DE3142630A1

DE3142630A1 - Optisches system zur erzeugung eines kollimierten lichtbuendels

Info

Publication number: DE3142630A1
Application number: DE19813142630
Authority: DE
Inventors: Johan Christiaan Jacobus Finck; Henricus Mathias Marie 5621 Eindhoven Kessels
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE3142630C2; SE450439B; DD201826A5; BE890983A; KR830008186A; NL8006061A; IT8124837A0; FR2493576B1; US4431267A; CA1183250A; NL182031B; FR2493576A1; IT1140042B; AU7710281A; GB2087591A; AT387097B; SG51884G; CH653462A5; NL182031C; ATA470681A

Description

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"Optisches System zur Erzeugung eines kröllimierten Lichtbündels . "

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System, das ein kollimiertes Lichtbündel liefert und das einen rohrförmigen Halter, einen in den Halter aufgenommenen Halbleiterlaser und ein in den Halter aufgenommenes Linsensystem enthält, dessen Brennpunkt mit einem in dem Halbleiterlaser befindlichen Laserelement zusammenfällt. Ein optisches System der genannten Art ist aus der DE-OS 27 "}k 257 insbesondere Fig. 16, bekannt. Der Halbleiterlaser emittiert, im Gegensatz zu z.B. einem He-Ne-Laaer, ein stark divergierendes Strahlungsbünde.L. Um bei Anwendung eines Halbleiterlasers ein paralleles Strahlungsbündel zu erhalten, muss das Linsensystem sehr genau in bezug auf das Halbleiterlaserelement positioniert werden, wobei der Brennpunkt des Linsensystems innerhalb einer Genauigkeit von 1 /um in bezug auf das Laserelement eingestellt sein muss. In der genannten Patentanmeldung ist eine Prinzipanordnung des optischen Systems dargestellt, es können dieser Prinzipanordnung aber keine Anweisungen zur genauen Einstellung und einer geeigneten baulichen Ausführung des Systems entnommen werden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein optisches System der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das mit Mitteln versehen ist, die eine genaue Einstellung des Linsensystems in bezug auf das Laserelement auf verhältnismassig einfache Weise ermöglichen und das sich zur Massenherstellung eignet«, Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Halbleiterlaser in axialer Richtung des Halters gegen einen Anschlag positioniert ist, dass zwischen dem Linsensystem und dem Anschlag ein Federglied angeordnet; ist, und daws auf dor von dom KpciorfiJ- i otl abgekehrten Seite des Linsensystems ein Vcrschlussglied vorhanden ist, das nach axialer Einstellung in dem Halter ;.ui einer derartigen Stelle fixiert ist, dass dabei das Linsen-

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system nach. Verschiebung in axialer Richtung gegen den Druck des Federglieds sich in der Lage befindet» in der sein Brennpunkt mit dem Laserelement in dem Halbleiterlaser Zusammenfällt.

Der Halbleiterlaser wird in dem Halter bewegt, bis or gegen den Anschlag stösst und in dieser Lage fixiert, Das Federglied, das Linsensystem sowie das Verschlussglied werden nacheinander in den'Halter eingeführt. Dieses Gebilde wird dann mit einem Regelgerät gekoppelt. Das Ver-Schlussglied mit dem Linsensystem wird anschliessend in Richtung des Lasers gegen den Druck der Feder bewegt. Wenn im Regelgerät festgestellt wird, dass das optische System ein kollimiertes Lichtbündel liefert, die austretende Strahlung also parallel verläuft, wird das Verschlussglied in dem Halter fixiert, wobei gleichzeitig das Linsensystem genau eingestellt ist.

Ein derartiges optisches System lässt sich als Massenprodukt herstellen und hat viele Anwendungsmöglichkeiten. Es eignet sich z.B. zur Anwendung bei "Video Long-Play-Systemen", bei digitalen optischen Aufzeichnungen oder bei auf dem interferometrischen Prinzipe basierenden optischen Verschiebungsmessern.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung ist der rohrförmige Halter an seiner Innenoberi'läche mit mindestens drei Rippen versehen, deren Spitzen genau auf der Oberfläche eines KreisZylinders liegen, um eine genaue radiale Einstellung mindestens des Linsensystems zu erhalten. Damit wird erreicht, dass das Linsensystem und etwaige andere Einzelteile des optischen Systems auch in radialer Richtung sehr genau in dem Halter positioniert sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführiuigäform dos optischen Systems, bei dem weiter eine Zylinderlinse vorhanden ist, die sich auf der von dem Halbleiterlaser

■^ abgekehrten Seite des Linsensystems befindet, ist nach der Erfindung ein mit Fahnen versehenes metallenes Verschlussglied vorhanden, dessen Fahnen Umfangsteile der Zylinderlinse umgreifen, derart, dass bei Drehung des Verschluss-

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gliedes die Zylinderlinse verdrehbar ist.

Durch Anwendung einer Zylinderlinse kann der Astigmatismus des Lasers korrigiert werden. Indem die Zylinderlinse in die richtige Lage gedreht wird, geht das längliche Strahlungsbündel in ein kreisförmiges Strahlungsbündel über. Das Verschlussglied mit den Fahnen ist ein geeignetes Mittel zur Einstellung der Zylinderlinse.

Das Verschlussglied kann auf verschiedene Weise in bezug auf den Halter fixiert werden. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, das Verschlussglied in Form eines Metallringes und den Halter in Form eines Metallrohres auszuführen, wobei der Halter an der Stelle, an der sich das Verschlussglied befindet, mit mindestens drei Blindlöchern versehen ist, deren noch vorhandene Materialreste durch Erhitzung mittels Laserimpulse geschmolzen werden, so dass nach Erstarrting eine Verbindung zwischen dem Halter und dem Verschlussglied vorliegt. Dadurch wird eine dauernde Fixierung einer sehr konstanten Hüte erhalten, wobei die Lage sehr genau einstellbar ist.

Das Linsensystem und der Halbleiterlaser können mit Hilfe des vom Federglied ausgeübten Druckes nach Einstellung des Verschlussgliedes äusserst genau auf Abstand gebracht werden. Es kann vorteilhaft sein, diese Lage duaerns einzustellen und zu sichern, dass sie nicht von einer dauernden befriedigenden Wirkung des Federdruckss abhängig ist und nicht durch äussere Kräfte beeinfluss t. wird. Dazu kann nach einer Weiterbildung der Erfindung zwischen dem Linsensystem und dem Halbleiterlaser einringförmiges metallenes Glied angeordnet sein, wobei der !Talker an der Stelle, an der sich das ringförmige Glied befindet, mit mindestens drei Blindlöchern versehen ist, deren noch vorhandene Materialreste durch Erhitzung mittels Laserimpulse geschmolzen werden, so das» nach lirw tiU'nin/; i-iin¹ ° Verbindung zwischen dem Halter und dem ringförmiijen Mu LaIlglied vorliegt.

Obgleich der Halter, das Verschliissgl iod und das ringförmige Glied aus jedem beliebigen Material hor^e-

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stellt sein können, bestehen diese Teile vorzugsweise aus einem Metall, z.B. aus Aluminium. Dadurch, ist sichergestellt, dass das einmal eingestellte optische System sich stets in dieser Lage befinden wird, dass bei Temperaturänderungen keine gegenseitigen Spannungen auftreten und dass das Material' oine genüfjündo Steifigkeit aufweist ,mn eine Aenderung der gegenseitigen Lage zu verhindern.

Einige AusfUhrungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform des optischen Systems zum Erhalten eines kollimierten Lichtbündeis, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Halters, Fig. 3 eine Zylinderlinse und ein zugehöriges ^1!> Verschlussglied, und

Fig. 4 eine zweite Ausfuhrungsform des optischen Systems.

In Fig. 1 ist eine erste Ausfuhrungsform eines optischen Systems dargestellt, das ein kollimiertes Lichtbündel liefert. Ein Halter 1, vorzugsweise aus·Aluminium, ist mit einem Anschlag 2 versehen. Ein Halbleiterlaser 3 ist mit einem Flansch 4 versehen; dieser Flansch liegt mit seiner oberen Fläche an dem Anschlag 2 und mit seiner Seitenfläche an der Innenwand des Halters 1 an. Mit ΗΐΙΓο umgefalzter Fahnen 5t die aus dem Material des Endteiles des Halters 1 hergestellt sind, ist der Halbleiterlaser 3 in dem Halter 1 fixiert.

In dem Halter sind weiter ein Linsensystem 6 sowie eine Zylinderlinse 7 vorhanden. An dem von dem Laser ^ 3 abgekehrten Ende des Halters 1 ist ein Verschlussglied 8 vorgesehen, während zwischen dem Laser 3 und dem Linsensystem 6 ein ringförmiges Glied 9 und zwischen dem Linsensystem 6 und der Zylinderlinse 7 ein ringförmiges Glied 10 vorhanden ist. Weiter ist zwischen dom Anschlag 2 und dom x'iiifjförinlfjen Glied 9 oiii Koderglied in Form oinor spiralförmigen Druckfeder 11 vorhanden.

Die Innenoberflache des Halters 1 ist vorzugsweise mit drei Rippen 12 versehen, wie in Fig. 2 darge-

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stellt ist. Die Spitzen der Rippen sind mit einem Kalibrierwerkzeug genau auf der Oberfläche eines KreisZylinders angebracht. Die Linsen 6 und 7 können auf diese Weise sehr genau radial positioniert werden. Weiter sind an der Stelle des Ringes 8 drei Blindlöcher 13 im Halter angebracht (siehe auch Fig. 2), während an der Stelle des Ringes 9 drei weitere Blindlöcher 14 im Halter vorgesehen sind. Das ringförmige Glied 8 weist zwei Fahnen 15 auf, die um abgeplattete Seiten 16 der Zylinderlinse 7 herum greifen (siehe Fig. 3).

Zur Erzeugung eines austretenden Lichtbündeis mit parallelen Strahlen muss der Brennpunkt des Linsensystems 6 sehr genau mit dem lichtemittierenden Laserelement 17 des pn-Lasers 3 zusammenfallen. Dazu wird nach der Anbringung der angegebenen Einzelteile im Halter 1 das Versciiiussgiied 8 in Richtung dea llalbloi torlasera ') bewegt. Dabei bewegen sich ausserdem der Ring 10, das Linsensystem 6 und der Ring 9, wodurch die Feder 11 zusammengedrückt wird. Wenn in einem Regelgerät festgestellt wird, dass das austretende Strahlungsbündel parallel ist, wird das Verschlussglied 8 fixiert. Obgleich es dazu verschiedene Möglichkeiten gibt, wird die Fixierung vorzugsweise dadurch erhalten, dass das Material in'den Blindlöchern 13 mit Hilfe eines Laserimpulses erhitzt wird.

Dabei entsteht nur eine örtliche begronzte Erhitzung, wobei ein wenig Material des Halters sowie des Ringe« ί~> schmilzt und nach Erstarrung eine feste La₁^e dos Uingos H erhalten wird. Die hergestellte Verbindung ist mit 18 bezeichnet. Bei dieser Lage ist das Linsensystem b sehr ,·;ο-nau eingestellt. Die Genauigkeit der Einstellung des Brennpunktes in bezug auf das Laserelement 17 ist besser als 1 /um.

Damit man beim Gebrauch des beschriebenen optiachen Systems nicht, dauerns von dor GIlto dor Köder I I abhängig ist,um den Abstand zwischen dem Laserolement und der Linse 6 äusserst genau zu halten, kann der Ring . ebenfalls dauerns mit dem Halter 1 verbunden sein. Auch in diesem Falle ist die Verbindung durch Schmelzen von

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Material im Loch 14 mit Hilfe von Erhitzung durch einen Laserimpuls zu bevorzugen.

Der Halter und die Ringe 8, 9 und 10 sind vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.

Die Zylinderlinse 7 dient zum Korrigieren des Astigmatismus des Lasers. Eine Verdrehung der Linse 7 bewirkt, dass das austretende Strahlungsbündel von einem länglichen Bündel in ein kreisförmiges Bündel tibergeht. Die Verdrehung der Zylinderlinse erfolgt dadurch, dass das Verschlussglied 8 verdreht wird; die um die abgeplatteten Seiten 16 herum greifenden Fahnen 15 führen eine gleichzeitige Verdrehung der Zylinderlinse herbei. Die Befesti-¹^ gung des Verschlussgliedes 8 an dem Halter 1 erfolgt nach der Einstellung des Linsensystems. 6 und der Zylinderlinse 7.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform eines optischen Systems zur Erzeugung eines kollimierten Lichtbündels.

In einem Halter 21 mit einem Anschlag 22 ist ein Halbleiterlaser 23 angeordnet. Eine Feder 25 liegt

* zwischen einem Flansch 24 des Halbleiterlasers 23 und einem

Ring 29. Eine Linse 26 und ein Verschlussring 28 vervollständigen das optische System. Die Linse 26 ist vorzugsweise eine an sich bekannte bi-asphärische Linse, Diese Linse kann z.B. aus Kunststoff hergestellt werden.

Mit Hilfe der Einstellung des Verschlussringes 28 wird auch in diesem Falle die Linse 26 in bezug auf die Laseranordnung gegen den Druck der Feder 25 verschoben. Wenn der Brennpunkt der Linse genau in bezug auf das liier nicht dargestellte Laserelement eingestellt ist, wird der Verschlussring 28 vorzugsweise wieder durch Erhitzung mit Hilfe eines Laserimpulses befestigt, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben ist. Erwünschtenfalls kann auch der Ring 29 auf diese Weise fixiert werden. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung kann in Fällen angewendet werden, in denen die hi>rrokt:iir «loa Aa i ϊ ,·;ιη;ι t. i kiihih ih<f* lialbloi 1 c<rl;iKci·;; nicht erforderlich, ist.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE;

1 .-/ Optisches System, das ein kollimiertes Lichtbundel liefert und das einen rohrförmigen Haltern, einen in den Halter aufgenommenen Halbleiterlaser und ein in den Halter aufgenommenes Linsensystem enthält, dessen Brennpunkt mit einem in dem Halbleiterlaser befindlichen Laserelement zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser (3) in axialer Richtung des Halters (1) gegen einen Anschlag (2)positioniert> ist, dass zwischen dem Linsensystem und dem Anschlag ein Federglied (ii) angeordnet ist, und dass auf der von dem Federglied abgekehrten Seite des Linsensystems ein Verschlussglied (8) vorhanden ist, das nach axialer Einstellung in dem Halter an einer derartigen Stelle fixiert ist, dass dabei das Linsensystem nach Verschiebung in axialer Richtung gegen den Druck dos Federgliedes sich in der Lage befindet, in der sein Brennpunkt mit dem Laserelement (17) in dem Halbleiterlaser zusammenfällt.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Halter (1) an soiuer "liuionoberfläche mit mindestens drei Rippen (12) versehen ist, deren Spitzen genau auf der Oberfläche eines KreisZylinders liegen, um eine genaue radiale Einstellung mindestens des Linsensystems zu erhalten.

3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, das ausserdem mit einer Zylinderlinse (7) versehen ist, die sich auf der von dem Halbleiterlaser (3) abgekehrten Seite des Linsensystems(6) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Fahnen versehenes metallenes Verschlussgliod (.8) vorhanden ist, dessen Fahnen (15) Umfangsteile dor Zylinderlinse umgreifen, derart, dass bei Drehun/j des Verschlussgliedes dio Zylindc?rlinso vorriruhbux- ist. '+. Optisches System nach einem oilur mohx'oruii dor Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver-

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Schlussglied (8) aus einem Metallring und der Halter (1) aus einem Metallrohr besteht, wobei der Halter an der Stelle, an der sich das Verschlussglied befindet, mit mindestens drei Blindlöcher (13) versehen ist, deren noch vorhandene Materialreste durch Erhitzung mittels Laserimpulse geschmolzen werden, so dass nach Erstarrung eine Verbindung zwischen dem Halter und dem Verschlussglied vorliegt.

5. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen.

dem Linsensystem (6) und dem Halbleiterlaser (3) ein ringförmiges Metallglied (9) angeordnet ist, wobei der Halter (1) an der Stelle, an der sich das ringförmige Glied befindet, mit mindestens drei Blindlöchern (i4) versehen ist, deren noch vorhandene Materialreste durch Erhitzung mittels Laserimpulse geschmolzen werden, so dass nach Erstarrung eine Verbindung zwischen dem Halter (i) und dem ringförmigen Metallglied (9) vorliegt.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (1) das Verschlussglied (8) und das ringförmige Glied (9) bzw. (1O) aus Aluminium bestehen.