Kollimator Fehlertoleranz

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sämi
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Kollimator Fehlertoleranz

Beitrag von sämi » Fr 14 Jul, 2017 10:33 pm

Hallo zusammen.

Da ich neu hier bin möchte ich mich kurz vorstellen: Ich heisse Sämi, bin 29 Jahre alt und habe bisher noch nicht viel mit Lasern gearbeitet.

Ich habe eine Frage bezüglich Kollimatorlinsen, auf die ich irgendwie nirgens eine Antwort finde, vielleich kann mir ja hier jemandhelfen.
Ich beabsichtige selbst einen 1mW Laserpointer zu bauen, welcher als optische Markierung als Teil eines grösseren Geräts verbaut werden soll. Nun meine Frage:
Um einen minimal divergenten Laserstrahl zu erhalten muss die optische Öffnung der Laserdiode genau im Brennpunkt der Kollimatorlinse sitzen, nur was heisst genau? Die Laserdiode wird in der mechanischen Halterung zwangsläufig eine kleine Abweichung (+/- 0.1mm) in alle drei Achsen vom Brennpunkt haben können (da Mechanik niemals exakt ist). Nun finde ich nirgens eine Formel zur Berechnung, was diese Abweichung für meinen Laserstrahl bedeutet.
Kann irgendjemand hier mir helfen?

Meine Vermutung ist volgende. Bei einer Brennweite der Kollimatorlinse von 10mm bedeutet eine Verschiebung in der X- oder Y-Achse (parallel zur Linse) um 0.1mm eine Abweichung von ca. 10mRad. dies würde bedeuten, dass der Laserstrahl in einer entfernung von 1m bereits 10mm vom eigentlich gewünsten Punkt entfernt ist. ist dies so korrekt oder befinde ich mich völlig auf dem Holzweg?
was eine Abweichung senkrecht zur Linse bedeutet kann ich mir so gar nicht vorstellen. Ausser, dass der Strahl divergenter wirt (aber um vieviel?)

Ich hoffe, meine Frage ist verständlich und der ein oder andere Laser-Experte hat eine passende Antwort für mich.

Vielen Dank, gruss Sämi

pardini
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Re: Kollimator Fehlertoleranz

Beitrag von pardini » So 16 Jul, 2017 9:02 am

Deine ganze Theorie ist löblich, da aber schon die eingesetzte Laserdiode ab Werk eine (im Datenblatt angegebene) Schieflage hat, wirst du so nur theoretische Minima und Maxima ermitteln können. Praktisch kannst du daran aber nichts ändern. Im Showlaserbereich haben wir uns einfach daran gewöhnt und bauen unsere "Fassungen" für die Laserdioden und Kollimatorlinsen so präzise wie möglich und sehen zusätlich entsprechende Justagemöglichkeiten vor.
Eine Toleranz von +-0,1mm betrachte ich schon als Wurfpassung. Da sollte man schon genauer arbeiten. Zu gute kommt, daß im kleinen Leistungsbereich üblicherweise Linsen um 4mm oder etwas weniger Brennweite verwendet werden. So machen sich Toleranzen etwas weniger bemerkbar aber man sieht sie dennoch im Strahl/Abbild. Jetzt beginnt die Frickelei. Wenn man mit Klemmung für die Diode gebaut hat, kann man durch drehen versuchen noch etwas raus zu holen und gegenläufige Toleranzen zu erwischen, hat man die Diode verpresst wird man vielleicht noch mal nachpressen und hoffen, daß es besser wird oder man kann Halterung sammt Diode verwerfen (sprich Tonne).
Um aber einen Laserstrahl z.B. in 100m deckungsgleich auf einen anderen zu bringen kommt man, egal wie präzise gefertigt, nie um eine Justagemöglichkeit umhin.
Deine Einschätzung, daß bei deinen Annahmen, mal abgesehen von Verformungen im Abbild, der Strahl 10mm vom Sollpunkt auftrifft teile ich. Formeln wie sich das Abbild bei solchen Fehlern verändert habe ich aber nicht. Ich kenne es halt so, daß der Brennfleck dann "schielt".

Pardini

sämi
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Re: Kollimator Fehlertoleranz

Beitrag von sämi » So 16 Jul, 2017 6:33 pm

Hallo Pardini. Besten Dank für deine Antwort. Genau die Fertigungstoleranz der Laserdiode ist ja mein Problem. Dies kann zum Teil parallel zur Linse fast 0.6mm sein (Osram Laserdiode, kein Billigzeug) Ich habe mir erhofft eine Lösung zu finden, bei der ich nicht nachjustieren muss. Ich habe mir gedacht, dass bei enem <5.- Laserpointer warscheinlich kaum hochpräzise Teile zum Ensatz kommen und bei dem Kaufpreis wohl auch niemand den Laser justiert hat.
Du schreibst, dass eine kurze Brennweite der Linse von Vorteil ist. Macht die kurze Brennweite das Problem nicht viel schlimmer?
Mein Ziel währe, die LD zwischen zwei Kunstoffspritzgussteilen einzuklemmen. (ich weiss, nicht sehr präzise) und die Linse im selben Teil zu stecken. Warscheilich werde ich aber um eine Justagevorrichtung nicht herumkommen. Intressant währe noch zu wissen, ob alle drei Achsen justierbar sein müssen, oder ob vielleicht die z-Achse (senkrecht zur Linse) weniger anfällig auf Fertigungstoleranzen ist. Ich werde mir Morgen mal versuchen die Ansteuerungselektronik zu bauen und werde dann mal ein wenig herumexperimentieren.
Vielen Dank und liebe Grüsse. Sämi

pardini
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Re: Kollimator Fehlertoleranz

Beitrag von pardini » Mi 19 Jul, 2017 10:35 pm

In nem 5€ Pointer ist nichts justiert, da kommt der Strahl einfach schief raus. Hier schlägt dann die automatische Korrektur durch den Bediener zu ;-)
Hab ja keine Ahnung was du vor hast...

Pardini

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