DE102010029089B4 - Optical system for calibrating a light source - Google Patents

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Abstract

Optisches System (1) zur Kalibrierung einer Lichtquelle, wobei
- das optische System (1) eine optische Achse (10) und eine Lichteintrittsseite (A) aufweist, an der Licht einer Lichtquelle in das optische System (1) eintritt,
- das optische System (1) mindestens eine erste Linseneinheit (4), mindestens eine zweite Linseneinheit (5), mindestens eine dritte Linseneinheit (7) sowie mindestens ein Reflektionselement (9) aufweist,
- des Weiteren mindestens eine vierte Linseneinheit (8) und mindestens eine Blendeneinheit (6) bei dem optischen System (1) vorgesehen sind, und wobei
- von der Lichteintrittsseite (A) ausgehend und von der Lichteintrittsseite (A) weg weisend die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die Blendeneinheit (6), die dritte Linseneinheit (7), die vierte Linseneinheit (8) und das Reflektionselement (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- das optische System (1) derart ausgebildet ist, dass das Licht von der Lichteintrittsseite (A) ausgehend durch die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die Blendeneinheit (6), die dritte Linseneinheit (7), die vierte Linseneinheit (8) und das Reflektionselement (9) geführt wird, und dass
- das Reflektionselement (9) zur Reflektion des einfallenden Lichts derart ausgebildet ist, dass das reflektierte Licht zunächst die vierte Linseneinheit (8), dann die dritte Linseneinheit (7), dann die Blendeneinheit (6), dann die zweite Linseneinheit (5) und dann die erste Linseneinheit (4) durchläuft.

Figure DE102010029089B4_0000
Optical system (1) for calibrating a light source, wherein
the optical system (1) has an optical axis (10) and a light entry side (A), at which light from a light source enters the optical system (1),
the optical system (1) has at least one first lens unit (4), at least one second lens unit (5), at least one third lens unit (7) and at least one reflection element (9),
- Furthermore, at least a fourth lens unit (8) and at least one aperture unit (6) are provided in the optical system (1), and wherein
the first lens unit (4), the second lens unit (5), the aperture unit (6), the third lens unit (7), the fourth lens unit (8) pointing away from the light entry side (A) and away from the light entry side (A) and the reflection element (9) are arranged, characterized in that
- The optical system (1) is designed such that the light from the light entrance side (A) by the first lens unit (4), the second lens unit (5), the diaphragm unit (6), the third lens unit (7) Fourth lens unit (8) and the reflection element (9) is guided, and that
- The reflection element (9) for reflecting the incident light is formed such that the reflected light, first the fourth lens unit (8), then the third lens unit (7), then the aperture unit (6), then the second lens unit (5) and then passes through the first lens unit (4).
Figure DE102010029089B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Kalibrierung einer Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers mit hoher Leistung, der in einem Satelliten angeordnet ist.The invention relates to an optical system for calibrating a light source, for example a laser of high power, which is arranged in a satellite.

Lichtquellen, beispielsweise ein Laser mit einer hohen Leistung, werden zu unterschiedlichen Verwendungszwecken herangezogen, beispielsweise zur Übertragung von Daten oder zur Ausmessung, beispielsweise von Entfernungen. Ferner werden derartige Laser auch bei der Materialbearbeitung und in der Sensorik eingesetzt. Die vorgenannten Beispiele sind nicht abschließend. Eine solch verwendete Lichtquelle sollte von Zeit zu Zeit kalibriert werden, um wirksam eingesetzt werden zu können. Eine Kalibrierung sollte insbesondere dann vorgenommen werden, wenn Eigenschaften der Lichtquelle aufgrund von äußeren Einflüssen verändert wurden. Dies trifft beispielsweise auf einen Laser zu, der in einem Satelliten angeordnet ist. Ein derartiger Laser erfährt während des Transports des Satelliten von der Erde in den Weltall hohe Kräfte, so dass es durchaus möglich sein kann, dass die Positionierung bzw. Ausrichtung des Lasers aufgrund dieser wirkenden Kräfte verändert wurde.Light sources, for example a laser with a high power, are used for different purposes, for example for the transmission of data or for the measurement, for example of distances. Furthermore, such lasers are also used in material processing and in sensor technology. The above examples are not exhaustive. Such a light source should be calibrated from time to time to be effective. A calibration should be made especially if properties of the light source have been changed due to external influences. This applies, for example, to a laser located in a satellite. Such a laser experiences high forces during the transport of the satellite from the earth into the universe, so that it may well be possible that the positioning or orientation of the laser has been changed due to these acting forces.

In der DE 197 82 060 A1 ist ein Interferometer mit katadioptrischem Abbildungssystem mit erweitertem numerischem Aperturbereich angegeben.In the DE 197 82 060 A1 an interferometer with catadioptric imaging system with extended numerical aperture range is given.

Die US 6 639 734 B2 betrifft ein katadioptrisches Abbildungssystem und eine Projektionsbelichtungsanlage, die mit dem Abbildungssystem versehen ist. Das katadioptrische Abbildungssystem umfasst ein erstes abbildendes optisches System und ein zweites abbildendes optisches System, wobei das erste abbildende optische System mit einer positiven ersten Linsengruppe, einer Aperturblende und einer positiven zweiten Linsengruppe in der Reihenfolge von der Objektseite aus versehen ist, und wobei das zweite optische Abbildungssystem einen Primärspiegel, der eine konkave erste reflektierende Oberfläche mit einem ersten Strahlungstransmissionsbereich in seiner Mitte aufweist, und einen Sekundärspiegel, der eine zweite Reflexionsoberfläche mit einem zweiten Strahlungstransmissionsabschnitt in seiner Mitte aufweist, umfasst. In diesem Fall sind alle brechenden Elemente zum Bilden des optischen Systems aus demselben optischen Material gebildet, oder mindestens eine der brechenden Oberflächen und die reflektierenden Oberflächen sind asphärisch ausgebildet, oder ein brechendes Element ist von der ersten reflektierenden Oberfläche oder der zweiten reflektierenden Oberfläche getrennt angeordnet.The US 6 639 734 B2 relates to a catadioptric imaging system and a projection exposure apparatus provided with the imaging system. The catadioptric imaging system comprises a first imaging optical system and a second imaging optical system, wherein the first imaging optical system is provided with a positive first lens group, an aperture stop, and a positive second lens group in the order from the object side, and wherein the second optical An imaging system comprises a primary mirror having a concave first reflective surface with a first radiation transmission region in its center and a secondary mirror having a second reflection surface with a second radiation transmission section in its center. In this case, all the refractive elements for forming the optical system are formed of the same optical material, or at least one of the refractive surfaces and the reflective surfaces are aspherical, or a refractive element is disposed separately from the first reflective surface or the second reflective surface.

Die US 6 414 799 B1 betrifft ein Zoomobjektivsystem, das einen höheren Weitwinkel und ein hohes Zoomverhältnis mit gut korrigierten Aberrationen aufweist, schnell ist sowie eine große Bildschnittweite hat. Das Zoomobjektiv umfasst ausgehend von der Objektseite in der Reihenfolge eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe mit negativer Brechkraft, eine dritte Linsengruppe mit positiver Brechkraft und eine vierte Linsengruppe mit positiver Brechkraft.The US Pat. No. 6,414,799 B1 relates to a zoom lens system which has a higher wide angle and a high zoom ratio with well corrected aberrations, is fast, and has a large screen cut. The zoom lens comprises, from the object side in order, a first lens group having a positive power, a second lens group having a negative power, a third lens group having a positive power, and a fourth lens group having a positive power.

Aus der DD 72 601 A5 ist ein Interferometer bekannt. Das bekannte Interferometer weist einen Laser, eine Interferenzanordnung, ein Teleskop sowie eine bewegliche Reflektoranordnung mit einer Linse und einem Spiegel auf. Im Teleskop sind Linseneinheiten angeordnet. Das bekannte Interferometer dient der Messung kleiner Inkremente von relativ langen Abständen. Eine Kalibrierung einer Lichtquelle, also die Ausmessung der Lichtquelle an sich, ist nicht vorgesehen. Hierzu ist das bekannte Interferometer auch nicht geeignet, da es nur der Messung des Abstands zweier Punkte zueinander dient.From the DD 72 601 A5 is an interferometer known. The known interferometer comprises a laser, an interference arrangement, a telescope and a movable reflector arrangement with a lens and a mirror. In the telescope lens units are arranged. The known interferometer is used to measure small increments of relatively long distances. A calibration of a light source, so the measurement of the light source itself, is not provided. For this purpose, the known interferometer is also not suitable, since it only serves to measure the distance between two points to each other.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches System anzugeben, das zur Kalibrierung einer Lichtquelle geeignet ist, insbesondere eines in einem Satelliten angeordneten Lasers mit hoher Leistung, beispielsweise im Bereich von 5 Watt bis 15 Watt.The invention is therefore based on the object of specifying an optical system which is suitable for calibrating a light source, in particular a laser arranged in a satellite with high power, for example in the range of 5 watts to 15 watts.

Diese Aufgabe wird mit einem optischen System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Zeichnungen.This object is achieved with an optical system having the features of claim 1. Further features of the invention will become apparent from the other claims, the following description and / or the accompanying drawings.

Gemäß der Erfindung weist ein optisches System zur Kalibrierung einer Lichtquelle eine optische Achse und eine Lichteintrittsseite auf, an der Licht der Lichtquelle in das optische System eintritt. Ferner ist das optische System mit mindestens einer ersten Linseneinheit, mindestens einer zweiten Linseneinheit, mindestens einer dritten Linseneinheit sowie mit mindestens einem Reflektionselement versehen. Darüber hinaus sind bei dem optischen System gemäß der Erfindung des Weiteren mindestens eine vierte Linseneinheit und mindestens eine Blendeneinheit vorgesehen. Ausgehend von der Lichteintrittsseite und von der Lichteintrittsseite weg weisend sind die erste Linseneinheit, die zweite Linseneinheit, die Blendeneinheit, die dritte Linseneinheit, die vierte Linseneinheit und das Reflektionselement angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die einzelnen Einheiten des erfindungsgemäßen optischen Systems von der Lichteintrittsseite ausgehend in der folgenden Reihenfolge angeordnet: Die erste Linseneinheit - die zweite Linseneinheit - die Blendeneinheit - die dritte Linseneinheit - die vierte Linseneinheit - das Reflektionselement.According to the invention, an optical system for calibrating a light source has an optical axis and a light entrance side at which light of the light source enters the optical system. Furthermore, the optical system is provided with at least one first lens unit, at least one second lens unit, at least one third lens unit and at least one reflection element. Moreover, in the optical system according to the invention, at least one fourth lens unit and at least one diaphragm unit are further provided. Starting from the light entry side and facing away from the light entry side, the first lens unit, the second lens unit, the aperture unit, the third Lens unit, the fourth lens unit and the reflection element arranged. In other words, the individual units of the optical system according to the invention are arranged from the light entrance side in the following order: the first lens unit - the second lens unit - the aperture unit - the third lens unit - the fourth lens unit - the reflection element.

Unter einer Linseneinheit wird vorstehend und auch nachstehend eine Linseneinheit verstanden, welche aus einer einzelnen Linse zusammengesetzt ist oder welche aus mehreren Linsen (oder Linsengruppen) zusammengesetzt ist.By a lens unit is meant above and below a lens unit which is composed of a single lens or which is composed of a plurality of lenses (or lens groups).

Die Blendeneinheit kann beispielsweise als Lochblende ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass die Blendeneinheit sich als Blendensystem mit mindestens einer ersten Blende und mindestens einer zweiten Blende zusammensetzt.The aperture unit may be formed, for example, as a pinhole. Additionally or alternatively, it may be provided that the diaphragm unit is composed as a diaphragm system with at least one first diaphragm and at least one second diaphragm.

Überlegungen haben ergeben, dass sich das vorgenannte optische System besonders gut zur Kalibrierung einer Lichtquelle, insbesondere eines Lasers mit hoher Leistung, eignet. Das Reflektionselement kann dabei - je nach Qualität des Reflektionselements - eine Reflektionsgenauigkeit von einer Bogensekunde aufweisen. Ferner ist es möglich, mittels der Blendeneinheit das Sehfeld des optischen Systems zu bestimmen, so dass eine Kalibrierung der Lichtquelle besonders gut erfolgen kann.Considerations have shown that the aforementioned optical system is particularly well suited for calibrating a light source, in particular a high-power laser. The reflection element can - depending on the quality of the reflection element - have a reflection accuracy of one arc second. Furthermore, it is possible to determine the visual field of the optical system by means of the diaphragm unit, so that calibration of the light source can be carried out particularly well.

Zur Kalibrierung wird Licht der Lichtquelle durch die Lichteintrittsseite des optischen Systems in das optische System eingeführt und durch die erste Linseneinheit, die zweite Linseneinheit, die Blendeneinheit, die dritte Linseneinheit, die vierte Linseneinheit und das Reflektionselement geführt. Das Reflektionselement reflektiert das einfallende Licht wieder, so dass das reflektierte Licht das optische System erneut durchläuft, aber in umgekehrter Reihenfolge wie das einfallende Licht der Lichtquelle. Nach Verlassen des optischen Systems wird das reflektierte Licht dann mittels eines Detektors detektiert und ausgewertet.For calibration, light from the light source is introduced into the optical system through the light entrance side of the optical system and guided through the first lens unit, the second lens unit, the aperture unit, the third lens unit, the fourth lens unit, and the reflection element. The reflection element reflects the incident light again, so that the reflected light passes through the optical system again, but in the reverse order of the incident light of the light source. After leaving the optical system, the reflected light is then detected and evaluated by means of a detector.

Das erfindungsgemäße optische System weist ferner den Vorteil auf, dass es kompakt aufgebaut ist und derart ausgestaltet sein kann, dass es unempfindlich gegen auf das optische System wirkende Kräfte ist. Ferner ist das optische System aus Einheiten zusammensetzbar, die unempfindlich gegenüber einem Temperaturwechsel sind. Demnach ist das optische System vorzugsweise athermal, also temperaturunempfindlich, ausgebildet. Beispielsweise ist das optische System unempfindlich gegenüber einem Temperaturwechsel in einem Bereich von ±25°C, ausgehend von einer Ausgangstemperatur (beispielsweise 0°C). Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf diesen Temperaturbereich eingeschränkt ist. Vielmehr ist die Erfindung auch in anderen Temperaturbereichen einsetzbar.The optical system according to the invention also has the advantage that it has a compact design and can be designed such that it is insensitive to forces acting on the optical system. Furthermore, the optical system can be composed of units which are insensitive to a temperature change. Accordingly, the optical system is preferably athermal, so insensitive to temperature formed. For example, the optical system is insensitive to a temperature change in a range of ± 25 ° C, starting from an initial temperature (for example, 0 ° C). However, it is explicitly pointed out that the invention is not limited to this temperature range. Rather, the invention can also be used in other temperature ranges.

Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, strahlungsfeste Gläser zu verwenden, die bei der Zusammensetzung der ersten Linseneinheit, der zweiten Linseneinheit, der dritten Linseneinheit und/oder der vierten Linseneinheit verwendbar sind. Unter einem strahlungsfesten Glas wird hier ein Glas verstanden, dessen Materialbeständigkeit aufgrund von einfallender Strahlung nicht geschädigt wird und dessen Eigenschaften aufgrund von einfallender Strahlung sich nicht oder nur geringfügig ändern. Die zurzeit auf dem Markt erhältlichen strahlungsfesten Gläser sind auf Beständigkeit aufgrund einfallender Elektronenstrahlung, Protonenstrahlung und Gamma-Strahlung bei unterschiedlichen Strahlungsdosen getestet worden. Diese haben alle eine ausreichend gute Beständigkeit aufgezeigt. Als Beispiel sei hier das Glas BK7G18 erwähnt.Further, it is intended, for example, to use radiation-resistant glasses which can be used in the composition of the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and / or the fourth lens unit. A radiation-resistant glass is understood here as a glass whose material resistance is not damaged due to incident radiation and whose properties do not change or only slightly change due to incident radiation. The radiation-resistant glasses currently available on the market have been tested for resistance to incident electron radiation, proton radiation and gamma radiation at different radiation doses. These have all shown a sufficiently good durability. As an example, the glass BK7G18 is mentioned here.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems bestehen die erste Linseneinheit, die zweite Linseneinheit, die dritte Linseneinheit und die vierte Linseneinheit jeweils aus einer einzelnen Linse. Dies ist besonders von Vorteil, da hierdurch das Gewicht des optischen Systems gegenüber zahlreichen anderen optischen Systemen aus dem Stand der Technik, die für eine einzelne Linseneinheit stets mehrere Linsen verwenden, gering ist. Wie oben aber erwähnt, können die einzelnen Linseneinheiten auch mehrere Linsen, insbesondere zusammengesetzte Linsen, umfassen.In a first embodiment of the optical system according to the invention, the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and the fourth lens unit each consist of a single lens. This is particularly advantageous as it reduces the weight of the optical system compared to many other prior art optical systems which use multiple lenses for a single lens unit. As mentioned above, however, the individual lens units can also comprise a plurality of lenses, in particular compound lenses.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der vierten Linseneinheit und dem Reflektionselement mindestens eine Viertelwellenplatte (also eine „λ/4“-Platte) angeordnet. Ferner ist es hierbei auch vorzugsweise vorgesehen, mindestens eine Reflektionsfläche des Reflektionselements mit einem Metall zu beschichten. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass der Polarisationszustand (genauer gesagt die lineare Polarisation) des in das optische System einfallenden Lichts und der Polarisationszustand des vom Reflektionselement reflektierten Lichts erhalten bleibt (also gleich ist).In a further embodiment of the invention, at least one quarter wave plate (that is to say a "λ / 4" plate) is arranged between the fourth lens unit and the reflection element. Furthermore, it is also preferably provided in this case to coat at least one reflection surface of the reflection element with a metal. This embodiment enables the polarization state (more specifically, the linear polarization) of the light incident on the optical system and the polarization state of the light reflected by the reflection element to be maintained (that is, the same).

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße optische System von der ersten Linseneinheit aus in Richtung der Lichteintrittsseite gesehen mindestens ein Filterelement auf, das als Eintrittsfenster des optischen Systems dient. Das Filterelement hat die Aufgabe, Energie zu absorbieren. Bei einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass die Leistung des einfallenden Lichts verringert wird.Preferably, the optical system according to the invention, viewed from the first lens unit in the direction of the light entry side, has at least one filter element which acts as an entrance window of the optical system System serves. The filter element has the task of absorbing energy. In some embodiments, it is desirable that the power of the incident light be reduced.

Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Reflektionselement als Retroreflektor ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Reflektionselement als Winkelreflektor ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das in das optische Element einfallende Licht von dem Reflektionselement im Wesentlichen in Richtung einer Lichtquelle, von der das einfallende Licht stammt, zurückgestrahlt.Furthermore, it is preferably provided that the reflection element is designed as a retroreflector. Particularly preferably, the reflection element is designed as an angle reflector. In this embodiment, the light incident in the optical element is reflected back from the reflection element substantially in the direction of a light source from which the incident light originates.

Ferner ist es vorgesehen, dass das optische System gemäß der Erfindung vorzugsweise afokal ausgebildet ist. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße optische System insbesondere zur Kalibrierung einer Lichtquelle, welche einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm in das optische System einstrahlt.Furthermore, it is provided that the optical system according to the invention is preferably formed afokal. In addition, the optical system according to the invention is particularly suitable for calibrating a light source which irradiates a light beam with a wavelength of 1064 nm into the optical system.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Systems sind die erste Linseneinheit, die zweite Linseneinheit, die dritte Linseneinheit und die vierte Linseneinheit jeweils mit einer ersten Fläche und jeweils mit einer zweiten Fläche versehen. Überlegungen haben ergeben, dass es vorteilhaft ist, die erste Fläche und/oder die zweite Fläche einer jeden der vorgenannten Linseneinheiten sphärisch auszubilden.In a further embodiment of the optical system according to the invention, the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and the fourth lens unit are each provided with a first surface and each with a second surface. Considerations have shown that it is advantageous to form the first surface and / or the second surface of each of the aforementioned lens units spherical.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Systems ist durch die folgenden Eigenschaften gegeben: Fläche Radien [mm] Krümmung Öffnungsdurchmesser [mm] Material ne ve Erste Fläche der ersten Linseneinheit -18,3030 konvex 13,6246 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche der ersten Linseneinheit -805,9700 konkav 14,3400 Erste Fläche der zweiten Linseneinheit -14,9616 konvex 10,0525 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche der zweiten Linseneinheit -8,6600 konkav 12,9776 Erste Fläche der dritten Linseneinheit 3,9243 konkav 5,1417 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche der dritten Linseneinheit 7,0790 konvex 7,1341 Erste Fläche der vierten Linseneinheit -34,2288 konvex 7,6871 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche der vierten Linseneinheit 14,1250 konvex 8,3246 An advantageous embodiment of the optical system according to the invention is given by the following properties: surface Radii [mm] curvature Opening diameter [mm] material n e v e First surface of the first lens unit -18.3030 convex 13.6246 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface of the first lens unit -805.9700 concave 14.3400 First surface of the second lens unit -14.9616 convex 10.0525 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface of the second lens unit -8.6600 concave 12.9776 First surface of the third lens unit 3.9243 concave 5.1417 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface of the third lens unit 7.0790 convex 7.1341 First surface of the fourth lens unit -34.2288 convex 7.6871 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface of the fourth lens unit 14.1250 convex 8.3246

In der vorstehenden Tabelle sind die einzelnen Flächen der ersten Linseneinheit, der zweiten Linseneinheit, der dritten Linseneinheit sowie der vierten Linseneinheit genannt, wobei deren Radien, Krümmung und Öffnungsdurchmesser angegeben sind. Ferner ist das Material jeder Linse genannt. Auch sind die Brechzahlen ne und die Abbezahlen ve angegeben.In the above table, the individual areas of the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and the fourth lens unit are mentioned, with their radii, curvature and opening diameter are indicated. Further, the material is called each lens. Also, the refractive indices n e and the Abbe numbers v e are given.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems ist ein bestimmter Ausdehnungskoeffizient vorgesehen, um eine besonders gute Kalibrierung zu ermöglichen. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Ausdehnungskoeffizient der ersten Linseneinheit, der zweiten Linseneinheit, der dritten Linseneinheit und/oder der vierten Linseneinheit derart gewählt ist, dass er in einem Temperaturbereich von -30° C bis 70° C jeweils in einem Bereich von 5,5 × 10-6/K bis 9,5 × 10-6/K, vorzugsweise 6,5 × 10-6/K bis 9,0 × 10-6/K, insbesondere 7,0 × 10-6/K bis 8,5 × 10-6/K liegt. Dabei sind die vorgenannten Grenzwerte der Bereiche mit in den bevorzugten Bereichen eingeschlossen. Die Grenzwerte sind auch als ungefähre Werte zu verstehen. Sie können durchaus noch etwas variieren. Ein Ausdehnungskoeffizient aus den vorgenannten Bereichen ermöglicht es, dass die Kalibrierung der Lichtquelle nicht durch Temperatureinflüsse verschlechtert wird.In a further embodiment of the optical system according to the invention, a certain coefficient of expansion is provided in order to allow a particularly good calibration. Preferably it is provided that the coefficient of expansion of the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and / or the fourth lens unit is selected to be in a range of 5.5 × in a temperature range of -30 ° C to 70 ° C, respectively 10 -6 / K to 9.5 × 10 -6 / K, preferably 6.5 × 10 -6 / K to 9.0 × 10 -6 / K, in particular 7.0 × 10 -6 / K to 8, 5 × 10 -6 / K. The aforementioned limits of the ranges are included in the preferred ranges. The limits are also to be understood as approximate values. You can still vary something. An expansion coefficient of the aforementioned ranges enables the calibration of the light source not to be degraded by temperature effects.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Temperaturkoeffizient dn/dT der ersten Linseneinheit, der zweiten Linseneinheit, der dritten Linseneinheit und/oder der vierten Linseneinheit derart gewählt ist, dass er in einem Bereich von 2,0 × 10-6/K bis 2,7 × 10-6/ K liegt. Auch hier sind die vorgenannten Grenzwerte der Bereiche mit in den bevorzugten Bereichen eingeschlossen. Die Grenzwerte sind auch als ungefähre Werte zu verstehen. Sie können durchaus noch etwas variieren.In yet another embodiment, it is provided that the temperature coefficient dn / dT of the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and / or the fourth lens unit is selected to be in a range of 2.0 × 10 -6 / K is up to 2.7 × 10 -6 / K. Again, the aforementioned limits of the ranges are included in the preferred ranges. The limits are also to be understood as approximate values. You can still vary something.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Systems ist die Blendeneinheit wechselbar ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es möglich, verschiedene Blendeneinheiten in das optische System einzusetzen. Hierdurch wird gewährleistet, dass je nach Bedarf ein anderes Sehfeld und somit eine definierte Feldbegrenzung gewählt werden kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Blendeneinheit einen Durchmesser (also einen Öffnungsdurchmesser) im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm aufweist. Besonders von Vorteil ist die Verwendung einer Blendeneinheit mit einem Durchmesser von 0,2 mm, mit dem ein Sehfeld im Bereich von 1 mrad erzielt werden kann. Die Erfindung ist aber nicht auf das vorgenannte Sehfeld eingeschränkt. Vielmehr weisen besondere Ausführungsformen des optischen Systems ein Sehfeld auf, das im Bereich von 0,5 mrad bis 8 mrad, vorzugsweise im Bereich von 1 mrad bis 5 mrad liegt. Die Auswechslung der Blendeneinheit kann dabei vorzugsweise ohne Austausch von einer oder mehreren der ersten Linseneinheit, der zweiten Linseneinheit, der dritten Linseneinheit und der vierten Linseneinheit erfolgen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, eine Blendeneinheit mit einstellbarer Blendenöffnung zu verwenden, so dass ein Austausch der Blendeneinheit zur Einstellung der Blendenöffnung nicht erfolgen muss.In a further embodiment of the optical system according to the invention, the aperture unit is formed replaceable. In other words, it is possible to use different aperture units in the optical system. This ensures that a different field of view and thus a defined field boundary can be selected as needed. Preferably, it is provided that the aperture unit has a diameter (ie an opening diameter) in the range of 0.1 mm to 1 mm, preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm. Particularly advantageous is the use of a diaphragm unit with a diameter of 0.2 mm, with which a field of view in the range of 1 mrad can be achieved. The invention is not limited to the aforementioned field of view. Rather, particular embodiments of the optical system have a field of view which is in the range of 0.5 mrad to 8 mrad, preferably in the range of 1 mrad to 5 mrad. The replacement of the diaphragm unit can preferably take place without replacement of one or more of the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and the fourth lens unit. In a further embodiment, it is possible to use a diaphragm unit with adjustable diaphragm opening, so that replacement of the diaphragm unit for adjusting the diaphragm opening does not have to take place.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Systems sind die erste Linseneinheit, die zweite Linseneinheit, die dritte Linseneinheit und/oder die vierte Linseneinheit entlang der optischen Achse verstellbar angeordnet. Ferner ist es vorgesehen, vorzugsweise die Blendeneinheit entlang der optischen Achse des optischen Systems verstellbar anzuordnen, wobei die Blendeneinheit vorzugsweise zusätzlich zu einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, drehbar und/oder kippbar ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Blendeneinheit um 1,5° zu der vorgenannten Ebene gekippt angeordnet.In a further embodiment of the optical system according to the invention, the first lens unit, the second lens unit, the third lens unit and / or the fourth lens unit are arranged adjustably along the optical axis. Furthermore, it is provided that the aperture unit is preferably arranged to be adjustable along the optical axis of the optical system, wherein the aperture unit is preferably designed to be rotatable and / or tiltable in addition to a plane which is arranged perpendicular to the optical axis. For example, the aperture unit is tilted by 1.5 ° to the aforementioned level.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems zur Kalibrierung einer Lichtquelle; und
  • 2 eine vereinfachte Darstellung des optischen Systems nach 1.
The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, which is illustrated in the following figures. Show
  • 1 a schematic representation of an optical system for calibration of a light source; and
  • 2 a simplified representation of the optical system according to 1 ,

1 zeigt ein optisches System 1 zur Kalibrierung einer Lichtquelle in Form eines Lasers L. Das optische System 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet, das relativ steif ausgebildet ist. Das steife Gehäuse 2 verhindert, dass bei Wirkung großer Kräfte, wie sie bei einem Transport von der Erde in das Weltall auftreten können, in dem Gehäuse 2 angeordnete Einheiten (die nachfolgend noch näher erläutert werden) beschädigt oder deplaziert werden, so dass eine Kalibrierung der Lichtquelle L, beispielsweise eines in einem Satelliten angeordneten Lasers mit hoher Leistung (beispielsweise im Bereich von 5 Watt bis 15 Watt, insbesondere 10 Watt), stets gewährleistet ist. 1 shows an optical system 1 for calibrating a light source in the form of a laser L , The optical system 1 is in a housing 2 arranged, which is relatively stiff. The rigid housing 2 Prevents the action of large forces, as they can occur in a transport from the earth into space in the housing 2 arranged units (which will be explained in more detail below) are damaged or misplaced, so that a calibration of the light source L For example, arranged in a satellite laser with high power (for example in the range of 5 watts to 15 watts, especially 10 watts), is always guaranteed.

Das optische System 1 weist eine Lichteintrittsseite A auf, wobei Licht L1, L2 des Lasers L in Pfeilrichtung A in das optische System 1 eintritt. Von der Lichteintrittsseite A aus gesehen sind entlang der optischen Achse des optischen Systems 1 ein Filterelement 3 , eine erste Linseneinheit 4 , eine zweite Linseneinheit 5 , eine Blendeneinheit 6 , eine dritte Linseneinheit 7 , eine vierte Linseneinheit 8 , eine λ/4-Platte 11 und ein Winkelreflektor 9 angeordnet. Hinsichtlich der Definition der Begriffe „Linseneinheit“ und „Blendeneinheit“ wird auf weiter oben verwiesen.The optical system 1 has a light entrance side A, wherein light L1 . L2 the laser L in the direction of the arrow A into the optical system 1 entry. From the light entry side A are seen along the optical axis of the optical system 1 a filter element 3 , a first lens unit 4 , a second lens unit 5 , an aperture unit 6 , a third lens unit 7 , a fourth lens unit 8th , a λ / 4 plate 11 and an angle reflector 9 arranged. With regard to the definition of the terms "lens unit" and "aperture unit", reference is made above.

2 zeigt diese Anordnung in einer vereinfachten Darstellung, wobei in 2 die optische Achse mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist und die λ/4-Platte 11 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. 2 shows this arrangement in a simplified representation, wherein in 2 the optical axis with the reference numeral 10 is provided and the λ / 4 plate 11 is not shown for reasons of clarity.

Die erste Linseneinheit 4, die zweite Linseneinheit 5, die dritte Linseneinheit 7 sowie die vierte Linseneinheit 8 sind jeweils aus einer einzelnen Linse gebildet. Auf diese Weise wird das Gewicht des optischen Systems 1 gering gehalten. Wie oben aber erwähnt, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, dass die vorgenannten Linseneinheiten jeweils mit nur einer Linse ausgebildet sind. Vielmehr können die Linseneinheiten auch mehrere Linsen, Linsengruppen und/oder zusammengesetzte Linsen (beispielsweise Kittglieder) umfassen. The first lens unit 4 , the second lens unit 5 , the third lens unit 7 and the fourth lens unit 8th are each formed from a single lens. In this way, the weight of the optical system 1 kept low. As mentioned above, however, the invention is not limited to the fact that the aforementioned lens units are each formed with only one lens. Rather, the lens units may also comprise a plurality of lenses, lens groups, and / or compound lenses (eg, cemented members).

Die Linsen der vorgenannten Linseneinheiten sind aus einem strahlungsfesten Glas gebildet, welches sich besonders gut für die Verwendung im Weltall eignet. Darüber hinaus weist die Linse jeder der vorgenannten Linseneinheiten eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf. Genauer gesagt weist die erste Linseneinheit 4 eine erste Fläche 4a und eine zweite Fläche 4b auf. Die zweite Linseneinheit 5 weist eine erste Fläche 5a und eine zweite Fläche 5b auf. Die dritte Linseneinheit 7 weist wiederum eine erste Fläche 7a und eine zweite Fläche 7b auf. Die vierte Linseneinheit 8 schließlich weist eine erste Fläche 8a und eine zweite Fläche 8b auf. Weitere mögliche Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle: Fläche Radien [mm] Krümmung Öffnungsdurchmesser [mm] Material ne ve 4a -18,3030 konvex 13,6246 BK7G18 1,52170 63,44 4b -805,9700 konkav 14,3400 5a -14,9616 konvex 10,0525 BK7G18 1,52170 63,44 5b -8,6600 konkav 12,9776 7a 3,9243 konkav 5,1417 BK7G18 1,52170 63,44 7b 7,0790 konvex 7,1341 8a -34,2288 konvex 7,6871 BK7G18 1,52170 63,44 8b 14,1250 konvex 8,3246 The lenses of the aforementioned lens units are formed of a radiation-resistant glass, which is particularly well suited for use in outer space. In addition, the lens of each of the aforementioned lens units has a first surface and a second surface. More specifically, the first lens unit 4 a first surface 4a and a second area 4b on. The second lens unit 5 has a first surface 5a and a second area 5b on. The third lens unit 7 again has a first surface 7a and a second area 7b on. The fourth lens unit 8th finally has a first surface 8a and a second area 8b on. Further possible properties are shown in the following table: surface Radii [mm] curvature Opening diameter [mm] material n e v e 4a -18.3030 convex 13.6246 BK7G18 1.52170 63.44 4b -805.9700 concave 14.3400 5a -14.9616 convex 10.0525 BK7G18 1.52170 63.44 5b -8.6600 concave 12.9776 7a 3.9243 concave 5.1417 BK7G18 1.52170 63.44 7b 7.0790 convex 7.1341 8a -34.2288 convex 7.6871 BK7G18 1.52170 63.44 8b 14.1250 convex 8.3246

In der vorstehenden Tabelle sind die einzelnen Flächen 4a, 4b, 5a, 5b, 7a, 7b, 8a sowie 8b der ersten Linseneinheit 4, der zweiten Linseneinheit 5, der dritten Linseneinheit 7 sowie der vierten Linseneinheit 8 genannt, wobei deren Radien, Krümmung und Öffnungsdurchmesser angegeben sind. Ferner ist das Material jeder Linse der einzelnen Linseneinheiten genannt. Auch sind die Brechzahlen ne und die Abbezahlen ve angegeben.In the table above are the individual areas 4a . 4b . 5a . 5b . 7a . 7b . 8a such as 8b the first lens unit 4 , the second lens unit 5 , the third lens unit 7 and the fourth lens unit 8th called, with their radii, curvature and opening diameter are specified. Further, the material of each lens is called the individual lens units. Also, the refractive indices n e and the Abbe numbers v e are given.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle Linseneinheiten aus demselben Material gebildet, beispielsweise dem Glas BK7G18 des Unternehmens Schott. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf dieses Material eingeschränkt ist. Vielmehr können einzelne, mehrere oder auch alle der vorgenannten Linseneinheiten aus einem unterschiedlichen Material gebildet sein, beispielsweise aus dem Glas K5G20 oder SK4G06.In this embodiment, all the lens units are made of the same material, for example the glass BK7G18 of the company Schott. It is expressly understood, however, that the invention is not limited to this material. Rather, individual, several or all of the aforementioned lens units may be formed of a different material, for example of the glass K5G20 or SK4G06.

Ferner weisen die erste Linseneinheit 4, die zweite Linseneinheit 5, die dritte Linseneinheit 7 sowie die vierte Linseneinheit 8 einen bestimmten Ausdehnungskoeffizienten auf. Dieser liegt in einem Temperaturbereich von -30° C bis 70° C für jede der vorgenannten Linseneinheiten bei ca. 6,7 x 10-6/K bis ca. 9,0 x 10-6/K. Beispielweise liegt der Ausdehnungskoeffizient für BK7G18 bei 7,0 x 10-6/K, für das Glas K5G20 bei 9,0 x 10-6/K und für das Glas SK4G06 bei 6,7 x 10-6/K. Im Grunde ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die vorgenannten Linseneinheiten aus einem Material gebildet sind, dessen Ausdehnungskoeffizient im Bereich von 5,5 × 10-6/K bis 9,5 × 10-6/K, beispielsweise im Bereich von 6,5 × 10-6/K bis 9,0 × 10-6/K liegt. Ein Ausdehnungskoeffizient aus diesem Bereich ermöglicht es, dass die Kalibrierung der Lichtquelle nicht durch Temperatureinflüsse verschlechtert wird.Furthermore, the first lens unit 4 , the second lens unit 5 , the third lens unit 7 and the fourth lens unit 8th a certain coefficient of expansion. This is in a temperature range of -30 ° C to 70 ° C for each of the aforementioned lens units at about 6.7 x 10 -6 / K to about 9.0 x 10 -6 / K. For example, the expansion coefficient for BK7G18 is 7.0 x 10 -6 / K, for glass K5G20 9.0 x 10 -6 / K and for glass SK4G06 6.7 x 10 -6 / K. Basically, it is preferably provided that the aforementioned lens units are formed of a material whose coefficient of expansion is in the range of 5.5 × 10 -6 / K to 9.5 × 10 -6 / K, for example in the range of 6.5 × 10 -6 / K to 9.0 × 10 -6 / K. An expansion coefficient from this range makes it possible that the calibration of the light source is not degraded by temperature influences.

Wie oben erwähnt, weist das optische System 1 eine Blendeneinheit 6 auf. Diese ist bei diesem Ausführungsbeispiel wechselbar ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es möglich, verschiedene Blendeneinheiten 6 in das optische System 1 einzusetzen. Hierdurch wird gewährleistet, dass je nach Bedarf ein anderes Sehfeld und somit eine definierte Feldbegrenzung gewählt werden kann. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Blendeneinheit 6 einen Durchmesser (also einen Öffnungsdurchmesser) im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm auf. Besonders von Vorteil ist, wenn die Blendeneinheit 6 mit einem Durchmesser von 0,2 mm versehen ist, mit dem ein Sehfeld im Bereich von 1 mrad erzielt werden kann. Die Erfindung ist aber nicht auf das vorgenannte Sehfeld eingeschränkt. Vielmehr weisen besondere Ausführungsformen des optischen Systems 1 ein Sehfeld auf, das im Bereich von 0,5 mrad bis 8 mrad, vorzugsweise im Bereich von 1 mrad bis 5 mrad liegt. Alternativ zu der vorgenannten Blendeneinheit 6 ist es auch möglich, eine Blendeneinheit mit einstellbarer Blendenöffnung zu verwenden.As mentioned above, the optical system 1 a panel unit 6 on. This is formed replaceable in this embodiment. In other words, it is possible to use different aperture units 6 into the optical system 1 use. This ensures that a different field of view and thus a defined field boundary can be selected as needed. In the embodiment shown in the figures, the aperture unit 6 a diameter (ie, an opening diameter) in the range of 0.1 mm to 1 mm, preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm. It is particularly advantageous if the aperture unit 6 is provided with a diameter of 0.2 mm, with the one Field of view can be achieved in the range of 1 mrad. The invention is not limited to the aforementioned field of view. Rather, have particular embodiments of the optical system 1 a field of view which is in the range of 0.5 mrad to 8 mrad, preferably in the range of 1 mrad to 5 mrad. Alternatively to the aforementioned aperture unit 6 It is also possible to use a diaphragm unit with adjustable aperture.

Diese weist bei einer besonderen Ausführungsform dieselben Eigenschaften hinsichtlich des Öffnungsdurchmessers wie die Blendeneinheit 6 auf.In a particular embodiment, this has the same characteristics with regard to the opening diameter as the diaphragm unit 6 on.

Der Winkelreflektor 9 ist ein Retroreflektor und ist aus einem Quarz gebildet. Der Winkelreflektor 9 weist eine Lichteintrittsseite und zumindest zwei reflektierende Flächen auf, nämlich eine erste reflektierende Fläche 9a und eine zweite reflektierende Fläche 9b . Die Lichteintrittsseite ist gleichzeitig die Lichtaustrittsseite für im Winkelreflektor 9 reflektiertes Licht. Die erste reflektierende Fläche 9a und die zweite reflektierende Fläche 9b sind mit einem Metall beschichtet. Die mit Metall beschichteten reflektierenden Flächen gewährleisten zusammen mit der bereits oben genannten λ/4-Platte 11, dass der Polarisationszustand (genauer gesagt die lineare Polarisation) des in das optische System 1 einfallenden Lichts und der Polarisationszustand des vom Winkelreflektor 9 reflektierten Lichts erhalten bleibt (also gleich ist).The angle reflector 9 is a retro reflector and is made of a quartz. The angle reflector 9 has a light entry side and at least two reflective surfaces, namely a first reflective surface 9a and a second reflective surface 9b , The light entrance side is at the same time the light exit side for in the angle reflector 9 reflected light. The first reflective surface 9a and the second reflective surface 9b are coated with a metal. The metal-coated reflective surfaces together with the above-mentioned λ / 4 plate 11 in that the state of polarization (more precisely, the linear polarization) of the optical system 1 incident light and the polarization state of the angle reflector 9 reflected light is maintained (that is the same).

Bei dem in den beiden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel des optischen Systems 1 sind die erste Linseneinheit 4, die zweite Linseneinheit 5, die dritte Linseneinheit 7 und die vierte Linseneinheit 8 entlang der optischen Achse 10 verstellbar angeordnet. Ferner ist die Blendeneinheit 6 entlang der optischen Achse 10 des optischen Systems 1 verstellbar angeordnet. Die verstellbare Anordnung gewährleistet eine ausreichende Fokussierung des im optischen System 1 laufenden Lichtstrahls, so dass eine gute Kalibrierung ermöglicht wird.In the embodiment of the optical system shown in the two figures 1 are the first lens unit 4 , the second lens unit 5 , the third lens unit 7 and the fourth lens unit 8th along the optical axis 10 arranged adjustable. Further, the aperture unit 6 along the optical axis 10 of the optical system 1 arranged adjustable. The adjustable arrangement ensures sufficient focusing of the optical system 1 current light beam, so that a good calibration is possible.

Die Blendeneinheit 6 ist in einer Bewegungsvorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet, mit der die Blendeneinheit 6 entlang der optischen Achse 10 verschiebbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Blendeneinheit 6 an den Ort eines Zwischenbildes zu justieren. Ferner ist die Bewegungsvorrichtung mit Rotationseinheiten versehen, so dass die Blendeneinheit 6 zu einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse 10 angeordnet und durch die x-Achse sowie die y-Achse aufgespannt ist, drehbar (beispielsweise um die x-Achse) und/oder kippbar (beispielsweise um die y-Achse) ausgebildet. In 2 ist ein entsprechendes Koordinatensystem angegeben, wobei die y-Achse senkrecht zur x-Achse und senkrecht zur z-Achse angeordnet ist (und somit senkrecht auf der Blattebene der 2 steht). Eine Drehung und/oder Verkippung ist von Vorteil, um eventuell vorhandene Reflexe an der Blendeneinheit 6 aus dem Sehfeld herauszufiltern.The aperture unit 6 is arranged in a moving device (not shown), with which the aperture unit 6 along the optical axis 10 is displaceable. In this way it is possible to use the aperture unit 6 to adjust to the location of an intermediate image. Furthermore, the movement device is provided with rotation units, so that the aperture unit 6 to a plane perpendicular to the optical axis 10 arranged and through the x Axis as well as the y -Axis is spanned, rotatable (for example, to the x -Axis) and / or tiltable (for example, around the y -Axis) formed. In 2 a corresponding coordinate system is specified, wherein the y -Axis perpendicular to x -Axis and perpendicular to z -Axis is arranged (and thus perpendicular to the leaf plane of the 2 stands). A rotation and / or tilt is beneficial to any reflections on the aperture unit 6 to filter out of the field of view.

Vorzugsweise ist die Blendeneinheit 6 um 1,5° zu der vorgenannten Ebene gekippt angeordnet. Die Erfindung ist auf diesen Wert aber nicht eingeschränkt, sondern der vorgenannte Wert ist als untere Grenze zu verstehen. Es können auch andere Winkel größer als 1,5° zur Verkippung gewählt werden, beispielsweise aus einem Bereich von 1,5° bis 10°.Preferably, the aperture unit 6 arranged tilted at 1.5 ° to the aforementioned level. The invention is not limited to this value, but the above value is to be understood as the lower limit. It is also possible to choose other angles greater than 1.5 ° for tilting, for example from a range of 1.5 ° to 10 °.

Die vorzugsweise aus einem Quarz gebildete λ/4-Platte 11 ist derart angeordnet, dass die schnelle Achse der λ/4-Platte 11 um 45° gekippt zur Ebene angeordnet ist, die durch die x-Achse und die z-Achse aufgespannt ist.The preferably formed of a quartz λ / 4 plate 11 is arranged such that the fast axis of the λ / 4 plate 11 tilted at 45 ° to the plane, which is through the x Axis and the z -Axis is spanned.

Das beispielhaft beschriebene optische System 1 eignet sich besonders gut zur Kalibrierung einer Lichtquelle, insbesondere eines Lasers mit hoher Leistung. Das erfindungsgemäße optische System 1 gewährleistet es nämlich, dass die Leistungsdichte auf den einzelnen Einheiten des optischen Systems 1 derart gering bleibt, dass diese nicht geschädigt werden. Das erfindungsgemäße optische System 1 stellt sicher, dass der Laserstrahl von hoher Leistung nicht fokussiert auf einer kleinen Fläche im optischen System 1 auftrifft (beispielsweise mit einem Strahldurchmesser von 1 mm), sondern der Laserstrahl als Strahlbündel mit einem Strahldurchmesser von ungefähr 8 mm bis 12 mm, beispielsweise 10 mm auftrifft. Auf diese Weise ist die Leistungsdichte in einer Größenordnung (beispielsweise im Bereich von ca. 0,015 W/mm2), die eine Schädigung beim Auftreffen auf die einzelnen Einheiten des optischen Systems 1 vermeidet.The exemplified optical system 1 is particularly suitable for calibration of a light source, in particular a high-power laser. The optical system according to the invention 1 This ensures that the power density on the individual units of the optical system 1 remains so low that they are not damaged. The optical system according to the invention 1 Ensures that the laser beam of high power does not focus on a small area in the optical system 1 incident (for example, with a beam diameter of 1 mm), but the laser beam impinges as a beam with a beam diameter of about 8 mm to 12 mm, for example 10 mm. In this way, the power density is on the order of magnitude (e.g., in the range of about 0.015 W / mm 2 ), which is damage upon impact with the individual units of the optical system 1 avoids.

Die Qualität des Winkelreflektors 9 ist dabei derart gewählt, dass er eine Reflektionsgenauigkeit (Winkelfehler) von einer Bogensekunde aufweist. Somit wird hierdurch ein Winkelfehler für die reflektierte Strahlung von weniger als einer Bogensekunde erzeugt. Dies ist für eine Kalibrierung besonders von Vorteil.The quality of the angle reflector 9 is chosen such that it has a reflection accuracy (angle error) of one arc second. Thus, this produces an angular error for the reflected radiation of less than one arcsecond. This is particularly advantageous for a calibration.

Ferner ist es möglich, mittels der Blendeneinheit 6 das Sehfeld des optischen Systems 1 zu bestimmen, so dass eine Kalibrierung der Lichtquelle besonders gut erfolgen kann.Furthermore, it is possible by means of the diaphragm unit 6 the field of view of the optical system 1 so that a calibration of the light source can be done very well.

Wie oben bereits erwähnt sind die Eigenschaften der Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, nicht immer konstant. Nachfolgend wird dies anhand eines Lasers als Lichtquelle näher erläutert. Aufgrund mechanischer und/oder elektronischer Gegebenheiten unterliegen die Eigenschaften des Lasers gewissen Schwankungen. Beispielsweise können sich in einem Laser angeordnete Spiegeleinheiten verstellen. Insbesondere können sich durch diese Gegebenheiten die Intensität, die Richtung und/oder die Polarisation des Laserstrahls verstellen, insbesondere wenn der Laser hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt war (beispielsweise bei einem Transport mit einer Rakete in das Weltall). Um die Eigenschaften des Lasers festzustellen und mögliche Abweichungen von einem Normwert auszumessen (also um den Laser zu kalibrieren), wird das optische System 1 verwendet. Zur Kalibrierung wird Licht des Lasers durch die Lichteintrittsseite A des optischen Systems 1 in das optische System 1 eingeführt und durch das Filterelement 3, die erste Linseneinheit 4, die zweite Linseneinheit 5, die Blendeneinheit 6, die dritte Linseneinheit 7, die vierte Linseneinheit 8 und den Winkelreflektor 9 geführt. Der Winkelreflektor 9 reflektiert das einfallende Licht wieder zurück, so dass die weiteren Einheiten des optischen Systems 1 erneut durchlaufen werden, aber in umgekehrter Reihenfolge wie das einfallende Licht der Lasers. Nach Verlassen des optischen Systems 1 wird das reflektierte Licht dann mittels eines Detektors D detektiert und ausgewertet. Nach der Auswertung können mögliche Abweichungen von den entsprechenden Normwerten der einzelnen Eigenschaften (beispielsweise Intensität, Richtung und/oder Polarisation des Lasers) durch Einstellung von Einheiten des Lasers gegebenenfalls wieder korrigiert werden.As already mentioned above, the properties of the light source, in particular of a laser, are not always constant. This will be explained in more detail below using a laser as the light source. Due to mechanical and / or electronic conditions, the properties of the laser are subject to certain fluctuations. For example, mirror units arranged in a laser can be adjusted. In particular, the intensity, the direction and / or the polarization of the laser beam can be adjusted by these circumstances, in particular if the laser was exposed to high acceleration forces (for example, when transported with a rocket into space). In order to determine the properties of the laser and to measure possible deviations from a standard value (ie to calibrate the laser), the optical system becomes 1 used. For calibration, light from the laser is transmitted through the light entrance side A of the optical system 1 into the optical system 1 introduced and through the filter element 3 , the first lens unit 4 , the second lens unit 5 , the aperture unit 6 , the third lens unit 7 , the fourth lens unit 8th and the angle reflector 9 guided. The angle reflector 9 reflects the incident light back, leaving the other units of the optical system 1 be run again, but in reverse order as the incident light of the laser. After leaving the optical system 1 the reflected light is then detected and evaluated by means of a detector D. After the evaluation, possible deviations from the corresponding standard values of the individual properties (for example intensity, direction and / or polarization of the laser) can optionally be corrected again by setting units of the laser.

Das erfindungsgemäße optische System 1 ist kompakt aufgebaut und unempfindlich gegen auf das optische System 1 wirkende Kräfte ausgestaltet. Ferner ist das optische System 1 aus Einheiten zusammensetzbar, die unempfindlich gegenüber einem Temperaturwechsel sind. Demnach ist das optische System 1 athermal ausgebildet. Hierzu wird auch auf die Ausführungen weiter oben verwiesen.The optical system according to the invention 1 is compact and insensitive to the optical system 1 acting forces designed. Further, the optical system 1 from units which are insensitive to a change in temperature. Accordingly, the optical system 1 trained athermal. Reference is also made to the comments above.

Claims (15)

Optisches System (1) zur Kalibrierung einer Lichtquelle, wobei - das optische System (1) eine optische Achse (10) und eine Lichteintrittsseite (A) aufweist, an der Licht einer Lichtquelle in das optische System (1) eintritt, - das optische System (1) mindestens eine erste Linseneinheit (4), mindestens eine zweite Linseneinheit (5), mindestens eine dritte Linseneinheit (7) sowie mindestens ein Reflektionselement (9) aufweist, - des Weiteren mindestens eine vierte Linseneinheit (8) und mindestens eine Blendeneinheit (6) bei dem optischen System (1) vorgesehen sind, und wobei - von der Lichteintrittsseite (A) ausgehend und von der Lichteintrittsseite (A) weg weisend die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die Blendeneinheit (6), die dritte Linseneinheit (7), die vierte Linseneinheit (8) und das Reflektionselement (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass - das optische System (1) derart ausgebildet ist, dass das Licht von der Lichteintrittsseite (A) ausgehend durch die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die Blendeneinheit (6), die dritte Linseneinheit (7), die vierte Linseneinheit (8) und das Reflektionselement (9) geführt wird, und dass - das Reflektionselement (9) zur Reflektion des einfallenden Lichts derart ausgebildet ist, dass das reflektierte Licht zunächst die vierte Linseneinheit (8), dann die dritte Linseneinheit (7), dann die Blendeneinheit (6), dann die zweite Linseneinheit (5) und dann die erste Linseneinheit (4) durchläuft. An optical system (1) for calibrating a light source, wherein - the optical system (1) has an optical axis (10) and a light entrance side (A) at which light from a light source enters the optical system (1), - the optical system (1) at least one first lens unit (4), at least one second lens unit (5), at least one third lens unit (7) and at least one reflection element (9), - furthermore at least one fourth lens unit (8) and at least one aperture unit ( 6) are provided in the optical system (1), and wherein - starting from the light entry side (A) and away from the light entry side (A) facing away from the first lens unit (4), the second lens unit (5), the aperture unit (6) , the third lens unit (7), the fourth lens unit (8) and the reflection element (9) are arranged, characterized in that - the optical system (1) is formed such that the light from the light entrance side (A) starting d by the first lens unit (4), the second lens unit (5), the aperture unit (6), the third lens unit (7), the fourth lens unit (8) and the reflection element (9) is guided, and that - the reflection element (9 for reflecting the incident light such that the reflected light is first the fourth lens unit (8), then the third lens unit (7), then the aperture unit (6), then the second lens unit (5) and then the first lens unit (5) 4) goes through. Optisches System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die dritte Linseneinheit (7) und die vierte Linseneinheit (8) jeweils aus einer einzelnen Linse bestehen.Optical system (1) after Claim 1 , characterized in that the first lens unit (4), the second lens unit (5), the third lens unit (7) and the fourth lens unit (8) each consist of a single lens. Optisches System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vierten Linseneinheit (8) und dem Reflektionselement (9) mindestens eine Viertelwellenplatte (11) angeordnet ist.Optical system (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that between the fourth lens unit (8) and the reflection element (9) at least a quarter wave plate (11) is arranged. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Linseneinheit (4) aus in Richtung der Lichteintrittsseite (A) gesehen mindestens ein Filterelement (3) angeordnet ist.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that viewed from the first lens unit (4) in the direction of the light entry side (A) at least one filter element (3) is arranged. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionselement (9) als Winkelreflektor ausgebildet ist.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection element (9) is designed as an angle reflector. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) afokal ausgebildet ist. Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system (1) is formed afokal. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) zur Kalibrierung einer Lichtquelle dient, welche einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm in das optische System (1) einstrahlt.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system (1) serves to calibrate a light source which irradiates a light beam with a wavelength of 1064 nm into the optical system (1). Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die dritte Linseneinheit (7) und die vierte Linseneinheit (8) jeweils eine erste Fläche (4a, 5a, 7a, 8a) und jeweils eine zweite Fläche (4b, 5b, 7b, 8b) aufweisen, wobei die erste Fläche (4a, 5a, 7a, 8a) und/oder die zweite Fläche (4b, 5b, 7b, 8b) einer jeden der vorgenannten Linseneinheiten (4, 5, 7, 8) sphärisch ausgebildet ist/sind.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first lens unit (4), the second lens unit (5), the third lens unit (7) and the fourth lens unit (8) each have a first surface (4a, 5a , 7a, 8a) and each having a second surface (4b, 5b, 7b, 8b), wherein the first surface (4a, 5a, 7a, 8a) and / or the second surface (4b, 5b, 7b, 8b) of a each of the aforementioned lens units (4, 5, 7, 8) is / are spherical. Optisches System (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) die folgenden Eigenschaften aufweist: Fläche Radien [mm] Krümmung Öffnungsdurchmesser [mm] Material ne ve Erste Fläche (4a) der ersten Linseneinheit (4) -18,3030 Konvex 13,6246 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche (4b) der ersten Linseneinheit (4) - 805,9700 Konkav 14,3400 Erste Fläche (5a) der zweiten Linseneinheit (5) -14,9616 konvex 10,0525 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche (5b) der zweiten Linseneinheit (5) -8,6600 konkav 12,9776. Erste Fläche (7a) der dritten Linseneinheit (7) 3,9243 konkav 5,1417 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche (7b) der dritten Linseneinheit (7) 7,0790 konvex 7,1341 , , Erste Fläche (8a) der vierten Linseneinheit (8) -34,2288 konvex 7,6871 BK7G18 1,52170 63,44 Zweite Fläche (8b) der vierten Linseneinheit (8) 14,1250 konvex 8,3246
Optical system (1) after Claim 8 , characterized in that the optical system (1) has the following properties: surface Radii [mm] curvature Opening diameter [mm] material n e v e First surface (4a) of the first lens unit (4) -18.3030 Convex 13.6246 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface (4b) of the first lens unit (4) - 805.9700 Concave 14.3400 First surface (5a) of the second lens unit (5) -14.9616 convex 10.0525 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface (5b) of the second lens unit (5) -8.6600 concave 12.9776. First surface (7a) of the third lens unit (7) 3.9243 concave 5.1417 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface (7b) of the third lens unit (7) 7.0790 convex 7.1341 . . First surface (8a) of the fourth lens unit (8) -34.2288 convex 7.6871 BK7G18 1.52170 63.44 Second surface (8b) of the fourth lens unit (8) 14.1250 convex 8.3246
Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehnungskoeffizient der ersten Linseneinheit (4), der zweiten Linseneinheit (5), der dritten Linseneinheit (7) und/oder der vierten Linseneinheit (8) in einem Temperaturbereich von -30°C bis 70°C jeweils in einem Bereich von 5,5 × 10-6/K bis 9,5 × 10-6/K, vorzugsweise 6,5 × 10-6/K bis 9,0 × 10-6/K, insbesondere 7,0 × 10-6/K bis 8,5 × 10-6/K liegt.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion coefficient of the first lens unit (4), the second lens unit (5), the third lens unit (7) and / or the fourth lens unit (8) in a temperature range of -30 ° C to 70 ° C each in a range of 5.5 × 10 -6 / K to 9.5 × 10 -6 / K, preferably 6.5 × 10 -6 / K to 9.0 × 10 - 6 / K, in particular 7.0 × 10 -6 / K to 8.5 × 10 -6 / K. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendeneinheit (6) wechselbar ausgebildet ist.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm unit (6) is designed to be replaceable. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendeneinheit (6) einen Öffnungsdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 1mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2mm bis 0,5mm aufweist. Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the aperture unit (6) has an opening diameter in the range of 0.1 to 1 mm, preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sehfeld des optischen Systems (1) im Bereich von 0,5 mrad bis 8 mrad, vorzugsweise im Bereich von 1 mrad bis 5 mrad liegt.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the field of view of the optical system (1) is in the range from 0.5 mrad to 8 mrad, preferably in the range from 1 mrad to 5 mrad. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (4), die zweite Linseneinheit (5), die dritte Linseneinheit (7) und/oder die vierte Linseneinheit (8) entlang der optischen Achse (10) verstellbar angeordnet sind.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first lens unit (4), the second lens unit (5), the third lens unit (7) and / or the fourth lens unit (8) along the optical axis (10 ) are arranged adjustable. Optisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendeneinheit (6) entlang der optischen Achse (10) des optischen Systems (1) verstellbar angeordnet ist und dass die Blendeneinheit (6) zu einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse (10) angeordnet ist, drehbar und/oder kippbar ausgebildet ist.Optical system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm unit (6) along the optical axis (10) of the optical system (1) is adjustably arranged and that the diaphragm unit (6) to a plane perpendicular to optical axis (10) is arranged, is rotatable and / or tiltable.
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