DE102011082456A1 - Lens device for use in semiconductor laser, particularly for projection of information and data, comprises lens holder with holding pins, which are connected by their outer surfaces with holding unit for laser diode by jointed connection - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung geht aus von einer Linsenvorrichtung zur Halterung einer Linse für eine Laserdiode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung der Linsenvorrichtung.The invention is based on a lens device for holding a lens for a laser diode according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Beim Einsatz von Halbleiter-Lasern beziehungsweise Laserdioden, insbesondere zur Projektion von Informationen und Daten, kann der von der Laserdiode emittierte Laserstrahl stark divergieren. Die Divergenz kann dabei quer zu seiner Strahlrichtung unterschiedlich ausgeprägt sein und beispielsweise zu einem kegelförmig ausgebildeten Laserstrahl führen, der einen elliptischen Querschnitt aufweisen kann. Hierbei kann ein Öffnungswinkel des kegelförmigen Laserstrahls in einer Hauptachse des elliptischen Querschnitts etwa 40° und in der anderen Hauptachse etwa 12° betragen. Zur Kompensation dieser Divergenz wird eine geeignete Linse eingesetzt.When using semiconductor lasers or laser diodes, in particular for the projection of information and data, the laser beam emitted by the laser diode can strongly diverge. The divergence can be different pronounced transversely to its beam direction and, for example, lead to a conically shaped laser beam, which may have an elliptical cross-section. In this case, an opening angle of the conical laser beam in a major axis of the elliptical cross section may be about 40 ° and in the other major axis about 12 °. To compensate for this divergence, a suitable lens is used.
Dokument
Bei der Montage dieser Vorrichtung wird erst die Linse relativ zu einem emittierten Laserstrahl des Halbleiter-Lasers durch eine geeignete Justagevorrichtung justiert, wobei die optische Achse der Linse dann etwa parallel zur Strahlrichtung des Laserstrahls liegt, um eine Divergenz des Laserstrahls auszugleichen. Nachdem die Linse justiert ist, wird sie mit dem rohrförmigen Haltering verklebt. Gleichzeitig oder anschließend wird der rohrförmige Haltering mit dem Lasergehäuse verklebt.When mounting this device, the lens is first adjusted relative to an emitted laser beam of the semiconductor laser by a suitable adjustment device, wherein the optical axis of the lens is then approximately parallel to the beam direction of the laser beam to compensate for a divergence of the laser beam. After the lens is adjusted, it is glued to the tubular retaining ring. Simultaneously or subsequently, the tubular retaining ring is glued to the laser housing.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass beim Aushärten des Klebstoffs zwischen dem Lasergehäuse und dem Haltering und zwischen dem Haltering und der Linse sich dessen Volumen reduziert, was zu einer Relativbewegung zwischen dem Lasergehäuse, dem Haltering und/oder der Linse führen kann. Dies wiederum führt dazu, dass die Linse aus ihrer individuell auf den Halbleiter-Laser mit hoher Präzision abgestimmten Position verschoben wird.A disadvantage of this solution is that when curing the adhesive between the laser housing and the retaining ring and between the retaining ring and the lens, the volume of which reduces, which can lead to a relative movement between the laser housing, the retaining ring and / or the lens. This in turn causes the lens to be shifted out of its position, which is individually tuned to the semiconductor laser with high precision.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Linsenvorrichtung zu schaffen mit der eine Linsenhalterung über eine Fügeverbindung mit einer Haltevorrichtung verbindbar ist, bei der beim Aushärten der Fügeverbindung eine Position einer mit der Linsenhalterung gehaltenen Linse sich nicht oder vergleichsweise gering relativ zur Haltevorrichtung ändert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung der Linsenvorrichtung mit einer Laserdiode zu schaffen.The object of the present invention is to provide a lens device with which a lens holder can be connected via a joint connection with a holding device in which a position of a lens holder held with the lens does not change or comparatively small relative to the holding device during curing of the joint connection. Another object of the present invention is to provide a simple and inexpensive method of manufacturing the lens device with a laser diode.
Die Aufgabe hinsichtlich der Linsenvorrichtung wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.The object with regard to the lens device is achieved according to the features of
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß hat eine Linsenvorrichtung eine Linsenhalterung zur Halterung einer Linse, die zur Kompensation einer Divergenz eines von einer Laserdiode emittierten Laserstrahls dient. Die Linsenhalterung weist hierbei eine Mehrzahl von Haltestiften auf. Diese sind dabei über ihre jeweilige Mantelfläche mit einer Haltevorrichtung, an der die Laserdiode anordbar ist, über eine Fügeverbindung, insbesondere eine Kleb- oder Lötverbindung, mit fließfähigen Material verbindbar.According to the invention, a lens device has a lens holder for holding a lens which serves to compensate for a divergence of a laser beam emitted by a laser diode. The lens holder in this case has a plurality of retaining pins. These are connected via their respective lateral surface with a holding device to which the laser diode can be arranged, via a joint connection, in particular an adhesive or solder joint, connectable with flowable material.
Versuche haben gezeigt, dass die Linsenhalterung mit ihrer Mehrzahl von Haltestiften beim Aushärten der Klebeverbindung vorteilhafter Weise ihre Position relativ zur Haltevorrichtung im Unterschied zum Stand der Technik vergleichsweise exakt beibehält, da sich die Haltestifte gegenseitig stützen und/ oder gegeneinander verspannt werden. Eine Positionsänderung der Linsenhalterung aufgrund des aushärtenden fließfähigen Materials, insbesondere eines UV-härtenden Klebstoffs, braucht im Vergleich zum Stand der Technik nicht mehr berücksichtigt zu werden.Experiments have shown that the lens holder with its plurality of retaining pins during curing of the adhesive joint advantageously maintains its position relatively relative to the holding device in contrast to the prior art relatively accurately, since the retaining pins mutually support and / or braced against each other. A change in position of the lens holder due to the hardenable flowable material, in particular a UV-curing adhesive need not be taken into account compared to the prior art.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein jeweiliger Haltestift der Linsenhalterung in eine jeweilige Stiftaussparung der Haltevorrichtung eingesetzt und über die Fügeverbindung mit einer Innenmantelfläche der Stiftaussparung verbunden. Die Linsenhalterung kann dabei mit ihren Haltestiften in den Stiftaussparungen derart angeordnet sein, dass beim Aushärten der Klebverbindung symmetrische Kräfte auf die Linsenhalterung wirken, d. h., dass beim Aushärten der Fügeverbindung entstehende Kräfte einander Aufheben.In a further embodiment of the invention, a respective retaining pin of the lens holder is inserted into a respective pin recess of the holding device and connected via the joint connection with an inner circumferential surface of the pin recess. The lens holder can be arranged with their holding pins in the pin recesses such that when curing the adhesive bond symmetrical forces acting on the lens holder, d. h., That arise during curing of the joint connection forces cancel each other.
Bevorzugter Weise hat die Linsenhalterung drei oder vier, insbesondere einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisende Haltestifte. Hierdurch kann eine Position der Linsenhalterung relativ zur Haltevorrichtung beim Aushärten der Fügeverbindung äußerst genau eingehalten werden, wobei die Linsenhalterung vorrichtungstechnisch äußerst einfach aufgebaut ist. Es wäre denkbar eine noch größere Anzahl an Haltestiften vorzusehen, wodurch eine Position der Linsenhalterung möglicher Weise noch genauer einhaltbar ist, allerdings würde hier der vorrichtungstechnische Aufwand ansteigen. Durch die Mehrzahl von Stiften ist die Linse auch mechanisch äußerst fest und stabil gehaltert. Preferably, the lens holder has three or four, in particular a circular cylindrical cross-section holding pins. In this way, a position of the lens holder relative to the holding device during curing of the joint connection can be maintained extremely accurate, the lens holder is constructed device extremely simple. It would be conceivable to provide an even greater number of retaining pins, as a result of which a position of the lens holder is possibly even more accurately observable, although the device-technical complexity would increase here. Due to the plurality of pins, the lens is mechanically extremely strong and stably supported.
Mit Vorteil erstrecken sich die Haltestifte und die Stiftaussparungen etwa im Parallelabstand zu einer Lichtachse der Laserdiode, wodurch die Linsenhalterung in Richtung der Lichtachse relativ zur Haltevorrichtung beispielsweise bei einer Vorjustage vor einer Fügeverbindung bewegbar ist. Advantageously, the retaining pins and the pin recesses extend approximately parallel to a light axis of the laser diode, whereby the lens holder in the direction of the light axis relative to the holding device, for example, in a Vorjustage before a joint connection is movable.
Die Haltestifte sind bevorzugter Weise gleichmäßig auf einem gemeinsamen Kreis verteilt. The retaining pins are preferably evenly distributed on a common circle.
Zur Halterung der Linse kann die Linsenhalterung vorzugsweise einfach einen Haltering mit einer, insbesondere hohlzylindrischen, Durchgangsöffnung aufweisen, in der die Linse lagefixiert, beispielsweise durch eine Fügeverbindung, einsetzbar ist.For holding the lens, the lens holder may preferably simply have a retaining ring with a, in particular hollow cylindrical, passage opening in which the lens is fixed in position, for example by a joint connection, can be used.
Die Haltestifte können sich dann vorrichtungstechnisch einfach von einer Stirnfläche des Halterings weg erstrecken.The retaining pins can then simply extend device-wise from an end face of the retaining ring away.
Es ist denkbar, die Linsenhalterung einstückig mit der Linse beispielsweise in einem Kunststoffgussverfahren auszubilden.It is conceivable to form the lens holder in one piece with the lens, for example in a plastic casting process.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Linsenhalterung aus einem transparenten Kunststoff oder aus transparentem Glas. Hierdurch könnte dann UV-härtender Klebstoff verwendet werden, der über eine durch den transparenten Kunststoff oder das transparente Glas strahlenden UV-Lichts gehärtet wird. Als Kunststoff könnte Polymethacrylmethylinid (PMMI), Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) eingesetzt werden. Alternativ könnte die Linsenhalterung auch aus Metall mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, wodurch beim Aushärten der Fügeverbindung entstehende Temperaturgradienten kaum Einfluss auf das Material der Linsenhalterung hätten und diese trotz Temperaturgradienten ihre Geometrie nicht ändern würde. Eine Linsenhalterung aus Metall wäre auch vorteilhafterweise bei einer Fügeverbindung in Form eine Lötverbindung einsetzbar.In a further embodiment of the invention, the lens holder consists of a transparent plastic or transparent glass. As a result, it would then be possible to use UV-curing adhesive, which is cured via a UV light radiating through the transparent plastic or the transparent glass. Polymethacrylmethylinide (PMMI), polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylate (PMMA) could be used as plastic. Alternatively, the lens holder could also be made of metal with a low coefficient of thermal expansion, which would have hardly any influence on the material of the lens holder during curing of the joint connection temperature gradient and this would not change their geometry despite temperature gradients. A metal lens holder would also be advantageously used in a joint in the form of a solder joint.
Damit die Linsenhalterung mit ihren Haltestiften innerhalb der Stiftaussparungen der Haltevorrichtung etwa quer zur Längsachse der Haltestifte bewegbar ist, um beispielsweise die Linse etwa senkrecht zu einer Strahlrichtung der Laserdiode zu positionieren, kann ein Durchmesser einer jeweiligen Stiftaussparung größer als der darin einsetzbare Haltestift sein.So that the lens holder with its holding pins within the pin recesses of the holding device is movable approximately transversely to the longitudinal axis of the retaining pins, for example, to position the lens approximately perpendicular to a beam direction of the laser diode, a diameter of a respective pin recess may be larger than the insertable therein retaining pin.
Damit die Haltestifte der Linsenhalterung bei der Montage einfach in die Stiftaussparungen einsetzbar sind, können diese jeweils eine Senkung als Einführungshilfe aufweisen, wobei die Senkung dann beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Thus, the retaining pins of the lens holder can be easily inserted into the pin recesses during assembly, they can each have a reduction as an introduction, wherein the countersink is then formed, for example, frusto-conical.
Die Laserdiode ist vorzugsweise im Wesentlichen mittig der Stiftaussparungen an der Haltevorrichtung lagefixiert. The laser diode is preferably fixed in position substantially centrally of the pin recesses on the holding device.
Ein erfindungsgemäßes äußerst einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Linsenvorrichtung mit einer Laserdiode weist folgende Schritte auf:
- – Lagefixierung der Laserdiode an der Haltevorrichtung, wobei dies beispielsweise durch eine Klebverbindung erfolgen kann;
- – Einbringen eines fließfähigen Material, insbesondere eines UV-härtenden Klebstoffs, in die Stiftaussparungen der Haltevorrichtung und/ oder Anbringen eines fließfähigen Materials, insbesondere eines UV-härtenden Kunststoffs, an die Haltestifte der Linsenhalterung;
- – Einsetzen der Haltestifte der Linsenhalterung in die Stiftaussparungen der Haltevorrichtung, wobei die Linse in der Linsenhalterung insbesondere über eine Klebverbindung lagefixiert ist;
- – Justierung der Linsenhalterung mit der Linse relativ zur Laserdiode und zwar derart, dass ein von der Laserdiode emittierter Laserstrahl durch die Linse strahlt, wodurch die Linse eine Divergenz des Laserstrahls kompensieren kann;
- – Aushärten des fließfähigen Materials, insbesondere des UV-härtenden Klebstoffs mit UV-Licht oder eines Lots.
- - Position fixation of the laser diode to the holding device, which can be done for example by an adhesive bond;
- - Introducing a flowable material, in particular a UV-curing adhesive, in the pin recesses of the holding device and / or attaching a flowable material, in particular a UV-curing plastic, to the retaining pins of the lens holder;
- - Inserting the retaining pins of the lens holder in the pin recesses of the holding device, wherein the lens is fixed in position in the lens holder, in particular via an adhesive bond;
- Adjusting the lens mount with the lens relative to the laser diode such that a laser beam emitted by the laser diode radiates through the lens, whereby the lens can compensate for divergence of the laser beam;
- - Curing the flowable material, in particular the UV-curing adhesive with UV light or a solder.
Es ist denkbar, dass das Einbringen des fließfähigen Materials erst nach dem Einsetzen der Haltestifte der Linsenhalterung in die Stiftaussparungen erfolgt.It is conceivable that the introduction of the flowable material takes place only after the insertion of the retaining pins of the lens holder into the pin recesses.
Das Anbringen des Klebstoffs an die Haltestifte kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass diese in ein mit Klebstoff befülltes Klebstoffbecken getaucht bzw. gedippt werden. Hierdurch kann über die Eintauchtiefe der Haltestifte eine mit Klebstoff bedeckte Fläche des jeweiligen Haltestifts bestimmt werden. Dieser Verfahrensschritt wäre auch mit einem Lot möglich. The attachment of the adhesive to the retaining pins can preferably take place in that they are dipped or dipped into an adhesive tank filled with adhesive. In this way can be determined by the immersion depth of the retaining pins an adhesive-covered surface of the respective retaining pin. This process step would also be possible with a solder.
Vorzugsweise wird die Linse in die Linsenhalterung in einem ersten Verfahrensschritt lagefixiert.Preferably, the lens is fixed in position in the lens holder in a first method step.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen: In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The figures show:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Zur Lagefixierung der Linse
Bei den Laserdioden
Zur Erläuterung der Befestigung der Linsenhalterung
Im montierten Zustand der Linsenhalterung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Linse
Zur Reduktion von Herstellungskosten ist es denkbar, dass die Linse
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass bei der Befestigung der Laserdiode
In der
Denkbar wäre auch, anstelle der Klebverbindung zum Lagefixieren der Linsenhalterung an der Haltevorrichtung eine Lötverbindung einzusetzen.It would also be conceivable to use a solder joint instead of the adhesive bond for fixing the position of the lens holder to the holding device.
Offenbart ist eine Linsenvorrichtung mit einer Linsenhalterung für eine Linse einer Laserdiode, die eine Mehrzahl von Haltestiften, insbesondere drei oder vier, aufweist, über die die Linsenhalterung in eine Haltevorrichtung einsetzbar und über Außenmantelflächen der Haltestifte mit der Haltevorrichtung verklebbar ist. Bei einem Verfahren zur Herstellung der Linsenvorrichtung zusammen mit einer Laserdiode wird in einem ersten Verfahrensschritt die Linse in der Linsenhalterung lagefixiert und in einem zweiten Verfahrensschritt die Laserdiode in der Haltevorrichtung lagefixiert. Anschließend wird fließfähiges Material in die Stiftaussparungen der Haltevorrichtung eingebracht oder die Haltestifte werden mit dem fließfähigen Material benetzt, insbesondere dadurch, dass diese in ein mit fließfähigen Material befülltes Becken getaucht werden. Danach wird die Linsenhalterung mit der in ihr festgelegten Linse in die Stiftaussparungen über ihre Haltestifte eingesetzt und relativ zur Laserdiode über eine geeignete Einrichtung justiert. In einem nächsten Schritt wird das fließfähige Material in den Stiftaussparungen ausgehärtet.Disclosed is a lens device with a lens holder for a lens of a laser diode having a plurality of retaining pins, in particular three or four, via which the lens holder can be inserted into a holding device and glued on outer jacket surfaces of the retaining pins with the holding device. In a method for producing the lens device together with a laser diode, the lens is fixed in position in the lens holder in a first method step, and in a second method step, the laser diode is fixed in position in the holding device. Subsequently, flowable material is introduced into the pin recesses of the holding device or the retaining pins are wetted with the flowable material, in particular the fact that they are immersed in a tank filled with flowable material. Thereafter, the lens holder is inserted with the lens defined in it in the pin recesses on their retaining pins and adjusted relative to the laser diode via a suitable device. In a next step, the flowable material is cured in the pin recesses.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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