DE19702573C2 - Optische Einrichtung mit einer justierbaren Haltevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Einrichtung mit einer justierbaren Haltevorrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung weist relativ zueinander ausricht­ bare Bauteile auf, beispielsweise eine Laserdiode und eine zugehörige Kollimatoroptik, von denen jedes dieser opti­ schen Elemente in einer Halterung verankert ist. Dabei ist es bekannt, entweder die optischen Elemente in ihren Halte­ rungen oder die Halterungen durch Befestigungshilfsmittel relativ zueinander auszurichten und anschliessend die einjustierte Fokuslage mittels eines Klebers zu fixieren. Ebenso ist es bekannt, die einjustierte Fokuslage mittels einer Schraubverbindung zu fixieren, was auf nachteilige Weise zusätzliche Befestigungsmittel erfordert.

Ein solcher Stand der Technik verlangt entweder relativ aufwendige Befestigungshilfsmittel und/oder relativ aufwendige Arbeitsgänge zum Justieren und Fixieren.

Die JP 08-179177 A beschreibt eine Trägereinrichtung für ein optisches System, bei der eine optische Linse und eine Lichtquelle durch Presssitz innerhalb eines Linsengehäuses befestigt sind. Durch axiales Verschieben der Lichtquelle ist ein Fokussieren möglich.

Aus der DE 29 24 119 A1 ist ein Kupplungselement mit einer Lichtquelle und einer Linse bekannt, bei dem ein Linsenhalter zum Einstellen eines gewünschten Abstands zu einem Laserdiodenträger hingedrückt wird. Eine Press-Passung, die aus dem Halter und einer mit dem Träger ver­ schweißten Kappe gebildet ist, erhält dabei den eingestellten Abstand aufrecht.

Die DE 94 20 269 U1 betrifft eine Laserstrahl-Messeinrichtung, bei der ein Laserstrahlerzeuger über einen konisch ausgeformten Trichter in ein Aufnahmegehäuse im Presssitz hineingebracht wird. Dabei liegt der Laser­ strahlerzeuger mit einem außen ringförmig umlaufenden Wulst an dem Aufnahmegehäuse an, so dass der Wulst eine im Wesentlichen linienför­ mige Anlage schafft.

Die DE 32 19 399 A1 betrifft einen Bausatz zum Aufbau einer mikroopti­ schen Bank, bei dem Stangen und Aufnahmeelemente zur Halterung von optischen Bauelementen dienen. Die Aufnahmeelemente besitzen hierfür Durchbrechungen mit über den Umfang verteilten Noppen, Rippen oder Erhebungen zum klemmenden Fixieren der Stangen bzw. der optischen Bauelemente.

Aus der DD 201 826 ist ein optisches System mit einem rohrförmigen Halter und darin angeordneten Linsen bekannt. Die Innenfläche des Halters ist mit drei Längsrippen versehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine opti­ sche Einrichtung mit einer justierbaren Haltevorrichtung zu schaffen, die mit möglichst wenig Hilfsmitteln und einem geringen Arbeitsaufwand beim Justieren auskommt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einer solchen Lösung kann das Zusammenfügen der Bauteile und das Justieren in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen und durch einen Automaten durchgeführt werden. Ferner entfällt das Fixieren mittels eines Klebers, mittels sonstiger mechanischer Befestigungsmittel oder eines zusätzlichen Arbeitsganges (z. B. Bördeln), da die Press-Passung eine sichere Fixierung gewährleistet.

Durch die Anordnung von Kufen ergibt sich eine besonders vorteilhafte Lösung der Erfindung, weil dadurch ein spielfreier und dennoch ver­ schiebbarer Gleitsitz ermöglicht wird. Die beim Justieren eingestellte Position bleibt infolge der selbsthemmenden Verbindung sicher erhalten.

Eine dauerhaft stabile Verbindung lässt sich durch die Anwendung von Zink erzielen, wobei die Bauelemente bzw. Halterungen vorzugsweise im Druckgussverfahren hergestellt werden. Neben besonderer Stabilität besitzt Zink auf Zink hervorragende Gleiteigenschaften. Beispielsweise ist nach fünf bis sechs nachträglichen Verschiebungen der Verbindungsele­ mente zueinander immer noch ein Presssitz gewährleistet.

Bei der Ausführung nach Anspruch 2 besteht ein Bauelement lediglich aus zwei Einzelteilen, nämlich dem optischen Element, beispielsweise einer Laserdiode oder einer Linse, und dar Halterung. Weitere Befestigungshilfsmittel sind nicht erforderlich.

So lässt sich nach der Erfindung beispielsweise ein eine Laserdiode mit Halterung und eine Linse mit Halterung aufweisendes Laserdiodenmodul aus nur vier Einzelteilen zusammensetzen, wobei die Linse und die Laserdiode zudem noch ohne weitere Hilfsmittel relativ zueinander justierbar sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen.

Anhand der Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Laserdiodenmodul in der Frontansicht,

Fig. 2 das Laserdiodenmodul nach Fig. 1 im Schnitt in der Draufsicht,

Fig. 3 eine Spiegelhalterung mit Spiegel in der Front­ ansicht,

Fig. 4 einen Befestigungsbügel der Spiegelhalterung nach Fig. 3, in einer perspektivischen Rückansicht,

Fig. 5 den Befestigungsbügel nach Fig. 4 in einer perspek­ tivischen Draufsicht,

Fig. 6 den Befestigungsbügel nach Fig. 4 in einer weiteren perspektivischen Ansicht,

Fig. 7 einen Rahmen der Spiegelhalterung nach Fig. 3, in einer perspektivischen Rückansicht,

Fig. 8 den Rahmen nach Fig. 7 in einer weiteren perspek­ tivischen Ansicht und

Fig. 9 den Rahmen nach Fig. 7 in einer weiteren perspek­ tivischen Ansicht.

Das in der Fig. 1 dargestellte Laserdiodenmodul 10 weist ein erstes äusseres Gehäuseteil 12 mit einer zylindrischen Öffnung 14 auf, in welche ein zweites becherförmiges inneres Gehäuseteil 16 relativ zum ersten Gehäuseteil 12 justierbar eingesetzt ist. Das zweite Gehäuseteil 16 ist durch drei am ersten Gehäuseteil 12 angeordnete Kufen 18, 18', 18" gehalten, die sich in der Öffnung 14 umfangsseitig gleichmässig verteilt in Achsrichtung der zylindrischen Öffnung 14 erstrecken. Die Kufen 18, 18', 18" drücken unter Press-Passung auf die Mantelfläche 20 des becherförmigen zweiten Gehäuseteils 16, so dass sich dieses nach Überwin­ dung der Haltekraft der Press-Passung zum Justieren axial verschieben lässt. Die beiden Gehäuseteile 12, 16 bestehen aus Zinkdruckguss, da Zink auf Zink einerseits gute Gleiteigenschaften und andererseits aber auch ein stabiles Haftvermögen aufweist.

Aus der Fig. 2 geht hervor, dass im ersten Gehäuseteil 12 eine Laserdiode 22 und im becherförmigen zweiten Gehäuse­ teil 16 eine Linse 24 einer Kollimatoroptik fixiert ist. Im Boden 26 des becherförmigen Gehäuseteils 16 ist eine Lichtaustrittsöffnung 29 angeordnet, durch welche der durch die Laserdiode 22 erzeugte und durch die Linse 24 fokussierte Laserstrahl austritt.

Die Laserdiode 22 ist über vier Kufen, ähnlich den erwähn­ ten Kufen 18, 18', 18", in eine Aussparung 30 des ersten Gehäuseteils 12 unmittelbar eingepresst. Die Linse 24 ist über drei Kufen in eine Aussparung 32 des becherförmigen Gehäuseteils 16 unmittelbar eingepresst. Beim Einpressen werden die Scheitelkanten der Kufen mindestens teilweise angestaucht. Dadurch entsteht eine sichere und dauerhafte Verbindung zwischen dem jeweiligen Gehäuseteil 12, 16 und dem zugeordneten optischen Element 22, 24. Jedes der beiden derart vormontierten Bauteile 12, 22; 16, 24 besteht lediglich aus zwei Elementen.

Das Zusammenfügen und Justieren kann in einem einzigen Ar­ beitsgang erfolgen, indem das vormontierte, aus dem becher­ förmigen zweiten Gehäuseteil 16 und der Linse 24 bestehende zweite Bauteil in das aus dem ersten Gehäuseteil 12 und der Laserdiode 22 bestehende erste Bauteil eingepresst und gleichzeitig durch axiale Verschiebung ausgerichtet wird. Bei dieser Justierung wird der durch die Laserdiode 22 erzeugte Laserstrahl durch die Linse 24 den Erfordernissen entsprechend fokussiert. Beim Einpressen werden auch hier­ bei die Scheitelkanten der Kufen 18, 18', 18" mindestens teilweise getaucht. Wie bereits erwähnt, bestehen die Gehäuseteile 12, 16 aus Zinkdruckguss. Es ist jedoch auch möglich, ein anderes Metall, wie beispielsweise Aluminium oder einen geeigneten Kunststoff zu verwenden. Es ist auch denkbar, nur die Kufen 18, 18', 18" und die Mantelfläche 20 des becherförmigen zweiten Gehäuseteils 16 aus Zink herzustellen. Ganz allgemein hat Zink den besonderen Vorteil, dass es exakt gegossen werden kann und dass es gute Gleiteigenschaften aufweist. Mit Zink ist es bei­ spielsweise möglich, dass die relativ zueinander ausricht­ baren Bauteile nach dem ersten Einpressen noch fünf- bis sechsmal verschoben werden können und trotzdem noch eine Press-Passung gewährleistet ist. Eine solche Verbindung ist absolut spielfrei und erfordert keine Klebersicherung.

Ein weiterer Vorteil der vorstehend erläuterten erfindungs­ gemässen Einrichtung besteht darin, dass die Montage und Justierung in einem Arbeitsgang durch einen Automaten erfolgen kann.

Obwohl die Kuten im vorstehenden Ausführungsbeispiel je­ weils in im Wesentlichen zylindrischen Öffnungen bzw. Aussparungen dargestellt sind, können die Öffnungen bzw. Aussparungen auch einen anderen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen quadratischen.

Die in der Fig. 3 dargestellte, auf einer Unterlage 40 befestigte Spiegelhalterung 42 dient zum Ausrichten eines Spiegels 44 um eine erste mit X und eine zweite mit Y bezeichnete Achse. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die relativ zueinander ausrichtbaren Bauteile mittels Press-Passung über Kufen miteinander verbunden. Die Spie­ gelhalterung 42 weist einen um die Y-Achse schwenkbaren u-förmigen Bügel 46 aus Zinkdruckguss auf, in welchem ein um die X-Achse schwenkbarer, den Spiegel 44 tragender eben­ falls aus Zinkdruckguss bestehender Rahmen 48 gelagert ist. Der Spiegel 44 kann als Kunststoffspritzteil über Zapfen in den Rahmen 48 eingepresst sein.

An der Unterlage 40 ist ein Lagerzapfen 52 angegossen, auf dem der Bügel 46 spielfrei gelagert und mittels einer Feder 54 niedergespannt ist. Dia Federposition wird durch den an seinem oberen Ende gebördelten Lagerzapfen 52 fixiert.

Der in den Fig. 4 bis 6 einzeln dargestellte Bügel 46 weist in seinem Mittelteil eine den Lagerzapfen 52 über­ greifende Aussparung 56 auf, in welchem umfangsseitig gleichmässig verteilt vier sich in Achsrichtung erstrecken­ de Kufen 58 angeordnet sind, die mit der Mantelfläche des Lagerzapfens 52 eine Press-Passung bilden. Dadurch ist einerseits eine ausreichende Arretierung des Bügels 46 gewährleistet, und andererseits lässt sich dieser jedoch nach Überwindung der Haltekraft der Press-Passung zum Justieren um die Y-Achse verschwenken.

In dem in der Fig. 3 rechtsseitig dargestellten Schenkel 60 des Bügels 46 ist ein Durchbruch 62 angeordnet, in den ein am Rahmen 48 angeordneter kugelförmiger Lagerzapfen 64 ein­ greift. Aus den Fig. 4 bis 6 ist ersichtlich, dass im Durchbruch 62 umfangsseitig gleichmässig verteilt sich in Achsrichtung erstreckende Kufen 66 angeordnet sind. Diese bilden ebenfalls in Verbindung mit dem kugelförmigen Lager­ zapfen 64 eine Press-Passung.

In dem in der Fig. 3 linksseitig dargestellten Schenkel 68 des Bügels 46 ist eine in den Fig. 4 bis 6 besser er­ kenntliche Lagerschale 70 angeordnet, in welche ein am Rahmen 48 angeordneter Lagerzapfen 72 eingreift. Neben der Lagerschale 70 und etwa tangential zu dieser ist an der Aussenseite eines äusseren Abschnitts 69 des Schenkels 68 eine Kufe 74 angeformt, welche auf die Innenseite eines Hakens 75 drückt, der sich am äusseren Ende des Lagerzap­ fens 72 radial nach unten erstreckt.

Da die offene Lagerschale 70 nur einseitig einen Halt bietet, ist an dem in der Fig. 3 linksseitig dargestellten Schenkel 68 des Bügels 46 ein nach innen gerichteter Vor­ sprung 76 angeformt, der von einem am Rahmen 48 angeordne­ ten kurzen Arm 78 untergriffen wird. Am Arm 78 ist eine Kufe 80 angeformt. Zwischen der Lagerschale 70 und dem Vor­ sprung 76 am Bügel 46 ergibt sich eine Press-Passung, wenn der Rahmen 48 mit seinem Lagerzapfen 72 in der Lagerschale 70 anliegt und mit der Kufe 80 an seinem Arm 78 den Vor­ sprung 75 am Schenkel 68 des Bügels 46 untergreift. Die durch die Kufe 80 und den Vorsprung 76 gebildete Hilfsla­ gerstelle bewegt sich in einem Radius um die X-Achse. Durch die Press-Passung ist eine Arretierung um die X-Achse gewährleistet, solange sich diese Hilfslagerstelle im Eingriff befindet.

Eine Berührung zwischen dem Rahmen 48 und dem Bügel 46 be­ steht über die Kufen 65, 74 und 80, sowie über die Lager­ stelle 70, 72.

Die Justierung des Rahmens 48 kann beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Exzenterschlüssels erfolgen, der durch den Bügel 46 in den Rahmen 48 eingreift und über eine Drehbewegung um die X-Achse die Justierung in der Y-Achse ausführt.

So kann ebenfalls mit dem Exzenterschlüssel durch eine Drehbewegung um die Y-Achse die Justierung in der X-Achse durchgeführt werden.

Die Justierrichtungen um die X- und die Y-Achse sind unab­ hängig voneinander und beeinflussen sich gegenseitig nicht. Auch bei dieser Anordnung ist nach dem Justiervorgang kein Kleb- oder Schweissvorgang mehr erforderlich, wie dies beim Stand der Technik der Fall war.

BEZUGSZEICHEN

10

Laserdiodenmodul

12

erstes Gehäuseteil

14

zylindrische Öffnung in

12

16

zweites Gehäuseteil

18

Kufe

18

' Kufe

18

" Kufe

20

Mantelfläche von

16

22

Laserdiode

24

Linse einer Kollimatoroptik

26

Boden von

16

28

Lichtaustrittsöffnung in

26

30

Aussparung in

12

32

Aussparung in

16

40

Unterlage

42

Spiegelhalterung

44

Spiegel

46

u-förmiger Bügel

48

Rahmen

50

52

Lagerzapfen

54

Feder

56

Aussparung in

46

58

Kufen in

56

60

Schenkel von

46

62

Aussparung

64

kugelförmiger Lagerzapfen an

48

66

Kufen in

62

68

Schenkel von

46

69

äusserer Abschnitt von

68

70

Lagerschale in

68

72

Lagerzapfen an

48

74

Kufe in

70

75

Haken am Ende von

72

76

Vorsprung an

68

78

kurzer Arm an

48

80

Kufe an

78

Claims (8)

1. Optische Einrichtung mit einer justierbaren Haltevorrichtung, mit mindestens einem ersten Bauteil, welches auf ein zweites Bauteil ausrichtbar ist, von denen beide Bauteile optische Elemente (22, 24; 44) aufweisen oder das erste Bauteil ein optisches Element (22, 24; 44) und das zweite Bauteil eine Halterung (12, 16; 42) dazu ist, wobei die Bauteile eine Press-Passung bildende Verbindungselemen­ te aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsele­ mente aus Zink bestehen, dass die Verbindungselemente mit Gegen­ flächen (20; 52, 64, 72, 76) zusammenwirkende Kufen (18, 18', 18"; 58, 66, 74, 80) sind, und dass die Kufen dergestalt ausgebil­ det sind, dass beim Bilden der Press-Passung die Scheitelkanten der Kufen mindestens teilweise angestaucht werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element (22, 24) unmittelbar in eine Kufen aufweisende Aussparung (30, 32) einer Halterung (12, 16) eingepresst ist und dass die Gegenfläche durch die Oberfläche das optischen Elementes (22, 24) gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (30, 32) zylindrisch ist und dass mindestens drei sich in axialer Richtung erstreckende Kufen gleichmässig über den Umfang verteilt in der Aussparung (30, 32) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem, ein optisches Element (22) tragenden ersten Gehäuseteil (12) eine Kufen (18, 18', 18") aufweisende Öffnung (14) angeordnet ist, in welche Öffnung (14) ein ein zweites optisches Ele­ ment (24) tragendes zweites Gehäuseteil (16) relativ zum ersten Gehäuseteil (12) justierbar eingepresst ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (14) zylindrisch ist und dass mindes­ tens drei sich in axialer Richtung erstreckende Kufen (18, 18', 18") gleichmässig über den Umfang verteilt in der Öffnung (14) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeich­ net, dass das optische Element im ersten äusseren Gehäuseteil (12) eine Laserdiode (22) und das optische Element im zweiten inneren Gehäuseteil (16) eine Linse (24) einer Kollimatoroptik ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiegel (44) als optisches Element in einem Rahmen (48) gehalten ist, der um eine erste Achse (X) in einem u-förmigen Bügel (46) schwenkbar gelagert ist, welcher Bügel (46) seinerseits um eine zweite Achse (Y) schwenkbar gelagert ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen beider Achsen (X, Y) mit Gegen­ elementen (52, 64, 72, 76) zusammenwirkende Kufen (58, 66, 74, 80) aufweisen.