(57)【要約】      （修正有）【課題】特定の入力ビーム分布および特定の出力ビーム分布とは無関係に標準化されて提供される少数の素子タイプを備える光学モジュールシステムを提供する。【解決手段】光学モジュールシステムは、少なくとも１のトップハットビームシェイパと、光軸Ｘに対してコリメートされた同じ波長の単色光のビーム束の直径の回折限界変化のための少なくとも１つのビームエキスパンダ１０と、を光学素子として備える。光学素子は、それぞれハウジング２内に装着され、ハウジングは第１および第２の細目ねじ２.１、２.３を有する。第１および第２の細目ねじは、互いにねじ込まれるように形成され、ねじ込まれているとき、ねじ込まれて合体した光学素子の光軸Ｘは、回折限界発散内で互いに整列される。【選択図】図４
2019023720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュールシステムであって、光学素子(１、１０)として、
一波長とガウスプロファイルを有する入力ビーム密度分布とを含む光軸(Ｘ)に対してコリメートされた光を、最大で０.１３３のプラトー均質度および少なくとも０.４のエッジ急峻度のトップハットプロファイルを有する出力ビーム密度分布の前記光軸(Ｘ)に対してコリメートされた光に変換するための少なくとも１つのトップハットビームシェイパ(１)と、
前記光軸(Ｘ)に対してコリメートされた同じ波長の単色光のビーム束の直径の回折限界変化のための少なくとも１つのビームエキスパンダ(１０)と、を備え、
前記トップハットビームシェイパおよび前記ビームエキスパンダは、それぞれ、前記光軸(Ｘ)と同軸に配置された管状のハウジング(２)内に装着され、
前記光軸(Ｘ)と同心に、環状の第１のストッパ(２.２)および第１の細目ねじ(２.１)が前記ハウジング(２)の第１の端部に配置され、かつ、環状の第２ストッパ(２.４)および第２の細目ねじ(２.３)が前記ハウジング(２)の第２の端部に形成され、配置されていることで、
第１の光学素子(１、１０)の前記ハウジング(２)の前記第２のストッパ(２.４)が第２の光学素子(１、１０)の前記ハウジング(２)の前記第１のストッパ(２.２)に接触し配向して前記第１および第２の光学素子(１、１０)の光軸(Ｘ)が回折限界発散内で互いに整列される停止位置にまで、装着された前記第１の光学素子(１、１０)の前記第２の細目ねじ(２.３)は、前記第２の光学素子(１、１０)の前記第１の細目ねじ(２.１)にねじ込まれるようになっている、
ことを特徴とするモジュールシステム。
【請求項２】
カスケード状の配置のために設置された少なくとも２つのビームエキスパンダ(１０)を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のモジュールシステム。
【請求項３】
光ファイバから同じ波長の単色光を供給するための入口(Ｅ)および前記光軸(Ｘ)に沿ってコリメートされた光を出力するための出口(Ａ)を有し、コリメータハウジング(１０２)内に装着された少なくとも１つのファイバコリメータ(２０)を光学素子としてさらに備え、
前記ファイバコリメータ(２０)の前記出口(Ａ)において前記光軸と同心に、出口側のストッパ(１０２.４)および出口側の細目ねじ(１０２.３)が配置されていることで、
前記ファイバコリメータ(２０)の前記出口側のストッパ(１０２.４)が第２の光学素子(１、１０)の前記第１のストッパ(２.２)に接触し配向して前記ファイバコリメータ(２０)と前記第２の光学素子(１、１０)との光軸(Ｘ)が回折限界発散内で互いに整列される停止位置にまで、前記ファイバコリメータ(２０)の前記出口側の細目ねじ(１０２.３)は、ハウジング(２)内に装着された前記第２の光学素子(１、１０)の前記第１の細目ねじ(２.１)にねじ込まれるようになっている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモジュールシステム。
【請求項４】
第１のビームエキスパンダ(１０)は１.５の倍率を有し、第２のビームエキスパンダ(１０)は１.７５の倍率を有し、第３のビームエキスパンダ(１０)は２.０の倍率を有する、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモジュールシステム。
【請求項５】
光学素子(１、１０、２０)のセットを複数備え、光学素子(１、１０、２０)のセットの１つは、供給される単色光の波長のために設けられる、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモジュールシステム。
【請求項６】
少なくとも１つのねじ付きアダプタ(３０)をさらに備え、
前記ねじ付きアダプタは、長手方向軸(Ｌ)に対して同心にかつ垂直に配置された第１のストッパ(３０.２)と、第１の細目ねじ(３０.１)と、前記長手方向軸(Ｌ)に沿って反対側の第２のストッパ(３０.４)と、第２の細目ねじ(３０.３)と、を有し、
前記ねじ付きアダプタ(３０)のストッパ(３０.２、３０.４)が、装着された光学素子(１、１０)のストッパ(２.２、２.４)に接触し配向して前記ねじ付きアダプタ(３０)の前記長手方向軸(Ｌ)が装着された前記光学素子(１、１０)の回折限界発散内で前記光学素子(１、１０)の光軸(Ｘ)と整列される停止位置にまで、前記ねじ付きアダプタ(３０)の前記細目ねじ(３０.１、３０.３)は、装着された前記光学素子(１、１０)のハウジング(２)の細目ねじ(２.１、２.３)にねじ込まれるようになっている、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモジュールシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム密度が光軸を中心に回転対称に分布し、円形の内側領域で一定で、当該円形の内側領域を囲む外側領域でゼロであるコリメートされた出力ビームを生成する光学モジュールシステムに関する。この種のビーム密度分布は、以下ではトップハットプロファイルと称される。
【背景技術】
【０００２】
ビームシェイパは、従来から知られており、それによって、光軸に垂直な入口平面における分布が入力ビーム密度分布によって決定されるコリメートされた入力ビームの束が、光軸に垂直な出口平面における分布が出力ビーム密度分布によって決定されるコリメートされた出力ビームの束に変換される。入力ビーム密度分布が回転対称ガウスプロファイルによって決定され、出力ビーム密度分布がトップハットプロファイルによって決定されるビームシェイパも知られている。
【０００３】
さらに、ファイバコリメータが、知られており、光ファイバの開口数によって決定される立体角範囲内で光ファイバの出口面から発散して出射する光をコリメートする。
【０００４】
さらに、ビームエキスパンダが、従来から知られており、それによって、コリメートされたビーム束の直径が変化される。
【０００５】
さらに、例えば、ビームシェイパ、ファイバコリメータ、および/またはビームエキスパンダのような光学素子を互いに接続し、または互いに固定し、光学的に調整することができる方法、および、デバイスが、知られている。例えば、光学ベンチが知られており、これは、光学素子を装着するための複数の装着デバイスと、装着デバイスを互いに固定するための固定デバイスとを備える。光学素子をオートコリメータの助けによって互いに対してセンタリングするとともに個々の素子の光軸が整列されるように配向することができる方法も知られている。
【０００６】
特定の入力ビーム分布を特定の出力ビーム分布に変換するのに適した特定の光学素子をどのように設計するかも、従来から知られている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、特定の入力ビーム分布および特定の出力ビーム分布とは無関係に標準化されて提供される少数の素子タイプを備える光学モジュールシステムを提供するという目的に基づく。トップハットプロファイルを有する出力ビーム分布が多数の入力ビーム分布に対して生成される光学システムを、同じおよび/または異なる素子タイプの素子を組み合わせることによって形成することができる。さらに、本発明は、同じおよび/または異なる素子タイプの光学素子を互いに対してより容易に固定することができ、かつ/または光学的に調整することができるように、この種の光学モジュールシステムを提供するという目的に基づく。
【０００８】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する光学モジュールシステムによって達成される。
【０００９】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１０】
モジュールシステムは、一波長とガウスプロファイルを有するビーム密度分布とを含み光軸に対してコリメートされた単色光の、トップハットプロファイルを有する出力ビーム密度分布を含み光軸に対してコリメートされた光への回折限界変換のために設けられた少なくとも１つのトップハットビームシェイパを、装着された光学素子として備える。好ましくは、トップハットビームシェイパは、屈折光学素子として設計される。トップハットビームシェイパは、標準DIN EN ISO 13695:2016-08「Optics and photonics - Lasers and Laser-related equipment - Test methods for laser beam power (energy) density distribution」によれば、４００ｍｍまでの作業距離における出口側の波面が、最大で０.１３３のプラトー均質度(plateau homogeneity)および少なくとも０.４のエッジ急峻度（edge steepness）を有するように設計される。
【００１１】
トップハットビームシェイパは、３５０ナノメートルから２２００ナノメートルまでの広い波長範囲のために設けられることが特に好ましい。有利なことに、そのようなトップハットビームシェイパは、様々な波長のために設けられるモジュールシステムの光学素子と調整なしに組み合わせることができる。さらに、そのようなモジュールシステムは、特に短い全長を有するトップハットビームシェイパの製造を可能にする。さらに、限られた数の光学素子を有する特に多種多様な異なるトップハットビームシェイパを製造することが可能である。
【００１２】
モジュールシステムは、光軸に対してコリメートされた同じ波長の単色光のビーム束の直径の回折限界変化のための少なくとも１つのビームエキスパンダをさらに備える。
【００１３】
装着された光学素子はそれぞれ、光軸と同軸に配置された管状のハウジング内に装着され、光軸と同心に、環状の第１のストッパおよび第１の細目ねじが、ハウジングの第１の端部に配置され、環状の第２のストッパおよび第２の細目ねじが、ハウジングの反対側の第２の端部に配置される。第１の装着された光学素子の第２の細目ねじが、第１の光学素子のハウジングの第２のストッパが第２の光学素子のハウジングの第１のストッパと接触する停止位置にまで、第２の光学素子の第１の細目ねじにねじ込まれるように、これらのストッパおよび細目ねじは、適切に形成され、配置される。この停止位置では、ねじ込まれて合体した装着された光学素子は、それらの光軸が回折限界発散内で互いに整列されるように配向されている。
【００１４】
有利なことに、ハウジング内の光学素子の本発明の配置は、単にねじ込んで合体させることによる光学アセンブリの製造を可能にする。これにより、さらに複雑な調整工程がなくなり、装着された光学素子を組み合わせることにより、高精度で回折限界の光学効果を有する多種多様な光学アセンブリを確実に製造することができる。
【００１５】
モジュールシステムのさらなる利点は、本発明のハウジング内に装着されたトップハットビームシェイパを、トップハットビームシェイパの出口側に配置され、本発明のハウジング内にも装着された少なくとも１つのビームエキスパンダにねじ込むことにより、トップハットプロファイルの半径方向の広がりを容易に変更できることである。例えば、下流のビームエキスパンダによって、トップハットプロファイルの半径方向の広がりを１.５倍に増大させることができる。以下でより詳細に説明されるねじ付きアダプタを使用することによって、ビームエキスパンダを出口側に配置して、トップハットプロファイルの半径方向の広がりを６分の１に低減することが可能である。例えば、有利なことに、出力ビームの直径を光路の下流に配置された光学素子に合わせて、レンズの利用効率を改善したり、光学システム（光学系）全体の全長を短縮したりすることが可能である。
【００１６】
さらに、本発明のハウジング内に装着されたトップハットビームシェイパは、入口側に配置された少なくとも１つのビームエキスパンダにねじ込むことができる。その結果、ガウスプロファイルを有する入力ビームの直径を、トップハットビームシェイパの入口側の光学的有効径に合わせることが容易に可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態では、モジュールシステムは、コリメータハウジング内に装着された少なくとも１つのファイバコリメータをさらに備え、当該ファイバコリメータは、光ファイバからの単色光を供給するための入口と、光軸に沿ってコリメートされた光を出力するための出口とを有する。ファイバコリメータは、モジュールシステムの少なくとも１つのトップハットビームシェイパおよび少なくとも１つのビームエキスパンダと同じ波長の光のために設けられる。
【００１８】
ファイバコリメータの出口側のストッパが第２の光学素子の第１のストッパに接触し、配向してファイバコリメータおよび第２の素子の光軸が互いに回折限界発散内で整列される停止位置にまで、ファイバコリメータの出口側の細目ねじがハウジング内に装着された第２の光学素子の第１の細目ねじにねじ込まれるように、出口側のストッパおよび出口側の細目ねじは、ファイバコリメータの出口において光軸と同心に配置される。
【００１９】
有利なことに、この実施形態は、さらなる調整なしに、レーザ源からの、ねじ込まれて合体した光学素子によって形成された光学アセンブリ内への光の供給を可能にする。
【００２０】
本発明の一実施形態では、ファイバコリメータは調整可能である。そのような調整可能なファイバコリメータの、装着されたトップハットビームシェイパおよび任意で１つまたは複数の装着されたビームシェイパとの組み合わせは、それらから形成される光学アセンブリの調整が特に容易であるので有利である。
【００２１】
本発明の一実施形態では、第１のビームエキスパンダは１．５の倍率を有し、第２のビームエキスパンダは１．７５の倍率を有し、第３のビームエキスパンダは２．０の倍率を有する。このような段階的に変化するビームエキスパンダをねじ込んで合体させることによって、ビーム拡大用の光学アセンブリを、広範囲の全倍率にわたって、全倍率の微細な間隔で、追加の調整なしに製造することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態では、モジュールシステムは、光学素子のセットを複数備え、光学素子のセットの１つは、供給される単色光の波長のために設けられる。結果として、回折限界の結像精度を保持する光学アセンブリの形成は、多波長に対するモジュールシステムを用いても可能である。
【００２３】
本発明の一実施形態では、モジュールシステムは、少なくとも１つのねじ付きアダプタをさらに備え、当該アダプタは、長手方向軸に同心にかつ垂直に配置された第１のストッパおよび第１の細目ねじと第２のストッパおよび第２の細目ねじとを有し、第１のストッパおよび第１の細目ねじと第２のストッパおよび第２の細目ねじとは、長手方向軸に沿った両側にある。ねじ付きアダプタのストッパが、装着された光学素子のストッパに接触し、配向してねじ付きアダプタの長手方向軸が装着された光学素子の光軸と光学素子の回折限界発散内で整列される停止位置にまで、ねじ付きアダプタの細目ねじが、装着された光学素子のハウジングの細目ねじにねじ込まれるように、ねじ付きアダプタの細目ねじは、形成され、配置される。
【００２４】
ねじ付きアダプタの一実施形態では、その第１および第２の細目ねじ、および、その第１および第２のストッパは、本発明のハウジングの、第１の細目ねじに合わさり、および、第１のストッパに合わさるように形成され、配置される。ねじ付きアダプタのこのような実施形態によって、第１のハウジングの第１の細目ねじを、ねじ付きアダプタを介して、第２のハウジングの第１の細目ねじにねじ込むことができる。したがって、例えば、装着されたフレア状のビームエキスパンダの、通常は入口側に配置される第１の細目ねじを、意図されたビーム方向とは反対に、ねじ付きアダプタを介して、装着されたトップハットビームシェイパの第１の細目ねじにねじ込むことが可能であり、その結果、このねじ込み式の配置におけるビームエキスパンダは、トップハットビームシェイパの入口においてビーム狭窄効果を有する。
【００２５】
ねじ付きアダプタのさらなる実施形態では、その第１および第２の細目ねじ、および、その第１および第２のストッパは、本発明のハウジングの、第２の細目ねじに合わさり、および、第２のストッパに合わさるように形成され、配置される。ねじ付きアダプタのこのような実施形態によって、第１のハウジングの第２の細目ねじを、ねじ付きアダプタを介して、第２のハウジングの第２の細目ねじにねじ込むことができる。
【００２６】
したがって、例えば、装着されたフレア状のビームエキスパンダの、通常は出口側に配置される第２の細目ねじを、意図されたビーム方向とは反対に、ねじ付きアダプタを介して、装着されたトップハットビームシェイパの第２の細目ねじにねじ込むことが可能であり、その結果、このねじ込み式の配置におけるビームエキスパンダは、トップハットビームシェイパの出口においてビーム狭窄効果を有する。
【００２７】
有利な態様では、モジュールシステムを用いて製造できる異なる光学システムの数を、ねじ付きアダプタを用いることによって大幅に増加させることができる。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態は、図面を用いて以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】トップハットビームシェイパを通る光路を概略的に示す。
【図２】ハウジング内に装着されたトップハットビームシェイパを概略的に示す。
【図３】ビームエキスパンダにおける光路を概略的に示す。
【図４】ハウジング内に装着されたビームエキスパンダを概略的に示す。
【図５】カスケード状に配置されたビームエキスパンダにおける光路を概略的に示す。
【図６】ハウジング内に装着されたファイバコリメータを概略的に示す。
【図７】調整可能なファイバコリメータを概略的に示す。
【図８】ねじ付きアダプタを概略的に示す。
【図９】ねじ込み式の装着されたビームエキスパンダを有する装着されたトップハットビームシェイパを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
すべての図において、互いに対応する部分には同じ参照符号が付されている。
【００３１】
図１は、従来技術による、入口Ｅおよび出口Ａを有するトップハットビームシェイパ１を通る光路を概略的に示す。非球状凹面を有する平凹レンズとして形成された第１のレンズ１.１が、入口側に配置されている。非球状凸面を有する平凸レンズとして形成された第２のレンズ１.２が、出口側に配置されている。ガウスプロファイルに従い光軸Ｘに対する距離の関数として分布されたビーム密度を有し光軸Ｘに対してコリメートされた入力光ビームＥＳがトップハットプロファイルを有する出力ビーム束に変換されるように、レンズ１.１、１.２は、光軸Ｘと同心に配置され、形成される。ガウスプロファイルを、プラトー均質度が最大で０.１３３でエッジ急峻度が少なくとも０.４のトップハットプロファイルに変換するトップハットビームシェイパ１は、従来から知られている。
【００３２】
図２は、レンズ１.１、１.２を受けるための管状のハウジング２内に装着されたトップハットビームシェイパ１の配置を概略的に示す。
【００３３】
ハウジング２は、入口側の第１の細目ねじ２.１と、環状の入口側の第１のストッパ２.２と、出口側の第２の細目ねじ２.３と、環状の出口側の第２のストッパ２.４とを有する。入口側の第１の細目ねじ２.１は外側ねじ山として形成され、その入口Ｅに向く端部に、入口側の第１のストッパ２.２が配置される。出口側の第２の細目ねじ２.３は内側ねじ山として形成され、その入口Ｅに向く端部に、出口側の第２のストッパ２.４がハウジング２の内面に半径方向の突起として形成される。
【００３４】
細目ねじ２.１、２.３、ストッパ２.２、２.４、およびハウジング２は、光軸Ｘに同心に配置されている。ストッパ２,２、２.４はそれぞれ、光軸Ｘに垂直に設けられた環状のストッパ面２.２.１、２.４.１を有する。第１のハウジング２の第１の細目ねじ２.１が第２のハウジング２の第２の細目ねじ２.３にねじ込まれ得る方法で、または第１のハウジング２の第２の細目ねじ２.３が第２のハウジング２の第１の細目ねじ２.１にねじ込まれ得る方法で、第１および第２のハウジング２が互いにねじ込まれて合体するように、細目ねじ２.１、２.３およびストッパ２.２、２.４は、互いに対応するように形成され、配置されている。
【００３５】
図３は、入口側の第１の光学面１０.１および出口側の第２の光学面１０.２を有するワンピース光学素子からなるビームエキスパンダ１０における光路を概略的に示す。ビームエキスパンダ１０は、入力ビーム束ＥＳを出力ビーム束ＡＳに変換させる。出力ビーム束ＡＳは、入力ビーム束ＥＳと比較して変更された直径を有するが、この変更された直径にスケーリングされた同じビーム密度分布を有する。光学面１０.１、１０.２が非球面からなる回折限界ビームエキスパンダ１０は、従来から知られている。
【００３６】
図４は、光学面１０.１、１０.２を有するワンピース光学素子を受けるための管状のハウジング２内に装着されたビームエキスパンダの配置を概略的に示す。
【００３７】
ハウジング２は、図２で説明したハウジングと同様である。特に、それは、同様に形成され、配置された細目ねじ２.１、２.３およびストッパ２.２、２.４を有する。
【００３８】
したがって、それぞれハウジング２内に配置され装着されたトップハットビームシェイパ１およびビームエキスパンダ１０はねじ込まれて合体することができ、トップハットビームシェイパ１の出口側の第２の細目ねじ２.３をビームエキスパンダ１０の入口側の第１の細目ねじ２.１にねじ込むことができる。
【００３９】
この場合、ストッパ２.２、２.４のストッパ面２.２.１、２.４.１が停止位置で互いに押し付けられるまで、２つのハウジング２をねじ込むことができる。ハウジング２内に配置され装着されたトップハットビームシェイパ１および装着されたビームエキスパンダ１０の光軸Ｘが回折限界によって決定される公差内で互いに整列されるように、細目ねじ２.１、２.３およびストッパ面２.２.１、２.４.１は精密に作られ、かつ、光学素子１.１、１.２、１０.１、１０.２はハウジング２内に正確に配置される。言い換えれば、次のようになる: ハウジング２内に装着されたトップハットビームシェイパ１およびビームエキスパンダ１０が停止位置にまでねじ込まれると、光学機能の精度が回折によって制限される光学アセンブリが得られる。
【００４０】
ハウジング２の本発明の設計は、装着されたトップハットビームシェイパ１と、１つまたは２つの装着されたビームエキスパンダ１０とをねじ込んで合体させることができ、その結果、そのようなトップハットビームシェイパ１は、入口側および/または出口側のビーム径を変化させることによって、様々な光学構造において柔軟に使用することができる。この場合の本発明の利点は特に、少なくとも１つのビームエキスパンダ１０に対してトップハットビームシェイパ１をさらに調整する必要がないことである。
【００４１】
図５に示すように、ビームエキスパンダ１０をカスケード状に配置して、ビーム径をより大きく変化させることもできる。有利なことに、ハウジング２内に装着されたビームエキスパンダ１０を、この目的のために、追加の調整なしにねじ込むことができる。本発明の一実施形態では、所定の数のカスケード状に装着されたビームエキスパンダ１０の光軸Ｘが回折限界によって決定される公差内で互いに整列されるように、細目ねじ２.１、２.３およびストッパ面２.２.１、２.４.１は精密に作られ、かつ、光学素子１.１、１.２、１０.１、１０.２はハウジング２内に正確に配置される。言い換えれば、次のようになる: 各々ハウジング２に装着された所定数のビームエキスパンダ１０がねじ込まれると、個々のねじ込まれたビームエキスパンダ１０の倍率の積として生じる倍率を有し、光学機能の精度が回折によって制限される光学アセンブリが生成される。したがって、有利な態様では、限られた数の装着された個々のビームエキスパンダ１０をねじ込むことによって、その倍率が広い範囲にわたって非常に細かい単位で選択することができる光学アセンブリとしてビームエキスパンダを製造することができる。
【００４２】
本発明の一実施形態では、ビームエキスパンダ１０は、２.０、１．７５、または１.５の倍率を有し、最大倍率のビームエキスパンダ１０が、最小ビーム径の位置に配置されるように、ねじ込まれる。
【００４３】
図６は、光ファイバを受けるための入口側のファイバレセプタクル２０.４を有するハウジング１０２内に装着されたファイバコリメータ２０を追加の光学素子として概略的に示す。ファイバコリメータ２０は、光ファイバから出てくる光を、コリメートして、光軸Ｘに対してコリメートされた出力ビーム束ＡＳにする。少なくとも部分的に非球面に形成され、回折限界のコリメートされた出力ビーム束ＡＳを生成する光学素子を有するファイバコリメータが従来から知られている。
【００４４】
本発明によれば、ファイバコリメータ２０は、図２に示すハウジング２の入口側の第１の細目ねじ２.１と入口側の第１のストッパ２.２に合うように形成され配置された出口側の細目ねじ１０２.３と出口側のストッパ１０２.４とを有するコリメータハウジング１０２を備えている。従って、ファイバコリメータ２０を、装着されたトップハットビームシェイパ１に対して調整なしにねじ込むことができる。任意選択で、１つまたは複数の装着されたビームエキスパンダ１０を、装着されたファイバコリメータ２０と装着されたトップハットビームシェイパ１との間にねじ込むことができる。
【００４５】
１つの例示的な実施形態において、ファイバコリメータ２０は調整可能なファイバコリメータとして設計され、これはドイツ特許出願ＤＥ １０ ２０１７ ２０５ ５９０.１により詳細に説明され、図７に示される。調整可能なファイバコリメータ２０は、光ファイバからの光を供給するための入口Ｅと、光軸Ｘに沿ってコリメートされた光を出力するための出口Ａとを有する。このような調整可能なファイバコリメータは、収束レンズ２０.２が装着されたコリメータハウジング１０２を備え、収束レンズの入口側の焦点Ｆは、光軸Ｘ上にある。コリメータハウジング１０２は、出口側の細目ねじ１０２.３と出口側のストッパ１０２.４とを有する。
【００４６】
調整可能なファイバコリメータ２０は、細目ねじ２０.３.４を有するマウント２０.３と、マウント２０.３を同心で受ける管状のファイバレセプタクル２０.４とを備え、当該ファイバレセプタクルは、光ファイバを受けるためのファイバカップリング２０.４.３と、半径方向外向きに突出する保持ストッパ２０.４.６と、スリーブジャケット内で偏心固定ねじ２０.５を回転可能に受けるための偏心レセプタクル２０.４.５と、スリーブジャケットの内側に配置され、マウント２０.３の細目ねじ２０.３.４に案内され、かつ光軸を中心とした回転運動を、マウント２０.３に対する光軸に沿ったファイバレセプタクル２０.４の長手方向の変位に変換する細目ねじ２０.４.２とを有する。
【００４７】
調整可能なファイバコリメータ２０はさらに、ファイバレセプタクル２０.４を環状に取り囲み、それに対して回転可能かつマウント２０.３に対して回転不能な調節外枠２０.６を備える。調節外枠２０.６は、マウント２０.３に対して長手方向に移動可能な固定半外枠２０.６.２を備え、これは、固定ねじ２０.５のねじヘッド２０.５.２を受けるための円周に沿って凹んだ固定スロット２０.６.２.２を有する。調節外殻２０.６は、固定ねじ２０.５によって、保持ストッパ２０.４.６に対する静止摩擦によって固定位置に押し付けられ、かつ、それによって、解放位置に解放される。
【００４８】
そのような調整可能なファイバコリメータ２０の、装着された集束ビームシェイパ１および任意で１つまたは複数の装着されたビームシェイパ１０との組み合わせは、それらから形成される光学アセンブリの調整が特に容易であるので有利である。
【００４９】
図８は、内側ねじ山から外側ねじ山への移行のためのねじ付きアダプタ３０を示す。ねじ付きアダプタ３０は、長手方向軸Ｌに沿ってのびる管状に形成され、一端部に、外側ねじ山として形成された第１の細目ねじ３０.１と、第１のストッパ３０.２とを有する。反対側の端部において、ねじ付きアダプタ３０は、同様に外側ねじ山として形成された第２の細目ねじ３０.３と、第２のストッパ３０.４とを有する。細目ねじ３０.１、３０.３およびストッパ３０.２、３０.４は、ハウジング２、１０２の、内側ねじ山として形成された第２の細目ねじ２.３、１０２.３および第２のストッパ２.４、１０２.４に合うように形成され、配置され、それぞれの場合において、ねじ付きアダプタ３０の細目ねじ３０.１、３０.３は第１のハウジング２、１０２および第２のハウジング２の第２の細目ねじ２.３、１０２.３に停止位置にまでねじ込まれる。この停止位置において、ねじ付きアダプタ３０の長手方向軸Ｌは、第１および第２のハウジング２に装着されて、例としてビームエキスパンダ１０として作られた光学素子の光軸Ｘと整列される。
【００５０】
同様に、細目ねじ３０.１、３０.３は、外側ねじ山として形成された第１の細目ねじ２.１と合った内側ねじ山として形成されてよく、ストッパ３０.２、３０.４は、ハウジング２の第１のストッパに対応するように形成されてよい。
【００５１】
ねじ付きアダプタ３０とハウジング２内に装着された光学素子とをねじ込んで合体させることで光学素子のビーム方向を反転することができるという事実によって、ねじ付きアダプタ３０は、モジュールシステムを用いて製造することができる光学アセンブリの数を拡大する。
【００５２】
図９は、出口側にねじ込まれたビームエキスパンダ１０を有するトップハットビームシェイパ１を示し、装着されたビームエキスパンダ１０の第１の細目ねじ２.１は、装着されたトップハットビームシェイパ１の第２の細目ねじ２.３にねじ込まれる。ビームエキスパンダ１０の入口側に配置された第１のストッパ２.２は、装着されたトップハットビームシェイパの出口側に配置された第２のストッパ２.４に接触する。その結果、ビームエキスパンダ１０およびトップハットビームシェイパ１の光軸Ｘは、回折限界発散内で互いに整列されるように配向される。
【００５３】
本発明のモジュールシステムの利点は、異なる光学効果を有する多種多様なアセンブリを、限られた数の光学素子１、１０で製造することができ、個々の光学素子１、１０の回折限界の高い光学品質が維持されることである。例えば、本発明の一実施形態では、出口側でさらなるビームエキスパンダ１０をねじ込むことが、または上述したようなねじ付きアダプタ３０を使用することによってビームエキスパンダ１０内でビーム方向を反転させることが可能であり、したがって、トップハットプロファイルの半径方向の広がりを低減させることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  トップハットビームシェィパ、光学素子
１.１  第１のレンズ
１.２  第２のレンズ
２  ハウジング
２.１、２.３  第１、第２の細目ねじ
２.２、２.４  第１、第２のストッパ
２.２.１、２.４．１  ストッパ面
１０  ビームエキスパンダ、光学素子
１０.１、１０.２  第１、第２の光学面
２０  ファイバコリメータ、光学素子
２０.２  収束レンズ
２０.３  マウント
２０.３.４  細目ねじ
２０.４  ファイバレセプタクル
２０.４.２  細目ねじ
２０.４.３  ファイバカップリング
２０.４.５  偏心レセプタクル
２０.４.６  固定ストッパ
２０.５  固定ねじ
２０.５.２  ねじヘッド
２０.６  調整外枠
２０.６.２  長手方向に移動可能な固定半外枠
２０.６.２.２  固定スロット
３０  ねじ付きアダプタ
３０.１、３０.３  第１、第２の細目ねじ
３０.２、３０.４  第１、第２のストッパ
１０２  コリメータハウジング
１０２.３  出口側の細目ねじ
１０２.４  出口側のストッパ
Ａ  出口
ＡＳ  出力ビーム束
Ｅ  入口
ＥＳ  入力ビーム束
Ｆ  焦点
Ｌ  長手方向軸
Ｘ  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2019023720000001.pdf