DE3700061A1 - Einrichtung zum bestimmen der charakteristiken eines optischen strahlenbuendels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen der Charakteristiken eines optischen Strahlenbündels und Projektionsverfahren für divergente Strahlenbündel.

Im Stand der Technik bekannte Einrichtungen zur Charakterisierung von optischen Strahlenbündeln mit großer Winkeldivergenz, z. B. der Ausgangsbündel von Laserdioden waren im großen und ganzen auf manuell betätigte Einrichtungen beschränkt. Das heißt, es wurden typischerweise optische Detektoren für Einzelpunktmessungen eingesetzt, um die Intensität des Strahlenbündels durch manuelles Verschieben des Sensors bezüglich der Lichtquelle festzustellen. Dieses Verfahren war sowohl arbeitsintensiv als auch in manchen Fällen ungenau.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der oben genannten Art anzugeben, die eine halbautomatische Messung von optischen Strahlenbündeln mit großer Winkeldivergenz erlaubt; ausserdem soll ein Projektionsverfahren für Strahlenbündel mit großer Winkeldivergenz angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 9 beschriebene Erfindung gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Diese Erfindung umfaßt ein Verfahren und eine Einrichtung zur halbautomatischen Charakterisierung der optischen Strahlenbündel von kleinen Lichtquellen, wie beispielsweise Laserdioden.
Ein optisches System, das in der Lage ist, Eingangsstrahlenbündel mit großer Winkeldivergenz aufzunehmen, projiziert das optische Ausgangssignal der zu charakterisierenden Lichtquelle in einer Weise, daß gleiche Gebiete auf einer gedachten Kugelfläche, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der optischen Lichtquelle zusammenfällt, auf gleiche Gebiete auf einer ebenen Oberfläche projiziert werden, die senkrecht zur optischen Achse des Projektionssystems liegt.
Eine Zeile optischer Detektoren tastet die Intensität des projizierten Strahlenbündels ab und erzeugt Daten, die mit dem Intensitätsprofil des Strahlenbündels in Beziehung stehen. Diese Daten werden digitalisiert und verarbeitet, um die Charakteristiken des optischen Strahlenbündels festzustellen.

Die hier beschriebene Einrichtung zur Charakterisierung von kleinen optischen Lichtquellen enthält in ihrer zweckmäßigsten Ausgestaltungsform eine optische Linse, um ein Strahlenbündel mit großer Winkeldivergenz zu sammeln und dieses in im wesentlichen parallele Strahlen zu kollimieren.
Gleich große Gebiete des im wesentlichen parallelen Strahlenbündels entsprechen gleich großen Winkelbereichen des Strahlenbündels mit großer Divergenz. Optische Sensoren dienen zur Erzeugung von Signalen, mit denen die Intensität des parallelen optischen Strahlenbündels angezeigt wird. Zur Berechnung der Charakteristiken des optischen Strahlenbündels aus den gemessenen Intensitätswerten des parallelen Strahlenbündels werden digitale Verarbeitungstechniken eingesetzt.

In einer experimentellen Ausführungsform hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als primäre Komponente des optischen Systems eine symmetrische bikonvexe Linse einzusetzen. Mit einer derartigen Linse ist es möglich, die zu analysierende optische Quelle in einem Abstand von der Oberfläche der Linse anzuordnen, der im wesentlichen geringer ist, als eine Brennweite der Linse. Für eine vorgegebene Lichtstärke (F-Zahl) und einen Divergenzwinkel des Quellenstrahlungsbündels ermöglicht diese Anordnung das Sammeln eines größeren Teils der gesamten ausgesandten Energie, als wenn die Quelle, wie es normalerweise geschieht, in der Brennweite angeordnet ist.
Die Anordnung optischer Detektoren zur Erzeugung von Daten, die das Intensititätsprofil des projizierten Strahlenbündels anzeigen, wird so nahe, wie physikalisch möglich, an die zweite Oberfläche der Linse gebracht. Mit einer derartigen Anordnung kann der optische Ausgang einer Lichtquelle mit großer Divergenz von einer Linse gesammelt und projiziert werden, die nur einen mäßigen Durchmesser aufweist. Diese Anordnung vermeidet auch die physikalische Komplexität von Mehrelementlinsen und das mögliche Auftreten von optischen Problemen als Folge von Reflexionen, die in einem derartigen System auftreten können. Dieses Projektionsverfahren berücksichtigt auch automatisch die sphärische Aberration der Linse, da der sphärische Charakter der Linse in den Projektionsberechnungen Eingang findet.

Außerdem verringert die Projektion die Länge der Photosensorenanordnung, da das divergente ausgesandte Strahlenbündel in Strahlenbündel mit geringerer Divergenz umgesetzt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:

Fig. 1 die gewünschten optischen Charakteristiken des Systems darstellt;

Fig. 2 die Charakteristiken eines divergenten Strahlenbündels nach der Projektion auf eine plane Ebene zeigt, wenn kein optisches Projektionssystem vorhanden ist;

Fig. 3 ein Diagramm der optischen Projektionscharakteristiken der Einrichtung zeigt, die in einem experimentellen Modell der Erfindung verwendet wurde;

Fig. 4 eine etwas schematische Darstellung der Einrichtung zeigt, die die Erfindung verwendet;

Fig. 5 eine Darstellung des Linsensystems und die Einrichtung zeigt, die zur Halterung der Lichtquelle dient, deren Ausgangsstrahlenbündel analysiert werden soll;

Fig. 6 einen horizontalen Querschnitt zeigt, der durch die Linse und die Abtasteinrichtung gelegt ist;

Fig. 7 die Intensitätscharakteristiken eines projizierten Strahlenbündels einer Lichtquelle mit großer Divergenz zeigt die auf einer reflektierenden Oberfläche angeordnet ist;

Fig. 8 in einem Querschnitt die Vorrichtung in bezug auf die anderen Komponenten der Einrichtung zeigt, mit der eine Lichtquelle genau positioniert wird, deren Charakteristiken bestimmt werden soll.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die gewünschten optischen Charakteristiken der Einrichtung. Im einzelnen ist die Einrichtung so ausgelegt, daß sie die Charakteristiken von optischen Strahlenbündeln mit großer Winkeldivergenz bestimmt, die von einer Lichtquelle, wie beispielsweise einer Laserdiode 20 ausgesandt werden. Dazu wird eine Zeile von Photosensoren verwendet, um ein projiziertes Bild des Strahlenbündels in einer ebenen Projektionsfläche 23 abzutasten.

Bekanntermaßen kann das optische Ausgangsstrahlenbündel von typischen Laserdioden eine relativ große Bündelbreite aufweisen, wobei sich die hier interessierende Bündelstruktur über einen Winkel erstreckt, der bis zu einem Radian betragen kann.

Zum Betrieb verwendet die hier vorgeschlagene Einrichtung ein Projektionssystem 22, das genügend nahe bei der Quelle 20 angeordnet ist, so daß im wesentlichen die gesamte Energie des Strahlenbündels auf das Projektionssystem 22 auftrifft. Die Charakteristiken des Projektionssystems 22 sind so ausgewählt, daß die Leistungsdichte des Eingangsstrahlenbündels in Watt/cm² unter Verwendung von sphärischen Koordinaten, beispielsweise auf einer gedachten ausschnittsweise mit 21 bezeichneten Kugelfläche bestimmt und in ein Strahlenbündel umgesetzt wird, das in einer realen ebenen Projektionsfläche 23 die gleiche Leistungsdichte in Watt/cm² aufweist.

Im einzelnen wird ein Gebiet "A" der Kugelfläche 21 auf ein Gebiet "A-A" in der Projektionsfläche 23 projiziert. In ähnlicher Weise werden die Gebiete "B-F" jeweils auf Gebiete "(B-B)-(F-F)" in die Projektionsfläche 23 projiziert. Bei diesem Prozeß wird im wesentlichen eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen den Watt/cm² auf der Kugelfläche 21 und dem entsprechenden Gebiet auf der ebenen Projektionsfläche 23 aufrechterhalten.

Fig. 2 gibt ein Diagramm wieder, das angibt, weshalb es wünschenswert ist, die Projektionseinrichtung 22 zu verwenden. Wird beispielsweise eine Laserdiode 30 in einem Abstand von einer Projektionsfläche 32 aufgestellt, so fällt ein Strahl mit einem Winkel R bezüglich der Horizontalen bei der Projektion in der Höhe "h" auf den Schirm, wobei "h" eine nichtlineare Funktion des Winkels R ist. Daraus folgt klar, daß bei gleichen Winkelinkrementen von R einvorgegebenes Oberflächengebiet auf einer Kugelfläche, deren Mittelpunkt mit der Lichtquelle 30 zusammenfällt, nicht als gleich großes Gebiet auf die ebene Projektionsfläche projiziert wird. Es besteht also eine nichtlineare Beziehung zwischen der Leistungsdichte des Strahlenbündels und der Leistungsdichte des in die Sensorebene 32 projizierten Strahlenbündels. Diese Nichtlinearität macht jeden Versuch schwierig, das Strahlenbündel durch Abtasten seiner Intensität an einer Reihe von bestimmten Punkten zu charakterisieren, wenn diese Punkte in einer ebenen Fläche angeordnet sind.

Zur weiteren Darstellung der Betriebsweise der Einrichtung nach der Erfindung und als Grundlage für die mathematische Erläuterung, daß das System mit einem einfachen Linsensystem arbeiten kann, sind in Fig. 3 die im Experiment verwendete Linse 33 und deren optische Projektionscharakteristiken dargestellt.
Linse 33 ist bikonvex und weist eine maximale Dicke von 8,2 mm sowie eine Brennweite von 20 mm auf. Eine Zeile von Photodetektoren 34 ist parallel zur Linse 33 und in einem Abstand von 2,5 mm von deren Oberfläche angeordnet. Eine punktförmige Lichtquelle, wie z. B. eine Laserdiode 36 liegt im wesentlichen auf der optischen Achse der Linse 33 und in einem Abstand von 11,5 mm von der zweiten Oberfläche der Linse 33.
Berechnungen wurden für den notwendigen Projektionsradius in der Projektionsfläche für Winkelinkremente durchgeführt, die von 0,2-1,2 Radian reichten.

Die gewünschten radialen Inkremente für eine Projektion mit gleicher Leistungsdichte und die erhaltenen radialen Abstände in der Projektionsfläche sind unten tabellenmäßig für Winkelinkremente bis 1,20 Radian zusammengestellt.

Tabelle 1

Wie sich aus der obigen Tabelle ergibt, besteht innerhalb der vollen Breite des Strahlenbündels von ungefähr 1 Radian eine sehr gute Linearität zwischen Gebieten im gewünschten und im erforderlichen radialen Abstand in der Projektionsfläche. Ausserdem fällt die auf die Detektorzeile 34 auftreffende Lichtenergie unter einen Winkel von im wesentlichen 90° bezüglich der Oberfläche der Zeile 34 auf. Daher kann eine Maske mit einem sehr engen Schlitz vor der Detektorzeile 34 angeordnet werden, um andere lichtempfindliche Schaltungen zu schützen, die auf dem gleichen Substrat, wie die Detektorzeile 34 angeordnet sind. Wenn Sensorzeilen zur Verfügung stehen, deren Leistungsfähigkeit weniger durch Licht gestört wird, das auf Teile des Substrates fällt, die nicht von den Sensoren belegt sind, wird dieses Merkmal weniger Bedeutung aufweisen.

Diese Berechnungen haben ergeben, daß bei einer vorgegebenen Lichtstärke (F- Zahl) der Linse 33 und des Winkels des Quellenstrahlungsbündels diese Anordnung einen größeren Teil der gesamten von der Quelle 36 imitierten Energie sammelt, als wenn die Quelle 36, wie üblich, im Abstand der Brennweite von der Linse 33 angeordnet wäre.
Die obige Berechnung berücksichtigt auch die sphärische Aberration der Linse 33 und zeigt, daß die Projektionscharakteristiken mit einem einfachen Linsensystem erzielt werden können, wie beispielsweise einer einfachen bikonvexen Linse.

Fig. 4 zeigt eine angenähert perspektivische Darstellung der physikalischen Einrichtung für das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine seiner Verwendungen. Eine Laserdiodenquelle 51, deren Ausgangsstrahlenbündel untersucht werden soll, ist auf einer reflektierenden Oberfläche 53 so angeordnet, daß Keile des Ausgangsstrahlenbündels der Laserdiode 51 von der Oberfläche 53 reflektiert werden und in die Linsenanordnung 38 gelangen.
Andere Teile des Lichtausgangs der Laserdiode 51 werden unter einem Winkel so abgestrahlt, daß sie in die Linse 38 eintreten, ohne vorher an der reflektierenden Oberfläche 53 reflektiert zu werden.
Die Gründe für die Verwendung der reflektierenden Oberfläche 53 werden später erläutert.
Das Linsensystem 38 ist auf einem säulenförmigen Halter 40 gehaltert, der fest mit einer Grundplatte 42 verschraubt ist. Ein in mehreren Achsen wirksames Postionierungssystem 44 haltert die Laserdiode 51 und die reflektierende Oberfläche 53. Mit einem ersten Mikrometer 48 kann die Lasequelle 51 im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Linsensystems 38 verschoben werden. In ähnlicher Weise kann die Laserquelle 51 durch ein zweites Mikrometer 50 horizontal und in einer Achse von ungefähr 90° bezüglich der Achse der Linse 38 verschoben werden. Ein drittes Mikrometer 52 erlaubt es, den Laser 51 in vertikaler Richtung bezüglich der Linse 38 zu verschieben. Der Laser 51 kann mit einem vierten Mikrometer 54 genau bezüglich der Linse 38 verschoben werden. Die Mikrometereinstellung wird später noch genauer erläutert.

Hinter der Linsenanordnung 38 ist ein motorgetriebenes Verschiebessystem 56 angeordnet, und stellt eine Halterung für eine Schaltkarte 60 dar, auf der die (in dieser Figur nicht dargestellte) Zeile von Detektoren und die zugehörigen elektronischen Schaltungen montiert sind. Eine im wesentlichen ebene Fläche 65 mit einem darin angebrachten vertikalen Schlitz 63 ist ebenfalls auf dem Verschiebesystem 56 montiert. Dieses Verschiebesystem 56 wird von einem elektrischen Schrittmotor 58 angetrieben, mit dem die Detektorenzeile auf der Schaltkarte 60 zum Abtasten quer durch das projizierte Strahlenbündel der Laserdiode 51 verschoben werden kann, das durch das Linsensystem 38 und einen Schlitz (63) in die ebenen Platte 65 projiziert ist. Ein Digitalrechner 62 ist mit der motorgetriebenen Verschiebeeinrichtung 56 und der Detektorenzeile verbunden. Um die sich auf die Charakteristiken des Ausgangsstrahlenbündels der Laserdiode 51 beziehenden Daten zu sammeln, gibt der Rechner 62 Verschiebe- und Abtastbefehle ab, die bewirken, daß die Detektorenzeile in diskreten Inkrementen abgetastet wird und die Ausgangssignale der Detektorenzeile abgefühlt und digitalisiert werden, um Daten zu erzeugen, die eine bekannte Beziehung zum Intensitätsprofil des Ausgangsstrahlenbündels des Lasers 51 aufweisen. Herkömmliche Anzeige- und Eingabe-/Ausgabegeräte 64 sind an den Digitalrechner 62 angeschlossen, um eine Anzeige und eine Steuerung der Betriebsweise des Systems zu ermöglichen.

Fig. 5 zeigt eine detailiertere Ansicht der Linsenanordnung 38. Das obere Ende des Haltebügels 40 enthält eine halbkreisförmige Vertiefung, in der die Halteröhre 70 durch eine Abdeckung 39 fixiert wird. Die Abdeckung 39 ist an dem Haltebügel 40 mit vier Schrauben befestigt, wobei zwei auf jeder Seite liegen und eine mit Bezugszeichen 41 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch das System mit Ausnahme der Einrichtung für die Halterung und Positionierung der zu untersuchenden Lichtquelle. Die Linse 33 (Fig. 6) ist in einer Halteröhre 70 unter Verwendung geeigneter Vorrichtungen montiert. Eine Lichtquelle, wie z. B. ein Laser 51 (Fig. 4) ist in der optischen Achse 72 und vor der Linse 33 angeordnet, wie es genauer in Fig. 4 dargestellt ist. Eine erste Lichtabdeckung 74 ist an einem Ende der Röhre befestigt. Ungefähr 0,03 cm von der ersten Lichtabdeckung 74 ist eine zweite Lichtabdeckung 65 angeordnet. Eine Detektorzeile 79 ist in einem Schlitz 63, (Fig. 4 und 5), nahe dem Zentrum der zweiten Lichtabdeckung 65 angeordnet, wobei die Schlitzmaske für die Zeile mit der Oberfläche der Lichtabdeckung 65 abschließt.
Zwei Abstandshalter 78 und 80 (Fig. 6) haltern die Lichtabdeckung 65 in einem festen Abstand und im wesentlichen parallel zu einer Schaltkarte 82, auf der die Detektorenzeile 79 und andere herkömmliche elektronische Schaltungen liegen, die zum Betriebe des hier beschriebenen Systems notwendig sind. Weitere Abstandshalter 84 und 86 halten die Schaltkarte 82 im wesentlichen parallel und in einem festen Abstand von einer motorangetriebenen Positioniervorrichtung 88. Zwei Schrauben 90 und 92 verlaufen durch die Lichtabdeckung 65, die Abstandshalter 78, 80, 84 und 86, die Schaltkarte 82 und greifen in ein Gewinde der Positioniervorrichtung 88 ein, um all diese Komponenten in der gewünschten gegenseitigen Lage zu halten. Die Positioniervorrichtung wird dann an der Grundplatte 42 (Fig. 4) befestigt, um die Zeile 79 in der richtigen Lage festzuhalten.

Detektorzeile 79 weist eine Länge auf, die im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser der Linse 33. Die Positioniervorrichtung 88 ist so ausgelegt, daß die Detektorzeile 79 nach links und rechts verschoben werden kann, um eine Ebene abzutasten, die parallel zur Linse 33 liegt und im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche der Linsenröhre 70 ist. Damit dann die Detektorzeile 79 so positioniert werden, daß sie das gesamte Ausgangsstrahlenbündel der Lichtquelle abtastet, wie es durch Linse 33 projiziert wird.

Zeile 79 kann zweckmäßigerweise eine Standardphotodetektor-Zeile der Type RL 1024G sein, die von der Firma Reticon bezogen werden kann.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung mit der Laserdiode 51 auf der reflektierenden Oberfläche 53, die schon oben anhand der Fig. 4 diskutiert wurde. Zur Erläutertung der Betriebsweise des Systemes sind zwei typische Strahlen 100, 102 des von der Laserquelle 51 ausgesandten Lichtstrahlenbündels eingezeichnet. Beispielsweise fällt der erste Strahl 100 auf der reflektierenden Oberfläche 53 unter einem relativ spitzen Winkel auf und wird zu einem Punkt abgelenkt, der in der Nähe des Mittelpunktes der Linse 106 liegt. Linse 106 bricht diesen Strahl so, daß er unter einem Winkel bezüglich der optischen Achse der Linse 106 austritt. Der zweite Strahl 102 wird unter einem Winkel ausgesandt, der ihn nicht auf die reflektierende Oberfläche 53 auftreffen läßt, so daß er direkt zu Linse 106 gelangt.

Aus Fig. 7 ergibt sich deutlich, daß die verschiedenen in dem Strahlenbündel enthaltenen Strahlen, die auf der Linse 106 auftreffen, unterschiedliche Wege zurücklegen, da sie an der Oberfläche 53 reflektiert werden. Dadurch werden Lloyd'sche Streifen in der Projektionsebene 104 erzeugt, mit denen verschiedene nützliche Berechnungen durchgeführt werden können. Das Intensitätsprofil der Lloyd'schen Interferenzstreifen im Ausgangsstrahlenbündel ist durch eine Kurve 105 wiedergegeben. Die Kurve 105 weist periodische Maxima und Minima auf. Aus dieser Information kann mit Hilfe bekannter Verfahren die Lichtwellenlänge sowie die Höhe des Emissionsberieches der Laserdiode 51 von der reflektierenden Oberfläche 53 berechnet werden. Vorteilhafterweise wird eine Autokorrelationsfunktion eingesetzt, um den Abstand zwischen den Interferenzstreifen des Strahlenbündels zu bestimmten, das von der Laserdiode 51 ausgesandt wird. Diese Funktion ist sehr nützlich, da sie nicht die unbequemen Berechnungen erfordert, die notwendig sind, wenn diese Abstände durch Fourier-Analyse bestimmt werden sollen. Ausserdem gibt dieses Verfahren automatisch den mittleren Abstand zwischen allen Interferenzstreifen. Diese Mittelwerte erlauben es, die Wellenlänge und die Höhe der Laserquelle über der reflektierenden Oberfläche genauer zu berechnen. Zusätzlich kann das Intensitätsprofil des Ausgangsstrahlenbündels der Laserquelle berechnet werden. Andere Berechnungen sind ebenfalls möglich, da eine feste Beziehung zwischen dem Strahlenbündel in der Projektionsfläche und dem Strahlenbündel besteht, das von der Quelle ausgesandt wird.

Fig. 8 zeigt eine genauere schematische Darstellung der Einrichtung und des Verfahrens zum Positionieren einer Laserdiode 80 in einem genauen und bekannten Abstand von der Oberfläche der Linse 110, wie es zum Betrieb des oben beschriebenen Systems erforderlich ist. Im einzelnen ist die Linse 110 an einem festgelegten Ort unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik in einer röhrenförmigen Halterung 112 befestigt, wie es oben beschrieben wurde. In der Nähe der Eingangsseite der Röhre 112 ist ein Innengewinde 114 vorgesehen, das in der Nähe einer Schulter 116 endet. Ein deckelförmiges Element 118 weist auf seiner äußeren Fläche ein Gewinde auf, das in das Innengewinde 114 eingreift. Ein nadelähnliches Element 120 ist am unteren Teil des deckelförmigen Elementes 118 befestigt. Die obere Kante 124 des deckelförmigen Elementes 118 und das herausragende Ende der Nadel 120 sind gelappt, so daß sie in einer gemeinsamen und ebenen Oberfläche liegen. Wenn das Deckelelement 118 vollständig in die röhrenförmige Halterung eingeschraubt ist, definiert die Spitze der Nadel 94 einen genauen Punkt bezüglich der Oberfläche der Linse 110.

Die Halterungsplatte, auf der die Laserdiode 80 montiert ist, enthält einen Mikrometerstop, der funktionsmäßig bei Bezugszeichen 81 dargestellt ist. (Dieses Mikrometer ist genauer in Fig. 4 dargestellt.) Der obere Teil der Halterung enthält eine federbelastete Führung mit der die Laserdiode 80 horizontal längs der optischen Achse der Linse 110 von der Linse entfernt werden kann, indem die Feder zusammengedrückt wird. Der Mikrometerstop 81 wird daher justiert, bis die Halterung 83 gerade das Ende der Nadel 120 berührt. Damit wird ein präziser Abstand zwischen der Laserdiode 80 und der Linse 110 definiert, wie er oben beschrieben wurde. Aus den Ablesungen des Mikrometers im Mikrometerstop und des zweiten Mikrometers in der Diodenhalterung, das oben beschrieben wurde, kann der Abstand zwischen der Laserquelle 80 und der Linse 110 berechnet werden, vorausgesetzt der Abstand von der Ausgangsfläche der Laserdiode bis zur Schnittebene am Kontaktpunkt zwischen der Nadel 120 und der Halterung 83 ist genau bestimmt worden.

Nachdem die Diode 80 präzise bezüglich der Linse 110 entsprechend der obigen Beschreibung positioniert wurde, wird die Feder, die die Laserdiode gegen die Nadel 120 drückt, entspannt und das Deckelelement 118 aus der Halterungsröhre 112 entfernt. Dann wird der Feder erlaubt, die Laserdiode an ihre ursprüngliche und bekannte Position zurückzuführen. Mit dem Mikrometer 48 (Fig. 4) wird dann die Laserdiode und die Halterungsverlängerung in die Röhre 112 (Fig. 8) um einen kalebrierten Abstand vorgeschoben, der von den Meßeinteilungen des Mikrometers 48 abgelesen wird. Die vorgeschobene Distanz wird dann berechnet, indem von dem bekannten Abstand zwischen der Linse 110 und der Austrittsfläche der Laserdiode 80 sowie im wesentlichen von dem bekannten Abstand zwischen dem Scheitel der Linse 110 und der idealen Lage der Quelle Gebrauch gemacht wird, die durch die Projektionsanalyse mit z. B. 11,5 mm bestimmt ist.

Die Einrichtung, in der die Erfindung verkörpert ist, kann mit Hilfe herkömmlicher Konstruktionsverfahren hergestellt werden. Die Funktionen der Datenverarbeitung, der Anzeige und der Steuerung können durch herkömmliche Einrichtungen erledigt werden. Obwohl die Erfindung anhand der Analyse (der Charakterisierung) des Ausgangsstrahlenbündels einer Laserdiode beschrieben wurde, können optische Strahlenbündel von anderen Quellen ebenfalls analysiert werden. Bei der Analyse anderer optischer Strahlenbündel oder bei der Analyse von Ausgangsstrahlenbündeln von Laserdioden mit anderen als den oben beschriebenen Verfahren braucht die reflektierende Oberfläche 53 (Fig. 7) nicht vorhanden zu sein. Andere Anwendungen und Modifikationen sind ebenfalls möglich; beispielsweise könnte auch eine Diodenmatrix verwendet werden, so daß kein mechanisches Abtasten erforderlich ist. Eine derartige Matrix würde jedoch eine komplexere elektrische Signalverarbeitung erfordern, um dieselbe Gesamtleistung zu erzielen.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Bestimmen der Charakteristiken eines optischen Strahlenbündels in der enthalten sind:
eine Linse (33) zum Sammeln der optischen Energie des zu untersuchenden Strahlenbündels und zum Übertragen des Strahlenbündels an einen im wesentlichen planaren optischen Sensor (79), der die Intensität des Strahlenbündels an ausgewählten Positionen bestimmt, und ein Datenprozessor (62), der auf die Ausgangssignale des optischen Sensors anspricht, um ausgewählte Charakteristiken des Strahlenbündels zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der in gleichen Raumwinkelinkrementen bei konstantem Abstand von der Mitte des Strahlenbündels gemessenen Energiedichte des Strahlenbündels auf einer Seite der Linse und der Energiedichte des Strahlenbündels am Ort des optischen Sensors auf einer zweiten Seite der Linse eine im wesentlichen lineare Beziehung aufrechterhalten wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (79) eine Datenmatrix erzeugt, die eine vorbestimmte Beziehung zu den Charakteristiken des optischen Strahlenbündels aufweist, und daß der Datenprozessor (62) diese Datenmatrix ausarbeitet, um ausgewählte Charakteristiken des Strahlenbündels zu bestimmen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (33) eine bikonvexe Linse ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (79) eine lineare Detektorzeile mit einer Länge aufweist, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser der bikonvexen Linse ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Detektorzeile durch Positioniersignale des Digitalprozessores (62) an ausgewählte Positionen in einer Projektionsfläche (23) verschoben wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Nähe der Lichtquelle (51) für das Strahlenbündel angeordnete reflektierende Ebene (53) in der Projektionsfläche (23) Lloyd'sche Interferenz- streifen erzeugt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenprozessor die Datenmatrix verarbeitet, um die Höhe des optischen Strahlenbündels über der reflektierenden Ebene (53) zu bestimmen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterungsvorrichtung (44) vorgesehen ist, mit der eine Quelle (80) für ein optisches Strahlenbündel bezüglich der Linse genau positioniert werden kann und die enthält: eine mechanische Halterung (83) für die Lichtquelle mit einer Bezugsoberfläche, die so ausgestaltet ist, daß bei montierter Lichtquelle der Abstand zwischen der Quelle und der Bezugsfläche bestimmt werden kann;
einem Bezugsstop (81), der in einer festen Postion bezüglich der Linse montiert ist;
und Positioniervorrichtungen (48) zum Positionieren der Bezugsoberfläche in mechanischem Kontakt mit dem Bezugsstop wobei die Halterungsvorrichtung (44) von der Einrichtung zur Charakterisierung von Strahlungsbündeln so entfernt werden kann, daß die Bezugsoberfläche vor und nach dem Entfernen der Halterungsvorrichtung in im wesentlichen der gleichen Lage bleibt.

9. Verfahren zum Projizieren eines divergenten optischen Strahlenbündels auf eine ebene Projektionsfläche (104), indem eine Lichtquelle (51) für das divergente optische Strahlungsbündel in einem vorbestimmten Abstand auf einer ersten Seite (106) angeordnet wird, und die Projektionsfläche in einem ausgewählten Abstand von einer zweiten Seite der Linse liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der optischen Energie- dichte des divergenten optischen Strahlenbündels bezogen auf sphärische Koordinaten und der optischen Dichte des Strahlenbündels in der ebenen Projektionsfläche aufrechterhalten wird.