zwischen dem Gehäuse 282 und
der optisch wirksamen Komponente 262 ausgebildet sein.