DE102007035573A1

DE102007035573A1 - Spannungsarmes Fügeverfahren und zugehöriges optisches Bauelement

Info

Publication number: DE102007035573A1
Application number: DE200710035573
Authority: DE
Inventors: Jörg-Peter SCHMIDT; Reinhard Müller
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009015637A2; EP2210133A2; WO2009015637A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein spannungsarmes Fügeverfahren, dass insbesondere dazu geeignet ist dünne optische Bauelemente mit hochgenauer Planoptik zu fertigen. Dabei unterscheidet sich der Wellenfrontfehler der montierten Baugruppe nicht von der Summe der Fehler der Einzelbauelemente, d.h. durch den Fügeprozess wird keine Verschlechterung der durchgehenden Wellenfront des optischen Bündels erfolgen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine optische Bauelementegruppe, welche gewährleistet, dass sich zwischen den optischen Funktionsflächen der einzelnen zu positionierenden optischen Einzelelemente sich kein Optikkitt befindet und für eine dünne Bauweise geeignet ist. Wesentlich ist dafür, dass die Baugruppe aus A) einer planoptischen Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2), die zu einer Unterbauruppe verklebt ist, wobei eine Verbindung der Verzögerungs- oder Filterplatte (2) mit der planoptischen Einheit (1) nur an ihrem äußeren Rand existiert und B) aus einer optischen Einheit (4), die über drei Abstandshalter (3) mit der Unterbaugruppe so verbunden ist, dass die drei Abstandshalter (3) außerhalb des optischen Prüfbereiches liegen, besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren insbesondere zur Verbindung sehr dünner optischer Bauelemente untereinander sowie ein danach gefertigtes optisches Bauelement. Dem Fachmann ist bewusst, dass Kittglieder zur Halterung bzw. Befestigung von optischen Elementen an Fassungselementen insbesondere durch Kleber Kräfte und/oder Momente durch die Befestigung auf die optischen Elemente übertragen. Durch die Klebeverbindung der optischen Elemente treten Verspannungen auf, welche zu Bildfehlern des jeweiligen optischen Elements führen können. Solche in der Optik üblichen Klebeverbindungen bzw. Kittverbindungen zwischen zwei optischen Bauelementen führen bekanntermaßen meist zu Deformationen der gefügten Bauelemente und damit zur Beeinträchtigung der Wellenfront. Die Deformationen werden durch die Schrumpfung der Klebstoffe beim Aushärten hervorgerufen. Einen Hinweis auf das Ergebnis erhält man erst nach interferometrischen Auswertung der ausgehärteten Baugruppe.
So ist beispielsweise aus „Bond it – Nachschlagewerk zur Klebetechnik, DELO, 2002, (S. 23–25, S. 51) bekannt, dass es beim Verkleben von Glasprismen insbesondere darauf ankommt, die optischen Eigenschaften nicht zu verändern. Um dies zu gewährleisten werden spezielle Hochleistungsklebstoffe beschrieben. Genannt werden auch die Bedeutung der Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenvorbehandlung sowie die Wirkungen der verschiedenen Klebetechniken.
Einzelne Verklebungen von optischen Bauelementen lassen sich gegebenenfalls damit in bestimmten Grenzen realisieren, aber sie bieten keine ausreichenden Qualitäten, wie sie beim Montieren von dünnen optischen Bauelementen mit einer hochgenauen Planoptik erforderlich ist.
Darüber hinaus ist der Austausch des optischen Elements insbesondere beim Kleben beispielsweise bei Beschädigungen oder Verschleißerscheinungen nur auf relativ aufwändige Weise möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein spannungsarmes Fügeverfahren anzugeben, dass insbesondere dazu geeignet ist dünne optische Bauelemente mit hochgenauer Planoptik zu fertigen. Dabei soll sich der Wellenfrontfehler der montierten Baugruppe möglichst nicht von der Summe der Fehler der Einzelbauelemente unterscheiden, d. h. durch den Fügeprozess soll keine Verschlechterung der durchgehenden Wellenfront des optischen Bündels erfolgen.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein optisches Bauelement anzugeben, welches gewährleistet, dass sich zwischen den optischen Funktionsflächen der einzelnen zu positionierenden optischen Einzelelemente kein Optikkitt befindet und für eine dünne Bauweise geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem nacheinander

a) eine planoptische Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2) zu einer Unterbaugruppe verklebt wird, wobei die Verbindung der Verzögerungs- oder Filterplatte (2) mit der planoptischen Einheit (1) nur an ihrem äußeren Rand über einen geeigneten Optikkitt in einer Fügezone (7) erfolgt und
b) die Unterbaugruppe mit einer optischen Einheit (4) über drei Abstandshalter (3) so verbunden wird, dass die drei Abstandshalter (3) außerhalb von der optischen Strahlungsdurchgangsfläche des optischen Prüfbereiches liegen.

In einer bevorzugten Fügeverfahren werden die planoptische Einheit (1) in Form einer Prismen- oder Spiegeleinheit, die Verzögerungsplatte (2) in Form einer Lambda/4-Platte und als optische Einheit (4) eine Strahlteilereinheit verwendet. In eine bevorzugten Weise wird ein Optikkitt zum Verbinden der planoptischen Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2) verwendet, der sehr kleine Bestandteile, wie z. B. Kügelchen oder Beads, enthält. Die beim Fügeprozess auftretende Schrumpfung des Optikkittes in der Fügezone kann dabei deutlich vermindert werden. Sie reduzieren zudem beim Aushärten des Klebstoffes die Volumenschrumpfung, da sie an allen Stellen der Klebstoffschicht eine Schrumpfung nur bis zu ihrer Nominaldicke zulassen.
Dadurch, dass sich keine Optikkitte zwischen den optischen Funktionsflächen (5) befinden, und die zur Fixierung erforderlichen Klebstoffe sich weit außerhalb der optischen Prüfbereiche befinden, verschlechtert sich während des gesamten Fügeprozesses der Wellenfrontfehler gegenüber dem Fehler der Einzelbauelemente kaum.
Bei fachmännischer Ausführung der Verklebung mit den eingemischten Glaskugeln (z. B.), werden die Glaskugeln auf der einen Seite von der dünnen Platte berührt und auf der anderen Seite von der Spiegeleinheit (1), so dass sich bei der Aushärtung des Klebstoffes dieser Abstand nicht verändern kann. Nach der Herstellung der Fügeverbindung zwischen der dünnen Verzögerungsplatte und dem Spiegel wird diese Unterbaugruppe mit drei Abstandshaltern (3) an dem Strahlteiler befestigt. Dies erfolgt mit drei kleinen Säulen, deren eine Seite deutlich außerhalb des optischen Prüfbereiches an die Spiegelfläche geklebt werden, während die andere Seite zur Verklebung mit dem Strahlteiler genutzt wird.
Es wird ferner ein optisches Bauelement aus einem dünnen optischen Element und einem planoptischen Element angegeben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es

A) aus einer planoptischen Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2), die zu einer Unterbaugruppe verklebt ist, besteht, wobei eine Verbindung der Verzögerungs- oder Filterplatte (2) mit der planoptischen Einheit (1) nur an ihrem äußeren Rand existiert und
B) aus einer optischen Einheit (4), die über drei Abstandshalter (3) mit der Unterbaugruppe so verbunden ist, dass die drei Abstandshalter (3) außerhalb des optischen Prüfbereiches liegen.

In einer bevorzugten Ausführung ist in die planoptische Einheit (1) eine so genannte Klebefalle (6) in Form einer geeigneten Nut eingearbeitet, um zu verhindern, dass überschüssiger Klebstoff von der Fügezone (7) in den Bereich der optischen Funktionsflächen (5) gelangen kann.
In einer Ausführung stellt die planoptische Einheit (1) eine Prismen- oder Spiegeleinheit dar. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verzögerungsplatte (2) eine Lambda/4-Platte und die optische Einheit (4) ist eine Strahlteilereinheit.
Der Kleber enthält in bevorzugter Weise geeignete kleine Kügelchen oder Ähnliches, die dazu dienen, dass der konstruktiv geforderte Abstand zwischen der dünnen Platte (2) und der z. B. Spiegeleinheit (1) hergestellt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung sind diese Kügelchen aus Glas.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optische Bauelement (Baugruppe) anhand der 1 bis 4 erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung mit den Einzelbestandteilen der optischen Baugruppe.
2 zeigt die schematische Darstellung einer Schnittansicht eines verklebten dünnen optischen Bauelementes gemäß beschriebener Erfindung.
3 stellt eine Ausführung eines Spiegels (1) mit optischer Klebefalle (6) und optischer Funktionsfläche (5) dar, wie er in der Erfindung als ein Beispiel Verwendung findet.
4 enthält die Unterbaugruppe mit Spiegeleinheit (1), der davor liegenden und mit dieser verklebten Verzögerungsplatte (2) sowie Fügezonen bzw. Klebeflächen (7), die nur beispielhaft angezeigt sind und sich zusätzlich auch an der rechten gegenüber liegenden unteren Seite befindet. Aus der Anordnung der Abstandshalter (3) ist erkennbar, dass diese deutlich außerhalb der optischen Funktionsfläche (5) und auch außerhalb der Fügezone (7) mit der Verzögerungsplatte (2) liegen. In bevorzugter Weise sind die Abstandshalter (3) in einem definierten Dreipunktkontakt zwischen Spiegeleinheit (1) und Strahlteiler (4) angeordnet, so dass die Deformationen der optischen Flächen, hervorgerufen durch die Klebstoffaushärtung, in vernachlässigbaren Bereichen außerhalb der optischen Prüfbereiche erfolgt.
Mit der Erfindung werden die funktionsrelevanten Prüfbereiche der empfindlichen Filter- bzw. Verzögerungsplatte und eines hochgenauen gefertigten Spiegels von im Fügeverfahren auftretenden Deformationen der Baugruppe durch Klebstoffschrumpfung entkoppelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Bond it – Nachschlagewerk zur Klebetechnik, DELO, 2002, (S. 23–25, S. 51) [0002]

Claims

Spannungsarmes Fügeverfahren für optische Bauelemente, bei dem nacheinander a) eine planoptische Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2) zu einer Unterbaugruppe verklebt wird, wobei die Verbindung der Verzögerungs- oder Filterplatte (2) mit der planoptischen Einheit (1) nur an ihrem äußeren Rand über einen geeigneten Optikkitt in einer Fügezone (7) erfolgt und b) die Unterbaugruppe mit einer optischen Einheit (4) über drei Abstandshalter (3) so verbunden wird, dass die drei Abstandshalter (3) außerhalb der optischen Strahlungsdurchgangsfläche des optischen Prüfbereiches liegen.
Spannungsarmes Fügeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als planoptische Einheit (1) eine Prismen- oder Spiegeleinheit.
Spannungsarmes Fügeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verzögerungsplatte (2) eine Lambda/4-Platte verwendet wird.
Spannungsarmes Fügeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Einheit (4) eine Strahlteilereinheit verwendet wird.
Spannungsarmes Fügeverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Optikkitt verwendet wird, der sehr kleine Bestandteile enthält, die die Volumenschrumpfung des Optikkitts verringern können.
Spannungsarmes Fügeverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (3) nach Aushärten des Optikkitts die Verbindung zwischen Unterbaugruppe und optischer Einheit (4) durch geeignete Verklebung herstellen.
Optisches Bauelement bestehend A) aus einer planoptischen Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2), die zu einer Unterbaugruppe verklebt ist, wobei eine Verbindung der Verzögerungs- oder Filterplatte (2) mit der planoptischen Einheit (1) nur an ihrem äußeren Rand existiert und B) aus einer optischen Einheit (4), die über drei Abstandshalter (3) mit der Unterbaugruppe so verbunden ist, dass die drei Abstandshalter (3) außerhalb des optischen Prüfbereiches liegen.
Optisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die planoptische Einheit (1) mit einer Klebefalle (6) in Form einer geeigneten Nut ausgestattet ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die planoptische Einheit (1) eine Prismen- oder Spiegeleinheit ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungsplatte (2) eine Lambda/4-Platte ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (4) eine Strahlteilereinheit ist.
Optisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Verkleben verwendete Optikkitt geeignete Elemente enthält, die den konstruktiv geforderte Abstand zwischen planoptischer Einheit (1) mit einer Verzögerungs- oder Filterplatte (2) gewährleisten können.
Optisches Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elemente kleine Kügelchen oder Beads sind.
Optisches Bauelement nach den Ansprüchen 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kügelchen oder Beads aus Glas sind.
Optisches Bauelement nach den Ansprüchen 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (3) in einem definierten Dreipunktkontakt zwischen planoptischer Einheit (1) und optischer Einheit (4) miteinander verbunden sind.