DE102014202347A1 - Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (100) zum Vermessen eines beweglichen Spiegels (1), aufweisend: – eine Aktuatoreinrichtung (10) für den Spiegel (1); – eine optische Strahlformungseinrichtung (30), die eine Anpassung eines Messstrahls derart durchführt, dass der Messstrahl im Wesentlichen vollständig durch eine axiale Ausnehmung (2) der Aktuatoreinrichtung (10) führbar ist; – eine Sensoreinrichtung (20) mit einem Auswerteelement (21), wobei der Messstrahl für die Sensoreinrichtung (20) im Wesentlichen entlang einer Längsachse der Ausnehmung (2) führbar ist; und – eine Strahlungsquelle (40), deren Strahlung auf eine Strahlteilereinrichtung (60) emittierbar ist, wobei eine Kollimationseinrichtung (70) zwischen der Strahlungsquelle (40) und der Strahlteilereinrichtung (60) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik sind im Bereich von Facettenspiegeln Winkelmesssysteme bekannt, die die Eigenschaft aufweisen, dass eine Winkelauflösung und ein Winkelmessbereich abhängig von einer Fokuslänge sind. Bei den genannten Systemen werden thermale Einflüsse, Gradienten von außen und innen sowie Driften weder erfasst noch korrigiert.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels bereitzustellen, die die oben genannten Aspekte berücksichtigt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zum Vermessen eines beweglichen Spiegels, aufweisend:
    • – eine Aktuatoreinrichtung für den Spiegel;
    • – eine optische Strahlformungseinrichtung, die eine Anpassung eines Messstrahls derart durchführt, dass der Messstrahl im Wesentlichen vollständig durch eine axiale Ausnehmung der Aktuatoreinrichtung führbar ist;
    • – eine Sensoreinrichtung mit einem Auswerteelement, wobei der Messstrahl für die Sensoreinrichtung im Wesentlichen entlang einer Längsachse der Ausnehmung führbar ist; und
    • – eine Strahlungsquelle, deren Strahlung auf eine Strahlteilereinrichtung emittierbar ist, wobei eine Kollimationseinrichtung zwischen der Strahlungsquelle und der Strahlteilereinrichtung angeordnet ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Strahlformungseinrichtung ein Kepler-Teleskop ist. Dadurch wird ein einfaches und bewährtes optisches Konzept zur Strahlformung verwendet.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Strahlformungseinrichtung wenigstens eine zylindrische Linse mit radial abhängigem Brechungsindex aufweist. Dadurch kann ein bekanntes Konzept zur Strahlformung verwendet werden, welches durch unterschiedliche Dotierungen unterschiedliche Brechungsindizes ermöglicht. Auf diese Weise lassen sich auf einfache Weise unterschiedliche Brennweiten von optischen Elementen realisieren.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsquelle im Wesentlichen rechtwinklig zur optischen Achse angeordnet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine kompakt bauende Vorrichtung realisiert werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsquelle eine Laserdiode mit polarisierter Ausgangsstrahlung ist. Durch die Verwendung einer Strahlungsquelle mit polarisierter Strahlung kann für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft eine einfache Strahlteilung der Messstrahlung realisiert werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Laserdiode mit polarisierter Ausgangsstrahlung eine zylindrische Linse mit radial abhängigem Brechungsindex aufweist. Auf diese Weise wird der Strahl kollimiert, wobei die Laserdiode beispielsweise mittels eines Klebers direkt auf der Sensoreinrichtung befestigt werden kann, ohne dass weitere aufwendige Ausrichtungsmaßnahmen erforderlich wären.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Strahlungsquelle eine zwei Wellenlängen emittierende LED ist. Auf diese Weise können mit den unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedliche technische Aspekte der Vorrichtung geprüft werden. Beispielsweise lassen sich dadurch vorteilhaft auch thermische Einflüsse auf den Sensor kompensieren.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die LED mit einer Polarisationseinrichtung und einer Kollimationseinrichtung kombiniert ist. Auf diese Weise kann eine optimale Anpassung der Strahlungsquelle realisiert werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung eine redundante Strahlungsquelle aufweist. Dadurch kann im Fehlerfall ein unterbrechungsfreier Betrieb der Vorrichtung bereitgestellt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die redundante Strahlungsquelle mittels eines umklappbaren Spiegels in den Strahlengang der Messstrahlung schaltbar ist. Auf diese Weise wird ein einfaches technisches Mittel zur Auswahl der redundanten Strahlungsquelle bereitgestellt.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass eine Polarisationsrichtung der redundanten Strahlungsquelle mittels eines Faraday-Rotators änderbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine Polarisationsrichtung der Strahlung der redundanten Strahlungsquelle auf einfache Weise einstellen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die redundante Strahlungsquelle mittels einer zweiten Polarisationsrichtung geändert werden kann. Auch auf diese Weise ist eine flexible Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterstützt.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass eine Polarisationsrichtung der redundanten Strahlungsquelle mittels einer λ/2-Platte einstellbar ist. Auch auf diese Weise ist eine flexible Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterstützt.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Auswerteelement als ein CCD-Sensor oder als eine photosensitive Diode oder als eine Quadrantendiode ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft unterschiedliche Auswerteverfahren realisieren.
  • Vorteile der Erfindung
  • Als vorteilhaft wird angesehen, dass es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, eine Strahlungs- bzw. Lichtausbeute der Vorrichtung optimal auszugestalten. Insbesondere kann ein Betrieb der verwendeten Strahlungsquellen sehr sparsam und effizient ausgeführt werden, da aufgrund der gut definierten Strahlführung nahezu die gesamte Strahlung zum Auswerteelement gelangt. Dadurch ist ein sparsamer Betrieb der Strahlungsquelle möglich, was eine Betriebsdauer der Sensoreinrichtung vorteilhaft maximieren kann.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. In den Figuren haben gleiche oder funktionsgleiche Elemente gleiche Bezugsziffern.
  • In den Figuren zeigt:
  • 1 eine konventionelle Vorrichtung zum Vermessen einer beweglichen Spiegeleinrichtung;
  • 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3a eine Variante einer Strahlungsquelle;
  • 3b eine weitere Variante einer Strahlungsquelle;
  • 4a4c mehrere Varianten einer optischen Strahlformungseinrichtung zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 5 eine weitere Variante einer optischen Strahlführungseinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung;
  • 6a6b zwei Varianten für ein Auswerteelement der Sensoreinrichtung;
  • 7 eine weitere Variante einer Sensoreinrichtung zur Verwendung mit der Vorrichtung;
  • 8 eine prinzipielle Skizze zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Auswertung;
  • 99a prinzipielle Darstellungen eines Konzepts der erfindungsgemäßen Strahlformung und Strahlführung; und
  • 10a10e mehrere Varianten einer redundanten Strahlungsquelle.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Detail einer konventionellen Vorrichtung zum Ver- bzw. Ausmessen einer beweglichen Spiegeleinrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 40, die Licht auf einen Strahlteiler 60 abstrahlt. Vom Strahlteiler 60 wird das Licht auf eine Kollimationseinrichtung 70 und auf den beweglichen Spiegel 1 gelenkt. Vom Spiegel 1 wird das Licht zur Kollimationseinrichtung 70 reflektiert und von dieser auf den Strahlteiler mit einem Auswerteelement 21 gelenkt.
  • Die gezeigte Anordnung weist physikalisch einen Messbereich auf, der durch die Größe der Bildabmessung des Auswerteelements 21, welches z.B. als ein CCD-Sensor (engl. charge coupled device), eine Vierquadrantendiode oder als fotosensitive Diode ausgebildet sein kann, und der hinsichtlich der Brennweite limitiert ist. Beispielsweise weist die gezeigte Anordnung bei einer Brennweite der Kollimationseinrichtung 70 von ca. 100 mm und einer Fläche des Auswerteelements 21 von ca. 2 x 2 mm bei einer Spotgröße von 2 mm einen Messbereich von ca. 10 mrad auf.
  • Aufgrund der Tatsache, dass die Kollimationseinrichtung 70 also relativ weit vom Strahlteiler 60 entfernt ist, benötigt die gezeigte Anordnung sehr viel Platz. Durch Streuverluste des Strahlteilers 60 ist zudem ein energieintensiver Betrieb der Strahlungsquelle 40 erforderlich.
  • Eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ist in 2 gezeigt. Eine Aktuatoreinrichtung 10 (z.B. in Form von mehreren elektromagnetischen Spulen) können einen Elektromagneten 11 lagemäßig durch selektives Bestromen der Spulen verstellen. Auf dem Magnet 11 ist ein optischer Spiegel 1 angeordnet, beispielsweise als eine verspiegelte Ni-Schicht. Entlang einer Längsachse der Aktuatoreinrichtung 10 ist eine röhrenförmige Ausnehmung 2 ausgebildet, die eine optische Achse A für eine Messstrahlung, welche von der Spiegeleinrichtung 1 reflektiert wird, bildet.
  • Im unteren Bereich der 2 ist dargestellt, dass die Vorrichtung 100 weiterhin eine Sensoreinrichtung 20 umfasst, wobei eine Strahlungsquelle 40 auf einen Strahlteiler 60 (z.B. ein Polarisationsstrahlteiler) polarisiertes Licht einstrahlt. Vom Strahlteiler 60 wird die Messstrahlung über eine optische Strahlformungseinrichtung 30 (z.B. in Form eines Kepler-Teleskops) auf den Spiegel 1 umgelenkt, von diesem reflektiert und auf ein Auswerteelement 21 der Sensoreinrichtung 20 gelenkt.
  • Die Sensoreinrichtung 20 wird erfindungsgemäß in einem Bereich B der in der oberen Darstellung von 2 gezeigten Anordnung positioniert, wobei die optische Strahlformungseinrichtung 30 innerhalb der röhrenförmigen Ausnehmung 2 angeordnet wird. Im Ergebnis wird damit erreicht, dass ein effizienter Aufbau der gesamten Vorrichtung 100 möglich ist, weil mittels der optischen Strahlformungseinrichtung 30 im Wesentlichen die gesamte Strahlung der Strahlungsquelle 40 innerhalb der Ausnehmung 2 geführt werden kann. Weiterhin ist dadurch ein energiesparender Betrieb der Strahlungsquelle 40 unterstützt, was eine Betriebsdauer der Strahlungsquelle 40 vorteilhaft maximieren kann. Ein Rückkopplungswiderstand für die Strahlungsquelle 40 kann nämlich vorteilhaft relativ klein ausgebildet sein, was vorteilhaft einen geringen Rauschanteil in einem Messsignal bewirkt.
  • Als Strahlungsquelle 40 wird vorzugsweise ein Halbleiterlaser mit polarisierter Ausgangsstrahlung (engl. vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) mit einer Wellenlänge von ca. 850 nm eingesetzt. Die Strahlung des genannten Lasers wird derart eingekoppelt, dass die polarisierte Strahlung im Wesentlichen vollständig reflektiert wird und auf die zu messende winkelveränderliche Komponente in Form des Spiegels 1 gelenkt wird. Der Messstrahl wird sodann mittels des Kepler-Teleskops in seinem Durchmesser verkleinert, wobei der vom Spiegel 1 reflektierte Strahl in seinem Durchmesser vergrößert wird. Der vergrößerte Strahl erfährt eine Winkelverkleinerung, die derart ausgebildet ist, dass der Strahl durch den eingeschränkten Bauraum der Ausnehmung 2 gelenkt werden kann. Der Messstrahl durchläuft erneut eine λ/4-Platte 22, sodass ein Effekt einer λ/2-Platte erreicht wird, um dann auf das Auswerteelement 21 zu gelangen. Mittels des Auswerteelements 21 wird eine Längenänderung detektiert, die in eine Winkeländerung des Spiegels 1 umgerechnet wird.
  • Vorteilhaft sind mittels der gezeigten Vorrichtung 100 die Ein- und Auskoppelverluste der Messestrahlung auf ein Minimum begrenzt. Weiterhin wird vorteilhaft im Wesentlichen keine Störstrahlung im Sinne eines optischen Übersprechens für einen Nachbarsensor generiert.
  • Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 mit unterschiedlichen Strahlungsquellen 40 betrieben werden.
  • 3a zeigt eine Variante einer Strahlungsquelle 40 in Form einer VCSEL 41, die mit einer Gradientenlinse 42 („Grinlinse“) kombiniert ist. Auf diese Weise kann die Strahlformung auch mittels der Gradientenlinse 42 vorgenommen werden, was eine unmittelbare Anordnung der Strahlungsquelle 40 auf dem Strahlteiler 60 ermöglicht. Auf einfache Weise ist der beispielsweise eine Fixierung der VCSEL 41 auf der Gradientenlinse 42 mittels eines optischen Klebers möglich.
  • 3b zeigt eine weitere Variante der Strahlungsquelle 40. In diesem Fall ist die Strahlungsquelle 40 als eine Mehrfarben-LED 43 ausgebildet, die Strahlung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen (z.B. in den Farbkombinationen rot/grün, rot/IR, usw.) emittieren kann. Eine Strahlformung der Strahlung der genannten Mehrfarben-LED 43 erfolgt mittels einer Linse 47 (z.B eine Bikonvex- oder eine Plankonvexlinse). Im Zusammenhang mit 7 wird näher erläutert, zu welchem Zweck die beiden von der Mehrfarben-LED 43 emittierten Wellenlängen für die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 verwendet werden können.
  • Die 4a bis 4c zeigen in qualitativer Weise mehrere Varianten der optischen Strahlformungseinrichtung 30. Mithilfe der Strahlformungseinrichtung 30 kann ein vom beweglichen Spiegel 1 reflektierter Messstrahl derart geformt werden, dass er vollständig innerhalb der röhrenförmigen Ausnehmung 2 geführt wird. Man erkennt, dass verschiedene Durchmesser und Längen von Elementen 31, 32 der Strahlformungseinrichtung 30 vorgesehen sein können, woraus unterschiedliche Strahlengänge des Messstrahls, wie in den Figuren 4a bis 4c angedeutet, resultieren. Die genannten optischen Elemente 31, 32 sind beispielsweise als Gradientenlinsen ausgebildet, die unterschiedliche Dotierungen (z.B. hinsichtlich des Materials und des Dotierungsgrads) aufweisen, die unterschiedliche Strahlreduktionsfaktoren bewirken.
  • 5 zeigt eine weitere Variante einer optischen Strahlführungseinrichtung für eine Strahlformungseinrichtung 30. Die Strahlführungseinrichtung ist in diesem Fall ebenfalls als eine GRIN-Linse („Gradienten-Index-Linse“) ausgebildet, die eine gerade Anzahl von Perioden (engl. pitches) des Brechungsindex n aufweist. Auf diese Weise erfahren Strahlengänge des Messstrahls in Abhängigkeit von der Temperaturrichtung unterschiedliche Temperatureinflüsse, wodurch sich Strahlengänge kompensieren und vorteilhaft eine thermale Korrektur quer zur optischen Achse A erreicht werden kann.
  • Die 6a und 6b zeigen zwei unterschiedliche Arten von Auswerteelementen 21, mit denen die Ermittlung der Verkippung des Spiegels 1 durchgeführt werden kann. 6a zeigt eine photosensitive Diode (PSD), die ein über einen gesamten Lichtfleck integrierendes Verhalten aufweist. Angedeutet sind die elektrischen Ströme iA, iB, iC und iD, angedeutet ist ein Lichtfleck des auf die Diode auftreffenden Messstrahls. Die photosensitive Diode ändert die Messströme in Abhängigkeit von der Lichtfleckposition.
  • 6b zeigt eine alternative Ausgestaltung des Auswerteelements 21 in Form einer Vierquadranten-Fotodiode, die vier einzelne Messfelder aufweist, die durch Trennkanten voneinander abgegrenzt sind. Auf diese Weise wird ein nicht integrierendes Verhalten der Vierquadranten-Fotodiode erzeugt.
  • Für beide Varianten der Auswerteelemente 21 ergeben sich ein elektrischer Strom in x-Richtung und ein elektrischer Strom in y-Richtung nach folgenden mathematischen Beziehungen: X = (iA + iD) – (IB + IC)/(iA + iB + iC + iD) Y = (iA + iB) – (iD + iC)/(iA + iB + ic + iD)
  • Alternativ können als Auswerteelement 21 auch ein ladungsempfindlicher CCD-Sensor und auch mehrere einzelne Fotoelemente zum Einsatz kommen.
  • Eine Variante der Sensoreinrichtung 20 zeigt 7. Die Strahlungsquelle 40 ist dabei als eine Mehrfarben-LED 43 mit den zwei emittierten Farben rot und grün ausgebildet, die die Messstrahlung auf eine Kollimationseinrichtung 70 mit einem Polarisator 80 emittiert, wodurch die Messstrahlung kollimiert wird und auf einen Strahlteiler 60 gelangt. Ein Teil der Messstrahlung in Form des grünen Lichts passiert den Strahlteiler 60 und trifft nach Passierung einer λ/4-Platte 22 und eines Filters 24 auf den beweglichen Spiegel 1. Vom Spiegel 1 wird die Messstrahlung reflektiert und gelangt wiederum auf den Strahlteiler 60 und auf das Auswerteelement 21.
  • Das rote Licht wird hingegen von einem dielektrischen Spiegel 24 reflektiert und gelangt auf das Auswerteelement 21. Auf diese Weise kann mittels des roten Lichts eine Deformation der Sensoreinrichtung 20 ermittelt werden, die die Sensoreinrichtung 20 aufgrund von thermalen Änderungen der Mechanik und Optik erfährt.
  • Es ist auf diese Weise somit vorteilhaft möglich, mittels zweier verschiedener Wellenlängen (z.B. rot und grün) der Messstrahlung in einem Strahlengang zusätzlich zur Verkippung des Spiegels 1 eine Deformation und ein thermales Driften der Sensoreinrichtung 20 zu ermitteln. Vorteilhaft kann dadurch der Aufbau bezüglich Deformationen und Thermaldriften durch eine Subtraktion der Signale des roten und grünen Lichts erfasst und entsprechend korrigiert werden. Wichtig ist hierbei eine gemeinsame Anordnung der pn-Leuchtübergänge auf einem gemeinsamen Substrat der Mehrfarben-LED 43.
  • Anhand von 8 wird das Prinzip der Umrechnung einer Längenänderung des Messstrahls in eine Winkeländerung des Spiegels 1 erläutert. Eine Auslenkung des optischen Messstrahls ist mit df bezeichnet, eine Messdistanz zwischen dem Auswerteelement 21 und dem beweglichen Spiegel 1 ist mit MD bezeichnet. Ein Verkippungswinkel α des Spiegels 1 ergibt sich aus der Messdistanz MD und der Auslenkung df gemäß folgender mathematischer Beziehung: α = df/2·MD
  • 9 erläutert eine Anpassung eines geometrische Messbereichs mittels der optischen Strahlformungseinrichtung 30 mit einer Strahlführung über eine Luftstrecke. Erkennbar ist der Verkippungswinkel α des beweglichen Spiegels 1 sowie ein Winkel 2α, unter dem der Messstrahl auf ein erstes Element 31 der optischen Strahlformungseinrichtung 30 einfällt. Über die optische Strahlformungseinrichtung 30 in Form eines Kepler-Teleskops kann eine Winkelanpassung an den gewünschten Messbereich realisiert werden, wodurch vorteilhaft im Wesentlichen alle Winkelbereiche über limitierte Außenabmessungen der Vorrichtung 100 realisiert werden können. Eine reine Bildübertragung wird mittels einer Mehrfachlinsenanordnung erreicht, mit dem Merkmal f1/f2 = 1, wobei f1 und f2 Fokuslängen der Linsen sind, wobei mittels der gleichen Fokuslängen für f1 und f2 ein Abbildungsmaßstab 1:1 eingestellt wird, um große Strecken übertragen zu können. Prinzipiell ist dieses Prinzip einer Bildübertragung in 9a dargestellt, aus der erkennbar ist, dass der Messstrahl mittels der genannten Brennweitenkonfiguration definiert über eine größere Distanz führbar ist.
  • Die 10a 10e zeigen mehrere Varianten einer redundanten Strahlungsquelle. 10a zeigt, dass zu diesem Zweck VCSELs in der Polarisations-Abstrahlcharakteristik definiert eingekoppelt werden. Die VCSEL 41a, deren Strahlung vom Strahlteiler 60 reflektiert werden soll, wird mit rechtwinkliger Polarisation eingekoppelt und die VCSEL 41b, deren Strahlung durch den Strahlteiler 60 transmittiert werden soll, wird mit paralleler Polarisation eingekoppelt.
  • Als vorteilhaft wird angesehen, dass im Fehlerfall die redundante Strahlungsquelle aktiviert werden kann, wodurch zu einem definierten Zeitpunkt ein Tausch einer fehlerhaften Komponente durchgeführt werden kann. Voraussetzung ist, dass die Folgeoptik einen Strahlteiler 60 umfasst und die beiden Polarisationsrichtungen der Strahlungsquellen unter 45° zum Neutralteiler 61 eingekoppelt werden. Als Neutralteiler 61 wird dabei ein Intensitätsteiler verstanden, der zufällig polarisiertes Licht in gleiche Anteile teilt, das heißt im Verhältnis 50:50 (50% transmittiert, 50% reflektiert) oder im Verhältnis reflektiertes zu transmittiertes Licht 1:1.
  • 10b zeigt eine Möglichkeit zum Ändern einer Polarisationsrichtung der VCSELs 41a, 41b. Zum Ändern einer Strahlungscharakteristik einer redundanten Strahlungsquelle kann auch ein Faraday-Rotator 44 vorgesehen sein, der eine Polarisationsrichtung einer Strahlungsquelle 40 (z.B. in Form einer VCSEL, Laserquelle, LED, usw.) ändern kann.
  • Alternativ ist auch denkbar, wie in 10c dargestellt, dass mittels eines umklappbaren Spiegels 45 die redundante VCSEL 41a, 41b in den Strahlengang geschaltet werden kann.
  • 10d zeigt eine weitere Variante einer redundanten Strahlungsquelle mit einem Neutralteiler 61 mit nachgeschaltetem Polarisator 80.
  • 10e zeigt eine um 45 Grad drehbare λ/2-Platte 46, mittels der eine Polarisationsrichtung der VCSELs 41a, 41b geändert werden kann, damit die Strahlung jeder der VCSELs 41a, 41b mit korrekter Polarisation in den Messstrahlengang eingekoppelt werden kann.
  • Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Messen einer Verkippung einer beweglichen Spiegeleinrichtung vorgeschlagen, mittels der ein optimales Ausnutzen eines vorhandenen Bauraums ermöglicht ist. Vorteilhaft ist aufgrund einer definierten Führung einer Messstrahlung ein Störungsverhalten auf Nachbarsensoren im Wesentlichen ausgeschlossen. Ein energieschonender Betrieb ist insofern unterstützt, als Messstrahlung im Wesentlichen vollständig von der Strahlungsquelle auf dem Auswerteelement auftrifft und dadurch die Strahlungsquelle energieschonend betrieben werden kann. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine starke Modularität aus, mittels der vielfache messtechische Zusatzfunktionen realisiert werden können.
  • Der Fachmann wird die beschriebenen Merkmale geeignet abändern oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims (14)

  1. Vorrichtung (100) zum Vermessen eines beweglichen Spiegels (1), aufweisend: – eine Aktuatoreinrichtung (10) für den Spiegel (1); – eine optische Strahlformungseinrichtung (30), die eine Anpassung eines Messstrahls derart durchführt, dass der Messstrahl im Wesentlichen vollständig durch eine axiale Ausnehmung (2) der Aktuatoreinrichtung (10) führbar ist; – eine Sensoreinrichtung (20) mit einem Auswerteelement (21), wobei der Messstrahl für die Sensoreinrichtung (20) im Wesentlichen entlang einer Längsachse der Ausnehmung (2) führbar ist; und – eine Strahlungsquelle (40), deren Strahlung auf eine Strahlteilereinrichtung (60) emittierbar ist, wobei eine Kollimationseinrichtung (70) zwischen der Strahlungsquelle (40) und der Strahlteilereinrichtung (60) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlformungseinrichtung (30) ein Kepler-Teleskop ist.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlformungseinrichtung (30) wenigstens eine zylindrische Linse mit radial abhängigem Brechungsindex aufweist.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (40) im Wesentlichen rechtwinklig zur optischen Achse (A) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (40) eine Laserdiode mit polarisierter Ausgangsstrahlung ist.
  6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode mit polarisierter Ausgangsstrahlung eine zylindrische Linse mit radial abhängigem Brechungsindex aufweist.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (40) eine zwei Wellenlängen emittierende LED (43) ist.
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die LED mit einer Polarisationseinrichtung (80) und einer Kollimationseinrichtung kombiniert ist.
  9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine redundante Strahlungsquelle aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die redundante Strahlungsquelle mittels eines umklappbaren Spiegels (45) in den Strahlengang der Messstrahlung schaltbar ist.
  11. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polarisationsrichtung der redundanten Strahlungsquelle mittels eines Faraday-Rotators (44) änderbar ist.
  12. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die redundante Strahlungsquelle mittels einer zweiten Polarisationseinrichtung geändert werden kann.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polarisationsrichtung der redundanten Strahlungsquelle mittels einer λ/2-Platte einstellbar ist.
  14. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerteelement (21) als ein CCD-Sensor oder als eine photosensitive Diode oder als eine Quadrantendiode ausgebildet ist.
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Citations (4)

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DE3122357A1 (de) * 1981-06-05 1983-01-20 Karl F. Zimmer oHG, 6101 Roßdorf "vorrichtung zur optischen messung von winkelaenderungen"
EP0664205A1 (de) * 1993-12-28 1995-07-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorform, aus der Zylinderlinsen, insbesondere Mikro-Zylinderlinsen, herstellbar sind, Verfahren zur Herstellung solcher Zylinderlinsen unter Bildung solcher Vorformen sowie die Verwendung der nach den Verfahren hergestellten Zylinderlinsen
DE10118135A1 (de) * 2000-04-14 2001-12-13 Nec Corp Optischer Kopf und optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabe-Vorrichtung
EP2490063A1 (de) * 2011-02-21 2012-08-22 Carl Zeiss AG Scanspiegelvorrichtung

Patent Citations (4)

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