DE102022214346B3

DE102022214346B3 - Laservorrichtung und Verfahren zu deren Montage

Info

Publication number: DE102022214346B3
Application number: DE102022214346.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Feiler; Florian Gerg
Original assignee: Photona GmbH
Current assignee: Photona GmbH
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2042-12-23

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Laservorrichtung 10, umfassend eine Laserdiode 1, einen Linsenhalter 3, und eine Aufnahmevorrichtung 5 für die Laserdiode 1 und den Linsenhalter 3 mit einer Mehrzahl von Ausrichtelementen 8, 9. Die Laserdiode 1 ist durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung 5 mittels der Ausrichtelemente 8 in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 bringbar. Der Linsenhalter 3 ist durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung 5 mittels der Ausrichtelemente 9 in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 bringbar. Offenbart wird ferner ein Werkzeug und ein Verfahren zur Montage der Laservorrichtung 10.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laservorrichtung mit einer Laserdiode, einem Linsenhalter und einer Aufnahmevorrichtung für die Laserdiode und den Linsenhalter.
Unter einer Laservorrichtung soll vorliegend eine optische Vorrichtung verstanden werden, welche zur Erzeugung von Laserstrahlen mit vorgegebenen Eigenschaften ausgebildet ist. Mittels der Laservorrichtung können beispielsweise eine oder mehrere Laserlinien, Laserpunkte oder auf optischer Beugung beruhendes Laserlicht erzeugt werden. Die Laservorrichtung kann neben den genannten Komponenten noch weitere Bauteile zur Erzeugung von Laserstrahlen umfassen. Die von der Laservorrichtung erzeugten Laserstrahlen können beispielsweise zu medizinischen Zwecken oder zur Fertigung von mechanischen oder elektronischen Bauteilen verwendet werden.
Die Laserdiode ist also eine Lichtquelle zur Erzeugung von Laserlicht. Dies besteht aus elektromagnetischen Wellen mit hoher Intensität, kleinem Frequenzbereich und/oder großer Kohärenzlänge. Hierzu weist die Laserdiode ein optisch aktives Medium auf.
Unter einem Linsenhalter soll hier ein Bauteil zur Aufnahme zumindest einer optischen Linse verstanden werden. Mittels der optischen Linse kann das von der Laserdiode erzeugte Laserlicht fokussiert oder kollimiert werden. Der Linsenhalter kann auch zur Aufnahme der Laserdiode ausgebildet sein und diese in einem vorgegebenen Abstand zu der Linse halten.
Eine präzise Ausrichtung der Laserdiode relativ zu dem Linsenhalter ist von großer Bedeutung, um beispielsweise einen definierten Fokus erzeugen zu können. Zu diesem Zweck umfasst die Laservorrichtung eine Aufnahmevorrichtung für die Laserdiode und den Linsenhalter.
Die Aufnahmevorrichtung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Aufnahmevorrichtung kann Aufnahmeabschnitte aufweisen, an denen die Laserdiode beziehungsweise der Linsenhalter in einer vorgegebenen Position, einem vorgegebenen Winkel und/oder in einem vorgegebenen Abstand relativ zueinander angeordnet werden können. Die Laserdiode beziehungsweise der Linsenhalter können in der Aufnahmevorrichtung lösbar aufgenommen, beispielsweise an dieser verschraubt werden. Alternativ können die Laserdiode beziehungsweise der Linsenhalter in der Aufnahmevorrichtung nicht-lösbar aufgenommen werden, beispielsweise mit dieser verklebt oder an dieser verklemmt werden.
Stand der Technik ist aus den Dokumenten US 2012 / 0 206 046 A1 , JP H08- 43 702 A , DE 11 2010 004 527 T5 , US 5 878 073 A , DE 10 2006 000 343 B3 und EP 3 096 980 B1 bekannt.
Das Dokument US 2012 / 0 206 046 A1 offenbart ein Lasermodul, das mit einer Leiterplatte verbunden werden kann. Das Lasermodul umfasst einen Hauptkörper mit einer vorderen Öffnung, einer hinteren Öffnung und einer Innenwand, eine Fokussierungslinse, die mit der vorderen Öffnung verbunden ist, ein Gehäuse, das an der Außenseite des Hauptkörpers angebracht ist und den Hauptkörper umschließt, wobei ein Ende des Gehäuses, das der Fokussierungslinse entspricht, ein Durchgangsloch aufweist und das andere Ende eine Öffnung hat, um das Einsetzen des Hauptkörpers in das Gehäuse zu ermöglichen. Das Lasermodul umfasst auch eine Laserdiode, die von der hinteren Öffnung des Hauptkörpers aus auf die Innenwand des Hauptkörpers gepresst und mit der Fokussierlinse ausgerichtet sowie elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, eine mit der Fokussierlinse ausgerichtete Bildlinse, eine luftdichte Struktur zum Abdichten der Bildlinse im Gehäuse, einen unter der Laserdiode positionierten sowie auf der Leiterplatte angeordneten und elektrisch mit ihr verbundenen Temperatursensor und eine unter der Laserdiode und dem Temperatursensor positionierte sowie in der hinteren Öffnung des Hauptkörpers angeordnete Temperatursteuerplatte.
In dem Dokument JP H08- 43 702 A wird von einem Halbleiterlaser 1 emittierter Laserstrahl L1 auf einen drehbaren Polygonspiegel gestrahlt, nachdem eine Kollimatorlinse 4 den Laserstrahl L1 zu einem parallelen Strahl formt. Die Linse 4 ist am freien Ende 5b eines Linsenhalters 5 befestigt, der in Richtung des Lasers 1 ragt. Wenn sich der Brechungsindex der Linse 4 durch Temperaturerhöhung verringert, wird ein Trennungsabstand X zwischen der Linse 4 und dem Laser 1 durch die thermische Ausdehnung des Linsenhalters 5 verkürzt, so dass die Unschärfe der Linse 4 aufgehoben wird.
Das Dokument DE 11 2010 004 527 T5 offenbart ein Lasergehäusebefestigungssystem, wie eine modifizierte TO-can (Transistoroutlinecan), welches Modifikationen aufweist, die die Wärmeübertragung vom aktiven Laser zu einem Wärmetauscher oder einer anderen Wärmesenke erhöhen. Eine vorfabrizierte Wärmetauscherbaugruppe befestigt beides, ein Lasergehäuse und eine oder mehrere Linsen. Eine direkte Befestigung einer Lüfterbaugruppe auf dem Gehäuse minimiert die Zusammenbauschritte weiter. Bauteile können physisch und optisch während des Zusammenbaus durch Einpassen und andere Indexmittel ausgerichtet werden, so dass das gesamte System selbstausrichtend und durch den Zusammenbauprozess fokussiert ist, ohne dass eine Justierung nach dem Zusammenbau erforderlich ist. Dieses System kann Kosten reduzieren und dadurch ermöglicht es die Verwendung von Hochenergieleiterlasern im Niedrigkostenbereich, Großserienproduktion, wie z. B. Konsumartikel.
Aus dem Dokument US 5 878 073 A ist ein brennweitenverstellbares Lasermodul mit einer Kappe bekannt, die eine sich verjüngende Laserabschussöffnung aufweist, einem Linsenhalter, der in die Kappe eingepresst ist, um einen Gummidichtungsring und eine Linse auf dem Gummidichtungsring zu halten, und der ein Innengewinde an der Rückseite aufweist, einem Laserdiodenhalter, der eine Montageplatte und eine Laserdiode auf der Montageplatte hält und ein Außengewinde an der Vorderseite aufweist, das in das Innengewinde des Linsenhalters eingeschraubt ist, eine Leiterplatte, die an der Montageplatte auf der Rückseite befestigt und mit der Laserdiode verbunden ist, um deren Betrieb zu steuern, und eine Feder, die im Inneren des Linsenhalters angebracht ist und einen rückwärtigen Druck auf den Laserdiodenhalter ausübt, um eine Verschiebung des Laserdiodenhalters relativ zum Linsenhalter zu verhindern.
In dem Dokument DE 10 2006 000 343 B3 wird eine optische Baugruppe mit einem bezüglich einer Achse justierbaren Optikträger erläutert, mit dem zumindest zwei optische Bauelemente fest verbunden sind, wobei der Optikträger aus zumindest zwei, je ein optisches Bauelement fixierenden, Teilträgern besteht, wobei die beiden Teilträger über zumindest drei flächig beabstandete, axial längliche, biegeschlaffe Verbindungsglieder miteinander verbunden sind, die axial versetzbar in passend zugeordneten Verbindungsöffnungen reibkraftschlüssig fixiert sind.
Schließlich offenbart das Dokument EP 3 096 980 B1 eine Lasereinheit für einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Laserdiode und einer der Laserdiode zugeordneten, einstellbaren Optik mit optischen Elementen, umfassend zumindest einen Kollimator. Zumindest eines der optischen Elemente ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Kollimator und einem Umlenkspiegel und um zumindest eine Raumachse schwenkbar gelagert.
Aktuell werden Punkt- und Linienlasermodule derart aufgebaut, dass möglichst viele Freiheitsgrade erzeugt und die einzelnen Bauteile (Diode/Linse) zueinander manuell ausgerichtet werden. Beispielsweise kann durch eine erzeugte Spielpassung beim Einsetzen der Diode per Hand der optimale Fokus per Augenmaß eingestellt werden. Ist der passende Abstand erreicht, muss dieser Zustand gehalten und die Laserdiode am Linsenhalter verklebt werden. Die Laserdiode muss dann solange manuell fixiert werden, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Bei einem Mehrlinsensystem, wie einem Linienlasermodul, kommt hinzu, dass die zweite Linse in einem separaten Bauteil angebracht ist und dort befestigt, also ebenfalls manuell verklebt, werden muss. Das äußere Gehäuse des Lasermoduls bildet ein gemeinsames Bezugsystem, an dem die einzelnen Bauteile im Laufe der Fertigung ausgerichtet werden. Hierdurch kommt es zu einer Verkettung der Fertigungstoleranzen und die zuvor gewählten Freiheitsgrade müssen für beide Systeme nach dem Einbau im Gehäuse zueinander ausgerichtet und verklebt werden. Da die Qualität eines Lasermoduls empfindlich gegenüber Verkippung, Verdrehung oder axialem und radialem Versatz der einzelnen Bauteile zur optischen Achse ist, ist hier ein großer Montage- und Justieraufwand nötig, um alle Bauteile zueinander auszurichten.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lasermodul zu schaffen, bei welchem die manuelle Ausrichtung der einzelnen Komponenten zueinander bei der Montage reduziert wird. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Fertigungsaufwand bei der Montage einer Laservorrichtung zu minimieren.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt in einem ersten Aspekt erfindungsgemäß mit einer Laservorrichtung der gattungsgemäßen Art, bei der die Aufnahmevorrichtung des Linsenhalters eine Mehrzahl von Ausrichtelementen aufweist, mit denen die Laserdiode durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung bringbar ist und mit denen der Linsenhalter durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung bringbar ist. In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe auch mit einem Werkzeug zur Herstellung einer solchen Laservorrichtung gelöst. In einem dritten Aspekt wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Montage einer Laservorrichtung gelöst. Schließlich wird die Aufgabe in einem vierten Aspekt auch dadurch gelöst, dass das Verfahren gemäß des dritten Aspekts mit dem Werkzeug gemäß des zweiten Aspekts durchgeführt wird.
Unter Ausrichtelementen sollen hier ganz allgemein Mittel verstanden werden, welche mit der Laserdiode und dem Linsenhalter wechselwirken können, um diese in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung zu bringen. Es kann sich also um mechanische Bauteile wie auch eine bestimmte Formgebung von Bauteilen handeln. So können die Ausrichtelemente von den Aufnahmeabschnitten der Aufnahmevorrichtung gebildet werden. In diesem Fall können die Aufnahmeabschnitte eine vorgegebene geometrische Form beziehungsweise Oberflächenstruktur aufweisen, welche mit der Laserdiode und dem Linsenhalter wechselwirken können, um diese in eine vorgegebene Ausrichtung zu bringen.
Erfindungsgemäß umfassen die Ausrichtelemente eine Mehrzahl von zweiten Längselementen, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung ausgerichtet sind. Die zweiten Längselemente wirken bei einer Aufnahme des Linsenhalters in der Aufnahmevorrichtung mit einer Ausrichtstruktur des Linsenhalters zusammen. Die räumliche Erstreckung der zweiten Längselemente entlang deren Längsachse kann größer sein als die räumliche Erstreckung der zweiten Längselemente entlang einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Querachse derselben. Die zweiten Längselemente können entlang der Längsachse bzw. der Montagerichtung als Hohlkörper ausgebildet sein. Die zweiten Längselemente können aus Metall oder einem anderen unverformbaren Material bestehen.
Die Längsachse bzw. Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung kann der optischen Achse der Laservorrichtung entsprechen. Die optische Achse kann eine Achse der Laservorrichtung sein, entlang welcher die Ausbreitung der von der Laservorrichtung erzeugten elektromagnetischen Wellen überwiegend stattfindet. Die optische Achse kann damit diejenige Achse sein, entlang welcher sich die Mehrzahl der von der Laserdiode erzeugten elektromagnetischen Wellen ausbreitet. Alternativ kann die Längsachse bzw. Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung von der optischen Achse abweichen. Der Linsenhalter kann entlang der Längsachse bzw. Montagerichtung der Laservorrichtung oder achsparallel zu dieser bewegt werden, um in die Aufnahmevorrichtung aufgenommen zu werden.
Die Ausrichtstruktur des Linsenhalters kann beispielsweise von einem Abschnitt des Außenumfangs des Linsenhalters gebildet werden. Beispielsweise kann auf dem Außenumfang des Linsenhalters eine Erhebung und/oder Vertiefung ausgeformt sein, welche bei Aufnahme des Linsenhalters in die Aufnahmevorrichtung in Kontakt mit den zweiten Längselementen gebracht werden kann.
Erfindungsgemäß sind die zweiten Längselemente als Zylinderstifte ausgebildet, deren dem Linsenhalter zugewandten Endabschnitte eine vorgegebene Kontur aufweisen. Die Ausrichtstruktur des Linsenhalters ist dann zumindest abschnittsweise komplementär zu der vorgegebenen Kontur ausgeformt. Die vorgegebene Kontur der Zylinderstifte kann beispielsweise eine Fase beziehungsweise ein sich in Richtung auf die Längsachse bzw. Montagerichtung der Zylinderstifte hin verjüngender Außenumfang der Zylinderstifte sein. Die Steigung der Fase in Richtung auf die Längsachse bzw. Montagerichtung der Längselemente kann unterproportional, linear, überproportional oder eine Kombination davon sein.
Mittels der Ausrichtelemente sind die Laserdiode beziehungsweise der Linsenhalter durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung relativ zu dieser in eine vorgegebene Ausrichtung bringbar. Die vorgeschlagene Laservorrichtung ermöglicht somit aufgrund der Ausrichtelemente das Ausrichten der Laserdiode beziehungsweise des Linsenhalters relativ zu der Aufnahmevorrichtung lediglich durch Aufnahme der Laserdiode beziehungsweise des Linsenhalters in der Aufnahmevorrichtung. Anders ausgedrückt, die hier vorgeschlagene Laservorrichtung schafft eine sich selbst ausrichtende Anordnung von Laserdiode und Linsenhalter.
So kann die Laserdiode und/oder der Linsenhalter auf die Aufnahmevorrichtung zu bewegt werden, um in letztere aufgenommen zu werden. Hierbei kann die Laserdiode und/oder der Linsenhalter mit den Ausrichtelementen der Aufnahmevorrichtung wechselwirken, um sich selbst auszurichten. Dies um in einer vorgegebenen Position, einem vorgegebenen Winkel und/oder in einem vorgegebenen Abstand relativ zu der Aufnahmevorrichtung an derselben angeordnet zu werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Laserdiode und/oder der Linsenhalter relativ zu der Aufnahmevorrichtung gedreht, beispielsweise verschraubt, werden um in die Aufnahmevorrichtung aufgenommen zu werden. Hierbei kann die Laserdiode und/oder der Linsenhalter mit den Ausrichtelementen der Aufnahmevorrichtung wechselwirken, um in einer vorgegebenen Position, einem vorgegebenen Winkel und/oder in einem vorgegebenen Abstand relativ zu der Aufnahmevorrichtung an derselben angeordnet zu werden. Weitere Arten der Ausrichtung der Laserdiode und/oder des Linsenhalters durch Aufnahme derselben in der Aufnahmevorrichtung sind ebenfalls denkbar.
Das gleiche Prinzip gilt auch für den Linsenhalter. Dieser kann sich lediglich durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung relativ zu dieser selbst ausrichten. Die Notwendigkeit eines manuellen Ausrichtens der Laserdiode beziehungsweise des Linsenhalters bei der Montage der Laservorrichtung ist damit nicht mehr notwendig beziehungsweise auf ein Minimum reduziert. Die Anzahl der notwendigen Montageschritte, wie das Befestigen der einzelnen Bauteile der Laservorrichtung zueinander, kann dadurch verringert werden. Insbesondere kann auf ein manuelles Fixieren und Verkleben der Laserdiode und des Linsenhalters verzichtet werden. Demnach kann die Fertigung der einzelnen Laservorrichtungen vereinfacht und die benötigte Fertigungszeit verkürzt werden. Die Serienfertigung von Laservorrichtungen wird dadurch ermöglicht.
Ferner kann durch das Zusammenwirken der zweiten Längselemente mit der Ausrichtstruktur des Linsenhalters dieser auf konstruktiv einfache Art durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung gebracht werden. Weiterhin ermöglicht die oben beschriebene Ausgestaltung der Ausrichtelemente und der Ausrichtstruktur ein besonders einfaches Ausrichten des Linsenhalters durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung.
Durch die Selbstausrichtung der Laserdiode und des Linsenhalters relativ zu der Aufnahmevorrichtung bei der Montage der Laservorrichtung wird ebenfalls eine höhere Präzision bei der Erreichung der vorgegebenen Eigenschaften der einzelnen Laserstrahlen und dadurch eine exaktere Einstellung des Fokus der Laservorrichtung erreicht. Beispielsweise kann der Abstrahlwinkel der Laserdiode durch deren Selbstausrichtung mit einer Abweichung von weniger als 1° genau eingestellt werden. Ferner kann aufgrund der Selbstausrichtung der Laserdiode deren Polarisation und damit die Polarisation der Laservorrichtung exakt festgelegt werden. Die Selbstausrichtung der Laserdiode und des Linsenhalters ermöglicht es auch, eine optische Achse und eine mechanische Achse der Laservorrichtung relativ zueinander mit der gewünschten Genauigkeit auszurichten.
Weiterbildend sind die Laserdiode und der Linsenhalter derart in der Aufnahmevorrichtung aufnehmbar, dass die Laserdiode mittels der Ausrichtelemente in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter bringbar ist. Die Laserdiode kann durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung mit den Ausrichtelementen der Aufnahmevorrichtung wechselwirken, zum Beispiel um eine vorgegebene Position, einen vorgegebenen Winkel und/oder einen vorgegebenen Abstand zu dem in der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Linsenhalter einzunehmen. So kann die Aufnahmevorrichtung aus zwei Teilstücken bestehen. In einem ersten Teilstück der Aufnahmevorrichtung kann dann die Laserdiode und in einem zweiten Teilstück der Aufnahmevorrichtung der Linsenhalter aufgenommen sein. Die Laserdiode kann durch Aufnahme in dem ersten Teilstück der Aufnahmevorrichtung in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem ersten Teilstück der Aufnahmevorrichtung gebracht werden. Analog kann der Linsenhalter durch Aufnahme in dem zweiten Teilstück der Aufnahmevorrichtung in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem zweiten Teilstück der Aufnahmevorrichtung gebracht werden. Die Teilstücke der Aufnahmevorrichtung können nach Aufnahme der Laserdiode und des Linsenhalters verbunden werden, wodurch die Laserdiode relativ zu dem Linsenhalter ausgerichtet werden kann. Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht somit nicht nur die Selbstausrichtung der Laserdiode und des Linsenhalters relativ zu der Aufnahmevorrichtung durch Aufnahme in derselben, sondern auch die Selbstausrichtung der Laserdiode relativ zu dem Linsenhalter durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung. Hierdurch kann der Ausrichtvorgang der Laservorrichtung weiter vereinfacht und die zur Montage der Laservorrichtung benötigte Fertigungszeit weiter verkürzt werden.
Vorteilhafterweise ist die Laserdiode bezüglich eines definierten Drehwinkels in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter bringbar. Der Drehwinkel kann beispielsweise hinsichtlich einer optischen Achse der Laservorrichtung bestimmt werden. Der Drehwinkel der Laserdiode relativ zu dem Linsenhalter kann radial bezüglich der optischen Achse bestimmt werden. Alternativ kann der Drehwinkel der Laserdiode relativ zu dem Linsenhalter axial in Bezug auf die optische Achse der Laservorrichtung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Laserdiode derart relativ zur optischen Achse ausgerichtet werden, dass die Laserdiode senkrecht, also in einem Winkel von 90°, zur optischen Achse ausgerichtet ist. Das Einstellen eines definierten Drehwinkels der Laserdiode relativ zu dem Linsenhalter stellt eine besonders einfache Art der Ausrichtung dieser Komponenten dar. Der Fertigungsaufwand der Laservorrichtung kann hierdurch weiter verringert werden.
Weiterbildend weist der Linsenhalter eine Presspassung auf, in welcher die Laserdiode aufnehmbar ist. Durch Aufnahme in der Presspassung ist die Laserdiode in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zum Linsenhalter bringbar. Die Presspassung kann eine Ausnehmung in einer der Laserdiode zugewandten Stirnseite des Linsenhalters sein. Die Presspassung kann eine Kontur aufweisen, welche komplementär zu einer in dem Linsenhalter aufgenommenen Oberfläche der Laserdiode ausgeformt ist. Die Laserdiode kann derart in der Presspassung aufgenommen werden, dass die Laserdiode mittels mechanischem Druck reibschlüssig mit dem Linsenhalter verpresst wird. Hierbei kann sich die Laserdiode und/oder der Linsenhalter mechanisch verformen. Die Presspassung kann derart ausgeformt sein, dass die Laserdiode durch Verpressen in der Presspassung in die vorgegebene Ausrichtung relativ zum Linsenhalter gebracht wird. Mittels der Presspassung kann die Laserdiode besonders einfach relativ zum Linsenhalter ausgerichtet und fixiert werden.
Zweckmäßigerweise umfassen die Ausrichtelemente eine Mehrzahl von ersten Längselementen, welche im Wesentlichen achsparallel zu einer Längsachse bzw. Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung ausgerichtet sind. Die ersten Längselemente sind bei einer Aufnahme der Laserdiode in der Aufnahmevorrichtung in Eingriff mit Aufnahmeelementen der Laserdiode bringbar. Die räumliche Erstreckung der ersten Längselemente entlang einer Längsachse derselben kann größer sein als die räumliche Erstreckung der ersten Längselemente entlang einer senkrecht zur Längsachse bzw. Montagerichtung verlaufenden Querachse derselben. Die ersten Längselemente können entlang der Längsachse bzw. Montagerichtung als Hohlkörper ausgebildet sein. Die ersten Längselemente können aus Metall oder einem anderen, unverformbaren Material bestehen.
Die Längsachse der Aufnahmevorrichtung kann der optischen Achse der Laservorrichtung entsprechen. Die optische Achse kann eine Achse der Laservorrichtung sein, entlang welcher die Ausbreitung der von der Laservorrichtung erzeugten elektromagnetischen Wellen überwiegend stattfindet. Die optische Achse kann damit diejenige Achse sein, entlang welcher sich die Mehrzahl der von der Laserdiode erzeugten elektromagnetischen Wellen ausbreitet. Alternativ kann die Längsachse der Laservorrichtung von der optischen Achse abweichen. Die Laserdiode kann entlang der Längsachse der Laservorrichtung oder achsparallel zu dieser bewegt werden, um in die Aufnahmevorrichtung aufgenommen zu werden.
Die Aufnahmeelemente können an einem Sockel der Laserdiode angeordnet sein, mittels welchem die Laserdiode in der Aufnahmevorrichtung aufgenommen werden kann. Der Sockel der Laserdiode kann aus einer Legierung mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Kovar®, bestehen. Die Legierung kann Eisen, Nickel und Cobalt enthalten. Der Sockel kann beschichtet sein. Auch können die Aufnahmeelemente der Laserdiode zumindest abschnittsweise komplementär zu den ersten Längselementen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Aufnahmeelemente als Vertiefungen auf einer der Aufnahmevorrichtung zugewandten Stirnseite des Sockels der Laserdiode ausgebildet sein. Ein Innenumfang der Vertiefungen kann einem Außenumfang der ersten Längselemente entsprechen. Durch den Eingriff der ersten Längselemente in die Aufnahmeelemente der Laserdiode kann die Laserdiode auf konstruktiv einfache Art bei Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung gebracht werden.
Weiterbildend sind die ersten Längselemente als Zylinderstifte und die Aufnahmeelemente als Nuten mit einem vorgegebenen Profil ausgebildet. Zylinderstifte können metallische Hohlkörper sein, welche an ihren senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Stirnseiten ein vorgegebenes Außenprofil, beispielsweise eine Fase, aufweisen können. Die Nuten können werksseitig mit einem vorgegeben Profil an der Laserdiode ausgebildet sein. Die Nuten können zur Aufnahme eines Werkzeugs zum Transport und/oder der Aufnahme der Laserdiode in der Aufnahmevorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise können die Nuten in einer achsparallel zu einer Längsachse der Laserdiode ein im Wesentlichen V-förmiges Profil aufweisen. Diese Ausgestaltung der Ausrichtelemente und der Aufnahmeelemente ermöglicht ein besonders einfaches Ausrichten der Laserdiode durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Laservorrichtung ferner eine elektrische Versorgungsleitung mittels welcher die Laserdiode bei der Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Aufgrund der Versorgung mit elektrischem Strom kann die Laserdiode bereits bei Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung elektromagnetische Wellen erzeugen. Die Ausrichtung der mit elektrischem Strom versorgten Laserdiode relativ zu der Aufnahmevorrichtung kann dadurch besonders einfach bestimmt und gegebenenfalls korrigiert werden. Die Montage der Laservorrichtung wird dadurch weiter vereinfacht.
Nach einer alternativen Weiterbildung ist ein Abstand zwischen der Laserdiode und dem Linsenhalter bei Aufnahme der Laserdiode und des Linsenhalter in der Aufnahmevorrichtung vorgegeben. Die Laserdiode und der Linsenhalter werden also unter einem vorgegebenen, insbesondere gleichbleibenden, Abstand zueinander in die Aufnahmevorrichtung aufgenommen. Der Abstand zwischen Laserdiode und Linsenhalter kann durch die Bauform der Aufnahmevorrichtung vorgegeben sein. Da der Abstand zwischen der Laserdiode und dem Linsenhalter vorgegeben ist, kann auf eine Versorgung der Laserdiode mit elektrischem Strom während des Einbaus verzichtet werden, ohne dass hierdurch die Genauigkeit der Ausrichtung der Laserdiode und des Linsenhalters relativ zu der Aufnahmevorrichtung beeinträchtigt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Aufnahmevorrichtung zwei relativ zueinander bewegbare Aufnahmeabschnitte. Die Laserdiode ist in dem einen Aufnahmeabschnitt und der Linsenhalter in dem anderen Aufnahmeabschnitt derart aufnehmbar, dass durch eine Relativbewegung der Aufnahmeabschnitte zueinander die Laserdiode in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter bringbar ist. Die Aufnahmeabschnitte können beispielweise entlang einer optischen Achse oder einer Längsachse der Laservorrichtung bewegbar sein. Sind die Laserdiode beziehungsweise der Linsenhalter in den jeweiligen Aufnahmeabschnitten aufgenommen, so befinden sich diese erfindungsgemäß bereits in einer jeweiligen vorgegebenen Ausrichtung relativ zu den jeweiligen Aufnahmeabschnitten der Aufnahmevorrichtung. Werden die beiden Aufnahmeabschnitte der Aufnahmevorrichtung beispielsweise entlang der optischen Achse oder der Längsachse der Laservorrichtung aufeinander zu bewegt, so werden folglich die Laserdiode und der Linsenhalter auch entlang der optischen Achse oder der Längsachse der Laservorrichtung ausgerichtet. Die Ausrichtung der Laserdiode und des Linsenhalters relativ zu beispielsweise der optischen Achse oder der Längsachse entfällt demnach bei dieser Ausführungsform. Die Montage der Laservorrichtung wird dadurch weiter vereinfacht.
Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer Laservorrichtung mit einer Laserdiode, einem Linsenhalter und einer Aufnahmevorrichtung für die Laserdiode und den Linsenhalter. Die Laservorrichtung kann also gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet sein.
Das Verfahren erfolgt nun erfindungsgemäß so, dass die Laserdiode in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung mittels einer Mehrzahl von Ausrichtelementen durch Aufnahme der Laserdiode in der Aufnahmevorrichtung ausgerichtet wird und auch der Linsenhalter in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung mittels der Ausrichtelemente durch Aufnahme des Linsenhalters in der Aufnahmevorrichtung ausgerichtet wird. Das Ausrichten der Laserdiode und/oder des Linsenhalters kann mit den zu dem ersten Aspekt beschriebenen technischen Merkmalen durchgeführt werden.
Die Ausrichtelemente sind bei dem Verfahren als erste und zweite Zylinderstifte ausgeformt. Die ersten Zylinderstifte werden während der Montage in Eingriff mit auf der Laserdiode vorgeformten Aufnahmeelementen gebracht. Eine zu den zweiten Zylinderstiften komplementäre Ausrichtstrukturwird auf dem Linsenhalter ausgeformt. Die zweiten Zylinderstifte werden während der Montage in Eingriff mit der Ausrichtstruktur gebracht.
Die zu der Laservorrichtung gemäß dem ersten Aspekt beschriebenen Ausgestaltungen, technischen Effekte und Vorteile gelten analog auch für das Verfahren zur Montage einer Laservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt. Dies gilt insbesondere für die nachfolgenden Weiterbildungen des Verfahrens.
Weiterbildend werden die Laserdiode und der Linsenhalter bei dem Verfahren derart in der Aufnahmevorrichtung aufgenommen, dass die Laserdiode mittels der Ausrichtelemente in eine vorgegebene Ausrichtung, insbesondere bezüglich eines definierten Drehwinkels, relativ zu dem Linsenhalter gebracht wird.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren eine Presspassung an dem Linsenhalter ausgeformt, in welcher die Laserdiode aufgenommen wird. Die Laserdiode wird durch Aufnahme in der Presspassung in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zum Linsenhalter ausgerichtet.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Verfahren die Laserdiode während der Montage über eine elektrische Versorgungsleitung zum Erzeugen einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik mit elektrischem Strom versorgt. Die Abstrahlcharakteristik der Laserdiode kann beispielsweise hinsichtlich einer Wellenlänge oder einer Polarisationsrichtung des von der Laserdiode erzeugten Laserlichts vorgegeben sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

1a eine Laservorrichtung mit einer Laserdiode, einem Linsenhalter und einer Aufnahmevorrichtung dafür nach einer Ausführungsform der Erfindung;
1b die Laservorrichtung der 1 a in einer alternativen Darstellung;
2a eine Detailansicht der Laserdiode in einer Seitenansicht mit einer Mehrzahl von ersten Ausrichtelementen der Aufnahmevorrichtung;
2b eine Detailansicht der Laserdiode in einer Draufsicht von unten mit einer Mehrzahl von Aufnahmeelementen;
3 eine Detailansicht des Linsenhalters in einer Seitenansicht mit einer Mehrzahl von zweiten Ausrichtelementen der Aufnahmevorrichtung;
4a eine Detailansicht eines mit einem Werkzeug hergestellten Linsenhalters mit darin aufgenommener Laserdiode; und
4b den Linsenhalter der 4a in einer Schnittdarstellung.

Die in 1a und 1b gezeigte Laservorrichtung 10 befindet sich in einem Montagezustand. Es handelt sich also um ein Zwischenprodukt, welches beispielsweise später in einem Linienlasermodul verwendet werden kann. Mit einem solchen Zwischenprodukt können demnach eine oder mehrere Laserlinien erzeugt werden. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Laservorrichtung 10 jedoch auch als Punktlaser-Modul oder als Modul zur Erzeugung von Laserstrahlen mittels eines diffraktiven optischen Elements ausgebildet sein.
Die Laservorrichtung 10 umfasst eine Laserdiode 1 mit der auf bekannte Weise Laserstrahlen, also elektromagnetische Wellen mit hoher Intensität, kleinem Frequenzbereich und/oder großer Kohärenzlänge erzeugt werden. Um die gewünschten Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen zu erreichen, muss die Laserdiode 1 relativ zu weiteren optischen Komponenten der Laservorrichtung 10 ausgerichtet werden. Die Ausrichtung der Laserdiode 1 wird unter Bezugnahme auf die 2a und 2b näher erläutert.
Zur Erzeugung der gewünschten Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen umfasst die Laservorrichtung 10 weiterhin einen Linsenhalter 3. Wie aus der Darstellung der 1b ersichtlich, ist in dem Linsenhalter 3 eine optische Linse 2 aufgenommen, um die von der Laserdiode 1 ausgesandten elektromagnetischen Wellen in eine vorgegebene Richtung abzulenken. Im Ausführungsbeispiel der 1b ist die optische Linse 2 eine Kollimationslinse, welche die von der Laserdiode 1 ausgesandten elektromagnetischen Wellen auf einen vorgegebenen Fokuspunkt hin ablenkt. Die Laserdiode 1 kann in einem vorgegebenen Abstand zu der Linse 2 in dem Linsenhalter 3 aufgenommen werden. Dazu weist der Linsenhalter 3 die in der 1b dargestellte Presspassung 4 auf. Die Presspassung 4 ist in einer der Laserdiode 1 zugewandten Stirnseite des Linsenhalters 3 ausgeformt. Die Presspassung weist eine Kontur auf, welche komplementär zu einer Oberfläche der Laserdiode 1 ausgeformt ist, die im montierten Zustand in dem Linsenhalter 3 aufgenommen ist. Die Laserdiode 1 kann unter mechanischem Druck in die Presspassung 4 eingefügt werden und sich dabei mechanisch verformen. Hierdurch kann eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Laserdiode 1 und dem Linsenhalter 3 hergestellt werden. Um die gewünschten Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen zu erreichen, muss der Linsenhalter 3 relativ zu weiteren optischen Komponente der Laservorrichtung 10, wie der Laserdiode 1, ausgerichtet werden. Die Ausrichtung des Linsenhalters 3 wird unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert.
Die Laservorrichtung 10 umfasst ferner eine Aufnahmevorrichtung 5, in welcher die Laserdiode 1 und der Linsenhalter 3 aufgenommen werden können. Die Aufnahme der Laserdiode 1 und des Linsenhalters 3 in die Aufnahmevorrichtung 5 wird während der Montage der Laservorrichtung 10 durchgeführt. Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b ist die Aufnahmevorrichtung 5 zweiteilig ausgebildet und umfasst zwei relativ zueinander bewegbare Aufnahmeabschnitte 6, 7. Die Aufnahmeabschnitte 6, 7 sind relativ zueinander entlang einer Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 5 bewegbar. Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b ist die Laserdiode 1 in dem Aufnahmeabschnitt 6 und der Linsenhalter 3 in dem Aufnahmeabschnitt 7 der Aufnahmevorrichtung 5 aufgenommen.
Nach Aufnahme der Laserdiode 1 beziehungsweise des Linsenhalters 3 in der Aufnahmevorrichtung 5 werden die Aufnahmeabschnitte 6, 7 der Aufnahmevorrichtung 5 entlang der Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 5 aufeinander zu bewegt, um den Montagevorgang der Laservorrichtung 10 abzuschließen. Auch während der Relativbewegung der Aufnahmeabschnitte 6, 7 der Aufnahmevorrichtung 5 muss die Ausrichtung der Laserdiode 1 beziehungsweise des Linsenhalters 3 sichergestellt werden.
Zur Ausrichtung der Laserdiode 1 und des Linsenhalters 3 umfasst die Aufnahmevorrichtung 5 daher eine Mehrzahl von Ausrichtelementen 8, 9. Die Ausrichtelemente 8 sind im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b als Zylinderstifte 8 dargestellt und in dem Aufnahmeabschnitt 6 der Aufnahmevorrichtung 5 angeordnet. Durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung 5 ist die Laserdiode 1 mittels der Ausrichtelemente 8 in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 bringbar. Die Ausrichtung der Laserdiode 1 relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 ist hinsichtlich einer relativen Position der Laserdiode 1, eines relativen Winkels der Laserdiode 1 und/oder eines relativen Abstands der Laserdiode 1 zu der Aufnahmevorrichtung 5 vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b wird die Laserdiode 1 entlang der Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 5 auf den Aufnahmeabschnitt 6 zubewegt, um in die Aufnahmevorrichtung 5 aufgenommen zu werden. Während dieser Bewegung der Laserdiode 1, also der Aufnahme derselben in der Aufnahmevorrichtung 5, wechselwirkt die Laserdiode 1 mit den Zylinderstiften 8 und wird so in die vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 gebracht. Die Ausrichtung der Laserdiode 1 mittels der Ausrichtelemente 8 wird unter Bezugnahme auf die 2a und 2b genauer erläutert.
Die Ausrichtelemente 9 zur Ausrichtung des Linsenhalters 3 sind im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b als Zylinderstifte 9 dargestellt und in dem Aufnahmeabschnitt 7 der Aufnahmevorrichtung 5 angeordnet. Durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung 5 ist der Linsenhalter 3 mittels der Ausrichtelemente 9 in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 bringbar. Die Ausrichtung des Linsenhalters 3 relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 ist hinsichtlich einer relativen Position des Linsenhalters 3, eines relativen Winkels des Linsenhalters 3 und/oder eines relativen Abstands des Linsenhalters 3 zu einer Oberfläche der Aufnahmevorrichtung 5 vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b wird der Linsenhalter 3 entlang der Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 5 auf den Aufnahmeabschnitt 7 zubewegt, um in die Aufnahmevorrichtung 5 aufgenommen zu werden. Während dieser Bewegung des Linsenhalters 3, also der Aufnahme desselben in der Aufnahmevorrichtung 5, wechselwirkt der Linsenhalter 3 mit den Zylinderstiften 9 und wird so in die vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 gebracht. Die Ausrichtung des Linsenhalters 3 mittels der Ausrichtelemente 9 wird unter Bezugnahme auf die 3 genauer erläutert.
Die Laservorrichtung 10 umfasst ferner eine elektrische Versorgungsleitung 12 für die Laserdiode 1. Ist die Laserdiode 1 in der Aufnahmevorrichtung 5 aufgenommen und daher relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 ausgerichtet, wird die Laserdiode 1 über die elektrische Versorgungsleitung 12 mit elektrischem Strom versorgt. Die Laserdiode 1 kann damit bereits während der Montage der Laservorrichtung 10 eine vorgegebene Strahlcharakteristik erzeugen. Die von der Laserdiode 1 mittels der elektrischen Versorgungsleitung 12 erzeugte Strahlcharakteristik kann vermessen werden, um die Ausrichtung der Laserdiode 1 relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 zu kontrollieren und gegebenenfalls anzupassen.
2a zeigt schematisch eine Detailansicht der Laserdiode 1 in einer Seitenansicht mit einer Mehrzahl von ersten Ausrichtelementen 8 der Aufnahmevorrichtung 5 in Form von Zylinderstiften 8. Die Zylinderstifte 8 sind achsparallel zu der Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 5 ausgerichtet. In der Darstellung der 2a ist die Laserdiode 1 in dem Aufnahmeabschnitt 6 der Aufnahmevorrichtung 5 aufgenommen. An einem Sockel 14 der Laserdiode 1 sind Aufnahmeelemente 18 angeordnet, welche mit den Ausrichtelementen 8 bei der Aufnahme der Laserdiode 1 in die Aufnahmevorrichtung 5 wechselwirken können. Die Aufnahmeelemente 18 sind in der Ausführungsform der 2a als Nuten dargestellt, welche unter Bezugnahme auf 2b näher erläutert werden. Der Sockel 14 der Laserdiode 1 besteht aus Kovar®, einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ist beschichtet. Die Nuten 18 sind bereits werksseitig in dem Sockel 14 ausgebildet und können zur Aufnahme der Laserdiode 1 in der Aufnahmevorrichtung 5 verwendet werden.
2b zeigt schematisch eine Detailansicht der Laserdiode 1 in einer Draufsicht von unten entlang der Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von Ausrichtelementen 8 und einer Mehrzahl von Aufnahmeelementen 18. Die Laserdiode 1 weist eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungselementen 11 auf, über welche die Laserdiode 1 mit der elektrischen Versorgungsleitung 12 zur Versorgung mit elektrischem Strom verbunden werden kann. Die elektrischen Verbindungselemente 11 sind in der Darstellung der 2b von einer Glasschicht 11a umgeben. Die Nuten 18 sind an gegenüberliegenden Außenseiten des Sockels 14 der Laserdiode 1 ausgebildet und weisen entlang der Längsachse LA ein im Wesentlichen V-förmiges Profil auf.
Beim Bewegen der Laserdiode 1 in Richtung auf den Aufnahmeabschnitt 6 der Aufnahmevorrichtung 5 zu, also bei der Aufnahme der Laserdiode 1 in die Aufnahmevorrichtung 5, gleiten die Zylinderstifte 8 an den Nuten 18 entlang. Die Zylinderstifte 8 sind dabei derart in dem Aufnahmeabschnitt 6 angeordnet, dass diese die Laserdiode 1 in ihren möglichen Bewegungsfreiheitsgraden beschränken. Die Zylinderstifte 8 erlauben demnach nur eine vorgegebene Bewegung der Laserdiode 1 in den jeweiligen Freiheitsgraden. Hierdurch richtet sich die Laserdiode 1 durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung 5 selbst aus. Ferner wird durch die Nuten 18 sichergestellt, dass die Laserdiode 1 nicht irreversibel mit den Zylinderstiften 8 verbunden werden muss, um relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 ausgerichtet werden zu können. Demnach kann die ausgerichtete Laserdiode 1 in die Presspassung 4 des Linsenhalters 3 eingefügt werden, ohne dass die Zylinderstifte 8 mit dem Linsenhalter 3 kollidieren. Beim Fügen der Laserdiode 1 in die Presspassung 4 des Linsenhalters 3 wird dabei durch die Zylinderstifte 8 lediglich Druck auf den Sockel 14 der Laserdiode 1 ausgeübt. Auf die elektrischen Verbindungselemente 11 und insbesondere deren umgebende Glasschicht 11a wird beim Fügen jedoch kein Druck ausgeübt. Ein Splittern der Glasschicht 11a beziehungsweise Brechen der elektrischen Verbindungselemente 11 wird bei der selbstausrichtenden Laserdiode 1 daher vermieden. Die Zylinderstifte 8 und die Nuten 18 mit vorgegebenem Profil ermöglichen somit auf konstruktiv einfache Weise eine Selbstausrichtung der Laserdiode 1 relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 durch die Aufnahme der Laserdiode 1 in die Aufnahmevorrichtung 5 und eine Selbstausrichtung der Laserdiode 1 relativ zu dem Linsenhalter 3. Die Laserdiode 1 muss aufgrund dieser Ausgestaltung nicht beziehungsweise lediglich geringfügig manuell ausgerichtet werden. Der Montagevorgang der Laservorrichtung 10 kann hierdurch vereinfacht und die für die Montage benötigte Fertigungszeit kann dementsprechend verkürzt werden.
3 zeigt schematisch eine Detailansicht des Linsenhalters 3 in einer Seitenansicht mit einer Mehrzahl von zweiten Ausrichtelementen 9 der Aufnahmevorrichtung 5 in Form von Zylinderstiften 9. Die Zylinderstifte 9 sind senkrecht zu der Längsachse LA der Aufnahmevorrichtung 5 ausgerichtet. In der Darstellung der 3 ist der Linsenhalter 3 in dem Aufnahmeabschnitt 7 der Aufnahmevorrichtung 5 aufgenommen.
Die dem Linsenhalter 3 zugewandten jeweiligen Endabschnitte 19 der Zylinderstifte 9 weisen eine vorgegebene Kontur 29 auf. In der Darstellung der 3 ist die vorgegebene Kontur 29 der Zylinderstifte 9 durch einen sich in Richtung auf die Längsachse der Zylinderstifte hin verjüngenden Außenumfang derselben gebildet. Die Zylinderstifte 9 sind in der Darstellung der 3 in ihren Endabschnitten 19 demnach mit einer Fase 29 versehen.
Der Linsenhalter 3 weist an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise eine Ausrichtstruktur 13 auf, welche komplementär zu der Fase 29 der Zylinderstifte 9 ausgebildet ist. Durch Bewegen des Linsenhalters 3 in Richtung auf den Aufnahmeabschnitt 7 der Aufnahmevorrichtung 5 zu, also bei Aufnahme des Linsenhalters 3 in der Aufnahmevorrichtung 5, berühren sich die Fase 29 der Zylinderstifte 9 und die komplementär dazu ausgebildete Ausrichtstruktur 13 des Linsenhalters 3. Durch diese Wechselwirkung der Ausrichtelemente 9 mit dem Linsenhalter 3 wird der Linsenhalter 3 in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 gebracht. Die Zylinderstifte 9 mit Fase 29 und die komplementär dazu ausgebildete Ausrichtstruktur 13 des Linsenhalters 3 ermöglichen auf konstruktiv einfache Weise eine Selbstausrichtung des Linsenhalters 3 relativ zu der Aufnahmevorrichtung 5 durch die Aufnahme des Linsenhalters 3 in die Aufnahmevorrichtung 5. Der Linsenhalter3 muss aufgrund dieser Ausgestaltung nicht beziehungsweise lediglich geringfügig manuell ausgerichtet werden. Der Montagevorgang der Laservorrichtung 10 kann hierdurch vereinfacht und die für die Montage benötigte Fertigungszeit kann dementsprechend verkürzt werden.
Wie oben im Zusammenhang mit 1a und 1b bereits erwähnt, sind die beiden Aufnahmeabschnitte 6, 7 der Aufnahmevorrichtung 5 relativ zueinander bewegbar. Die Laserdiode 1 und der Linsenhalter 3 sind durch Aufnahme in die Aufnahmeabschnitte 6, 7 der Aufnahmevorrichtung 5 in eine jeweilige vorgegebene Ausrichtung relativ zu dieser gebracht. Durch Bewegung der Aufnahmeabschnitte 6, 7 der Aufnahmevorrichtung 5 aufeinander zu bei der Montage der Laservorrichtung 10 wird die Laserdiode 1 in die Presspassung 4 des Linsenhalters 3 eingefügt. Die Paarung aus Laserdiode 1 und Linsenhalter 3 wird dabei mechanisch verformt, und es stellt sich somit eine reibschlüssige Verbindung zwischen beiden ein. Dadurch wird die Laserdiode 1 während der Montage der Laservorrichtung 10 in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter 3 gebracht. Somit können nicht nur die Laserdiode 1 und der Linsenhalter 3 durch Aufnahme in die Aufnahmevorrichtung 5 jeweils relativ zu dieser ausgerichtet werden, sondern die Laserdiode 1 kann auch relativ zu dem Linsenhalter 3 ausgerichtet werden. Der für die Ausrichtung der einzelnen optischen Elemente der Laservorrichtung 10 benötigte Montageaufwand kann somit weiter gesenkt und die Fertigungszeit der Laservorrichtung 10 weiter verkürzt werden.
Die 4a und 4b zeigen einen selbstausrichtenden Linsenhalter 3 im montierten Zustand, also nach Fügen der selbstausrichtenden Laserdiode 1 in die Presspassung 4. Die 4b zeigt dabei einen Schnitt durch den Linsenhalter 3 und die Laserdiode 1 entlang der Linie A-A. Die Ausrichtstruktur 13 des Linsenhalters 3 ist in der Darstellung der 4a gut sichtbar.
Die selbstausrichtende Laserdiode 1 ist dabei derart in die Presspassung 4 des selbstausrichtenden Linsenhalters 3 eingefügt, dass die elektrischen Versorgungselemente 11 und deren umgebende Glasschicht 11a aus dem Linsenhalter 3 hervorstehen. Wie oben bereits erwähnt, wird beim Fügen der Laserdiode 1 in den Linsenhalter 3 kein Druck auf die Versorgungselemente 11 und die Glasschicht 11a ausgeübt.
Auf der der Laserdiode 1 gegenüberliegenden Seite des Linsenhalters 3 ist ein Glasstab 15 in einer dafür vorgesehenen Aufnahme 16 des Linsenhalters 3 angeordnet. Durch die Aufnahme 16 ist der Glasstab 15 in dem montierten Linsenhalter 3 bereits in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zur Laserdiode 1 und zur Linse 2 angeordnet. Mittels des Glasstabs 15 können die gewünschten Eigenschaften des Laserlichts erzeugt werden. Aufgrund der Selbstausrichtung der Laserdiode 1 und des Linsenhalters 3 kann während der Montage der Laservorrichtung 10 auf den Einbau eines Glasstabs verzichtet werden, welcher bisher notwendig war, um die Ausrichtung der Laserdiode 1 und des Linsenhalters 3 während der Montage kontrollieren zu können. Die Fertigung der Laservorrichtung 10 kann demnach weiter vereinfacht werden.
Wie aus der Darstellung der 4a ersichtlich, weist der Linsenhalter 3 eine Mehrzahl von Nuten 17 auf, welche zur Freistellung eines Montagewerkzeugs verwendet werden können. Mittels der Nuten 17 kann der Linsenhalter 3 demnach beispielsweise in ein Montagewerkzeug aufgenommen werden, mittels welchem der Linsenhalter 3 auf die Aufnahmevorrichtung 5 zubewegt werden kann. Durch die Nuten 17 kann vermieden werden, dass das Montagewerkzeug in direkten Kontakt mit der Aufnahmevorrichtung 5 gelangt.
Der Darstellung der 4b lässt sich entnehmen, dass in dem selbstausrichtenden Linsenhalter 3 zwischen der selbstausrichtenden Laserdiode 1 und der Linse 2 keine weiteren Bauteile, beispielsweise Befestigungselemente wie Klebestreifen für die Laserdiode 1, vorhanden sind. Diese sind aufgrund der Selbstausrichtung der Laserdiode 1 relativ zu der Linse 2 und der Presspassung 4 auch nicht notwendig. Der für den Linsenhalter 3 notwendige Bauraum kann somit verringert werden. Auch zwischen der Linse 2 und dem in der Aufnahme 16 angeordneten Glasstab 15 sind keine Befestigungselemente vorgesehen. Aufgrund der Selbstausrichtung des Linsenhalters 3 relativ zum Glasstab 15 kann auch auf derlei Befestigungselemente verzichtet werden. Der Linsenhalter 3 kann demnach kompakter gebaut werden. Schließlich sorgt die Abwesenheit weiterer Bauteile zwischen der Laserdiode 1, der Linse 2 und dem Glasstab 15 auch dafür, dass der Strahlverlauf innerhalb des Linsenhalters 3 nicht beeinträchtigt wird. Die Präzision der Laservorrichtung 10 wird durch die Selbstausrichtung der Laserdiode 1 und des Linsenhalters 3 ebenfalls erhöht.
Bezugszeichen

1: Laserdiode
2: Linse
3: Linsenhalter
4: Presspassung
5: Aufnahmevorrichtung
6, 7: Aufnahmeabschnitte der Aufnahmevorrichtung
8, 9: Ausrichtelemente; Längselemente
10: Laservorrichtung
11: elektrische Verbindungselemente
11a: Glasschicht der elektrischen Verbindungselemente
12: elektrische Versorgungsleitung
13: Ausrichtstruktur
14: Sockel der Laserdiode
15: Glasstab
16: Aufnahme des Glasstabs
17: Nuten
18: Aufnahmeelemente; Nuten
19: Endabschnitte der Längselemente
29: Kontur der Endabschnitte; Fase
LA: Längsachse der Aufnahmevorrichtung

Claims

Laservorrichtung (10) mit - einer Laserdiode (1), - einem Linsenhalter (3) und - einer Aufnahmevorrichtung (5) für die Laserdiode (1) und den Linsenhalter (3), wobei die Aufnahmevorrichtung (5) des Linsenhalters (3) eine Mehrzahl von Ausrichtelementen (8, 9) aufweist, mit denen die Laserdiode (1) durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung (5) in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung (5) bringbar ist und mit denen der Linsenhalter (3) durch Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung (5) in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung (5) bringbar ist, wobei die Ausrichtelemente (8, 9) eine Mehrzahl von zweiten Längselementen (9) umfassen, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung (5) ausgerichtet sind, wobei die zweiten Längselemente (9) bei einer Aufnahme des Linsenhalters (3) in der Aufnahmevorrichtung (5) mit einer Ausrichtstruktur (13) des Linsenhalters (3) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Längselemente (9) als Zylinderstifte (9) ausgebildet sind, deren dem Linsenhalter (3) zugewandten Endabschnitte (19) eine vorgegebene Kontur (29) aufweisen, wobei die Ausrichtstruktur (13) des Linsenhalters (3) zumindest abschnittsweise komplementär zu der vorgegebenen Kontur (29) ausgeformt ist.
Laservorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (1) und der Linsenhalter (3) derart in der Aufnahmevorrichtung (5) aufnehmbar sind, dass die Laserdiode (1) mittels der Ausrichtelemente (8, 9) in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter (3) bringbar ist.
Laservorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (1) bezüglich eines definierten Drehwinkels in die vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter (3) bringbar ist.
Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenhalter (3) eine Presspassung (4) aufweist, in welcher die Laserdiode (1) aufnehmbar ist, wobei die Laserdiode (1) durch Aufnahme in der Presspassung (4) in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zum Linsenhalter (3) bringbar ist.
Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtelemente (8, 9) eine Mehrzahl von ersten Längselementen (8) umfassen, welche im Wesentlichen achsparallel zu der Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung (5) ausgerichtet sind, wobei die ersten Längselemente (8) bei einer Aufnahme der Laserdiode (1) in der Aufnahmevorrichtung (5) in Eingriff mit Aufnahmeelementen (18) der Laserdiode (1) bringbar sind.
Laservorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Längselemente (8) Zylinderstifte (8) und die Aufnahmeelemente (18) Nuten (18) mit einem vorgegebenen Profil sind.
Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine elektrische Versorgungsleitung (12) aufweist, mittels welcher die Laserdiode (1) bei der Aufnahme in der Aufnahmevorrichtung (5) mit elektrischem Strom versorgt wird.
Laservorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Laserdiode (1) und dem Linsenhalter (3) bei Aufnahme der Laserdiode (1) und des Linsenhalters (3) in der Aufnahmevorrichtung (5) vorgegeben ist.
Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (5) zwei relativ zueinander bewegbare Aufnahmeabschnitte (6, 7) umfasst, wobei die Laserdiode (1) in dem einen Aufnahmeabschnitt (6) und der Linsenhalter (3) in dem anderen Aufnahmeabschnitt (7) derart aufnehmbar sind, dass durch eine Relativbewegung der Aufnahmeabschnitte (6, 7) zueinander die Laserdiode (1) in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu dem Linsenhalter (3) bringbar ist.
Verfahren zur Montage einer Laservorrichtung (10) mit einer Laserdiode (1), einem Linsenhalter (3) und einer Aufnahmevorrichtung (5) für die Laserdiode (1) und den Linsenhalter (3), wobei die Laserdiode (1) in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung (5) mittels einer Mehrzahl von Ausrichtelementen (8, 9) durch Aufnahme der Laserdiode (1) in der Aufnahmevorrichtung (5) ausgerichtet wird; und der Linsenhalter (3) in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zu der Aufnahmevorrichtung (5) mittels der Ausrichtelemente (8, 9) durch Aufnahme des Linsenhalters (3) in der Aufnahmevorrichtung (5) ausgerichtet wird; wobei die Ausrichtelemente (8, 9) als erste Zylinderstifte (8) und zweite Zylinderstifte (9) ausgeformt werden, wobei die zweiten Zylinderstifte (9) im Wesentlichen senkrecht zu einer Montagerichtung der Aufnahmevorrichtung (5) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu den zweiten Zylinderstiften (9) komplementäre Ausrichtstruktur (13) auf dem Linsenhalter (3) ausgeformt wird, wobei die zweiten Zylinderstifte (9) während der Montage in Eingriff mit der Ausrichtstruktur (13) gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (1) und der Linsenhalter (3) derart in der Aufnahmevorrichtung (5) aufgenommen werden, dass die Laserdiode (1) mittels der Ausrichtelemente (8, 9) in eine vorgegebene Ausrichtung, insbesondere bezüglich eines definierten Drehwinkels, relativ zu dem Linsenhalter (3) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Presspassung (4) an dem Linsenhalter (3) ausgeformt wird, in welcher die Laserdiode (1) aufgenommen wird, wobei die Laserdiode (1) durch Aufnahme in der Presspassung (4) in einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zum Linsenhalter (3) ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (1) während der Montage über eine elektrische Versorgungsleitung (12) zum Erzeugen einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik mit elektrischem Strom versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zylinderstifte (8) während der Montage in Eingriff mit auf der Laserdiode (1) vorgeformten Aufnahmeelementen (18) gebracht werden.