DE102022204699B3 - Method for mounting, adjusting and fixing an element emitting electromagnetic radiation in relation to at least one optical element that shapes the emitted electromagnetic radiation - Google Patents

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Abstract

Bei dem Verfahren wird bei einem ersten Schritt i) ein strahlformendes optisches Element (2) oder ein optisches Referenzelement (2')koaxial zur Rotationsachse einer Spindel (5) ausgerichtet und fixiert, bei einem zweiten Schritt ii) das emittierende Element (1) in eine zweite justierbare Spanneinrichtung (6) der Spindel (5) eingesetzt und fixiert und so ausgerichtet wird, dass die optische Achse der emittierten elektromagnetischen Strahlung koaxial zur Rotationsachse der Spindel (5) ausgerichtet worden ist und bei einem dritten Schritt iii) wird das Gehäuse (1.1) des emittierenden Elements (1) an seiner radial äußeren Wand und an Oberflächen spanend bearbeitet, so dass die Oberflächen parallel und senkrecht zur Rotationsachse der Spindel (5) ausgerichtet sind und bei einem vierten Schritt iv)das optische Element (2) und das emittierende Element (1) in eine gemeinsame Fassung (7) so eingeführt werden, dass ihre radial äußeren Wände parallel zueinander ausgerichtet sind und an der Innenwand der Fassung (7) sowie Oberflächen, die aufeinander zu weisend angeordnet sind, aneinander anliegen.In the method, in a first step i) a beam-shaping optical element (2) or an optical reference element (2') is aligned and fixed coaxially to the axis of rotation of a spindle (5), in a second step ii) the emitting element (1) in a second adjustable clamping device (6) of the spindle (5) is inserted and fixed and aligned in such a way that the optical axis of the emitted electromagnetic radiation has been aligned coaxially with the axis of rotation of the spindle (5) and in a third step iii) the housing ( 1.1) the emitting element (1) is machined on its radially outer wall and on surfaces such that the surfaces are aligned parallel and perpendicular to the axis of rotation of the spindle (5) and in a fourth step iv) the optical element (2) and the emitting element (1) are inserted into a common socket (7) so that their radially outer walls are aligned parallel to each other and abut against the inner wall of the socket (7) and surfaces arranged facing each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage, Justierung und Fixierung eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Elements in Bezug zu mindestens einem die emittierte elektromagnetische Strahlung strahlformenden optischen Element in einer gemeinsamen Fassung.The invention relates to a method for mounting, adjusting and fixing an element emitting electromagnetic radiation in relation to at least one optical element that shapes the emitted electromagnetic radiation beam in a common mount.

Verwendung für die Erfindung gibt es in allen Anwendungsgebieten, bei denen mit emittierenden Elementen, wie insbesondere Laserdioden kleiner und mittlerer Leistung (insbesondere < 100 W) elektromagnetische Strahlung emittiert werden soll und diese so montiert sind, dass mechanische Flächen zur Außenkontur-Bearbeitung gemäß einer vorgeschlagenen Prozessabfolge zur Verfügung stehen. Dies betrifft insbesondere alle solche emittierenden Elemente und deren Anwendungen in TO-Gehäuseformen. Die Erfindung lässt sich aber auf andere Gehäuseformen und sogar Multi-Emitter Laserdioden sowie auf andere aktive Komponenten erweitern, wie dies z.B. Glasfasern und LEDs sind.The invention can be used in all areas of application in which electromagnetic radiation is to be emitted with emitting elements, such as in particular laser diodes of small and medium power (especially <100 W), and these are mounted in such a way that mechanical surfaces can be machined externally according to a proposed process sequence are available. This applies in particular to all such emitting elements and their applications in TO housing forms. However, the invention can be extended to other housing shapes and even multi-emitter laser diodes as well as other active components, such as glass fibers and LEDs.

Halbleiter-Laserdioden sind extrem weit verbreitete Komponenten zur Bereitstellung kohärenten Lichts in verschiedenen Wellenlängenbereichen und Leistungsklassen. Der Halbleiter als Emitter der Laserstrahlung weist dabei üblicherweise eine stark divergente Abstrahlcharakteristik auf. Die am häufigsten anzutreffende Aufgabe bei der Integration von Halbleiterlasern ist daher durch eine geeignete optische Komponente oder eine Kombination mehrerer optischer Komponenten das divergente Licht des Emitters zu kollimieren. Dies stellt eine Grundvoraussetzung für eine weitere individuelle Anpassung der Strahlparameter an die Funktion des jeweiligen optischen Systems dar. Es kann aber auch in andere Form Einfluss auf die elektromagnetische Strahlung genommen werden und bestimmte Strahlquerschnittsgeometrien mit mindestens einem entsprechend ausgebildeten optischen Element genommen werden.Semiconductor laser diodes are extremely widely used components for providing coherent light in different wavelength ranges and power classes. The semiconductor as the emitter of the laser radiation usually has a strongly divergent emission characteristic. The most frequently encountered task when integrating semiconductor lasers is therefore to collimate the divergent light of the emitter using a suitable optical component or a combination of several optical components. This is a basic prerequisite for a further individual adjustment of the beam parameters to the function of the respective optical system. However, the electromagnetic radiation can also be influenced in other ways and specific beam cross-section geometries can be used with at least one appropriately designed optical element.

Für die Kollimation werden eine oder mehrere optische Komponenten (die im Folgenden als eine optische Komponente zusammengefasst bezeichnet werden) in bis zu fünf Freiheitsgraden (DOF) -1x Translation entlang der optischen Achse (Fokus), 2x Translation senkrecht zur optischen Achse (Pointing und Aberrationen) sowie 2x Rotation senkrecht zur optischen Achse (Aberrationen) - vor einem emittierenden Element justiert, wobei folgende Justierziele angestrebt werden: i) Ausrichtung der optischen Achse der optischen Komponente koaxial zur Mittenachse der Abstrahlung des emittierenden Elements, und anschließend ii) eine Einstellung eines definierten Abstands des mindestens einen strahlformenden Elements zum emittierenden Element durchgeführt, wobei die nach der Justierung erreichte Position anschließend fixiert werden muss.For collimation, one or more optical components (hereinafter collectively referred to as an optical component) are used in up to five degrees of freedom (DOF) -1x translation along the optical axis (focus), 2x translation perpendicular to the optical axis (pointing and aberrations ) and 2x rotation perpendicular to the optical axis (aberrations) - adjusted in front of an emitting element, whereby the following adjustment goals are aimed for: i) Alignment of the optical axis of the optical component coaxially to the central axis of the emission of the emitting element, and then ii) an adjustment of a defined Distance of the at least one beam-shaping element performed to the emitting element, the position reached after the adjustment must then be fixed.

Das technische Problem hierbei ist, dass die Justierung in bis zu fünf Freiheitsgraden aufwändig ist und oft mit einer Genauigkeit im Bereich weniger Mikrometer und besser durchgeführt werden muss. Die Fixierung des erreichten Justierzustands wird insbesondere bei miniaturisierten Laserbaugruppen mittels Kleben durchgeführt, wobei der Klebstoff die durch die 5 DOF Justierung entstehenden variablen Justierspalte überbrücken kann. Dies stellt eine große Herausforderung dar. Solche Klebungen dauerhaft stabil und reproduzierbar auszuführen ist sehr schwierig.The technical problem here is that the adjustment in up to five degrees of freedom is complex and often has to be carried out with an accuracy in the range of a few micrometers and better. The adjustment state achieved is fixed in particular in the case of miniaturized laser assemblies by means of gluing, with the adhesive being able to bridge the variable adjustment gaps resulting from the 5 DOF adjustment. This represents a major challenge. It is very difficult to carry out such bonds in a permanently stable and reproducible manner.

Die Justierung der optischen Komponente bezüglich des emittierenden Elements erfolgt üblicherweise in 5DOF mit Hilfe geeigneter Positioniersysteme (z.B. Hexapoden) unter aktiver Beobachtung des kollimierten Strahlprofils der emittierten elektromagnetischen Strahlung, z.B. mittels eines Elements zur Überprüfung des Strahlprofils (Beam-Profiler) des Strahls der mit dem emittierenden Element emittierten elektromagnetischen Strahlung. Dabei wird die Montageeinheit an der die optische Komponente nach der Justierung fixiert wird, so ausgeführt, dass ein ausreichender Justierbereich zur Verfügung steht, um während der Justierung eine Kollision zwischen optischer Komponente und Montageeinheit und somit eine Einschränkung des Justierbereichs auszuschließen. Im Gegensatz dazu muss der Justierbereich so klein wie möglich ausgeführt werden, um die bei extremen Justierzuständen sich einstellenden maximalen Justierspalte weitestgehend zu minimieren. Beide Forderungen führen zu einem Kompromiss, der von den Genauigkeiten der optischen Komponenten und des emittierenden Elements sowie von den Eigenschaften des zum Einsatz kommenden Klebstoffs abhängt. Der Klebstoff schrumpft nach der Applikation im Justierspalt und beim Aushärten. Das Schrumpfen führt je nach Größe des zu überbrückenden Justierspalts zu einer Dejustierung, die darüber hinaus die Langzeitstabilität der Fixierung negativ beeinflusst.The adjustment of the optical component with respect to the emitting element is usually carried out in 5DOF using suitable positioning systems (e.g. hexapods) with active observation of the collimated beam profile of the emitted electromagnetic radiation, e.g. using an element for checking the beam profile (beam profiler) of the beam with the emitting element emitted electromagnetic radiation. The mounting unit on which the optical component is fixed after the adjustment is designed so that a sufficient adjustment range is available to prevent a collision between the optical component and the mounting unit during the adjustment and thus a restriction of the adjustment range. In contrast to this, the adjustment area must be as small as possible in order to minimize as far as possible the maximum adjustment gaps that occur in extreme adjustment states. Both requirements lead to a compromise that depends on the accuracies of the optical components and the emitting element as well as on the properties of the adhesive used. After application, the adhesive shrinks in the adjustment gap and during curing. Depending on the size of the adjustment gap to be bridged, the shrinkage leads to maladjustment, which also has a negative effect on the long-term stability of the fixation.

So sind aus DE 103 22 587 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Referenzflächen an Fassungen optischer Elemente durch eine spanende Bearbeitung sowie entsprechend hergestellte Produkte beschrieben.So are off DE 103 22 587 A1 a method and a device for the production of reference surfaces on mounts of optical elements by machining and correspondingly manufactured products are described.

In DE 10 2018 106 468 A1 kann man Informationen zum Zentrieren eines optischen Elements in einem optischen System für ein Endoskop finden.In DE 10 2018 106 468 A1 one can find information on centering an optical element in an optical system for an endoscope.

DE 10 2014 012 354 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur ultrapräzisen Bearbeitung einer Referenzfläche eines eine optische Achse aufweisenden Werkstücks. DE 10 2014 012 354 A1 relates to a device and a method for ultra-precise machining of a reference surface of a workpiece having an optical axis.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine vereinfachte Montage, Justierung und Fixierung von elektromagnetische Strahlung emittierenden Elementen in Verbindung mit mindestens einem zur Strahlformung ausgebildeten Element in Bezug zueinander, mit denen eine sehr genaue Ausrichtung des mindestens einen optischen Elements in Bezug zu dem emittierenden Element dauerhaft und sicher erreicht werden kann.It is therefore an object of the invention to provide options for simplified assembly, adjustment and fixing of electromagnetic radiation-emitting elements in connection with at least one element designed for beam shaping in relation to one another, with which a very precise alignment of the at least one optical element in relation to the emitting Element can be reached permanently and safely.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in abhängigen Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a method having the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention can be implemented with features identified in the dependent claims.

Bei dem Verfahren zur Montage, Justierung und Fixierung eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Elements in Bezug zu mindestens einem die emittierte elektromagnetische Strahlung strahlformenden optischen Element in einer gemeinsamen Fassung wird bei einem ersten Schritt i) ein strahlformendes optisches Element oder ein optisches Referenzelement mit gleichen optischen Eigenschaften, wie das strahlformende optische Element, das an seinem radial äußeren Rand von einem Gehäuse umschlossen sein kann, wird koaxial zur Rotationsachse einer Spindel einer Werkzeugmaschine ausgerichtet und fixiert. Dies kann z.B. mittels einer auf der Spindel angeordneten, justierbaren ersten Spanneinrichtung realisiert werden.In the method for mounting, adjusting and fixing an element emitting electromagnetic radiation in relation to at least one optical element that shapes the emitted electromagnetic radiation beam in a common mount, in a first step i) a beam-shaping optical element or an optical reference element with the same optical properties, like the beam-shaping optical element, which can be surrounded by a housing at its radially outer edge, is aligned and fixed coaxially to the axis of rotation of a spindle of a machine tool. This can be achieved, for example, by means of an adjustable first clamping device arranged on the spindle.

Anschließend wird bei einem zweiten Schritt ii) das an seinem radial äußeren Rand und zumindest teilweise an der Oberfläche, die der Oberfläche gegenüberliegt, von der elektromagnetische Strahlung emittiert wird, von einem Gehäuse umschlossene elektromagnetische Strahlung emittierende Element in eine unabhängig von der „ersten“ Spanneinrichtung justierbare „zweite“ Spanneinrichtung der Spindel der Werkzeugmaschine eingesetzt und fixiert.Subsequently, in a second step ii), the element emitting electromagnetic radiation, which is enclosed by a housing at its radially outer edge and at least partially on the surface opposite the surface from which electromagnetic radiation is emitted, is placed in a clamping device that is independent of the “first” clamping device adjustable "second" clamping device of the spindle of the machine tool used and fixed.

Mittels der zweiten justierbaren Spanneinrichtung und einem Detektor, mit dem die Strahlquerschnittsgeometrie des Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung im Strahlengang nach dem mindestens einen strahlformenden optischen Element oder dem optischen Referenzelement erfasst wird, wird das emittierende Element in bis zu fünf Freiheitsgraden so ausgerichtet, dass die optische Achse der vom emittierenden Element emittierten elektromagnetischen Strahlung koaxial zur Rotationsachse der Spindel ausgerichtet worden ist.The emitting element is aligned in up to five degrees of freedom in such a way that the optical Axis of the electromagnetic radiation emitted by the emitting element has been aligned coaxially with the axis of rotation of the spindle.

Dann wird bei einem dritten Schritt iii) das Gehäuse des emittierenden Elements an seiner radial äußeren Wand und an der Oberfläche sowie der Oberfläche, die im montierten und fixierten Zustand in Richtung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements weist, in der in der zweiten justierbaren Spanneinrichtung im Schritt ii) erreichten Position und Ausrichtung in der Werkzeugmaschine spanend bearbeitet, so dass die Oberfläche der radial äußeren Wand parallel und die die Oberfläche, die im montierten und fixierten Zustand in Richtung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements weist, zumindest teilweise (bereichsweise) senkrecht zur Rotationsachse der Drehspindel ausgerichtet sind.Then in a third step iii) the housing of the emitting element on its radially outer wall and on the surface as well as the surface that points in the direction of the at least one beam-shaping optical element in the mounted and fixed state in the second adjustable clamping device in the Step ii) achieved position and alignment machined in the machine tool, so that the surface of the radially outer wall is parallel and the surface that points in the assembled and fixed state in the direction of the at least one beam-shaping optical element, at least partially (regionally) perpendicular to Axis of rotation of the rotating spindle are aligned.

Bei einem danach durchgeführten vierten Schritt iv) werden das mindestens eine mittels Justierdrehen oder Justierschleifen bearbeitete strahlformende optische Element und das emittierende Element in eine gemeinsame Fassung so eingeführt, dass ihre radial äußeren Wände parallel zueinander ausgerichtet sind und an der rotationssymmetrischen Innenwand der Fassung sowie die senkrecht zu den optischen Achsen des mindestens einen strahlformenden optischen Elements und des Gehäuses des emittierenden Elements ausgerichteten Oberflächen, die aufeinander zu weisend angeordnet sind aneinander anliegen.In a fourth step iv) carried out thereafter, the at least one beam-shaping optical element processed by means of adjustment turning or adjustment grinding and the emitting element are introduced into a common mount in such a way that their radially outer walls are aligned parallel to one another and on the rotationally symmetrical inner wall of the mount as well as the perpendicular surfaces which are aligned with the optical axes of the at least one beam-shaping optical element and the housing of the emitting element and which are arranged facing one another abut one another.

Bei der Durchführung des ersten Schritts i) sollte die Ausrichtung und Positionierung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements ebenfalls in fünf Freiheitsgraden erfolgen, auf die nachfolgend noch eingegangen werden soll.When carrying out the first step i), the alignment and positioning of the at least one beam-shaping optical element should also take place in five degrees of freedom, which will be discussed below.

Im Anschluss an die Durchführung des ersten Schritts i) kann ein Justierdrehen direkt am mindestens einen strahlformenden optischen Element oder an einem Gehäuse, in dem das mindestens eine strahlformende optische Element eingefasst ist, an seiner radial äußeren Wand und an der Oberfläche, die im montierten Zustand in Richtung des emittierenden Elements weist, durchgeführt werden, so dass die radial äußere Wand parallel und die Oberfläche, die im montierten Zustand in Richtung des emittierenden Elements weist, senkrecht zur optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements ausgerichtet sind und der zweite Schritt ii) oder der vierte Schritt iv) direkt im Anschluss daran durchgeführt wird.After carrying out the first step i), an adjustment turning can be carried out directly on the at least one beam-shaping optical element or on a housing in which the at least one beam-shaping optical element is enclosed, on its radially outer wall and on the surface that is in the assembled state points in the direction of the emitting element, are carried out so that the radially outer wall is parallel and the surface, which points in the direction of the emitting element in the mounted state, is oriented perpendicular to the optical axis of the at least one beam-shaping optical element and the second step ii) or the fourth step iv) is performed immediately thereafter.

Die Oberfläche eines Gehäuses in dem das strahlformende optische Element angeordnet ist, die im montierten Zustand in Richtung des emittierenden Elements weist und senkrecht zur optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements ausgerichtet ist, sollte in einer Ebene angeordnet werden bzw. worden sein, die einen definierten Abstand im montierten und fixierten Zustand zum emittierenden Element unter Berücksichtigung seiner bzw. der Brennweite(n) mehrere strahlformender optischer Elemente, die in einer Reihenanordnung angeordnet sind, vorgibt. Emittierendes Element und das/die strahlformende(n) optische(n) Element(e) können dann exakt innerhalb der gemeinsamen Fassung in definiertem Bezug zueinander positioniert werden, was die Ausrichtung ihrer optischen Achsen und auch den Abstand zwischen ihnen betrifft.The surface of a housing in which the beam-shaping optical element is arranged, which in the mounted state points in the direction of the emitting element and is aligned perpendicular to the optical axis of the at least one beam-shaping optical element, should be or have been arranged in a plane that has a defined distance in the mounted and fixed state to the emitting element, taking into account its or the focal length(s) of several beam-shaping optical elements that are arranged in a row. Emitting Element and the beam-shaping optical element(s) can then be positioned exactly within the common mount in a defined relation to each other as regards the alignment of their optical axes and also the distance between them.

Wird ein strahlformendes optisches Element ohne Gehäuse eingesetzt, kann es bevorzugt durch Justierschleifen bearbeitet werden. Dabei kann die in Richtung emittierendem Element weisende Oberfläche als ebene senkrecht zur optischen Achse ausgerichtete planare ebene Fläche ausgebildet worden sein, die dann im montierten und fixierten Zustand in der Fassung direkt an der komplementären Oberfläche des Gehäuses des emittierenden Elements anliegt.If a beam-shaping optical element is used without a housing, it can preferably be processed by adjustment grinding. In this case, the surface pointing in the direction of the emitting element can have been designed as a planar flat surface aligned perpendicularly to the optical axis, which then in the mounted and fixed state in the socket bears directly against the complementary surface of the housing of the emitting element.

Werden senkrecht zur jeweiligen optischen Achse ausgerichtete Oberflächen nur teilweise an einer Oberfläche so durch spanende Bearbeitung erhalten, können diese beispielsweise als ein abgesetzter ringförmiger Bereich ausgebildet werden, der einen oder mehrere andere Oberflächenbereiche überragt.If surfaces aligned perpendicularly to the respective optical axis are only partially obtained on a surface by machining in this way, they can be formed, for example, as a stepped ring-shaped area that protrudes beyond one or more other surface areas.

Bei der Durchführung des ersten Schritts i) kann mindestens ein die elektromagnetische Strahlung kollimierendes strahlformendes Element um mindestens 360 ° um seine optische Achse gedreht werden. Dies sollte mindestens einmal erfolgen. Die Drehbewegung kann auch so oft durchgeführt werden, bis die Ausrichtung der optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements koaxial zur Rotationsachse der jeweiligen Spindel erreicht worden ist.When carrying out the first step i), at least one beam-shaping element collimating the electromagnetic radiation can be rotated about its optical axis by at least 360°. This should be done at least once. The rotary movement can also be carried out until the alignment of the optical axis of the at least one beam-shaping optical element coaxially to the axis of rotation of the respective spindle has been achieved.

Bei der Durchführung des ersten Schritts i) kann man auch einen geeigneten optischen Detektor nutzen, auf dem elektromagnetische Strahlung, die durch das mindestens eine strahlformende optische Element gerichtet wird, abgebildet und die erfassten Messwerte entsprechend ausgewertet und damit die erste justierbare Spannvorrichtung entsprechend in den jeweils erforderlichen Freiheitsgraden beeinflusst werden kann, bis die richtige Ausrichtung und Positionierung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements in der ersten justierbaren Spannvorrichtung erreicht worden ist.When carrying out the first step i), you can also use a suitable optical detector on which electromagnetic radiation, which is directed through the at least one beam-shaping optical element, is imaged and the measured values measured are evaluated accordingly and the first adjustable clamping device is accordingly in the respective required degrees of freedom can be influenced until the correct alignment and positioning of the at least one beam-shaping optical element has been achieved in the first adjustable clamping device.

Eine erste und eine zweite justierbare Spannvorrichtung können beispielsweise ein an sich bekanntes Justierspannfutter sein. Ihre Justierung kann automatisch geregelt durchgeführt werden, indem die mit den entsprechenden Detektoren erfassten Messsignale als Regelgrößen einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung genutzt werden. Es ist aber auch eine manuelle Einstellung der jeweiligen Spanneinrichtung unter Nutzung von angezeigten mit dem jeweiligen Detektor erfassten Messsignalen für eine Justierung darin möglich.A first and a second adjustable clamping device can be, for example, an adjusting chuck known per se. Their adjustment can be carried out in an automatically controlled manner, in that the measurement signals recorded with the appropriate detectors are used as control variables of an electronic control and/or regulation device. However, it is also possible to set the respective clamping device manually using displayed measurement signals detected by the respective detector for an adjustment therein.

Bei der Durchführung des ersten Schritts i) kann die Ausrichtung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements mittels Reflexbilderfassung und Umschlagprüfung in der ersten justierbaren Spanneinrichtung durchgeführt werden.When carrying out the first step i), the alignment of the at least one beam-shaping optical element can be carried out by means of reflected image detection and reversal testing in the first adjustable clamping device.

Bei der Durchführung des ersten Schritts i) kann ein Detektor mit dem die Ausrichtung der optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements überprüft wird, translatorisch parallel zur Rotationsachse der Spindel bewegt werden.When carrying out the first step i), a detector with which the alignment of the optical axis of the at least one beam-shaping optical element is checked can be moved translationally parallel to the axis of rotation of the spindle.

Mit den zwei hier unmittelbar oberhalb bezeichneten Maßnahmen kann Einfluss auf die jeweilige Größe der Abbildungen auf dem jeweiligen Detektor genommen werden, was die Justierung vorteilhaft beeinflussen kann.With the two measures described here directly above, the respective size of the images on the respective detector can be influenced, which can advantageously influence the adjustment.

Der Lösungsweg der Erfindung basiert auf dem Ansatz, dass mechanische Strukturen zur Ausrichtung optischer Komponenten so präzise zu optischen Funktionsflächen gefertigt werden sollen, dass bei der Montage keine aktive Justierung benötigt wird, da die mechanischen Strukturen eine mikrometergenaue Relativlage der jeweiligen einzelnen Komponenten zueinander vorgibt, ohne dass ein Justierspalt benötigt wird.The solution of the invention is based on the approach that mechanical structures for aligning optical components are to be manufactured so precisely to optical functional surfaces that no active adjustment is required during assembly, since the mechanical structures specify a micrometer-precise relative position of the respective individual components to one another without that an adjustment gap is required.

Eine erste Grundannahme besteht darin, dass sich das zu bearbeitende emittierende Element, z.B. eine Laserdiode stabil und dauerhaft fixiert in einem Gehäuse angeordnet und darin fixiert ist, so dass eine Bearbeitung der Außenkontur des Gehäuses möglich ist. Eine zweite Grundannahme kann es sein, dass als optische Elemente zur Strahlformung, insbesondere zur Kollimation der elektromagnetischen Strahlung eines emittierenden Elements justiergedrehte oder -geschliffene, insbesondere optische Linsen als strahlformende optische Elemente mit einem definierten Außendurchmesser D ggf. eines Gehäuses dafür und einer Brennweite (Fokallänge) F eingesetzt werden können. Die Brennweite F berücksichtigt dabei in erster Näherung den Abstand des mindestens einen strahlformenden optischen Elements zum emittierenden Element an. Weiterhin kann angenommen werden, dass das/die strahlformende(n) optische(n) Element(e) eine justiergedrehte oder -geschliffene Planfläche P am jeweiligen Gehäuse in Richtung des emittierenden Elements aufweisen, die im justierten, montierten und fixierten Zustand direkt an der entsprechenden Oberfläche des Gehäuses in dem das emittierende Element anliegt, angeordnet ist. Strahlformende optische Elemente mit solchen Eigenschaften lassen sich mit dem klassischen Prozess des Justierdrehens oder -schleifens passiver optischer Komponenten leicht und ökonomisch herstellen.A first basic assumption is that the emitting element to be processed, for example a laser diode, is arranged and fixed in a housing in a stable and permanently fixed manner, so that the outer contour of the housing can be processed. A second basic assumption can be that as optical elements for beam shaping, in particular for collimating the electromagnetic radiation of an emitting element, alignment-turned or ground, in particular optical lenses as beam-shaping optical elements with a defined outer diameter D, if necessary, a housing for it and a focal length (focal length ) F can be used. In a first approximation, the focal length F takes into account the distance between the at least one beam-shaping optical element and the emitting element. Furthermore, it can be assumed that the beam-shaping optical element(s) have an adjustment-turned or -grinded flat surface P on the respective housing in the direction of the emitting element, which in the adjusted, assembled and fixed state directly on the corresponding Surface of the housing in which the emitting element rests, is arranged. Beam-shaping optical elements with such properties can be adjusted using the classic Justierdre process hens or grinds passive optical components easily and economically.

Eine solche „Referenz“-Linse als ein strahlformendes optisches Element (die im ersten Schritt nicht notwendigerweise justiergedreht sein muss, muss aber die gleichen optischen Eigenschaften aufweisen, wie ein später tatsächlich zu verbauendes strahlformendes optisches Element, z.B. eine Kollimationslinse. Eine „Referenz“-Linse kann zunächst in einem Aufbau (Setup) sehr vergleichbar zum Justierdrehen eingesetzt werden, wobei der Aufbau mindestens eine rotierbare Spindel einer Präzisions-Werkzeugmaschine aufweisen sollte. Eine sinnvolle Variante ist in 1 dargestellt. Dabei wird die Referenzlinse auf die Drehspindel einer Drehmaschine in einer Spanneinrichtung, insbesondere einem Justierfutter aufgesetzt und kann mittels Reflexbild-Messgerät einer Umschlagprüfung unterzogen werden.Such a "reference" lens as a beam-shaping optical element (which does not necessarily have to be rotated in the first step, but must have the same optical properties as a beam-shaping optical element that is actually to be installed later, e.g. a collimation lens. A "reference" lens Lens can initially be used in a structure (setup) very comparable to alignment turning, whereby the structure should have at least one rotatable spindle of a precision machine tool.A sensible variant is in 1 shown. In this case, the reference lens is placed on the rotary spindle of a lathe in a clamping device, in particular an adjusting chuck, and can be subjected to a reversal test using a reflection image measuring device.

In einem ersten Schritt wird die Referenzlinse koaxial zur Drehspindelachse ausgerichtet. Dies kann zum Beispiel in der in 1 gezeigten Anordnung mittels des Justierfutters der Referenzlinse und mittels Umschlagprüfung (d.h. Beobachtung des Reflexbildes der jeweiligen Linsenfläche, während die Drehspindel samt Referenzlinse um 360° gedreht wird) durchgeführt werden. Auf der Drehspindel wird die optische Achse der Referenzlinse koaxial zur Drehspindelachse ausgerichtet, indem das Justierfutter als erstes justierbares Spannelement so nachgestellt wird, dass die Krümmungsmittelpunkte der optischen Flächen der Referenzlinse auf der Rotationsachse der Drehspindel angeordnet werden, was bei der Umschlagprüfung zur Minimierung des Taumelns des Reflexbilds der jeweiligen optischen Fläche führt. Hierzu kann das Reflexbild-Messgerät als ein geeigneter Detektor entlang der optischen Achse bzw. der Drehspindelachse translatorisch bewegt werden. Dieser erste Schritt entspricht dem klassischen Justieren vor dem Justierdrehen und erfordert ein Justierfutter als erste justierbare Spanneinrichtung, das eine Justierung in mehreren Freiheitsgraden (DOF) ermöglicht. Es sind aber auch andere, vermutlich aufwändigere Verfahren denkbar, um die Ausrichtung der optischen Achse der Referenzlinse zur Rotationsachse der Drehspindel herzustellen. Danach ist im Ergebnis die optische Achse der Referenzlinse koaxial zur Drehspindelachse ausgerichtet.In a first step, the reference lens is aligned coaxially to the axis of the rotary spindle. This can be done, for example, in the in 1 The arrangement shown can be carried out using the adjustment chuck of the reference lens and by means of a reversal test (ie observation of the reflected image of the respective lens surface while the rotary spindle together with the reference lens is rotated through 360°). On the rotating spindle, the optical axis of the reference lens is aligned coaxially to the axis of the rotating spindle by readjusting the adjusting chuck as the first adjustable clamping element in such a way that the centers of curvature of the optical surfaces of the reference lens are arranged on the axis of rotation of the rotating spindle, which during the reversal test to minimize the wobbling of the Reflex image of the respective optical surface leads. For this purpose, the reflex image measuring device can be moved translationally as a suitable detector along the optical axis or the axis of the rotary spindle. This first step corresponds to the classic adjustment before the adjustment turning and requires an adjustment chuck as the first adjustable clamping device, which allows adjustment in several degrees of freedom (DOF). However, other, presumably more complex, methods are also conceivable for aligning the optical axis of the reference lens with the axis of rotation of the rotary spindle. As a result, the optical axis of the reference lens is then aligned coaxially with the axis of the rotary spindle.

Im zweiten Schritt (2) kommt ein weiteres Justierfutter als zweite justierbare Spanneinrichtung für die Laserdiode als emittierendes Element zur Verwendung, das bei konkreter Ausführung auch im ersten Schritt schon vorhanden sein kann und erst im zweiten Schritt konkret zum Einsatz kommen kann. Mit Hilfe dieses Justierfutters wird die Laserdiode relativ zur Referenzlinse in 5DOF ausgerichtet, diesmal unter Beobachtung des kollimierten Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung in einem alternativen Beobachtungstrahlengang mit Beamprofiler als Detektor mit dem die Strahlquerschnittsgeometrie des Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung erfasst werden kann. Justierziel ist es, sowohl das Taumeln des kollimierten Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung bei einer Umschlagprüfung zu minimieren, als auch die konkreten Strahlparameter des bevorzugt kollimierten Strahls (Durchmesser, Aberrationen etc.) einstellen zu können. Der Beamprofiler kann, ebenso wie das Reflexbild-Messgerät als Detektor mit dem die Ausrichtung der optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements überprüft wird, entlang der optischen Achse bzw. der Rotationsachse der Spindel translatorisch verfahren werden, um das Strahlprofil des kollimierten Strahls entlang dieser Achse vermessen zu können. Im Ergebnis des zweiten Schritts ist die optische Achse der mit der Laserdiode emittierten elektromagnetischen Strahlung koaxial zur Spindelachse ausgerichtet und die Laserdiode als emittierendes Element hat einen definierten Abstand zur Referenzlinse.At the second step ( 2 ) another adjusting chuck is used as a second adjustable clamping device for the laser diode as the emitting element, which can already be present in a concrete implementation in the first step and can only be used in the second step. With the help of this alignment chuck, the laser diode is aligned relative to the reference lens in 5DOF, this time while observing the collimated beam of emitted electromagnetic radiation in an alternative observation beam path with a beam profiler as a detector with which the beam cross-section geometry of the beam of emitted electromagnetic radiation can be recorded. The aim of the adjustment is to minimize the wobbling of the collimated beam of the emitted electromagnetic radiation during an envelope test and to be able to set the specific beam parameters of the preferably collimated beam (diameter, aberrations, etc.). The beam profiler, like the reflex image measuring device as a detector with which the alignment of the optical axis of the at least one beam-shaping optical element is checked, can be moved translationally along the optical axis or the axis of rotation of the spindle in order to trace the beam profile of the collimated beam along it to measure the axis. As a result of the second step, the optical axis of the electromagnetic radiation emitted by the laser diode is aligned coaxially with the spindle axis and the laser diode, as the emitting element, is at a defined distance from the reference lens.

Im dritten Schritt (3) muss die Außengeometrie des emittierenden Elements, wie z.B. eine Laserdiode (bzw. dessen Gehäuses) für die abschließende spanende Bearbeitung, beispielsweise einem Drehprozess zugänglich sein. In der Variante nach 2 wird hierfür das Justierfutter, mit dem die Referenzlinse justiert und fixiert worden ist, entfernt oder so bewegt, dass das ausgerichtete und im Justierfutter fixierte emittierende Element mit ihrem Gehäuse für eine spanende Bearbeitung zugänglich ist. Wenn das Justierfutter als erste justierbare Spanneinrichtung der Referenzlinse eine wiederholgenaue Befestigungsmöglichkeit auf bzw. an der drehbaren Spindel (z.B. sogenannte kinematische Mounts) aufweist, so kann bei einer erneuten Prozessabfolge der Aufwand für den ersten Schritt i) signifikant reduziert werden bzw. es kann das Justieren der Referenzlinse im ersten Schritt i) ggfls. sogar ganz entfallen.In the third step ( 3 ) The outer geometry of the emitting element, such as a laser diode (or its housing) must be accessible for the final machining, for example a turning process. In the variant after 2 For this purpose, the adjusting chuck, with which the reference lens has been adjusted and fixed, is removed or moved in such a way that the emitting element, which is aligned and fixed in the adjusting chuck, is accessible with its housing for machining. If the adjusting chuck as the first adjustable clamping device of the reference lens has a repeatable fastening option on or on the rotatable spindle (e.g. so-called kinematic mounts), the effort for the first step i) can be significantly reduced in a new process sequence or the adjustment can be carried out the reference lens in the first step i) if necessary. even omitted entirely.

Die Zugänglichkeit des Gehäuses des emittierenden Elements erlaubt es nun, mittels spanender Bearbeitung der Außenkontur diese Außenkontur also die radiale Außenwand koaxial zur Spindelachse durch spanende Bearbeitung zu gestalten („Justierbearbeiten“). Darüber hinaus kann im Maschinen-Koordinatensystem auch eine Planfläche des Gehäuses des emittierenden Elements bearbeitet werden, an der die Planfläche des justiergedrehten oder -geschliffenen jeweiligen strahlformenden optischen Elements ausgerichtet werden kann. Diese Oberfläche ist nach der Bearbeitung senkrecht zur Rotationsachse der Spindel und der optischen Achsen der Referenz-Linse bzw. des emittierenden Elements ausgerichtet.The accessibility of the housing of the emitting element now allows this outer contour, ie the radial outer wall, to be configured coaxially to the spindle axis by machining the outer contour ("adjustment machining"). In addition, a flat surface of the housing of the emitting element can also be machined in the machine coordinate system, on which the flat surface of the adjustment-turned or -ground respective beam-shaping optical element can be aligned. After machining, this surface is aligned perpendicularly to the axis of rotation of the spindle and the optical axes of the reference lens and the emitting element.

Nach der Durchführung des dritten Schritts iii) liegt ein emittierendes Element mit einem justierbaren Gehäuse vor. Dies kann, in Kombination mit bei9spielsweise einer justiergedrehten Kollimationslinse als strahlformendes Element, einfach in einer Präzisions-Tubusfassung (6) ohne aufwändige Justage eingeführt und darin exakt zueinander ausgerichtet und ohne einen Klebstoff fixiert werden. In der Fassung können auch mehrere strahlformende optische Elemente übereinander angeordnet werden, die aneinander anliegen, so dass insbesondere jeweilige Brennweiten durch Einhaltung definierter Abstände berücksichtigt werden können.After carrying out the third step iii), an emitting element with an adjustable housing is present. This can easily be done in a precision tube mount ( 6 ) can be introduced without time-consuming adjustment and aligned exactly to each other and fixed without an adhesive. A plurality of beam-shaping optical elements can also be arranged one above the other in the mount, which rest against one another, so that particular focal lengths can be taken into account by maintaining defined distances.

Die Erfindung hat folgende Vorteile und Wirkungen:

  • • Durch die spanende Bearbeitung in Verbindung mit der vorhergehenden Ausrichtung optischer Strukturen zur Spindelachse werden mechanische Strukturen zur Montage hochgenau zu den optischen Strukturen mittels spanender Bearbeitung gefertigt.
  • • Dadurch können aktive (Laserdioden) und passive Komponenten (Kollimationsoptik) OHNE Justierung gemeinsam in Tubusfassungen mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich integriert werden (wichtigster Vorteil).
  • • Konzentrizität und Abstand der aktiven und passiven Bauteile werden reproduzierbar hergestellt.
  • • Konzentrizität und Abstand der aktiven und passiven Bauteile ermöglichen austauschbare Komponenten.
  • • Der Einfluss von Fügemedien in variablen Justierspalten (Schrumpfen während der Aushärtung, Langzeitstabilität) wird ausgeschlossen.
  • • Die Justierung und spanende Bearbeitung kann automatisch und damit maschinell durchgeführt werden.
  • • Die Fertigung laseroptischer Baugruppen kann ökonomischer erfolgen, da der justier- und Fixierprozess der Kollimationsoptik vor einem emittierenden Element, wie z.B. einer Laserdiode ein aufwändiger Prozess mit teilweise niedriger Ausbeute war.
The invention has the following advantages and effects:
  • • Due to the machining in connection with the previous alignment of optical structures to the spindle axis, mechanical structures for assembly with the optical structures are manufactured with great precision by means of machining.
  • • This means that active (laser diodes) and passive components (collimation optics) can be integrated together in tube mounts with accuracy in the micrometer range WITHOUT adjustment (most important advantage).
  • • The concentricity and spacing of the active and passive components are reproducible.
  • • Concentricity and spacing of active and passive components allow interchangeable components.
  • • The influence of joining media in variable adjustment gaps (shrinkage during hardening, long-term stability) is ruled out.
  • • The adjustment and machining can be carried out automatically and therefore by machine.
  • • Laser-optical assemblies can be manufactured more economically, since the process of adjusting and fixing the collimation optics in front of an emitting element, such as a laser diode, was a complex process with low yields in some cases.

Gegenüber klassischen Verfahren (Richtkitten) können auch die Brennpunktebenen eingestellt werden.In contrast to classic methods (straightening cement), the focal planes can also be adjusted.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden. Dabei können einzelne technische Merkmale unabhängig vom jeweiligen Beispiel oder der jeweiligen Darstellung miteinander kombiniert werden.The invention will be explained below by way of example. Individual technical features can be combined with each other independently of the respective example or the respective representation.

Dabei zeigen:

  • 1 in schematischer Form einen Aufbau, wie er bei der Durchführung des ersten Schritts i) eingesetzt werden kann;
  • 2 in schematische Form einen Aufbau, wie er bei der Durchführung des zweiten Schritts ii) eingesetzt werden kann;
  • 3 in schematischer Form, wie man eine Laserdiode als ein emittierendes Element durch Justierdrehen bearbeiten kann;
  • 4 ein strahlformendes optisches Element, das durch Justierdrehen an bestimmten Oberflächen bearbeitet werden soll;
  • 5 ein Gehäuse einer Laserdiode als emittierendes Element an bestimmten Oberflächen bearbeiten soll und
  • 6 ein strahlformendes optisches Element und ein emittierendes Element, das in einer gemeinsamen Fassung nach der Durchführung des Verfahrens angeordnet und dabei in Bezug zueinander justiert ist, so dass die optischen Achsen des strahlformenden Elements und des emittierenden Elementes übereinstimmen.
show:
  • 1 in schematic form, a structure as can be used when carrying out the first step i);
  • 2 in schematic form a structure as can be used in carrying out the second step ii);
  • 3 in schematic form how to process a laser diode as an emitting element by alignment turning;
  • 4 a beam-shaping optical element to be machined on specific surfaces by alignment turning;
  • 5 to process a housing of a laser diode as an emitting element on certain surfaces and
  • 6 a beam-shaping optical element and an emitting element, which is arranged in a common socket after the method has been carried out and is adjusted in relation to one another, so that the optical axes of the beam-shaping element and the emitting element match.

Mit 1 soll verdeutlicht werden, wie man den ersten Schritt i) des Verfahrens durchführen kann. Dabei ist ein optisches Referenzelement 2' mit gleichen optischen Eigenschaften, wie ein strahlformendes optisches Element 2 in eine justierbare erste Spanneinrichtung 4 einer rotierbaren Spindel 5 einer Drehmaschine eingesetzt und fixiert.With 1 is intended to clarify how the first step i) of the method can be carried out. An optical reference element 2' with the same optical properties as a beam-shaping optical element 2 is inserted and fixed in an adjustable first clamping device 4 of a rotatable spindle 5 of a lathe.

Durch Drehung der Spindel 5, wie mit dem entsprechenden Pfeil angedeutet, trifft elektromagnetische Strahlung durch das optische Referenzelement 2', das bei dem gezeigten Beispiel eine die Strahlung kollimierende Linse ist, auf den Detektor 8 auf. Bei der Drehung kann die Ausrichtung der optischen Achse des optischen Referenzelements 2' erfasst und dann können mit der ersten justierbaren Spanneinrichtung 4 Korrekturen vorgenommen werden, so dass das optische Referenzelement 2' in der ersten justierbaren Spanneinrichtung 4 so ausgerichtet wird, dass seine optische Achse mit der Rotationsachse der Spindel 5 übereinstimmt.By rotating the spindle 5, as indicated by the corresponding arrow, electromagnetic radiation impinges on the detector 8 through the optical reference element 2', which in the example shown is a lens collimating the radiation. During the rotation, the alignment of the optical axis of the optical reference element 2' can be detected and corrections can then be made with the first adjustable clamping device 4, so that the optical reference element 2' is aligned in the first adjustable clamping device 4 in such a way that its optical axis the axis of rotation of the spindle 5 coincides.

Wenn dies erreicht worden ist, kann der zweite Schritt ii) durchgeführt werden, wie dies in 2 gezeigt ist. Dabei ist eine Laserdiode als emittierendes Element 1 mit seinem Gehäuse 1.1 in der zweiten justierbaren Spanneinrichtung 6 fixiert. Die vom emittierenden Element 1 emittierte elektromagnetische Strahlung tritt aus diesem divergent aus und wird mit dem optischen Referenzelement 2' fokussiert und trifft auf ein diese Strahlung um zweimal 90 ° durch entsprechende Reflexion umlenkendes Element 10, so dass die elektromagnetische Strahlung auf den Detektor 9 auftrifft, mit dem die Strahlquerschnittsgeometrie des Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung erfasst werden kann.When this has been achieved, the second step ii) can be carried out as described in 2 is shown. In this case, a laser diode is fixed as the emitting element 1 with its housing 1.1 in the second adjustable clamping device 6. The electromagnetic radiation emitted by the emitting element 1 exits divergently and is focused with the optical reference element 2' and impinges on an element 10 that deflects this radiation twice by 90° by corresponding reflection, so that the electromagnetic radiation impinges on the detector 9, with the beam cross-sectional geometry of the beam of emitted electromagnetic radiation can be detected.

Mit Hilfe der vom Detektor 9 erfassten Messwerte und der zweiten justierbaren Spanneinrichtung 6 kann das emittierende Element 1 mit seinem Gehäuse 1.1 so ausgerichtet werden, dass auch seine optische Achse mit der Rotationsachse der Spindel 5 zusammenfällt.With the help of the measured values recorded by the detector 9 and the second adjustable clamping device 6, the emitting element 1 can be aligned with its housing 1.1 in such a way that its optical axis also coincides with the axis of rotation of the spindle 5.

Man könnte die beiden Detektoren 8 und 9 auch auf einem Träger nebeneinander anordnen und den jeweiligen Detektor 8 oder 9 durch Drehung so positionieren, dass er bei der Durchführung des entsprechenden Schritts an der gewünschten Position und der jeweils andere daneben angeordnet ist.It would also be possible to place the two detectors 8 and 9 side by side on a support and rotate the respective detector 8 or 9 so that it is in the desired position and the other is next to it when the corresponding step is carried out.

Die Detektoren 8 und 9 können translatorisch parallel zur Rotationsachse der Spindel 5 bewegt werden, wie dies mit den Doppelpfeilen angedeutet ist.The detectors 8 and 9 can be moved translationally parallel to the axis of rotation of the spindle 5, as indicated by the double arrows.

Wie man 3 entnehmen kann, kann dann eine spanende Bearbeitung mit einem Drehmeißel 11 an der Oberfläche des Gehäuses 1.1 des emittierenden Elements 1 durchgeführt werden. Dabei wird die radial äußere Wand des Gehäuses 1.1 so bearbeitet, dass sie parallel zur Rotationsachse der Spindel 5 und somit auch zur optischen Achse des emittierenden Elements 1 ausgerichtet worden ist.How one 3 can be seen, can then be performed with a turning tool 11 on the surface of the housing 1.1 of the emitting element 1, a machining. The radially outer wall of the housing 1.1 is machined in such a way that it has been aligned parallel to the axis of rotation of the spindle 5 and thus also to the optical axis of the emitting element 1.

Die Oberfläche des Gehäuses 1.1, die um den Austritt der vom emittierenden Element 1 emittierten elektromagnetischen Strahlung angeordnet ist, wird so bearbeitet, dass zumindest ein Teil dieser Oberfläche senkrecht zur Rotationsachse der Spindel 5 und zur optischen Achse des emittierenden Elements 1 ausgerichtet worden ist. Sollte nur ein Teil dieser Oberfläche so ausgebildet worden sein, soll er aber über andere Teile dieser Oberfläche überstehen, so dass der senkrecht ausgerichtete Oberflächenbereich im montierten Zustand in der gemeinsamen Fassung 7 unmittelbar an einer entsprechenden bearbeiteten Oberfläche eines strahlformenden optischen Elements 2 bzw. dessen Gehäuses 2.1 anliegt und dadurch der Abstand des emittierenden Elements 1 zu dem strahlformenden optischen Element 2 exakt eingehalten werden kann, wenn diese beiden Elemente 1 und 2 in der gemeinsamen Fassung 7, wie in 6 gezeigt, angeordnet worden sind.The surface of the housing 1.1 arranged around the outlet of the electromagnetic radiation emitted by the emitting element 1 is machined in such a way that at least part of this surface has been oriented perpendicular to the axis of rotation of the spindle 5 and to the optical axis of the emitting element 1. If only part of this surface has been designed in this way, it should protrude over other parts of this surface, so that the vertically oriented surface area in the assembled state in the common mount 7 is directly on a correspondingly machined surface of a beam-shaping optical element 2 or its housing 2.1 and thus the distance between the emitting element 1 and the beam-shaping optical element 2 can be maintained exactly if these two elements 1 and 2 are in the common version 7, as in 6 shown, have been arranged.

In analoger Form kann auch ein strahlformendes optisches Element 2 ggf. mit einem eigenen Gehäuse 2.1 bearbeitet werden. Die zu bearbeitenden Oberflächen an einem Gehäuse 2.1 eines strahlformenden optischen Elements 2 sind in 4 gezeigt. Auch hier ist die Außenwand parallel und die in Richtung emittierenden Element 2 weisende Oberfläche senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet. 5 zeigt dies bei einer Laserdiode als emittierendes Element 1 in einem Gehäuse 1.1.A beam-shaping optical element 2 can also be processed in an analogous manner, if necessary with its own housing 2.1. The surfaces to be machined on a housing 2.1 of a beam-shaping optical element 2 are in 4 shown. Here, too, the outer wall is parallel and the surface pointing in the direction of the emitting element 2 is aligned perpendicular to the optical axis. 5 shows this in a laser diode as an emitting element 1 in a housing 1.1.

Die Fassung 7 in der schlussendlich mindestens ein strahlformendes optisches Element 2 und ein emittierendes Element 1 eingepasst werden, sollte sehr präzise gefertigt und sein Innendurchmesser mit sehr kleinem Spiel von ca. 0.001 mm - 0.002 mm entsprechend der Außendurchmesser der Außenwand der Gehäuse 1.1 und 2.1 ausgebildet sein.The mount 7, in which at least one beam-shaping optical element 2 and one emitting element 1 are finally fitted, should be manufactured very precisely and its inner diameter designed with a very small play of approx. 0.001 mm - 0.002 mm corresponding to the outer diameter of the outer wall of the housing 1.1 and 2.1 be.

Claims (8)

Verfahren zur Montage, Justierung und Fixierung eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Elements (1) in Bezug zu mindestens einem die emittierte elektromagnetische Strahlung strahlformenden optischen Element (2) in einer gemeinsamen Fassung (7), bei dem bei einem ersten Schritt i) ein strahlformendes optisches Element (2) oder ein optisches Referenzelement (2') mit gleichen optischen Eigenschaften, wie das strahlformende optische Element (2) koaxial zur Rotationsachse einer Spindel (5) einer Werkzeugmaschine ausgerichtet und in der entsprechenden Position fixiert wird und dann bei einem zweiten Schritt ii) das an seinem radial äußeren Rand und zumindest teilweise an der Oberfläche, die der Oberfläche gegenüberliegt, von der elektromagnetische Strahlung emittiert wird, von einem Gehäuse (1.1) umschlossene elektromagnetische Strahlung emittierende Element (1) in eine zweite justierbare Spanneinrichtung (6) der Spindel (5) der Werkzeugmaschine eingesetzt und fixiert wird und mittels der zweiten justierbaren Spanneinrichtung (6) und einem Detektor (9), mit dem die Strahlquerschnittsgeometrie des Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung im Strahlengang nach dem mindestens einen strahlformenden optischen Element (2) oder dem optischen Referenzelement erfasst wird, das emittierende Element (1) in bis zu fünf Freiheitsgraden so ausgerichtet wird, dass die optische Achse der vom emittierenden Element (1) emittierten elektromagnetischen Strahlung koaxial zur Rotationsachse der Spindel (5) ausgerichtet worden ist und bei einem dritten Schritt iii) das Gehäuse (1.1) des emittierenden Elements (1) an seiner radial äu-ßeren Wand und an der Oberfläche sowie der Oberfläche, die im montierten und fixierten Zustand in Richtung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements (2) weist, in der in der zweiten justierbaren Spanneinrichtung (6) im Schritt ii) erreichten Position und Ausrichtung in der Werkzeugmaschine spanend bearbeitet werden, so dass die Oberfläche der radial äußeren Wand parallel und die Oberfläche, die im montierten und fixierten Zustand in Richtung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements (2) weist zumindest teilweise, senkrecht zur Rotationsachse der Spindel (5) ausgerichtet sind und bei einem vierten Schritt iv) das mindestens eine mittels Justierdrehen oder Justierschleifen bearbeitete strahlformende optische Element (2) und das emittierende Element (1) in eine gemeinsame Fassung (7) so eingeführt werden, so dass ihre radial äußeren Wände parallel zueinander ausgerichtet sind und an der rotationssymmetrischen Innenwand der Fassung (7) sowie die senkrecht zu den optischen Achsen des mindestens einen strahlformenden optischen Elements (2) und des Gehäuses (1.1) des emittierenden Elements (1) ausgerichteten Oberflächen, die aufeinander zu weisend angeordnet sind, angeordnet sind, aneinander anliegen.Method for assembling, adjusting and fixing an element (1) emitting electromagnetic radiation in relation to at least one optical element (2) that shapes the emitted electromagnetic radiation beam in a common mount (7), in which in a first step i) a beam-shaping optical element (2) or an optical reference element (2') with the same optical properties as the beam-shaping optical element (2) is aligned coaxially to the axis of rotation of a spindle (5) of a machine tool and fixed in the corresponding position and then in a second step ii) the element (1) which emits electromagnetic radiation and is enclosed by a housing (1.1) at its radially outer edge and at least partially on the surface opposite the surface from which electromagnetic radiation is emitted, into a second adjustable clamping device (6) of the spindle ( 5) of the machine tool is used and fixed and by means of the second adjustable clamping device (6) and a detector (9) with which the beam cross-section geometry of the beam of the emitted electromagnetic radiation in the beam path after the at least one beam-shaping optical element (2) or the optical reference element is detected, the emitting element (1) is aligned in up to five degrees of freedom in such a way that the optical axis of the electromagnetic radiation emitted by the emitting element (1) has been aligned coaxially with the axis of rotation of the spindle (5), and in a third step iii) the housing (1.1) of the emitting element (1) on its radially outer wall and on the surface and the surface which, in the mounted and fixed state, points in the direction of the at least one beam-shaping optical element (2), in the second adjustable clamping device (6) in step ii) achieved position and alignment in the machine tool are machined so that the surface of the radially outer wall is parallel and the surface in the mounted and fixed state in the direction of at least a beam-shaping optical element (2) are at least partially aligned perpendicular to the axis of rotation of the spindle (5) and in a fourth step iv) the at least one beam-shaping optical element (2) processed by means of adjustment turning or adjustment grinding and the emitting element (1) in a common mount (7) are introduced so that their radially outer walls are aligned parallel to one another and on the rotationally symmetrical inner wall of the mount (7) and perpendicular to the optical axes of the at least one beam-shaping optical element (2) and the housing ( 1.1) of the emitting element (1) aligned surfaces, which are arranged facing each other, are arranged to abut each other. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des ersten Schritts i) das strahlformende optische Element (2) oder das optische Referenzelement (2') mit gleichen optischen Eigenschaften, wie das strahlformende optische Element (2) in eine justierbare erste Spanneinrichtung (4) der rotierbaren Spindel (5) einer Werkzeugmaschine eingesetzt und fixiert und anschließend koaxial zur Rotationsachse der Spindel (5) mittels der ersten justierbaren Spanneinrichtung (4) ausgerichtet und in der entsprechenden Position fixiert wird.procedure after claim 1 , characterized in that when carrying out the first step i) the beam-shaping optical element (2) or the optical reference element (2') with the same optical properties as the beam-shaping optical element (2) in an adjustable first clamping device (4) of rotatable spindle (5) of a machine tool and fixed and then aligned coaxially to the axis of rotation of the spindle (5) by means of the first adjustable clamping device (4) and fixed in the appropriate position. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Durchführung des ersten Schritts i) ein Justierdrehen am mindestens einen strahlformenden optischen Element (2) oder an einem Gehäuse (2.1), in dem das mindestens eine strahlformende optische Element (2) eingefasst ist, an seiner radial äußeren Wand und an der Oberfläche, die im montierten Zustand in Richtung des emittierenden Elements (1) weist, durchgeführt wird, so dass die radial äußere Wand parallel und die Oberfläche, die im montierten Zustand in Richtung des emittierenden Elements (1) weist, senkrecht zur optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements (1) ausgerichtet sind und der zweite Schritt ii) oder der vierte Schritt iv) im Anschluss daran durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after carrying out the first step i) an adjustment turning is carried out on the at least one beam-shaping optical element (2) or on a housing (2.1) in which the at least one beam-shaping optical element (2 ) is bordered, on its radially outer wall and on the surface that faces towards the emitting element (1) when assembled, so that the radially outer wall is parallel and the surface that faces towards the emitting element when assembled Element (1) has, are aligned perpendicular to the optical axis of the at least one beam-shaping optical element (1) and the second step ii) or the fourth step iv) is carried out thereafter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des ersten Schritts i) mindestens ein die elektromagnetische Strahlung kollimierendes strahlformendes Element (2) um mindestens 360 ° um seine optische Achse gedreht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when carrying out the first step i) at least one beam-shaping element (2) collimating the electromagnetic radiation is rotated by at least 360° about its optical axis. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des ersten Schritts i) die Ausrichtung des mindestens einen strahlformenden optischen Elements (2) mittels Reflexbilderfassung und Umschlagprüfung in der ersten justierbaren Spanneinrichtung (4) durchgeführt wird.Procedure according to one of claims 2 until 4 , characterized in that when carrying out the first step i) the alignment of the at least one beam-shaping optical element (2) is carried out by means of reflected image detection and envelope testing in the first adjustable clamping device (4). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des ersten Schritts i) ein Detektor(8) mit dem die Ausrichtung der optischen Achse des mindestens einen strahlformenden optischen Elements (2) überprüft wird, translatorisch parallel zur Rotationsachse der Drehspindel (5) bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when carrying out the first step i) a detector (8) with which the alignment of the optical axis of the at least one beam-shaping optical element (2) is checked, translationally parallel to the axis of rotation of the rotary spindle ( 5) is moved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des zweiten Verfahrensschritts ii) der Detektor (9), mit dem die Strahlquerschnittsgeometrie des Strahls der emittierten elektromagnetischen Strahlung erfasst wird, translatorisch parallel zur Rotationsachse der Drehspindel (5) bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when carrying out the second method step ii) the detector (9), with which the beam cross-section geometry of the beam of the emitted electromagnetic radiation is detected, is moved translationally parallel to the axis of rotation of the rotary spindle (5). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt i) einmal durchgeführt wird und bei nachfolgenden Wiederholungen das mittels der ersten justierbaren Spanneinrichtung (4) ausgerichtete und in der entsprechenden Position fixierte optische Referenzelement mit gleichen optischen Eigenschaften, wie das strahlformende optische Element (2), in eine Ausgangsposition erneut und ohne Ausrichtung wiederholgenau platziert wird, bevor die Ausrichtung und Fixierung des emittierenden Elements (1) in der zweiten justierbaren Spanneinrichtung (6) durchgeführt wird.Procedure according to one of claims 2 until 7 , characterized in that the first step i) is carried out once and in subsequent repetitions the optical reference element, which is aligned by means of the first adjustable clamping device (4) and fixed in the corresponding position, has the same optical properties as the beam-shaping optical element (2), in a starting position is placed again and without any alignment, before the alignment and fixing of the emitting element (1) in the second adjustable clamping device (6) is carried out.
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