NL8603109A - Optisch samenstel. - Google Patents

Description

5 * PHN 11.967 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Optisch samenstel"

De uitvinding heeft betrekking op een optisch samenstel, omvattende vasthoudmiddelen en tenminste een door deze middelen vastgehouden optisch element.

Een dergelijk samenstel is bekend uit het Franse octrooi-5 schrift No. 430.551. Het bekende optische samenstel is bedoeld voor toepassing in projectieapparaten en omvat twee optische lenzen alsmede drie tussen een binnen- en een buitenring geklemde bladveren. De blad-veren zijn voorzien van haakvormige uiteinden, die om de omtreksrand van de lenzen grijpen ten behoeve van het in een onderlinge positie 10 houden van de lenzen.

Een nadeel van het bekende samenstel is, dat voor het vasthouden van de lenzen een groot aantal onderdelen nodig zijn, welke onderling gepositioneerd aan elkaar bevestigd moeten worden. Voorts wordt opgemerkt, dat de lenzen op hun plaats worden gehouden door middel van 15 klemkracht, waarbij de veerkracht van de bladveren en de wrijving tussen de bladveren en de lenzen een essentiële rol spelen. Een dergelijke constructie heeft het bezwaar, dat er als gevolg van de optredende wrijving een zekere onbepaaldheid van plaats is geïntroduceerd. Deze onbepaaldheid, welke door deskundigen ook wel als "virtuele speling" 20 wordt aangeduid, maakt de bekende constructie ongeschikt om optische elementen met een in het submicrongebied liggende nauwkeurigheid op een vooraf bepaalde plaats en in een vooraf bepaalde stand vast te houden.

De uitvinding beoogt nu een optisch samenstel van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarin het optische element met 25 een minimum aan onderdelen doch met uiterst precisie op een gedefinieerde plaats en in een gedefinieerde stand is bevestigd, en waarbij het optische samenstel een grote mechanische stabiliteit vertoont.

De uitvinding vertoont daartoe als kenmerk, dat de vasthoudmiddelen een kokervormig hol lichaam van driehoekige dwarsdoorsnede om-30 vatten, welk is voorzien van drie op elkaar aansluitende vervormbare zijwanden, waarbij het optische element binnen het lichaam op een gedefinieerde plaats en in een gedefinieerde stand door vaste plaatselijke 8603109 PHN 11.967 2 bevestigingen spelingsvrij is vastgemaakt aan elk van de zijwanden.

De bevestigingen kunnen op op zich zelf bekende wijze tot stand gebracht zijn, bijvoorbeeld door toepassing van lijm, of door gebruikmaking van laserlassen of thermocompressie.

5 Het gebruik van het kokervormige lichaam van driehoekige dwarsdoorsnede als vasthoudmiddel heeft het voordeel, dat zonder additionele maatregelen een grote torsiestijfheid is bereikt. Een ander voordeel is, dat het kokervormig lichaam in combinatie met de vaste bevestigingen garant staat voor een buitengewoon grote nauwkeurigheid.

^ Het optische element is namelijk op een mechanisch volledig bepaalde wijze bevestigd in het optische samenstel, waarbij de bevestiging vanwege de afwezigheid van wrijving hysterese-vrij is. Bovendien hebben temperatuursveranderingen geen noemenswaardige invloed op de gefixeerde positie van het optische element. Een verder voordeel is, dat het ver-15 vaardigen van het samenstel volgens de uitvinding snel en efficient kan plaatsvinden vanwege het geringe aantal benodigde onderdelen, hetgeen uiteraard een gunstige uitwerking heeft op de fabricagekosten.

Het optische samenstel volgens de uitvinding is uitermate geschikt voor toepassing in optische systemen, waarin nauwkeurigheden 20 in orde van grootte van enkele tienden van een micron vereist zijn. Dergelijke systemen zijn bijvoorbeeld te vinden in optische platenspelers, zoals Laser Vision players of Compact Disc players, waarin optische elementen als lenzen en halfgeleiderlasers worden toegepast.

Opgemerkt wordt, dat het uit de Britse octrooiaanvrage GB 25 1,556,476 bekend is om optische fibers demonteerbaar met elkaar te koppelen, door een van de uiteinden van elk van fibers in een vervormbaar, door een hydrostatisch medium omgeven hol prismatisch element te steken. De door het hydrostatische medium uitgeoefende alzijdige druk op het prismatische element vervormt de wanden van het 30 prismatische element zodanig, dat deze de genoemde fiberuiteinden vastklemmen. Deze bekende constructie heeft ten opzichte van het optische samenstel volgens de uitvinding een aantal nadelen. Een van die nadelen is, dat de uiteindelijke positie van de vastgeklemde fiberuiteinden bepaald wordt door de opgetreden vervorming van het

QC

prismatische element en de maatnauwkeurigheid van de fiberuiteinden.

Bij het optische samenstel volgens de uitvinding kan het optische element exact in een voorafbepaalde positie worden gefixeerd, en is de 8603109 £ PHN 11.967 3 maatnauwkeurigheid van het optische element niet van essentieel belang. Een verder nadeel van de bekende constructie is de op wrijving gebaseerde bevestiging, waardoor ook in deze bekende constructie de reeds genoemde virtuele speling optreedt. Een ander nadeel is voorts 5 nog de noodzakelijke aanwezigheid van het hydrostatische medium, hetgeen de constructie gecompliceerd en derhalve voor veel toepassingen ongeschikt maakt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het samenstel volgens de uitvinding, waarbij een ruim positioneerbereik mogelijk is, heeft het 10 kenmerk, dat het kokervormig hol lichaam is gevormd door een dunwandige driehoekige buis.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm, waarbij het optische element een ronde dwarsdoorsnede vertoont, heeft het kenmerk, dat het optische element ter hoogte van de ronde dwarsdoorsnede een diameter 15 vertoont, welke groter is dan de diameter van de ingeschreven cirkel van de buis in niet-vervormde toestand. Dit samenstel heeft een fabri-cagetechnisch voordeel, omdat, tijdens fabricage, bij het positioneren van het optische element ten opzichte van de driehoekige buis het optische element in contact blijft met elk van de drie zijwanden van de 20 buis, waardoor het tot stand brengen van de bevestiging tussen het optische element en de zijwanden wordt vergemakkelijkt.

Een andere gunstige uitvoeringsvorm, heeft het kenmerk, dat de bevestigingen althans nagenoeg puntvormige contactplaatsen vormen tussen het optische element en de zijwanden van het genoemde lichaam.

25 Experimenteel is gebleken, dat puntvormige contactplaatsen de beste resultaten opleverden.

Een weer andere gunstige uitvoeringsvorm, waarbij naast het genoemde optische element tenminste nog een tweede element aanwezig is, heeft het kenmerk, dat het tweede element op soortgelijke wijze als het 30 optische element in het lichaam is bevestigd, waarbij elk van de elementen een ten opzichte van het andere element uitgerichte positie inneemt. Op deze wijze is een optisch samenstel verkregen, waarin twee of meer elementen met grote nauwkeurigheid ten opzichte van elkaar zijn bevestigd.

35 Een alternatieve uitvoeringsvorm, welke bijzonder geschikt is om optische elementen met onderling verschillende diameters ten opzichte van elkaar te positioneren en te bevestigen heeft, het kenmerk, 8603109 PHN 11.967 4 * dat het lichaam gevormd is door een dunwandig deel van een prismatische buis.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een optische structuur, welke is opgebouwd uit tenminste twee optische samenstellen vol-5 gens de uitvinding.

De uitvinding zal bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Fig. 1 toont een langsdoorsnede volgens de lijn I-I in Fig.

2 van een eerste uitvoeringsvorm van het optische samenstel volgens de ^ uitvinding.

Fig. 2 toont een doorsnede volgens de lijn II-II in Fig. 1. Fig. 3 toont een perspectivisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van het optische samenstel volgens de uitvinding.

Fig. 4 toont een perspectivisch aanzicht van een optische 15 structuur volgens de uitvinding.

De in de figuren 1 en 2 getoonde uitvoeringsvorm heeft als optische elementen een optische lens 1 een een laser-eenheid 3· De laser-eenheid 3 omvat een diode-laser 5, een koelblok 7 en een basisplaat 9 met een cilindrisch wanddeel 9A. De laser-eenheid 3» die een 20 optische as 3A heeft, en de lens 1 hebben dezelfde buitendiameter en zijn door middel van een dunwandige driehoekige stalen buis 11 op een bepaalde afstand en in een gedefinieerde stand ten opzichte van elkaar bevestigd. De buis 11 heeft vanwege zijn driehoekige dwarsdoorsnede een hoge rotatiestijfheid terwijl de dunne zijwanden 11A, 11B en 11C van de 25 buis zich min of meer als bladveren kunnen gedragen, waardoor beperkte zijwaarts gerichte vervormingen van de zijwanden mogelijk zijn. Deze vervormingsmogelijkheid kan tijdens fabricage van het optische samenstel benut worden voor het onderling positioneren van de optische elementen. Bij voorkeur heeft de buis 11 daartoe een ingeschreven cirkel 30 waarvan de diameter iets groter is dan de buitendiameter van de optische elementen.

In de uitvoeringsvorm volgens de figuren 1 en 2 is de lens 1 op een drietal plaatsen bevestigd in de buis 11, waarbij tussen de lens 1 en die van de zijwanden 11A, 11B en 11C ter plaatse van de contact-35 plaatsen 13A, 13B resp. 13C een kleine hoeveelheid UV-hardende lijm 15 is aangebracht. De laser-eenheid 3 is aan elk van de zijwanden 11A, 11B en 11C bevestigd door een laserlas 17, waarvan er slechts een in de 8603109 ί ΡΗΝ 11.967 5 figuren zichtbaar is.

Metingen hebben aangetoond, dat in het op bovenbeschreven wijze opgebouwde optisch samenstel de optische elementen zo nauwkeurig ten opzichte van elkaar bevestigd zijn, dat de hoek tussen de optische 5 as 3A en de mechanische as van de constructie kleiner is dan 1 mrad, en dat de thermische instabiliteit van het optische samenstel kleiner is dan 0.03 mrad in een temperatuurgebied van 20° tot 60eC. Het optische samenstel is in dit voorbeeld voorzien van een huls 19 om te voorkomen, dat de nauwkeurige onderlinge positie tussen de lens 1 en de laser 5 10 door aanstoten verstoord wordt.

De uitvoeringsvorm van figuur 3 omvat twee langs eenzelfde optische as opgestelde optische lenzen 21 en 23 van verschillende diameter, alsmede een dunwandig deel 25 van prismatische vorm. Het deel 25 heeft drie op elkaar aansluitende zijwanden 25A, 25B en 25C, waaraan de I5 lenzen 21 en 23 door middel van kleine hoeveelheden lijm 27 bevestigd zijn.

De in figuur 4 getoonde optische structuur volgens de uitvinding is opgebouwd uit een tweetal optische samenstellen 21 en 33 volgens de uitvinding, waarin optische elementen bevestigd zijn op een 20 wijze, overeenkomstig de wijze zoals is getoond in de voorgaande figuren. Het optische samenstel 31 omvat een driehoekige buis 35 alsmede een lens 37, een halfgeleiderlaser 39 en een deelspiegel 41. Het optische samenstel 33 ovmat een driehoekige buis 43 en een detector 45.

Beide optische samenstellen 31 en 33 zijn exact uitgericht aan elkaar 25 bevestigd, waarbij ter versteviging van de constructie een plaat 47 is aangebracht. Ten behoeve van het optisch kunnen samenwerken van de samenstellen 31 en 33 is het optische samenstel 31 voorzien van een venster 49, dat is aangebracht in het naar het samenstel 33 toegekeerde zijvlak 35A. Vanzelfsprekend is de uitvinding niet beperkt tot de hier 30 getoonde uitvoeringsvoorbeelden.

35 8603109

Claims (7)

1. Optisch samenstel, omvattende vasthoudmiddelen en tenminste een door deze middelen vastgehouden optisch element, met het kenmerk, dat de vasthoudmiddelen een kokervormig hol lichaam van driehoekige dwarsdoorsnede omvatten, welk is voorzien van drie op elkaar aanslui- 5 tende vervormbare zijwanden, waarbij het optische element binnen het lichaam op een gedefinieerde plaats en in een gedefinieerde stand door vaste plaatselijke bevestigingen spelingsvrij is vastgemaakt aan elk van de zijwanden.

2. Samenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 10 lichaam gevormd is door een dunwandige driehoekige buis.

3. Samenstel volgens conclusie 2, waarbij het optische element een ronde dwarsdoorsnede vertoont, met het kenmerk, dat het optische element ter hoogte van de ronde dwarsdoorsnede een diameter vertoont, welke groter is dan de diameter van de ingeschreven cirkel van de buis 15 in niet-vervormde toestand.

4. Samenstel volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de bevestigingen, althans nagenoeg puntvormige contactplaatsen vormen tussen het optische element en de zijwanden van het genoemde lichaam.

5. Samenstel volgens conclusie 1, waarbij naast het genoemde 20 optische element tenminste nog een tweede element aanwezig is, met het kenmerk, dat het tweede element op soortgelijke wijze als het optische element in het lichaam is bevestigd, waarbij elk van de elementen een ten opzichte van het andere element uitgerichte positie inneemt.

6. Samenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 25 lichaam gevormd is door een dunwandig deel van een prismatische buis.

7. Optische structuur, opgebouwd uit tenminste twee optische samenstellen volgens één der voorgaande conclusies. 30 35 8603100