DE100921T1

DE100921T1 - Vorrichtung und verfahren zum pruefen einer linsenstruktur.

Info

Publication number: DE100921T1
Application number: DE198383107035T
Authority: DE
Inventors: Stephen D. Saugus Massachusetts Fantone
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1982-07-19
Filing date: 1983-07-18
Publication date: 1984-07-19
Also published as: CA1196795A; IE54523B1; DE3374714D1; EP0100921A3; AU558356B2; JPH0322930B2; US4526467A; JPS5928638A; IE831674L; AU1648083A; EP0100921A2; ATE31113T1; EP0100921B1

Claims

Patentanwälte Dipl.-lng. Cu rt Wal lach

Europäische Patentvertreter Dipl.-lng. GüntherKoch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.TinO Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ¹⁴· Februar 1984

83107035.4-2204 Unser Zeichen: 17 725 EU - K/Ap

Polaroid Corporation

Patentansprüche :

. Vorrichtung zur Prüfung eines Linsenaufbaus jener Bauart, bei der ein Ende des Linsenaufbaus eine Lichtleitfaser aufnimmt, deren Ende an einer vorbestimmten Stelle gegenüber dem Brennpunkt des Linsenaufbaus angeordnet ist, wobei der Linsenaufbau Bezugsoberflächen aufweist, durch die die mechanische Achse eines solchen Linsenaufbaus auf die optische Achse eines weiteren Linsenaufbaus ausgerichtet werden kann, um ein Verbinderpaar zu schaffen, bei dem der erste Linsenaufbau des Paares als Eingang dient und einen Lichtstrahl, der aus dem Ende der darin angeordneten Lichtleitfaser austritt, expandiert und dann paralIeIisiert oder nahezu paralIeIisiert, und wobei der andere Linsenaufbau des Paares als Ausganq wirkt und den expandierten paralIeIisierten Lichtstrahl empfängt, der vom Eingangslinsenaufbau austritt und diesen Lichtstrahl auf das Ende einer Lichtleitfaser fokussiert, die im Ausgangslinsenaufbau angeordnet ist; die Prüfvorrichtung umfaßt folgende Merkmale:

eine reflektierende Oberfläche, welche die gleiche nominale Geometrie wie das Ende einer Lichtleitfaser hat, die in Verbindung mit einem solchen Linsenaufbau benutzt werden soll;

ein Träger zur Halterung eines zu prüfenden Linsenaufbaus und zur Positionierung der reflektierenden Oberfläche im Linsenaufbau an jener Stelle, die ein Lichtleitfaserende bestimmungsgemäß bei der Verwendung des Linsenaufbaus einnehmen würde; Mittel zur Erzeugung eines paralIeIisierten oder nahezu paralIeIisierten Strahles vorbestimmter spektraler Zusammensetzung und vorbestimmten Durchmessers;

Mittel, durch die der paralIeIisierte Strahl so ausgerichtet wird, daß er konzentrisch zu und parallel zur mechanischen Achse des Prüflinsenauf baus derart zu liegen kommt, daß der Strahl für den Prüf 1insenaufbau von einem nominell perfekten Paßlinsenaufbau herzurühren scheint, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl, der in den Prüf 1insenaufbau eintritt, mehr oder weniger perfekt hierdurch auf der reflektierenden Oberfläche fokussiert wird, von der er derart reflektiert wird, daß er aus dem Prüf 1insenaufbau als Strahl reflektiert wird, der in Gegenrichtung zu dem eintretenden paralIeIisierten Strahl verläuft, und

Mittel zum Abfangen des aus dem Prüf 1insenaufbau austretenden Strahls und zum Vergleich seines

Energieinhalts mit dem Energieinhalt des eintretenden paralIeIisierten Strahls, wodurch der optische Wirkungsgrad des Prüf 1insenaufbaus bestimmt wird. 5
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausrichtung folgende Merkmale umfassen:

a) ein Interferometer, welches ein vorbestimmtes Interferenzmuster erzeugt, wenn wenigstens ein Teil der Prüf 1insenaufbau-Bezuqsoberflachen und die Quelle parallelisierter Strahlung senkrecht aufeinanderstehen , und

b) Mittel zur mechanischen Verstellung des Prüf 1insenaufbaus , um dieses gegenüber dem paralIeIisierten Strahl zu orientieren und das vorbestimmte Interferenzmuster herstellen zu können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die mechanischen Einstellmittel eine mechanische Anordnung aufweisen, mit der unabhängig der Prüf 1insenaufbau in zwei linearen Richtungen senkrecht zu seiner nominellen mechanischen Achse verstellt werden kann, um den Prüflinsenaufbau gegenüber dem paralIeIisierten Strahl zu zentrieren und um den Prüf 1insenaufbau zu drehen, und um unabhängig den Azimutwinkel

und den Höhenwinkel gegenüber dem parallelisierten Strahl derart einzustellen, daß der Teil der Prüf 1insenaufbau-Bezugsoberf1ächen

senkrecht zu dem paralIeIisierten Strahl ausgerichtet werden kann.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2,

bei welcher der paralIeIisierte Strahl von einem Laser geliefert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Helium-Neon-Laser ist.
6. Vorrichtung zur Prüfung eines Linsenaufbaus jener Bauart, bei der ein Ende des Linsenaufbaus eine Lichtleitfaser aufnimmt, deren Ende an einer vorbestimmten Stelle gegenüber dem Brennpunkt des Linsenaufbaus angeordnet ist, wobei der Linsenaufbau eine Bezugsoberfläche aufweist, die senkrecht zu einer längsverlaufenden mechanischen Achse verläuft, wenn zwei Linsenaufbauten mit ihren Bezugsoberflächen stumpf gegeneinandergelegt und ihre mechanischen Achsen koaxial ausgerichtet sind, um ein faseroptisches Verbinderpaar zu schaffen, bei dem der erste Linsenaufbau des Paares als Eingang dient und einen Lichtstrahl, der aus dem Ende der darin angeordneten Lichtleitfaser austritt, expandiert und dann paralleli siert oder nahezu paralIeIisiert, und wobei der andere Linsenaufbau des Paares als Ausgang wirkt und den expandierten paralIeIisierten Lichtstrahl empfängt, der vom Eingangslinsenaufbau austritt

und diesen Lichtstrahl auf das Ende einer Lichtleitfaser fokussiert, die im Ausgangslinsenaufbau angeordnet ist; die Prüfvorrichtung umfaßt folgende Merkmale:

eine reflektierende Oberfläche, welche die

gleiche nominale Geometrie wie das Ende einer Lichtleitfaser hat, die in Verbindunq mit einem solchen Linsenaufbau benutzt werden soll;

ein Träger zur Halterung eines zu prüfenden Linsenaufbaus und zur Positionierung der

reflektierenden Oberfläche im Linsenaufbau an jener Stelle, die ein Lichtleitfaserende bestimmungsgemäß bei der Verwendung des Linsenaufbaus einnehmen würde;

Mittel zur Erzeugung eines paralIeIisierten oder nahezu paralIeIisierten Strahles vorbestimmter spektraler Zusammensetzung und vorbestimmten Durchmessers;

Mittel, durch die der paralIeIisierte Strahl so ausgerichtet wird, daß er senkrecht zum Prüf 1insenaufbau liegt und konzentrisch zur mechanischen Achse des Prüf 1insenaufbaus derart zu liegen kommt, daß der Strahl für den Prüf 1insenaufbau von einem nominell perfekten Paßlinsenaufbau herzurühren scheint, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl, der in den Prüf 1insenaufbau eintritt, mehr oder weniger perfekt hierdurch auf der reflektierenden Oberfläche fokussiert wird, von der er derart reflektiert wird, daß er aus dem Prüf 1insenaufbau als Strahl reflektiert wird, der in Gegen-

richtung zu dem eintretenden parallelisierten Strahl verläuft, und

Mittel zum Abfangen des aus dem Prüflinsenaufbau austretenden Strahls und zum Vergleich seines Energieinhalts mit dem Energieinhalt des eintretenden paralIeIisierten Strahls, wodurch der optische Wirkungsgrad des Prüflinsenauf baus bestimmt werden kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ausrichtung folgende Merkmale umfassen:

a) ein Interferometer, welches ein vorbestimmtes Interferenzmuster erzeugt, wenn die Prüf 1insenaufbau-Bezugsoberflache

und die paralIeIisierte Strahlung senkrecht aufeinanderstehen, und

b) Mittel zur mechanischen Verstellung des Prüf 1insenaufbaus um dieses gegenüber dem paralIeIisierten Strahl zu orientieren und

das vorbestimmte Interferenzmuster herstellen zu können.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die mechanischen Einstellmittel eine mechanische Anordnung aufweisen, mit der unabhängig der Prüf 1insenaufbau in zwei linearen Richtungen senkrecht zu seiner nominellen mechanischen Achse verstellt werden kann, um den Prüflinsenaufbau gegenüber dem paralIeIisierten

Strahl zu zentrieren und um den Prüflinsenaufbau zu drehen, und um unabhängig den Azimutwinkel und den Höhenwinkel geqenüber dem paralIeIisierten Strahl derart einzustellen, daß die Prüf 1insenaufbau-Bezugs-

oberfläche senkrecht zu dem paralIeIisierten Strahl ausgerichtet werden kann.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, bei welcher der paralIeIisierte Strahl von

einem Laser geliefert wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Helium-Neon-Laser ist.
11. Vorrichtung zur Prüfung eines Linsenaufbaus jener Bauart, bei der ein Ende des Linsenaufbaus eine Lichtleitfaser aufnimmt, deren Ende an einer vorbestimmten Stelle gegenüber dem Brennpunkt des Linsenaufbaus angeordnet ist, wobei der Linsenaufbau Bezugsoberflächen aufweist, um einen Linsenaufbau paßgerecht qegen einen weiteren Linsenaufbau füqen zu können und um ein faseroptisches Verbindunqspaar zu schaffen, bei dem der erste Linsenaufbau als Eingang dient und einen Lichtstrahl, der aus dem Ende der darin angeordneten Lichtleitfaser austritt, expandiert und dann paralleli siert oder nahezu paralIeIisiert, und wobei der andere Linsenaufbau des Paares als Ausgang wirkt

und den expandierten paralIeIisierten Lichtstrahl empfängt, der vom Einganqslinsenaufbau austritt und diesen Lichtstrahl auf das Ende einer Lichtleitfaser fokussiert, , die im Ausgangslinsenaufbau angeordnet ist; die Prüfvorrichtung umfaßt folgende Merkmale:

Mittel zur Simulierung der Paßoberflächen eines optischen Linsenaufbaus, der eine nominale Geometrie besitzt und um den zu prüfenden Linsenaufbau in Paßbeziehung gegenüber den simulierten Paßoberflächen zu halten;

eine reflektierende Oberfläche, welche die .ic gleiche nominale Geometrie wie das Ende einer Lichtleitfaser hat, die in Verbindung mit einem solchen Linsenaufbau benutzt werden soll;

Mittel zur Positionierung der reflektierenden Oberfläche im Prüf 1insenaufbau an der nominellen Position eines Lichtleitfaserendes, das dieses einnehmen würde, wenn das Paar verbunden ist;

Mittel zum Richten eines paralIeIisierten oder nahezu paralIeIisierten Strahles vorbestimmter spektraler Zusammensetzung auf die Linse des Prüf 1insenaufbaus derart, daß der Strahl, der am Prüf 1insenaufbau auftritt, wenn dieser in Paßverbindung mit den simulierten Paßoberflächen steht, von einem nominal perfekten Linsenaufbau auszugehen scheint, so daß der Strahl in den Prüf 1insenaufbau eintritt und hierdurch auf der reflektierenden Oberfläche

fokussiert wird, wonach er reflektiert wird und aus dem Prüf 1insenaufbau als Strahl austritt, der in Gegenrichtung zu dem eintretenden Strahl verläuft, und

Mittel zum Abfangen des austretenden Strahls und zum Vergleich seines Energieinhalts mit dem Energieinhalt des eintretenden parallelisierten Strahles, wodurch der optische Wirkungsgrad des Prüf 1insenaufbaus bestimmt 0 werden kann.
12. Vorrichtung zur Prüfung optischer Linsenaufbauten, bei denen ein Ende eine Lichtleitfaser aufnimmt, deren Ende am Brennpunkt des Linsenaufbaus zu liegen kommt, wobei die Lichtleitfasern an ihren Enden Bezugsoberflächen aufweisen, um einen Linsenaufbau an einen weiteren Aufbau anzupassen und um ein faseroptisches Verbinderpaar zu schaffen, bei dem der erste Linsenaufbau als Eingang wirkt und die numerische Apertur des vom Ende der darin angeordneten Faser austretenden Strahls vermindert und wobei der andere Linsenaufbau des Paares als Ausgang wirkt und den Strahl empfängt, der aus dem Eingangslinsenaufbau austritt und ihn auf das Ende einer Lichtleitfaser fokussiert, die im Ausgangslinsenaufbau anqeordnet ist; die Prüfvorrichtung umfaßt folqende Merkmale:

Mittel zur Simulation der Paßoberflächen eines optischen Linsenaufbaus , der eine nominale

Geometrie besitzt und um einen Prüflinsenaufbau in Paßbeziehung mit den simulierten Paßoberflächen zu halten;

eine reflektierende Oberfläche, die die 5

gleiche nominelle Geometrie wie das Ende

einer Faser hat, die in Verbindunq mit einem solchen Linsenaufbau benutzbar ist;

Mittel zur Positionierung der Reflexions-.Q oberfläche im Prüf 1insenaufbau an der Nennposition, die ein Lichtleitfaserende im tatsächlichen Gebrauch derartiger Linsenaufbauten einnehmen würde;

Mittel zum Richten eines paralIeIisierten oder beinahe paralIeIisierten Strahls vorbestimmter spektraler Zusammensetzunq an der Linse des Prüf 1insenaufbaus derart, daß der Strahl nach dem Prüf 1insenaufbau wenn eine Paßverbindung mit den simulierten Paßoberflächen hergestellt ist, von einem nominell perfekten Linsenaufbau auszugehen scheint, wodurch der Strahl in den Prüf 1insenaufbau eintritt und hierdurch auf der Reflexionsoberfläche fokussiert wird, wonach er nach dem Prüf 1 insenaufbau .als Strahl reflektiert

wird, der in Gegenrichtung zu dem eintretenden Strahl verläuft, und

Mittel zur Abfangung des austretenden Strahls

und zum Vergleich seines Energieinhalts mit

dem Energieinhalt des eintretenden paralleli-

sierten Strahls, wodurch der optische

Wirkungsgrad des Prüflinsenaufbaus bestimmt werden kann.
13. Verfahren zur Prüfung von Linsenaufbauten, die mit einem Ende eine optische Faser aufnehmen, die mit ihrem Ende an einer vorbestimmten Stelle gegenüber dem Brennpunkt des Linsenaufbaus zu liegen kommt, wobei der Linsenaufbau Bezugsoberflächen aufweist, durch die die mechanische Achse des Linsenaufbaus auf die mechanische Achse eines weiteren Aufbaus ausgerichtet werden kann, um ein Verbinderpaar zu schaffen, bei denen das erste Glied als Eingang wirkt und einen Lichtstrahl expandiert und parallelisiert, der von dem Ende der darin angeordneten Lichtleitfaser austritt, während das andere Glied des Paares als Ausgang wirkt, um den expandierenden paralIeIisierten Strahl zu empfangen, der vom Eingangslinsenaufbau austritt, und um den Strahl auf dem Ende einer Lichtleitfaser zu fokussieren, die im Austrittslinsenaufbau angeordnet ist; das Verfahren umfaßt die folgenden Stufen:

es wird der zu prüfende Linsenaufbau gehaltert und eine Reflexionsoberfläche mit der gleichen nominellen Geometrie wie das Ende einer optischen Faser, die in Verbindung mit dem Linsenaufbau benutzt wird, in dem Prüf 1insenaufbau an der nominalen Stelle positioniert, die von einer optischen Faser eingenommen würde;

es wird ein paralIeIisierter oder nahezu para 1IeIisierter Strahl vorbestimmter spektraler Zusammensetzung und vorbestimmten Durchmessers konzentrisch mit ■ und parallel zu der mechanischen Achse des Prüf 1insenaufbaus so ausgerichtet, daß der Strahl nach dem Prüf 1insenaufbau von einem nominell perfekten Paßlinsenaufbau auszugehen scheint, so daß der Strahl, der in den Prüf 1insenaufbau eintritt, mehr oder weniger perfekt dadurch auf der Reflexionsoberfläche fokussiert wird, von welcher er reflektiert wird, um von dem Prüf 1insenaufbau auszutreten und · im Gegensinn zu dem eintretenden Strahl austritt;

es wird der Strahl, der vom Prüf 1insenaufbau austritt, abgefangen und hinsichtlich seines

Energieinhaltes mit dem Energieinhalt des

20

eintretenden paralIeIisierten Strahls verglichen, um den optischen Wirkungsgrad des Prüf 1insenaufbaus zu bestimmen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Ausrichtung folgende Schritte umfaßt:

a) es wird ein Interferometer so angeordnet, daß ein vorbestimmtes Interferenzmuster erzeugt wird, wenn wenigstens ein Teil der Prüf 1 insenaufbau-Bezugsoberf1ächen

und der paralLeiisierte Strahl senkrecht

zueinander stehen, und

b) es wird der Prüf 1insenaufbau so verstellt, daß er gegenüber dem paralIeIisierten Strahl so orientiert ist, daß das vorbestimmte Interferenzmuster erzeugt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig voneinander der Prüf 1insenaufbau in zwei linearen Richtungen senkrecht zur nominellen mechanischen Achse eingestellt wird, um den Prüf 1insenaufbau geqenüber dem paralIeIisierten Strahl zu zentrieren und um den Prüf 1insenaufbau zu drehen und hierdurch unabhängig seinen Azimut i

und seine Höhe gegenüber dem paralIeIisierten ^ Strahl einzustellen, so daß der Teil der Prüflinsenaufbau-Bezugsoberflächen senkrecht zum paralIeIisierten Strahl ausgerichtet werden kann.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß der paralIeIisierte Strahl ein Strahl ist, der von einem Laser ausgesandt wurde.
25
17. Verfahren zur Prüfung des Linsenaufbaus jener Bauart, bei der ein Ende eine Lichtleitfaser aufnimmt, die mit ihrem Ende an einer vorbestimmten Stelle gegenüber dem Brennpunkt des Linsenaufbaus angeordnet ist und eine Bezuqsoberflache senkrecht zu einer in Längsrichtung verlaufenden mechanischen

Achse derart aufweist, daß dann, wenn zwei Linsenaufbauten mit ihren jeweiligen Bezugsoberflächen stumpf gegeneinander gefügt werden und ihre mechanischen Achsen dabei koaxial liegen, ein Verbinderpaar geschaffen wird, bei dem der erste Aufbau als Eingang wirkt und den Strahl expandiert und paralIeIisiert oder fast paralIeIisiert, der aus dem Ende der darin angeordneten optischen Faser austritt, und wobei das andere Paar als Ausgang wirkt und den expandierten paralIeIisierten Strahl empfängt, der vom Eingangslinsenaufbau austritt und diesen auf das Ende einer Faser fokussiert, die im Ausgangslinsenaufbau angeordnet ist;

das Verfahren umfaßt die folgenden Stufen:

es wird ein zu prüfender Linsenaufbau abgestützt und eine Reflexionsoberfläche mit der gleichen nominellen Geometrie wie das Ende einer Lichtleitfaser, die in Verbindung mit den Aufbauten benutzt werden soll, im Prüflinsenaufbau an der nominellen Stelle einer optischen Faser angeordnet;

es wird ein paralIeIisierter oder nahezu paralIeIisierter Strahl vorbestimmter spektraler Zusammensetzung und vorbestimmten Durchmessers konzentrisch und senkrecht zur Bezugsoberfläche des Prüf 1insenaufbaus so ausgerichtet, daß der Strahl nach dem Prüf 1insenaufbau von einem nominell perfekten Paßlinsenaufbau

auszugehen scheint, wodurch der Strahl, der in den Prüf 1insenaufbau eintritt, mehr oder weniger perfekt auf der Reflexionsoberfläche fokussiert und von dieser reflektiert wird, um aus dem Prüf 1insenaufbau als Strahl auszutreten, der in Gegenrichtung zu dem eintretenden para1IeIisierten Strahl verläuft;

es wird der aus dem Prüf 1insenaufbau austretende Strahl abgefangen und bezüglich

seines Energieinhaltes mit dem Energieinhalt des eintretenden paralIeIisierten Strahles verglichen, wodurch der optische Wirkungsgrad des Prüf 1insenaufbaus bestimmt werden kann. 15
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Ausrichtung die folgenden Schritte umfaßt:

a) es wird ein Interferometer so angeordnet, daß ein vorbestimmtes Interferenzmuster

erzeugt wird, wenn die Bezugsoberflächen des Prüf 1insenaufbaus und der parallelisierte Strahl senkrecht aufeinander stehen und

b) es wird der Prüf 1insenaufbau gegenüber dem

paralIeIisierten Strahl derart eingestellt, daß das vorbestimmte Interferenzmuster entsteht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüflinsenaufbau unabhängig in zwei linearen Richtungen senkrecht zu der nominellen mechanischen ■ Achse verschoben wird, um den Prüf 1insenaufbau gegenüber dem paral1e1isierten Strahl zu zentrieren, und es wird der Prüf 1insenaufbau gedreht, um unabhängig den Azimutwinkel und den Höhenwinkel gegenüber dem paralIeIisierten Strahl einzustellen, so daß die Bezugsoberflächen des Prüf 1insenaufbaus senkrecht zu dem paralIeIisierten Strahl ausgerichtet werden.

20: Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der paralIeIisierte Strahl ein von einem Laser ausgehender Strahl ist.