DE3404899A1 - Vorrichtung und verfahren zum stabilisieren eines lichtbuendels - Google Patents

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Stabilisieren eines

Lichtbündels

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtbündelstabilisatoren und betrifft insbesondere Stabilisatoren, die eine Winkelabweichung eines Lichtbündels von einem vorbestimmten Weg erfassen und dann die Abweichung reduzieren.

Die Lichtbündel, die durch einige Laser projiziert werden, können in den Winkelrichtungen, in denen sich die Lichtbündel bewegen, sporadisch abweichen. Bei anderen Lasern können solche Abweichungen ebenfalls vorkommen, aber hauptsächlich während des Aufwärmens. Solche Abweichungen werden gewöhnlich als "Richtinstabilitäten" (pointing instabilities) bezeichnet. Diese Instabilitäten sind zwar im allgemeinen klein und liegen in der Größenordnung von 10 mrad, beim präzisen Arbeiten in der Optik werden sie jedoch bedeutsam.

Aufgäbe der Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten Lichtbündelstabilisator und ein Verfahren zum Stabilisieren eines Lichtbündels zu schaffen.

Mittels des Lichtbündelstabilisators und des Verfahrens nach der Erfindung sollen Richtinstabilitätseffekte bei Lasern reduziert werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfaßt eine Detektoreinrichtung eine Winkelabweichung eines eintretenden Lichtbündels und erzeugt ein entsprechendes Fehlersignal. Eine Korrektureinrichtung, die mit der Detektoreinrichtung verbunden ist, empfängt das Fehlersignal und reduziert die Winkelabweichung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung eines Teils der Vor

richtung nach Fig. 1,

Fig. 2A das Verschieben eines Lichtbündels

durch eine parallele Platte nach der
Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer

Ausführungsform der Erfindung,

die Fig. 4A

und 4B die Strahlengänge in der Ausführungs

form der Erfindung nach Fig. 1 und

Fig. 4C die Arbeitsweise der Platte 39 in

Fig. 1.

Gemäß der Darstellung in Fig.1 wird ein eintretendes Lichtbündel 3 (das vorzugsweise ein Laserlichtbündel und daher stark kollimiert oder gebündelt ist) durch eine erste Linsenanordnung 9 als ein konvergierendes Bündel 5 auf einen Brennpunkt 7, fokussiert. Das Licht geht von dem Brennpunkt 7 als ein divergierendes Lichtbündel 15 zu einer zweiten Linsenanordnung 12 und wird durch diese zu einem Austrittsbündel 18 rekollimiert, in welchem die Strahlen 18A und 18B im wesentlichen parallel, d.h. kollimiert sind. Ein Teil 21 des Austrittsbündels wird durch eine Ablenkvorrichtung in Form eines Strahlungsteilers 23 aus dem Austrittsbündel 18 abgelenkt, durch eine dritte Linse 23A fokussiert und auf einen Photomeßfühler 26 gerichtet, um ein Bild auf einer mit gestrichelten Linien dargestellten Brennebene 27 der dritten Linse 23A zu bilden.

Der Photomeßfühler 26 enthält vorzugsweise zwei Photomeßfühler 26A und 26B, die durch einen Zwischenraum 26C getrennt sind. Die Ausgänge der Photomeßfühler 26A, 26B sind mit Eingängen 28A bzw. 28B eines Servoverstärkers verbunden, der auf die Differenz zwischen den an die Eingänge 28a und 28B angelegten Signalen anspricht. Der Ausgang 33 des Servoverstärkers 30 ist mit einem Stellglied verbunden, das als ein Elektromotor 36 dargestellt ist, der als Drehspul- oder d'Arsonval-Werk ausgebildet ist. Der Motor 36 dreht eine Lenkvorrichtung in Form einer parallelen dielektrischen Platte 39, die in dem Weg des konvergierenden Bündels 5 angeordnet und vorzugsweise eine optisch plane Glasplatte ist, so daß die parallele Platte 39 die mit gestrichelten Umrißlinien 39A und 39B

dargestellten Stellungen sowie Zwischenstellungen einnehmen kann.

Die erste und die zweite Linsenanordnung 9, 12 teilen sich einen gemeinsamen Brennpunkt 40, der hier als konfokaler Punkt bezeichnet wird. Das heißt, die Strecke 43 ist gleich der Strecke 46, und diese Strecken sind gleich den Brennweiten der Linsenanordnungen 9 bzw. Weiter sind die erste Linsenanordnung 9, der konfokale Punkt 40 und die zweite Linsenanordnung 12 auf einer gemeinsamen optischen Achse 49 angeordnet und daher koaxial. Außerdem fällt gemäß der Darstellung in Fig. 1 bei der darin gezeigten besonderen Positionierung der Bauteile und der Position des eintretenden Lichtbündels 3 der konfokale Punkt 40 im Raum mit dem Brennpunkt 7 zusammen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun die Arbeitsweise der oben beschriebenen Erfindung erläutert. Sollte das Eintrittsbündel 3 in Fig. 1 von einem vorbestimmten Weg abweichen, beispielsweise von einem Weg, der durch die Achse 49 festgelegt ist, und stattdessen einem abweichenden Weg folgen, der in Fig. 2 mit der Bezugszahl 3A bezeichnet ist, wird das Eintrittsbündel 3A durch die erste Linsenanordnung 9 als ein konvergierendes Bündel 5A fokussiert, welches ein anderes Bündel als das konvergierende Bündel 5 in Fig. 1 ist. Nach dem Durchgang durch die parallele Platte 39 wird das konvergierende Bündel 5A nach Fig. 2 in dem Brennpunkt 7A fokussiert, der nicht mit dem konfokalen Punkt 40 zusammenfällt. Der Brennpunkt 7A des abweichenden Eintrittsbündels 3A streut daher gegenüber dem konfokalen Punkt 40. Diese Abweichung bewirkt, daß das divergierende Bündel 15A dem gezeigten Weg folgt, mit dem Ergebnis, daß das Austrittsbündel 18A ein anderes Bündel als das Austrittsbündel 18 in Fig.

Ap -B-

ist. Infolgedessen wird der Lichtbündelteil 21A, der durch den Strahlungsteiler 23 abgelenkt wird, abweichen und dem Weg 21A folgen.

Gemäß Fig. 2 schneidet der abgelenkte Teil 21A des Bündels 18A nicht den Photomeßfühler 26, weil Fig. 2 zur Erleichterung der Darstellung übertrieben gezeichnet ist. Vorzugsweise ist der abgelenkte Teil 21A auf dem Photomeßfühler 26 etwas verschoben, wie der abgelenkte Teil 21B gezeigt ist, so daß die Photomeßfühler 26A und 26B aufgrund ungleicher Beleuchtung ungleiche Signale erzeugen. Andernfalls würde ein abgelenktes Bündel wie das Bündel 21A keinen Photomeßfühler beleuchten, und das resultierende Differenzsignal von null würde möglicherweise mit einem Differenzsignal von null verwechselt, das durch gleich beleuchtete Photomeßfühler in Fig. 1 erzeugt wird.

Die Differenz in den Ausgangssignalen wird durch den Servoverstärker 30 verstärkt, und das verstärkte Differenzsignal wird an das Stellglied 36 angelegt, was zur Folge hat, daß das Stellglied 36 die parallele Platte 39 in eine Position dreht, beispielsweise in die gestrichelt dargestellte Position 39B. Die Drehrichtung hängt von dem algebraischen Vorzeichen des Differenzsignals ab. Durch Ändern des Winkels, unter dem das konvergierende Bündel 5A auf die Platte 39 auftrifft, und durch Ändern des Ausmaßes an dielektrischem Plattenmaterial, durch das das konvergierende Bündel 5A hindurchgeht, lenkt diese Drehung das konvergierende Bündel 5A in eine derartige Position, daß der Brennpunkt 7A in Fig. 2 im wesentlichen mit dem konfokalen Punkt 40 zusammenfällt. Eine Zwischenstufe in diesem Prozeß ist in Fig. 2 gezeigt, in der der Brennpunkt 7B auf dem Weg zu dem konfokalen Punkt 40 gezeigt ist. Der Brennpunkt 7B, das divergierende Bündel

AA

15b, das Austrittsbündel 18B und der abgelenkte Bündelteil 21B sind in Fig. 2 alle gestrichelt dargestellt, während sie sich zu ihren mit ausgezogenen Linien dargestellten Gegenstücken 7, 15, 18 bzw. 21 in Fig. 1 bewegen .

Deshalb wird gemäß der Darstellung in Fig. 2 ein Teil 5B des konvergierenden Bündels 5A durch die Drehung der Platten 39 in eine Richtung bewegt, die durch einen Pfeil 101 angegeben ist. Daher wird das divergierende Bündel 15A ebenfalls durch die Drehung der parallelen Platte 39 in der Richtung des Pfeils 101 bewegt, bis die Photomeßfühler 26A und 26B in Fig. 2 im wesentlichen gleich beleuchtet werden, so daß die Differenz zwischen ihren Ausgangssignalen null und das Ausgangssignal des Servoverstärkers 30 ebenfalls null ist. In diesem Zeitpunkt hört die Bewegung der parallelen Platte 39 auf.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 verschiebt die Platte 39 durch ihre Drehung in die mit gestrichelter Umrißlinie 39B dargestellte Stellung das Bündel 15A in die Position 15B, die in diesem Fall näher bei der Achse 49 als das Bündel 15A ist. Weiter ist zu erkennen, daß sich das ankommende Lichtbündel 3A in Fig. 2 aufwärts, d.h. in Fig. 2 nach oben bewegt, wenn sich das Lichtbündel 3A nach rechts bewegt. Daher bewegen sich das konvergierende Bündel 5A und das divergierende Bündel 15A ebenfalls aufwärts. Unter diesen Umständen muß, um den Brennpunkt 7A so zu bewegen, daß er mit dem konfokalen Punkt 40 zusammenfällt, der Teil 5B des konvergierenden Bündels 5A, der in der Richtung des Pfeils 101 bewegt wird, zu der Achse 49 bewegt werden, und etwas von dem Teil 5B muß die Achse 49 kreuzen. Gemäß der Darstellung in Fig. 2A wird ein größerer Teil des konvergierenden Bündels 5AA (Teil 102) bei Drehung der Platte 39 in die Position 39B

/Il

zur unteren Seite der Achse 49 als der Teil 103 des konvergierenden Bündels 5A, der vor der Drehung unter der Achse 49 war, bewegt. Der Grund dafür ist klar: da sich das konvergierende Bündel 5A aufwärts bewegt, wenn es
sich nach rechts zu dem Brennpunkt 7A bewegt, und da
die Drehung der parallelen Platte 39 das konvergierende Bündel 5A parallel zu sich selbst verschiebt (in die gestrichelt dargestellte Position 5AA), dann muß, um in einem Brennpunkt 7B zu fokussieren, der näher bei dem konfokalen Punkt 40 ist als der Brennpunkt 7A, der Teil 102 des konvergierenden Bündels 5AA über die Achse 49 verschoben werden. Anders ausgedrückt, der Lichtstrahl
(nicht dargestellt) in dem Mittelpunkt des konvergierenden Bündels 5A muß über die Achse 49 verschoben werden, und zwar während er sich innerhalb der Platte 39 selbst befindet. Andernfalls wird dieser zentrale Strahl, wenn er sich bei seiner Bewegung nach rechts aufwärts bewegt, nicht den konfokalen Punkt 40 durchqueren. Die Platte 39 muß dick genug sein und ausreichend gedreht werden, um
diese Verschiebung des zentralen Strahls zu bewirken.

Gemäß Fig. 3 trägt das d¹Arsonval-Werk 104 die parallele Platte 39. Dieses d'Arsonval-Werk ist in Fig. 1 schematisch als ein Schneckentrieb 105 dargestellt, der durch den Motor 36 angetrieben wird. Die Platte 39 ist auf
einer Welle 106 befestigt, die ihrerseits durch ein
nicht dargestelltes Lager, wie beispielsweise einen Stein wie er in einer Uhr als Lager verwendet wird, abgestützt ist, das in einem Gehäuse 109 enthalten ist. Die Welle
106 ist um eine Achse 107 drehbar, die die optische Achse 49 schneidet. Ein Permanentmagnet 112 umgibt die Welle 106, ohne sie zu berühren. Der Permanentmagnet 112
erzeugt einen ersten, festen Magnetfeldvektor, der durch einen Pfeil 113 dargestellt ist. Eine Drahtspule 115 ist auf der Welle 106 befestigt, umgibt den Permanentmagnet

/3

112, ohne ihn zu berühren, kann sich mit der Welle 106 frei drehen und ist mit dem Ausgang 33 des Servoverstärkers 30 in Fig. 1 elektrisch verbunden (die Verbindung ist in Fig. 3 nicht dargestellt). Die Spule 115 erzeugt einen zweiten, drehbaren Magnetfeldvektor 116 auf den Strom des Ausgangs 33 hin.

Aufgrund der Eigenschaften von Magnetfeldern sind das erste Magnetfeld 113 und das zweite Magnetfeld 116 bestrebt, sich auf sich auszurichten, so daß das Vorhandensein des zweiten Magnetfeldes 116 bewirkt, daß sich die Platte 39 dreht. Eine nicht dargestellte Feder übt jedoch eine Kraft aus, die die Platte 39 in eine Position drängt, in der sie zu der Achse 49 rechtwinkelig ist. Damit es zur Drehung der Platte 39 kommt, muß daher der zweite Magnetfeldvektor 116 die Federkraft überwinden. Wenn die Federkraft überwunden wird, so daß die Drehung erfolgen kann, setzt sich die Drehung fort, bis die Federkraft wieder überwiegt, denn die Drehung führt zum Spannen der Feder und damit zu einem Anstieg der Fe derkraft.

Eine schematische Darstellung einiger Einzelheiten der Arbeitsweise der Erfindung ist in den Fig. 4A-4C gezeigt. Gemäß Fig. 4A nehmen die eintretenden Lichtbündel 3C-3F unterschiedliche Wege, die im Winkel von der optischen Achse 49 abweichen. Das kann sich aufgrund von Richtinstabilitäten ergeben, wenn Laserlicht benutzt wird. Die Lichtbündel 3C-3F drehen sich um den Punkt 3K. Die Bündel 3C-3F werden durch die erste Linsenanordnung 9 zu konvergierenden Bündeln 5C-5F fokussiert (nicht als Paare konvergierender Linien wie in Fig. 1 dargestellt, sondern als Einzellinien), die

AH

Brennpunkte 7C-7F haben, welche in einer konfokalen Ebene 133 angeordnet sind, die zu der optischen Achse rechtwinkelig ist und den konfokalen Punkt 40 schneidet. Die konvergierenden Bündel 5C-5F gehen hinter ihren zugeordneten Brennpunkten 7C-7F als divergierende Bündel 15C-15P weiter, welche als Austrittsbündel 18C-18F kollimiert werden, die zu den entsprechenden ankommenden Bündeln 3C-3F im wesentlichen parallel sind. (Die Parallelität ist der übersichtlicheren Darstellung halber nicht gezeigt.) Der Strahlungsteiler 23 lenkt aus den Austrittsbündeln 18C-18F entsprechende abgelenkte Teile 21C-21F ab, die nicht dargestellte Bilder auf verschiedene Positionen des Photomeßfühlers 26 (in Fig. 4A nicht gezeigt) werfen.

Gemäß Fig. 4B sind die Flächen 144 und 146 der parallelen Platte 39 parallel. Daher wird ein konvergierendes Bündel wie das Bündel 5CC die platte 39 als ein konvergierendes Bündel 5CCC verlassen, das sich insgesamt in derselben Richtung wie das konvergierende Bündel 5CC bewegt, aber verschoben oder gelenkt in der Richtung eines Pfeils 148, der zu den Flächen 144 und 146 parallel ist. Ausserdem, je größer der Einfallswinkel 150 ist, den das konvergierende Bündel 5CC mit der Normalen 152 der Oberfläche bildet, umso größer wird die Verschiebung des Bündels 5CCC in der Richtung des Pfeils 148 sein. Ein Grund dafür ist die größere Materialmenge der Platte 39, durch die sich das konvergierende Bündel 5CC hindurchbewegen muß.

Daher werden in bezug auf die eintretenden Bündel 3C-3F in den Fig. 4A, 4B die konvergierenden Bündel 5C-5F und 5CC durch die Drehung der Platte 39 in die in Fig. 4C mit gestrichelten Umrißlinien 39C-39F dargestellten Positionen auf den konfokalen Punkt 40 gerichtet. Beim

>ö -

Durchgang durch den konfokalen Punkt 40 werden die konvergierenden Bündel 5CC-5FF durch die zweite Linsenanordnung 12 zu den Austrittsbündeln 18C-18F fokussiert, die zu der optischen Achse 49 im wesentlichen parallel sind, obgleich sie etwas auf die Seiten der optischen Achse 49 verlagert sind.

Selbstverständlich werden sich die Lichtbündel, die tatsächlich benutzt werden, nicht wie die geometrisch perfekten Linien, wie z.B. 5C, die in der obigen Erläuterung erwähnt sind, verhalten. Deshalb stellt die Erläuterung bezüglich der Fig. 4A-4C ein theoretisches Ideal dar, das für Erläuterungszwecke benutzt worden ist.

Unter einem Gesichtspunkt schneidet demgemäß eine drehbare Platte 39 eine optische Achse 49 und ist in der Nähe eines ersten Magnetfeldvektors 113 und um eine Achse 107 drehbar, die ebenfalls die optische Achse 49 schneidet. Der drehbaren Platte 39 ist ein zweiter Magnetfeldvektor 116 zugeordnet, und die Drehung der Platte 39 wird durch das Bestreben des zweiten Magnetfeldvektors 116, sich auf den ersten Magnetfeldvektor 113 auszurichten, verursacht. Der zweite Vektor 116 ist drehbar und hinsichtlich Größe und Richtung veränderbar. Die Größe und die Richtung hängen von dem verstärkten Differenzsignal ab, das durch den Servoverstärker erzeugt wird, und das verstärkte Differenzsignal gibt den Grad der Winkelabweichung eines Lichtbündels 3 von der optischen Achse 49 an. Die Drehung der drehbaren Platte 39 reduziert den Einfluß, den die Winkelabweichung des eintretenden Lichtbündels 3 auf das Austrittsbündel 18 in Fig. 1 hat. Die Drehung setzt sich fort, bis das Austrittsbündel 18 ein abgelenktes Lichtbündel 21 erzeugt, das beide Photomeßfühler 26A und 26B gleich beleuchtet.

Die Verwendung von zwei Photomeßfühlern 26A und 26B, die durch einen Zwischenraum 26C getrennt sind, ist beschrieben worden. Der Zwischenraum 26c dient als neutrale Zone in dem Sinne, daß kein Signal durch Licht erzeugt wird, das auf die neutrale Zone fällt. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird daher, wenn das durch das richtig ausgerichtete Austrittsbündel 18 geworfene Bild klein genug ist, um gänzlich in die neutrale Zone zu passen, überhaupt kein Signal durch die Photomeßfühler 26A, 26B erzeugt. Ein solcher Fall kann erwünscht sein, um Oszillationen zu reduzieren, wenn eine große Genauigkeit gewünscht wird. Weiter haben die Photomeßfühler 26A und 26B im allgemeinen unterschiedliche Schichtwiderstände in unterschiedlichen Positionen auf ihren Oberflächen und außerdem im allgemeinen derartige Wärmegradienten, daß die Fermi-Niveaus der verschiedenen Bereiche der Photodetektoren verschieden sein werden. Selbst wenn beide Photomeßfühler identisch beleuchtet werden, wird es daher wahrscheinlich winzige Unterschiede in den erzeugten Signalen geben. Es wird deshalb bevorzugt, das Austrittsbündel 18 dann als korrekt positioniert zu behandeln, wenn der abgelenkte Bündelteil 21 auf die neutrale Zone fällt, so daß weder der Photomeß fühler 26A noch der Photomeß fühler 26B beleuchtet ist. Daher wird ein Ausgangssignal von null aus beiden Photomeßfühlern 26A und 26B dahingehend interpretiert, daß das Austrittsbündel 18 richtig ausgerichtet ist, und zwar unter Berücksichtigung der oben in Verbindung mit dem Austrittsbündel 18A in Fig. 2 erläuterten Ausnahme. Es ist jedoch zu erwarten, daß in der Zukunft mit dem Aufkommen von verbesserten Photomeßfühlern ein Photomeßfühler benutzt werden kann, dem eine neutrale Zone fehlt. Gegenwärtig wird jedoch angenommen, daß die neutrale Zone nur auf Kosten der Genauigkeit eliminiert werden könnte.

AT-

Unter einem Gesichtspunkt bilden die erste und die zweite Linsenanordnung 9 bzw. 12, der Strahlungsteiler 23 und der Photomeßfühler 26 in Fig. 1 eine Abfühleinrichtung zum Erfassen der Winkelposition des Austrittsbündels 18 in bezug auf die optische Achse 49 als Referenzachse. Das ist gleichbedeutend mit dem Erfassen der Position des Brennpunktes 7. Der Servoverstärker 30, der Motor 36 und die Platte 39 können als eine Korrektureinrichtung zum Reduzieren des Einflusses der Winkelabweichung des Eintrittsbündels 3 auf das Austrittsbündel 18, aber ohne Beeinflussung der Position der Quelle (nicht dargestellt) des eintretenden Lichtbündels 3, betrachtet werden." Die Position des Austrittsbündels wird durch die Position des Bildes 27 an der Schnittstelle des Austrittsbündels 18 mit dem Photomeßfühler 26 bestimmt. Soweit die Oberfläche 123 des Photomeßfühlers 26 in Fig. 2 als eine geometrische Ebene angesehen werden kann, wird daher die Winkelverlagerung des Eintrittsbündels 3 in eine seitliche Verlagerung eines Bildes in einer Ebene umgewandelt. Weiter ist zwar diese geometrische Ebene, die dem Photomeßfühler 26 zugeordnet ist, nicht innerhalb des Austrittsbündels 18 selbst angeordnet, es ergibt sich jedoch im Prinzip kein Unterschied aus der Position des Photomeßfühlers 26, die in Fig. 1 gezeigt ist, und der mit gestrichelter Umrißlinie 126 in dieser Figur gezeigten Position. Selbstverständlich wird, wenn der Photomeßfühler 26 so angeordnet ist, wie es die gestrichelte Umrißlinie 126 zeigt, das Austrittsbündel 18 wenigstens teilweise abgedeckt.

Die parallele Platte 39 kann auch auf der entgegengesetzten Seite des konfokalen Punktejs 4Q angeordnet werden, nämlich in der Position, die durch die gestrichelte Umrißlinie 129 gezeigt ist, statt auf der Seite,

die durch die ausgezogene Umrißlinie 39 gezeigt ist.

Die Erfindung kann in Verbindung mit zwei weiteren Erfindungen benutzt werden, die den Gegenstand von zwei gleichzeitig eingereichen deutschen Patentanmeldungen bilden, welche sich auf eine optische Prüfvorrichtung bzw. auf einen optischen Projektor beziehen.

Bei der oben beschriebenen Erfindung werden Winkelabweichungen eines eintretenden Lichtbündels von einem vorbestimmten Weg erfaßt und das eintretende Lichtbündel wird entsprechend modifiziert, um aus ihm ein Lichtbündel zu gewinnen, nämlich das Austrittsbündel 18, das sich längs eines vorbestimmten Weges, nämlich der optischen Achse 49, und im wesentlichen parallel dazu bewegt. Zahlreiche Substitutionen und Modifikationen sind im Rahmen der Erfindung möglich, wozu die Verwendung von Linsen 9 und 12 mit voneinander abweichender Größe gehört. Darüber hinaus ist oben ein Stabilisator beschrieben, der das eintretende Lichtbündel 3 bezüglich Winke!abweichungen in einer einzigen Ebene, nämlich der Zeichenebene von Fig. 1, stabilisiert. Das Hinzufügen einer zweiten Platte analog der Platte 39 und in der Position, die durch eine gestrichelte Umrißlinie 129 dargestellt ist, ermöglicht, gemeinsam mit der Platte 31 Abweichungen des Lichtbündels 3 in allen Ebenen zu stabilisieren. Die zweite Platte (nicht dargestellt) dreht sich um eine Achse, die zu der der Platte 39 rechtwinkelig ist. Der Photomeßfühler 26 wird durch einen Quadrantenphotomeßfühler (nicht dargestellt) ersetzt, der vier Elemente hat, von denen zwei mit dem Servoverstärker 30 verbunden sind, welcher die Drehung der Platte 39 steuert. Die anderen beiden Elemente werden mit einem analogen Servoverstärker (nicht dargestellt) verbunden, der ein nicht darge-

stelltes Stellglied ansteuert, welches dem Stellglied 36 analog ist. Das Stellglied 36 dreht die Platte 39 um eine Achse, und das analoge Stellglied dreht die analoge Platte um eine Achse, die zu der Achse der Platte 39 rechtwinkelig ist. Auf diese Weise kann die Winkelabweichung des Eintrittsbündels 3 in jeder Ebene kompensiert werden.

Es ist angegeben worden, daß die erste und die zweite Linse 9 bzw. 12 koaxial sind. Das ist nicht unbedingt erforderlich. Zwei weitere Anordnungen (sowie möglicherweise noch weitere) sind nämlich möglich. In der ersten Ausordnung werden diese beiden Linsen so positioniert, daß ihre beiden Brennebenen zusammenfallen, wodurch die beiden optischen Achsen entweder zusammenfallen oder parallel sind. Die zweite Anordnung besteht darin, die beiden Linsen so zu positionieren, daß ihre beiden Brennpunkte zusammenfallen, wodurch die beiden optischen Achsen entweder ko-<linear sind oder sich schneiden.

Claims (18)

Ansprüche :

1. Lichtbündelstabilisator, gekennzeichnet durch:

a) eine Detektoreinrichtung (9, 12, 23, 26) zum Erfassen einer Winkelabweichung eines Eintrittslichtbündels von einer vorbestimmten Referenz (49) und zum Erzeugen eines entsprechenden Fehlersignals und

b) eine mit der Detektoreinrichtung verbundene Korrektureinrichtung (30, 36, 39), mittels welcher der Einfluß der Winkelabweichung in einem Lichtbündel, das aus dem Eintrittslichtbündel auf das Fehlersignal hin gewonnen wird, im wesentlichen beseitigbar ist.

2. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (9, 12, 23, 26) enthält:

a) eine erste und eine zweite Linsenanordnung (9, 12), die einen konfokalen Punkt (40) haben, wobei die erste Linsenanordnung (9) das Eintrittslichtbündel nach 1a) empfängt und die zweite Linsenanordnung (12) das gewonnene Lichtbündel

naöh 1b) durchläßt, und

b) ein lichtempfindliches Element (26) zum Erzeugen eines Signals, das die Position der Schnittstelle des gewonnenen Lichtbündels mit einer vorbestimmten Referenzebene (27) angibt.

3. Stabilisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (30, 36, 39) ein d'Arsonval-Werk (36) enthält, welches eine drehbare parallele Platte (39) antreibt, durch die das Eintrittslichtbündel hindurchgeht.

4. Vorrichtung mit einer optischen Achse zum Stabilisieren eines EintrittsIichtbündeIs, gekennzeichnet durch:

a) eine erste Linsenanordnung (9) zum Fokussieren des Eintrittslichtbündels (3A) auf einen Brennpunkt (7) in einer Konfokalebene, wobei die Position des Punktes durch den Winkel zwischen dem Eintrittslichtbündel (3A) und der optischen Achse (49) bestimmt wird,

b) eine Abfühleinrichtung (23, 26) zum Erfassen der Position des Brennpunktes und zum Erzeugen eines diese angebenden Fehlersignals,

c) eine zweite Linsenanordnung (12) zum Empfangen von Licht aus der Konfokalebene und zum übertragen des empfangenen Lichtes als ein im wesentlichen kollimiertes Lichtbündel, und

d) eine Lenkvorrichtung (39) zum Lenken des durch die erste Linsenanordnung (9) fokussierten Lichtes auf einen vorbestimmten Punkt auf das Fehlersignal hin.

5. Vorrichtung zum Stabilisieren eines Lichtbündels, das durch eine Quelle erzeugt wird, gekennzeichnet durch:

a) eine Abfühleinrichtung (9, 12, 23, 26) zum Erfassen der Winkelabweichung des Weges des Lichtbündels von einem vorbestimmten Weg und

b) eine Korrektureinrichtung (30, 36, 39), die mit der Abfüh!einrichtung verbunden ist, zum Lenken des Lichtbündels auf den vorbestimmten Weg, ohne die Lichtquelle zu bewegen, auf die erfaßte Abweichung hin.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfülleinrichtung (9, 12, 23, 26) einen Ablenker (23) zum Ablenken eines Teils des Lichtbündels auf einen zweiten Weg und eine Photodetektoreinrichtung (26) zum Erfassen einer Verlagerung des abgelenkten Teils gegenüber einer vorbestimmten Position aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (30, 36, 39) eine drehbare parallele Platte (39) aufweist.

8. Vorrichtung mit einer optischen Achse zum Stabilisieren eines Eintrittslichtbündels, gekennzeichnet durch:

a) eine erste Linsenanordnung (9) zum Fokussieren des Eintrittslichtbündels (3A) auf einen Punkt, dessen Lage von dem Winkel zwischen dem Eintrittslichtbündel und der optischen Achse (49) abhängig ist,

b) eine Abfteileinrichtung (23, 26) zum

i) Empfangen des fokussierten Lichtbündels nach a) und übertragen desselben als ein im wesentlichen kollimiertes Austrittsbündel,

ii) Abfühlen der Lage des Punktes nach a) und Erzeugen eines diese angebenden Fehlersignals, und

c) eine Korrektureinrichtung (30, 36, 39) zum Lenken des eintretenden Lichtes nach a) auf einen vorbestimmten Punkt auf das Fehlersignal hin.

9. Vorrichtung mit einer optischen Achse zum Stabilisieren eines Eintrittslichtbündels, gekennzeichnet durch:

a) eine ferste Linsenanordnung (9) zum Erzeugen eines fokussierten Bündels auf das Eintrittslichtbündel hin,

b) eine zweite Linsenanordnung (12) zum Erzeugen eines im wesentlichen kollimierten Bündels auf das fokussierte Lichtbündel hin,

c) einen Strahlungsteiler (23), der in dem Weg des kollimierten Bündels nach b) angeordnet ist, zum Ablenken eines Teils dieses kollimierten Bündels auf eine Photomeßfühleranordnung (26) , die auf die Winkelabweichung des Eintrittslichtbündels von der optischen Achse (49) hin ein Fehlersignal erzeugen kann,

d) einen Verstärker (30), der mit der Photomeßfühleranordnung (26) verbunden ist, zum Erzeugen eines Ausgangssignals auf das Fehlersignal nach c) hin, und

e) eine drehbare Platte (39), die in dem Weg des fokussierten Bündels nach a) angeordnet und mit dem Verstärker (30) gekoppelt ist, zum Drehen des fokussierten Bündels auf das Ausgangssignal nach

d) hin.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß.die erste und die zweite Linsenanordnung (9, 12) dieselbe Brennweite (43, 46) haben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Linsenanordnung (9, 12) koaxial sind und einen gemeinsamen Brennpunkt (40) haben.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Platte (39) eine optisch ebene Glasplatte ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da-

durch gekennzeichnet, daß die Photomeßfühleranordnung (26) zwei lichtempfindliche Elemente (26A, 26B) enthält, die durch einen Zwischenraum (26C) getrennt sind und als Ausgangssignal zwei Signale erzeugen, deren Differenz die Abweichung des abgelenkten Bündels nach c) von einem vorbestimmten Weg angibt.

14. Verfahren zum Stabilisieren eines Lichtbündels, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Fokussieren des Lichtbündels durch eine Platte hindurch unter Verwendung einer ersten Linsenanordnung auf einen Brennpunkt in einer Konfokalebene und von dieser aus auf eine zweite Linsenanordnung zum Übertragen eines Austrittslichtbündels ,

b) Erfassen einer Abweichung des Brennpunktes von einem vorbestimmten Punkt,

c) Drehen der Platte auf die Abweichung hin, um die Abweichung zu reduzieren.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte zwei parallele Flächen aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Linsenanordnung in Abständen von der Konfokalebene angeordnet sind, die gleich ihren Brennweiten sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungsschritt b) das Ablenken eines Teils des Austrittsbündels auf einen Photomeßfühler beinhaltet.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Photomeßfühler zwei lichtempfindliche Elemente aufweist, die jeweils ein Signal erzeugen, deren Differenz die Abweichung nach b) angibt.