WO2018233997A1 - Method for supporting an adjustment of a beam expander, adjustment support device and beam expander - Google Patents

Method for supporting an adjustment of a beam expander, adjustment support device and beam expander Download PDF

Info

Publication number
WO2018233997A1
WO2018233997A1 PCT/EP2018/064192 EP2018064192W WO2018233997A1 WO 2018233997 A1 WO2018233997 A1 WO 2018233997A1 EP 2018064192 W EP2018064192 W EP 2018064192W WO 2018233997 A1 WO2018233997 A1 WO 2018233997A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
adjustment
determining
detecting
beam expander
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/064192
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan Werschnik
Stefan Franz
Stefan MÜLLER-PFEIFFER
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Optical Systems Gmbh filed Critical Jenoptik Optical Systems Gmbh
Priority to EP18728864.2A priority Critical patent/EP3642664A1/en
Priority to KR1020197034453A priority patent/KR102680056B1/en
Priority to CN201880036050.1A priority patent/CN110799892B/en
Publication of WO2018233997A1 publication Critical patent/WO2018233997A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses

Definitions

  • the present invention relates to a method for supporting an adjustment of a beam expander, to an adjustment support device and to a
  • Beam expander also called beam expander, enlarge or reduce a laser beam diameter. This allows them to match different elements of an optical system. For example, the
  • Laser beam diameter at the output of the laser to a required diameter at the entrance of a lens can be adjusted.
  • Such beam expanders are used primarily in laser material processing.
  • An optimal optical axis of the lens system is the basis for a good
  • the present invention provides an improved method for assisting adjustment of a beam expander, a corresponding one
  • the position of a lens system in a beam expander may differ, for example, from tolerances of an ideal position. Depending on the position of the lens system, different output beam directions and positions can thus arise.
  • the approach presented here now allows the position or positioning of a
  • Beam expander to measure accurately, capture, control and align with a target position.
  • a mechanical or optical reference surface is defined, which is monitored by at least one sensor.
  • suitable measures for correction can be made. This ensures a fast, correct adjustment. In particular, the adjustment can also be carried out unerring by inexperienced users. Likewise, this can make a reliable statement about the beam quality.
  • Temperature sensors scattered light sensors or an infrared camera.
  • the user may, for example, find a simple but helpful
  • a method for supporting an adjustment of a beam expander comprising a receiving tube with a light inlet opening and a light outlet opening and at least one in a beam path between the two
  • Light entrance opening and the light exit opening arranged optical element for changing a diameter of a coupled via the light inlet opening
  • the method comprising the steps of:
  • a beam expander may be understood to mean an optical system for increasing or decreasing a beam diameter of a light beam or light beam, in particular, for example, a laser beam or laser beam.
  • an optical element for example, a lens or a mirror can be understood.
  • the optical element can be arranged displaceably in the receiving tube in the longitudinal direction of the receiving tube.
  • a reference surface may be understood, for example, a mechanically coupled to the receiving tube plate or disc-shaped element or a suitable optical element.
  • an orientation of the optical axis may be predetermined by a normal of the reference surface.
  • An energy distribution can be understood, for example, to mean a distribution of temperature or brightness. In particular, the energy distribution with respect to an aperture of the beam expander can be determined.
  • an operation notice for aligning the Strah be further understood.
  • the support information may represent a direction or length specification for the position correction of the beam propagator, or a yes information or the like.
  • the actual position in the step of determining the actual position can be determined by detecting a temperature and / or brightness distribution of the beam in relation to the cross-sectional area. As a result, the actual position can be reliably determined with relatively little effort.
  • Radiation direction upstream location and / or determined at least two different locations in the longitudinal direction of the receiving tube can be understood as meaning a section of the optical element located in the region of the aperture of the beam expander. Thereby, the accuracy in determining the actual position can be increased.
  • Detection directions along the cross-sectional area can be determined. This results in an at least two-dimensional detection of the actual position along the
  • the actual position in the step of determining is determined by detecting the energy distribution in mutually orthogonal detection directions.
  • the orthogonal detection directions may be, for example, an ordinate and an abscissa of a two-dimensional coordinate system. This allows the determination of the actual position with relatively little computational effort.
  • the approach presented here also provides an adjustment support device for supporting an adjustment of a beam expander, wherein the beam further a receiving tube having a light inlet opening and a light exit opening and at least one arranged in a beam path between the light inlet opening and the light exit opening optical element for changing a diameter of a light via the opening has coupled radiation beam
  • the adjustment support device comprises the following features: a coupled to the receiving tube or coupled reference surface; a sensor device for determining a desired position of the beam along an optical axis of the beam expander by detecting the reference surface and for determining an actual position of the beam along the optical axis by detecting an energy distribution of the beam with respect to a
  • a sensor device may be understood to be a single sensor or an arrangement of a plurality of sensors, such as temperature, photo or scattered light sensors.
  • the sensors can be star-shaped or cross-shaped around a lateral surface of the receiving tube or a peripheral line of the optical
  • An evaluation device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the evaluation device may have an interface, which may be designed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • the sensor device can at least one
  • Temperature sensor and / or at least one photosensor and / or at least one scattered light sensor and / or at least one infrared camera This allows a reliable and accurate determination of the desired and actual positions.
  • Another embodiment may be a special micro- or nanostructuring of the lens surface.
  • This can, for example, be a "mesh" of very fine wires which experience a resistance change as a result of heating. If these wires are connected to an evaluation unit, the position can be determined accurately and quickly, since the thermal inertia of the microwires is low.
  • Sensor panel with at least two sensors for detecting reflections of the
  • the actual position and / or the desired position can be determined by evaluating reflection patterns, in particular a symmetry of the reflection patterns.
  • a pick-up tube having a light entrance opening and a light exit opening; at least one arranged in a beam path between the light inlet opening and the light exit opening optical element for changing a diameter of a coupled via the light inlet opening beam; and an adjustment support device according to any one of the preceding
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and used for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the preceding embodiments especially if the program product or program is running on a computer or device.
  • Figure 1 is a schematic representation of a beam runner according to a
  • Embodiment of the present invention in a starting position
  • Figure 2 is a schematic representation of a beam expander according to a
  • Figure 3 is a schematic representation of a sensor device of Figure 2;
  • Figure 4 is a schematic representation of a sensor device according to a
  • FIG. 5 is a diagram showing a temperature distribution detected by a sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram showing a temperature distribution, detected by a
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a beam expander according to a
  • Figure 8 is a schematic representation of a sensor device of Figure 7;
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a sensor device according to a
  • Figure 10 is a diagram illustrating a brightness distribution, detected by a
  • Figure 1 1 is a schematic representation of a beam expander according to a
  • Figure 12 is a schematic representation of a portion of a beam expander according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a schematic representation of a sensor image of a sensor device according to an embodiment of the present invention with correct
  • Figure 14 is a schematic representation of a sensor image of a sensor device according to an embodiment of the present invention in a slanted coupling
  • Figure 1 5 is a schematic representation of an evaluation device according to a
  • FIG. 16 is a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention. In the following description of preferred embodiments of the present invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a beam expander 100 according to one
  • Embodiment of the present invention in a starting position.
  • Strahlaufweiter 100 includes a pick-up tube 102 for receiving a
  • the receiving tube 102 has a light inlet opening 104 to Coupling a beam 106 and a light exit opening 108 to
  • beam 106 comprise a plurality of (rectified) individual light beams.
  • the beam 106 is laser light.
  • the lens system is arranged in a beam path between the light entrance opening 104 and the light exit opening 108 and designed to change a diameter of the radiation beam 106.
  • a dashed line indicates an optimal optical axis 1 10 of the lens system. Tolerances can result in different output beam directions and positions.
  • FIG. 1 shows three different output beam directions of the beam 106 at the
  • Light exit opening 108 located.
  • the beam expander 100 comprises an adjustment support device 1 12 for assisting an operator in the adjustment of the beam expander 100
  • Adjustment support device 1 12 has a reference surface 1 14, which represents an alignment of the optical axis 1 10 and is fixedly connected to the receiving tube 102.
  • the reference surface 1 14 is realized, for example, as a mechanical reference, which is defined by the optical axis 1 10. According to FIG. 1, the optical axis 1 10 extends perpendicular to the reference surface 14.
  • the reference surface 14 is arranged here on the light entry surface 104 of the receiving tube 102.
  • the adjustment support device 1 12 further comprises a sensor device 1 16, which is designed to determine a desired position of the beam 106 along the optical axis 1 10 by detecting the reference surface 1 14 and one
  • Sensor device 1 16 formed to determine an actual position of the beam 106 along the optical axis 1 10 by detecting an energy distribution of the beam 106 in a cross-sectional area of the pickup tube 102 and output an actual value 120 representing the actual position.
  • the adjustment assisting device 1 12 is an internal one
  • Temperature or scattered light sensor implemented as a sensor device 1 16.
  • An evaluation device 122 of the adjustment support device 1 12 is designed to receive the two values 1 18, 120 from the sensor device 16 and output a support information 124 to assist the operator during the adjustment by comparing the two values 1 18, 120.
  • the determination of the desired position or the actual position is effected by a corresponding further processing of sensor signals of the sensor device 1 16 by the evaluation device 122.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a beam expander 100 for use with an embodiment of the present invention.
  • the beam expander 100 essentially corresponds to the beam expander described above with reference to FIG. Illustrated by way of example are a first optical element 200, a second optical element 202 and a third optical element 204 in the form of individual lenses of the lens system.
  • the optical elements 200, 202, 204 are slidably disposed in the pickup tube 102, for example, to the diameter of the
  • Beam 106 to change Similar to FIG. 1, the beam 106 is obliquely coupled into the pickup tube 102 relative to the optical axis 110.
  • the sensor device 16 includes at least one first sensor 206 for detecting the energy distribution of the radiation beam 106 on the first optical element 200, at least one second sensor 208 for detecting the energy distribution of the radiation beam 106 on the second optical element 202 and at least one third sensor 210 for detecting the energy distribution of
  • the sensors 206, 208, 210 are each as temperature sensors for detecting a
  • Temperature distribution along the cross-sectional area of the receiving tube 102 is formed.
  • An additional sensor 212 of the sensor device 1 16 is formed around a
  • Temperature of the receiving tube 102 approximately on a lateral surface of the receiving tube 102 to detect.
  • the temperature of the pickup tube 102 serves, for example, as a reference temperature when detecting the temperature distribution.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the sensor device 1 16 from FIG. 2.
  • the first optical element 200 Shown is the first optical element 200 in front view.
  • the following description of the sensor device 1 16 may also apply analogously to the second or third optical element of the beam expander.
  • the beam 106 such as a 1 / e2 laser beam, is within a valid aperture 300 of the beam expander.
  • the first sensors 206 are arranged in a cross shape, with two of the sensors 206 facing each other in pairs. Thereby, a detection of the actual position of the beam 106 in two different, mutually orthogonal
  • the sensors 206 are distributed around a lens edge 302 of the optical element 200.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a sensor device 16 according to an alternative exemplary embodiment of the present invention.
  • the sensor device 1 16 here has eight instead of four first sensors 206.
  • the sensors 206 are distributed, for example, in a ring shape around the optical element 200 and arranged in pairs opposite one another, in order to enable a detection of the temperature distribution in four different detection directions.
  • the four detection directions are each offset by an angle of 45 ° to one another.
  • FIG. 5 shows a diagram for representing a temperature distribution detected by a sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention, for example the sensor device described above with reference to FIG. Shown is a two-dimensional coordinate system for measuring or calculating a
  • An ordinate 500 corresponds to a first detection direction and an abscissa 502 to a second detection direction
  • a point 504 represents the actual position of the beam in the cross-sectional area of the pick-up tube, more specifically in an optically active area of the optical element of Figure 3.
  • the point 504 corresponding to the actual position of the beam lies in a fourth quadrant of the coordinate system.
  • FIG. 6 is a diagram showing a temperature distribution detected by a sensor device according to an embodiment of the present invention. Shown is a coordinate system for more complex calculation models for calculating the centering of the beam expander, in particular by means of distributed in the longitudinal direction of the receiving tube sensors whose respective sensor position on the abscissa 502, for example, in millimeters, is removed. In addition to point 504, two further points 600, 602 are shown, each indicating the actual position of the beam represent different measuring points in the longitudinal direction of the receiving tube, for example on the second and third optical element.
  • FIGS. 5 and 6 show calculation models which are used for determining the
  • a beam position determined therefrom yields, for example, information about the correction, for example via an LED or a display.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a beam expander 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the beam expander 100 substantially corresponds to the beam expander described above with reference to FIG. 2, with the difference that the sensors 206, 208, 210, 212 are not formed as temperature but as photo or scattered light sensors, around the actual position of the beam 106 based on a brightness distribution along the cross-sectional area of the receiving tube 102 to determine.
  • the photo or scattered light sensors are arranged, for example, each in a wreath or cross shape around an outer edge of the optical elements 200, 202, 204, as shown in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the sensor device 16 of FIG. 7.
  • a front view of the first optical element 200 with four first sensors 206 in the form of photo or scattered-light sensors is shown in cross-section analogous to the exemplary embodiment described above with reference to FIG the edge of the optical element 200 are distributed around four
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a sensor device 16 according to an alternative exemplary embodiment of the present invention.
  • the sensor device 16 analogous to the exemplary embodiment described above with reference to FIG. 4, has eight sensors 206 in the form of photodiodes or scattered light sensors for each optical element for detecting stray light or back reflections.
  • the sensors 206 are arranged in a ring around the optical elements, as shown in FIG. 9 using the example of the first optical element 200.
  • the temperature profiles illustrated in FIGS. 3, 4, 8 and 9 can be achieved, for example, by the use of a special microstructure or nanostructuring of
  • Lens surface exist.
  • a "mesh" of finest wires can be used, which are stretched horizontally and vertically over the lens surface and which are designed to change resistance when heated experience. If these wires are connected to an evaluation unit, the position of the heated point can be determined accurately and quickly by evaluating the resistances of the individual wires, since the thermal inertia of the (micro) wires is low. Therefore, determining the center of gravity of the heated spot in the horizontal and vertical directions can be done very easily. In this way, the determination of the position of the heating can be carried out very quickly and precisely, so that an adjustment on the basis of this detected position also takes place very quickly and precisely. A settling time of one based on such an approach
  • Adjustment support device is therefore also very short.
  • FIG. 10 shows a diagram for illustrating a brightness distribution detected by a sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention, for example the sensor device described above with reference to FIG.
  • Brightness distribution is analogous to the previously described with reference to Figure 5 temperature distribution in the two-dimensional coordinate system with the axes 500, 502 shown. To calculate the centering of the beam expander here a non-linear scaling is required.
  • Figure 1 1 shows a schematic representation of a beam expander 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor device 1 16 comprises an additional sensor ring 1 100 of at least four photosensors 1 101.
  • the sensor rim 1 100 is the light entrance opening 104, more precisely a light entry surface of the first optical element 200, in FIG.
  • Preceding radiation direction to detect reflections of the beam 106 upon entry into the receiving tube 102 for determining the actual or desired position.
  • the photosensors 1 101 are tuned to an application wavelength of the beam expander 100, for example.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a section of a beam expander 100 according to an embodiment of the present invention. Shown is the
  • Sensor rim 1 100 of Figure 1 which is realized here as a sensor aperture for passing the beam 106 within an angle determined by a suitable diaphragm geometry angle range.
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a sensor image 1300 of FIG.
  • the sensor image 1300 shows the distribution of an illuminance along the optical axis of the beam expander detected by the sensor device.
  • FIG. 14 shows, in contrast to FIG. 13, a schematic representation of a
  • Figure 1 5 shows a schematic representation of an evaluation device 122 according to an embodiment of the present invention.
  • the evaluation device 122 comprises a determination unit 1500 for determining a deviation value 1 502 by comparing the setpoint position with the actual position using the setpoint value 1 18 and the actual value 120. Accordingly, the deviation value 1502 represents a deviation between the setpoint position and the actual position.
  • An output unit 1 504 is configured to use the deviation value 1 502
  • the support information 124 represents, for example, an indication that can be displayed via an LED or a display.
  • the LED lights up green if the temperature or brightness profile detected by the sensor device represents correct alignment of the beam expander, or red if the temperature or brightness profile does not represent correct alignment of the beam expander.
  • an LED traffic light with intermediate stages or the display of a referenced to a reference.
  • FIG. 16 shows a flow chart of a method 1600 according to FIG.
  • the beam expander adjustment method 1600 may be performed using the adjustment support apparatus described above.
  • the desired position of the beam is determined by detecting the reference surface. Likewise, in step 1610, detecting the
  • the deviation value between the actual position and the nominal position is determined by comparing the actual position with the nominal position.
  • the assistance information is output using the deviation value to assist the operator in adjusting the beam expander.
  • a sensor system that has at least one temperature sensor and / or photosensor and / or scattered light sensor is used for this purpose.
  • the sensors are in particular coupled to one another and networked in order to be able to respond to the smallest deviations and to carry out correction adjustments.
  • the data acquisition for correction is based on the reference area 1 14.
  • the beam expander 100 has at least one adjusting diaphragm with sensors, also referred to above as a sensor rim 1 100.
  • the acquisition is done by IR camera images using IR cameras, IRA / IS cameras or scattered light sensors.
  • calculation models are used which yield the beam position determined therefrom and finally provide the information for the correction.
  • Optics and sensors of the optical system are in particular according to the
  • Reference surface 1 14 positioned.
  • the reference surface 1 14 is about a mechanical or optical reference, through which a very accurate adjustment is possible.
  • the photosensors are directed, for example, to optically active surfaces or arranged thereon, for example on individual optics, lenses or diaphragms. Also possible is a combination of temperature and photosensors.
  • Embodiment be supplemented by features of another embodiment.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for supporting an adjustment of a beam expander (100), which has a holding tube (102), having a light entry opening (104) and a light exit opening (108), and which has at least one optical element (200, 202, 204) arranged in a beam path between the light entry opening (104) and the light exit opening (108) for changing the diameter of a beam (106) coupled in via the light entry opening (104). In the method, a target position of the beam (106) along an optical axis (110) of the beam expander (100) is determined by sensing a reference surface (114) coupled to the holding tube (102), and an actual position of the beam (106) along the optical axis (110) is determined by sensing the energy distribution of the beam (106) with respect to a cross-sectional area of the holding tube (102). A deviation value representing a deviation between the actual position and the target position is determined by comparing the actual position with the target position. Finally, by using the deviation value, support information (124) for supporting an operator in the adjustment is output.

Description

Verfahren zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters,  Method for supporting an adjustment of a beam expander,
Justageunterstützungsvorrichtung und Strahlaufweiter Adjustment support device and beam expander
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters, auf eine Justageunterstützungsvorrichtung und auf einenThe present invention relates to a method for supporting an adjustment of a beam expander, to an adjustment support device and to a
Strahlaufweiter. Beam.
Strahlaufweiter, auch Beam Expander genannt, vergrößern oder verkleinern einen Laserstrahldurchmesser. Dadurch ermöglichen sie, verschiedene Elemente eines optischen Systems aufeinander anzupassen. So kann beispielsweise der Beam expander, also called beam expander, enlarge or reduce a laser beam diameter. This allows them to match different elements of an optical system. For example, the
Laserstrahldurchmesser am Ausgang des Lasers an einen benötigten Durchmesser am Eingang eines Objektivs angepasst werden. Solche Strahlaufweiter kommen vor allem in der Lasermaterialbearbeitung zum Einsatz.  Laser beam diameter at the output of the laser to a required diameter at the entrance of a lens can be adjusted. Such beam expanders are used primarily in laser material processing.
Eine optimale optische Achse des Linsensystems ist Grundlage für ein gut An optimal optical axis of the lens system is the basis for a good
funktionierendes optisches System. Beim Einbau eines Strahlaufweiters sollte dieser korrekt justiert werden, d. h. idealerweise auf der optischen Achse liegen. Der Anwender möchte darüber hinaus auch wissen, ob die Strahlqualität nach Austritt aus dem working optical system. When installing a beam expander this should be adjusted correctly, d. H. ideally located on the optical axis. The user also wants to know whether the beam quality after exiting the
Strahlaufweiter noch in Ordnung ist. Beam expander still in order.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters, eine entsprechende Against this background, the present invention provides an improved method for assisting adjustment of a beam expander, a corresponding one
Justageunterstützungsvorrichtung sowie einen verbesserten Strahlaufweiter gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Adjustment support device and an improved beam expander according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
Die Stellung eines Linsensystems in einem Strahlaufweiter kann beispielsweise durch Toleranzen von einer Idealposition abweichen. Je nach Stellung des Linsensystems können somit unterschiedliche Ausgangsstrahlrichtungen und -lagen entstehen. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es nun, die Stellung oder Positionierung eines The position of a lens system in a beam expander may differ, for example, from tolerances of an ideal position. Depending on the position of the lens system, different output beam directions and positions can thus arise. The approach presented here now allows the position or positioning of a
Strahlaufweiters exakt zu messen, zu erfassen, zu kontrollieren und mit einer Sollposition abzugleichen. Hierzu wird eine mechanische oder optische Referenzfläche definiert, die durch mindestens einen Sensor überwacht wird. Bei Abweichen von der Sollposition können geeignete Maßnahmen zur Korrektur veranlasst werden. Dadurch kann eine schnelle, korrekte Justage sichergestellt werden. Insbesondere kann die Justage auch von ungeübten Anwendern zielsicher durchgeführt werden. Ebenso kann dadurch eine zuverlässige Aussage über die Strahlqualität getroffen werden. Somit kann die  Beam expander to measure accurately, capture, control and align with a target position. For this purpose, a mechanical or optical reference surface is defined, which is monitored by at least one sensor. When deviating from the target position, suitable measures for correction can be made. This ensures a fast, correct adjustment. In particular, the adjustment can also be carried out unerring by inexperienced users. Likewise, this can make a reliable statement about the beam quality. Thus, the
Inbetriebnahme des Strahlaufweiters besonders schnell erfolgen. Beispielsweise erfolgt die Ermittlung von Strahllage und -qualität durch Commissioning of the beam expander take place particularly quickly. For example, the determination of the beam position and quality is carried out by
Temperatursensoren, Streulichtsensoren oder eine Infrarotkamera. Je nach Ergebnis der Ermittlung kann dem Anwender beispielsweise eine einfache, aber hilfreiche Temperature sensors, scattered light sensors or an infrared camera. Depending on the result of the determination, the user may, for example, find a simple but helpful
Rückmeldung bezüglich der Justage des Strahlaufweiters im System gegeben werden. Feedback regarding the adjustment of the beam expander can be given in the system.
Es wird ein Verfahren zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters vorgestellt, wobei der Strahlaufweiter ein Aufnahmerohr mit einer Lichteintrittsöffnung und einer Lichtaustrittsöffnung und zumindest ein in einem Strahlengang zwischen der A method for supporting an adjustment of a beam expander is presented, wherein the beam expander comprises a receiving tube with a light inlet opening and a light outlet opening and at least one in a beam path between the two
Lichteintrittsöffnung und der Lichtaustrittsöffnung angeordnetes optisches Element zum Ändern eines Durchmessers eines über die Lichteintrittsöffnung eingekoppelten Light entrance opening and the light exit opening arranged optical element for changing a diameter of a coupled via the light inlet opening
Strahlenbündels aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Having a beam, the method comprising the steps of:
Bestimmen einer Sollposition des Strahlenbündels entlang einer optischen Achse des Strahlaufweiters durch Erfassen einer mit dem Aufnahmerohr gekoppelten Determining a desired position of the beam along an optical axis of the beam expander by detecting a power coupled to the pickup tube
Referenzfläche und einer Istposition des Strahlenbündels entlang der optischen Achse durch Erfassen einer Energieverteilung des Strahlenbündels in Bezug auf eine Reference surface and an actual position of the beam along the optical axis by detecting an energy distribution of the beam with respect to a
Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs; Cross-sectional area of the receiving tube;
Ermitteln eines eine Abweichung zwischen der Ist- und der Sollposition Determining a deviation between the actual and the target position
repräsentierenden Abweichungswertes durch Vergleichen der Ist- mit der Sollposition; und representing the deviation value by comparing the actual position with the desired position; and
Ausgeben einer Unterstützungsinformation zur Unterstützung eines Bedieners bei der Justage unter Verwendung des Abweichungswertes. Outputting support information to assist an operator in the adjustment using the deviation value.
Unter einem Strahlaufweiter kann ein optisches System zum Vergrößern oder Verkleinern eines Strahldurchmessers eines Lichtstrahls oder Lichtstrahlenbündels, insbesondere etwa eines Laserstrahls oder Laserstrahlbündels, verstanden werden. Unter einem optischen Element kann beispielsweise eine Linse oder ein Spiegel verstanden werden. A beam expander may be understood to mean an optical system for increasing or decreasing a beam diameter of a light beam or light beam, in particular, for example, a laser beam or laser beam. By an optical element, for example, a lens or a mirror can be understood.
Beispielsweise kann das optische Element in Längsrichtung des Aufnahmerohrs verschiebbar im Aufnahmerohr angeordnet sein. Unter einer Referenzfläche kann beispielsweise ein mechanisch mit dem Aufnahmerohr gekoppeltes platten- oder scheibenförmiges Element oder ein geeignetes optisches Element verstanden werden. Beispielsweise kann eine Ausrichtung der optischen Achse durch eine Normale der Referenzfläche vorgegeben sein. Unter einer Energieverteilung kann beispielsweise eine Temperatur- oder Helligkeitsverteilung verstanden werden. Insbesondere kann die Energieverteilung in Bezug auf eine Apertur des Strahlaufweiters bestimmt werden. Unter einer Unterstützungsinformation kann ein Bedienhinweis zur Ausrichtung des Strah laufweiter verstanden werden. Beispielsweise kann die Unterstützungsinformation eine Richtungs- oder Längenangabe zur Lagekorrektur des Strah laufweiters oder eine Ja- nein-lnformation oder Ähnliches repräsentieren. For example, the optical element can be arranged displaceably in the receiving tube in the longitudinal direction of the receiving tube. By a reference surface may be understood, for example, a mechanically coupled to the receiving tube plate or disc-shaped element or a suitable optical element. For example, an orientation of the optical axis may be predetermined by a normal of the reference surface. An energy distribution can be understood, for example, to mean a distribution of temperature or brightness. In particular, the energy distribution with respect to an aperture of the beam expander can be determined. Under a support information, an operation notice for aligning the Strah be further understood. For example, the support information may represent a direction or length specification for the position correction of the beam propagator, or a yes information or the like.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens die Istposition durch Erfassen einer Temperatur- und/oder Helligkeitsverteilung des Strahlenbündels in Bezug auf die Querschnittsfläche bestimmt werden. Dadurch kann die Istposition mit verhältnismäßig geringem Aufwand zuverlässig bestimmt werden. According to one embodiment, in the step of determining the actual position can be determined by detecting a temperature and / or brightness distribution of the beam in relation to the cross-sectional area. As a result, the actual position can be reliably determined with relatively little effort.
Je nach Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens die Istposition durch Erfassen der Energieverteilung an einer optisch wirksamen Fläche des optischen Elements und/oder an dem Aufnahmerohr und/oder an einer der Lichteintrittsöffnung in Depending on the embodiment, in the step of determining the actual position by detecting the energy distribution on an optically active surface of the optical element and / or on the receiving tube and / or on one of the light inlet opening in
Strahlungsrichtung vorgelagerten Stelle und/oder an zumindest zwei unterschiedlichen Stellen in Längsrichtung des Aufnahmerohrs bestimmt werden. Unter einer optisch wirksamen Fläche kann ein im Bereich der Apertur des Strahlaufweiters befindlicher Abschnitt des optischen Elements verstanden werden. Dadurch kann die Genauigkeit beim Bestimmen der Istposition erhöht werden. Radiation direction upstream location and / or determined at least two different locations in the longitudinal direction of the receiving tube. An optically active surface can be understood as meaning a section of the optical element located in the region of the aperture of the beam expander. Thereby, the accuracy in determining the actual position can be increased.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens die Istposition durch Erfassen der Energieverteilung in zumindest zwei unterschiedlichen According to a further embodiment, in the step of determining the actual position by detecting the energy distribution in at least two different ones
Erfassungsrichtungen entlang der Querschnittsfläche bestimmt werden. Dadurch wird eine mindestens zweidimensionale Erfassung der Istposition entlang der Detection directions along the cross-sectional area can be determined. This results in an at least two-dimensional detection of the actual position along the
Querschnittsfläche ermöglicht. Cross-sectional area allows.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Istposition im Schritt des Bestimmens durch Erfassen der Energieverteilung in zueinander orthogonalen Erfassungsrichtungen bestimmt wird. Bei den orthogonalen Erfassungsrichtungen kann es sich beispielsweise um eine Ordinate und eine Abszisse eines zweidimensionalen Koordinatensystems handeln. Dadurch kann die Bestimmung der Istposition mit verhältnismäßig geringem Rechenaufwand erfolgen. It is also advantageous if the actual position in the step of determining is determined by detecting the energy distribution in mutually orthogonal detection directions. The orthogonal detection directions may be, for example, an ordinate and an abscissa of a two-dimensional coordinate system. This allows the determination of the actual position with relatively little computational effort.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem eine Justageunterstützungsvorrichtung zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters, wobei der Strah laufweiter ein Aufnahmerohr mit einer Lichteintrittsöffnung und einer Lichtaustrittsöffnung und zumindest ein in einem Strahlengang zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtaustrittsöffnung angeordnetes optisches Element zum Ändern eines Durchmessers eines über die Lichteintrittsöffnung eingekoppelten Strahlenbündels aufweist, wobei die Justageunterstützungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine mit dem Aufnahmerohr gekoppelte oder koppelbare Referenzfläche; eine Sensoreinrichtung zum Bestimmen einer Sollposition des Strahlenbündels entlang einer optischen Achse des Strahlaufweiters durch Erfassen der Referenzfläche sowie zum Bestimmen einer Istposition des Strahlenbündels entlang der optischen Achse durch Erfassen einer Energieverteilung des Strahlenbündels in Bezug auf eine The approach presented here also provides an adjustment support device for supporting an adjustment of a beam expander, wherein the beam further a receiving tube having a light inlet opening and a light exit opening and at least one arranged in a beam path between the light inlet opening and the light exit opening optical element for changing a diameter of a light via the opening has coupled radiation beam, wherein the adjustment support device comprises the following features: a coupled to the receiving tube or coupled reference surface; a sensor device for determining a desired position of the beam along an optical axis of the beam expander by detecting the reference surface and for determining an actual position of the beam along the optical axis by detecting an energy distribution of the beam with respect to a
Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs; und eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines eine Abweichung zwischen der Ist- und Sollposition repräsentierenden Abweichungswertes durch Vergleichen der Ist- mit der Sollposition sowie zum Ausgeben einer Unterstützungsinformation zum Unterstützen eines Bedieners bei der Justage unter Verwendung des Abweichungswertes. Cross-sectional area of the receiving tube; and an evaluation device for determining a deviation value representing a deviation between the actual and desired position by comparing the actual position with the target position and outputting a support information for assisting an operator in the adjustment using the deviation value.
Unter einer Sensoreinrichtung kann ein einzelner Sensor oder eine Anordnung aus mehreren Sensoren wie beispielsweise Temperatur-, Foto- oder Streulichtsensoren verstanden werden. Beispielsweise können die Sensoren dabei stern- oder kreuzförmig um eine Mantelfläche des Aufnahmerohrs oder eine Umfangslinie des optischen A sensor device may be understood to be a single sensor or an arrangement of a plurality of sensors, such as temperature, photo or scattered light sensors. For example, the sensors can be star-shaped or cross-shaped around a lateral surface of the receiving tube or a peripheral line of the optical
Elements verteilt angeordnet sein. Be arranged distributed elements.
Unter einer Auswerteeinrichtung kann ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Auswerteeinrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. An evaluation device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The evaluation device may have an interface, which may be designed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung zumindest einen According to one embodiment, the sensor device can at least one
Temperatursensor und/oder zumindest einen Fotosensor und/oder zumindest einen Streulichtsensor und/oder zumindest eine Infrarotkamera aufweisen. Dadurch wird eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Soll- und der Istposition ermöglicht. Temperature sensor and / or at least one photosensor and / or at least one scattered light sensor and / or at least one infrared camera. This allows a reliable and accurate determination of the desired and actual positions.
Eine andere Ausführungsform kann einer speziellen Mikro- oder Nanostrukturierung der Linsenoberfläche bestehen. Das kann beispielsweise ein„Netz" aus feinsten Drähten sein, die eine Widerstandsänderung durch Erwärmung erfahren. Werden diese Drähte an eine Auswerteeinheit angeschlossen, lässt sich die Position exakt und schnell ermitteln, da die thermische Trägheit der Mikrodrähte gering ist. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung zum Bestimmen der Ist- und/oder der Sollposition eine der Lichteintrittsöffnung in Strahlungsrichtung vorgelagerte Another embodiment may be a special micro- or nanostructuring of the lens surface. This can, for example, be a "mesh" of very fine wires which experience a resistance change as a result of heating.If these wires are connected to an evaluation unit, the position can be determined accurately and quickly, since the thermal inertia of the microwires is low. For example, the sensor device for determining the actual and / or the desired position upstream of the light inlet opening in the radiation direction
Sensorblende mit zumindest zwei Sensoren zum Erfassen von Reflexionen des Sensor panel with at least two sensors for detecting reflections of the
Strahlenbündels bei Eintritt in das Aufnahmerohr aufweisen. Dadurch kann die Ist- und/oder die Sollposition durch Auswertung von Reflexionsmustern, insbesondere einer Symmetrie der Reflexionsmuster bestimmt werden. Have bundle of rays when entering the receiving tube. As a result, the actual position and / or the desired position can be determined by evaluating reflection patterns, in particular a symmetry of the reflection patterns.
Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz einen Strah laufweiter mit folgenden Furthermore, the approach presented here creates a stream further with the following
Merkmalen: einem Aufnahmerohr mit einer Lichteintrittsöffnung und einer Lichtaustrittsöffnung; zumindest einem in einem Strahlengang zwischen der Lichteintrittsöffnung und der Lichtaustrittsöffnung angeordneten optischen Element zum Ändern eines Durchmessers eines über die Lichteintrittsöffnung eingekoppelten Strahlenbündels; und einer Justageunterstützungsvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Characteristics: a pick-up tube having a light entrance opening and a light exit opening; at least one arranged in a beam path between the light inlet opening and the light exit opening optical element for changing a diameter of a coupled via the light inlet opening beam; and an adjustment support device according to any one of the preceding
Ausführungsformen. Embodiments.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehenden Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Also of advantage is a computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and used for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the preceding embodiments especially if the program product or program is running on a computer or device.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Strah laufweiters gemäß einem Figure 1 is a schematic representation of a beam runner according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Ausgangslage; Embodiment of the present invention in a starting position;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters gemäß einem Figure 2 is a schematic representation of a beam expander according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Embodiment of the present invention;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung aus Figur 2;  Figure 3 is a schematic representation of a sensor device of Figure 2;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung gemäß einem  Figure 4 is a schematic representation of a sensor device according to a
alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figur 5 ein Diagramm zur Darstellung einer Temperaturverteilung, erfasst durch eine Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; alternative embodiment of the present invention; FIG. 5 is a diagram showing a temperature distribution detected by a sensor device according to an embodiment of the present invention;
Figur 6 ein Diagramm zur Darstellung einer Temperaturverteilung, erfasst durch eine  Figure 6 is a diagram showing a temperature distribution, detected by a
Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Sensor device according to an embodiment of the present invention
Erfindung; Invention;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters gemäß einem  7 shows a schematic representation of a beam expander according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Embodiment of the present invention;
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung aus Figur 7; Figure 8 is a schematic representation of a sensor device of Figure 7;
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung gemäß einem 9 shows a schematic representation of a sensor device according to a
alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  alternative embodiment of the present invention;
Figur 10 ein Diagramm zur Darstellung einer Helligkeitsverteilung, erfasst durch eine Figure 10 is a diagram illustrating a brightness distribution, detected by a
Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Sensor device according to an embodiment of the present invention
Erfindung; Invention;
Figur 1 1 eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters gemäß einem Figure 1 1 is a schematic representation of a beam expander according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Embodiment of the present invention;
Figur 12 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Strahlaufweiters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figure 12 is a schematic representation of a portion of a beam expander according to an embodiment of the present invention;
Figur 13 eine schematische Darstellung eines Sensorbildes einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei korrekterFigure 13 is a schematic representation of a sensor image of a sensor device according to an embodiment of the present invention with correct
Einkopplung; coupling;
Figur 14 eine schematische Darstellung eines Sensorbildes einer Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei schiefer Einkopplung;  Figure 14 is a schematic representation of a sensor image of a sensor device according to an embodiment of the present invention in a slanted coupling;
Figur 1 5 eine schematische Darstellung einer Auswerteeinrichtung gemäß einem Figure 1 5 is a schematic representation of an evaluation device according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und  Embodiment of the present invention; and
Figur 16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegendenFIG. 16 is a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention. In the following description of preferred embodiments of the present invention
Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters 100 gemäß einemIn the invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is dispensed with. FIG. 1 shows a schematic representation of a beam expander 100 according to one
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Ausgangslage. Der Embodiment of the present invention in a starting position. The
Strah laufweiter 100 umfasst ein Aufnahmerohr 102 zum Aufnehmen eines Strahlaufweiter 100 includes a pick-up tube 102 for receiving a
Linsensystems, etwa in Form eines optischen Zooms oder eines Fokussiersystems mit kleinem Sehfeld. Das Aufnahmerohr 102 weist eine Lichteintrittsöffnung 104 zum Einkoppeln eines Strahlenbündels 106 und eine Lichtaustrittsöffnung 108 zum Lens system, such as in the form of an optical zoom or a focusing system with a small field of view. The receiving tube 102 has a light inlet opening 104 to Coupling a beam 106 and a light exit opening 108 to
Auskoppeln des Strahlenbündels 106 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Strahlenbündel 106 als einzelner Strahl dargestellt. In der Realität kann das Uncoupling of the beam 106 on. For reasons of clarity, the beam 106 is shown as a single beam. In reality, that can
Strahlenbündel 106 jedoch eine Mehrzahl von (gleichgerichteten) Einzellichtstrahlen umfassen. Insbesondere handelt es sich bei dem Strahlenbündel 106 um Laserlicht. Das Linsensystem ist in einem Strahlengang zwischen der Lichteintrittsöffnung 104 und der Lichtaustrittsöffnung 108 angeordnet und ausgebildet, um einen Durchmesser des Strahlenbündels 106 zu ändern. Eine gestrichelte Linie kennzeichnet eine optimale optische Achse 1 10 des Linsensystems. Durch Toleranzen können unterschiedliche Ausgangsstrahlrichtungen und -lagen entstehen. In Figur 1 sind beispielhaft drei unterschiedliche Ausgangsstrahlrichtungen des Strahlenbündels 106 an der However, beam 106 comprise a plurality of (rectified) individual light beams. In particular, the beam 106 is laser light. The lens system is arranged in a beam path between the light entrance opening 104 and the light exit opening 108 and designed to change a diameter of the radiation beam 106. A dashed line indicates an optimal optical axis 1 10 of the lens system. Tolerances can result in different output beam directions and positions. By way of example, FIG. 1 shows three different output beam directions of the beam 106 at the
Lichtaustrittsöffnung 108 eingezeichnet. Light exit opening 108 located.
Der Strahlaufweiter 100 umfasst eine Justageunterstützungsvorrichtung 1 12 zur Unterstützung eines Bedieners bei der Justage des Strahlaufweiters 100. Die The beam expander 100 comprises an adjustment support device 1 12 for assisting an operator in the adjustment of the beam expander 100
Justageunterstützungsvorrichtung 1 12 weist eine Referenzfläche 1 14 auf, die eine Ausrichtung der optischen Achse 1 10 repräsentiert und mit dem Aufnahmerohr 102 fest verbunden ist. Die Referenzfläche 1 14 ist beispielsweise als eine mechanische Referenz realisiert, die durch die optische Achse 1 10 definiert ist. Gemäß Figur 1 verläuft die optische Achse 1 10 senkrecht zur Referenzfläche 1 14. Beispielhaft ist die Referenzfläche 1 14 hier an der Lichteintrittsfläche 104 des Aufnahmerohrs 102 angeordnet. Adjustment support device 1 12 has a reference surface 1 14, which represents an alignment of the optical axis 1 10 and is fixedly connected to the receiving tube 102. The reference surface 1 14 is realized, for example, as a mechanical reference, which is defined by the optical axis 1 10. According to FIG. 1, the optical axis 1 10 extends perpendicular to the reference surface 14. For example, the reference surface 14 is arranged here on the light entry surface 104 of the receiving tube 102.
Die Justageunterstützungsvorrichtung 1 12 umfasst ferner eine Sensoreinrichtung 1 16, die ausgebildet ist, um eine Sollposition des Strahlenbündels 106 entlang der optischen Achse 1 10 durch Erfassen der Referenzfläche 1 14 zu bestimmen und einen die The adjustment support device 1 12 further comprises a sensor device 1 16, which is designed to determine a desired position of the beam 106 along the optical axis 1 10 by detecting the reference surface 1 14 and one
Sollposition repräsentierenden Sollwert 1 18 auszugeben. Des Weiteren ist die Output setpoint representing 1 position 18. Furthermore, the
Sensoreinrichtung 1 16 ausgebildet, um eine Istposition des Strahlenbündels 106 entlang der optischen Achse 1 10 durch Erfassen einer Energieverteilung des Strahlenbündels 106 in einer Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs 102 zu bestimmen und einen die Istposition repräsentierenden Istwert 120 auszugeben. Sensor device 1 16 formed to determine an actual position of the beam 106 along the optical axis 1 10 by detecting an energy distribution of the beam 106 in a cross-sectional area of the pickup tube 102 and output an actual value 120 representing the actual position.
Beispielsweise ist die Justageunterstützungsvorrichtung 1 12 mit einer internen For example, the adjustment assisting device 1 12 is an internal one
Temperatur- oder Streulichtsensorik als Sensoreinrichtung 1 16 realisiert. Temperature or scattered light sensor implemented as a sensor device 1 16.
Eine Auswerteeinrichtung 122 der Justageunterstützungsvorrichtung 1 12 ist ausgebildet, um die beiden Werte 1 18, 120 von der Sensoreinrichtung 1 16 zu empfangen und durch Vergleichen der beiden Werte 1 18, 120 eine Unterstützungsinformation 124 zur Unterstützung des Bedieners bei der Justage auszugeben. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung der Soll- oder der Istposition durch eine entsprechende Weiterverarbeitung von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung 1 16 durch die Auswerteeinrichtung 122. An evaluation device 122 of the adjustment support device 1 12 is designed to receive the two values 1 18, 120 from the sensor device 16 and output a support information 124 to assist the operator during the adjustment by comparing the two values 1 18, 120. According to an alternative embodiment, the determination of the desired position or the actual position is effected by a corresponding further processing of sensor signals of the sensor device 1 16 by the evaluation device 122.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters 100 zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Strahlaufweiter 100 entspricht im Wesentlichen dem vorangehend anhand von Figur 1 beschriebenen Strahlaufweiter. Beispielhaft gezeigt sind ein erstes optisches Element 200, ein zweites optisches Element 202 und ein drittes optisches Element 204 in Form einzelner Linsen des Linsensystems. Die optischen Elemente 200, 202, 204 sind beispielsweise verschiebbar im Aufnahmerohr 102 angeordnet, um den Durchmesser des Figure 2 shows a schematic representation of a beam expander 100 for use with an embodiment of the present invention. The beam expander 100 essentially corresponds to the beam expander described above with reference to FIG. Illustrated by way of example are a first optical element 200, a second optical element 202 and a third optical element 204 in the form of individual lenses of the lens system. The optical elements 200, 202, 204 are slidably disposed in the pickup tube 102, for example, to the diameter of the
Strahlenbündels 106 zu ändern. Ähnlich wie in Figur 1 wird das Strahlenbündel 106 relativ zur optischen Achse 1 10 schief in das Aufnahmerohr 102 eingekoppelt. Beam 106 to change. Similar to FIG. 1, the beam 106 is obliquely coupled into the pickup tube 102 relative to the optical axis 110.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoreinrichtung 1 16 mindestens einen ersten Sensor 206 zum Erfassen der Energieverteilung des Strahlenbündels 106 an dem ersten optischen Element 200, mindestens einen zweiten Sensor 208 zum Erfassen der Energieverteilung des Strahlenbündels 106 an dem zweiten optischen Element 202 sowie mindestens einen dritten Sensor 210 zum Erfassen der Energieverteilung des According to this exemplary embodiment, the sensor device 16 includes at least one first sensor 206 for detecting the energy distribution of the radiation beam 106 on the first optical element 200, at least one second sensor 208 for detecting the energy distribution of the radiation beam 106 on the second optical element 202 and at least one third sensor 210 for detecting the energy distribution of
Strahlenbündels 106 an dem dritten optischen Element 204. Gemäß Figur 2 sind die Sensoren 206, 208, 210 je als Temperatursensoren zum Erfassen einer Beam bundle 106 at the third optical element 204. According to Figure 2, the sensors 206, 208, 210 are each as temperature sensors for detecting a
Temperaturverteilung entlang der Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs 102 ausgebildet. Temperature distribution along the cross-sectional area of the receiving tube 102 is formed.
Ein zusätzlicher Sensor 212 der Sensoreinrichtung 1 16 ist ausgebildet, um eine An additional sensor 212 of the sensor device 1 16 is formed around a
Temperatur des Aufnahmerohrs 102, etwa an einer Mantelfläche des Aufnahmerohrs 102, zu erfassen. Die Temperatur des Aufnahmerohrs 102 dient beispielsweise als Referenztemperatur beim Erfassen der Temperaturverteilung. Temperature of the receiving tube 102, approximately on a lateral surface of the receiving tube 102 to detect. The temperature of the pickup tube 102 serves, for example, as a reference temperature when detecting the temperature distribution.
Gezeigt ist ferner ein optionales Abschlussglas 214, das die Lichtaustrittsöffnung 108 bedeckt. Shown is also an optional cover glass 214, which covers the light exit opening 108.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Sensoreinrichtung 1 16 aus Figur 2. FIG. 3 shows a schematic illustration of the sensor device 1 16 from FIG. 2.
Gezeigt ist das erste optische Element 200 in der Vorderansicht. Die nachfolgende Beschreibung der Sensoreinrichtung 1 16 kann jedoch in analoger Weise auch für das zweite oder dritte optische Element des Strahlaufweiters zutreffen. Shown is the first optical element 200 in front view. However, the following description of the sensor device 1 16 may also apply analogously to the second or third optical element of the beam expander.
Um einen Rand des optischen Elements 200 herum sind vier erste Sensoren 206 in gleichmäßigem Abstand verteilt, um vier Temperaturwerte T1 , T2, T3, T4 zur Bestimmung der Temperaturverteilung und somit der Istposition des Strahlenbündels 106 zu erfassen. Das Strahlenbündel 106, etwa ein 1/e2-Laserbündel, liegt innerhalb einer gültigen Apertur 300 des Strahlaufweiters. Around an edge of the optical element 200, four first sensors 206 are evenly distributed to form four temperature values T1, T2, T3, T4 Determining the temperature distribution and thus the actual position of the beam 106 to detect. The beam 106, such as a 1 / e2 laser beam, is within a valid aperture 300 of the beam expander.
Die ersten Sensoren 206 sind kreuzförmig angeordnet, wobei je zwei der Sensoren 206 paarweise einander gegenüberliegen. Dadurch wird eine Erfassung der Istposition des Strahlenbündels 106 in zwei unterschiedlichen, zueinander orthogonalen The first sensors 206 are arranged in a cross shape, with two of the sensors 206 facing each other in pairs. Thereby, a detection of the actual position of the beam 106 in two different, mutually orthogonal
Erfassungsrichtungen entlang der Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs ermöglicht. Detecting directions along the cross-sectional area of the receiving tube allows.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 206 um einen Linsenrand 302 des optischen Elements 200 verteilt angeordnet. According to this exemplary embodiment, the sensors 206 are distributed around a lens edge 302 of the optical element 200.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung 1 16 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu Figur 3 weist die Sensoreinrichtung 1 16 hier acht statt vier erste Sensoren 206 auf. Dabei sind die Sensoren 206 beispielsweise kranzförmig um das optische Element 200 herum verteilt und je paarweise einander gegenüberliegend angeordnet, um eine Erfassung der Temperaturverteilung in vier unterschiedlichen Erfassungsrichtungen zu ermöglichen. Beispielhaft sind die vier Erfassungsrichtungen je um einen Winkel von 45° zueinander versetzt. FIG. 4 shows a schematic representation of a sensor device 16 according to an alternative exemplary embodiment of the present invention. In contrast to FIG. 3, the sensor device 1 16 here has eight instead of four first sensors 206. In this case, the sensors 206 are distributed, for example, in a ring shape around the optical element 200 and arranged in pairs opposite one another, in order to enable a detection of the temperature distribution in four different detection directions. By way of example, the four detection directions are each offset by an angle of 45 ° to one another.
Figur 5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Temperaturverteilung, erfasst durch eine Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, etwa der vorangehend anhand von Figur 3 beschriebenen Sensoreinrichtung. Gezeigt ist ein zweidimensionales Koordinatensystem zur Messung oder Berechnung einer FIG. 5 shows a diagram for representing a temperature distribution detected by a sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention, for example the sensor device described above with reference to FIG. Shown is a two-dimensional coordinate system for measuring or calculating a
Zentrierung des Strahlaufweiters. Dabei entspricht eine Ordinate 500 einer ersten Erfassungsrichtung und eine Abszisse 502 einer zweiten Erfassungsrichtung der Centering of the beam expander. An ordinate 500 corresponds to a first detection direction and an abscissa 502 to a second detection direction
Sensoreinrichtung. Ein Punkt 504 repräsentiert die Istposition des Strahlenbündels in der Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs, genauer in einer optisch wirksamen Fläche des optischen Elements aus Figur 3. Beispielhaft liegt der Punkt 504 entsprechend der Istposition des Strahlenbündels in einem vierten Quadranten des Koordinatensystems. Sensor device. A point 504 represents the actual position of the beam in the cross-sectional area of the pick-up tube, more specifically in an optically active area of the optical element of Figure 3. By way of example, the point 504 corresponding to the actual position of the beam lies in a fourth quadrant of the coordinate system.
Figur 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Temperaturverteilung, erfasst durch eine Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Koordinatensystem für komplexere Berechnungsmodelle zur Berechnung der Zentrierung des Strahlaufweiters, insbesondere mithilfe von in Längsrichtung des Aufnahmerohrs verteilt angeordneter Sensoren, deren jeweilige Sensorposition auf der Abszisse 502, beispielsweise in Millimetern, abgetragen ist. Zusätzlich zum Punkt 504 sind zwei weitere Punkte 600, 602 gezeigt, die je die Istposition des Strahlenbündels an unterschiedlichen Messstellen in Längsrichtung des Aufnahmerohrs, beispielsweise an dem zweiten und dritten optischen Element, repräsentieren. FIG. 6 is a diagram showing a temperature distribution detected by a sensor device according to an embodiment of the present invention. Shown is a coordinate system for more complex calculation models for calculating the centering of the beam expander, in particular by means of distributed in the longitudinal direction of the receiving tube sensors whose respective sensor position on the abscissa 502, for example, in millimeters, is removed. In addition to point 504, two further points 600, 602 are shown, each indicating the actual position of the beam represent different measuring points in the longitudinal direction of the receiving tube, for example on the second and third optical element.
Die Figuren 5 und 6 zeigen Berechnungsmodelle, die für die Bestimmung der FIGS. 5 and 6 show calculation models which are used for determining the
Sensorposition eingesetzt werden können. Eine daraus ermittelte Strahllage ergibt beispielsweise Angaben zur Korrektur, etwa über eine LED oder ein Display. Sensor position can be used. A beam position determined therefrom yields, for example, information about the correction, for example via an LED or a display.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Strahlaufweiter 100 entspricht im Wesentlichen dem vorangehend anhand von Figur 2 beschriebenen Strahlaufweiter, mit dem Unterschied, dass die Sensoren 206, 208, 210, 212 hier nicht als Temperatur-, sondern als Foto- oder Streulichtsensoren ausgebildet sind, um die Istposition des Strahlenbündels 106 anhand einer Helligkeitsverteilung entlang der Querschnittsfläche des Aufnahmerohrs 102 zu bestimmen. FIG. 7 shows a schematic representation of a beam expander 100 according to an embodiment of the present invention. The beam expander 100 substantially corresponds to the beam expander described above with reference to FIG. 2, with the difference that the sensors 206, 208, 210, 212 are not formed as temperature but as photo or scattered light sensors, around the actual position of the beam 106 based on a brightness distribution along the cross-sectional area of the receiving tube 102 to determine.
Die Foto- oder Streulichtsensoren sind beispielsweise jeweils kränz- oder kreuzförmig um einen äußeren Rand der optischen Elemente 200, 202, 204 angeordnet, wie dies in den Figuren 8 und 9 gezeigt ist. The photo or scattered light sensors are arranged, for example, each in a wreath or cross shape around an outer edge of the optical elements 200, 202, 204, as shown in FIGS. 8 and 9.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung der Sensoreinrichtung 1 16 aus Figur 7. Beispielhaft gezeigt ist eine Vorderansicht des ersten optischen Elements 200 mit vier ersten Sensoren 206 in Form von Foto- oder Streulichtsensoren, die analog zu dem vorangehend anhand von Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel kreuzförmig um den Rand des optischen Elements 200 herum verteilt angeordnet sind, um vier 8 shows a schematic representation of the sensor device 16 of FIG. 7. A front view of the first optical element 200 with four first sensors 206 in the form of photo or scattered-light sensors is shown in cross-section analogous to the exemplary embodiment described above with reference to FIG the edge of the optical element 200 are distributed around four
Helligkeitswerte P1 , P2, P3, P4 zu erfassen. Brightness values P1, P2, P3, P4.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung 1 16 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu Figur 8 weist die Sensoreinrichtung 1 16, analog zu dem vorangehend anhand von Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel, acht Sensoren 206 in Form von Fotodioden oder Streulichtsensoren je optisches Element zur Detektion von Streulicht oder Rückreflexen auf. Die Sensoren 206 sind dabei kranzförmig um die optischen Elemente angeordnet, wie es in Figur 9 am Beispiel des ersten optischen Elements 200 gezeigt ist. FIG. 9 shows a schematic representation of a sensor device 16 according to an alternative exemplary embodiment of the present invention. In contrast to FIG. 8, the sensor device 16, analogous to the exemplary embodiment described above with reference to FIG. 4, has eight sensors 206 in the form of photodiodes or scattered light sensors for each optical element for detecting stray light or back reflections. The sensors 206 are arranged in a ring around the optical elements, as shown in FIG. 9 using the example of the first optical element 200.
Die in den Figuren 3, 4, 8 und 9 dargestellten Temperaturverläufe können beispielsweise durch die Verwendung einer speziellen Mikro- oder Nanostrukturierung der The temperature profiles illustrated in FIGS. 3, 4, 8 and 9 can be achieved, for example, by the use of a special microstructure or nanostructuring of
Linsenoberfläche bestehen. Hierbei kann beispielsweise ein„Netz" aus feinsten Drähten verwendet werden, die horizontal und vertikal über die Linsenoberfläche gespannt sind und die ausgebildet sind, um bei einer Erwärmung eine Widerstandsänderung zu erfahren. Werden diese Drähte an eine Auswerteeinheit angeschlossen, lässt sich die Position der erwärmten Stelle exakt und schnell durch die Auswertung der Widerstände der einzelnen Drähte ermitteln, da die thermische Trägheit der (Mikro-) Drähte gering ist. Es kann daher ein Ermitteln des Schwerpunkts der erhitzten Stelle in horizontale und vertikale Richtung sehr einfach erfolgen. Auf diese Weise lässt sich daher sehr schnell und präzise die Ermittlung der Position der Erwärmung durchführen, sodass eine Justage auf der Basis dieser erkannten Position ebenfalls sehr schnell und präzise erfolgt. Eine Einschwingzeit einer auf einer solchen Vorgehensweise basierenden Lens surface exist. Here, for example, a "mesh" of finest wires can be used, which are stretched horizontally and vertically over the lens surface and which are designed to change resistance when heated experience. If these wires are connected to an evaluation unit, the position of the heated point can be determined accurately and quickly by evaluating the resistances of the individual wires, since the thermal inertia of the (micro) wires is low. Therefore, determining the center of gravity of the heated spot in the horizontal and vertical directions can be done very easily. In this way, the determination of the position of the heating can be carried out very quickly and precisely, so that an adjustment on the basis of this detected position also takes place very quickly and precisely. A settling time of one based on such an approach
Justageunterstüzungsvorrichtung ist folglich ebenfalls sehr kurz. Adjustment support device is therefore also very short.
Figur 10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Helligkeitsverteilung, erfasst durch eine Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, etwa der vorangehend anhand von Figur 8 beschriebenen Sensoreinrichtung. Die FIG. 10 shows a diagram for illustrating a brightness distribution detected by a sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention, for example the sensor device described above with reference to FIG. The
Helligkeitsverteilung ist analog zu der vorangehend anhand von Figur 5 beschriebenen Temperaturverteilung in dem zweidimensionalen Koordinatensystem mit den Achsen 500, 502 dargestellt. Zur Berechnung der Zentrierung des Strahlaufweiters ist hier eine nichtlineare Skalierung erforderlich. Brightness distribution is analogous to the previously described with reference to Figure 5 temperature distribution in the two-dimensional coordinate system with the axes 500, 502 shown. To calculate the centering of the beam expander here a non-linear scaling is required.
Figur 1 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlaufweiters 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoreinrichtung 1 16 einen zusätzlichen Sensorenkranz 1 100 aus mindestens vier Fotosensoren 1 101 . Der Sensorenkranz 1 100 ist der Lichteintrittsöffnung 104, genauer einer Lichteintrittsfläche des ersten optischen Elements 200, in Figure 1 1 shows a schematic representation of a beam expander 100 according to an embodiment of the present invention. According to this embodiment, the sensor device 1 16 comprises an additional sensor ring 1 100 of at least four photosensors 1 101. The sensor rim 1 100 is the light entrance opening 104, more precisely a light entry surface of the first optical element 200, in FIG
Strahlungsrichtung vorgelagert, um zur Bestimmung der Ist- oder der Sollposition Reflexionen des Strahlenbündels 106 bei Eintritt in das Aufnahmerohr 102 zu erfassen. Die Fotosensoren 1 101 sind beispielsweise auf eine Anwendungswellenlänge des Strahlaufweiters 100 abgestimmt. Preceding radiation direction to detect reflections of the beam 106 upon entry into the receiving tube 102 for determining the actual or desired position. The photosensors 1 101 are tuned to an application wavelength of the beam expander 100, for example.
Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Strahlaufweiters 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist der FIG. 12 shows a schematic representation of a section of a beam expander 100 according to an embodiment of the present invention. Shown is the
Sensorenkranz 1 100 aus Figur 1 1 , der hier als Sensorblende zum Durchlassen des Strahlenbündels 106 innerhalb eines durch eine geeignete Blendengeometrie festgelegten Winkelbereichs realisiert ist. Sensor rim 1 100 of Figure 1 1, which is realized here as a sensor aperture for passing the beam 106 within an angle determined by a suitable diaphragm geometry angle range.
Die hier gezeigte Anordnung basiert darauf, dass im zentrierten Zustand auch die Restreflexe ein symmetrisches Muster ergeben müssen. Dazu ist ein geeigneter Kranz aus Fotosensoren an einer Position angeordnet, an der sich solche Restreflexe detektieren lassen. Durch den optionalen Einsatz eines Filters wird sichergestellt, dass alle anderen Wellenlängen nicht erfasst werden und kein Störsignal erzeugt wird. Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorbildes 1300 einer The arrangement shown here is based on the fact that in the centered state, the residual reflections must give a symmetrical pattern. For this purpose, a suitable ring of photosensors is arranged at a position at which such residual reflections can be detected. The optional use of a filter ensures that all other wavelengths are not detected and no interference signal is generated. FIG. 13 shows a schematic representation of a sensor image 1300 of FIG
Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei korrekter Einkopplung des Strahlenbündels in den Strahlaufweiter. In dem Sensorbild 1300 ist die durch die Sensoreinrichtung erfasste Verteilung einer Beleuchtungsstärke entlang der optischen Achse des Strahlaufweiters dargestellt. Sensor device according to an embodiment of the present invention with correct coupling of the beam into the beam expander. The sensor image 1300 shows the distribution of an illuminance along the optical axis of the beam expander detected by the sensor device.
Figur 14 zeigt im Unterschied zu Figur 13 eine schematische Darstellung eines FIG. 14 shows, in contrast to FIG. 13, a schematic representation of a
Sensorbildes 1400 der Sensoreinrichtung bei schiefer Einkopplung. Sensor image 1400 of the sensor device with slanted coupling.
Figur 1 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Auswerteeinrichtung 122 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Auswerteeinrichtung 122 umfasst eine Ermittlungseinheit 1500 zum Ermitteln eines Abweichungswertes 1 502 durch Vergleichen der Soll- mit der Istposition unter Verwendung des Sollwertes 1 18 und des Istwertes 120. Dementsprechend repräsentiert der Abweichungswert 1502 eine Abweichung zwischen der Soll- und der Istposition. Eine Ausgabeeinheit 1 504 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Abweichungswertes 1 502 die Figure 1 5 shows a schematic representation of an evaluation device 122 according to an embodiment of the present invention. The evaluation device 122 comprises a determination unit 1500 for determining a deviation value 1 502 by comparing the setpoint position with the actual position using the setpoint value 1 18 and the actual value 120. Accordingly, the deviation value 1502 represents a deviation between the setpoint position and the actual position. An output unit 1 504 is configured to use the deviation value 1 502
Unterstützungsinformation 124 auszugeben. Die Unterstützungsinformation 124 repräsentiert beispielsweise einen über eine LED oder ein Display anzeigbaren Hinweis. Beispielsweise leuchtet die LED grün, wenn das durch die Sensoreinrichtung erfasste Temperatur- oder Helligkeitsprofil eine korrekte Ausrichtung des Strahlaufweiters repräsentiert, oder rot, wenn das Temperatur- oder Helligkeitsprofil keine korrekte Ausrichtung des Strahlaufweiters repräsentiert. Möglich ist auch eine LED-Ampel mit Zwischenstufen oder die Anzeige einer auf eine Referenz bezogenen To output support information 124. The support information 124 represents, for example, an indication that can be displayed via an LED or a display. For example, the LED lights up green if the temperature or brightness profile detected by the sensor device represents correct alignment of the beam expander, or red if the temperature or brightness profile does not represent correct alignment of the beam expander. Also possible is an LED traffic light with intermediate stages or the display of a referenced to a reference
Richtungsempfehlung auf einem Display. Directional recommendation on a display.
Figur 16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1600 gemäß einem FIG. 16 shows a flow chart of a method 1600 according to FIG
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 1600 zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters kann beispielsweise unter Verwendung der vorangehend beschriebenen Justageunterstützungsvorrichtung ausgeführt werden.Embodiment of the present invention. For example, the beam expander adjustment method 1600 may be performed using the adjustment support apparatus described above.
Dabei wird in einem Schritt 1610 die Sollposition des Strahlenbündels durch Erfassen der Referenzfläche bestimmt. Ebenso wird im Schritt 1610 durch Erfassen der In this case, in a step 1610, the desired position of the beam is determined by detecting the reference surface. Likewise, in step 1610, detecting the
Energieverteilung des Strahlenbündels im Aufnahmerohr die Istposition des Energy distribution of the beam in the pick - up tube the actual position of the
Strahlenbündels bestimmt. In einem weiteren Schritt 1620 wird durch Vergleichen der Ist- mit der Sollposition der die Abweichung zwischen der Ist- und der Sollposition repräsentierende Abweichungswert bestimmt. Schließlich wird in einem Schritt 1630 die Unterstützungsinformation unter Verwendung des Abweichungswertes ausgegeben, um den Bediener bei der Justage des Strahlaufweiters zu unterstützen. Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes nochmals mit anderen Worten zusammengefasst. Die Justage eines optischen Systems mit dem Strahlaufweiter 100 erfolgt durch Bestimmung der Sollposition anhand der Referenzfläche 1 14 entlang der optischen Achse 1 10 und durch eine Messung und Korrektur durch mindestens einen Sensor. Beam determined. In a further step 1620, the deviation value between the actual position and the nominal position is determined by comparing the actual position with the nominal position. Finally, in step 1630, the assistance information is output using the deviation value to assist the operator in adjusting the beam expander. Below, various embodiments of the approach presented here are summarized again in other words. The adjustment of an optical system with the beam expander 100 is carried out by determining the desired position based on the reference surface 1 14 along the optical axis 1 10 and by a measurement and correction by at least one sensor.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dazu ein Sensorsystem verwendet, das mindestens einen Temperatursensor und/oder Fotosensor und/oder Streulichtsensor aufweist. Dabei sind die Sensoren insbesondere untereinander gekoppelt und vernetzt, um auf kleinste Abweichungen reagieren und Korrekturjustagen vornehmen zu können. Die Datenerfassung zur Korrektur erfolgt bezogen auf die Referenzfläche 1 14. According to one exemplary embodiment, a sensor system that has at least one temperature sensor and / or photosensor and / or scattered light sensor is used for this purpose. In this case, the sensors are in particular coupled to one another and networked in order to be able to respond to the smallest deviations and to carry out correction adjustments. The data acquisition for correction is based on the reference area 1 14.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Strahlaufweiter 100 mindestens eine Justierblende mit Sensoren auf, vorangehend auch Sensorenkranz 1 100 genannt. Optional erfolgt die Erfassung durch IR-Kameraabbildungen unter Verwendung von IR- Kameras, IRA/IS-Kameras oder Streulichtsensoren. According to a further embodiment, the beam expander 100 has at least one adjusting diaphragm with sensors, also referred to above as a sensor rim 1 100. Optionally, the acquisition is done by IR camera images using IR cameras, IRA / IS cameras or scattered light sensors.
Zur Bestimmung der Sensorposition werden beispielsweise Berechnungsmodelle eingesetzt, die die daraus ermittelte Strahllage ergeben und schließlich die Angaben zur Korrektur liefern. To determine the sensor position, for example, calculation models are used which yield the beam position determined therefrom and finally provide the information for the correction.
Optiken und Sensoren des optischen Systems sind insbesondere gemäß der Optics and sensors of the optical system are in particular according to the
Referenzfläche 1 14 positioniert. Bei der Referenzfläche 1 14 handelt es sich etwa um eine mechanische oder optische Referenz, durch die eine sehr genaue Justage ermöglicht wird. Reference surface 1 14 positioned. The reference surface 1 14 is about a mechanical or optical reference, through which a very accurate adjustment is possible.
Die Fotosensoren sind beispielsweise auf optisch wirksame Flächen gerichtet oder daran angeordnet, etwa an einzelnen Optiken, Linsen oder Blenden. Möglich ist auch eine Kombination aus Temperatur- und Fotosensoren. The photosensors are directed, for example, to optically active surfaces or arranged thereon, for example on individual optics, lenses or diaphragms. Also possible is a combination of temperature and photosensors.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also can one
Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Embodiment be supplemented by features of another embodiment.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren (1600) zur Unterstützung einer Justage eines Strahlaufweiters (100), wobei der Strah laufweiter (100) ein Aufnahmerohr (102) mit einer 1 . A method (1600) for assisting adjustment of a beam expander (100), the beam further comprising (100) a receiving tube (102) having a
Lichteintrittsöffnung (104) und einer Lichtaustrittsöffnung (108) und zumindest ein in einem Strahlengang zwischen der Lichteintrittsöffnung (104) und der  Light entrance opening (104) and a light exit opening (108) and at least one in a beam path between the light inlet opening (104) and the
Lichtaustrittsöffnung (108) angeordnetes optisches Element (200, 202, 204) zum Ändern eines Durchmessers eines über die Lichteintrittsöffnung (104)  Optical exit element (108) arranged optical element (200, 202, 204) for changing a diameter of a via the light inlet opening (104)
eingekoppelten Strahlenbündels (106) aufweist, wobei das Verfahren (1600) folgende Schritte umfasst:  coupled beam (106), the method (1600) comprising the steps of:
Bestimmen (1610) einer Sollposition des Strahlenbündels (106) entlang einer optischen Achse (1 10) des Strahlaufweiters (100) durch Erfassen einer mit dem Aufnahmerohr (102) gekoppelten Referenzfläche (1 14) und einer Istposition des Strahlenbündels (106) entlang der optischen Achse (1 10) durch Erfassen einer Energieverteilung des Strahlenbündels (106) in Bezug auf eine Determining (1610) a desired position of the beam (106) along an optical axis (110) of the beam expander (100) by detecting a reference surface (1 14) coupled to the pickup tube (102) and an actual position of the beam (106) along the optical path Axis (1 10) by detecting an energy distribution of the beam (106) with respect to a
Querschnittsfläche (300, 302) des Aufnahmerohrs (102);  Cross-sectional area (300, 302) of the receiving tube (102);
Ermitteln (1620) eines eine Abweichung zwischen der Ist- und der Sollposition repräsentierenden Abweichungswertes (1 502) durch Vergleichen der Ist- mit der Sollposition; und Determining (1620) a deviation value (1 502) representing a deviation between the actual position and the desired position by comparing the actual position with the desired position; and
Ausgeben (1630) einer Unterstützungsinformation (124) zur Unterstützung eines Bedieners bei der Justage unter Verwendung des Abweichungswertes (1 502). Outputting (1630) support information (124) to assist an operator in the adjustment using the deviation value (1 502).
2. Verfahren (1600) gemäß Anspruch 1 , bei dem im Schritt des Bestimmens (1610) die Istposition durch Erfassen einer Temperatur- und/oder Helligkeitsverteilung des Strahlenbündels (106) in Bezug auf die Querschnittsfläche (300, 302) bestimmt wird. 2. Method (1600) according to claim 1, wherein in the step of determining (1610) the actual position is determined by detecting a temperature and / or brightness distribution of the beam (106) with respect to the cross-sectional area (300, 302).
3. Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bestimmens (1610) die Istposition durch Erfassen der Energieverteilung an einer optisch wirksamen Fläche des optischen Elements (200, 202, 204) und/oder an dem Aufnahmerohr (102) und/oder an einer der Lichteintrittsöffnung (104) in 3. Method (1600) according to one of the preceding claims, wherein in the step of determining (1610) the actual position is determined by detecting the energy distribution at an optically active surface of the optical element (200, 202, 204) and / or at the receiving tube (102 ) and / or at one of the light entry opening (104) in
Strahlungsrichtung vorgelagerten Stelle und/oder an zumindest zwei  Radiation direction upstream site and / or at least two
unterschiedlichen Stellen in Längsrichtung des Aufnahmerohrs (102) bestimmt wird.  different locations in the longitudinal direction of the receiving tube (102) is determined.
4. Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bestimmens (1610) die Istposition durch Erfassen der Energieverteilung in zumindest zwei unterschiedlichen Erfassungsrichtungen entlang der The method (1600) according to one of the preceding claims, wherein in the step of determining (1610) the actual position is detected by detecting the energy distribution in at least two different detection directions along the
Querschnittsfläche (300, 302) bestimmt wird.  Cross-sectional area (300, 302) is determined.
5. Verfahren (1600) gemäß Anspruch 4, bei dem im Schritt des Bestimmens (1610) die Istposition durch Erfassen der Energieverteilung in zueinander orthogonalen Erfassungsrichtungen bestimmt wird. 5. The method (1600) according to claim 4, wherein in the step of determining (1610) the actual position is determined by detecting the energy distribution in mutually orthogonal detection directions.
6. Justageunterstützungsvorrichtung (1 12) zur Unterstützung einer Justage eines 6. adjustment support device (1 12) for supporting an adjustment of a
Strahlaufweiters (100), wobei der Strahlaufweiter (100) ein Aufnahmerohr (102) mit einer Lichteintrittsöffnung (104) und einer Lichtaustrittsöffnung (108) und zumindest ein in einem Strahlengang zwischen der Lichteintrittsöffnung (104) und der Lichtaustrittsöffnung (108) angeordnetes optisches Element (200, 202, 204) zum Ändern eines Durchmessers eines über die Lichteintrittsöffnung (104)  Beam expander (100), wherein the beam expander (100) has a receiving tube (102) with a light inlet opening (104) and a light exit opening (108) and at least one in a beam path between the light inlet opening (104) and the light exit opening (108) arranged optical element ( 200, 202, 204) for changing a diameter of one via the light entrance opening (104)
eingekoppelten Strahlenbündels (106) aufweist, wobei die  having coupled radiation beam (106), wherein the
Justageunterstützungsvorrichtung (1 12) folgende Merkmale aufweist: eine mit dem Aufnahmerohr (102) gekoppelte oder koppelbare  Adjustment support device (1 12) comprises the following features: one coupled to the receiving tube (102) or coupled
Referenzfläche (1 14); eine Sensoreinrichtung (1 16) zum Bestimmen einer Sollposition des  Reference surface (1 14); a sensor device (1 16) for determining a desired position of the
Strahlenbündels (106) entlang einer optischen Achse (1 10) des  Beam (106) along an optical axis (1 10) of the
Strahlaufweiters (100) durch Erfassen der Referenzfläche (1 14) sowie zum  Beam expander (100) by detecting the reference surface (1 14) and the
Bestimmen einer Istposition des Strahlenbündels (106) entlang der optischen Achse (1 10) durch Erfassen einer Energieverteilung des Strahlenbündels (106) in Bezug auf eine Querschnittsfläche (300, 302) des Aufnahmerohrs (102); und eine Auswerteeinrichtung (122) zum Ermitteln eines eine Abweichung zwischen der Ist- und Sollposition repräsentierenden Abweichungswertes (1 502) durch  Determining an actual position of the beam (106) along the optical axis (110) by detecting an energy distribution of the beam (106) with respect to a cross-sectional area (300, 302) of the pick-up tube (102); and an evaluation device (122) for determining a deviation value (1 502) representing a deviation between the actual and desired position
Vergleichen der Ist- mit der Sollposition sowie zum Ausgeben einer  Compare the actual and the target position as well as to output a
Unterstützungsinformation (124) zum Unterstützen eines Bedieners bei der Justage unter Verwendung des Abweichungswertes (1 502).  Support information (124) for assisting an operator in the adjustment using the deviation value (1 502).
7. Justageunterstützungsvorrichtung (1 12) gemäß Anspruch 6, bei der die 7. adjustment support device (1 12) according to claim 6, wherein the
Sensoreinrichtung (1 16) zumindest einen Temperatursensor und/oder zumindest einen Fotosensor und/oder zumindest einen Streulichtsensor und/oder zumindest eine Infrarotkamera aufweist.  Sensor device (1 16) has at least one temperature sensor and / or at least one photosensor and / or at least one scattered light sensor and / or at least one infrared camera.
8. Justageunterstützungsvorrichtung (1 12) gemäß Anspruch 6 oder 7, bei der die 8. adjustment support device (1 12) according to claim 6 or 7, wherein the
Sensoreinrichtung (1 16) zum Bestimmen der Ist- und/oder der Sollposition eine der Lichteintrittsöffnung (104) in Strahlungsrichtung vorgelagerte Sensorblende (1 100) mit zumindest zwei Sensoren (1 101 ) zum Erfassen von Reflexionen des Sensor device (1 16) for determining the actual and / or the desired position of the Light entrance opening (104) in the radiation direction upstream sensor aperture (1 100) with at least two sensors (1 101) for detecting reflections of the
Strahlenbündels (106) bei Eintritt in das Aufnahmerohr (102) aufweist.  Beam (106) upon entry into the receiving tube (102).
9. Strah laufweiter (100) mit folgenden Merkmalen: einem Aufnahmerohr (102) mit einer Lichteintrittsöffnung (104) und einer Lichtaustrittsöffnung (108); zumindest einem in einem Strahlengang zwischen der Lichteintrittsöffnung (104) und der Lichtaustrittsöffnung (108) angeordneten optischen Element (200, 202, 204) zum Ändern eines Durchmessers eines über die Lichteintrittsöffnung (104) eingekoppelten Strahlenbündels (106); und einer Justageunterstützungsvorrichtung (1 12) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8. 9. beam further (100) having the following features: a receiving tube (102) having a light inlet opening (104) and a light exit opening (108); at least one in an optical path between the light inlet opening (104) and the light exit opening (108) arranged optical element (200, 202, 204) for changing a diameter of a via the light inlet opening (104) coupled to the beam (106); and an adjustment support device (1 12) according to any one of claims 6 to 8.
10. Computerprogramm, das ausgebildet ist, um die Schritte des Verfahrens (1600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen und/oder anzusteuern. A computer program configured to execute and / or drive the steps of the method (1600) according to any one of claims 1 to 5.
1 1 . Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach 1 1. Machine-readable storage medium on which the computer program is based
Anspruch 10 gespeichert ist.  Claim 10 is stored.
PCT/EP2018/064192 2017-06-23 2018-05-30 Method for supporting an adjustment of a beam expander, adjustment support device and beam expander WO2018233997A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18728864.2A EP3642664A1 (en) 2017-06-23 2018-05-30 Method for supporting an adjustment of a beam expander, adjustment support device and beam expander
KR1020197034453A KR102680056B1 (en) 2017-06-23 2018-05-30 Beam expander adjustment support method, adjustment support device, and beam expander
CN201880036050.1A CN110799892B (en) 2017-06-23 2018-05-30 Method for assisting in adjusting a beam expander, adjustment assisting device and beam expander

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017006008.8 2017-06-23
DE102017006008 2017-06-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018233997A1 true WO2018233997A1 (en) 2018-12-27

Family

ID=62495793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/064192 WO2018233997A1 (en) 2017-06-23 2018-05-30 Method for supporting an adjustment of a beam expander, adjustment support device and beam expander

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3642664A1 (en)
CN (1) CN110799892B (en)
WO (1) WO2018233997A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020208110A1 (en) * 2019-04-12 2020-10-15 Jenoptik Optical Systems Gmbh Optical unit and method for operating an optical unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3781546A (en) * 1968-10-29 1973-12-25 Us Army Self aligning beam waveguide having a series of lenses and means for maintaining said lenses in alignment
US5103082A (en) * 1990-07-12 1992-04-07 Grumman Aerospace Corporation Automatic laser beam expander-pinhole alignment system
WO2009066918A2 (en) * 2007-11-19 2009-05-28 Kornic Systems Co., Ltd. Laser processing equipment
DE102015009124B3 (en) * 2015-06-22 2016-09-29 Jenoptik Optical Systems Gmbh An apparatus for optical beam expansion, optical system, method for adjusting a distance between two lenses of an apparatus for optical beam expansion and method for producing an apparatus for optical beam expansion

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11271619A (en) * 1998-03-19 1999-10-08 Nikon Corp Illumination optical device and exposure device provided with illumination optical device
EP1544658A1 (en) * 1999-04-21 2005-06-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Correcting method of light beam position in a scanning apparatus
JP3906926B2 (en) * 2004-02-20 2007-04-18 大日精化工業株式会社 Optical control type optical path switching type optical signal transmission apparatus and optical signal optical path switching method
CN102155926A (en) * 2011-03-09 2011-08-17 浙江大学 Aspherical mirror vertex curvature radius measurement system and method
US10067401B2 (en) * 2012-04-20 2018-09-04 Hamamatsu Photonics K.K. Beam expander
CN104406546B (en) * 2014-12-03 2017-04-05 成都姜业光电科技有限公司 The method that Reference Transforming is realized using removable graticle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3781546A (en) * 1968-10-29 1973-12-25 Us Army Self aligning beam waveguide having a series of lenses and means for maintaining said lenses in alignment
US5103082A (en) * 1990-07-12 1992-04-07 Grumman Aerospace Corporation Automatic laser beam expander-pinhole alignment system
WO2009066918A2 (en) * 2007-11-19 2009-05-28 Kornic Systems Co., Ltd. Laser processing equipment
DE102015009124B3 (en) * 2015-06-22 2016-09-29 Jenoptik Optical Systems Gmbh An apparatus for optical beam expansion, optical system, method for adjusting a distance between two lenses of an apparatus for optical beam expansion and method for producing an apparatus for optical beam expansion

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020208110A1 (en) * 2019-04-12 2020-10-15 Jenoptik Optical Systems Gmbh Optical unit and method for operating an optical unit

Also Published As

Publication number Publication date
CN110799892A (en) 2020-02-14
EP3642664A1 (en) 2020-04-29
CN110799892B (en) 2022-04-12
KR20200016220A (en) 2020-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011103113B4 (en) Reflectivity measurement method, membrane thickness measurement device and membrane thickness measurement method
DE112010001378T5 (en) Film thickness gauge and measuring method
DE3739027A1 (en) SURFACE TEST DEVICE
EP2730092A1 (en) Arrangement and method for determining an imaging deviation of a camera
DE102019122047A1 (en) Alignment unit, sensor module comprising the same and laser processing system comprising the sensor module
EP3557306A2 (en) Autofocus with variable angle illumination
DE102008036275B4 (en) Method for measuring profiles with optical sensors
DE102012204674A1 (en) Beam control device for an EUV illumination beam
WO2018233997A1 (en) Method for supporting an adjustment of a beam expander, adjustment support device and beam expander
DE3203788C2 (en)
CH697319B1 (en) Method and apparatus for geometric calibration of optoelectronic measuring cameras.
EP2808669B1 (en) Device for measuring scattered light from a measurement volume with compensation for background signals
WO2010015459A2 (en) Optical sensor and method for measuring profiles
DE102014010667B4 (en) Method and device for measuring the shape of a wavefront of an optical radiation field
DE10153581A1 (en) Determining effective contour of rotary machine tool in adjusting apparatus, by measuring maximum excursion of shadow boundary line from tool axis at certain points
DE102019210950A1 (en) LIDAR sensor for optical detection of a field of view and method for optical detection of a field of view
EP2932213A1 (en) Apparatus and method for measuring a spatially resolved temperature distribution
DE3122027C2 (en) Autofocusing device for lenses
DE102020127150A1 (en) ATTENDING THE EFFECT OF INCORRECT SIGNALS ON A VEHICLE IMAGE SENSOR
DE112017002293T5 (en) System and method for compensating for misalignment of illumination radiation
DE102012016337B4 (en) Method for determining an optical quality of a photo module
EP3330775B1 (en) Autofocus system for detecting interfaces
DE10018312C2 (en) Method and device for focusing an image
DE102014113188A1 (en) Digital microscope and method for its commissioning
DE10356729B4 (en) color sensor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18728864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197034453

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2018728864

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018728864

Country of ref document: EP

Effective date: 20200123