OPTISCHEN KOMPONENTE

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine Vorrichtung der zuvor genannten Art ist bereits aus der DE 102 01 200 A1 bekannt geworden . Hier wird eine Objektivschwenkvorrichtung zum Verschwenken eines darin konzentrisch angeordneten Objektives um zwei zueinander senkrecht sich in der optischen Achse des Objektivs in einem Achsenschnittpunkt kreuzenden Schwenkachsen, wobei das Objektiv in einem Objektivhalter gehaltert ist und dieser in Lagern in zwei Freiheitsgraden einer Kugeloberfläche schwenkbar gelagert ist, beschrieben.

Auch ist ein Linsenrahmenaufnahmemechanismus aus der US 5,502,598 bekannt geworden , bei dem die Linsenaufnahme eine zumindest abschnittsweise kugelförmige Lagerfläche aufweist, die in einer korrespondierenden Lageraufnahme aufgenommen ist.

Derartige Vorrichtungen sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Insbesondere bei Vorrichtungen deren optische Komponente lediglich um einen Ursprungspunkt, d . h. dem Schnittpunkt der drei Raumachsen X ₁ Y und Z (Pivotpunkt) verschwenkt werden darf, sind hohe Anforderungen zu stellen. Eine besondere Herausforderung stellt in diesem Zusammenhang die Fixierung der optischen Komponente nach erfolgter Justierung dar. Insbesondere bei einer sehr genauen Justierung der optischen Komponente, beispielsweise nach Einmessung mit einem Goniometer, darf die Position der optischen Einrichtung durch die Fixierung nicht verändert werden. Hierzu sind noch keine geeigneten Lösungen vorgeschlagen worden.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente bereitzustellen, die eine angemessene Fixierung der optischen Komponente ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass ein Festlegungsmittel vorgesehen ist, welches dazu geeignet ist, eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Aufnahmemittel und dem Lagermittel herzustellen, kann eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einer angemessenen Fixierung bereitgestellt werden, die sich insbesondere durch einen geringen Schlupf bei der Fixierung der optischen Komponente nach erfolgter Justierung und einen einfachen Aufbau auszeichnet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmemittel als Aufnahmezylinder ausgebildet ist, wobei der Aufnahmezylinder eine hohlzylinderförmige Gestalt zur Aufnahme eines Lagermittels aufweist. Dementsprechend kann die optische Komponente geschützt innerhalb eines Hohlzylinders angebracht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Lagermittel eine hohlzylinderförmige Lagerschale, sowie einen Kugelkopf umfasst, wobei der Kugelkopf schwenkbar innerhalb der Lagerschale aufgenommen ist, wobei der Kugelkopf zur Aufnahme der optischen Komponente eingerichtet ist. Eine derartige Ausgestaltung des Lagermittels bietet sich insbesondere für eine robuste und widerstandsfähige Ausführungsform an, da der Kugelkopf äußerst präzise in der umgebenden Lagerschale geführt und aufgenommen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Festlegungsmittel einen Ring umfasst, der mindestens zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Kugelkopf geeignet ist. Insbesondere ein Ring, der umfangsseitig auf dem Kugelkopf aufliegen kann, ermöglicht eine gleichmäßige kraftschlüssige Verbindung, so dass ein ausgesprochen geringer Schlupf zu erwarten ist. Dementsprechend ergibt sich ein hohes Maß an Übereinstimmung von eingemessener und festgelegter Position.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Überwurfmutter vorgesehen ist, die auf einem Gewinde des Aufnahmezylinders aufgeschraubt ist und mit dem Ring in Kontakt treten kann. Durch Drehung der Überwurfmutter kann eine transversale Bewegung erzeugt werden, die auf den Ring übertragen und eine wohldosierbare Andruckkraft erzeugen kann. Auch kann durch entsprechende Auswahl des Gewindes eine vorteilhafte Übersetzung zwischen Drehung der Überwurfmutter und transversaler Bewegung, bis hin zur Selbsthemmung der Überwurfmutter, eingestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Halterung zwischen dem Kugelkopf und der optischen Komponente vorgesehen ist. Eine derartige Halterung kann beispielsweise an unterschiedliche optische Komponenten angepasst sein. Auch kann die Halterung beispielsweise als Drehhalterung für die optische Komponente ausgestaltet sein, so dass hier Anpassungsmaßnahmen für optische Komponenten vorgenommen werden können, die eine bestimmte Einfallebene erfordern.

In diesem Zusammenhang kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Halterung mit einem Hebel verbunden ist.

Mit einem Hebel kann der Winkel des optischen Elements exakt eingestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass mit der Länge des Hebelarms die Winkelgenauigkeit bei der Einstellung erhöht werden kann.

Es kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Hebel lösbar mit der Halterung verbunden ist. Dementsprechend kann der Hebel nach der Einstellung abgenommen werden, wodurch letztendlich Bauraum eingespart werden kann.

In einer alternativen und überaus vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmemittel als Aufnahmerahmen ausgestaltet ist, wobei ein Komponentenrahmen zur Aufnahme der optischen Komponente vorgesehen ist, wobei als Lagermittel mindestens eine Gleitlagerpaarung, vorzugsweise zwei Gleitlagerpaarungen zwischen dem Aufnahmerahmen und dem Komponentenrahmen vorgesehen sind. Durch die hier vorgeschlagene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine äußerst platzsparende Vorrichtung bereitgestellt, die durch die Rahmenkonstruktion wesentlich leichter und kostengünstiger produziert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine erste Gleitlagerpaarung und eine zweite Gleitlagerpaarung vorgesehen ist, wobei die Gleitlagerpaarungen an den gegenüberliegenden Seiten des Aufnahmerahmens bzw. des Komponentenrahmens vorgesehen sind. Eine derartige Anordnung der Lagermittel eröffnet eine maximale Stabilität und

Positioniergenauigkeit bei minimalem Materialeinsatz und Gewicht der Vorrichtung.

AIs vorteilhafte Ausgestaltung der Festlegungsmittels kann hier vorgesehen sein, dass das Festlegungsmittel als Klemmbacke ausgestaltet ist, wobei mindestens eine Gleitlagerpaarung mit einer Klemmbacke ausgestattet ist, wobei die Klemmbacke zur Blockierung der Gleitlagerung ausgelenkt werden kann. Durch diese Maßnahme, insbesondere die Ausgestaltung eines Lagerabschnitts mit einer Klemmbacke kann eine direkt auf die Gleitlagerung einwirkende kraftschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Die Änderung der Lagervorspannung und damit die Genauigkeit der Vorrichtung wird durch die Klemmung realisiert. Für den Fall, dass die Klemmbacke komplett geschlossen wird, so ist das Lagermittel durch den radial auftretenden Druck fixiert.

Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die erste Gleitlagerpaarung aus einer kugelabschnittsförmigen Oberfläche des Komponentenrahmens und einer kugelabschnittsförmigen Innenfläche des Grundkörpers gebildet wird. Grundsätzlich kann sich durch die sektorale Paarung der kugelabschnittsförmigen Oberflächen bzw. Innenflächen eine Verschwenkbarkeit des Komponentenrahmens um einen Ursprungspunkt ergeben, wobei ein erheblicher Bauraum gegenüber einer durchgehenden Oberfläche, wie beispielsweise bei einem zylinderförmigen Lagermittel, eingespart werden kann.

In diesem Zusammenhang kann ebenfalls vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die zweite Gleitlagerpaarung aus einer kugelabschnittsförmigen Oberfläche des Komponentenrahmens und einer kugelabschnittsförmigen Innenfläche der Klemmbacke gebildet wird. Auch durch diese Anordnung ergibt sich eine Verschwenkbarkeit des Komponentenrahmens um einen Ursprungspunkt, wobei ein erheblicher Bauraum gegenüber einer durchgehenden Oberfläche, wie beispielsweise bei einem zylinderförmigen Lagermittel, eingespart werden kann.

Demgegenüber kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Luftspalt zwischen einer Oberfläche des Aufnahmerahmens und einer Innenfläche des Komponentenrahmens angeordnet ist. Dieser Luftspalt stellt keine Gleitlagerung dar.

Auch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Luftspalt zwischen der Oberfläche des Aufnahmerahmens und der Innenfläche des Komponentenrahmens angeordnet ist. Auch dieser Luftspalt stellt keine Gleitlagerung dar.

Auch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Aufnahmerahmen und/oder der Komponentenrahmen mit Entlastungsbohrungen und/oder Entlastungsfräsungen ausgestattet ist. Auf diese Weise kann die unerwünschte Übertragung von Klemmspannungen zwischen den Rahmenelementen ausgeschlossen werden. Auch werden eventuell auftretende Spannungen neutralisiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Klemmbacke über zwei Vorsprünge mit zwei Gewindesitzen mit dem Aufnahmerahmen verbunden ist, wobei jeweils Schrauben vorgesehen sind, durch die der Abstand zwischen den Vorsprüngen und den Gewindesitzen eingestellt werden kann. Durch die verwendete Verschraubung lässt sich die Spannung der Klemmbacke und damit die Wirkung des Feststellmittels sehr genau einstellen und handhaben.

Es kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Komponentenrahmen und/oder der Anschlussrahmen mit Einstellschrauben ausgestattet ist, die eine sehr genaue Einstellung der Position der Rahmen zueinander ermöglichen.

Es kann weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Aufnahmemittel mit einem Grundkörper verbunden ist, wobei der Grundkörper zur Montage der Vorrichtung auf einem Montage-, Arbeits- und/oder Messplatz und/oder Laboraufbauten eingerichtet ist. Dementsprechend ergibt sich eine vorteilhafte Anschlussmöglichkeit zur sicheren Befestigung der Vorrichtung , beispielsweise mit der aufgezählten Versuchsanordnung.

Auch kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Grundkörper als Verbindungselement ausgestaltet ist. Dementsprechend ergeben sich vorteilhafte Verbindungsmöglichkeiten , beispielsweise mit einer Stütze oder einem weiteren Einstelltisch.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente mit einem Hebel;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente mit einem Hebel;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente mit einem Hebel;

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 7 eine perspektivisch Einzelteildarstellung eines Grundkörpers und einer Klemmbacke;

Fig. 8 ein Aufnahmerahmen einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer alternativen

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.

Eine Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente 1 1 umfasst im Wesentlichen einen Grundkörper 1 mit einem Aufnahmezylinder 2, wobei die Aufnahmezylinder 2 eine hohlzylinderförmige Gestalt zur Aufnahme eines Lagermittels innerhalb des Aufnahmezylinders 2 aufweist. Das Lagermittel wiederum ist zur schwenkbaren Halterung einer optischen Komponente 1 1 , vorzugsweise um einen Ursprungspunkt (Pivotpunkt), geeignet. Die optische Komponente 1 1 kann innerhalb des Aufnahmezylinders 2 grundsätzlich um jede kartesische Raumachse geschwenkt werden und ist in einer Halterung 5 untergebracht.

Als Lagermittel ist ein komponentenseitiger Kugelkopf 4 sowie eine aufnahmeseitige Lagerschale 3 vorgesehen. Bei der Lagerschale 3 handelt es sich um ein hohlzylinderförmiges Element mit einer zu der Oberfläche des Kugelkopfes 4 korrespondierenden kugelabschnittsförmigen Innenfläche.

AIs erfindungsgemäßes Festlegungsmittel zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Aufnahmemittel und dem Lagermittel, ist ein Ring 6 vorgesehen, der zumindest abschnittsweise auf dem Kugelkopf 4 und der Aufnahmezylinder 2 aufliegen kann. Darüber hinaus liegt der Ring 6 verschiebbar entlang seines äußeren Umfangs auf der Innenseite des Aufnahmezylinders 2 auf. Des Weiteren liegt der Ring 6 entlang einer inneren umlaufenden Kante vollständig auf dem Kugelkopf 4 auf. Für den Fall, dass eine geeignete Kraft auf den Ring 6 ausgeübt wird, kann eine gleichmäßige kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Ring 6 und dem Kugelkopf 4 gewährleistet werden. Um die notwendige Kraft auf den Ring 6 auszuüben ist eine Überwurfmutter 7 vorgesehen, die auf einem Gewinde 8 des Aufnahmezylinders 2 aufgeschraubt werden kann. Die Überwurfmutter 7 weist einerseits eine Öffnung 9 auf, durch welche die Halterung 5 für die optische Komponente 1 1 herausragen kann. Andererseits liegt die Überwurfmutter 7 an dem Ring 6 an, so dass der Kugelkopf 4 in einer vorbestimmbaren Position gegenüber dem Aufnahmezylinder 2 verspannt werden kann.

Durch die gleichmäßige Auflage des Rings 6 auf dem Kugelkopf 4 ergibt sich ein minimaler bis vernachlässigbarer Schlupf der optischen Komponente 1 1 , so dass eine hohe Übereinstimmung von eingemessener und fixierter Position gewährleistet werden kann. Auch kann die einwirkende Kraft durch Drehung der Überwurfmutter 7 sehr gleichmäßig auf den Ring 6 übertragen und genau dosiert werden.

Zur Montage einer derartigen Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente 11 ist der Grundkörper 1 mit Langlochbohrungen 10 ausgestattet, die beispielsweise zur Befestigung auf einem Laserarray benutzt werden können.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann den Fig. 3 bis 6 entnommen werden. Auf die Halterung 5 kann ein Hebel 100 aufgesetzt werden, welcher auf der anderen Seite wiederum auf einem X, Y, Z Verschiebetisch eingespannt werden kann. Nun kann mit dem Verschiebetisch der Winkel des optischen Elements 1 1 exakt eingestellt werden. Dabei ist zu bemerken, dass mit der Länge des Hebelarms die Winkelgenauigkeit eingestellt wird.

Weiterhin ist es möglich in dieser exakt eingestellten Position das optische Element 1 1 um seine eigene Achse zu drehen. Dies ist besonders wichtig bei optischen Komponenten die eine bestimmte Einfallebene haben.

Ist das optische System in allen Winkeln eingestellt, ist es möglich mit der Überwurfmutter 7 eine Kraft auf den Ring 6 auszuüben. Dieser überträgt die Kraft auf den Kugelkopf 4. Dieser klemmt sich nun so stark gegen die Lagerschale 3, dass das System fixiert ist. Nun kann der Hebel 100 entfernt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden erfinderischen Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung ist in den Fig. 6 bis 9 dargestellt, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.

Die hier dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst im Wesentlichen einen Grundkörper 20 auf dem ein vorzugsweise senkrecht angeordnetes Aufnahmemittel in Form eines Aufnahmerahmens 21 befestigt ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zur Aufnahme, Ausrichtung und Justierung einer optischen Komponente einen Komponentenrahmen 22 zur Anbringung einer oder mehrerer optischer Komponenten (optische Komponente hier nicht dargestellt). Zwischen dem Aufnahmerahmen 21 und dem

Komponentenrahmen 22 ist ein Lagermittel in Form einer ersten Gleitlagerpaarung und einer zweiten Gleitlagerpaarung vorgesehen, die es grundsätzlich ermöglichen, den Komponentenrahmen 22 gegenüber dem Aufnahmerahmen 21 zu verschwenken, vorzugsweise um einen gemeinsamen Ursprungspunkt (Pivotpunkt). Die Gleitlagerpaarungen bestehen sowohl aus Teilen des Aufnahmerahmens 21 als auch des Komponentenrahmens 22.

Bei dem Komponentenrahmen 22 handelt es sich im Wesentlichen um einen rechteckförmigen Rahmen, der mittig mit einer Öffnung zur Aufnahmezylinder der optischen Komponente ausgestattet ist. Zu diesem Zweck kann der Komponentenrahmen 22 mit Befestigungsgewinden 35 ausgestattet sein. Bei dem Aufnahmerahmen 21 handelt es sich ebenfalls um einen rechteckförmigen Rahmen, der mittig mit einer Öffnung ausgestattet ist, die vorteilhafterweise mit der Öffnung des Komponentenrahmens 22 korrespondiert bzw. fluchtet.

Die erste Gleitlagerpaarung wird aus einer kugelabschnittsförmigen Oberfläche 29 des Aufnahmerahmens 21 und einer kugelabschnittsförmigen Innenfläche 30 des Grundkörpers 20 gebildet.

Die zweite Gleitlagerpaarung wird aus einer kugelabschnittsförmigen Oberfläche 33 des Komponentenrahmens 22 und einer kugelabschnittsförmigen Innenfläche 34 der Klemmbacke 23 gebildet.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass ein Luftspalt zwischen einer Oberfläche 27 des Aufnahmerahmens 21 und einer Innenfläche 28 des Komponentenrahmens 22 angeordnet ist. Es ist weiterhin vorgesehen, dass ein Luftspalt zwischen einer Oberfläche 31 des Aufnahmerahmens 21 und einer Innenfläche 32 des

Komponentenrahmens 22 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Luftspalt jeweils gegenüber der jeweiligen Gleitlagerpaarung angeordnet.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Einstellmitteln in Form von Stellschrauben 36 ausgestattet, welche eine überaus genaue Positionierung des Komponentenrahmens 22 gegenüber dem Aufnahmerahmen 21 ermöglichen, wodurch letztendlich eine genaue Justierung der optischen Komponente vorgenommen werden kann.

Ein Vorteil der hier vorgeschlagenen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt zunächst darin, dass lediglich segmentierte kugelabschnittsförmige Gleitlagerpaarungen zum Einsatz kommen, d.h. die Gleitlager sind zwar kugelabschnittsförmig ausgebildet, beschreiben in ihrer länglichen Ausdehnung lediglich einen Teilkreis, sodass ein erheblicher Bauraum eingespart werden kann. Im Gegensatz dazu ist das Lagermittel bzw. die Lagerschale 3 der ersten Ausführungsform vollkreisförmig ausgebildet und umgibt damit den Kugelkopf 4 vollständig.

Darüber hinaus ist die vorgeschlagene Ausführungsform ebenfalls mit einer erfindungsgemäßen kraftschlüssigen Feststelleinrichtung ausgestattet, die hier durch die zweite Gleitlagerpaarung, insbesondere durch die mit dem Aufnahmerahmen 21 verbundenen Klemmbacke 23 gebildet wird. Es ist vorgesehen, dass die Klemmbacke 23 über zwei Vorsprünge 25 mit zwei Gewindesitzen 24 mit dem Aufnahmerahmen 21 verbunden ist, wobei jeweils Schrauben 26 vorgesehen sind, durch die der Abstand zwischen den Vorsprüngen 25 und den Gewindesitzen 24 eingestellt werden kann. Dementsprechend kann auch in dieser Ausführungsform durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Aufnahmemittel und dem

Lagermittel eine Feststelleinrichtung mit einem äußerst geringen Schlupf realisiert werden .