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Dokumentenidentifikation DE102006000087B3 30.08.2007
Titel Optikfassung
Anmelder Hilti AG, Schaan, LI
Erfinder Dang, Lieu-Kim, Schaan, LI;
Steffen, Roman, Rebstein, LI;
Kücük, Mustafa, Buchs, CH;
Häfele, Christian, Feldkirch, AT
Vertreter ter Meer, N., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 81679 München
DE-Anmeldedatum 22.02.2006
DE-Aktenzeichen 102006000087
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse G02B 7/00(2006.01)A, F, I, 20060222, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Optikfassung (1) für ein optisches Bauelement (2), das eine zur optischen Achse (A) radiale Randkontur (4) aufweist, mit einem starren Optikträger (3), der eine zur Axialanlage des optischen Bauelements (2) geeignete axial orientierte Anschlagkante (5) sowie radial außen zur Anschlagkante (5) angeordnet zumindest ein, sich bauelementseitig axial erstreckendes und nach radial innen gewölbtes, elastisches Radialfedermittel aufweist, welches axial beabstandet in eine umlaufend geschlossene Mantelhülse übergeht, deren Innenkontur (8) radial weiter ist als die Randkontur (4).

Beschreibung[de]
Aufgabe der Erfindung Optikfassung

Die Erfindung bezeichnet eine Optikfassung für optische Bauelemente wie Linsen oder Strahlteiler, insbesondere für eine Laserdioden-Kollimationsoptik sowie einen Strahlteiler von multidirektionalen Lasergeräten.

Multidirektionalen Lasergeräten werden zur Erzeugung von präzisen Laserlichtpunkten oder -linien bspw. im Baunebengewerbe verwendet, bei welchen diese einen Temperaturbereich von –20°C bis 60°C sowie multiplen mechanischen Erschütterungen ausgesetzt sind. Die thermische und mechanische Stabilität der Lagerung der optischen Bauteile Laserdioden-Kollimationsoptik sowie Strahlteiler sind für die Stabilität des Gesamtsystems wesentlich. So muss bspw. die thermische Winkeldrift weniger als 0.3''/K sowie eine Langzeitstabilität gegeben sein.

Üblicherweise werden Linsen in entsprechende Fassungen eingeklebt. Bedingt durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Klebers sowie durch dessen Kriecheigenschaften erweist sich diese Methode für obige Rahmenbedingungen als ungeeignet. Ebenso ungeeignet erweisen sich Befestigungslösungen mittels eines Anschraubringes, Klemmringes sowie Presspassungen auf Grund spannungsbedingter Deformationen.

Nach der DE19924849C1 presst bei einer Optikfassung für optische Bauelemente ein elastischer Ring bzw. Ringschlauch die Linse gegen eine Ansetzkante, nach der DE8625896U1 eine ringförmige Blattfeder.

Nach der DE10043344A1 wie der DE 19632267A1 weist eine Optikfassung für optische Bauelemente in der Linse eine umlaufende Ringnut auf, in die eine Vielzahl einseitig kragartig freier Segmente radial elastisch federnd eingreift, die an einem Optikträger mit einer axial orientierten Anschlagkante zur Axialanlage angeordnet sind. Jede der kragartig freien Segmente übt unabhängig von weiteren Segmenten eine Radialkraft auf das optische Bauelement aus, die nur direkt über das optische Bauelement vermittelt wird, wodurch es zu lokalen Deformationen des optischen Bauelements kommen kann. Zudem ist die Herstellung von Ringnuten mit der erforderlichen Genauigkeit schwierig und unökonomisch.

Nach der US 2004 01 699 40 A1 weist eine Optikfassung für ein optisches Bauelement, das eine zur optischen Achse radiale Randkontur aufweist, einen starren Optikträger auf, der eine zur Axialanlage des optischen Bauelements geeignete axial orientierte Anschlagkante aufweist. Zudem weist der Optikträger zur klebemittelfreien und deformationsfreien Fassung des optischen Bauelements einen radial Aussen zur Anschlagkante angeordneten, sich bauelementseitig axial erstreckenden und nach radial Innen gewölbten, elastischen Blattfederring mit einer Vielzahl umlaufend verteilter, einseitig verbundener Blattfedern auf.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in einer weiteren Lösung zur klebemittelfreien und deformationsfreien Fassung von optischen Bauteilen.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So weist eine Optikfassung für ein optisches Bauelement mit einer zur optischen Achse radialen Randkontur einen starren Optikträger mit einer zur Axialanlage des optischen Bauelements geeigneten axial orientierten Anschlagkante sowie radial Aussen zur Anschlagkante angeordnet zumindest ein, sich bauelementseitig axial erstreckendes und nach radial Innen gewölbtes, elastisches Radialfedermittel auf, welches axial beabstandet in eine umlaufend geschlossene Mantelhülse übergeht, deren Innenkontur radial weiter ist als die Randkontur.

Durch die umlaufend geschlossene Mantelhülse werden die Radialkräfte des Radialfedermittels teilweise aufgenommen und innerhalb der Mantelhülse über Ringkräfte untereinander vermittelt. Somit werden bei der reibkraftschlüssigen Fassung des optischen Bauelements lokale Deformationen vermieden. Die radial weitere Mantelhülse deformiert das optische Bauelement auch nicht bei der Montage. Bei der Montage kann das Bauelement 2 die Anschlagkante 5 berühren oder von dieser einen kleinen Abstand haben. Mit diesen Massnahmen lassen sich im Ergebnis die geforderte thermische Winkeldrift von weniger als 0.3''/K sowie eine Langzeitstabilität über einen Temperaturbereich von –20°C bis 60°C sowie bei multiplen mechanischen Erschütterungen erzielen.

Vorteilhaft ist das Radialfedermittel eine umlaufend geschlossene oder offene Federmembran, wodurch die auf die Randkontur einwirkende Radialkraft zumindest stückweise kontinuierlich umlaufend verteilt ist, was sich insbesondere für Linsen eignet.

Alternativ vorteilhaft besteht das Radialfedermittel aus zumindest zwei einzelnen, umlaufend verteilten Federsegmenten, wodurch zwischen den Federsegmenten zumindest stückweise umlaufende Freiräume vorhanden sind, durch welche bspw. die senkrecht zur optischen Achse reflektierten Teilstrahlen eines Strahlteilers austreten können.

Vorteilhaft weist die Federmembran bzw. das Federsegment axial mittig einen innen axial geraden Kontaktbereich zur reibkraftschlüssigen radialen Kontaktierung des optischen Bauelements auf, der axial beidseitig durch dünner ausgebildete Federbereiche begrenzt wird, wodurch diese bezüglich einer Biegung in radialer Richtung nur ein geringes Biegewiderstandsmoment aufweisen, welches proportional zur dritten Potenz der Dicke ist.

Vorteilhaft ist die Optikfassung einteilig ausgeführt, wodurch sie sich ökonomisch als Spritzgussbauteil fertigen lässt, bspw. aus Polyoximethylen (POM).

Vorteilhaft ist die umlaufend geschlossene Mantelhülse als geschlossene Zylindermantelhülse ausgebildet, wodurch diese für kreisrunde Bauelemente wie Linsen optimal ausgebildet ist. Da Rotationssymmetrie gegeben ist, treten keine unterschiedlichen Kräfte am Umfang der Linse auf.

Alternativ vorteilhaft ist die umlaufend geschlossene Mantelhülse als nichtrunde, bspw. quadratische, geschlossene Konturmantelhülse ausgebildet, wodurch diese für nichtrunde Bauelemente wie pyramidenstumpfförmige Strahlteiler optimal ausgebildet ist. Soweit entsprechende ganzzählige Rotationssymmetrie gegeben ist, treten keine unterschiedlichen Kräfte am Umfang der Linse auf.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:

1 als Optikfassung für ein optisches Bauelement im Längsschnitt

2 als Variante in Perspektivansicht

3 als Variante in Perspektivansicht

Nach 1 weist eine einteilig aus Polyoximethylen (POM) ausgeführte, rotationssymmetrische Optikfassung 1 für ein optisches Bauelement 2 in Form einer runden Linse mit einer zur optischen Achse A radialen Randkontur 4 einen starren Optikträger 3 mit einer zur Axialanlage des optischen Bauelements 2 geeigneten axial orientierten Anschlagkante 5 sowie zu dieser radial Aussen angeordnet eine umlaufend geschlossene, sich bauelementseitig axial erstreckend und nach radial Innen gewölbte, elastische Federmembran 6 auf, welche axial beabstandet in eine umlaufend geschlossene Zylindermantelhülse 7 übergeht, deren innenzylindermantelförmige Innenkontur 8 des Innendurchmessers I radial weiter ist als die zylindermantelförmige Randkontur 4 des Durchmessers R. Die Federmembran 6 weist axial mittig einen innen axial geraden Kontaktbereich 9 zur reibkraftschlüssigen radialen Kontaktierung des optischen Bauelements 2 auf, der axial beidseitig durch dünner ausgebildete Federbereiche 10 begrenzt ist.

Nach 2 weist eine Optikfassung 1' mit einer optischen Achse A analog zur 1 einen starren Optikträger 3 mit einer axial orientierten Anschlagkante 5 sowie in Abweichung von 1 zu dieser radial Aussen angeordnet vier einzelne umlaufend verteilte, sich bauelementseitig axial erstreckend und nach radial Innen gewölbte, elastische Federsegmente 6' auf, welche wieder analog zur 1 axial beabstandet in eine umlaufend geschlossene Zylindermantelhülse 7 mit einer innenzylindermantelförmigen Innenkontur 8 übergehen. Die Federsegmente 6' weisen jeweils axial mittig einen innen axial geraden Kontaktbereich 9 auf, der axial beidseitig durch dünner ausgebildete Federbereiche 10 begrenzt ist.

Nach 3 weist in Abweichung von 2 eine vierzählig rotationssymmetrische Optikfassung 1'' für ein optisches Bauelement 2' in Form eines quadratischen Strahlteilers mit einer optischen Achse A eine nahezu quadratische, geschlossene Konturmantelhülse 7' auf.


Anspruch[de]
Optikfassung für ein optisches Bauelement (2), das eine zur optischen Achse (A) radiale Randkontur (4) aufweist, mit einem starren Optikträger (3), der eine zur Axialanlage des optischen Bauelements (2) ausgebildete axial orientierte Anschlagkante (5) sowie radial Aussen zur Anschlagkante (5) angeordnet zumindest ein, sich bauelementseitig axial erstreckendes und nach radial Innen gewölbtes, elastisches Radialfedermittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialfedermittel axial beabstandet in eine sich axial erstreckende, umlaufend geschlossene Mantelhülse übergeht, deren Innenkontur (8) radial weiter ist als die Randkontur (4) des optischen Bauelements (2), wobei die Mantelhülse nur über die Radialfedermittel mit dem Optikträger (3) verbunden ist. Optikfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialfedermittel eine Federmembran (6) ist. Optikfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialfedermittel aus zumindest zwei einzelnen, umlaufend verteilten Federsegmenten (6') besteht. Optikfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialfedermittel axial mittig einen innen axial geraden Kontaktbereich (9) zur reibkraftschlüssigen radialen Kontaktierung des optischen Bauelements (2) aufweist, der axial beidseitig durch dünner ausgebildete Federbereiche (10) begrenzt wird. Optikfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine einteilige Ausbildung. Optikfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufend geschlossene Mantelhülse als geschlossene Zylindermantelhülse (7) ausgebildet ist. Optikfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufend geschlossene Mantelhülse als von der Zylindergeometrie abweichende, geschlossene Konturmantelhülse (7') ausgebildet ist.






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