-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermessung von Retroreflektoren. Die Anordnung umfasst einen Probenhalter für den Retroreflektor, einen Signalgeber mit einer Abbildungsoptik zur Erzeugung eines parallelen Strahlenbündels, welches auf den Probenhalter gerichtet ist, und einen Detektor zur Erfassung eines am Retroreflektor erzeugten Reflexes. Der Detektor ist in einer Bildebene der Abbildungsoptik angeordnet.
-
Als Retroreflektoren werden im üblichen Sprachgebrauch Reflektoren bezeichnet, welche einen einfallenden Lichtstrahl unabhängig von seiner Einfallsrichtung in die Richtung reflektieren, aus der der Lichtstrahl gekommen ist. Einfallender und reflektierter Lichtstrahl sind also parallel zueinander und haben einen durch den Auftreffpunkt auf dem Retroreflektor sowie durch den Auftreffwinkel bestimmten Abstand voneinander. Ein Beispiel für einen solchen Retroreflektor ist ein sogenanntes Reflexionsprisma, welches zwei im 90° Winkel zueinander stehende Planflächen aufweist sowie eine dem 90° Winkel gegenüberliegende Eintrittsfläche. Ein Lichtstrahl, welcher durch die Eintrittsfläche in das Prisma eintritt, wird zunächst an der ersten Planfläche reflektiert und zur zweiten Planfläche geleitet. Nach Reflexion an der zweiten Planfläche tritt der Lichtstrahl wieder über die Eintrittsfläche aus dem Prisma aus. Beträgt der Winkel zwischen der ersten und zweiten Planfläche im Idealfall exakt 90°, so verläuft der in das Prisma eingetretene Lichtstrahl exakt parallel und in entgegengesetzter Richtung zum reflektierten Lichtstrahl. Im realen Anwendungsfall gibt es jedoch aufgrund von Produktionsungenauigkeiten regelmäßig Abweichungen vom exakt parallelen Verlauf zwischen dem einfallenden und dem reflektierten Lichtstrahl.
-
Es ist bekannt die eingangs beschriebene Anordnung zur Vermessung eines Retroreflektors, also zur Bestimmung der Parallelität zwischen einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen, zu verwenden. Ein zu vermessender Retroreflektor wird dazu auf dem Probenhalter angeordnet und das parallele Strahlenbündel so auf den Retroreflektor gerichtet, dass die Reflexion des Strahlenbündels auf den Detektor fällt.
-
Bei einem idealen Retroreflektor ist das reflektierte Strahlenbündel ebenfalls ein paralleles Strahlenbündel. Über die Abbildungsoptik wird das reflektierte Strahlenbündel so auf den Detektor abgebildet, dass dort die Bildinformation des Strahlenbündels scharf abgebildet wird und als einzelner Reflex detektiert werden kann, welcher auf der optischen Achse der Abbildungsoptik angeordnet ist. Bei Ungenauigkeiten des Retroreflektors, beispielsweise bei Abweichungen vom 90° Winkel bei einem Reflexionsprisma, ist das reflektierte Strahlenbündel nicht exakt parallel, es umfasst also Lichtstrahlen, welche nicht parallel zueinander verlaufen. Dies kann dazu führen, dass auf den Detektor eine Mehrzahl von Reflexen abgebildet wird. Dabei kann der Abstand zwischen den Reflexen auf dem Detektor als ein Maß für die Parallelität zwischen einfallendem und reflektiertem Strahlenbündel angesehen werden und somit als Maß für die Qualität des Retroreflektors. Je besser die Qualität des Retroreflektors ist, desto näher rücken die Reflexe auf dem Detektor zusammen. Bei Retroreflektoren hoher Qualität liegen die Reflexe auf dem Detektor so nah zusammen, dass aufgrund von optischen Überlagerungseffekten keine quantitative Auswertung der Qualität mehr möglich ist.
-
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zur Vermessung von Retroreflektoren bereitzustellen, welche auch bei Retroreflektoren hoher Qualität eine Vermessung auf einfache Weise und mit großer Präzision ermöglicht.
-
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Signalgeber und dem Probenhalter ein Ablenkelement so angeordnet, dass ein erstes Teilbündel des Strahlenbündels auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter durch das Ablenkelement hindurchtritt und dass ein zweites Teilbündel des Strahlenbündels auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter nicht durch das Ablenkelement hindurchtritt.
-
Zunächst werden einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert. Ein Retroreflektor bezeichnet im Rahmen der Erfindung ein optisches Element, welches einen einfallenden Lichtstrahl so reflektiert, dass die Richtungen des einfallenden und des reflektierten Lichtstrahls im Wesentlichen parallel zueinander stehen. Beispiele für einen solchen Retroreflektor sind das eingangs genannte Reflexionsprisma, ein 90°-Spiegel, welcher zwei im 90° Winkel zueinander angeordnete Spiegelflächen aufweist, oder auch ein so genannter Tripel-Spiegel, welcher drei Spiegelflächen aufweist, wobei jede der drei Spiegelflächen zu den beiden anderen in einem 90° Winkel angeordnet ist. Ein weiteres Beispiel ist ein Tripel-Prisma, welches ein Prisma mit analog zum Tripel-Spiegel angeordneten Planflächen ist.
-
Wenn im Rahmen der Erfindung von einem parallelen Strahlenbündel die Rede ist, ist damit eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallel verlaufenden Lichtstrahlen gemeint. Ein Teilbündel des Strahlenbündels bezeichnet eine aus der Mehrzahl herausgegriffene Teilmenge von Lichtstrahlen des Strahlenbündels. Die Begriffe Strahlenbündel bzw. Teilbündel stellen keine Beschränkung dar in Bezug auf die Form des Querschnitts, welcher durch die Mehrzahl von Lichtstrahlen gebildet wird.
-
Ein Ablenkelement bezeichnet im Rahmen der Erfindung ein optisches Element, welches ein auf einer Seite des Ablenkelements eintretendes paralleles Strahlenbündel so ablenkt, dass auf der anderen Seite des Ablenkelements ein paralleles Strahlenbündel austritt, welches einen definierten Winkel zum eintretenden Strahlenbündel einnimmt.
-
Eine Abbildung des am Retroreflektor reflektierten Strahlenbündels durch die Abbildungsoptik auf den in einer Bildebene angeordneten Detektor wird im Rahmen der Erfindung als Reflex bezeichnet.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass optische Überlagerungen von nahe nebeneinander liegenden Reflexen die Genauigkeit beschränken, mit der ein Retroreflektor vermessen werden kann. Die Erfindung hat erkannt, dass die Bestimmung der Qualität des Retroreflektors erleichtert wird, wenn die Reflexe auf dem Detektor weiter auseinander liegen. Bei weiter auseinander liegenden Reflexen beeinflussen sich die Reflexe nicht oder weniger gegenseitig, insbesondere werden optische Überlagerungseffekte vermieden, welche die Bestimmung der Position der Reflexe erschweren.
-
Indem nun erfindungsgemäß ein erstes Teilbündel des parallelen Strahlenbündels auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter durch das Ablenkelement hindurchtritt, wird dieses Teilbündel relativ zur optischen Achse der Abbildungsoptik abgelenkt. Das abgelenkte erste Teilbündel trifft anschließend auf den Retroreflektor und wird dort reflektiert. Wenn der Retroreflektor kein „idealer” Retroreflektor ist, ist die Reflexion des ersten Teilbündels nicht exakt parallel zum einfallenden ersten Teilbündel, so dass das erste Teilbündel durch die Reflexion am Retroreflektor eine weitere Ablenkung relativ zur optischen Achse der Abbildungsoptik erfährt.
-
Gleichzeitig existiert ein zweites Teilbündel, welches auf dem Weg vom Signalgeber zum Retroreflektor nicht durch das Ablenkelement hindurchtritt. Nach Reflexion am Retroreflektor kann dieses zweite Teilbündel zumindest teilweise durch das Ablenkelement hindurchtreten. Dieses Teilbündel erfährt in umgekehrter Reihenfolge ebenfalls die oben genannten Ablenkungen relativ zur optischen Achse. Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Teilbündel addiert sich die durch das Ablenkelement erzeugte Ablenkung mit der von der Ungenauigkeit des Retroreflektors herrührenden Ablenkung.
-
Die Reflexionen der oben genannten Teilbündel, welche entweder auf dem Hinweg vom Signalgeber zum Probenhalter oder auf dem Rückweg vom Probenhalter zum Signalgeber durch das Ablenkelement durchtreten, erzeugen auf dem Detektor zusätzliche Reflexe, welche aufgrund der Ablenkung auf dem Detektor relativ zur optischen Achse verschoben sind. Bei geeigneter Wahl des Ablenkelements führt die zusätzliche Ablenkung und die daraus resultierende zusätzliche Verschiebung der Reflexe auf dem Detektor dazu, dass die Reflexe sich nicht optisch überlagern und auf diese Weise eine genauere Ermittlung der Positionen möglich ist.
-
Die Erfindung hat erkannt, dass die Einbringung des Ablenkelements eine von der Position und den Ablenkeigenschaften des Ablenkelements abhängende genau definierte Verschiebung der Reflexe erzeugt und dass sich diese definierte Verschiebung wie oben erläutert zu der von der Qualität des Retroreflektors abhängigen Verschiebung der Reflexe addiert. Wesentliche Erkenntnis ist weiterhin, dass sich die beiden Arten der Reflexverschiebung gegenseitig nicht beeinflussen. Es ist daher möglich, den Teil der Verschiebung des Reflexes, der vom Ablenkelement herrührt, von der ermittelten Gesamtverschiebung der Reflexe abzuziehen, um lediglich die aus der Ungenauigkeit des Retroreflektors resultierende Verschiebung der Reflexe zu erhalten. Aus dieser kann dann die Qualität des Retroreflektors quantitativ präzise bestimmt werden.
-
Eine Reflexion des Strahlenbündels am Ablenkelement, welche auf den Detektor zurückfällt, ist unerwünscht, da diese keine Rückschlüsse auf den Retroreflektor zulässt und zudem die Gefahr besteht, dass die Reflektion sich mit anderen Reflexen auf dem Detektor überlagert und die Auswertung der anderen Reflexe erschwert. Bevorzugt ist das Ablenkelement daher so ausgerichtet, dass eine am Ablenkelement erzeugte Reflexion des Strahlenbündels nicht auf den Detektor zurückfällt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Ablenkelement eine Eintrittsplanfläche auf. Bevorzugt weist das Ablenkelement zudem eine Austrittsplanfläche auf. Insbesondere kann das Ablenkelement als optischer Keil ausgebildet sein. Bei definierter Eintritts- und/oder Austrittsplanfläche, wie insbesondere bei einem optischen Keil vorhanden, kann die Ablenkung des Strahlenbündels mit Hilfe des Brechungsgesetzes auf einfache Weise bestimmt werden. Zusammen mit der Position des Ablenkelements lässt sich dann die vom Ablenkelement herrührende Verschiebung der Reflexe auf einfache Weise rechnerisch ermitteln.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform erzeugt das Ablenkelement einen Ablenkwinkel zwischen 0,005° und 10°, bevorzugt zwischen 0,01° und 7°, weiter bevorzugt zwischen 0,1° und 5°. Weiter bevorzugt ist das Ablenkelement so ausgebildet, dass es eine Verschiebung der Reflexe um das x-fache der Detektorbreite bewirkt, wobei x hier in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,3 liegt, und weiter bevorzugt 0,25 beträgt. Die Detektorbreite bezeichnet hier die Erstreckung der Detektorfläche in Richtung der Veschiebungslinie der Reflexe. Eine Ablenkung in dieser Größenordnung führt zu einer guten Trennung der Reflexe auf dem Detektor und ermöglicht dadurch eine deutlich präzisere Bestimmung der Qualität des Retroreflektors.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Ablenkelement dazu ausgebildet ist, das erste Teilbündel des Strahlenbündels zur optischen Achse der Abbildungsoptik hin abzulenken. Alternativ ist es auch möglich, dass das Ablenkelement das erste Teilbündel des Strahlenbündels von der optischen Achse weg ablenkt.
-
Die optimale Anordnung des Ablenkelements kann davon abhängig sein, welche Art von Retroreflektor mit der Anordnung vermessen werden soll. Bei einem Reflexionsprisma oder einem 90°-Spiegel kann es beispielsweise von Vorteil sein, wenn das Ablenkelement im Wesentlichen eine Hälfte des Strahlenbündels abdeckt, wobei hier die Teilung des Strahlenbündels in zwei Hälften bevorzugt durch die Projektion der Symmetrieachse des Retroreflektors in eine zur optischen Achse senkrecht stehende Ebene festgelegt ist. Sofern das Ablenkelement Planflächen aufweist, sind diese bevorzugt parallel zu einer Schnittlinie der Planflächen des 90°-Prismas bzw. des 90°-Spiegels ausgerichtet. Bei einem Tripel-Prisma oder einem Tripel-Spiegel kann es in analoger Weise von Vorteil sein, wenn das Ablenkelement ein Drittel des Strahlenbündels in entsprechender Weise abdeckt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ablenkelement so angeordnet, dass das erste Teilbündel im Wesentlichen eine erste Hälfte des Strahlenbündels bildet und dass das zweite Teilbündel im Wesentlichen eine zweite Hälfte des Strahlenbündels bildet. In diesem Fall wird nahezu das gesamte Strahlenbündel entweder auf dem Hinweg oder auf dem Rückweg durch das Ablenkelement abgelenkt, so dass die verschobenen Reflexe besonders ausgeprägt sind.
-
Es kann auch eine Mehrzahl von Ablenkelementen vorgesehen sein, welche so angeordnet sind, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Teilbündeln des Strahlenbündels jeweils auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter durch eines der Ablenkelemente hindurchtritt. Bevorzugt sind die Ablenkelemente symmetrisch zur optischen Achse der Abbildungsoptik angeordnet. Weiter bevorzugt sind die Ablenkelemente zudem symmetrisch zu einer Achse angeordnet, welche durch die Projektion der Symmetrieachse des Retroreflektors in eine zur optischen Achse senkrecht stehende Ebene festgelegt ist. Möglich ist auch, dass eine Mehrzahl von Ablenkelementen im Strahlenbündel hintereinander angeordnet ist, so dass ein Teilbündel auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter zuerst durch ein erstes und anschließend durch ein zweites Ablenkelement tritt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung zumindest ein Positionierungselement zur Festlegung des Ablenkelements bzw. der Mehrzahl von Ablenkelementen in zumindest einer definierten Position auf. Bevorzugt ermöglicht das zumindest eine Positionierungselement eine Positionierung des Ablenkelements in einer oder mehrerer der oben beschriebenen Arten.
-
Es kann eine Blende für das Strahlenbündel vorgesehen sein, welche zwischen dem Ablenkelement und dem Probenhalter angeordnet ist. Die Blende ist bevorzugt durchlässig für das erste Teilbündel des Strahlenbündels, und für die Reflexion des ersten Teilbündels am Retroreflektor. Die Blende ist bevorzugt für die übrigen Abschnitte des Strahlenbündels undurchlässig. Auf diese Weise werden lediglich solche Abschnitte des Strahlenbündels vom Detektor erfasst, welche zuvor durch das Ablenkelement abgelenkt wurden und welche daher auf dem Detektor Reflexe erzeugen, die voneinander getrennt sind. Optische Überlagerungen werden dadurch weiter reduziert und die Qualität des Retroreflektors kann noch präziser bestimmt werden.
-
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Blende im Bereich der optischen Achse für das Strahlenbündel undurchlässig ist. Auf diese Weise kann der zentrale Bereich des Strahlenbündels, welcher insbesondere bei einer senkrecht zur optischen Achse ausgerichteten Eintrittsplanfläche des Retroreflektors einen zentralen Reflex erzeugt, auf dem Detektor ausgeblendet werden. Optische Überlagerungen zwischen dem zentralen Reflex und den durch das Ablenkelement verschobenen Reflexen werden auf diese Weise weiter vermindert.
-
Bevorzugt weist die Anordnung eine Messeinheit auf, die den Signalgeber und den Detektor umfasst. Die Messeinheit ist weiter bevorzugt als Autokollimator ausgebildet.
-
Die Anordnung kann weiterhin ein fokussierendes optisches Element aufweisen, welches an einer definierten Position zwischen dem Ablenkelement und dem Probenhalter angeordnet ist. Das fokussierende optische Element kann beispielsweise eine Sammellinse sein.
-
Mit Hilfe des fokussierenden Elements ist es einerseits möglich, die durch das Ablenkelement erzeugte Winkelablenkung des Strahlenbündels zu bestimmen. Dazu kann ein Retroreflektor verwendet werden, welcher durch eine einzelne spiegelnde Planfläche gebildet ist. Die spiegelnde Planfläche wird senkrecht zur optischen Achse auf dem Probenhalter im Fokus des fokussierenden optischen Elements angeordnet. Bei bekannter Entfernung der spiegelnden Planfläche vom Detektor kann anhand des Abstandes der auf dem Detektor gemessenen Reflexe die Winkelablenkung des Strahlenbündels durch das Ablenkelement errechnet werden. Sofern die Winkelablenkung des Ablenkelements bereits bekannt ist, ist es in analoger Weise auch möglich, die Anordnung zur Entfernungsmessung zwischen dem Detektor und einer auf den Probenhalter angeordneten spiegelnden Planfläche zu verwenden. Wenn nämlich die spiegelnde Planfläche nicht im Fokus des fokussierenden Elements angeordnet ist, kommt es zu einer zusätzlichen Verschiebung der Reflexe auf dem Detektor, aus der die Entfernung ermittelt werden kann. Anstelle einer spiegelnden Planfläche kann zur oben erläuterten Bestimmung der Winkelablenkung bzw. des Abstandes auch eine diffus reflektierende Fläche verwendet werden. Die diffus reflektierende Fläche muss in diesem Fall nicht exakt senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet sein.
-
Bevorzugt weist die Anordnung weiterhin ein Positionierungselement für das fokussierende optische Element auf, mit dem das fokussierende optische Element an der definierten Position positionierbar ist. Dadurch kann das fokussierende optische Element auf einfache Art in der definierten Position angeordnet werden, um beispielsweise den Abstand zwischen einer reflektierenden Planfläche und dem Detektor zu bestimmen.
-
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Anordnung eine auf dem Probenhalter angeordnete im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse ausgerichtete reflektierende Fläche auf, welche einen definierten Abstand zum Detektor aufweist. Die reflektierende Fläche kann eine diffus reflektierende Fläche oder auch eine spiegelnde Planfläche sein. Diese Ausführungsform kann bei bekannter Winkelablenkung des Ablenkelements dazu verwendet werden, um die Position eines zwischen dem Ablenkelement und dem Probenhalter im Strahlengang angeordneten fokussierenden Elements zu ermitteln. Insbesondere kann daraus der Fokussierungszustand des fokussierenden Elements ermittelt werden. Beispielsweise kann die reflektierende Fläche durch einen Film oder einen CCD-Detektor eines Kameramoduls gebildet sein, wobei das fokussierende Element in diesem Fall durch die Linse bzw. durch das Linsensystem des Kameramoduls gebildet wird. Die Anordnung kann zur Ermittlung des Fokussierungszustandes des Kameramoduls verwendet werden, ohne dass ein Einschalten des Kameramoduls notwendig ist. Die Überprüfung des Fokussierungszustandes eines Kameramoduls wird dadurch deutlich vereinfacht. Gegenstand der Erfindung ist auch eine entsprechende Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Ermittlung des Fokussierungszustandes eines fokussierenden Elements.
-
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Vermessen von Retroreflektoren. Ein Lichtsignal eines Signalgebers wird mit einer Abbildungsoptik zu einem parallelen Strahlenbündel geformt, das in Richtung eines Retroreflektors gerichtet ist. Ein von dem Retroreflektor reflektiertes Lichtsignal wird mit einem Detektor erfasst, wobei der Detektor in einer Bildebene der Abbildungsoptik angeordnet ist. Zwischen dem Signalgeber und dem Retroreflektor ist ein Ablenkelement so angeordnet, dass ein erstes Teilbündel des Strahlenbündels auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter durch das Ablenkelement hindurchtritt und dass ein zweites Teilbündel des Strahlenbündels auf dem Weg vom Signalgeber zum Probenhalter nicht durch das Ablenkelement hindurchtritt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung vor Positionierung des Ablenkelements im Strahlenbündel;
-
2: die erfindungsgemäße Anordnung der 1 nach Positionierung des Ablenkelements im Strahlenbündel;
-
3: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Ansicht, wobei diese Ausführungsform zusätzlich eine Blende aufweist;
-
4: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einer schematischen Ansicht, wobei diese Ausführungsform ein fokussierendes optisches Element aufweist;
-
5: eine Querschnittsansicht durch die erfindungsgemäße Anordnung der 2.
-
1 zeigt in schematisch vereinfachter Form eine erfindungsgemäße Anordnung zur Vermessung eines Retroreflektors 23 vor Positionierung eines erfindungsgemäßen Ablenkelements im Strahlenbündel 16. Der Retroreflektor 23 ist als 90°-Spiegel ausgestaltet und auf einem nicht gezeigten Probenhalter angeordnet. Die Anordnung umfasst einen Autokollimator 13 mit einem Signalgeber 14 und einem Detektor 15. Der Signalgeber 14 weist eine Abbildungsoptik zur Erzeugung des Strahlenbündels 16 auf. Durch die Abbildungsoptik wird eine optische Achse 27 definiert, entlang derer sich das Strahlenbündel 16 ausbreitet.
-
Zur Erzeugung des Strahlenbündels wird das Licht einer Lichtquelle 17 über eine nicht gezeigte Kondensorlinse auf ein Strichkreuz 20 gerichtet, so dass das Strichkreuz 20 ausgeleuchtet wird. Vom Strichkreuz 20 ausgehendes Licht trifft daraufhin in einem 45°-Winkel auf einen Strahlteiler 18, welcher das Licht teilweise reflektiert und teilweise transmittiert. Der reflektierte Teil des Lichts wird über eine Sammellinse 19 ins unendliche abgebildet. Das resultierende parallele Lichtbündel stellt ein im Sinne der Erfindung ein paralleles Strahlenbündel 16 dar. In 1 sind nur die begrenzenden Lichtstrahlen des Strahlenbündels 16 gezeigt. Das Strahlenbündel 16 trifft auf eine erste Planfläche 21 sowie auf eine zweite Planfläche 22 des 90°-Spiegels 23.
-
Der 90°-Spiegel 23 weist eine vergleichsweise hohe Qualität auf. Dies bedeutet, dass die Planflächen 21, 22 in einem Winkel zueinander stehen, der nur leicht von 90° abweicht, im vorliegenden Fall schließen die Planflächen einen Winkel von 89,998° miteinander ein. Die Richtungsabweichungen zwischen einem einfallenden Lichtstrahl und einem reflektierten Lichtstrahl sind daher nur sehr gering, so dass das Strahlenbündel 16 im Wesentlichen in dieselbe Richtung zurückgeworfen wird, aus der es kommt.
-
Vorliegend ist der 90°-Spiegel 23 symmetrisch zur optischen Achse 27 ausgerichtet, so dass die Schnittlinie der Planflächen 21, 22 von der optischen Achse 27 geschnitten wird und senkrecht zu dieser steht. Eine obere Hälfte 16A des Strahlenbündels trifft zunächst auf die Planfläche 21 und wird von dieser zur Planfläche 22 reflektiert. An der Planfläche 22 wird die Reflexion der oberen Hälfte 16A erneut reflektiert und gelangt zurück zum Autokollimator 13. In analoger Weise wird die untere Hälfte 16B des Strahlenbündels zunächst an der Planfläche 22 und anschließend an der Planfläche 21 reflektiert, bevor diese Hälfte zurück zum Autokollimator 13 gelangt. Das gesamte Strahlenbündel 16 wird somit zum Autokollimator 13 zurückgeworfen. Über die Sammellinse 19 wird das reflektierte Strahlenbündel fokussiert und nach Durchtritt durch den teilreflektierenden Spiegel 18 auf den in der Bildebene der Sammellinse 19 angeordneten Detektor 15 abgebildet.
-
Auf der rechten Seite der Anordnung ist in 1 schematisch das vom Detektor 15 detektierte Bild 24 gezeigt. Das Bild 24 weist einen einzelnen Reflex 25 auf, welcher durch das Abbild des Strichkreuzes gebildet und in einer zentralen Position des Detektors angeordnet ist. Tatsächlich handelt es sich beim Reflex 25 aufgrund der oben genannten Abweichung der Planflächen vom 90° Winkel um eine Überlagerung von zwei Reflexen, welche aus der Ungenauigkeit des 90°-Spiegels resultieren. Da die Planflächen 21, 22 nicht exakt in einem 90° Winkel zueinander ausgerichtet sind, müssten wegen der daraus resultierenden Richtungsabweichungen eigentlich zwei Reflexe an unterschiedlichen Positionen des Detektors zu sehen sein. Aufgrund von optischen Überlagerungseffekten, insbesondere durch das beugungsbegrenzte Auflösungsvermögen, ist jedoch nur ein einzelner Reflex auf dem Detektor sichtbar. Eine präzise quantitative Ermittlung der Qualität des 90°-Spiegels 23 ist somit nicht möglich.
-
2 zeigt die Anordnung der 1, wobei jedoch zusätzlich ein erfindungsgemäßes Ablenkelement 26 im Strahlenbündel 16 angeordnet ist. Die übrigen Elemente stimmen, sofern nachfolgend nichts anderes angegeben ist, mit denen der 1 überein. In 1 ist zu sehen, dass ein erstes Teilbündel des Strahlenbündels auf dem Weg vom Signalgeber 14 zum Retroreflektor 23 durch das Ablenkelement (26) durchtritt und ein zweites Teilbündel auf dem Weg vom Signalgeber 14 zum Retroreflektor 23 nicht durch das Ablenkelement (26) hindurchtritt. Das Ablenkelement 26 ist als optischer Keil mit einer Eintrittsplanfläche 30 und einer Austrittsplanfläche 31 ausgebildet, welche in einem 8° Winkel zueinander ausgerichtet sind. Der optische Keil 26 wird von einem nicht gezeigten Positionierungselement so gehalten, dass die Planflächen 30, 31 in etwa parallel zu einer Schnittlinie der Planflächen 21, 22 des Retroreflektors 23 ausgerichtet sind. Die Schnittlinie der Planflächen 30, 31 steht in den 1 und 2 senkrecht zur Zeichenebene. Der optische Keil deckt im Wesentlichen die obere Hälfte 16A des Strahlenbündels 16 ab, wobei ein zentraler Bereich des Strahlenbündels 16 nicht durch das Ablenkelement 16 hindurchtritt.
-
Das erste Teilbündel des Strahlenbündels 16, welches durch das Ablenkelement 26 hindurchtritt, wird um 0,25° in Richtung der optischen Achse 27 abgelenkt. Nach Reflexion am Retroreflektor 23 wird dieses Teilbündel auf den Detektor 15 abgebildet.
-
Ein weiteres zentrales Teilbündel des Strahlenbündels 16 tritt nicht durch das Ablenkelement 16 hindurch. Dieses zentrale Teilbündel wird am Retroreflektor 23 reflektiert und auch die Reflexion dieses Teilbündels tritt nicht durch das Ablenkelement 26 hindurch.
-
Ein zweites Teilbündel des Strahlenbündels gelangt zunächst zum Retroreflektor 23, ohne durch das Ablenkelement hindurchzustreten. Erst nach Reflexion an den Planflächen 22 und 21 tritt die Reflexion dieses Teilbündels durch den optischen Keil 26 hindurch und wird in Richtung der optischen Achse 27 abgelenkt.
-
Auf der rechten Seite der Anordnung ist in 2 analog zu 1 schematisch ein vom Detektor erfasstes Bild 24' gezeigt. Das Bild 24' zeigt einen zentralen Reflex 25', einen relativ nach unten verschobenen Reflex 28 und einen relativ nach oben verschobenen Reflex 29. Der zentrale Reflex 25' resultiert aus dem zentralen Teilbündel des Strahlenbündels 16, welches nicht durch das Ablenkelement 26 abgelenkt wird. Die Position des Reflexes 25' stimmt daher mit der Position des Reflexes 25 in 1 überein. Die Reflexe 28 und 29 resultieren aus dem ersten und zweiten Teilbündel des Strahlenbündels 16, welche durch das Ablenkelement 26 abgelenkt werden und daher auf dem Detektor relativ zum zentralen Reflex 25' verschoben sind.
-
Da die Reflexe 28 und 29 sich aufgrund der zusätzlichen Verschiebung nicht optisch überlagern, kann die Position der Reflexe 28, 29 sehr genau ermittelt werden. Anhand der genau ermittelbaren Positionen kann sehr präzise auf die Qualität des 90°-Spiegels 23, d. h. auf die Genauigkeit des 90°-Winkels zwischen den Planflächen 21, 22 geschlossen werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Verschiebung der Reflexe 28, 29 zusammensetzt aus einem ersten Verschiebungsanteil, der vom Ablenkelement 26 verursacht wird, und einem zweiten Verschiebungsanteil, der von der Ungenauigkeit des 90°-Spiegels herrührt. Die Verschiebungen addieren sich und beeinflussen sich nicht gegenseitig. Sofern der vom Ablenkelement 26 verursachte Verschiebungsanteil bekannt ist, kann dieser vom ermittelten Gesamtverschiebungswert abgezogen werden. Der resultierende Wert stellt ein Maß für die Qualität des 90°-Spiegels 23 dar.
-
3 zeigt die Anordnung der 2, wobei jedoch zusätzlich eine Blende 32 zwischen dem Ablenkelement 26 und dem 90°-Spiegel 23 angeordnet ist. Die übrigen Elemente stimmen, sofern nachfolgend nichts anderes angegeben ist, mit denen der 1 und 2 überein. Die Blende 32 ist aus einem lichtundurchlässigen Material gefertigt und weist zwei Öffnungen 33, 34 auf, durch welche Teilbündel des Strahlenbündels 16 hindurchtreten können. Die Öffnungen 33, 34 sind durch zwei Spalte gebildet, welche parallel zur Schnittlinie der Planflächen 21, 22, also senkrecht zur Zeichenebene verlaufen.
-
Ein erstes Teilbündel des Strahlenbündels 16 verläuft ausgehend vom Autokollimator 13 über das Ablenkelement 26 durch den ersten Spalt 33 und nach Reflexion am 90°-Spiegel über den zweiten Spalt 34 zum Detektor 15. Ein zweites Teilbündel des Strahlenbündels 16 verläuft ausgehend vom Autokollimator 13 zunächst durch den Spalt 34 und nach Reflexion am 90°-Spiegel 23 über den Spalt 33 durch das Ablenkelement 26 und schließlich zum Detektor 15. Sowohl ein zentraler Bereich des Strahlenbündels, als auch ein weiter außen liegender Bereich des Strahlenbündels wird von der Blende 32 blockiert.
-
Ein Bild 24'' des Detektors 15 ist analog zu den 1 und 2 auf der rechten Seite des Autokollimators 13 gezeigt. Im Unterschied zu 2 ist der zentrale Reflex 25' nicht mehr zu sehen, da er durch die Blende 32 ausgeblendet ist. Die Bestimmbarkeit der Position der Reflexe 28, 29 wird dadurch weiter verbessert, da in 2 noch bestehende optische Restüberlagerungen zwischen dem zentralen Reflex 25' und den äußeren Reflexen 28, 29 vollständig vermieden werden.
-
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, welche analog zu der Anordnung der 2 aufgebaut ist, wobei anstelle des 90°-Spiegels eine Spiegelfläche 35 auf dem nicht gezeigten Probenhalter angeordnet ist. Die Spiegelfläche 35 ist senkrecht zur optischen Achse 27 ausgerichtet. Weiterhin befindet sich zwischen dem Ablenkelement 26 und dem Probenhalter eine Sammellinse 36, in deren Brennpunkt die Spiegelfläche 35 angeordnet ist. Auf dem Detektor wird ein Bild 24''' erzeugt, auf dem ein zentraler Reflex 25''' und zwei verschobene Reflexe 28''' und 29''' zu sehen sind. Der zentrale Reflex stammt von einem zentralen Teilbündel des Strahlenbündels, die beiden verschobenen Reflexe stammen von Teilbündeln des Strahlenbündels, welche entweder auf dem Hinweg oder auf dem Rückweg durch das Ablenkelement hindurchgetreten sind. In einer anderen Ausführungsform kann die Spiegelfläche 35 auch durch eine diffus reflektierende Fläche ausgetauscht sein.
-
Sofern die Entfernung der Spiegelfläche 35 vom Detektor 15 bekannt ist, kann anhand einer Bestimmung der Position der Reflexe 28''' und 29''' auf dem Detektor 15 der Ablenkwinkel des Ablenkelements 26 ermittelt werden. Ist umgekehrt der Ablenkwinkel bekannt, kann mit Hilfe der Position der Reflexe die Entfernung zwischen Detektor 15 und Planfläche 35 bestimmt werden.
-
Ist sowohl der Ablenkwinkel des Ablenkelements 26 als auch die Entfernung zwischen Detektor 15 und Planfläche 35 bekannt, so kann die Position der Sammellinse 36 bzw. der Fokussierungszustand der Sammellinse 36 anhand der Position der Reflexe 28''' und 29''' ermittelt werden. Diese Anordnung kann insbesondere zur Bestimmung des Fokussierungszustandes eines Kameramoduls verwendet werden. In diesem Fall wird die Planfläche 35 durch einen Film oder einen CCD-Sensor des Kameramoduls gebildet und die Sammellinse 36 durch das Linsensystem des Kameramoduls. Das Kameramodul wird dazu so angeordnet, dass die optische Achse durch das Linsensystem 36 verläuft sowie senkrecht zum Film/CCD-Sensor 35 des Kameramoduls ausgerichtet ist und so dass der Film/CCD-Sensor 35 einen bekannten Abstand zum Detektor aufweist. Wie oben erläutert kann dann anhand der Reflexe 28''' und 29''' der Fokussierungszustand des Linsensystems 36 ermittelt werden. Die Anordnung eignet sich somit als „passiver Fokussensor” und erlaubt die Ermittlung des Fokussierungszustandes des Linsensystems 36, ohne dass ein Einschalten des Kameramoduls notwendig ist.
-
5 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung der 2. Der Querschnitt schneidet das Ablenkelement 26 und ist senkrecht zur optischen Achse 27 vorgenommen. In 5 verläuft die optische Achse 27 senkrecht zur Bildebene und ist als Kreuz illustriert. Es ist zu sehen, dass das Strahlenbündel 16 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Strahlenbündel ist in ein erstes Teilbündel 37 und in ein zweites Teilbündel 38 aufgeteilt. Das erste Teilbündel 37 tritt auf dem Weg vom Signalgeber 14 zum Probenhalter bzw. dem darauf angeordneten Retroreflektor durch das Ablenkelement 26 hindurch. Das zweite Teilbündel 38 tritt auf dem auf dem Weg vom Signalgeber 14 zum Probenhalter nicht durch das Ablenkelement 26 hindurch. Das Ablenkelement 26 deckt im Wesentlichen eine Hälfte des Strahlenbündels 16 ab.
