DE9002698U1 - Kollimator für Laserdioden - Google Patents

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WnIcH. NEOENDAJJK HAUCK, GRAALFS, WEHNERT, DÖRING, BEINES 35 552-19 HAMBURG - MÜNCHEN - DUSSEIDORF

PATENT- U. RECJtTSANW.. NEUER WALL 41. 2000 HAMBURG 3t

Schäfter & Kirchhoff Celsiusweg 15

2000 Hamburg 5ö

EDO GRAALFS, DipL-Ing. HEIDI REICHERT, Rechtsanwalt Neuer Wall 41. 2000 Hamburg 36 Telefon (040) 36 67 55, Fax 49-40-364039 Telex 211769 inpatd

HANS HAüre, 5>spi Ing. WERKER WEHNERT, Dipl.-Icg. Mozartstraße 23, 8C2? München 2 Telefon (089) 53 9236, Fax 49-89-53123» Telex 32iöäo3 pümu d

WOLFGAi j DC3RING, Dr.-Ing. ULRICH BEINES, Dr. rer. nat, Dipl.-Chem. Mörikestraße 18, 4000 DüsseWo; &Ggr; -0 Telefon (0211) 45 07 85, Fax 49-211-454j283 Telex 858 40 44 dopa d

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HAMBURG,

7. Märsa 1390

Kollimator für Laserdioden

Die Neuerung bezieht sich auf einen Kollimator für Laserdioden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Laserdioden haben bekanntlich sehr kleine und nicht rotationssymmetrisch emittierende Flächen. Das Strahlungsbündel ist nicht elliptisch und hat große öffnungswinkel. Laserdioden benötigen daher zusätzlich eine Kollimatoroptik zur Parallelisierung des Strahlungsbündels. Laserdioden müssen außerdem zur optischen Achse zentriert werden, damit der Schielwinkel des Systems gering bleibt.

Bei herkömmlichen Syetemen werden Laserdioden und optisches System bei der Herstellung nach dem Justieren fest eingebaut. Der

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Rechtsanwalt: zugelassen bei den Hamburger Gerichten

Deutsiti" Banx"/iq'Hr)!i)lVi)ir,'N)r.;(J5,2f]-f!j? H(.£.2OO7OOOO] ■ Postgiro Hamburg 2(1 42-206
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. .

Anwender hat keine Möglichkeit mehr, selbst eine Zentrierung oder andere optische Einstellungen vorzunehmen. Fällt s die Laserdiode aus, ist hi?r:st*»llerseitig eine neue Laser-

&Ggr; diode einzusetzen und eine neue Justage vorzunehmen. Dieses

% Verfahren ist verhältnismäßig aufwendig. Außerdem ist der

p Anwender auf die einmal gewählte Optik für den Kollimator

;■; beschränkt.

|< Es ist bekannt, ein Kollimatorgehäuse mit radialen Ein-

r Stellschrauben zu versehen, die mit einer Ringfläche der

Fassung für die Laserdiode zusammenwirken, um diese in der :; XY-Ebene zu verstellen bzw. zu zentrieren. Muß die Laserdiode ausgewechselt werden, muß sowohl eine Grob- als auch Feinzentrierung vorgenommen werden, da die Einstellschrauben zuvor komplett verstellt wurden. Die einmal ge-' wählte Optik liegt auch bei diesem bekannten Kollimator

: fest.

■ Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kollimator

für Laserdioden zu schaffen, der eine einfache und genaue Justierung der Laserdiode .*n der XY-Ebene auch nach der Fertigung und beim Austausch der Iiaserdiode erlaubt und der für die Aufnahme von unterschiedlichen Optiken bzw. Vorsatzoptiken geeignet ist.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß gelöst durch die Merkmale des KennzeichnungeteiLs des Anspruchs 1.

Beim neuerungsgemäßen Kollimator ist ein Zentrierring vorgesehen, der von einem Haltebauteil im Gehäuse axial festlegbar ist. Der Zentrierring nimmt in einer Innenbohrung die Fassung der Laserdiode im Paßsitz auf. Der Zentrierring kann mit Hilfe der Binstellelemente, die mit einer Umfangsfläche des Zentrierrings zusammenwirken, in der XY-Ebene verstellt werden. Beim neuerungsgemäßen Kollimator kann daher der Anwender eine Zentrierung über den Zentrierring vornehmen und die gewählte Zentrierung auch beibehalten, wenn die Laserdiode ausgewechselt und durch eine Diode des gleichen oder eines anderen Typs ersetzt wird. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung mindestens eines Kugellagers, das mit einem Ringflansch des Zentrierrings zusammenwirkt. Das axial wirkende Kugellager erlaubt aufgrund sehr geringer Reibung eine spiel- und ruckfreie Zentrierung. Vorzugsweise wirkt das Haltebauteil, das ein Federring sein kann, über eine axial wirkende Feder auf das Kugellager bzw. auf den Radialflansch, um den Zentrierring fest gegen eine innere Anschlag- oder Schulterfläche zu halten und damit axial festzulegen.

Bei dem neuerungsgemäßen Kollimator ist die Optik nicht

fest im Gehäuse eingebaut, vielmehr ist nach einer Ausgestaltung dor Neuerung eine Fassung vorgesehen, die in einem Bohrungsabschnitt des Gehäuses angeordnet ist. Fassung und Bohrungsabschnitt stehen über Gewinde miteinander in Eingriff. Die Fassung kann entweder unmittelbar eine Optik enthalten, beispielsweise ein Grundobjektiv für zahlreiche Anwendungefälle. Alternativ ist sie als Zwischenfassung ausgebildet, die eine Reihe unterschiedlicher Objektive aufzunehmen in der Lage ist, indem in der Fassung ein Gewindeabschnitt vorgesehen ist, in den verschiedene Objektivfaseungen eingeschraubt werden können. In dieser Ausführungsform stellt der neuerungsgemäße Kollimator einen Bausatz dar zur Aufnahme unterschiedlicher Objektive bzw. Optiken und Typen von Laserdioden.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Neuerung weist das Gehäuse im Bereich des Bohrungsabschnitts einen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz auf, über den die Fassung zugänglich ist. Die Fassung kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung am Außenumfang im Bereich des Schlitzes mindestens eine Vertiefung aufweisen für ein Zusammenwirken mit einem Werkzeug, um die Fassung zu Fokussierzwecken zu verdrehen. So kann die Kollimatoroptik mit einem Einstellschlüssel von außen auf "Unendlich" ein-

gestellt werden. Diese Einstellung kann der Anwender selbst vornehmen. Sie ist erforderlich, wenn der Laser ausgewechselt wurde, weil die lateralen und axialen Positionen verschiedener Laserdioden im Gehäuse nur bis auf Zehntel Millimeter gleich sind.

Um die gewählte Stellung der Fassung im Gehäuse festzulegen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Bohrungsabschnitt im Gehäuse eine Nut aufweist, die einen die Fassung umgebenden geteilten Spannring aufnimmt und im Gehäuse eine Feststellschraube vorgesehen ist, die gegen den Spannring wirkt. Die Fassung kann mithin im Bohruncfsabschnitt nur verdreht, d.h. axial verstellt werden, wenn die Feststellschraube gelöst ist.

Das Gehäuse kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung am vorderen Ende mit einem Paßzylinder zur Aufnahme einer Vorsatzoptik versehen sein. Der Paßzylinder kann zum Beispiel einen Aufnahmering aufnehmen, der seinerseits zum Beispiel die Fassung für eine Vorsatzoptik aufnimmt, die in den Aufnahmering eingeschraubt wird. Der Aufnahmering hat nach einer weiteren Ausgestaltung der Neuerung am Umfang eine im Querschnitt dreieckige Nut, mit der eine Feststellschraube im Gehäuse zusammenwirkt, um den Aufnahmering lagegenau am Gehäuse festzulegen.

Eine weitere Ausgestaltung der Neuerung sieht schließlich vor, daß eine Anschlußhülse axial und in Drehrichtung gesichert am hinteren Ende des Gehäuses anliegt und mittels einer Überwurfmutter am Gehäuse befestigbar ist. Die Anschlußhülse kann eine geteilte Zugentlastungshülse drehfent aufnehmen, wobei eine Spannhülse auf das hintere Ende der Aufnahmehülse aufschraubbar ist, die die Zugentlastungshülse radial zusammendrückt. Auf diese Weise ist eine Zugentlastung geschaffen, welche ein Verdrehen oder Herausziehen des Stromversorgungskabels für die Laserdiode wirksam verhindert.

Die Neuerung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein Gehäuse des Kollimators nach der Neuerung.

Fig. 2 zeigt die Endansicht des Gehäuses nach Fig. 1 in Richtung Pfeil 2 teilweise aufgebrochen.

Fig. 3 zeigt im Schnitt das Gehäuse nach Fig. 1 mit aufgenommener Laserdiode und verschiedenen Optiken sowie zwei getrennte Optiken.

Fig- 4 zeigt die Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 3.

Die Darstellungen nach den Figuren 1 bis 3 sind vergrößert, während die nach Fig. 4 etwa maßstabsgerecht ist.

Zunächst sei auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Ein zylindrisches Gehäuse 10 weist einen radialen Flansch 11 auf, der drei um 120° versetzte radiale Bohrungen 12, 13, 14 aufweist. Die Lage der Bohrungen ergibt sich aus Fig. 2. Die Bohrung 13 in Fig. 1 ist nicht in ihrer richtigen Position dargestellt. Die Bohrungen 13 und 14 nehmen Einstellschrauben auf, von denen eine bei 15 in Fig. 1 zu erkennen ist.Die Bohrung 12 nimmt eine Feststellkugel 16 auf, die von einer Feder 17 radial nach innen gedrückt wird. Am äußeren Ende liegt die Feder an einem Schraubstopfen 18 an, mit dem die Feder 17 auch blockiert werden kann. In der Bohrung des Gehäuses 10 ist ein Zenrierring 20 zur Aufnahme der Laserdiode angeordnet, der einen radialen Flansch 21 aufweist, gegen den zu beiden Seiten Lagerringe 22, 23 anliegen. Mit den radialen Flächen der Ringe 22, 23 wirken axial wirkende Kugellager 24, 25 zusammen, die wiederum gegen Lagerringe 26, 27 anliegen. Der Lagerring 26 liegt gegen einen Ringanschlag im Gehäuse 10, der dadurch die Position des Zentrierrings 20 axial festlegt. Gegen den Lagerring 27 wirkt ein Tellerfederpaket 28, das mittels eines Federrings 29 festgelegt ist.

Am hinteren Ende weist das Gehäuse 10 ein Außengewinde 30 auf sowie eine stirnseitige Ausnehmung 51. Mittels eines Außengewindes ist ein Haltering 31 in die Gewindebohrung des Zentrierrings 20 eingeschraubt. Auf der anderen Seite des Zentrierrings 20 ist ein zylindrischer Bohrungsftbschnitt 32 vorgesehen. Im Bereich des Bohrungsabschnitts 32. weist das Gehäuse einen sich in Umfängst Achtung erstreckenden Schlitz 33 auf. Nahe dem Schlitz 33 ist eine Ringnut 34 im Bohrungsabschnitt 32 geformt, die einen geteilten Spannring 35 aufnimmt, gegen den eine Feststellschraube 36 von außen anliegt, die in eine Gewindobohrung des Gehäuses 10 geschraubt ist. Am vorderen Ende des Gehäuses 10 ist ein Paßzylinderabschnitt 36 vorgesehen, in dessen Bereich eine Feststellschraube 37 in einem Bohrungsabschnitt des Gehäuses 10 sitzt mit einer kegeligen Spitze 38. Zwischen dem Paßzylinderabschnitt 36 und der Nut 34 ist ein Innengewindeabschnitt 39 vorgesehen.

Wie zu erkennen, hat der Zentrierring 20 auf der Außenseite des Flansches 21 eine Zylinderfläche, die im Bereich der Bohrung 12 durch eine Ausnehmung 40 unterbrochen ist. In dieser Ausnehmung 40 sitzt die Kugel 16, wodurch der Zentrierring 20 in Umfangerichtung festgelegt ist. Hit Hilfe der in den Bohrungen 13 und 14 sitzenden Einstell-

schrauben kann der Zentrierring 20 in der XY-Ebene eingestellt werden.

In Fig. 3 ist zu erkennen _f wie eine Fassung 41 ainer Laserdiode mittels eines Halterings 31 in dem Zen^rierring 20 gehalten wird. Mit Hilfe dss Halterings» ?1 wird -die Fassung 41 axial im Zentrierring 2ö festgelegt, wobei ein radialer Flanseb ier Fast ~ong 41 gegen eine radiale Ringfläche ci<is Zentrierrings anliegt, «ie zu erkennen, Kann die OLoöe durcl Herausschrauben den Halterings 31 jederzeit entfernt werden. Wie aus dex c-bige::*. Darlegung bereits ersichtlich, kann der Zentrierring bei seiner Verstellung in der XY-Eoene die Laserdiode mitnehmen und sie in der XY-Ebene zentrieren.

Wie aus Fig. 3 ferner zu erkennen, ist eine zylindrische Fassung 42 passend in den Bohrungsabschnitt 32 eingesetzt. Der Spannring 35 umgibt den Außenumfang der Fassung 42 und legt die Fassung fest, wenn die Feststellschraube 36 angezogen ist. Die Fassung 42 weist ein Außengewinde auf, das mit dem Innengewinde 39 des Bohrungsabschnitts 32 zusammenwirkt. Am Außenumfang hat die Fassung 42 mehrere Vertiefungen 43. Sie kann mit Hilfe eines geeigneten Schlüssels daher verdreht werden, um zum Beispiel beim

.../10

£ - io -

Auswechseln einer Diode eine Einstellung der Kollimatoroptik auf Unendlich zu bewirken.

In der oberen Hälfte der yasf-· ig 42 ist ein dreilinsiges Objektiv 44 zu erkennen, bei dem die Linsen in geeigneter nicht zu beschreibender Weise angeordnet und festgelegt sind. Für diesen Fall dient daher die Fassung <*2 unmittelbar als Aufnahiui für ein Linsensystem. In der unteren Hälfte ist eine Linsenfassung 45 zu erkennen,ebenfalls für ein dreilinsiges Objektiv. Die Fassung 45 hat ein Außengewinde, das mit einem Innengewinde 47 der Fassung 42 zusammenwirkt. In der Darstellung in Fig. 3 unterhalb des Gehäuses 10 sind Fassungen 45', 45'' zu erkennen, welche der Fassung 45 nach Fig. 3 gleichen und die anstelle des dort gezeigten Objektivs eingeschraubt werden können.. Für diesen Fall dient daher die Fassung 42 als Zwischenfassung zur Aufnahme der unterschiedlichsten Optiken.

Am vorderen Ende ist im Paßzylinder 36 ein Aufnahmering 48 eingesetzt, der am Außenumfang eine im Querschnitt dreieckige Nut 49 aufweist, mit der die Feststellschraube 37 zusammenwirkt. Sie sorgt dafür, daß der Aufnahmering 46 in das Innere des Gehäuses 10 eingepreßt wird und der radiale Flansch des Aufnahmerings 48 mit der Stirnseite des Gehäuses 10 zur Anlage kommt.

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» t ■ ·

In der unteren Hälfte nimmt der Aufnähmet ing 48 eine Fassung 50 eines einlinsigen Vorsatzobjektivs auf. In der oberen Hälfte ist gezeigt, wie der Aufnahmering 48 eine Blende 50' aufnimmt. Der Aufnahmering 48 kann auch zur Aufnahme eines Adapters bzw. eines Anschlußobjektivs fUr

Auf das Außengewinde 30 des Gehäuses 10 ist eine Überwurfmutter 52 geschraubt, welche eine Anschlußhülse 53 gegen das hintere Ende des Gehäuses 10 e.pannt.Der im Durchmesser größere Abschnitt der Anschlußhülse 53 hat einen axialen Vorsprung 54, der mit der Ausnehmung 51 (Fig. 1) zusammenwirkt, wodurch die Anschlußhülse 53 in Drehrichtung festgelegt ist. Die Anschlußhülse 53 nimmt eine geteilte Zugentlastungshülse 55 auf, welche ein Kabel 56 für die Versorgung der Laserdiode umgibt. Auf ein Außengewinde äüi hinteren Ende der Anschlußhülse 53 ist eine Spannhülse 57 geschraubt, die eine kegelige Spannfläche 58 aufweist, die mit einer entsprechenden Fläche der Zugentlastungshülse 55 zusammenwirkt und diese radial zusammenpreßt, wenn d*e Spannhülse 57 auf die Anschlußhülse 53 aufgeschraubt wird. Dadurch ist eine Zugentlastung in Dreh- und in axialer Richtung für das Kabel 56 gegeben, und die Verbindung der Steckfassung 41 der Laserdiode 41' ist dadurch gesichert.

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&bull; &diams; · ·

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Wie aus Fig. 4 zu erkennen, ist die Überwurfmutter 52 außen gerändelt.

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Claims (11)

&bull; * ■* · - 13 Ansprüche :

1. Kollimator für Laserdioden,mit einem länglichen Gehäuse, mindestens zwei Haltebauteilen im Gehäuse, die eine Fassung für die Laserdiode axial festlegen, drei Ein-Stellelementen, die im Umfangsabstand von 120° radial verstellbar im Gehäuse gehalten sind und die Fassung radial im Gehäuse festlegen, eine Optik im Gehäuse und ggf. einem Anschluß am Gehäuse für eine Vorsatzoptik, insbesondere für einen Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Haltebauteil (29) im Gehäuse (10) axial festlegbarer Zentrierring (20) vorgesehen ist mit einer Innenbohrung, die die Fassung (41) der Laserdiode im Paßsitz aufnimmt,daß ein Fixierring (31) die Fassung (41) axial in der Innenbohrung festlegt und die Einstellelemente (16, 15) mit einer Umfangsflache des Zentrierrings (20) zusammenwirken.

2. Kollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierring (20) einen radialen Flansch (21) aufweist, gegen den zumindest auf einer Seite ein axial wirkendes Kugellager (24, 25) anliegt und der Flansch zusammen mit dem Kugellager vom Haltebauteil gegen eine radiale Schulterfläche im Gehäuse (10) gepreßt ist.

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- 14 -

3. Kollimater nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dairi zwischen dem Flansch (21) bzw. dem Kugellager (24, 25} und dem Haltebauteil (29)/ vorzugsweise ein Federring, eine axial wirkende Feder (28), vorzugsweise eine Tellerfeder, angeordnet ist.

4. Kollimator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gegekennzeichnet, daß im Gehäuse (10) ein zylindrischer Bohrungsabschnitt (32) zur Aufnahme einer Fassung (42) für eine Optik vorgesehen ist und Fassung (42) und Bohrungscbschnitt (32) über ein Gewinde zusammenwirken.

5. Kollimator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (42) einen Bohrungsabschnitt zur Aufnehme einer Fassung (45, 45', 45'') für eine Linsenoptik oder dergleichen aufweist und Linsenfassung und Bohrungsabschnitt über ein Gewinde zusammenwirken.

6. Kollimator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) im Bereich Jes Bohrungsabschnitts (32) einen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz (33) aufweist, über den die Fassung (42) zugänglich ist.

7. Kollimator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Fassung (42) am Außenumfang im Bereich des Schlitzes &khgr; (33) mindestens eine Vertiefung (43) aufweist für ein Werkzeug zum Verdrehen der Fassung (42) im Gehäuse (10). fj

8. Kollimator nach einem der Ansprüche 4 bis 7,dadurch ge- &iacgr;'

kennzeichnet, daß der Bohrungsabschnitt (32) im Gehäuse W eine Nut (34) aufweist, die einen die Fassung (42) umgebenden geteilten Spannring (35) aufnimmt, und im Gehäuse (10) eine feste Schraube (36) vorgesehen ist, die gegen den Spannring (35) anliegt, und im Gehäuse (10) eine Feststellschraube (36) vorgesehen ist, die gegen den Spannring (35) wirkt.

9. Kollimator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) am vorderen Ende ^l; einen weiteren zylindrischen Bohrungsabschnitt (36) ]\ aufweist zur Aufnahme eines Ringes (48), der seinerseits zur Aufnahme einer Fassung (50) für eine Vorsatzoptik oder dergleichen dient. _::

10. Kollimator nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmerlng &iacgr; 48) am Umfang eine im Querscnitt dreieckige Nut (49) aufweist, mit der eine Feststellschraube (37) im Gehäuse (10) zusammenwirkt.

.,./16

11. Kollimator einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußhülse (53) axial und in Drehrichtung gesichert am hinteren Ends &uacgr;.~-& Gehäuses (10) anliegt und :aittels einer Überwurfmutter (52) ^_s Gehäuse (10) befestigbar ist und die Anschlußnülse (53) eine geteilte Zugentlastungshülse (*;.;>) drehfest aufnimmt und eine Spannhülse (57) auf das hintere Ende der Anschlußhülse (53) aufschraubbar ist, die die Zugentlastungshülse (55) radial zusammendrückt.