DE2041217C3

DE2041217C3 - Precision holder for an adjustable optical element

Info

Publication number: DE2041217C3
Application number: DE19702041217
Authority: DE
Inventors: Kurt; Mayr Dieter; 8000 München Habenschaden
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1970-08-19
Publication date: 1977-01-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Präzisionshalterung für die spielfreie Justage eines um eine Achse schwenkbaren und in der Schwenkachse verschiebbaren optischen Elements, z. B. ein Resonatorspiegel, in einer transportablen optischen Anordnung für kohäicnie Strahlung (Laser).The invention relates to a precision holder for the play-free adjustment of a one about an axis pivotable and displaceable in the pivot axis optical element, for. B. a resonator mirror, in a transportable optical arrangement for kohäicnie Radiation (laser).

In optischen Anordnungen der genannten Art müssen die optischen Elemente im allgemeinen sehr genau im Strahlengang justiert werden. Bei Lasern zur Erzeugung oder zur Verstärkung kohärenter Strahlung 5c wird das stimulierbare Medium häufig zwischen zwei Spiegeln angeordnet, die nach Art eines Fabry-Perrot-Interferometers aufgebaut sind. Um einen solchen Laser mit optimalem Wirkungsgrad betreiben zu können, müssen die Spiegel sehr genau parallel zueinander ausgerichtet sein. Zu diesem Zweck sind die Spicgelhalierungen zu einer Justiereinrichtung erweitert, an die hinsichtlich Spielfreiheit hohe Anforderungen gestellt werden müssen.In optical arrangements of the type mentioned, the optical elements must generally be very precise be adjusted in the beam path. In lasers for generating or amplifying coherent radiation 5c the stimulable medium is often arranged between two mirrors, which are like a Fabry-Perrot interferometer are constructed. In order to be able to operate such a laser with optimum efficiency, the mirrors must be very precisely parallel to one another be aligned. For this purpose, the Spicgelhalierungen are expanded to an adjustment device, High demands must be placed on the freedom from backlash.

Laser haben auf Grund ihrer Eigenschaft, intensives monochromatisches kohärentes Licht zu erzeugen, eine Vielzahl von Anwcndungsmöglicjikeiten gefunden. In diesem Zusammenhang sind insbesondere das Gebiet der optischen Meßtechnik, der Entfernungsmessung, das Gebiet der Ortung und der Zeichenerkennung zu nennen. Im Hinblick auf ihren vielfach mobilen Einsatz müssen solche Laseranordnungen klein, leichl und sehr robust aufgebaut sein. Die wäh-217 Due to their property of generating intense monochromatic coherent light, lasers have found a multitude of possible uses. In this context, the field of optical measurement technology, distance measurement, to name the area of location and character recognition. With regard to their multiple For mobile use, such laser arrangements must be small, light and very robust. The wah-217

rend des Transports und im Betrieb auftretenden Kräfte müssen durch die Konstruktion des Gerätes sicher beherrscht werden. Dies gilt auch für die zur Justierung der optischen Elemente vorgesehenen Prüzisionshalterungen, an die somit nicht nur die Forderung einer extrem hohen Spielfreiheit, sondern auch die Forderung einer ausreichenden Stoßunempfindlichkeit gestellt werden muß.The forces involved in transport and operation must be determined by the design of the device be safely mastered. This also applies to the test fixtures provided for adjusting the optical elements, of which not only the requirement for an extremely high degree of freedom from play, but also the requirement of sufficient shock resistance must be made.

Durch die USA.-Patcntschrift 3 226 830 ist eine Präzisionsspiegelhalterung für einen Gaslaser bekannt, deren Justierung mit Hilfe von zueinander senkrecht angeordneten Blattfedern erfolgt. Abgesehen davon, daß eine solche Präzisionshalterung relativ große Abmessungen bedingt, besteht hier auch die Gefahr, daß sich bei größeren Temperaturänderungen die Blattfedern durchbiegen und damit eine Veränderung der Achslage des optischen Elementes in unerwünschter Weise eintrilt.A precision mirror holder for a gas laser is known from US Pat. their adjustment is carried out with the help of leaf springs arranged perpendicular to one another. Apart from that from the fact that such a precision holder requires relatively large dimensions, there is also the There is a risk that the leaf springs will bend in the event of major changes in temperature, causing a change the axial position of the optical element occurs in an undesirable manner.

Weiterhin ist es beispielsweise durch den DIN-EnI-wurf 8250 bekannt, zur stoßgesicherten Lagerung von dreh- bzw. schwenkbaren Elementen Lagerschraubc-n vorzusehen, bei denen das eigentliche Lager gegen den Druck einer Schraubenfeder in Achsrichtung verschiebbar ist. Derartige Lagerelemt:nte sonnen jedoch bei einer justierbaren Präzisionshalterung der vorerwähnten Art nicht zur Anwendung kommen, weil die Bewegbarkeit des Lagers in Achsrichtung zur Folge hat, daß die hier neben der Stoßunempfindlichkeit zu fordernde Spielfreiheit nicht in ausreichendem Maße gewährleistet werden kann.Furthermore it is for example through the DIN-EnI-litter 8250 known, for shock-proof storage of rotatable or pivotable elements Lagerschraubc-n provide in which the actual bearing can be displaced in the axial direction against the pressure of a helical spring is. Such Lagerelemt: nte however with an adjustable precision mount of the The aforementioned type is not used because the bearing can be moved in the axial direction The consequence is that the freedom from play that is required here in addition to the insensitivity to impact is insufficient Dimensions can be guaranteed.

Weiterhin ist es durch das Buch von O. Richter, R. v. Voss, F. Kozer: »Bauelemente der Feinmechanik«, VEB-Verlag, Berlin, 1954, Seile 210, bekannt, für die spielfreie Lagerung von schwenk- bzw. drehbaren Elementen von einer sogenannten Kugelbzw. Kegelzapfcnlagerung Gebrauch zu machen. Lager dieser Art erfüllen zwar sehr hohe Anforderungen an die Spielfreiheit, erfüllen jedoch nicht das Maß an Stoßunempfindlichkeit in und quer zur Achsrichtung, wie es insbesondere bei der Anwendung solcher Lager in optischen Geräteanordnungen für den mobilen Einsatz gefordert werden muß.Furthermore, through the book by O. Richter, R. v. Voss, F. Kozer: "Components of Precision Mechanics", VEB-Verlag, Berlin, 1954, ropes 210, known, for the play-free storage of pivotable or rotatable elements of a so-called Kugelbzw. To make use of the taper bearing. Bearings of this type meet very high requirements freedom from backlash, but do not meet the level of impact insensitivity in and across the axial direction, as is particularly the case with the use of such bearings in optical device arrangements for the mobile Use must be required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Präzisionshalterung der einleitend beschriebenen Art, insbesondere eines Lasers, eine Lösung anzugeben, die bei einfachster konstruktiver Gestaltung die an sie zu stellenden geschilderten Anforderungen hervorragend erfüllt.The invention is based on the object for a precision holder of the type described in the introduction, in particular a laser, to provide a solution that has the simplest structural design to it The described requirements to be set are excellently met.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens einer der Zapfen der Kugeloder Kegelzapfenlagerung als ortsfestes Lager eine in einer Gewindebohrung geführte Spreizschraube mit Innenkegel hat, an dem der Zapfen an seinem freien Ende form- und kraftschlüssig anliegt und dadurch in und quer zur Achsrichtung neben der Spielfreiheit gleichzeitig eine Stoßsicherung gegen Stöße erfährt.This object is achieved according to the invention in that at least one of the pins of the ball or Tapered journal bearing as a stationary bearing with an expansion screw guided in a threaded hole Has an inner cone on which the free end of the pin rests in a form-fitting and force-fitting manner and thereby in and across the axial direction, in addition to the freedom from play, a shock protection against impacts at the same time learns.

Der Erfindung ko.nmt eine besondere Bedeutung für die Justierung von Resonatorspiegeln in Lasern zu. Die im Betrieb mit Lasern gewonnenen Erfahrungen haben nämlich gezeigt, daß es für die Justierung eines Resonatorspiegels ausreicht, wenn dieser längs seiner Achslinie geschwenkt wird. Bedingt durch Herstellungstoleranzen ist mitunter auch eine geringe Parallelverschiebung des Resonatorspiegels längs dieser Achslinie nötig. Werden beide Resonatorspiegel mit der Halterung nach der Erfindung ausgerüstet, kann diese zum Erreichen einer exakten Planparalle-The invention has a special meaning for the adjustment of resonator mirrors in lasers. The experience gained in operation with lasers have shown that it is sufficient for adjusting a resonator mirror if it is longitudinal its axis line is pivoted. Due to manufacturing tolerances, there is sometimes a small one Parallel displacement of the resonator mirror along this axis is necessary. Will both resonator mirrors Equipped with the holder according to the invention, this can be used to achieve an exact plane parallel

lität so angeordnet werden, daß ihre Achslinien, in denen die Spiegel schwenkbar sind, im 90° gegeneinander verdreht sind.lity are arranged so that their axis lines, in which the mirrors can be pivoted, at 90 ° to each other are twisted.

Häufig ist es schwierig, an dem Teil, das das optische Element trägt, Zapfen in Form sich verjüngender Ansätze anzubringen. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, eine Kugelzapfenlagerung solcher Art vorzusehen, bei der die Zapfen aus in kegeligen Bohrungen angeordneten Kugeln bestehen.Often it is difficult to find tapered tenons on the part that carries the optical element Attach approaches. In these cases it is advisable to use a ball pivot bearing of this type to be provided in which the pins consist of balls arranged in tapered bores.

Um eine plastische Verformung und damit eine Veränderung zu unterbinden, ist es sinnvoll. Kugeln aus einem harten Material, beispielsweise Stahl, zu verwenden.It makes sense to prevent plastic deformation and thus a change. To use balls made of a hard material, for example steel.

Besonders Laser in optischen Entfernungsmessern oder Ortungsgeräten können sowohl beim Transport als auch im Betrieb sehr unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sein. Die Spreizschraube muß dann in der Lage sein, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Teile hervorgerufenen Abmessungsänderungen der Halterung sicher auszugleichen. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Spreizschraube aus der Zentrierbohrung hcrausragen zu lassen, in die die Gewindebohrung für die Spreizschraube auf Seiten ihres spreizbaren Endes übergeht. Beim Festziehen der Spreizschraube wird sie sich, nachdem sie sich in der Zenirierbohrung fixiert hat, durch ihre natürliche Elastizität weiter spreizen. Wenn sich nun beispielsweise das innere Teil durch Abkühlung in seinen Abmessungen verkleinert, wird die Spreizschraube durch ein entsprechendes Nachgeben das Entstehen eines Spiels weitgehend verhindern. Zugleich wird hierdurch die zur fordernde Sicherung des Lagers gegen Stöße verbessert.Especially lasers in optical rangefinders or tracking devices can be used both during transport as well as being exposed to very different temperatures during operation. The expansion screw must then be able to do this due to different coefficients of thermal expansion of the parts involved to compensate for any dimensional changes caused by the bracket. In this case it is It is advisable to let the expansion screw protrude from the centering hole into which the threaded hole is located for the expansion screw on the side of its expandable end. When tightening the expansion screw after it has fixed itself in the centering hole, it will move through its natural Spread elasticity further. If, for example, the inner part has cooled down in its dimensions reduced, the expansion screw is caused by a corresponding yielding Largely prevent play. At the same time this is used to secure the camp against Improved bumps.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Darstellung der Präzisionshalterung nach der Erfindung,On the basis of the embodiments shown in the drawing, the invention is intended in the following will be explained in more detail. In the drawing, FIG. 1 shows a representation of the precision holder according to the invention,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Spreizschraube der Präzisionshalterung nach der Erfindung vor dem Festziehen, 2 shows a section through the expansion screw of the precision holder according to the invention before tightening,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Spreizschraube der Präzisionshalterung nach der Erfindung im betriebsmäßigen Zustand.Fig. 3 shows a section through the expansion screw of the precision holder according to the invention in the operational Status.

In Fig. 1 ist die Präzisionshalterung nach der Erfindung dargestellt. Auf dem Teil 1 ist das optische Element 2 befestigt. In der Nähe des unteren Randes sind auf den sich gegenüberliegenden Längsseiten von Teil 1 die kegeligen Bohrungen 4 und 4a angebracht, in denen sich die Kugeln 3 und 3a befinden. Die kegeligen Bohrungen haben die gemeinsame Achslinie 5.In Fig. 1 is the precision holder according to the invention shown. The optical element 2 is attached to the part 1. Near the bottom edge the tapered bores 4 and 4a are attached to the opposite long sides of part 1, in which the balls 3 and 3a are located. The tapered bores have the common axis line 5.

¹S An der Kugel 3a greift die Lagerschraube 6, welche im Rahmen 7 befestigt ist, an. An der gegenüberliegenden Kugel 3 greift die Spreizschraube 8. weiche ebenfalls im Rahmen 7 befestigt ist, an. Sie wird in der Zentrierbohrung 9 geführt. ¹ S The bearing screw 6, which is fastened in the frame 7, engages the ball 3a. The expansion screw 8, which is also fastened in the frame 7, engages the opposite ball 3. It is guided in the centering hole 9.

ao Fi g. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt der Spreizschraube im Rahmen 7. Die Spreizschraube 8 ist noch nicht festgezogen. Ihre kegelige Innenbohrung 10 liegt bereits an der Kugel 3 an. Während des Einschraubens der Spreizschraube spreizt sich diese an der Ku-ao Fi g. 2 shows an enlarged section of the expansion screw in frame 7. The expansion screw 8 is not yet tightened. Your conical inner bore 10 is located already on ball 3. While the expansion screw is being screwed in, it expands on the

^a5 gel auf. Dabei legt sich ihre äußere Fläche 11 zunächst formschlüssig in der Zentrierbohrung 9 an. Durch weiteres Einschrauben erzielt man den Kraftsehluß. In F i g. 3 ist ebenfalls die sich im Rahmen 7 befindliche Spreizschraube 8 vergrößert im Schnitt dargestellt. Im Unterschied zur Fig. 2 ist die Spreizschraube nunmehr so weit angezogen, daß sie sich außerhalb der Zentrierbohrung 9 über deren inneren Durchmesser hinaus ausgeweitet hat. Nunmehr ist das Teil 1 spielfrei gelagert. Die zur Justierung des optisehen Elementes notwendige Schwenkung des Teiles 1 kann durch ein geeignetes Ein-Uellelcment, beispielsweise eine Einstellschraube, vorgenommen werden. ^a 5 gel on. In doing so, its outer surface 11 initially rests in a form-fitting manner in the centering bore 9. The loss of force is achieved by screwing in further. In Fig. 3, the expansion screw 8 located in the frame 7 is also shown enlarged in section. In contrast to FIG. 2, the expansion screw is now tightened so far that it has expanded outside the centering bore 9 beyond its inner diameter. Part 1 is now stored free of play. The pivoting of the part 1 necessary to adjust the optical element can be carried out by a suitable adjustment element, for example an adjusting screw.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims: 2041

1. Precision holder for backlash-free adjustment an optical element pivotable about an axis and displaceable in the pivot axis, z. B. a resonator mirror, in a transportable optical arrangement for coherent Radiation (laser), in which a ball or conical pin bearing is brought into use, because of this characterized that at least one Journal of the ball or tapered journal bearing as a stationary bearing in a threaded hole guided expansion screw (8) with inner taper! has, on which the pin (3) at its free end »5 forra- and non-positive fit and thus in and across the axial direction in addition to the freedom of play at the same time experience a shock protection against shocks.

2. Precision holder according to claim 1 with a ball pin bearing, characterized in that the pin on the side of the optical element (2) carrying part (1) from in conical bores (4, 4a) arranged balls (3, 3c) made of a suitable material exist. ^a 5

3. Precision holder according to claim 2, characterized in that the balls (3, 3 a) from a hard material such as steel.

4. Precision holder according to one of the previous 3 <> ongoing claims, characterized in that the expansion screw (8) emerges from the centering bore (9) protrudes into the threaded hole for the expansion screw on the side of its expandable End passes.