DE3445672C2 - Verfahren zum Einjustieren des Strahlenganges eines infrarot-optischen Gerätes sowie Justierzusatz für ein infrarot-optisches Gerät - Google Patents

Abstract

Zum Justieren von Strahlengängen in infrarot-optischen Geräten wird eine Justierlichtquelle in die Zwischenbildebene eingebracht und nacheinander der zu beiden Seiten der Zwischenbildebene liegende Bereich durchstrahlt, um jeweils ein scharfes Bild der punktförmigen Justierlichtquelle auf der Strahlungsquelle und auf dem Detektor des infrarot-optischen Gerätes zu erzeugen. Dabei wird gleichzeitig die optimale Ausleuchtung der optischen Komponenten überprüft. Zur Überprüfung der Justierung werden die fremd beleuchtete Strahlungsquelle und der fremd beleuchtete Detektor auf eine in die Justiervorrichtung einsetzbare Mattscheibe abgebildet.

Description

fahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß als Justierlichtquelle eine Punktlichtquelle mit divergierender Strahlung verwendet wird, die in die Zwischenbildebene zwischen den optischen Komponenten abgebildet wird, daß der Umlenkspiegel in der Nähe und vor der Zwischenbildebene angebracht ist, daß die Punktlichtquelle zur Durchführung des Justiervorganges nacheinander in Richtung auf die Strahlungsquelle und in Richtung auf den Detektor ausgerichtet und auf diese scharf abgebildet sowie dort beobachtet wird und daß die Genauigkeit der Justierung überprüft wird, indem die Strahlungsquelle und der Detektor mit Fremdlicht beleuchtet werden und sowohl ein Bild der beleuchteten Strahlungsquelle als auch des beleuchteten Detektors in die Zwischenbildebene projiziert werden, nachdem dort zur Beobachtung eine Mattscheibe eingebracht worden ist

Eine Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe besteht aus einem Justierzusatz der eingangs genannten Art der dadurch gekennzeichnet ist, daß er einen Halter mit einem Stift aufweist, der in der Zwischenbildebene in eine zugeordnete Bohrung in dem zu justierenden Gerät einsetzbar ist und um den der Halter um wenigstens 180° verschwenkbar ist daß der Umlenkspiegel im Abstand vor der Stiftachse vorgesehen ist und daß über dem Umlenkspiegel wahlweise eine Punktlichtquelle oder eine Mattscheibe befestigbar ist.

Der Halter des Justierzusatzes ist vorzugsweise als U-förmiger Haltebügel ausgebildet wobei ein Schenkel auf der Außenseite den Stift und auf der Innenseite ein Trägerteil für den unter 45° geneigten Umlenkspiegel aufweist. Gegenüber dem Trägerteil ist im zweiten Schenkel des Haltebügeäi eine öffnung vorgesehen, die es gestattet eine Punktlichtquelle oder eine Mattscheibe in der gespiegelten Zwischenbildebene anzuordnen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erörtert. Es zeigt

F i g. 1 ein infrarot-optisches Gerät mit einem Justierlaser, dessen Licht in der bisher üblichen Weise eingekoppelt wird,

F i g. 2 einen Justierzusatz gemäß der Erfindung und

F i g. 3 einen Zentrierhalter mit einer Mattscheibe und einem Okular zum Einsetzen in den in F i g. 2 dargestellten Justierzusatzes.

In F i g. 1 erkennt man in schematischer Darstellung ein infrarot-optisches Gerät mit seinen Grundbestandteilen. Das infrarot-optische Gerät verfügt über eine Strahlungsquelle 1, deren Zentralstrahl 2 auf erste optische Komponenten 3 ausgerichtet ist, die beispielsweise Spiegel und Gitter umfassen. Das die ersten optischen Komponenten 3 verlassende Licht gelangt auf zweite optische Komponenten 4 und von dort auf einer. Detektor 5. Zur optimalen Funktion des infrarot-optischen Gerätes ist es erforderlich, die Lage der Strahlungsquelle 1, der optischen Komponenten 3,4 und des Detektors 5 aufeinander abzustimmen, was im Rahmen eines Justiervorganges erfolgt.

Wie man in F i g. 1 weiterhin erkennt, ist der Strahlengang zwischen den ersten optischen Komponenten 3 und den zweiten optischen Komponenten 4 in einen ersten Strahlungsabschnitt 6 und einen zweiten Strahlungsabschnitt 7 unterteilbar. Am Übergang zwischen dem ersten Strahlungsabschnitt 6 und dem zweiten Strahlungsabschnitt 7 liegt eine strichpunktiert dargestellte Zwischenbildebene 8. Um das in F i g. 1 dargestellte infrarot-optische Gerät das beispielsweise ein modular aufgebautes Lasarspektroskop ist zu justieren, kann als Justierlichtquelle ein Justierlaser 9 verwendet werden, dessen Laserstrahl 10 über einen in den Strahlengang der Strahlungsquelle 1 eingebrachten Spiegel 11 mit dem Weg des Zentralstrahls 2 zur Deckung gebracht wird. Eine solche Einkopplung eines Laserstrahls in unmittelbarer Nähe der Strahlungsquelle 1 gestattet es, die Lage der optischen Komponenten 3,4 so einzustellen, daß der Laserstrahl 10 auf die Mitte der optischen Komponenten 3, 4 fällt und am Detektor 5 ein maximales Signal erscheint

Abweichend von der in F i g. 1 dargestellten Einkopplung eines Laserstrahles 10 in unmittelbarer Nähe der Strahlungsquelle 1 über einen Spiegel 11 erfolgt bei der Erfindung in einer in F i g. 1 nicht dargestellten Weise eine Einkopplung von Justierlicht in der Zwischenbildebene 8.
In F i g. 2 erkennt man ausschnittsweise den ersten Strahlungsabschnitt 6 und den Verlauf des zweiten Strahlungsabschnittes 7 des in Fig. ί dargestellten infrarot-optischen Gerätes. Weiterhin erkennt man in Fig.2 die Zwischenbildebene 8 im Strahlengang des infrarot-optischen Gerätes. Die Zwischenbildebene 8 befindet sich üblicherweise im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle 1 und dem Detektor 5 oder kann durch entsprechende abbildende Spiegel erzeugt werden.
Mit der in Fi g. 2 dargestellten Justiervorrichtung 12 kann die Zwischenbildebene 8 in eine gespiegelte Zwischenbildebene 13 überführt werden. Dies ist nicht nur dann möglich, wenn Licht über den ersten Strahlungsabschnitt 6 einfällt oder ausgekoppelt wird, sondern auch wenn dies über den zweiten Strahlungsabschnitt 7 geschieht. Der Aufbau und der Einsatz der Justiervorrichtung 12 wird nachfolgend näher erläutert.

Die in Fig.2 dargestellte Justiervorrichtung 12 besteht aus einem Halter in Gestalt eines U-förmigen Haltebügels 14 mit einem ersten Schenkel 15 und einem zweiten Schenkel 16. Auf der Außenseite 17 des ersten Schenkels 15 ragt ein Stift 18 heraus, der in eine zugeordnete und in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrung im infrarot-optischen Gerät einsetzbar ist. Die Bohrung befindet sich in der Soll-Position der Zwischenbildebene 8, so daß die Soll-Position der Zwischenbildebene 8 mit der in F i g. 2 strichpunktiert dargestellten Zwischenbildebene 8 übereinstimmt.

Auf der Innenseite 19 des ersten Schenkels 15 ist im Abstand a vom Stift 18 ein Trägerteil 20 für einen ebenen Umlenkspiegel 21 angeordnet. Der Umlenkspiegel 21 ist auf einer schrägen Auflagefläche 22 angeordnet, die mit der Zwischenbildebene 8 einen Winkel von 45° einschließt. Infolge der Neigung des Umlenkspiegels 21 und des Abstands der Spiegelmitte von der Zwischenbildebene 8 wird der Zwischenfokus 23 der Zwischenbildebene 8 in die gespiegelte Zwischenbildebene 13 gespiegelt und befindet sich somit an der in F i g. 2 mit 24 gekennzeichneten Stelle.
Wie man in F i g. 2 weiter erkennt, ist im zweiten Schenkel 16 des Haltebügels 14 eine Öffnung 25 fluchtend zum Trägerteil 20 vorgesehen. In die Öffnung 25 ist ein Zentrierhaiter 26 eingesetzt, der mit einem Fianschteil 27 auf der Außenseite 28 des zweiten Schenkels 16 anliegt.

Der Zentrierhalter 26 weist entlang seiner Mittellängsachse eine Durchgangsbohrung 29 auf, in die eine Lichtleitfaser 30 mit einem Kerndurchmesser von beispielsweise 50 μίτι mit Hilfe eines Zwischenstücks 31

eingesetzt ist. Die Stirnseite 32 der Lichtleitfaser 30 endet am gespiegelten Zwischenfokus 24 in der gespiegelten Zwischenbildebene 13.

Das in F i g. 2 nicht dargestellte Ende der Lichtleitfaser 30 ist an eine Justierlichtquelle, beispielsweise eine He-Ne-Laser entsprechend dem oben erwähnten Justierlaser 9 angekoppelt. Der Abstand zwischen der Außenseite 28 des zweiten Schenkels 16 und der Lager der gespiegelten Zwischenbildebene 13 ist in F i g. 2 mit b bezeichnet. Der Abstand zwischen der gespiegelten Zwischenbildebene 13 und der Mitte des Umlenkspiegels 21 entspricht aus strahlungsoptischen Gründen dem Abstand a zwischen der Mitte des Umlenkspiegels 21 und der Zwischenbildebene 8.

Wenn die in F i g. 2 dargestellte Justiervorrichtung 12 zwischen dem ersten Strahlungsabschnitt 6 und dem zweiten Strahlungsabschnitt 7 des in F i g. 1 dargestellten infrarot-optischen Gerätes so eingesetzt wird, daß der Stift 18 in der Zwischenbildebene 8 zu liegen kommt, wird das aus der Stirnseite 32 der Lichtleitfaser 30 austretende Licht entlang dem ersten Strahlungsabschnitt 6 über die ersten optischen Komponenten 3 zur Strahlungsquelle 1 geleitet. Die Stirnseite 32 stellt dabei eine Punktlichtquelle dar, die durch die optischen Komponenten 3 bei korrekter Justierung auf die Strahlungsquelle 1, beispielsweise die emittierende Fläche oder Resonatorfläche eines Halbleiterlasers scharf abgebildet wird. Zur Justierung der in F i g. 1 links von der Zwischenbildebene 8 gezeichneten Bauteile und optischen Komponenten ist es somit erforderlich, die von der Stirnseite 32 gebildete Punktlichtquelle mit möglichst großer Helligkeit und großer Schärfe auf die Strahlungsquelle 1 abzubilden. Der Öffnungswinkel der Punktlichtquelle an der Stirnseite 32 der Lichtleitfaser 30 ist daher so groß gewählt, daß die gesamte Apertur der optischen Komponenten 3 ausgeleuchtet wird. Auf diese Weise kann die Ausleuchtung der einzelnen optischen Elemente, beispielsweise der Spiegel, optimiert werden.

Entsprechend der Justierung der in F i g. 1 links von der Zwischenbildebene 8 dargestellten Komponenten erfolgt die Justierung der in F i g. 1 rechts von der Zwischenbildebene 8 dargestellten optischen Komponenten und der Lage des Detektors 5. Zu diesem Zweck wird der in F i g. 2 nach links geöffnete Haltebüge! 14 urn den Stift 18 um 180° gedreht, wobei die Einhaltung dieser Richtung typischerweise innerhalb ±2° unkritisch ist Das die Stirnseite 32 divergent verlassende Licht gelangt dann über den zweiten Strahlungsabschnitt 7 und die optischen Komponenten 4 zum Detektor 5. Zur Justierung wird die von der Stirnseite 32 gebildete Punktlichtquelle möglichst scharf und hell auf die empfindliche Detektorfläche des Detektors 5 abgebildet Zu diesem Zweck können die optischen Komponenten 4 und der Detektor 5 in Strahlrichtung sowie quer zur Strahlrichtung in ihrer JustierUge verändert werden.

Es kann schwierig sein, die Scharfeinstellung und die Lage des Bildes der durch die Stirnseite 32 gebildeten Punktlichtquelle zu prüfen, weil z. B. die Fokusebene auf dem Detektor 5 und auf der Strahlungsquelle 1 schlecht direkt beobachtbar oder nicht streuend ist Aus diesem Grunde kann der Zentrierhalter 26 mit der Lichtleitfaser 30 durch einen Zentrierhalter 33 mit einem Okular und einer Mattscheibe 35 mit einem Fadenkreuz 36 ersetzt werden. Der Zentrierhalter 33 verfügt wie der Zentrierhalter 26 über ein Flanschteil 37, durch das der Abstand der Mattscheibe 35 von der Außenseite 28 des zweiten Schenkels 16 festgelegt ist Dieser Abstand b ist so gewählt, daß die Mattscheibe 35 mit dem Fadenkreuz 36 genau in der gespiegelten Zwischenbildebene 13 zu liegen kommt, mit dem Fadenkreuz genau im gespiegelten Zwischenfokus 24.

Wenn der Zentrierhalter 26 gemäß F i g. 2 durch den Zentrierhalter 33 gemäß F i g. 3 ersetzt worden ist, kann die Genauigkeit der Justierung sowohl in Strahlrichtung als auch lateral zur Strahlrichtung kontrolliert werden. Dies geschieht indem bei einer Ausrichtung des Haltebügels 14 nach links gemäß F i g. 2 die Strahlungsquelle Ii mit einer fremden Lichtquelle im sichtbaren Spektralbereich beleuchtet wird. Auf der Mattscheibe 35 wird dann durch die optischen Komponenten 3 die beleuchtete Strahlungsquelle 1 abgebildet und kann über das Okular 34 beobachtet werden. Die Genauigkeit der Justierung in Strahlrichtung kann dabei anhand der Schärfe des Bildes der fremd beleuchteten Strahlungsquelle 1 beurteilt werden. Die Justierung lateral zur Strahlrichtung ist mit dem Fadenkreuz 36 kontrollierbar.

In ähnlicher Weise wird der in Fig.3 dargestellte 2;entrierhalter 33 verwendet, um die Justierung der in F i g. 1 rechts von der Zwischenbildebene 8 liegenden Komponenten zu überprüfen. Dazu wird der Detektor 5 mit einer fremden Lichtquelle beleuchtet und die Bildschärfe und die Lage des Bildes der fremd beleuchteten empfindlichen Detektorfläche auf der Mattscheibe 35 und dem Fadenkreuz 36 beurteilt Während die Beurteilung der Bildschärfe gewissen subjektiven Kriterien unterliegen kann, ist die Justierung quer zur Strahlrichtung mit Hilfe des Fadenkreuzes 36 genau ausmeßbar. Nach der Durchführung der verschiedenen Justierungen stimmt die Soll-Position der Zwischenbildebene 8 genau mit der Ist-Position der Zwischenbildebene 8 überein, wobei die Ausleuchtung der einzelnen optischen Elemente optimiert ist Selbst wenn die Strahlungsquelle 1 häufig ausgewechselt werden muß, gestattet es die Justiervorrichtung 12, eine optimale Justierung für den gesamten öffnungswinkel der Optik zu erzielen, wobei auch eine Justierung in bezug auf die volle Ausleuchtung der optischen Komponenten und damit auf die maximale Lichtstärke des infrarot-optischen Gerätes vorgenommen werden kann. Dazu kann die Justiervorrichtung 12 sowohl in Richtung auf die Strahlungsquelle 1 als auch nach einer Drehung um 180° in Richtung auf den Detektor 5 ausgerichtet werden.

Für den Fall, daß nicht nur optische Spiegelelemente sondern auch brechende optische Komponenten, wie z. B. Linsen, verwendet werden, muß eine Brechungsindexkorrektur (Ausgleichsoptik vom Sichtbaren zum IR) vorgesehen werden.

Bei der Verwendung von brechenden optischen Komponenten (z. B. Linsen) muß abweichend von F i g. 1 eine Brechungsindexkorrektur (Ausgleichsoptik vom Sichtbaren zum IR) vorgesehen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 schenbildebene (13) eine Mattscheibe (35) vorgese- Patentansprüche: hen ist 7. Justierzusatz nach Anspruch 6, dadurch gekenn·

1. Verfahren zum Einjustieren des Strahlenganges zeichnet, daß auf der Mattscheibe (35) ein Fadeneines infrarot-optischen Gerätes, bei dem die sieht- 5 kreuz (36) angeordnet ist

bare Strahlung einer Justierlichtquelle über einen 8. Justierzusatz nach Anspruch 6 oder 7, dadurch unter 45° zur Strahlrichtung geneigten ebenen Um- gekennzeichnet, daß in dem Zentrierhalter (33) ein lenkspiegel in die optische Achse des Gerätes einge- Okular (34) zur Betrachtung des Bildes auf der Mattkoppelt wird und anschließend eine Justierung der scheibe (35) und des Fadenkreuzes (36) vorgesehen optischen Komponenten zur Erzeugung eines opti- io ist
malen Strahlenganges durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Justierlicht-

quelle eine Punktlichtquelle mit divergierender
Strahlung verwendet wird, die in die Zwischenbildebene zwischen den optischen Komponenten abge- 15 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einjustieren bildet wird, daß der Umlenkspiegel in der Nähe und des Strahlenganges eines infrarot-optischen Gerätes, vor der Zwischenbildebene angebracht ist, daß die bei dem die sichtbare Strahlung einer Justierlichtquelle Punktlichtquelle zur Durchführung des Justiervor- über einen unter 45° zur Strahlrichtung geneigten ebeganges nacheinander in Richtung auf die Strahlungs- nen Umlenkspiegel in die optische Achse des Gerätes quelle und in Richtung auf den Detektor ausgerich- 20 eingekoppelt wird und anschließend eine Justierung der tet und auf diese scharf abgebildet sowie dort beob- optischen Komponenten zur Erzeugung eines optimaachtet wird und daß die Genauigkeit der Justierung len Strahlenganges durchgeführt wird. Außerdem beüberprüft wird, indem die Strahlungsquelle und der trifft die Erfindung einen Justierzusatz für ein infrarot-Detektor mit Fremdlicht beleuchtet werden und so- optisches Gerät mit einer Lichtquelle, deren sichtbares wohl ein Bild der beleuchteten Strahlungsquelle als 25 Licht über einen unter 45° zur Strahlrichtung geneigten auch des beleuchteten Detektors in die Zwischen- ebenen Umlenkspiegel in die optische Achse des Geräbildebene projiziert werden, nachdem dort zur Be- tes eingekoppelt wird zur Durchführung des Verfahobachtung eine Mattscheibe eingebracht worden ist. rens.

2. Justierzusatz für ein infrarot-optisches Gerät Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung mit einer Lichtquelle, deren sichtbares Licht über 30 sind aus der DE-OS 25 22 032 bekannt. Das Verfahren einen unter 45° zur Strahlrichtung geneigten ebenen und die Vorrichtung nach der DE-OS 25 22 032 dienen Umlenkspiegel in die optische Achse des Gerätes zum Ausrichten von reflektierenden Flächen bei Infraeingekoppelt wird, zur Durchführung des Verfah- rot-Lasern. Dabei ermöglicht ein sichtbarer Laserstrahl rens nach dem Anspruch !,dadurchgekennzeichnet, die genaue Ausrichtung verschiedener Komponenten, daß er einen Halter (14) mit einem Stift (18) aufweist, 35 Weil der Ausrichtungsstrahl den in dem Hohlraum wähder in der Zwischenbildebene (8) in eine zugeordne- rend des Laserbetriebs erzeugten Ausgangsstrahl genau te Bohrung in dem zu justierenden Gerät einsetzbar kopiert, kann das gesamte System optisch sichtbar ausist und um den der Halter (14) um wenigstens 180° gerichtet werden, ohne daß es notwendig ist, das Laserverschenkbar ist, daß der Umlenkspiegel (21) im Ab- system einzuschalten.

stand (a) vor der Stiftachse (18) vorgesehen ist und 40 In der DE-AS 10 99 213 ist ein optisch abbildendes

daß über dem'Umlenkspiegel (21) wahlweise eine System mit einer Autokollimationseinrichtung beschrie-

Punktlichtquelle (32) oder eine Mattscheibe (35) be- ben, bei der das Einkoppeln einer Lichtquelle, nämlich

festigbar ist. einer beleuchteten Marke, in einer Zwischenbildebene

3. Justierzusatz nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zwischen den optischen Komponenten erfolgt. Dabei zeichnet, daß der Halter (14) als Haltebügel mit im 45 wird angestrebt, die Marke besser sichtbar zu machen wesentlichen U-förmiger Gestalt ausgebildet ist, wo- und beliebig kurzbrennweitige Okulare zu verwenden,
bei auf dem einen Schenkel (15) an der Außenseite Beim Justieren von Strahlengängen in infrarot-opti-(17) der Stift (18) rechtwinklig hervorstehend und an sehen Geräten auf den Zentralstrahl der Strahlungsder Innenseite (19) der Umlenkspiegel (21) auf einem quelle ergeben sich Schwierigkeiten, wenn statt des bei rechtwinklig nach innen ragenden Trägerteil (20) mit 50 der eingangs genannten Vorrichtung verwendeten Inschräger Auflagefläche (22) angeordnet sind und auf frarot-Lasers eine punktförmige Lichtquelle vorliegt, dem gegenüberliegenden anderen Schenkel (16) die divergierendes Licht aussendet und oft ausgewechwahlweise die Punktlichtquelle (32) oder die Matt- seit wird, wobei deren Lage nicht genau bekannt ist. scheibe (35) befestigbar ist. Eine optische Justierung mittels des Justierlasers für ei-

4. Justierzusatz nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 55 nen eng gebündelten Zentralstrahl bedeutet nämlich zeichnet, daß in dem gegenüberliegenden Schenkel nicht notwendigerweise eine optimale Justierung für (16) des Haltebügels (14) gegenüber dem Trägerteil den gesamten Öffnungswinkel der Optik. Mit dem be-(20) eine öffnung (25) vorgesehen ist, in die ein Zen- kannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung trierhalter (26,33) einsetzbar ist. kann somit keine Justierung in bezug auf die volle Aus-

5. Justierzusatz nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 60 leuchtung der optischen Komponenten und damit auf zeichnet, daß in dem Zentrierhaiter (26) das punkt- die maximale Lichtstärke des Gcräies vorgenommen förmig Licht abstrahlende Ende (32) eines Lichtwel- werden.

lenleiters (30) in einer Ebene angeordnet ist, in der Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver-

die Zwischenbildebene (8, 13) durch den Urnlenk- fahren und einen Justierzusatz zu schaffen, die es gestat-

spiegel (21) gespiegelt ist. 65 ten, beim Austausch der IR-Quelle oder des IR-Detek-

6. Justierzusatz nach Anspruch 4, dadurch gekenn- tors des infrarot-optischen Gerätes die Justierung auch zeichnet, daß in dem Zentrierhalter (33) in der Ebene bezüglich der maximalen Lichtstärke zu erleichtern,
der durch den Umlenkspiegel (21) gespiegelten Zwi- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ver-