DE3820783C2

DE3820783C2 -

Info

Publication number: DE3820783C2
Application number: DE19883820783
Authority: DE
Inventors: Manfred 7800 Freiburg De Knothe; Horst Prof. Dipl.-Phys. Dr. 7815 Kirchzarten De Preier; Wolfgang Dipl.-Phys. 7844 Neuenburg De Riedel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1990-04-26
Also published as: DE3820783A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Korrektur einer astigmatischen Abbildung, insbesondere des Ausgangsbildes einer zur laserspektroskopischen Spurenanalyse eingesetzten White-Zelle, mit einem um eine Justierachse verdrehbaren Astigmatismuskorrektur- Konkavspiegel, durch den bei verschiedenen astigma tischen Abständen zwischen dem sagittalen Bild und meridionalen Bild unter verschiedenen Justierwinkeln an jeweils zugeordneten, an verschiedenen Stellen lie genden Brennpunkten ein scharfes astigmatismusfreies Bild erzeugbar ist, das mit Hilfe einer Umlenk- und Kollimatoroptik in ein ortsfestes, paralleles Ausgangs strahlbündel abbildbar ist.The invention relates to an optical arrangement for Correction of an astigmatic image, in particular of the original image one for laser spectroscopic Trace analysis used white cell, with an order an adjustment axis rotatable astigmatism correction Concave mirror, due to the different astigma distance between the sagittal image and meridional image at different adjustment angles each assigned, lie in different places focal points a sharp astigmatism-free Image can be generated using a deflection and Collimator optics in a fixed, parallel output beam can be mapped.

White-Zellen mit zugeordneten optischen Komponenten sind aus Journal of the Optical Society of America, Volume 32, Seiten 285 bis 288 und Volume 51, Seiten 98 bis 102 bekannt.White cells with associated optical components are from Journal of the Optical Society of America, Volume 32, pages 285 to 288 and Volume 51, pages 98 known to 102.

In optischen Geräten, in denen sphärische optische Komponenten eingesetzt sind, wird bei einer außeraxia len Strahlführung, z.B. bei Spiegeloptiken, ein astig matischer Fehler erzeugt. Es ist dann notwendig, mit Hilfe einer Korrekturoptik die sagittalen und meridio nalen Fokuslinien in einen Brennpunkt abzubilden und mit einem nachgeschalteten Kollimator einen Parallel strahl zu erzeugen. Dabei ist man bemüht, bei einer Varianz des astigmatischen Abstandes, das heißt des Ab standes zwischen der sagittalen und meridionalen Fokus linie, z.B. infolge von Toleranzen der optischen Kompo nenten, die Korrekturoptik so nachzujustieren, daß das erzeugte parallele Ausgangsstrahlbündel ortsfest bleibt. In optical devices where spherical optical Components are used in an extra axia len beam guidance, e.g. with mirror optics, a knotty Matic error generated. Then it is necessary with With the help of correction optics the sagittal and meridio map focal lines into a focal point and with a collimator connected in parallel to generate beam. One tries, with one Variance of the astigmatic distance, i.e. the Ab stood between the sagittal and meridional focus line, e.g. due to tolerances of the optical compo nenten readjust the correction optics so that the generated parallel output beams stationary remains.

Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art wird die Astigmatismuskorrektur mit Hilfe eines Zylinderspie gels, eines Toroidspiegels oder eines sphärischen Spiegels vorgenommen, auf den das astigmatische Hauptstrahlbündel unter einem flachen Winkel auftrifft. Je nach der Größe des astigmatischen Fehlers wird ein zugeordneter Einfallswinkel gewählt, bei dem sich ein astigmatismusfreies scharfes Bild ergibt. Die Richtung des korrigierten fokussierten Strahlbündels hängt dabei infolge des jeweils passend gewählten Einfallswinkels von der Größe des astigmatischen Abstandes ab. Ändern sich die Eigenschaften des astigmatischen Strahlbün dels, muß die nachfolgende Optik nachjustiert werden. Bei den bekannten Anordnungen ist dazu eine aufwendige Justierung von mehreren optischen Komponenten erfor derlich.With an arrangement of the type mentioned, the Correction of astigmatism with the help of a cylinder pie gel, a toroidal mirror or a spherical one Mirror made, onto which the astigmatic main beam is under one flat angle. Depending on the size of the astigmatic error becomes a assigned angle of incidence selected at which a astigmatism-free sharp image results. The direction depends on the corrected focused beam due to the respectively chosen angle of incidence on the size of the astigmatic distance. To change the properties of the astigmatic ray beam dels, the following optics must be readjusted. In the known arrangements, this is complex Adjustment of several optical components required such.

Das den Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel verlassen de Strahlbündel hat je nach dem Ausmaß der erforderli chen Korrektur eine unterschiedliche Richtung, was sich auf die nachfolgende Strahlführung nachteilig auswirkt, weil bei einem den Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel nachgeordneten Kollimator nicht nur der Abstand des Kollimators vom Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel nachjustiert werden muß, sondern auch dessen Ausrich tung. Daraus ergibt sich weiterhin die Notwendigkeit einer Justierung der Umlenkoptik, um zu erreichen, daß das parallele Ausgangsstrahlbündel ortsfest bleibt. Bei bekannten Astigmatismus-Korrekturoptiken müssen bis zu sechs Freiheitsgrade justiert werden, wodurch sich insbesondere wegen der gegenseitigen Beeinflussung ein erheblicher zeitaufwendiger Justieraufwand ergibt.That leave the astigmatism correction concave mirror de beam has depending on the extent of the required Chen correction a different direction of what is going on adversely affects the subsequent beam guidance, because the concave astigmatism correction mirror downstream collimator not only the distance of the Collimators from the astigmatism correction concave mirror must be readjusted, but also its alignment tung. This continues to result in the need an adjustment of the deflection optics in order to achieve that the parallel output beam remains stationary. At Known astigmatism correction optics must be up to six degrees of freedom can be adjusted especially because of the mutual influence considerable time-consuming adjustment effort results.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Anzahl der Freiheitsgrade auf ein Minimum reduziert ist und die sich durch eine einfache Justier prozedur bei Abweichungen im astigmatischen Abstand nachjustieren läßt.The invention has for its object an optical To create arrangement of the type mentioned in which keeps the number of degrees of freedom to a minimum is reduced and which is easy to adjust procedure for deviations in the astigmatic distance can be readjusted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Dadurch, daß die Umlenk- und Kollimatoroptik als Ein heit an einer Justierhalterung befestigt ist und zum Justieren lediglich zusätzlich zum Verdrehen des Astig matismuskorrektur-Konkavspiegels ein Verschieben der Justierhalterung entlang einer vorgegebenen Bahn er forderlich ist, ergeben sich nur zwei Freiheitsgrade, so daß der Justiervorgang wesentlich vereinfacht ist.The fact that the deflection and collimator optics as one unit is attached to an adjustment bracket and Adjust only in addition to twisting the knot matism correction concave mirror a shift of the Adjustment bracket along a given path is required, there are only two degrees of freedom, so that the adjustment process is significantly simplified.

Die Orientierung der Bahn, die sich parallel zu der durch das einfallende Hauptstrahlbündel und das den Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel verlassende fo kussierte Strahlbündel aufgespannten Ebene erstreckt, ergibt sich durch die eine annähernd eine Gerade dar stellende Richtung der Ortskurve, die für gegebene optische Komponenten berechnet oder auf einfache Weise experimentell ermittelt werden kann. Da bei der Ver schiebung der Justierhalterung gleichzeitig eine Ver schiebung der Umlenkoptik erfolgt, braucht diese nicht mehr bei sich ändernden Eigenschaften des astigmati schen Hauptstrahlbündels gesondert nachjustiert werden. Die Anordnung und Orientierung der Umlenkoptik läßt sich ebenfalls bei vorgegebenen optischen Komponenten experimentell ermitteln oder rechnerisch bestimmen. Dabei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß eine Justierbahn existiert, die bei richtig gewählter Orientierung eine Justierung des dritten und der fol genden Freiheitsgrade erübrigt.The orientation of the web, which is parallel to the through the incident main beam and the Astigmatism correction concave mirror leaving fo kissed beam extends across the plane, the one approximates a straight line positional direction of the locus, given for optical components calculated or simple can be determined experimentally. Since the Ver shift the adjustment bracket at the same time a ver the deflection optics does not need to be moved more with changing properties of the astigmati main beam are readjusted separately. The arrangement and orientation of the deflection optics also with given optical components determine experimentally or determine mathematically. In doing so, use is made of the knowledge that there is an alignment path that is correctly selected Orientation an adjustment of the third and fol degree of freedom is unnecessary.

Die Justierhalterung besteht im einfachsten Fall aus einer Basisplatte oder einer rohrförmigen bzw. stab förmigen Konstruktion. Mit Hilfe von Führungsnuten und Führungszapfen sowie sonstigen mechanischen Führungs elementen ist es auf vielfältige Weise möglich, eine mechanische Anordnung zu realisieren, die die Justier halterung entlang einer geraden Justierbahn führt. Die Mechanik kann dabei auch so gewählt sein, daß die Orientierung und Lage der Justierbahn nicht konstruktiv festgelegt ist, sondern verstellbar ist, so daß die genaue Lage der Justierbahn nach dem Zusammenbau der mechanischen und optischen Bauelemente noch angepaßt werden kann. Wenn die richtige Richtung der Justierbahn ermittel worden ist, kann die Justierbahn in dieser Lage fixiert werden, so daß bei späteren Justiervor gängen lediglich eine Verschiebung entlang der Justier bahn in der einen oder entgegengesetzten Richtung möglich und erforderlich ist.In the simplest case, the adjustment bracket consists of a base plate or a tubular or rod shaped construction. With the help of guide grooves and Guide pin and other mechanical guide elements, it is possible in a variety of ways to realize mechanical arrangement that the adjustment bracket leads along a straight adjustment path. The Mechanics can also be chosen so that the Orientation and position of the adjustment track not constructive is fixed, but is adjustable so that the exact location of the adjustment track after assembling the mechanical and optical components still adapted can be. If the right direction of the alignment the adjustment path can be determined in this Position to be fixed, so that at later adjustment just move along the adjustment path in one or the opposite direction possible and necessary.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Appropriate refinements and developments of Invention are characterized in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are as follows explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine schematisch darge stellte optische Anordnung zur Korrektur einer astigmatischen Abbildung gemäß der Erfindung mit einer Umlenk- und Kollimator optik, Fig. 1 is a plan view Darge turned optical arrangement for correction of an astigmatic image in accordance with the invention with a deflecting and collimating optics schematically a,

Fig. 2 eine optische Anordnung mit einer gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 1 abgewandelten Umlenkoptik und Fig. 2 shows an optical arrangement with a deflection optics modified compared to the arrangement according to FIG

Fig. 3 den Strahlengang einer optischen Anordnung zur astigmatischen Abbildung mit einer meh rere Planspiegel umfassenden Umlenkoptik und einer einen Toroidspiegel aufweisenden Kolli matoroptik zusammen mit dem einer White-Zelle zugeordneten Strahlengang vor und nach der Korrekturoptik. Fig. 3 shows the beam path of an optical arrangement for astigmatic imaging with a plurality of plane mirrors deflecting optics and a toroidal mirror collimator optics together with the beam path assigned to a white cell before and after the correction optics.

Die in Fig. 1 dargestellte optische Anordnung zur Korrektur einer astigmatischen Abbildung gestattet es, ausgehend von einem einfallenden astigmatischen Haupt strahlbündel 1, ein paralleles ortsfestes Ausgangs strahlbündel 2 zu erzeugen, wobei der astigmatische Abstand der zu korrigierenden Abbildung um einige Prozent variieren kann. Solche Korrekturoptiken werden beispielsweise zur Korrektur des astigmatischen Aus gangsbildes einer Vielfachreflexionszelle verwendet, die auch als White-Zelle bezeichnet wird und in Fig. 3 schematisch mit dem Bezugszeichen 3 dargestellt ist. Die White-Zelle 3 wird insbesondere in der laserspek troskopischen Spurengasanalyse eingesetzt und führt zu einem astigmatischen Abstand, der von der Zahl der Durchgänge und der genauen inneren Justierung der Zelle abhängt. Bei außeraxial benutzten sphärischen Beugungs gittern in einem Monochromator ergibt sich ebenfalls das Erfordernis der Korrektur des Ausgangsbildes. Auch in diesem Fall ist der Astigmatismus der beherrschende Bildfehler, wobei der astigmatische Abstand zwischen dem sagittalen und dem meridionalen Bild so groß sein kann, daß ein Korrekturelement zwischen diesen beiden Bildern angeordnet werden kann. Bei der Abbildung am sphärischen Beugungsgitter hängt der astigmatische Abstand von dem Abbildungswinkel und damit von der jeweiligen Wellenlänge ab.The optical arrangement shown in FIG. 1 for correcting an astigmatic image makes it possible, starting from an incident astigmatic main beam 1 , to produce a parallel, stationary output beam 2 , the astigmatic distance of the image to be corrected being able to vary by a few percent. Such correction optics are used, for example, to correct the astigmatic output image of a multiple reflection cell, which is also referred to as a white cell and is shown schematically in FIG. 3 with reference number 3 . The white cell 3 is used in particular in laser spectroscopic trace gas analysis and leads to an astigmatic distance which depends on the number of passes and the exact internal adjustment of the cell. In the case of spherical diffraction gratings used off-axis in a monochromator, there is also the need to correct the output image. In this case, too, astigmatism is the dominant image error, the astigmatic distance between the sagittal and the meridional image being so large that a correction element can be arranged between these two images. When imaging on the spherical diffraction grating, the astigmatic distance depends on the imaging angle and thus on the respective wavelength.

Das in Fig. 1 dargestellte und dem zu korrigierenden Ausgangsbild zugeordnete Hauptstrahlbündel 1 beauf schlagt einen Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel 4, der um eine in Fig. 1 rechtwinklig zur Zeichenebene verlaufende Achse durch den Spiegelscheitel in Richtung des Doppelpfeils 5 verschwenkbar ist. The illustrated in Fig. 1 and the associated be corrected output image main beam 1 beauf striking an astigmatism-concave mirror 4 which is pivotable about a perpendicular end in Fig. 1 to the plane of the axis through the mirror apex in the direction of double arrow 5.

Der Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel 4 befindet sich zwischen der meridionalen Fokuslinie 6 des Aus gangsbildes und dem Ort, an dem bei fehlendem Astig matismuskorrektur-Konkavspiegel 4 die sagittale Fokus linie 7 zu liegen kommen würde. Bei dem Astigmatis muskorrektur-Konkavspiegel 4 handelt es sich um einen sphärischen, torischen oder zylindrischen Konkavspie gel, der zwischen dem meridionalen Bild und dem sa gittalen Bild in den Strahlengang eingefügt ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die meridionale Fokuslinie einen festen vorgegebenen Abstand zum Astig matismuskorrektur-Konkavspiegel 4 hat. Das einfallende astigmatische Hauptstrahlbündel 1 hat sich ändernde Eigenschaften und einen variablen astigmatischen Ab stand, so daß die sagittale Fokuslinie 7 einen sich ändernden Abstand von der meridionalen Fokuslinie 6 hat und insbesondere aufgrund der Abweichungen im astig matischen Abstand die Lage einer sagittalen Fokuslinie 7′ oder 7′′ einnehmen kann. Die Varianz des astigma tischen Abstandes hängt von den Toleranzen der jeweils verwendeten optischen Komponenten und beim Einsatz eines sphärischen Beugungsgitters zur Erzeugung des Hauptstrahlbündels 1 von der jeweiligen Wellenlänge ab.The astigmatism correction concave mirror 4 is located between the meridional focus line 6 of the initial image and the location where the sagittal focus line 7 would come to lie in the absence of astigmatism correction concave mirror 4 . The astigmatism correction correction concave mirror 4 is a spherical, toric or cylindrical concave mirror, which is inserted between the meridional image and the sa gital image in the beam path. The arrangement is such that the meridional focus line has a fixed predetermined distance to the Astig matism correction concave mirror 4 . The incident astigmatic main beam 1 has changing properties and a variable astigmatic position, so that the sagittal focal line 7 has a changing distance from the meridional focal line 6 and, in particular due to the deviations in the astig matic distance, the position of a sagittal focal line 7 'or 7 '' Can take. The variance of the astigmatic distance depends on the tolerances of the optical components used in each case and when using a spherical diffraction grating to generate the main beam 1 from the respective wavelength.

Der Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel 4 liegt vor zugsweise zwischen der meridionalen Fokuslinie 6 und der sagittalen Fokuslinie 7. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Fokuslinien 6, 7 sehr klein ist, ist die Anordnung so getroffen, daß der Astigmatismuskorrek tur-Konkavspiegel 4 auf dem einfallenden astigmatischen Hauptstrahlbündel 1 außerhalb des astigmatischen Fokus bereichs liegt.The astigmatism correction concave mirror 4 is preferably between the meridional focus line 6 and the sagittal focus line 7 . However, if the distance between the focus lines 6 , 7 is very small, the arrangement is such that the astigmatism correction concave mirror 4 lies on the incident astigmatic main beam 1 outside the astigmatic focus area.

Wie man der Fig. 1 entnehmen kann, trifft das Haupt strahlbündel 1, von dem aus zeichnerischen Gründen nur der Zentralstrahl gezeichnet ist, unter einem flachen Einfallswinkel auf den Astigmatismuskorrektur-Konkav spiegel 4 auf. Der Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegel 4 erzeugt eine sehr starke außeraxiale Abbildung und fokussiert das astigmatische Hauptstrahlbündel 1 auf den Brennpunkt 8. Das fokussierte Strahlbündel 9 ist in Fig. 1 wiederum nur durch seinen Zentralstrahl veran schaulicht. Die Richtung des korrigierten fokussierten Strahlbündels 9 ergibt sich aus der Drehstellung des Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 und dem flachen Einfallswinkel.As can be seen in FIG. 1, the main beam 1 , of which only the central beam is drawn for drawing reasons, hits the astigmatism correction concave mirror 4 at a flat angle of incidence. The astigmatism correction concave mirror 4 generates a very strong off-axis image and focuses the astigmatic main beam 1 on the focal point 8 . The focused beam 9 is again illustrated in FIG. 1 only by its central beam. The direction of the corrected focused beam 9 results from the rotational position of the astigmatism correction concave mirror 4 and the flat angle of incidence.

Wenn sich der astigmatische Abstand infolge von Tole ranzen von vorgeschalteten optischen Komponenten oder aus sonstigen Gründen ändert und die sagittale Fokus linie 7 ihre Lage in die sagittale Fokuslinie 7′ ver ändert, läßt sich der veränderte Astigmatismus durch Drehen des Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 in die mit dem Bezugszeichen 4′ gekennzeichnete und ge strichelt dargestellte Drehposition korrigieren. Der Astigmatismus wird somit durch Drehen des Astigmatis muskorrektur-Konkavspiegels 4 und durch passende Wahl des Einfallswinkels ausgeglichen.If the astigmatic distance changes due to tolerances of upstream optical components or for other reasons and the sagittal focus line 7 changes its position in the sagittal focus line 7 'ver, the changed astigmatism by rotating the astigmatism correction concave mirror 4 in the with correct the reference numeral 4 'marked and ge dashed rotation position. The astigmatism is thus balanced by rotating the astigmatism correction concave mirror 4 and by a suitable choice of the angle of incidence.

Infolge der Drehung des Astigmatismuskorrektur-Konkav spiegels 4 in die mit 4′ gekennzeichnete neue Lage verändert sich der Strahlengang des fokussierten Strah lenbündels 9 bis in die mit 9′ gekennzeichnete und in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Lage. Gleichzeitig mit dem Verschwenken des Strahlengangs erfolgt ein Ver schieben des Brennpunktes 8 in den Brennpunkt 8′.As a result of the rotation of the astigmatism correction concave mirror 4 in the new position marked with 4 ' , the beam path of the focused beam bundle 9 changes into the position marked with 9' and shown in dashed lines in Fig. 1. Simultaneously with the pivoting of the beam path, there is a shift of the focus 8 into the focus 8 '.

Wenn eine Verschiebung der sagittalen Fokuslinie 7 in die Position der sagittalen Fokuslinie 7′′ erfolgt, ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Drehstellung des Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 erforder lich, bei der der Brennpunkt 8 in die mit dem Bezugs zeichen 8′′ gekennzeichnete Lage kommt. Die Brennpunkte 8, 8′′ und 8′ beschreiben eine Brennpunktortskurve 10, die durch die zu verschiedenen Justierstellungen des Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 gehörenden Brennpunkten 8, 8′ und 8′′ definiert ist.If the sagittal focus line 7 is shifted into the position of the sagittal focus line 7 '', a rotational position of the astigmatism correction concave mirror 4 , not shown in the drawing, is required in which the focal point 8 is in the position marked with the reference symbol 8 '' is coming. The focal points 8 , 8 '' and 8 'describe a focal locus 10 , which is defined by the focal points 8 , 8 ' and 8 '' belonging to different adjustment positions of the astigmatism correction concave mirror 4 .

Die Brennpunktortskurve 10 ist annähernd eine Gerade und erstreckt sich in der Ebene, die durch das astig matische Hauptstrahlbündel 1 und das fokussierte Strah lenbündel 9 aufgespannt ist. Den verschiedenen ein stellbaren Winkelpositionen des stark außeraxial be strahlten Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 entsprechen somit verschiedene Brennpunkte 8, 8′ und 8′′ entlang der Brennpunktortskurve 10. Außerdem sind die verschiedenen einstellbaren Winkelpositionen des Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 verschiedenen astigmatischen Abständen zugeordnet, die durch die sagittalen Fokuslinien 7, 7′ und 7′′ in Fig. 1 veran schaulicht sind. An den Stellen der Brennpunkte 8, 8′ und 8′′ liegt somit jeweils ein astigmatismusfreies scharfes Bild vor, das in das ortsfeste parallele Ausgangsstrahlbündel 2 abgebildet werden soll.The focal locus 10 is approximately a straight line and extends in the plane spanned by the astig matic main beam 1 and the focused beam lenb 9 . The different an adjustable angular positions of the highly off-axis radiated astigmatism correction concave mirror 4 thus correspond to different focal points 8 , 8 'and 8 ''along the focal locus 10 . In addition, the various adjustable angular positions of the astigmatism correction concave mirror 4 are assigned to different astigmatic distances, which are illustrated by the sagittal focus lines 7 , 7 'and 7 ''in FIG. 1. At the locations of the focal points 8 , 8 'and 8 ''there is therefore in each case an astigmatism-free, sharp image that is to be imaged in the stationary parallel output beam 2 .

In Fig. 1 erkennt man eine Justierhalterung 11, die als in Draufsicht rechteckige Justierplatte 11 ausgebildet ist. Die Justierplatte 11 ist in Richtung eines Doppel pfeils 12 verschiebbar ausgebildet. Der Doppelpfeil 12 erstreckt sich parallel zur Brennpunktortskurve 10, so daß es möglich ist, die Justierplatte 11 einer Ver schiebung des Brennpunktes 8 entlang der Brennpunkt ortskurve 10 nachzuführen. Wie man aus Fig. 1 entnimmt, ist die Justierplatte 11 somit entlang einer schräg zur Ausbreitungsrichtung des fokussierten Strahlbündels 9 verlaufenden Richtung verschiebbar. Die Verschiebungs richtung, ausgehend von einer mittleren Lage der sa gittalen Fokuslinie 7′′ und einer mittleren Lage des Brennpunktes 8′′, hängt davon ab, ob sich der astigma tische Abstand bis zur sagittalen Fokuslinie 7 verkürzt oder bis zur sagittalen Fokuslinie 7′ verlängert. Entsprechend verschiebt sich die Lage des Brennpunktes 8′′ zum Brennpunkt 8 oder zum Brennpunkt 8′ und somit die erforderliche Justierung der Justierplatte 11 entlang der durch den Doppelpfeil 12 vorgegebenen Justierbahn.In FIG. 1 one recognizes an adjustment holder 11, which is formed as a rectangular in plan view adjustment plate 11. The adjusting plate 11 is designed to be displaceable in the direction of a double arrow 12 . The double arrow 12 extends parallel to the focal locus 10 so that it is possible, the adjustment plate 11 of a Ver shift of the focal point 8 along the focal locus to track 10th As can be seen from FIG. 1, the adjustment plate 11 can thus be displaced along a direction which runs obliquely to the direction of propagation of the focused beam 9 . The direction of displacement, starting from a central position of the sa gital focus line 7 '' and a central position of the focal point 8 '', depends on whether the astigma tic distance to the sagittal focus line 7 is shortened or extended to the sagittal focus line 7 ' . Correspondingly, the position of the focal point 8 '' shifts to the focal point 8 or to the focal point 8 'and thus the required adjustment of the adjustment plate 11 along the adjustment path predetermined by the double arrow 12 .

Die Justierplatte 11 kann am Ort des Brennpunktes 8 als Raumfilter eine in der Zeichnung nicht dargestellte Lochblende aufweisen, die auf der Justierplatte 11 befestigt ist. Außerdem oder stattdessen kann an dem Ort des Brennpunktes 8 auf der Justierplatte 11 eine Markierung vorgesehen sein, um das Einrichten und Justieren der Anordnung zu erleichtern.The adjusting plate 11 can have a pinhole, not shown in the drawing, at the location of the focal point 8 , which is attached to the adjusting plate 11 . In addition or instead, a marking can be provided at the location of the focal point 8 on the adjustment plate 11 in order to facilitate the setting up and adjustment of the arrangement.

An der Justierplatte 11 ist ein Kollimator 13 mit einem Hauptpunkt 14 befestigt. Durch den Kollimator 13 wird das vom Brennpunkt 8 ausgehende astigmatismusfreie Strahlbündel 15 kollimiert und als Parallelstrahlbündel 16 zu einem Umlenkplanspiegel 17 geführt, der ebenso wie der Kollimator 13 fest mit der Justierplatte 11 verbunden ist. Für die Orientierung des Umlenkplan spiegels 17 ergeben sich zwei ausgezeichnete Möglich keiten, von denen die erste in Fig. 1 und die zweite in Fig. 2 dargestellt ist. Bei beiden Orientierungen wird das aus dem Kollimator 13 austretende Parallelstrahl bündel 16 in eine Richtung umgelenkt, die sich beim Verschieben der Justierplatte 11 entlang der durch den Doppelpfeil 12 veranschaulichten Justierbahn nicht verändert. Der Auftreffpunkt des in den Fig. 1 und 2 gezeichneten Zentralstrahls des Parallelstrahlbündels 16 auf die Oberfläche des Umlenkplanspiegels 17 wandert in der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Weise entlang der Oberfläche, wenn die Justierplatte 11 im Anschluß an eine notwendig gewordene Änderung der Winkelpositionen des Astigmatismuskorrektur-Konkavspie gels 4 entlang der zur Brennpunktortskurve 10 paralle len Justierbahn verschoben worden ist und die mit 11′ bezeichnete Lage einnimmt, bei der der Kollimator sich an der Stelle 13′ und der Umlenkplanspiegel an der Stelle 17′ befindet. Die Neigung des Umlenkplanspiegels 17 kompensiert somit die Strahlverschiebung, so daß das reflektierte Ausgangsstrahlbündel 2 unabhängig von der durchgeführten Astigmatismuskorrektur ortsfest bleibt. Für jeden astigmatischen Abstand erhält man somit ein ortsfestes paralleles Ausgangsstrahlbündel 2, wobei jedem astigmatischen Abstand eine spezielle Winkelpo sition des Astigmatismuskorrektur-Konkavspiegels 4 und eine spezielle Translationsposition der Justierplatte 11 zugeordnet ist. Der Kollimator 13, der das astigma tismusfreie Strahlbündel 15 in das Parallelstrahlbündel 16 abbildet, wird, wie sich aus Fig. 1 und 2 ergibt, zwar aus verschiedenen Richtungen ausgeleuchtet, jedoch ist das Ausgangsstrahlbündel 2 nach der Reflexion am Umlenkplanspiegel 17 immer ortsfest.A collimator 13 with a main point 14 is attached to the adjustment plate 11 . The collimator 13 collimates the astigmatism-free beam 15 starting from the focal point 8 and guides it as a parallel beam 16 to a deflecting plan mirror 17 which, like the collimator 13, is firmly connected to the adjusting plate 11 . For the orientation of the deflection plan mirror 17 there are two excellent possibilities, of which the first in Fig. 1 and the second in Fig. 2 is shown. In both orientations, the parallel beam emerging from the collimator 13 bundle 16 is deflected in a direction which does not change when the adjustment plate 11 is moved along the adjustment path illustrated by the double arrow 12 . The point of incidence of the central beam of the parallel beam 16 drawn in FIGS . 1 and 2 on the surface of the deflecting plan mirror 17 moves in the manner illustrated in FIGS . 1 and 2 along the surface when the adjusting plate 11 following a change in the angular positions that has become necessary of the astigmatism correction concave mirror 4 has been moved along the alignment path parallel to the focal locus 10 and occupies the position designated 11 ' , in which the collimator is at position 13 ' and the deflection plan mirror at position 17 '. The inclination of the deflection plan mirror 17 thus compensates for the beam shift, so that the reflected output beam 2 remains stationary regardless of the astigmatism correction carried out. For each astigmatic distance, a fixed parallel output beam 2 is thus obtained, with each astigmatic distance being assigned a special Winkelpo position of the astigmatism correction concave mirror 4 and a special translation position of the adjusting plate 11 . The collimator 13 , which images the astigma-free beam 15 in the parallel beam 16 , is, as can be seen from FIGS. 1 and 2, illuminated from different directions, but the output beam 2 is always stationary after reflection at the deflection plan mirror 17 .

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten unterschied lichen Richtungen des Ausgangsstrahlbündels 2 nach der Reflexion am Umlenkplanspiegel 17, der bei der in Fig. 2 dargestellten Variante infolge des flacheren Auf treffens eine größere Oberfläche hat, lassen sich aus der nachfolgenden Beziehung berechnen:The different directions shown in FIGS . 1 and 2 of the output beam 2 after reflection on the deflection plan mirror 17 , which in the variant shown in FIG. 2 has a larger surface due to the flatter impact, can be calculated from the following relationship:

In dieser Beziehung bezeichnet A den in den Fig. 1 und 2 eingezeichneten Winkel zwischen der Richtung des Ausgangsstrahlbündels 2 und der strichpunktiert darge stellten Mittellinie 18, die insbesondere auch dem Strahlengang des astigmatismusfreien Strahlbündels 15 zugeordnet ist, wenn der astigmatische Abstand durch die mittlere Lage der sagittalen Fokuslinie 7′′ dar stellbar ist. Der in Fig. 1 dargestellte Winkel G bezeichnet den Winkel zwischen der Mittellinie 18 durch die durch den Spiegelscheitel des Astigmatismuskorrek tur-Konkavspiegels 14 verlaufende Achse und der Brenn punktortskurve 10, die für kleine Abweichungen im astigmatischen Abstand in guter Näherung eine Gerade ist. Die Brennweite des Kollimators 13 ist mit f und die Entfernung zwischen der Drehachse des Astigmatis muskorrektur-Konkavspiegels 4 und dem Brennpunkt 8′′ mit g bezeichnet. Hierbei ist vorgesehen, daß die optische Anordnung auf der Justierplatte 11 eine unge rade Zahl von Spiegelungen ausführt. Bei einer geraden Zahl von Spiegelungen sind die Ausgangsrichtungen des Ausgangsstrahlbündels 2 in die Gegenrichtungen ge spiegelt.In this regard, A denotes the angle drawn in FIGS . 1 and 2 between the direction of the output beam 2 and the dot-dashed center line 18 , which in particular is also assigned to the beam path of the astigmatism-free beam 15 if the astigmatic distance is due to the central position of the sagittal focus line 7 '' is adjustable. The angle G shown in Fig. 1 denotes the angle between the center line 18 through the axis through the mirror apex of the astigmatism correction concave mirror 14 axis and the focal point curve 10 , which is a straight line for small deviations in the astigmatic distance. The focal length of the collimator 13 is labeled f and the distance between the axis of rotation of the astigmatism correction correction concave mirror 4 and the focal point 8 '' with g . It is provided here that the optical arrangement on the adjusting plate 11 performs an uneven number of reflections. With an even number of reflections, the output directions of the output beam 2 are reflected in the opposite directions.

Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten Aus führungsbeispiel ist der Umlenkplanspiegel 17 zwischen dem Brennpunkt 8 und dem Kollimator 13 angeordnet. Wenn ein Konkavspiegel statt einer Linse oder Linsenanord nung als Kollimator 13 eingesetzt ist, zählt dieser ebenfalls als Spiegel.In an exemplary embodiment not shown in the drawing, the deflection plan mirror 17 is arranged between the focal point 8 and the collimator 13 . If a concave mirror is used instead of a lens or lens arrangement as collimator 13 , this also counts as a mirror.

Bei einem dritten in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein außeraxialer Parabolspiegel vorgesehen, der den Kollimator 13 und den Umlenkplan spiegel 17 ersetzt und das Ausgangsstrahlbündel 2 in eine der ausgezeichneten Richtungen A ₁ oder A ₂ reflek tiert.In a third embodiment, not shown in the drawing, an off-axis parabolic mirror is provided which replaces the collimator 13 and the deflection plan mirror 17 and reflects the output beam 2 in one of the excellent directions A ₁ or A ₂ .

Zusätzlich zu der Drehung des Astigmatismuskorrek tur-Konkavspiegels 4 um die durch den Spiegelscheitel verlaufende Achse hat die gesamte Korrekturoptik nur noch einen weiteren Freiheitsgrad, nämlich den der Verschiebung der Justierplatte 11 entlang der Brenn punktortskurve 10 mit den korrigierten Brennpunkten 8, 8′ und 8′′.In addition to the rotation of the astigmatism correction concave mirror 4 about the axis running through the mirror apex, the entire correction optics has only one further degree of freedom, namely that of the displacement of the adjusting plate 11 along the focal point curve 10 with the corrected focal points 8 , 8 'and 8 ''.

In Fig. 3 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Korrekturoptik zusammen mit zusätzlichen Komponenten dargestellt.In Fig. 3, a fourth embodiment of the correction optical system is shown together with additional components.

Ein einfallendes Parallelstrahlbündel 21, das wiederum lediglich durch seinen Zentralstrahl dargestellt ist, wird mit Hilfe eines externen Planspiegels 22 zu einem externen Toroidspiegel 23 umgelenkt. Der Toroidspiegel 23 bildet das einfallende Parallellichtstrahlbündel 21 in den Eingangsfokus 24 der White-Zelle 3 ab. Am Aus gang 25 der White-Zelle 3 entsteht ein scharfes meri dionales Bild. Das zugehörige sagittale Bild liegt je nach der Größe des astigmatischen Abstandes im Bereich der sagittalen Fokuslinien 7, 7′′ und 7′. Das die White-Zelle 3 verlassende Hauptstrahlbündel 1 gelangt zu dem als torischen Konkavspiegel ausgebildeten Astig matismuskorrektur-Konkavspiegel 4, der entsprechend dem Doppelpfeil 5 justierbar ist und in Fig. 3 in einer ersten durchgezogen dargestellten Winkelposition und einer zweiten gestrichelt dargestellten Winkelposition erkennbar ist. Den beiden unterschiedlichen astigma tischen Abständen zugeordneten Winkelpositionen sind die scharfen astigmatismusfreien Brennpunkte 8 und 8′ in der oben beschriebenen Weise zugeordnet. Die gegen über Fig. 1 weniger gestreckt dargestellte Justier platte 11 ist wiederum parallel zur Brennpunktortskurve 10 entsprechend der durch den Doppelpfeil 12 veran schaulichten Verschiebungsrichtung zur Justierung verschiebbar. Die Justierplatte 11 ist in Fig. 3 in einer zweiten Position als Justierplatte 11′ darge stellt. Der Brennpunkt 8 ist der Justierplatte 11 in der mit durchgezogenen Linien dargestellten Lage und der Brennpunkt 8′ der in Fig. 3 gestrichelt darge stellten Lage der Justierplatte 11′ zugeordnet.An incident parallel beam 21 , which in turn is only represented by its central beam, is deflected to an external toroidal mirror 23 with the aid of an external plane mirror 22 . The toroidal mirror 23 images the incident parallel light beam 21 into the input focus 24 of the white cell 3 . A sharp meridional image is produced at output 25 of white cell 3 . The associated sagittal image is depending on the size of the astigmatic distance in the area of the sagittal focus lines 7 , 7 '' and 7 '. The main beam 1 leaving the white cell 3 arrives at the astigmatism correction concave mirror 4 designed as a toric concave mirror, which is adjustable according to the double arrow 5 and can be seen in FIG. 3 in a first angular position shown in solid lines and a second angular position shown in dashed lines. The two different astigmatic distances associated angular positions, the sharp astigmatism-free focal points 8 and 8 'are assigned in the manner described above. The adjustment plate shown less stretched compared to FIG. 1 11 is in turn parallel to the focal locus 10 corresponding to the direction indicated by the double arrow 12 displacement direction for adjustment. The adjusting plate 11 is shown in Fig. 3 in a second position as an adjusting plate 11 'Darge. The focal point 8 is associated with the adjusting plate 11 in the illustrated position by solid lines and the focal point 8 'of the dashed lines in FIG. 3 Darge set position of the adjustment plate 11'.

Auf der Justierplatte 11 befindet sich am Ort des Brennpunktes 8 eine Marke, die das Einrichten und Justieren der Anordnung erleichtert.On the adjustment plate 11 there is a mark at the location of the focal point 8 , which makes it easier to set up and adjust the arrangement.

Wie man der Fig. 3 entnehmen kann, wird das astigmatis musfreie Strahlbündel 15 zunächst von einem ersten Planspiegel 26 und dann von einem zweiten Planspiegel 27 umgelenkt. Danach beaufschlagt das astigmatismus freie Strahlbündel 15 einen als Kollimator eingesetzten Toroidspiegel 28, der das ortsfeste parallele Aus gangsstrahlbündel 2 erzeugt.As can be seen from FIG. 3, the astigmatism-free beam 15 is first deflected by a first plane mirror 26 and then by a second plane mirror 27 . Thereafter, the astigmatism-free beam 15 applies a toroidal mirror 28 used as a collimator, which generates the stationary parallel output beam 2 .

Das Ausgangsstrahlbündel 2 wird mit Hilfe eines ersten ortsfesten Planspiegels 29 zu einem zweiten ortsfesten Planspiegel 30 umgelenkt, der so angeordnet ist, daß das austretende Parallelstrahlbündel 31 so umgelenkt wird, daß es mit dem einfallenden Parallelstrahlbündel 21 fluchtet.The output beam 2 is deflected with the aid of a first fixed plane mirror 29 to a second fixed plane mirror 30 , which is arranged so that the emerging parallel beam 31 is deflected so that it is aligned with the incident parallel beam 21 .

Zur Beobachtung des korrigierten Ausgangsbildes der White-Zelle 3 ist es zweckmäßig, am Ort der Marke, d.h. am Ort des Brennpunktes 8 eine Justiervorrichtung einzusetzen, die es gestattet, das am Brennpunkt 8 ent stehende Bild zu beobachten. Eine solche Justiervor richtung ist in der deutschen Patentschrift 34 45 672 beschrieben. Zur Beobachtung des korrigierten Ausgangs bildes der White-Zelle 3 fährt man mit der Justier platte 11 die Strecke zwischen den Brennpunkten 8 und 8′ ab und bringt jeweils durch Drehen des Astigmatis muskorrektur-Konkavspiegels 4 das Bild in das Zentrum des Okulars der Zentriervorrichtung, um das kleinste Bild zu suchen, das heißt das Bild mit der besten Astigmatismuskorrektur. Nach dem Entfernen der Justier vorrichtung aus dem Strahlengang ist der Justiervorgang bereits abgeschlossen und die Strahlung der White-Zelle 3 wird in das Ausgangsstrahlbündel 2 abgebildet, das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 über die Planspiegel 29 und 30 in das austretende Parallel strahlbündel 31 umgelenkt wird.To observe the corrected output image of the white cell 3 , it is expedient to use an adjustment device at the location of the mark, ie at the location of the focal point 8 , which makes it possible to observe the image arising at the focal point 8 . Such Justiervor direction is described in German Patent 34 45 672. To observe the corrected output image of the white cell 3 , one drives with the adjustment plate 11 the distance between the focal points 8 and 8 'and brings the image into the center of the eyepiece of the centering device by rotating the astigmatism correction correction concave mirror 4 to look for the smallest picture, that is the picture with the best astigmatism correction. After removing the adjustment device from the beam path, the adjustment process is already completed and the radiation of the white cell 3 is imaged in the output beam 2 , which is deflected in the exemplary embodiment according to FIG. 3 via the plane mirrors 29 and 30 into the emerging parallel beam 31 becomes.

Wenn am Ort des Brennpunktes 8 die oben erwähnte, in der Zeichnung nicht dargestellte, Lochblende eingesetzt wird, hat dies zur Folge, daß Störlicht und Streulicht aus der vorangehenden optischen Anordnung, insbesondere der White-Zelle 3, wirkungsvoll ausgeblendet wird, so daß das Signal/Rauschverhältnis erheblich verbessert wird.If the pinhole mentioned above, not shown in the drawing, is used at the location of the focal point 8, the result is that stray light and stray light from the preceding optical arrangement, in particular the white cell 3 , are effectively masked out, so that the signal / Noise ratio is significantly improved.

Claims

1. Optical arrangement for correcting an astigmatic image, in particular the output image of a white cell used for laser spectroscopic trace gas analysis, with an astigmatism correction concave mirror that can be rotated about an adjustment axis, due to the different astigmatic distances between the sagittal image and the meridional image at different adjustment angles A sharp, astigmatism-free image can be generated at respectively assigned focal points located at different points, which image can be reproduced with the aid of deflection and collimator optics in a fixed, parallel output beam bundle, characterized in that the deflection and collimator optics ( 13 , 17 , 26 , 27 , 28 ) is attached to an adjustment bracket ( 11 ) which can be pushed along an adjustment path ( 10 , 12 ) which extends in the direction of a location curve ( 10 ) which through the adjustment positions of the astigmatism correction concave mirror ( 4 , 4 ') Belonging focal points ( 8 , 8 ', 8 '') is defined, and that the deflection angle ( A ) of the deflection optics ( 17 , 26 , 27 , 28 ) is set so that when the adjustment bracket ( 11 ) is moved along the alignment path ( 10 , 12 ) the exit direction ( A ) and exit position of the output beam ( 2 ) of the optical arrangement remains constant.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the adjusting bracket ( 11 ) along a slant to the direction of propagation of the focused beam ( 9 ) extending straight path ( 10 , 12 ) is displaceable.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting bracket ( 11 ) is designed as a base plate which is displaceable with the aid of guide grooves and guide pins along a straight line and obliquely to the direction of propagation of the focused beam ( 9 ) extending path ( 10 ) .

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the order steering and collimator optics is designed as a mirror collimator with a concave mirror ( 28 ), in particular with an off-axis parabolic mirror.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the deflection and collimator optics from a collimator optics ( 13 ) with a beam propagation direction after the following deflection optics ( 17 ) is formed.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the order steering and collimator optics from a deflecting optics ( 26 , 27 ) with a subsequent in the beam propagation direction collimator optics ( 28 ) is formed.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the deflecting optics and the collimator optics include mirrors ( 17 , 26 , 27 , 28 ) and / or lenses ( 13 ).

8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the astigmatism correction concave mirror ( 4 ) at a fixed distance from the meridional image ( 6 ) is net angeord.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the astigmatism correction concave mirror ( 4 ) is arranged on the straight line between the meridional and sagittal image.

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the order steering optics a plurality of plane mirrors ( 17 , 26 , 27 ) and the downstream collimator optics has a toroidal mirror ( 28 ).