• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1988001065A1
    申请号:PCT/DE1987/000337
    申请日:1987-07-30
    公开日:1988-02-11
    发明作者:Adolf Triller
    申请人:G. Rodenstock Instrumente Gmbh；
    IPC主号:G02B6-00
    专利说明:
    [0001] Vorrichtung zum lateralen Ausrichten einer optischen
    [0002] Abbildung
    [0003] Technisches Gebiet
    [0004] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum late¬ ralen Ausrichten einer durch ein Abbildungssystem bewirk¬ ten optischen Abbildung auf eine vorgegebene Fläche oder Marke mittels einer optischen Justiereinrichtung.
    [0005] Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zum Fokus¬ sieren von Laserstrahlen auf die Eintrittsfläche eines Lichtleiters benötigt.
    [0006] Stand der Technik
    [0007] Bei bekannten Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hängt die Ausbildung der Justiereinrichtung von der geforderten Genauigkeit des Justiervorgangs ab.
    [0008] Beispielsweise ist es seit langem bekannt, zum Justieren des Abbildungssystem relativ zu einer Marke das Abbil¬ dungssystem in einer Ebene zu verschieben, die senkrecht auf der optischen Achse des AbbildungsSystems steht. Na¬ türlich ist es auch möglich, den Lichtleiter in der Bild¬ ebene des AbbildungsSystems zu verschieben. Die Verschie¬ bung erfolgt dabei durch an sich bekannte mechanische Einstellmittel.
    [0009] Ferner ist es bekannt, zum lateralen Ausrichten einer durch ein Abbildungssystem bewirkten optischen Abbildung einen zwischen dem Abbildungssystem und der Ebene, in der die Justierung erfolgen soll, angeordneten Spiegel zu verkippen .
    [0010] Die vorstehend genannten Ausbildungen der Justiereinrich¬ tungen werden beispielsweise in Mikromanipulatoren einge¬ setzt, d.h. in Einrichtungen, die z.B. die Einstellung eines Laserstrahls bei ophthalmologischen Behandlungen erlauben. Hierbei genügt eine vergleichsweise grobe Jus¬ tiergenauigkeit, da die Gesamtgenauigkeit des Systems durch andere Vorgänge, beispielsweise kleinste Augenbewe¬ gungen der behandelten Person bestimmt wird.
    [0011] Beim Fokussieren von Laserstr-ahlen auf die Eintrittsfläche eines Lichtleiters ist jedoch die Genauigkeitsanforderung wesentlich größer.
    [0012] Die Eintrittsfläche eines Lichtleiters kann sehr klein sein (Durchmesser typischerweise 0,05 mm). Die mechani¬ schen Einstellmittel für die er-forderliche feinfühlige und präzise Relativ-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 Ein- stellgenauigkeit sind weitere Nachteile der mechanischen Einstellmittel.
    [0013] Ähnliche Probleme treten unter anderem auch bei der Abbil¬ dung von Marken auf, die quer zueinander zu justieren sind, beispielsweise in Meßvorrichtungen.
    [0014] Deshalb sind für derartige hochgenaue und gleichzeitig feinfühlige Justiervorgänge die vorstehend erwähnten Jus¬ tiereinrichtungen, bei denen das Abbildungssystem und/oder das Objekt, auf das justiert werden soll, in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse verschoben werden bzw. ein Spiegel verkippt wird, nicht in Betracht gezogen worden.
    [0015] Vielmehr werden in der Regel optische Justiereinrichtungen verwendet, die Ähnlichkeit mit einem Planplattenmikrometer haben. Mittels einer Glasplatte, die an einer bestimmten Stelle im Strahlengang des Abbildungssystems gekippt wird, erfolgt eine Justierung des Laserflecks senkrecht zur optischen Achse.
    [0016] Zur Justierung der optischen Abbildung in einer zur opti¬ schen Achse senkrechten Ebene wird der Kippwinkel und/oder die Dicke der Glasplatte variiert. Eine Justierung mittels Glasplatte in den beiden Richtungen senkrecht zur opti¬ schen Achse der Abbildungsoptik erfordert daher kompli¬ zierte Taumelbewegungen der Glasplatte, so daß auch diese optische Justiereinrichtung schwer zu handhaben ist. Zudem kann eine Glasplatte naturgemäß nicht im parallelen Strah¬ lengang eingesetzt werden.
    [0017] Darstellung der Erfindung
    [0018] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum lateralen Ausrichten einer optischen Abbildung anzuge¬ ben, die trotz einfacher Ausbildung eine hochgenaue und gleichzeitig feinfühlige Justierung erlaubt.
    [0019] Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen angegeben.
    [0020] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die optische Justiereinrichtung ein vor dem Abbildungssystem angeordnetes, lateral verschiebbares Linsensystem ist, dessen Brennweite größer als die Brennweite des Abbil¬ dungsSystems ist. Zum lateralen Ausrichten der optischen Abbildung des Ab¬ bildungssystems wird daher lediglich das erfindungsgemäß vorgesehene Linsensystem in einer zur optischen Achse des Abbildungssystems senkrechten Ebene, nicht jedoch das Abbildungssystem selbst bewegt.
    [0021] Wird beispielsweise vor einem Abbildungssystem L, eine einzelne Linse L- eingesetzt, so gilt für die laterale Verschiebung h2 des Brennpunktes F des AbbildungsSystems bei parallelem Lichteintritt (z. B. Laserstrahl)
    [0022] h2 ~ fl + f„ ~
    [0023] Mit fm = Brennweite der Linse 1 fm - Brennweite des AbbildungsSystems L2 h1 = laterale Verschiebung von L- h2 = laterale Verschiebung von F e = Abstand zwischen L- und L2
    [0024] Die laterale Verschiebung - der Linse L- wird also gewis¬ sermaßen 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 paralle¬ len Strahlenverlauf vor der Linse L- sowie für ein Linsen¬ system, d. h. für die Hintereinanderschaltung mehrerer, aufeinander abgestimmter Linsen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine damit eine Reihe von Vorteilen:
    [0025] Eine Justierung der Abbildung eines optischen Abbildungs¬ systems in einer zur optischen Achse des AbbildungsSystems senkrechten Ebene und insbesondere in der Bildebene erfor¬ dert bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausschließlich lineare Bewegungen des zusätzlich vorgesehenen Linsen¬ systems. Die erforderlichen Justierbewegungen sind daher im Vergleich zur Kippung einer Glasplatte bei bekannten Vorrichtungen ähnlicher Justiergenauigkeit erheblich ein¬ facher auszuführen.
    [0026] Durch die erfindungsgemäß vorgesehene optische Unterset¬ zung können auch die Justiereinrichtungen, die ein Ver¬ schieben des Linsensystems ermöglichen, erheblich ein¬ facher ausgeführt werden als beim Stand der Technik. So können einfach zu fertigende Justiereinrichtungen, bei¬ spielsweise Stellschrauben, Schiebeschlitten oder ähn¬ liches verwendet werden. Dennoch läßt sich die optische Abbildung praktisch beliebig genau justieren. Hierzu müs¬ sen lediglich die Brennweiten des AbbildungsSystems und des zusätzlichen Linsensystems in geeigneter Weise inner¬ halb des beanspruchten Rahmens aufeinander abgestimmt werden, so daß einer bestimmten Lateralbewegung des Lin¬ sensystems eine bestimmte laterale Ausricht-Bewegung der Abbildung entspricht.
    [0027] Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0028] Nach einer gemäß Anspruch 2 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 Lageveränderun¬ gen des Linsensystems.
    [0029] Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfin¬ dung ist der Abstand zwischen dem Abbildungssystem und dem Linsensystem kleiner als die doppelte Brennweite des Abbildungssystems, vorzugsweise gleicht der Abstand dieser Brennweite (Anspruch 3) .
    [0030] Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt bei der Einkopplung von Laserlicht in einen Lichtwellenleiter Anwendung (Anspruch 5) . Bei der in Anspruch 4 gekennzeich¬ neten Ausgestaltung der Erfindung besteht dabei das Lin¬ sensystem aus einer Einzellinse.
    [0031] Erfindungsgemäß ist es nicht unbedingt erforderlich eine korrigierte Linse zu verwenden. Abbildungsfehler können vielmehr über das gesamte optische System korrigiert wer¬ den. Allenfalls bei einem großen öffnungsverhältnis und dann auch nur bei großem Abstand zwischen Abbildungssystem und dem erfindungsgemäßen Linsensystem kann z. B. eine achromatisches Linsensystem verwendet werden.
    [0032] Kurze Beschreibung der Zeichnung
    [0033] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs- beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichung näher be¬ schrieben, in der zeigen:
    [0034] Fig. 1 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel, und Fig. 2 vergrößert einen Bereich aus Fig. 1,
    [0035] Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel soll Licht 1 eines Lasers in einen Lichtwellenleiter 2 eingekoppelt werden. Hierzu sind in an sich bekannter Weise eine ein Abbil¬ dungslinsensystem bildende Linse 3 sowie eine Linse 4 vorgesehen, die in einer zur optischen Achse 5 der Linse 3 senkrechten Ebene verschiebbar ist. Dies ist durch den Pfeil h1 symbolisiert.
    [0036] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Laser ein Argonlaser mit einer Wellenlänge von 488 nm. Der Laser¬ strahl 1 hat bei einem derartigen Laser typischerweise einen Durchmesser von etwa 2mm, die Eintrittsfläche des . Lichtwellenleiters hat dagegen einen Durchmesser von 50 Mikrometern.
    [0037] Zum Einkoppeln des Laserstrahls in den Lichtwellenleiter, d.h. zum Fokussieren des Laserlichts auf die Eintrittsflä¬ che dient das Abbildungslinsensystem 3, das bei dem ge¬ zeigten Ausführungsbeispiel eine konvergierend wirkende Plankonvexlinse mit folgenden Daten ist:
    [0038] Brennweite f = 13, 69 mm Krümmungsradius r = 9,57 mm Mittendicke d = 2,0 mm
    [0039] Erfindungsgemäß ist vor diesem Abbildungslinsensystem 3 ein zusätzliches Linsensystem 4 angeordnet, das zum Jus¬ tieren des "Fokuspunktes" des Laserstrahls in einer zur optischen Achse 5 senkrechten Ebene dient und eine im Abstand e vor der Linse 3 angeordnete divergierend wirken- de Bikonkav-Linse 4 mit folgenden Daten ist :
    [0040] Brennweite f = -220,19 mm
    [0041] Krümmungsradius jeweils r = 315,09 mm Mittendicke d = 1,00 mm
    [0042] Abstand e zwischen den Linsen e = 12 mm
    [0043] Aus den allgemein bekannten Gesetzmäßigkeiten der geome¬ trischen Optik erhält man für die Verschiebung 2 des Brennpunkts F des von den beiden Linsen 3 und 4 gebildeten Gesamtsystems bei einer Verschiebung der Linse 4 in einer zur optischen Achse 5 senkrechten Ebene (laterale Ver¬ schiebung) um die Strecke h-, wobei vorausgesetzt ist, daß der Laserstrahl ein zur optischen Achse 5 der Linse 3 paralleler Strahl ist:
    [0044] h2 =

    [0045] hierbei bedeuten: f., = Brennweite der Linse 4 f2 = Brennweite des AbbildungsSystems 3 h. = laterale Verschiebung der Linse 4 2 = laterale Verschiebung von F e = Abstand zwischen 3 und 4
    [0046] Die laterale Verschiebung h- der Linse 4 wird also gewis¬ sermaßen optisch untersetzt. Auf diese Weise kann man durch Auswahl eines geeigneten Brennweitenverhältnisses der beiden Linsen 3 und 4 nahezu beliebig genau die late¬ rale Lage des Systembrennpunktes F durch eine relativ grobe Verschiebung der Linse 4 einstellen. Ähnliche Ge- setz äßigkeiten gelten auch für nicht parallelen Strahlen¬ verlauf vor der Linse L- sowie für ein Linsensystem, d. h. für die Hintereinanderschaltung mehrerer, aufeinander abgestimmter Linsen.
    [0047] Für die bei dem Ausführungsbeispiel angegebenen Daten erhält man mit der vorstehend angegebenen Beziehung folgende Werte:
    [0048] Bei einer lateralen Verschiebung der Linse 4 um einen Betrag h_, , beispielsweise 4 mm, erfolgt eine laterale Verschiebung des Systembrennpunktes um einen Betrag h2 = 0,255 mm; dieser Wert ist um den Faktor 16 kleiner als h-.
    [0049] Der Laserstrahl kann daher feinfühlig auf die Eintritts¬ fläche des Lichtwellenleiters fokussiert werden. Die la¬ terale Verschiebung kann durch mechanische Einstellmittel erfolgen. In der Endlage können die Einstellmittel z. B. durch Lacksicherung fixiert werden. Die besonders lage¬ kritische Abbildungslinse 3 braucht während des Justier¬ vorgangs nicht bewegt werden.
    [0050] Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat darüberhinaus noch eine Reihe von Vorteilen:
    [0051] Eine Justierung der Abbildung eines optischen Abbildungs¬ systems in einer zur optischen Achse 5 -des AbbildungsSys¬ tems senkrechten Ebene und insbesondere in der Bildebene erfordert bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus¬ schließlich lineare Bewegungen des zusätzlich vorgesehenen Linsensystems. Die erforderlichen Justierbewegungen sind daher im Vergleich zur Kippung einer Glasplatte bei be¬ kannten Vorrichtungen ähnlicher Justiergenauigkeit erheb¬ lich einfacher auszuführen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene optische Unterset¬ zung können auch die Justiereinrichtungen, die ein Ver¬ schieben des Linsensystems ermöglichen, erheblich ein¬ facher ausgeführt werden als beim Stand der Technik. So können einfach zu fertigende Justiereinrichtungen, bei¬ spielsweise Stellschrauben, Schiebeschlitten oder ähn¬ liches verwendet werden. Dennoch läßt sich die optische Abbildung praktisch beliebig genau justieren.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    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 Justiereinrich¬ tung ein vor dem Abbildungssystem (3) angeordnetes, late¬ ral 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 Fak¬ tor 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 Ab¬ bildungssystem 83) und dem Linsensystem (4) kleiner als die doppelte Brennweite des Abbildungssystem (3) ist, vorzugsweise dieser Brennweite gleicht.
    . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem (4) aus einer Einzellinse besteht.
    5. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Einkoppelung eines Laserstrahls in einen Lichtwellenleiter.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US10092448B2|2018-10-09|Scanning device
    US5342351A|1994-08-30|Beam positioning device for an ophthalmological instrument
    US6636664B2|2003-10-21|Single channel M x N optical fiber switch
    DE3856575T2|2005-11-10|Rastertunnelmikroskop
    US8139288B2|2012-03-20|Prism design for scanning applications and illumination of microscopy sample
    US5009487A|1991-04-23|Prism system for a stereoscopic microscope
    US4634240A|1987-01-06|Optical apparatus using polarized light
    US4958900A|1990-09-25|Multi-fiber holder for output coupler and methods using same
    JP5522443B2|2014-06-18|走査型共焦点顕微鏡検査の改善、およびその関連技術
    US6597829B2|2003-07-22|1xN optical fiber switch
    US4950862A|1990-08-21|Laser machining apparatus using focusing lens-array
    US6348988B2|2002-02-19|Scanning image forming lens and optical scanning apparatus
    US5537247A|1996-07-16|Single aperture confocal imaging system
    US6945078B2|2005-09-20|Optical waveguide in the interior of silica glass and method of forming optical waveguide
    EP0168351B1|1988-09-14|Laser-Pattern-Generator und Verfahren zu dessen Betrieb
    US5225671A|1993-07-06|Confocal optical apparatus
    JP2790851B2|1998-08-27|光走査装置
    EP1716963B1|2008-10-22|Optische Anordnung für die Remote-Laser-Materialbearbeitung zur Erzeugung eines dreidimensionalen Arbeitsraumes
    EP0682279A1|1995-11-15|Anordnung zur Ankopplung von optoelektronischen Komponenten und Lichtwellenleitern aneinander
    US8022332B2|2011-09-20|Laser processing device
    US7319566B2|2008-01-15|Beam manipulation using sets of wedges
    US5643249A|1997-07-01|Optical ophthalmic treatment apparatus
    US7167321B1|2007-01-23|Optical systems and methods employing adjacent rotating cylindrical lenses
    US4091814A|1978-05-30|Laser optical apparatus for operation under a microscope
    CA2620941A1|2007-03-08|Imaging system and method
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3625712C1|1988-02-18|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    DE3137602A1|1981-09-22|1983-04-07|Teldix Gmbh|Anordnung zum einkoppeln eines lichtstrahls in eine lichtleitfaser|GB2230348A|1989-04-08|1990-10-17|Plessey Co Plc|Optical coupling through an image surface.|US4525041A|1982-02-24|1985-06-25|Precision Grinding Limited|Arrangement for use in positioning an optical image|US4929045A|1988-09-29|1990-05-29|Fuller Research Corporation|Method and apparatus for aligning optical energy to a wave guide|
    EP1620756A1|2003-05-01|2006-02-01|BAE Systems PLC|Optische koppeleinrichtungen|
    法律状态:
    1988-02-11| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): FI JP US |
    1988-02-11| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]