DE10215889A1

DE10215889A1 - Kippvorrichtung für einen Träger von optischen Elementen

Info

Publication number: DE10215889A1
Application number: DE10215889A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Weber; Hubert Holderer; Alexander Kohl
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2002-10-17
Also published as: US20020171952A1; JP2003005003A; US7014328B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kippvorrichtung für einen Träger von optischen Elementen mit wenigstens zwei optischen Flächen (1, 2), die gemeinsam auf einem Träger (3) angeordnet und in einem festen Winkel zueinander fixiert sind, wobei der Träger (3) über Gelenkverbindungen an einer Grundplatte (9) befestigt ist. Der Träger (3) ist um drei Kippachsen (31, 32, 33) schwenkbar, wobei eine erste Kippachse (31) vorzugsweise in der Ebene (1a) der ersten optischen Fläche (1) liegt und sich normal zu der Ebene (2a) der zweiten optischen Fläche (2) erstreckt, wobei die zweite Kippachse (32) vorzugsweise in der Ebene (2a) der wenigstens zweiten optischen Fläche (2) liegt und sich normal zu der Ebene (1a) der ersten optischen Fläche (1) erstreckt, und wobei die dritte Kippachse (33) parallel zur Schnittgeraden der beiden Ebenen (1a, 1b) des optischen Element (1, 2) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kippvorrichtung für einen Träger von optischen Elementen mit wenigstens zwei optischen Flächen, die gemeinsam auf einem Träger angeordnet sind, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Bei optischen Systemen mit mehreren optischen Achsen werden die Lichtstrahlen durch Spiegel, Prismen oder Strahlteiler umge lenkt. Hierzu ist es z. B. bekannt, zwei Planspiegel, die einen fixen Winkel zwischen sich bilden, auf einem gemeinsamen Träger anzuordnen. Die dem Träger benachbarten optischen Elemente müs sen untereinander genau aufeinander ausgerichtet sein, wozu z. B. auch die Einhaltung von exakten Luftabständen gehört. Wenn die Luftabstände abgestimmt und die drei Raumwinkel des Trägers vorjustiert sind, ergeben sich bei der Feinjustage der Raumwin kel Probleme. Wird der Kippwinkel einer der beiden optischen Flächen geändert, so wirkt sich diese Änderung für die andere optische Fläche ebenfalls in einer Kipp- und Luftabstandsände rung aus, da beide optischen Flächen fest zueinander fixiert sind. Aus diesem Grund sind dann unter Umständen mehrere auf wendige Nachjustiervorgänge erforderlich. Der Träger muß somit in mindestens fünf Freiheitsgraden justiert werden. Wenn der genaue Ort des Trägers vorher justiert wird, muß dieser für ei ne Orientierungsjustage nur noch um drei räumlich angeordnete Achsen gekippt werden.

Bei bekannten Kippvorrichtungen für Spiegel ist nun eine Kipp winkeländerung bei einem der beiden Spiegel auch mit einer Ort sänderung des Spiegelträgers verbunden. Der Ort des Spiegelträ gers wird beispielhaft über einen Referenzpunkt RP definiert, der einen bestimmten Abstand a zu einem benachbarten optischen Element und einem bestimmten Abstand b zu einem anderen opti schen Element aufweist. Bei bekannten Kippwinkeländerungen für einen Spiegel verschiebt sich der Referenzpunkt, womit sich auch die Maße a und b ändern und damit auch der Ort des Spie gelträgers. In nachteiliger Weise wird deshalb eine Nachkorrek tur für den Ort des Spiegelträgers und der Maße a oder b not wendig.

Dies bedeutet, es liegen zwei Probleme vor. Läßt man die Luftabstände unverändert bzw. richtet diese ein, dann muß die Vorrichtung ortsmäßig vorher exakt justiert werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß man keinen Referenzpunkt zum Ju stieren benötigt.

Bei einer zweiten, einfacheren Verstellart benötigt man hinge gen einen Referenzpunkt. In diesem Fall hat man aber noch nicht die Luftabstände und eine Justierung ist über ein Bild oder über eine optische Abbildung mangels Fehlen einer Abbildung un ter Umständen nicht möglich. Zur Abstimmung der Luftabstände muß dann der Spiegelträger noch entsprechend um den festgeleg ten Referenzpunkt RP gedreht werden. Bei der zuerst genannten Möglichkeit, wobei die Luftabstände eingerechnet sind, kann für die Feinjustierung der Kippung bereits ein optisches Bild vor liegen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kippvorrichtung für Träger von mehreren optischen Elementen zu schaffen, bei der sich eine Kippänderung an einem optischen Element, z. B. einem Planspiegel oder einem Strahlteiler, nicht oder wenigstens nur unbedeutend auf das oder die anderen opti schen Elemente auswirkt. Dabei soll eine Justierung des Trägers in drei Raumrichtungen möglich werden und sich gegebenenfalls der Ort des Trägers oder die Luftabstände zu den benachbarten optischen Elementen nicht ändern, so daß Nachjustierungen ent fallen.

In einer ersten Lösung wird gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, daß der Träger um drei Kippachsen schwenkbar ist, wobei eine erste Kippachse zum Kippen der ersten optischen Fläche sich normal zu der Ebene der zweiten optischen Fläche erstreckt, wobei die zweite Kippachse zum Kippen der zweiten optischen Fläche sich normal zu der Ebene der ersten optischen Fläche erstreckt, und wobei die dritte Kippachse parallel zur Schnittgeraden der bei den Ebenen der optischen Flächen liegt.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die erste Kippachse im Durchstoßpunkt der optischen Achse auf der Ebene der ersten optischen Fläche liegt und daß die zweite Kippachse im Durchstoßpunkt der optischen Achse auf der Ebene der zweiten optischen Fläche liegt.

Durch diese Ausgestaltung sind die geringsten Verschiebewege für das optische Element nötig.

Wenn die vorstehend genannten drei Bedingungen erfüllt sind, sind Kippjustagen einer der beiden optischen Flächen ohne eine Dejustage der jeweils anderen optischen Fläche und ohne eine Luftabstandsänderung möglich. Rein konstruktiv kann hierzu z. B. der Träger kardanisch an einer Grundplatte befestigt sein.

Das optische Element kann zwei Spiegel als optische Flächen aufweisen. Ebenso kann das optische Element ein Strahlteiler sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorge sehen sein, daß die Kippgelenke durch Festkörpergelenke gebil det werden.

Da für eine Verstellung nur geringe Wege erforderlich sind eig nen sich hier insbesondere Festkörpergelenke, da durch sie sehr exakte und reproduzierbare Verschiebungen möglich sind.

Da in der Praxis nur sehr kleine Verstellwinkel auftreten, kann man die Verstellung als linear betrachten und in einer verein fachten Ausführungsform der Erfindung deshalb die Kippachsen in Form von Viergelenkmechanismen ausbilden, wobei der Momen tandrehpol jeweils auf den gewünschten Achsen liegen kann.

In einer zweiten Lösung gemäß Anspruch 8 ist eine vereinfachte Kippvorrichtung beschrieben, wobei der Träger um mehrere Kip pachsen schwenkbar ist, die alle durch einen Referenzpunkt (RP) verlaufen, welcher auf dem Träger angeordnet ist.

Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung treten dann im Referenz punkt RP keine translatorischen Verschiebungen auf, die eine Ortsänderung bedeuten würden. Zur Festlegung der Luftabstände ist dann der Träger von dem Referenzpunkt RP aus zu drehen. Da bei bleiben jedoch die Einbaumaße a und b erhalten, da der Trä ger nicht mehr verschoben wird.

Die vereinfachte Kippvorrichtung ist für alle Bauteile verwend bar, die man in mindestens fünf Freiheitsgraden justieren muß. Dies ist somit z. B. auch für Prismen und Strahlteilerwürfel möglich.

In einer vorteilhaften Weise ist dabei vorgesehen, daß als Re ferenzpunkt RP die Spitze des Trägers bzw. der Schnittpunkt der beiden Spiegelebenen verwendet wird.

Auch hier können in vorteilhafter Weise zum Verstellen der Kippachsen Festkörpergelenke vorgesehen sein.

Im Vergleich zu der in Anspruch 1 genannten Lösung wird dabei die Kippvorrichtung zwar einfacher, aber da möglicherweise schon bei kleinen Kippdezentrierungen der Träger noch kein Bild oder eine optische Abbildung vorliegt, kann die Vorrichtung nur durch Versuch oder Messung der Kippwinkel justiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nach folgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik mit zwei auf einem Spiegelträger angeordneten Planspiegeln,

Fig. 2 einen Spiegel mit einer Darstellung verschiedener Be wegungsrichtungen,

Fig. 3 eine Abbildung mit einer Kippung eines Spiegels um ei ne Kippachse,

Fig. 4 eine Abbildung mit einer Kippung des zweiten Spiegels um eine Kippachse,

Fig. 5 eine Abbildung mit einer Kippung des ersten Spiegels um eine weitere Kippachse,

Fig. 6 eine Abbildung mit einer Kippung um die Kippachse ge mäß Fig. 5, wobei die Kippachse sich an einer anderen Stelle befindet,

Fig. 7 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Linie VII-VII der Fig. 8,

Fig. 8 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Blickrichtung gemäß Pfeil VIII in der Fig. 7,

Fig. 9 einen Ansicht aus Blickrichtung gemäß Pfeil IX nach der Fig. 7,

Fig. 10 einen Spiegelträger mit zwei Planspiegeln mit der Dar stellung verschiedener Bewegungsrichtungen,

Fig. 11 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 12 einen Spiegelträger nach der Fig. 10 mit einem Refe renzpunkt (RP),

Fig. 13 eine konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Fig. 11 nach dem Schnitt gemäß Linie XIII-XIII der Fig. 14,

Fig. 14 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 13 aus Pfeilrichtung XIV,

Fig. 15 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 13 aus Pfeilrichtung XV, und

Fig. 16 in prinzipmäßiger Darstellung einen Strahlteilerwür fel, der auf einem Manipulator zur dessen Lageeinstel lung angeordnet ist.

Zwei Planspiegel 1 und 2 sind gemäß Fig. 1 auf einem Träger, nämlich einem Spiegelträger 3 in einem festen Winkel zueinander fixiert. Der Spiegelträger 3 ist fest mit einer Oberplatte 4 verbunden. Die Oberplatte 4 ist so auf einer Kugel 5 und Stell schrauben 6, 7 und 8 gelagert, daß mit einer Stellschraube 6 ein Kipp um die ϕ_x-Achse eingestellt werden kann. Mit der Stellschraube 7, die in der Tiefe zur Zeichenebene versetzt ist, wird ein Kipp um die ϕ_y-Achse und mit der Stellschraube 8 ein Kipp um die ϕ_z-Achse eingestellt. Alle drei Kippachsen lau fen durch den Mittelpunkt der Kugel 5. Die Kugel 5 und die Stellschrauben 6, 7 und 8 sind in der Grundplatte 9 gelagert, die wiederum fest mit der Außenwelt, z. B. der Fassung eines Ob jektives, verbunden ist. Mit einer Zugfeder 10 zwischen der Oberplatte 4 und der Grundplatte 9 wird die Oberplatte 4 gegen die Kugel 5 und die Stellschrauben 7 und 8 gedrückt.

Der Spiegelträger 3 soll nun auf die optischen Achsen 11, 12, 13 und 14 ausgerichtet werden, wobei auch die Luftabstände 21, 22, 23 und 24 zu den benachbarten optischen Elementen, z. B. Linsen 15, 16, 17 und 18, eingehalten werden müssen.

Wenn die optischen Achsen 11, 12, 13 und 14 in einer Ebene lie gen, muß der Spiegelträger 3 in fünf Maßen, zwei Luftabständen und den drei Raumwinkeln ϕ_x, ϕ_y und ϕ_z ausgerichtet werden. Da in Fig. 1 alle optischen Achsen 11 bis 14 in einer Ebene lie gen sollen, bildet eine Verschiebung des Spiegelträgers normal zur Zeichenebene die Spiegel 1 und 2 wieder in sich ab, so daß der Ort des Spiegelträgers 3 senkrecht zur Zeichenebene nicht abgestimmt werden muß. Es ist daher eine Abstimmung nur in fünf statt sechs Maßen notwendig.

Der Ort des Spiegelträgers 3 in der Zeichenebene wird nur durch zwei Luftabstände bestimmt, die anderen beiden Luftabstände er geben sich automatisch, weil die dem Spiegelträger 3 benachbar ten optischen Elemente 15 bis 18 untereinander genau aufeinan der ausgerichtet sein müssen.

Wenn die Luftabstände 21 bis 24 abgestimmt und die drei Raum winkel des Spiegelträgers 3 vorjustiert sind, ist es bei der Feinjustage der drei Raumwinkel hilfreich, den Spiegelträger 3 ohne Änderung der Luftabstände 21 bis 24 kippen zu können, da sonst eine neue Luftabstandsänderung und daraus eventuell auch eine neue Winkeljustage notwendig wird.

Genauso störend wirken sich bei der Kippjustage des Spiegels 1 Kippänderungen am anderen Spiegel 2 und umgekehrt aus.

Wie aus der Fig. 1, die den Stand der Technik beschreibt, er sichtlich ist, war bisher eine Kippwinkeländerung bei einem der beiden Spiegel mit einer Kipp- und Luftabstandsänderung des an deren Spiegels gekoppelt, da beide Spiegel fest zueinander auf dem Spiegelträger fixiert sind. Wird also ein Spiegel im Kipp justiert, müssen auch der Kipp- und der Luftabstand des anderen Spiegels nachkorrigiert werden, was zu einem neuen Justage durchgang führt.

Dies bedeutet, bei der bekannten Vorrichtung ist eine Kippwin keländerung bei einem Spiegel auch mit einer Änderung der Luftabstände 21 bis 24 und mit einer Kippänderung des anderen Spiegels verbunden.

Wird beispielsweise der ϕ_z-Kippwinkel des Spiegels 1 einge stellt, dann ändern sich aber auch die Luftabstände 21, 22, 23 und 24, weil der Punkt 19, der Schnittpunkt der optischen Achse 11 mit der Spiegelebene 1, und der Punkt 20, der Schnittpunkt der optischen Achse 13 mit der Spiegelebene 2, gemäß dem Vektor v_19z bzw. gemäß dem Vektor v_20z verschoben werden.

Die Normalkomponente der Verschiebung v_19z zur Spiegelebene 1 führt zu Längenänderungen der Luftabstände 21 und 22; die Nor malkomponente der Verschiebung v_20z zur Spiegelebene 2 führt zu Längenänderungen der Luftabstände 23 und 24.

Die ϕ_z-Kippwinkeljustage eines Spiegels ist wegen dem festen Verbund durch den Spiegelträger 3 zwangsläufig mit der ϕ_z- Kippwinkeljustage des anderen Spiegels gekoppelt. Eine Trennung der ϕ_z-Kippbewegung ist bei einem gemeinsamen Träger für beide Spiegel nicht möglich.

Bei der ϕ_z-Kippwinkeljustage können als Verbesserung nur Luftabstandsänderungen vermieden werden.

Bei der Justage des ϕ_x- und ϕ_y-Kippwinkels von einem der beiden Spiegel treten neben Luftabstandsänderungen auch Kippänderungen am anderen Spiegel auf, da die jeweiligen Kippachsen nicht nor mal zur Spiegelfläche orientiert sind, die nicht gekippt werden soll.

Hier müssen für eine einfachere Justage neben den Luftabstands änderungen auch die Kippbewegungen des Spiegels, der nicht ge kippt werden soll, unterdrückt werden.

Erfindungsgemäß sollen nun die Justagefreiheitsgrade des Spie gelpaares 1, 2 bzw. des Spiegelträgers 3 voneinander entkoppelt werden.

Erreicht wird dies bei kleinen Kippbewegungen durch die Ausnut zung von sensitiven und insensitiven Bewegungen eines Einzel spiegels. Wird einer der beiden Spiegel im Kipp geändert, so vollführt der andere Spiegel nur Bewegungen, die seinerseits zu keiner Kipp- und Luftabstandsänderung führen (insensitive Bewe gung).

Wird beispielsweise der Schnittpunkt 19 der optischen Achse 11 mit dem Spiegel 1 betrachtet, so gibt es für den Punkt 19 drei sensitive Bewegungen:

- Translation z normal zur Spiegelebene 1
- Kipp α_x um eine Achse in der Spiegelebene 1
- Kipp α_y um eine Achse in der Spiegelebene 1, aber senkrecht zum Kipp α_x.

Eine Translation normal zur Spiegelebene 1 im Schnittpunkt 19 bedeutet eine Luftraumänderung von 21 und 22.

Kippungen in der Spiegelebene 1 bewirken andere Umlenkwinkel für den Strahl auf der optischen Achse 11, so daß der Licht strahl nach der Reflexion am Spiegel 1 von der gewünschten op tischen Achse 12 abweicht.

Es gibt auch drei insensitive Bewegungen, bei denen die Spiegelebene 1 wieder in sich selbst abgebildet wird:

- Translation x in der Spiegelebene 1
- Translation y in der Spiegelebene 1, aber senkrecht zu Translation x
- Kipp α_z um die Achse normal zur Spiegelebene 1.

In Fig. 2 sind für den Spiegel 1 sensitive Bewegungsrichtungen durchgezogen und insensitive Bewegungsrichtungen gestrichelt dargestellt.

Für den Spiegel 2 gibt es analog wie zu Spiegel 1 auch sensiti ve und insensitive Bewegungen. Die insensitiven Bewegungen bil den den Spiegel 2 wieder in sich selbst ab.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, verläuft für die Kippfeinju stage der Spiegel 1 und 2 eine erste Kippachse 31 durch den Schnittpunkt 19 der optischen Achse 11 und dem Spiegel 1, wobei ihre Richtung normal zum Spiegel 2 weist.

Bei der Drehung des Spiegels 1 um die Kippachse 31 wird die Spiegelebene 2a wieder in sich selbst abgebildet, so daß am Spiegel 2 weder Kipp- noch Luftabstandsänderungen auftreten.

Für den Spiegel 1 kann dabei auch keine Luftabstandsänderung auftreten, da die Kippachse 31 durch den Schnittpunkt 19 der optischen Achse 11 (bzw. der optischen Achse 12) mit der Spie gelebene 1a verläuft.

Schließen die Spiegel 1 und 2 keinen rechten Winkel ein, teilt sich eine Kippbewegung 31a für den Spiegel 1 in eine Kippung 31b in der Spiegelebene 1 und in eine Kippung 31c normal zur Spiegelebene 1 auf.

Die Kippung 31c bildet den Spiegel 1 wieder in sich selbst ab. Der Spiegel 1 wird daher effektiv nur um den Kippanteil 31b in der Spiegelebene 1 gekippt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, verläuft analog zur ersten Kippachse 31 die zweite Kippachse 32 normal zur Spiegelebene 1a durch den Schnittpunkt 42 der optischen Achse 13 oder 14 mit dem Spiegel 2, um nur eine Kippung des Spiegels 2 ohne Kipp- oder Luftabstandsänderungen beim Spiegel 1 zu erreichen.

Gemäß Fig. 5 verläuft die dritte Kippachse 33 parallel zur Schnittgeraden vom Spiegel 1 mit dem Spiegel 2. Bei dieser Kip pung werden der Spiegel 1 und der Spiegel 2 gleichzeitig ge kippt, wobei sowohl beim Spiegel 1 und beim Spiegel 2 keine Än derung der Luftabstände 21 bis 24 auftreten sollen.

Damit am Spiegel 1 für die Luftabstände 21 und 22 keine Ände rung auftritt, müßte die dritte Kippachse 33 durch den Schnitt punkt 19 verlaufen, da dann der Schnittpunkt 19 nicht transla torisch verschoben wird.

Ebenso müßte die dritte Kippachse 33 aber auch durch den Schnittpunkt 20 gehen, damit keine Änderungen für die Luftab stände 23 und 24 am Spiegel 2 auftreten.

Da aber die dritte Kippachse 33 nicht durch die Schnittpunkte 19 und 20 gleichzeitig verlaufen kann, muß ein Kompromiß gefun den werden.

In Fig. 5 wird der Spiegel 1 in der Kippachse 33, die im Ab stand a von der Spiegelebene 1 entfernt liegt, und deren Lot auf die Spiegelebene 1 im Abstand d vom Schnittpunkt 19 ent fernt liegt, um den Winkel ϕ in die Lage 1' gekippt.

Dabei wandert der Schnittpunkt 19 entlang der optischen Achse 11 in die Lage 19'.

Durch das Kippen des Spiegels 1 um den Winkel ϕ weicht die an der gekippten Spiegelebene 1' reflektierte optische Achse 12' um den Winkel 2ϕ von der ursprünglichen optischen Achse 12 ab, wobei aber die optische Achse 12' den Abstand u vom ursprüngli chen Schnittpunkt 19 hat.

Gewünscht wäre eine optische Achse 12", die im Schnittpunkt 19 den Spiegel 1 schneidet und parallel zur optischen Achse 12' verläuft.

Der Seitversatz u der optischen Achse 12' von der gewünschten optischen Achse 12" kann für kleine Kippwinkel ϕ mit folgender Formel angenähert werden. Der Winkel ε ist dabei der ursprüng liche Einfallswinkel der optischen Achse 11 auf den Spiegel 1.

Der Abstand d des Lots von der Kippachse 33 auf die Spiegelebe ne 1 geht mit dem Kippwinkel ϕ linear ein, und trägt deshalb bei kleinen Kippwinkeln ϕ am meisten zum Seitversatz u bei. Um diesen störenden Seitversatz u möglichst zu verringern, muß die Kippachse 33 so liegen, daß das Lot von der Kippachse 33 auf die Spiegelebene 1 den Spiegel 1 im Schnittpunkt 41 schneidet (siehe Fig. 6).

Der Seitversatz u vereinfacht sich dann zum minimalen Seitver satz u_min:

Für sehr kleine Kippwinkel ϕ ergeben sich wegen der quadrati schen Abhängigkeit des Achsversatzes u_min vom Kippwinkel ϕ nur kleine Beträge für den Seitversatz u_min die noch im Toleranzbe reich liegen können.

Analog zum Spiegel 1 müßte die Kippachse 33 auch auf dem Lot zur Spiegelebene 2 im Schnittpunkt 20 der optischen Achse 13 oder 14 mit dem Spiegel 2 liegen.

Die Kippachse 33 ergibt sich daher aus dem Schnittpunkt des Lo tes zum Spiegel 1 im Schnittpunkt 19 mit dem Lot zum Spiegel 2 im Schnittpunkt 20 (Fig. 6).

Der Seitversatz w_min am Spiegel 2 (nicht dargestellt) berechnet sich analog zum Spiegel 1, wobei b der Abstand vom Schnittpunkt 20 zur Kippachse 33 und η der Einfallswinkel am Spiegel 2 ist.

In den Fig. 7 bis 9 ist eine Vorrichtung zum Kippen des Spiegelträgers 3 mit den Spiegeln 1 und 2 beispielhaft kon struktiv ausgeführt, wobei die Lage der drei räumlichen Kipp achsen 31, 32 und 33 nach den oben beschriebenen Kriterien ge wählt wurde.

Die Flächen 1 und 2 des Spiegelträgers 3 sind verspiegelt und bilden die Spiegel 1 und 2. Da die Spiegel 1 und 2 einen rech ten Winkel einschließen, kommt die Kippachse 31 in der Spiegel ebene 1a und die Kippachse 32 in der Spiegelebene 2a zu liegen.

Der Spiegelträger 3 ist über seine Rückseite mit einem Festkör pergelenk 41 fest verbunden, dessen Gelenkachse mit der ge wünschten Kippachse 33 zusammenfällt. Durch Stellschrauben 43 kann der Kippwinkel um die Achse 33 justiert und fixiert wer den.

Das Festkörpergelenk 41 ist auf der anderen Gelenkseite fest mit einem Rahmen 42 verbunden, der wiederum mit einer Anschluß fläche 46 fest mit der Außenwelt z. B. einem Objektivgehäuseteil 49 verbunden ist. Im Rahmen 42 sind zwei Festkörperkippgelenke untergebracht.

Die Gelenkachse des einen Festkörpergelenks fällt mit der ge wünschten Kippachse 32 zusammen, wobei der Kipp um die Achse 32 mit Stellschrauben 44 eingestellt und fixiert werden kann. (Fig. 8).

Die Gelenkachse des anderen Festkörpergelenks liegt auf der Kippachse 31. Der Kipp um die Achse 31 kann mit Stellschrauben 45 eingestellt und justiert werden (Fig. 9).

Die gezeigte Ausführung der Kippvorrichtung ist nur beispiel haft, so können die Festkörpergelenke auch durch andere Drehge lenke ersetzt werden. Kern der Erfindung ist die Lage der Kipp achsen 31, 32, 33 im Bezug auf die Spiegelebenen 1a und 2a die eine Kippjustage eines der beiden Spiegel 1 bzw. 2 ohne ei ne Dejustage des jeweils anderen Spiegels und ohne eine Luft raumänderung erlauben.

Wegen des kleinen Winkelstellbereichs können die Kippachsen 31 bis 33 auch mit Viergelenkmechanismen angenähert werden, deren Momentandrehpol auf den gewünschten Achsen liegt (nicht darge stellt).

Nachfolgend wird anhand der Fig. 10 bis 15 eine vereinfachte Form einer Kippvorrichtung als Alternative zu dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei Fig. 11 zur Erläuterung des Standes der Technik dient.

Zur Vereinfachung wurden für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen auch bei diesem Ausführungsbeispiel beibehalten. Die Fig. 10 zeigt den Spiegelträger 3 mit den beiden Planspie geln 1 und 2 mit Erläuterung der Freiheitsgrade und der Kipp möglichkeiten. In der Fig. 11 ist hierzu eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Spiegelträger 3 soll auf die optischen Achsen 11, 12, 13 und 14 ausgerichtet werden, wo bei auch die Luftabstände 21, 22, 23 und 24 zu den benachbarten optischen Elementen 15 bis 18 eingehalten werden sollen.

Der Spiegelträger 3 muß dazu in allen sechs Freiheitsgraden ju stiert werden, wobei die drei translatorischen Freiheitsgrade den Ort des Spiegelträgers und die drei rotatorischen Frei heitsgrade die Orientierung des Spiegelträgers festlegen.

Ist der Ort des Spiegelträgers 3 schon justiert, muß der Spie gelträger 3 für eine Orientierungsjustage so um drei räumlich angeordnete Achsen gekippt werden können, daß er seinen Ort beim Kippen nicht verliert.

Gemäß Fig. 11 ist der Spiegelträger 3 wie bei dem ersten Aus führungsbeispiel fest mit der Oberplatte 4 verbunden.

Die Oberplatte 4 ist ebenfalls so auf der Kugel 5 und den Stellschrauben 6, 7 und 8 gelagert, daß mit der Stellschraube 6 der Kipp um die ϕ_x-Achse, mit der Stellschraube 7, in Tiefe der Zeichenebene versetzt, der Kipp um die ϕ_y-Achse und mit der Stellschraube 8 der Kipp um die ϕ_z-Achse eingestellt werden kann. Alle drei Kippachsen laufen wie bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel somit durch den Mittelpunkt der Kugel 5. Die Ku gel 5 und die Stellschrauben 6, 7 und 8 sind in der Grundplatte 9 gelagert, die wiederum fest mit der Außenwelt verbunden ist.

Mit der Zugfeder 10 zwischen Oberplatte 4 und Grundplatte 9 wird die Oberplatte 4 gegen die Kugel 5 und die Stellschrauben 7 und 8 gedrückt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die dem Stand der Technik entspricht, ist eine Kippwinkelveränderung bei einem Spiegel auch mit einer Ortsänderung des Spiegelträgers 3 gekop pelt.

Der Ort des Spiegelträgers 3 wird in Fig. 11 beispielhaft über den Referenzpunkt RP auf dem Spiegelträger 3 in Bezug zu der Referenzfläche 15a auf der Fassung der Linse 15 und zu der Re ferenzfläche 16a auf der Fassung für die Linse 16 definiert. Der Referenzpunkt RP soll zur Fläche 15a den Abstand a und Flä che 16a den Abstand b haben.

Wird beispielsweise der Spiegelträger 3 im ϕ_z-Kippwinkel ju stiert, so verschiebt sich der Referenzpunkt RP gemäß des ge zeigten Vektors v_ϕ _z, da der Drehpunkt nicht im Referenzpunkt RP sondern im Mittelpunkt der Kugel 5 liegt.

Durch die Verschiebung des Referenzpunktes RP ändern sich die Maße a und b und damit der Ort des Spiegelträgers 3. Eine Nach korrektur für den Ort des Spiegelträgers 3, die Maße a und b, wird dadurch notwendig.

Der Ort des Spiegelträgers 3 wird durch einen Referenzpunkt RP auf dem Spiegelträger 3, der für Meßverfahren gut zugänglich sein muß, in Bezug auf ein oder mehrere benachbarte optische Elemente definiert. Als Referenzpunkt für den Ort des Spiegel trägers können spezielle Flächen an den optischen Elementen selbst, Fassungen oder einem anderen Bauteil dienen.

In Fig. 12 dienen beispielsweise die Fläche 15a auf der Fas sung für die Linse 15 und die Fläche 16a auf der Fassung für die Linse 16 als Bezugsebenen für den Ort des Referenzpunktes RP auf dem Spiegelträger. Der Referenzpunkt RP soll im Abstand a von der Fläche 15a und im Abstand b von der Fläche 16a ent fernt liegen.

Der Ort des Prismenreferenzpunktes RP senkrecht zur Zeichenebe ne wird nicht betrachtet, da eine Verschiebung des Spiegelträ gers 3 in dieser Richtung die Spiegel 1 und 2 wieder in sich selbst abbildet, wodurch keine optischen Auswirkungen auftre ten.

Als Alternative zu den Bezugsflächen 15a und 16a können selbst verständlich auch Flächen auf den Fassungen für die Linsen 17 und 18 oder auch an anderen Komponenten gewählt werden.

Bei der anschließenden Kippjustage des Spiegelträgers 3 darf keine Dejustierung des Ortes auftreten. Deshalb müssen alle drei voneinander linear unabhängigen Kippachsen 31, 32 und 33 durch den Referenzpunkt RP auf dem Spiegelträger 3 laufen. Es treten dann im Referenzpunkt RP keine translatorischen Ver schiebungen auf, die eine Ortsänderung bedeuten würden.

In den Fig. 13, 14 und 15 ist zur Erfüllung dieser Bedingung beispielsweise eine Vorrichtung zur Justage eines Spiegelträ gers 3 mit den Spiegeln 1 und 2 konstruktiv ausgeführt.

Der Rahmen 42 wird über seine Anschlußfläche 4 und eine Ab stimmscheibe 47 fest mit der Außenwelt, z. B. dem Gehäuseteil 49 eines Objektivs, verbunden. Die Abstimmscheibe 47 dient zum Einstellen des Maßes b.

Zum Einstellen des Maßes a dient eine Stellschraube 48, deren Muttergewinde fest mit der Außenwelt bzw. dem Objektivgehäuse teil 49 verbunden ist.

Mit dem Rahmen 42 ist auch das Festkörperkippgelenk 41 verbun den. Im Rahmen 42 sind zwei Festkörpergelenke untergebracht, von denen eines ein Kippen um die Achse 32 und das andere ein Kippen um die Achse 31 ermöglicht.

Mit den Stellschrauben 44 wird der Kipp um die Achse 32, mit den Stellschrauben 45 wird ein Kipp um die Achse 31 eingestellt und fixiert.

Stege 50 und 51 im Festkörperkippgelenk 41 sind so auf den Re ferenzpunkt RP ausgerichtet, daß sie ein Viergelenkgetriebe bilden. Der Momentandrehpol des Viergelenks liegt im Referenz punkt RP, so daß die Kippachse 33 senkrecht zur Zeichenebene im Referenzpunkt RP steht. Mit den Stellschrauben 45 kann der Kipp um die Achse 33 eingestellt und fixiert werden.

Der Spiegelträger 3 ist über seine Rückseite mit dem Festkör perkippgelenk 41 fest verbunden.

Die Kippachsen 31, 32 und 33 sind linear unabhängig und gehen immer durch den Referenzpunkt RP auf dem Spiegelträger 3. Die Kippachse 31 verläuft zufälligerweise durch die Spiegelebene 1a. Auch die Kippachse 32 verläuft zufälligerweise durch die Spiegelebene 2a.

Kern der Erfindung ist die Anordnung der Kippachsen 31, 32 und 33, die linear voneinander unabhängig sind und alle durch den Referenzpunkt RP laufen. Dadurch wird ein Kippen und Justieren des Spiegelträgers 3 in drei Raumrichtungen ermöglicht, ohne daß sich der Ort des Spiegelträgers 3 ändert und nachjustiert werden müßte.

Die hier beispielhaft dargestellten Festkörpergelenke in der Vorrichtung können selbstverständlich auch durch andere z. B. durch Drehgelenke ersetzt werden, sofern sie ein Kippen des Spiegelträgers um drei unabhängige Achsen (kardanische Aufhän gung) ermöglichen, die sich alle in einem definierten Punkt des Spiegelträgers 3 schneiden. Dieser definierte Punkt dient zu gleich als Referenzpunkt RP für die Ortsbestimmung des Spiegel trägers 3.

In der Fig. 16 ist in Prinzipdarstellung ein Strahlteilerwür fel 300 dargestellt, der dem Spiegelträger 3 mit den beiden senkrecht zueinander liegenden Planspiegeln entspricht. Der Strahlteilerwürfel 300 soll in gleicher Weise wie der Spiegel träger 3 durch eine Kippvorrichtung gehalten und justiert wer den. Hierzu ist der Strahlteilerwürfel 300 auf einem Manipula tor 400 angeordnet, der der Oberplatte 4 nach der Fig. 1 ent spricht. Ebenso wie die Oberplatte 4 beweglich mit der Grund platte 9 verbunden ist, ist der Manipulator 400 in gleicher Weise mit einer Grundplatte 9 verbunden.

Durch eine Relativbewegung zwischen der Grundplatte 9 und dem Manipulator 400, welcher fest mit dem Strahlteilerwürfel 300 verbunden ist, sind auf diese Weise Kippjustagen möglich ohne jeweilige negative gegenseitige Beeinflussung der optischen Flächen des Strahlteilerwürfels, wobei die optischen Flächen durch die Eintrittsoberfläche für die Strahlung und die dazu senkrecht liegende Austrittsoberflächen nebst diagonaler Strahlteilerebene definiert sind.

Claims

1. Kippvorrichtung für einen Träger von optischen Elementen mit wenigstens zwei optischen Flächen, die gemeinsam auf einem Träger angeordnet und in einem festen Winkel zueinan der fixiert sind, wobei der Träger über Gelenkverbindungen an einer Grundplatte befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) um drei Kippachsen (31, 32, 33) schwenkbar ist, wobei eine erste Kippachse (31) zum Kippen der ersten optischen Fläche (1) sich normal zu der Ebene (2a) der zweiten optischen Fläche (2) erstreckt, wobei die zweite Kippachse (32) zum Kippen der wenigstens zweiten optischen Fläche (2) sich normal zu der Ebene (1a) der ersten opti schen Fläche (1) erstreckt, und wobei die dritte Kippachse (33) parallel zur Schnittgeraden der beiden Ebenen (1a, 2a) des optischen Elementes (1, 2) liegt.

2. Kippvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kippachse (31) im Durchstoßpunkt der opti schen Achse auf der Ebene (1a) der ersten optischen Fläche (1) liegt und daß die zweite Kippachse (32) im Durchstoß punkt der optischen Achse auf der Ebene (2a) der anderen optischen Fläche (2) liegt.

3. Kippvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Element zwei Spiegel, insbeson dere Planspiegel, als optische Flächen (1, 2) aufweist.

4. Kippvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Element ein Strahlteiler (300), insbesondere ein Strahlteilerwürfel ist.

5. Kippvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) kardanisch mit der Grundplatte (9) ver bunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen als Festkörpergelenke (41) ausgebil det sind.

7. Kippvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (41) mit der dem Festkörpergelenk (41) zugeordneten Kippachse (31, 32, 33) zusammenfallen.

8. Kippvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (41) durch Stellschrauben (43, 44, 45) einstellbar sind.

9. Kippvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachsen (31, 32, 33) wenigstens an nähernd ein Viergelenk bilden.

10. Kippvorrichtung für einen Träger von mehreren optischen Elementen, insbesondere von zwei Spiegeln, die gemeinsam auf einem Träger angeordnet und in einem festen Winkel zu einander fixiert sind, wobei der Träger über Gelenkverbin dungen auf einer Grundplatte befestigt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger (3) um mehrere Kippachsen (31, 32, 33) schwenkbar ist, die alle durch einen Referenz punkt (RP) verlaufen.

11. Kippvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt (RP) auf dem Träger (3) angeordnet ist.

12. Kippvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Träger (3) um drei Kippachsen (31, 32, 33) schwenkbar ist.

13. Kippvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt (RP) durch den Schnittpunkt der opti schen Elemente, insbesondere der beiden Spiegelelemente (2a, 3a) gebildet ist.

14. Kippvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen als Festkörpergelenke (41) aus gebildet sind.

15. Kippvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (41) ein Viergelenkgetriebe bil den.

16. Kippvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Stege (50, 51) im Festkörpergelenk (41) auf den Refe renzpunkt (RP) gerichtet sind.