DE102021120256B3

DE102021120256B3 - Laser module with a lens holder

Info

Publication number: DE102021120256B3
Application number: DE102021120256.6A
Authority: DE
Inventors: Timo Trautwein; Horst Peter
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2041-08-05

Abstract

Ein Lasermodul 1 mit einer Linsenhalterung 5, mit einer Laserdiode 3, einer Linse 2 und einer metallischen Hülse 4, die als Halterung für die Laserdiode 3 und Linse 2 dient, wobei die Linse 2 radial durch die Hülse 4 gefasst, rückseitig abgestützt und vorderseitig verbördelt ist, wobei die Hülse 4 einen federnden Anschlag 20 aufweist, durch welchen die Linse 2 rückseitig federnd abgestützt ist, wobei der federnde Anschlag 20 so ausgestaltet ist, dass eine beim Bördeln über die Linse 2 auf die Linsenanschlagsfläche 21 axial wirkende Bördelkraft FBAdurch eine axiale Rückstellkraft FRAdes federnden Anschlags kompensiert wird, und nach dem Bördeln, die axiale Rückstellkraft FRAverbleibt, welche die Linse 2 gegen die Bördelung drückt sowie ein Verfahren zur Herstellung des Lasermoduls 1.A laser module 1 with a lens holder 5, with a laser diode 3, a lens 2 and a metallic sleeve 4, which serves as a holder for the laser diode 3 and lens 2, the lens 2 being radially gripped by the sleeve 4, supported on the back and crimped on the front The sleeve 4 has a resilient stop 20, by means of which the lens 2 is resiliently supported on the rear, the resilient stop 20 being designed so that a flanging force FBA acting axially on the lens stop surface 21 during flanging via the lens 2 by an axial restoring force FRAdes the resilient stop is compensated, and after the crimping, the axial restoring force FRA remains, which presses the lens 2 against the crimping and a method for producing the laser module 1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasermodul mit einer Linsenhalterung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Lasermoduls.The invention relates to a laser module with a lens holder according to the preamble of claim 1 and a method for producing a laser module.

Lasermodule werden als Lichtquelle bei optischen Lasersensoren eingesetzt, welche die Anmelderin in hohen Stückzahlen herstellt und vertreibt. Lasermodule sind dabei als optische Baugruppe innerhalb eines Lasersensorgehäuses angeordnet und so vor der Umgebung, vor Staub und Nässe geschützt. Es ist allgemein bekannt, dass Linsen in optischen Systemen in zylinderförmigen Fassungen bzw. Halterungen eingebracht sind. Als Halterung können dabei Rohre, Rohrstutzen sowie Hülsen dienen.Laser modules are used as a light source in optical laser sensors, which the applicant manufactures and sells in large numbers. Laser modules are arranged as an optical assembly within a laser sensor housing and are thus protected from the environment, dust and moisture. It is generally known that lenses in optical systems are incorporated in cylindrical mounts or holders. Pipes, pipe sockets and sleeves can serve as holders.

Eine Linsenhalterung bzw. Linsenfassung ist häufig rotationssymmetrisch und weist häufig an ihren Enden Aussparungen zur Aufnahme von optischen Bauteilen auf. In diese Aussparungen können beispielsweise eine optische Linse und eine zugehörige Laserdiode eingebracht werden. Dabei ist bekannt, die Linse in die entsprechende Aussparung passgenau einzufügen, im Anschluss den Überstand zum Linsenkörper, den Hülsenbund der Linsenhalterung durch Bördeln zu verformen, so dass die Linse durch die Bördelung in der Linsenhalterung (vor-)gefasst ist, und die Linse mittels eines Klebers in der Hülse zu fixieren. Häufig werden solche Linsenhalterungen aus einem weichen, gut formbaren Werkstoff, wie z.B. einer Aluminium- oder Kupferlegierung gefertigt.A lens holder or lens mount is often rotationally symmetrical and often has recesses at its ends for receiving optical components. For example, an optical lens and an associated laser diode can be introduced into these cutouts. It is known to insert the lens precisely into the corresponding recess, then to deform the protrusion to the lens body, the sleeve collar of the lens holder by crimping so that the lens is (pre) captured by the crimping in the lens holder, and the lens by means of an adhesive to fix in the sleeve. Such lens holders are often made of a soft, easily malleable material, such as an aluminum or copper alloy.

Problematisch ist allerdings, dass die Linse, bei einem Durchmesser von fünf Millimetern, nach dem Bördeln - und damit nach dem eigentlichen Fassen der Linse - in der Halterung, bei einer Aluminiumhülse, trotzdem ein minimales Spiel von etwa 50 Mikrometer aufweist. Das Spiel, bzw. der Spalt zwischen Halterung und Linse, genauer zwischen Linsenrand und Bördelumfassung, ist auf die rückfedernde Eigenschaft von Umformwerkstoffen mit kleinem E-Modul, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung - E-Modul kleiner 80 GPa - zurück zu führen. Es ist daher bekannt bzw. gängige Praxis, das Spiel der Linse in der gefassten, gebördelten Halterung entweder vor, oder nach der Bördelung durch ein weiteres Befestigungsmittel, beispielsweise mittels eines Klebers oder einer Schraubverbindung zu unterbinden und die Linse zusätzlich zur Bördelung zu fixieren. Kleben ist durch die erforderliche Liege- und Tropfzeiten aufwändig und sehr zeitintensiv. Auf Sauberkeit des optischen Systems ist dabei ebenso Wert zu legen, wie auf die Berücksichtigung der Eigenschaften des jeweiligen Klebers. Im Allgemeinen sind Klebstoffe wenig temperaturbeständig und weisen Schwächen in der Alterungsbeständigkeit auf. So kommt es über die Zeit zu irreversiblen Veränderungen des Klebstoffs bis zum Versagen der Klebung. Aus der DE 103 14 774 A1 ist bekannt, die Fokuslage mittels einer Schraubverbindung zu fixieren, was auf nachteiliger Weise zusätzliche Befestigungsmittel erfordert, welche zusätzlichen Bauraum benötigen.However, it is problematic that the lens, with a diameter of five millimeters, after flanging - and thus after actually grasping the lens - in the holder, with an aluminum sleeve, still has a minimum clearance of around 50 micrometers. The play, or the gap between the bracket and the lens, more precisely between the lens edge and the flange, is due to the resilient properties of formed materials with a small modulus of elasticity, such as an aluminum alloy - modulus of elasticity less than 80 GPa. It is therefore known or common practice to prevent the play of the lens in the mounted, flanged holder either before or after flanging by means of a further fastening means, for example by means of an adhesive or a screw connection, and to fix the lens in addition to the flanging. Gluing is complex and very time-consuming due to the necessary lay and drip times. The cleanliness of the optical system is just as important as taking the properties of the respective adhesive into account. In general, adhesives are not very temperature-resistant and have weaknesses in terms of resistance to aging. This leads to irreversible changes in the adhesive over time, up to and including failure of the bond. From the DE 103 14 774 A1 It is known to fix the focal position by means of a screw connection, which disadvantageously requires additional fastening means which require additional installation space.

Ein solcher Stand der Technik verlangt entweder relativ aufwendige Befestigungsmittel und/oder relativ aufwendige Arbeitsgänge zum Fixieren der Linse in einer Linsenhalterung.Such prior art requires either relatively complex fastening means and / or relatively complex operations for fixing the lens in a lens holder.

Die Schrift US 2015 / 0 109 680 A1 beschreibt ein Lasermodul und den Aufbau eines solchen allgemein. Wie eine Linse genau zu befestigen ist, ist dieser Schrift nicht zu entnehmen.The font US 2015/0 109 680 A1 describes a laser module and the structure of such in general. How exactly a lens is to be attached cannot be found in this document.

Die WO 18/ 088 567 A1 zeigt eine Methode, wie eine Linse mittels einem Heißpräge-Verfahren in einen thermoplastischen Kunststoff-Körper eingebracht wird. Die Einbringung der Linse in den Körper erfolgt über einen Prägestempel durch thermische Umformung des Kunststoff-Grundkörpers. Kunststoffe weisen einen vielfach niedrigeren Schmelzpunkt auf als Metalle. Da sich Laserdioden bei der Lichterzeugung stark erwärmen und sich Kunststoffe unter Wärmeeintrag verformen, ist die Verwendung von Kunststoff in der Nähe von Laserdioden weniger gut geeignet. Weiter lässt sich Kunststoff, im Gegensatz zu einem Umformwerkstoff aus Metall, nicht bördeln oder vergleichbar umbiegen und bearbeiten.the WO 18/088 567 A1 shows a method of inserting a lens into a thermoplastic plastic body by means of a hot stamping process. The lens is introduced into the body by means of an embossing die through thermal deformation of the plastic base body. Plastics have a melting point that is many times lower than that of metals. Since laser diodes heat up considerably when generating light and plastics deform when heat is introduced, the use of plastics in the vicinity of laser diodes is less suitable. Furthermore, in contrast to a forming material made of metal, plastic cannot be crimped or similarly bent and processed.

Die JP H04 - 28 280 A beschreibt den klassischen Aufbau einer Laserdiode. Dabei wird zum Schutz der Diode eine nicht sphärische transparente Platte mit einem weichen, elastischen Dichtelement in eine metallene Hülse eingebracht und die Platte durch Bördeln, das heißt durch Umbiegen des Hülsenrands, fixiert. Das Dichtelement wird beim Bördeln verformt und gestaucht und wirkt aufgrund seiner elastischen Eigenschaft federnd auf die Platte. Das Dichtelement ist als runder oder flächiger Dichtring ausgeführt. Weiter kann das Dichtelement auch als ein flüssiges, weichelastisches Material ausgeführt sein und beispielsweise ein Klebstoff sein. Eine solche Ausgestaltung mit Dichtelement ist aber dann von Nachteil, wenn bei der Anwendung eine sphärische Linse verwendet wird und die Linse einen genau definierten Linsenabstand - z.B. von wenigen Mikrometern - zur Diode einhalten muss, weil dieser für die Funktion und Qualität der Anwendung, beispielsweise zum Aufbau eines Lasermoduls entscheidend ist. Weiter ist die Verwendung eines solchen Dichtelements nachteilig, wenn ein Lasermodul aufgrund seines Einsatzzweckes in Sensoren eingesetzt und integriert wird, deren Anwendungsgebiet außerhalb des sonst normal üblichen Temperaturbereichs (Betriebstemperaturbereich) von -10 bis 70° C liegt, oder kleinbauend ist (Linsendurchmesser 2-6mm) und die Montage eines entsprechend kleinen Dichtelements erschwert wäre. Elastische Dichtelemente härten aus, verspröden und verändern sich über die Lebenszeit, so dass die Federwirkung des Dichtelements über die Zeit nachlässt und die Platte dann nicht mehr spielfrei gefasst ist und wandern kann.the JP H04-28 280 A describes the classic structure of a laser diode. To protect the diode, a non-spherical, transparent plate with a soft, elastic sealing element is inserted into a metal sleeve and the plate is fixed by flanging, that is, by bending the edge of the sleeve. The sealing element is deformed and compressed during flanging and has a resilient effect on the plate due to its elastic properties. The sealing element is designed as a round or flat sealing ring. Furthermore, the sealing element can also be designed as a liquid, flexible material and, for example, be an adhesive. Such a configuration with a sealing element is disadvantageous if a spherical lens is used in the application and the lens has to maintain a precisely defined lens distance - e.g. of a few micrometers - to the diode, because this is essential for the function and quality of the application, for example for Building a laser module is crucial. Furthermore, the use of such a sealing element is disadvantageous if, due to its intended use, a laser module is used and integrated in sensors whose area of application lies outside the otherwise normal temperature range (operating temperature range) of -10 to 70 ° C, or is small (lens diameter 2-6mm ) and the assembly of a correspondingly small sealing element would be more difficult. Elastic Sealing elements harden, become brittle and change over the course of their life, so that the spring action of the sealing element decreases over time and the plate is then no longer gripped without play and can move.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lasermodul mit einer Linsenhalterung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Lasermoduls anzugeben, das ohne Kleben auskommt, welches mit möglichst wenig Hilfsmitteln und einem geringen Arbeitsaufwand auskommt, und die einfache Herstellung, insbesondere kleiner Lasermodul-Bauformen, d.h. Linsendurchmesser ab 2 mm, ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a laser module with a lens holder as well as a method for producing a laser module that does not require gluing, that requires as few resources and little work as possible, and the simple production of, in particular, small laser module designs, ie Lens diameters from 2 mm, made possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruch 1 und den Verfahrensanspruch gelöst.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1 and the method claim.

Bei einer solchen Lösung kann das Zusammenfügen der Bauteile in wenigen Arbeitsgängen erfolgen und beispielsweise durch einen Automaten durchgeführt werden. Ferner entfällt das Fixieren mittels eines Klebers, mittels sonstiger Befestigungsmittel sowie eines zusätzlichen Arbeitsgangs (z.B. durch Kleben, zusätzliches Befestigen), da die erfindungsgemäße Form der Linsenhalterung zusammen mit dem Bördelvorgang eine sichere, spielfreie Fixierung der Linse in der Linsenhalterung gewährleistet.With such a solution, the assembling of the components can be done in a few operations and carried out, for example, by an automatic machine. Furthermore, fixing by means of an adhesive, other fastening means and an additional work step (e.g. by gluing, additional fastening) is omitted, since the shape of the lens holder according to the invention together with the flanging process ensures a secure, play-free fixation of the lens in the lens holder.

Das erfindungsgemäße Lasermodul erreicht eine höhere Alterungsbeständigkeit und weist eine bessere thermische Stabilität auf, als wenn die Linse in der Linsenhalterung verklebt ist. Das Lasermodul kann daher auch speziell in Sensoren eingesetzt und integriert werden, deren Anwendungsgebiet außerhalb des normal üblichen Temperaturbereichs (Betriebstemperaturbereich) von -10 bis 70° C liegt. The laser module according to the invention achieves a higher resistance to aging and has better thermal stability than if the lens is glued in the lens holder. The laser module can therefore also be used and integrated specifically in sensors whose area of application is outside the normal temperature range (operating temperature range) of -10 to 70 ° C.

Es wird ein Lasermodul mit einer Linsenhalterung beansprucht, bestehend aus einer Laserdiode, einer Linse, vorzugsweise aus Glas, und einer metallischen Hülse, die als Halterung für eine Laserdiode und eine Linse dient. Das Lasermodul, die Linsenhalterung, die Laserdiode und die Linse weisen eine gemeinsame optische Achse auf. Durch die Hülse bzw. durch die Hülseninnenwandung wird die Linse im Linsenraum radial gefasst und rückseitig abgestützt. Vorderseitig wird der Hülsenbund der Linse verbördelt, dass die Linse in der Hülse vorgefasst ist. Die Hülse weist erfindungsgemäß einen innerhalb der Hülse befindlichen federnden Anschlag mit einer Linsenanschlagsfläche auf, durch welchen die Linse rückseitig federnd abgestützt ist und durch welchen der beim Bördeln, aufgrund der rückfedernden Eigenschaft und der Rückstellkräfte des Hülsenwerkstoffs gebildete Spalt, zwischen Linsenrand und Bördelumfassung ausgeglichen wird. Die Hülse mit federndem Anschlag ist einteilig ausgeführt. Durch den federnden Anschlag wird die Linse rückseitig federnd abgestützt. Der Anschlag ist so ausgestaltet, dass eine beim Bördeln über die Linse auf die Linsenanschlagsfläche axial wirkende Bördelkraft F_BA durch eine axiale Rückstellkraft F_RA des federnden Anschlags kompensiert wird, und nach dem Bördeln, die axiale Rückstellkraft F_RA verbleibt, welche die Linse gegen die Bördelung drückt.A laser module with a lens holder is claimed, consisting of a laser diode, a lens, preferably made of glass, and a metallic sleeve which serves as a holder for a laser diode and a lens. The laser module, the lens holder, the laser diode and the lens have a common optical axis. The lens is gripped radially in the lens space by the sleeve or by the inner wall of the sleeve and is supported on the rear side. On the front side, the sleeve collar of the lens is crimped so that the lens is pre-held in the sleeve. According to the invention, the sleeve has a resilient stop located inside the sleeve with a lens stop surface, by means of which the lens is resiliently supported on the rear side and through which the gap formed during flanging, due to the resilient property and the restoring forces of the sleeve material, between the lens edge and the flange is compensated. The sleeve with the resilient stop is made in one piece. The rear of the lens is resiliently supported by the resilient stop. The stop is designed in such a way that a flanging force acting axially on the lens stop surface during flanging via the lens F _BA by an axial restoring force F _RA of the resilient stop is compensated, and after the crimping, the axial restoring force F _RA remains, which presses the lens against the bead.

Ein Überdrücken des Hülsenbundes beim Bördeln bzw. beim Verformen des Hülsenbundes zur Kompensation der Rückstellkräfte ist nicht möglich, da die Linse fest und nicht verformbar ist. Ohne den federnden Anschlag würde die Linse ein minimales axiales Spiel aufweisen, welches sich nachteilig auf die Optik, die Brennweite und den Fokus des Lasermoduls auswirkt. Der federnde Anschlag drückt die Linse gegen die gebördelte Hülseninnenwandung und bestimmt durch seine Rückfederung die axiale Position der Linse nach der Bördelung. Ein durch den Hülsenwerkstoff beeinflusster, sowie durch die Bördelung und die Rückstellkräfte des Hülsenwerkstoffs bedingter Spalt zwischen Linsenrand und Bördelumfassung kleiner 50 Mikrometer wird durch den federnden Anschlag ausgeglichen und ermöglicht die spielfreie Fixierung der Linse in der Linsenhalterung.Overpressing the sleeve collar when flanging or when deforming the sleeve collar to compensate for the restoring forces is not possible because the lens is fixed and non-deformable. Without the resilient stop, the lens would have minimal axial play, which has a negative effect on the optics, the focal length and the focus of the laser module. The resilient stop presses the lens against the flanged inner wall of the sleeve and, through its spring back, determines the axial position of the lens after flanging. A gap between the lens edge and the flange of less than 50 micrometers, which is influenced by the sleeve material and caused by the flanging and the restoring forces of the sleeve material, is compensated for by the resilient stop and enables the lens to be fixed in the lens holder without play.

Die Hülse des Lasermoduls weist einen federnden Anschlag auf, der so ausgestaltet ist, dass eine beim Bördeln über die Linse auf die Linsenanschlagsfläche in Richtung der optischen Achse wirkende Kraft kompensiert wird. Diese Kraft wird in eine axiale Rückstellkraft umgewandelt, welche die Linse gegen die Bördelumfassung drückt und das axiale Linsenspiel in der Fassung aufhebt.The sleeve of the laser module has a resilient stop which is designed in such a way that a force acting on the lens stop surface in the direction of the optical axis when flanging via the lens is compensated. This force is converted into an axial restoring force, which presses the lens against the flange and eliminates the axial lens play in the frame.

Der Anschlag des Lasermoduls ist erfindungsgemäß rotationssymmetrisch zur optischen Achse geformt und in Form eines Schenkels zur Glaslinse hin abgewinkelt. Der Schenkel weist fortlaufend zur Innenwandung eine Einschnürung auf, beschreibt rotationssymmetrisch eine tellerfederartige Form und weist eine federnde Wirkung auf.According to the invention, the stop of the laser module is shaped rotationally symmetrical to the optical axis and angled towards the glass lens in the form of a leg. The leg has a constriction continuously towards the inner wall, describes a rotationally symmetrical shape like a plate spring and has a resilient effect.

Die Hülse des Lasermoduls ist aus einem leicht zu bördelnden metallischen Umformwerkstoff z.B. Aluminium, Messing oder Kupfer, vorteilhafterweise aus einer gut formbaren Aluminiumlegierung, mit einem E-Modul kleiner 80 GPa ausgeführt.The sleeve of the laser module is made of an easily flanged metal forming material, e.g. aluminum, brass or copper, advantageously made of an easily formable aluminum alloy, with an E-module of less than 80 GPa.

Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines Lasermoduls mit folgenden Schritten beansprucht:

a.) Einbringen der Linse in die Hülse, wobei die Linse in den Linsenraum eingesetzt wird. Die Linse im Linsenraum radial gefasst ist, und die Linsenrückseite auf einer Linsenanschlagsfläche plan aufliegt,
b.) Verpressen der Hülse mit einem konisch geformten Bördelwerkzeug, wobei eine axial wirkende Bördelkraft F_BA auf die Hülse, die Linse und den federnden Anschlag wirkt, welche den Hülsenbund zur Linse hin verformt, die Linse über die Linsenanschlagsfläche auf den federnden Anschlag drückt, den Anschlag in Wirkrichtung der Bördelkraft F_BA verformt und sich eine axiale Rückstellkraft F_RA einstellt, wobei die axiale Rückstellkraft F_RA , welche die Linse gegen die Bördelung drückt, nach dem Bördeln im System, bestehend aus Linse und Hülse, verbleibt,
c.) Einbringen der Laserdiode in eine zur optischen Achse achssymmetrische Passungsbohrung auf der Rückseite der Hülse.

In addition, a method for manufacturing a laser module is claimed with the following steps:

a.) Insertion of the lens into the sleeve, the lens being inserted into the lens space. The lens is held radially in the lens space and the back of the lens rests flat on a lens stop surface,
b.) Pressing the sleeve with a conically shaped crimping tool, one axially acting flanging force F _BA acts on the sleeve, the lens and the resilient stop, which deforms the sleeve collar towards the lens, presses the lens via the lens stop surface onto the resilient stop, the stop in the effective direction of the flanging force F _BA deformed and an axial restoring force F _RA adjusts, the axial restoring force F _RA , which presses the lens against the crimp, remains in the system consisting of lens and sleeve after crimping,
c.) Insertion of the laser diode into a fitting bore which is axially symmetrical to the optical axis on the back of the sleeve.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen.Further advantages of the invention emerge from the following explanation of exemplary embodiments.

Anhand der Zeichnungen werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

1a ein erfindungsgemäßes Lasermodul
1b ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Schnittansicht
2 schematisch eine Hülse gemäß 1b in einer Schnitt- und einer Detailansicht
3 schematisch eine Schnittansicht einer Hülse mit eingebrachter Linse nach dem Verpressen mit einem Bördelwerkzeug.
4 ein erfindungsgemäßes Lasermodul, in Seitenansicht und im Schnitt

Further exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with the aid of the drawings. It shows:

1a a laser module according to the invention
1b a preferred embodiment of the invention in sectional view
2 schematically a sleeve according to 1b in a sectional and a detailed view
3 schematically a sectional view of a sleeve with inserted lens after pressing with a crimping tool.
4th a laser module according to the invention, in side view and in section

1a zeigt ein erfindungsgemäßes Lasermodul 1 in der Seitenansicht. Die Hülse 4 weist zwei Außendurchmesser auf. Vorderseitig ist in die Hülse 4 eine Linse 2 eingebracht, rückseitig ist in die Hülse 4 eine Laserdiode 3 eingebracht. Linsenseitig weist die Hülse 4 einen Außendurchmesser kleiner sechs Millimeter auf. Laserdiodenseitig weist die Hülse 4 einen plangefrästen Bund mit einem Außendurchmesser kleiner acht Millimeter auf. Die Länge der Hülse 4 ist kleiner neun Millimeter. Das Lasermodul 1 ist mit seinen Abmessungen kompakt gehalten. 1a shows a laser module according to the invention 1 in side view. The sleeve 4th has two outer diameters. The front is in the sleeve 4th a lens 2 introduced, the back is in the sleeve 4th a laser diode 3 brought in. The sleeve faces the lens 4th an outside diameter of less than six millimeters. The sleeve faces on the laser diode side 4th a flat-milled collar with an outside diameter of less than eight millimeters. The length of the sleeve 4th is less than nine millimeters. The laser module 1 is kept compact with its dimensions.

1b zeigt das Lasermodul 1 aus 1 in einer Schnittansicht entlang der Achse A-A. Die Linse 2, die Hülse 4 und die Licht emittierende Laserdiode 3 weisen eine gemeinsame optische Achse OA auf. An den Enden der Hülse 4 ist vorderseitig eine Linse 2 gefasst und rückseitig eine Laserdiode 3 eingepasst. Vorzugsweise besteht die Linse 2 aus einem unter Wirkung der Bördelkraft F_BA nicht deformierbaren festen Material, beispielsweise aus Glas oder aus einem festen Kunststoffmaterial. Die Hülse 4 weist eine Linsenhalterung 5 auf und ist im Bereich der Linse 2 zum Linsenrand hin verformt. Die Hülse 4 nimmt durch das Bördeln im Bereich der Linse 2 die Kontur der Linse 2 an. Der Überstand zum Linsenkörper, der Hülsenbund 7, bildet beim Bördeln einen konischen Bördelwulst 11 aus. Über einen federnden Anschlag 20 wird die Linse 2 über die Linsenrückseite 6 gegen die Bördelung 10 und gegen die Innenseite der dazugehörenden Bördelwulst 11 gedrückt und hält die Linse 2 spielfrei in der Linsenhalterung 5. 1b shows the laser module 1 out 1 in a sectional view along the axis AA. The Lens 2 who have favourited the sleeve 4th and the laser light emitting diode 3 have a common optical axis OA on. At the ends of the sleeve 4th the front is a lens 2 mounted and a laser diode on the back 3 fitted. Preferably the lens is made 2 from one under the action of the flanging force F _BA non-deformable solid material, for example made of glass or a solid plastic material. The sleeve 4th has a lens holder 5 on and is in the area of the lens 2 deformed towards the edge of the lens. The sleeve 4th takes by flanging in the area of the lens 2 the contour of the lens 2 on. The protrusion to the lens body, the sleeve collar 7th , forms a conical bead when flanging 11th out. About a resilient stop 20th becomes the lens 2 over the back of the lens 6th against the flanging 10 and against the inside of the associated bead 11th pressed and holds the lens 2 play-free in the lens holder 5 .

2 zeigt schematisch eine Hülse 4 gemäß 1b in einer Schnittansicht und den federnden Anschlag 20 der Hülse 4 in einer vergrößerten Detailansicht Z. Die aus einem einzigen Teil bestehende Hülse 4 weist an ihren Enden Aussparungen zur Aufnahme der Linse 2 und der Laserdiode 3 auf. Vorderseitig, im Linsenraum 15, kann eine Linse 2 eingebracht werden. Rückseitig, über eine Passungsbohrung 8, kann eine Laserdiode 3 eingepasst werden. Die Hülse 4 besteht aus einem gut formbaren metallischen Umformwerkstoff, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung. Der Hülsenbund 7, der Überstand zum Linsenkörper, bildet beim Bördeln einen konischen Bördelwulst 11 aus. 2 shows schematically a sleeve 4th according to 1b in a sectional view and the resilient stop 20th the sleeve 4th in an enlarged detail view Z. The sleeve consisting of a single part 4th has recesses at its ends to accommodate the lens 2 and the laser diode 3 on. Front, in the lens space 15th , can be a lens 2 be introduced. On the back, via a fitting hole 8th , can be a laser diode 3 be fitted. The sleeve 4th consists of an easily formable metallic material, preferably an aluminum alloy. The sleeve collar 7th , the protrusion to the lens body, forms a conical bead when flanging 11th out.

In der Detailansicht Z ist der federnde Anschlag 20 vergrößert dargestellt. Der federnde Anschlag 20 ist so ausgestaltet, dass eine beim Bördeln über die Linse 2 auf die Linsenanschlagsfläche 21 axial wirkende Bördelkraft F_BA durch eine axiale Rückstellkraft F_RA des federnden Anschlags 20 kompensiert wird, die axiale Rückstellkraft F_RA verbleibt, und drückt nach dem Bördeln die Linse 2 über den federnden Anschlag 20 gegen die Bördelung. Der Anschlag 20 ist rotationssymmetrisch zur optischen Achse geformt und in Form eines Schenkels zur Linse 2 hin abgewinkelt. Der Schenkel weist fortlaufend zur Innenwandung des Linsenraums 15 eine Einschnürung 30 auf. Der Anschlag 20 beschreibt dabei rotationssymmetrisch eine tellerfederartige Form mit federnder Wirkung.In the detailed view Z is the resilient stop 20th shown enlarged. The springy stop 20th is designed so that one when flanging over the lens 2 on the lens stop surface 21 axially acting flanging force F _BA by an axial restoring force F _RA of the resilient stop 20th is compensated, the axial restoring force F _RA remains, and presses the lens after flanging 2 about the resilient stop 20th against the flanging. The attack 20th is rotationally symmetrical to the optical axis and in the form of a leg to the lens 2 angled towards. The leg points continuously to the inner wall of the lens space 15th a constriction 30th on. The attack 20th describes a rotationally symmetrical disk spring-like shape with a resilient effect.

3 zeigt schematisch eine Schnittansicht der Hülse 4 mit eingebrachter Linse 2 nach dem Bördelvorgang bzw. nach dem Verpressen mit einem konisch geformten Bördelwerkzeug B. Zudem ist die Wirkrichtung, der über das Bördelwerkzeugs B eingeleiteten Kraft F_BA , welche beim Bördeln auf die Hülse 4 und die Linse 2 einwirkt und welche die Hülse 4 verformt, sowie die Wirkrichtung der entgegenwirkenden Rückstellkraft F_RA gezeigt. Beim Verpressen wirkt die axiale Bördelkraft F_BA auf die Hülse 4, über die Hülse 4 auf die Linse 2, über die Linsenrückseite 6 und die Linsenanschlagsfläche 21 auf den federnden, elastischen Anschlag 20. Hierbei wird der Hülsenbund 7 zur Linse 2 hin verformt, die Linse 2 über die Linsenanschlagsfläche 21 auf den Anschlag 20 gedrückt und der Anschlag 20 in Wirkrichtung der Bördelkraft F_BA hin verformt. Dabei stellt sich bei diesem Vorgang eine axiale Rückstellkraft F_RA ein, welche die Linse 2 gegen die Bördelung 10 drückt, und welche nach dem Bördeln im System, bestehend aus Linse 2 und Hülse 4 verbleibt. Prinzipiell könnte die Laserdiode 3 bereits vor dem Bördelvorgang in die Hülse 4 eingebracht sein. Vorteilhafterweise wird die Laserdiode 3 jedoch erst nach dem Bördeln über die Passungsbohrung 8 rückseitig in die Hülse 4 eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass über die Einpresstiefe der Laserdiode 3 in die Hülse 4 der Linsenabstand zur Laserdiode 3 und damit der Fokus des Lasermoduls 1 im einstelligen Mikrometerbereich genau einjustiert werden kann. 3 shows schematically a sectional view of the sleeve 4th with inserted lens 2 after the crimping process or after pressing with a conical crimping tool B. . In addition, the direction of action is that of the crimping tool B. initiated force F _BA which when flanging onto the sleeve 4th and the lens 2 acts and which the sleeve 4th deformed, as well as the effective direction of the counteracting restoring force F _RA shown. The axial crimping force acts during the crimping process F _BA on the sleeve 4th , about the sleeve 4th on the lens 2 , over the back of the lens 6th and the lens stop surface 21 on the resilient, elastic stop 20th . This is where the sleeve collar 7th to the lens 2 deformed towards the lens 2 over the lens stop surface 21 on the stop 20th pressed and the stop 20th in the direction of action of the flanging force F _BA deformed. An axial restoring force arises during this process F _RA one which the lens 2 against the flanging 10 presses, and which after flanging in the system consisting of lens 2 and sleeve 4th remains. In principle, the laser diode could 3 into the sleeve before the crimping process 4th be brought in. The laser diode is advantageously 3 but only after flanging over the fitting bore 8th back into the sleeve 4th brought in. This has the advantage that it is beyond the offset depth of the laser diode 3 into the sleeve 4th the lens distance to the laser diode 3 and thus the focus of the laser module 1 can be precisely adjusted in the single-digit micrometer range.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasermoduls 1, in Seitenansicht und als Schnittansicht im Schnitt Entlang der Achse D-D. Das hier gezeigte Lasermodul ist im Vergleich mit dem in 1 gezeigten Lasermodul 1 kleiner ausgeführt. Die Hülse 4 weist drei Außendurchmesser auf. Vorderseitig ist in die Hülse 4 eine Linse 2 mit einem Linsendurchmesser D2,8 eingebracht, rückseitig ist in die Hülse 4 eine kleinere, passende Laserdiode 3 eingebracht. Linsenseitig weist die Hülse 4 zwei Außendurchmesser kleiner vier Millimeter auf, wobei der Hülsenbund 7 im Bereich der Linse 2 zum besseren Verbördeln eine dünnere Wandung aufweist. Der federnde Anschlag 20 ist auf die kleinere Bauform und die beim Bördeln wirkenden Kräfte angepasst. Der Überstand der Hülse im Bereich des Linsenkörpers 2, der Hülsenbund 7, bildet beim Bördeln einen konischen Bördelwulst 11 aus. Über einen federnden Anschlag 20 wird die Linse 2 über die Linsenrückseite 6 gegen die Bördelung 10 und gegen die Innenseite der dazugehörenden Bördelwulst 11 gedrückt und hält die Linse 2 spielfrei in der Linsenhalterung 5. Laserdiodenseitig weist die Hülse 4 einen plangefrästen Bund mit einem Außendurchmesser kleiner fünf Millimeter auf. Die Länge der Hülse 4 ist kleiner 5,2 Millimeter. Das Lasermodul 1 ist mit seinen Abmessungen kleiner als das in 1 gezeigte Lasermodul, und sehr kompakt gehalten. 4th shows a further embodiment of a laser module according to the invention 1 , in side view and as a sectional view in section along the axis DD. The laser module shown here is in comparison with the in 1 shown laser module 1 made smaller. The sleeve 4th has three outer diameters. The front is in the sleeve 4th a lens 2 with a lens diameter D2.8, the back is in the sleeve 4th a smaller, matching laser diode 3 brought in. The sleeve faces the lens 4th two outer diameters less than four millimeters, with the sleeve collar 7th in the area of the lens 2 has a thinner wall for better crimping. The springy stop 20th is adapted to the smaller design and the forces acting during flanging. The protrusion of the sleeve in the area of the lens body 2 , the sleeve collar 7th , forms a conical bead when flanging 11th out. About a resilient stop 20th becomes the lens 2 over the back of the lens 6th against the flanging 10 and against the inside of the associated bead 11th pressed and holds the lens 2 play-free in the lens holder 5 . The sleeve faces on the laser diode side 4th a flat-milled collar with an outside diameter of less than five millimeters. The length of the sleeve 4th is less than 5.2 millimeters. The laser module 1 is smaller than the in 1 shown laser module, and kept very compact.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass außer der Hülse 4 kein weiteres Befestigungsmittel zur Fixierung der Linse 2 verwendet werden muss. Allein die Hülsenform stellt sicher, dass beim Bördeln die Linse 2 fest und ohne Spiel in der Linsenhalterung 5 gefasst ist. Die Erfindung vereinfacht die Herstellung von Lasermodulen 1 der vorstehenden Art, vermeidet Ausschuss - kein Prozessrisiko durch Kleben - spart Arbeitsschritte ein, lässt sich einfach automatisieren und reduziert die Herstellkosten pro Stück maßgeblich.The advantages of the invention are in particular that, in addition to the sleeve 4th no further fastening means to fix the lens 2 must be used. The shape of the sleeve alone ensures that the lens 2 firmly and without play in the lens holder 5 is taken. The invention simplifies the manufacture of laser modules 1 of the above type, avoids rejects - no process risk from gluing - saves work steps, can be easily automated and significantly reduces the manufacturing costs per piece.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: LasermodulLaser module
22: Linselens
33: LaserdiodeLaser diode
44th: HülseSleeve
55: LinsenhalterungLens holder
66th: LinsenrückseiteLens back
77th: HülsenbundSleeve collar
88th: PassungsbohrungFitting bore
BB.: BördelwerkzeugFlaring tool
OAOA: optische Achseoptical axis
1010: BördelungFlanging
1111th: BördelwulstBead
1515th: LinsenraumLens room
2020th: federnder Anschlagresilient stop
2121: LinsenanschlagsflächeLens stop surface
3030th: EinschnürungConstriction
FBAFBA: axiale Bördelkraftaxial flanging force
FRAFRA: axiale Rückstellkraftaxial restoring force

Claims

Lasermodul (1) mit einer Linsenhalterung (5) bestehend aus einer Laserdiode (3), einer Linse (2) und einer metallischen Hülse (4), die als Halterung für die Laserdiode (3) und die Linse (2) dient, wobei die Linse (2) radial durch die Hülse (4) in einem Linsenraum (15) gefasst, rückseitig abgestützt und vorderseitig verbördelt ist, wobei die Hülse (4) aus einem einteiligen metallischen Umformwerkstoff mit einem E-Modul kleiner 80 GPa besteht, wobei außer der Hülse (4) kein weiteres Befestigungsmittel zur Fixierung der Linse (2) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) einen federnden Anschlag (20) aufweist, durch welchen die Linse (2) rückseitig federnd abgestützt ist, wobei der federnde Anschlag (20) so ausgestaltet ist, dass eine beim Bördeln über die Linse (2) auf eine metallene Linsenanschlagsfläche (21) axial wirkende Bördelkraft (F_BA) durch eine axiale Rückstellkraft (F_RA) des federnden Anschlags kompensiert wird, und nach dem Bördeln, die axiale Rückstellkraft (F_RA) verbleibt, die die Linse (2) gegen die Bördelung drückt, wobei die Linse (2) fest und ohne Spiel in der Linsenhalterung (5) gefasst ist.Laser module (1) with a lens holder (5) consisting of a laser diode (3), a lens (2) and a metallic sleeve (4) which serves as a holder for the laser diode (3) and the lens (2), the The lens (2) is held radially by the sleeve (4) in a lens space (15), supported on the back and crimped on the front, the sleeve (4) being made of a one-piece metal forming material with a modulus of elasticity less than 80 GPa Sleeve (4) there is no further fastening means for fixing the lens (2), characterized in that the sleeve (4) has a resilient stop (20) by which the lens (2) is resiliently supported on the rear, the resilient stop _{(20) is designed in such a way that a crimping force (F BA} ) acting axially on a metal lens stop surface (21) when crimping via the lens (2) is compensated for by an axial restoring force (F _RA ) of the resilient stop, and after crimping, the axial restoring force ft (F _RA ) remains, which presses the lens (2) against the flange, the lens (2) being held firmly and without play in the lens holder (5).

Verfahren zur Herstellung eines Lasermoduls (1) nach Anspruch 1 mit den Schritten: a.) Einbringen der Linse (2) in die Hülse (4), wobei die Linse (2) in den Linsenraum (15) eingesetzt wird, die Linse (2) im Linsenraum (15) radial gefasst ist und die Linsenrückseite (6) auf der metallenen Linsenanschlagsfläche (21) plan aufliegt, b.) Verpressen der Hülse (4) mit einem konisch geformten Bördelwerkzeug (B), wobei eine axial wirkende Bördelkraft (F_BA) auf die Hülse (4), die Linse (2) und den federnden Anschlag (20) wirkt, welche den Hülsenbund (7) zur Linse (2) hin verformt, die Linse (2) über die Linsenanschlagsfläche (21) auf den federnden Anschlag (20) drückt, den Anschlag (20) in Wirkrichtung der Bördelkraft (F_BA) verformt und sich eine axiale Rückstellkraft (F_RA) einstellt, so dass die Linse (2) fest und ohne Spiel in der Linsenhalterung (5) gefasst ist, wobei die axiale Rückstellkraft (F_RA), welche die Linse (2) gegen die Bördelung (10) drückt, nach dem Bördeln im System, bestehend aus Linse (2) und Hülse (4), verbleibt, c.) Einbringen der Laserdiode (3) in eine achssymmetrische Passungsbohrung (8) auf der Rückseite der Hülse.Method for producing a laser module (1) according to Claim 1 with the steps: a.) Introducing the lens (2) into the sleeve (4), whereby the lens (2) is inserted into the lens space (15), the lens (2) is radially gripped in the lens space (15) and the The back of the lens (6) rests flat on the metal lens stop surface (21), b.) Pressing the sleeve (4) with a conically shaped crimping tool (B), with an axially acting crimping force (F _BA ) acting on the sleeve (4), the lens (2) and the resilient stop (20) acts, which deforms the sleeve collar (7) towards the lens (2), presses the lens (2) via the lens stop surface (21) onto the resilient stop (20), the stop (20) in the effective direction deformed by the flanging force (F _BA ) and an axial restoring force (F _RA ) is set so that the lens (2) is held firmly and without play in the lens holder (5), the axial restoring force (F _RA ) which the lens (2) presses against the crimp (10), after crimping remains in the system, consisting of lens (2) and sleeve (4), c.) Insertion of the laser diode (3) into an axially symmetrical fitting hole (8) on the back the sleeve.