DE3625712C1

DE3625712C1 - Vorrichtung zum lateralen Ausrichten einer optischen Abbildung

Info

Publication number: DE3625712C1
Application number: DE19863625712
Authority: DE
Inventors: Adolf Triller
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1988-02-18
Also published as: WO1988001065A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lateralen Ausrichten einer durch ein Abbildungssystem bewirkten optischen Abbildung auf eine vorgegebene Fläche oder Marke mittels einer optischen Justiereinrichtung.

Bei der Justierung einer optischen Abbildung in lateraler Richtung werden oft hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit gestellt. Dies gilt insbesondere bei der Fokussierung von Laserstrahlen auf die Eintrittsfläche von Lichtleitern. Üblicherweise werden bei einer derartigen Justierung das Abbildungssystem und der Lichtleiter durch mechanische Einstellmittel relativ zueinander bewegt. Die Eintrittsfläche eines Lichtleiters kann sehr klein sein (Durchmesser beispielsweise 0,05 mm). Die mechanischen Einstellmittel für die erforderliche feinfühlige relative Positionierung von Abbildungssystem und Lichtleiter sind daher in der Regel aufwendig und teuer. Der hohe Aufwand für den Justiervorgang selbst sowie die Probleme mit der Langzeitstabilität der erreichbaren Einstellgenauigkeit sind weitere Nachteile der mechanischen Einstellmittel. Ähnliche Probleme treten unter anderem auch bei der Abbildung von Marken auf, die quer zueinander zu justieren sind, beispielsweise in Meßvorrichtungen.

Für das Einkoppeln eines Laserstrahls in eine Monomode-Faser ist eine optische Justiereinrichtung bekannt, die Ähnlichkeit mit einem Planplattenmikrometer hat. Mittels einer Glasplatte, die an einer bestimmten Stelle im Strahlengang des Abbildungssystems gekippt wird, erfolgt eine Justierung des Laserflecks senkrecht zur optischen Achse. Bei Einstellung der optischen Abbildung wird der Kippwinkel und/oder die Dicke der Glasplatte variiert. Eine Justierung mittels Glasplatte in den beiden Richtungen senkrecht zur optischen Achse der Abbildungsoptik erfordert daher komplizierte Taumelbewegungen der Glasplatte, so daß auch diese optische Justiereinrichtung schwer zu handhaben ist. Zudem kann eine Glasplatte naturgemäß nicht im parallelen Strahlengang eingesetzt werden.

Durch die DE-OS 33 06 318 ist eine Anordnung zur Verwendung beim Positionieren eines optischen Bildes bekannt, die zwei kippbare, planflächige optische Elemente umfaßt. Eine derartige Anordnung erfordert jedoch einen erheblichen mechanischen Aufwand. Außerdem ist der Zusammenhang zwischen Versatz des Bildes und den Kippwinkeln nicht linear. Schließlich führt der Einsatz von planflächigen optischen Elementen im nichtparallelen Strahlengang zu Abbildungsfehlern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art anzugeben, mit der eine genaue Justierung mit geringem mechanischem Aufwand und einfachen Justierbewegungen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die optische Justiereinrichtung ein vor dem Abbildungssystem angeordnetes, lateral verschiebbares Linsensystem ist, dessen Brennweite größer als die Brennweite des Abbildungssystems ist.

Zur lateralen Ausrichtung der optischen Abbildung eines Abbildungssystems ist lediglich das erfindungsgemäß vorgesehene Linsensystem in einer zur optischen Achse des Abbildungssystems senkrechten Ebene zu bewegen.

Erfindungsgemäß sind für eine exakte Justierung ausschließlich lineare Bewegungen des Linsensystems auszuführen. Die erforderlichen Justierbewegungen sind daher im Vergleich zur Kippung einer Glasplatte als optische Justiereinrichtung erheblich einfacher auszuführen. Ebenso können einfach zu fertigende Justiervorrichtungen, z. B. Stellschrauben, Schiebeschlitten oder ähnliches eingesetzt werden. Dabei läßt sich die optische Abbildung praktisch beliebig genau justieren. Hierzu müssen lediglich die Brennweiten des Abbildungs- und des Linsensystems in der beanspruchten Weise aufeinander abgestimmt werden: Erfindungsgemäß ist es wesentlich, daß die Brennweite des Linsensystems größer - nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wesentlich größer - als die des Abbildungssystems ist.

Wird beispielsweise vor einem Abbildungssystem L₂ eine einzelne Linse L₁ eingesetzt, so gilt für die laterale Verschiebung h₂ des Brennpunktes F des Abbildungssystems bei parallelem Lichteintritt (z. B. Laserstrahl)

Mit
f₁= Brennweite der Linse L₁ f₂= Brennweite des Abbildungssystems L₂ h₁= laterale Verschiebung von L₁ h₂= laterale Verschiebung von F e= Abstand zwischen L₁ und L₂

Die laterale Verschiebung h₁ der Linse L₁ wird also gewissermaßen optisch untersetzt. Auf diese Weise kann man durch Auswahl eines geeigneten Brennweitenverhältnisses beliebig genau die laterale Lage des Systembrennpunktes durch relativ grobe Verschiebung der Linse einstellen. Ähnliche Gesetzmäßigkeiten gelten auch für nicht parallelen Strahlenverlauf vor der Linse L₁ sowie für ein Linsensystem, d. h. für die Hintereinanderschaltung mehrerer, aufeinander abgestimmter Linsen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit auf überraschend einfache Weise eine sichere und praktisch beliebig genaue Justierung erfolgen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennweite des lateral verschiebbaren Linsensystems wenigstens um einen Faktor 3, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 5 größer als die Brennweite des Abbildungssystems. Je größer das Brennweitenverhältnis ist, desto genauer kann die Justierung erfolgen und desto unempfindlicher wird das System gegenüber Lageveränderungen des Linsensystems.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen dem Abbildungssystem und dem Linsensystem kleiner als die doppelte Brennweite des Abbildungssystems, vorzugsweise gleicht der Abstand dieser Brennweite.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt bei der Einkopplung von Laserlicht in einen Lichtwellenleiter Anwendung. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht dabei das Linsensystem aus einer Einzellinse.

Erfindungsgemäß ist es nicht unbedingt erforderlich korrigierte Linsen zu verwenden. Abbildungsfehler können vielmehr über das gesamte optische System korrigiert werden. Allenfalls bei einem großen Öffnungsverhältnis und dann auch nur bei großem Abstand zwischen Abbildungssystem und dem erfindungsgemäßen Linsensystem kann z. B. ein achromatisches Linsensystem verwendet werden.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden:

Im Ausführungsbeispiel soll das Licht 1 eines Argonlasers in einen Lichtwellenleiter 2 eingekoppelt werden. Es soll sich hierbei um Licht der Wellenlänge 488 nm handeln. Der Laserstrahl 1 hat etwa einen Durchmesser von 2 mm, die Eintrittsfläche des Lichtwellenleiters hingegen einen Durchmesser von 50 Mikrometern. Zur Einkopplung des Laserlichtes dient im Ausführungsbeispiel eine konvergierend wirkende Plankonvexlinse 3 mit folgenden Daten:

Brennweitef = 13,69 mm Krümmungsradiusr = 9,57 mm Mittendicked = 2,0 mm.

Im Abstand e von ca. 12 mm vor dieser Linse ist eine zum Justieren dienende, divergierend wirkende Bikonkav- Linse 4 mit folgenden Daten angeordnet:

Brennweitef = -220,19 mm Krümmungsradius jeweilsr = 315,09 mm Mittendicked = 1,0 mm.

Bei einer lateralen Verschiebung der Linse 4 um einen Betrag h₁, beispielsweise 4 mm, erfolgt eine laterale Verschiebung des Systembrennpunktes um einen Betrag h₂=0,25 mm, der also um den Faktor 16 kleiner ist, als h₁.

Der Laserstrahl kann daher feinfühlig auf die Eintrittsfläche des Lichtwellenleiters fokussiert werden. Die laterale Verschiebung kann durch mechanische Einstellmittel erfolgen. In der Endlage können die Einstellmittel z. B. durch Lacksicherung fixiert werden. Die besonders lagekritische Abbildungslinse 3 braucht während des Justiervorganges nicht bewegt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum lateralen Ausrichten einer durch ein Abbildungssystem bewirkten optischen Abbildung auf eine vorgegebene Fläche oder Marke mittels einer optischen Justiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Justiereinrichtung ein vor dem Abbildungssystem (3) angeordnetes, lateral verschiebbares Linsensystem (4) ist, dessen Brennweite größer als die Brennweite des Abbildungssystems (3) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite des lateral verschiebbaren Linsensystems (4) wenigstens um einen Faktor 3, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 5 größer als die Brennweite des Abbildungssystems (3) ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Abbildungssystem (3) und dem Linsensystem (4) kleiner als die doppelte Brennweite des Abbildungssystems (3) ist, vorzugsweise dieser Brennweite gleicht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem (4) aus einer Einzellinse besteht.