WO2024023315A1 - Detektionsanordnung, messanordnung sowie verfahren zur bestimmung der räumlichen lage eines laserstrahls - Google Patents

Detektionsanordnung, messanordnung sowie verfahren zur bestimmung der räumlichen lage eines laserstrahls Download PDF

Info

Publication number
WO2024023315A1
WO2024023315A1 PCT/EP2023/071029 EP2023071029W WO2024023315A1 WO 2024023315 A1 WO2024023315 A1 WO 2024023315A1 EP 2023071029 W EP2023071029 W EP 2023071029W WO 2024023315 A1 WO2024023315 A1 WO 2024023315A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
partial
optical element
laser beam
partial beams
detection
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/071029
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Graf
Thomas BUCKERT
Original Assignee
Novanta Europe 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 Novanta Europe Gmbh filed Critical Novanta Europe Gmbh
Priority to EP23748782.2A priority Critical patent/EP4562378A1/de
Publication of WO2024023315A1 publication Critical patent/WO2024023315A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/705—Beam measuring device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0411—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using focussing or collimating elements, i.e. lenses or mirrors; Aberration correction

Definitions

  • the invention relates to a detection arrangement for detecting the spatial position of a laser beam according to patent claim 1, a measuring arrangement for determining the spatial position of a laser beam according to patent claim 9 and a method for determining the spatial position of a laser beam according to patent claim 10.
  • a laser beam In order to achieve high performance from optical systems, such as laser systems or laser scanning modules, a laser beam usually has to be guided with high precision through transmitting optical components or on reflective optical components. A corresponding adjustment for this is usually carried out manually by a user.
  • optical systems e.g. for measuring or processing arrangements
  • a change in the spatial position of the laser beam is usually determined in a first step and counteracted accordingly in a further step (either manually or automatically).
  • two separate (image) sensors are used to determine the spatial position.
  • part of a laser beam to be examined is divided into two partial beams using a beam splitter.
  • a first partial beam usually hits a position-sensitive sensor (PSD, position sensitive detector) without additional (focusing) optics.
  • PSD position sensitive detector
  • the second partial beam is directed to a second position-sensitive sensor via focusing optics, e.g. a lens.
  • This structure makes it possible to extract a spatial position of the laser beam with respect to a reference point from the relative movements of the partial beams or the relative measured values of the two sensors.
  • the first partial beam which hits the sensor directly, is, however, sensitive to both a relative offset and a relative tilt of the input beam. This is called the optical “near field”.
  • the tilting in both spatial directions and then the two-dimensional offset can be separated.
  • a further object of the invention is to provide a measuring arrangement which enables a highly precise determination of the spatial position of a laser beam in the most compact and cost-effective manner possible.
  • the task is solved with regard to a detection arrangement by the subject matter of claim 1, with regard to a measuring arrangement by the subject matter of claim 9 and with regard to a method by the subject matter of claim 10.
  • a detection arrangement for detecting the spatial position of a laser beam which comprises the following:
  • an optical element which is designed in such a way that when a laser beam (L) impinges on an entrance plane of the optical element, the laser beam is decomposed into a first partial beam and a second partial beam as it passes through the optical element, such that the propagation properties of the first partial beam and the second partial beam in the position of their respective focal plane and preferably in the respective propagation direction, the detection arrangement being designed and arranged such that the two partial beams impinge on the detection surface of the beam detector.
  • An important idea of the invention is to reduce the number of components of conventional devices for detecting or determining a spatial beam position.
  • a core idea of the invention is therefore, on the one hand, to provide an, in particular a single, optical element that combines the functionality of a beam splitter and a focusing element (which are used as separate elements in conventional devices), and on the other hand this optical element in turn to be interpreted in such a way that Preferably only a (single) beam detector with a (single) detection area is necessary.
  • a single beam detector or sensor for example a (CCD) camera.
  • the lack of an additional sensor also brings another major advantage in terms of cost savings and reduction in the complexity of the mechanical structure of the detection arrangement. Furthermore, balancing or adjusting/calibrating two beam detectors to one another is no longer necessary. Due to the approach according to the invention, the maximum input beam size is only dependent on the size of the optical element, which can be scaled (up to certain limits) and whose costs, however, correlate less strongly with the size than those of the beam detectors.
  • the optical element could possibly be designed in such a way that it generates the two partial beams with a different polarization, for example such that the first partial beam has a polarization that is essentially perpendicular to the polarization of the second partial beam.
  • a polarizer can then be used to separate the two co-linearly propagating partial beams.
  • the co-linear partial beams could be separated by apertures.
  • the optical element in such a way that the two partial beams have (slightly) different wavelengths so that they could be separated from each other by (spectral) filters.
  • the “position of the focal plane” is understood to mean a point in the beam direction (of the respective beam or partial beam) at which the beam diameter has been reduced to a minimum.
  • the optical element comprises a diffractive or holographic optical element.
  • Other names for the diffractive or holographic optical element that are considered equivalent are: diffractive optical element (DOE for short), holographic optical element (HOE for short), computer-generated hologram (CGH for short) or hologram.
  • DOE diffractive optical element
  • HOE holographic optical element
  • CGH computer-generated hologram
  • both the optical function of a beam splitter and a focusing optical element, such as a lens can be implemented. This allows the number of components and installation space to be reduced. This reduces the complexity of the detection arrangement and also reduces its production and maintenance costs.
  • the detection arrangement is made more flexible, since not only two partial beams (as with a normal beam splitter), but several partial beams can be generated by an appropriate design of the holographic element.
  • the diffractive or holographic optical element can be designed specifically for a wavelength (eg for 1064 nm). Alternatively or additionally, the diffractive or holographic optical element can be designed for several wavelengths (eg 1064 nm and 532 nm) or can be designed for a wavelength range (eg 950 nm to 1150 nm).
  • the analysis of the spots of several, ie more than two, partial beams can under certain circumstances serve to achieve higher accuracy and higher stability or low noise.
  • the optical element may comprise a bifocal or multifocal lens.
  • a focusing optical element such as a lens
  • the optical element can be designed and arranged such that the focal plane of the second partial beam lies on or near the detection surface.
  • the optical element is designed such that the focal plane of the second (or a further) partial beam is approximately 1 mm to 10 mm in front of or behind the detection surface.
  • these values are only intended to provide a rough understanding of a possible configuration. It goes without saying that the principle also works, for example, for focal plane positions of 500 mm in front of or behind the detection surface.
  • both partial beams can also have propagation properties such that their respective focal plane is located far away from the detection area.
  • the optical element is designed such that in addition to the first and second partial beams, at least one, preferably at least two, more preferably at least three, further partial beam(s) can be generated or in such a way that a plurality of Partial beams can be generated.
  • the use of several partial beams and thus the analysis of several spots on the detection surface has an advantageous effect on the noise and the achievable accuracy of the detection arrangement.
  • the optical element is designed such that several partial beams have different propagation properties with respect to the respective position of the focal plane, and/or that at least two partial beam groups are generated, wherein a first partial beam group comprises first partial beams with a first position of the respective focal planes and a second partial beam group comprises second partial beams with a second position of the respective focal planes (which differs from the position the first partial beam group).
  • the optical element is designed such that the propagation properties of the first partial beam remain essentially unaffected by the optical element and/or such that the optical element (also) slightly focuses the first partial beam.
  • “Substantially uninfluenced” is to be understood in particular as meaning that the optical element only influences the corresponding partial beam in the same way as, for example, a plane-parallel (glass) plate that would be arranged in the beam.
  • “Slight focusing” can in particular be understood to mean an effect similar to the effect of a lens with a comparatively large distance between the focal length and the distance between the optical element and the sensor.
  • a configuration has proven to be particularly advantageous in which a distance between the focal plane of the "slightly focused" partial beams and the detector surface is approximately 130 Rayleigh lengths, and the distance the focal plane of the “more focused” partial beams is approximately 13 Rayleigh lengths.
  • the optical element can therefore have at least two focal lengths (for focusing corresponding partial beams), the respective refractive power of which differs (at least) by a factor of 10.
  • the detection arrangement offers sensitivity with regard to a relative offset and also with regard to a relative tilting of the input beam. Focusing the first partial steel slightly offers the advantage (see also above) that larger input beams can be measured or smaller beam detectors can be used, since the resulting beam size on the detection surface is smaller.
  • the beam detector comprises one, in particular a single, image sensor.
  • the image sensor can be designed, for example, as a (CCD) camera or the like. This makes it possible to read images and evaluate them using image processing. Compared to other detectors such as quadrant diodes, the evaluation can achieve a higher absolute accuracy, especially since this procedure does not require calibration or scaling of the measurements, but is based on counting a known pixel size. In this way, the measurement advantageously has no dependence on a spot diameter, a gap between the quadrants or an intensity distribution.
  • the task is also solved by a measuring arrangement for determining the spatial position of a laser beam, the measuring arrangement comprising the following:
  • a computing unit which is connected to the detection arrangement and which is designed to determine or evaluate positions and/or position deviations of the partial beams on the detection surface.
  • the object is also achieved by a method for determining the spatial position of a laser beam, preferably using a detection arrangement according to the invention or a measuring arrangement according to the invention, the method comprising the following steps: a) separating the input laser beam into at least two partial beams by means of a, in particular diffractive, optical element, such that the propagation properties of the first partial beam and the second partial beam differ in the respective propagation direction and in the position of their focal plane; b) detecting the at least two partial beams on a, in particular common, detection surface of a beam detector, preferably with an image sensor; c) determining the positions and/or position deviations of the partial beams on the detection surface of the beam detector.
  • step c) includes determining an offset and a spatial tilt of the (input) laser beam, in particular absolutely, from position deviations of the at least two partial beams on the detection surface.
  • the method and the detection arrangement enable (since the design and mechanical structure are known) that these four degrees of freedom can be extracted as absolute values without further calibration. In conventional methods or arrangements, only relative values are always extracted must be corrected by additional calibration, since, for example, a shift in the x-direction leads to a deflection of the offset measurement value in the same x-direction; However, an actual offset value in this way does not correspond to measured values.
  • a new absolute position of the laser beam can be determined based on the different movement of the different partial beams on the detection surface, without having to apply calibration factors that can be determined experimentally.
  • an offset of 1 mm in the x direction and 0.5 rad in the y direction can be determined according to the invention without further calibration.
  • a change in the beam position of the laser beam can be determined absolutely. If, as described, the coordinate system of the laser beam is viewed as a reference coordinate system, the (new) position of the beam can also be absolutely determined.
  • the offset and/or tilting of the laser beam is determined by iteratively minimizing a difference value ⁇ min between
  • the offset and tilting can preferably be carried out taking into account calculated (theoretical) simulation values with "randomly" selected offsets and tilting and the resulting calculated (relative) position deviations can be compared with the measured (relative) position deviations.
  • relative is to be understood here in particular in such a way that at least two different partial beams with different propagation properties (different positions of the focal plane) are used to extract offset and tilt from the respective position deviations.
  • the difference between calculated position deviations of the partial beams is determined based on a previously determined or measured reference point on the detector surface.
  • the use of a reference point also increases the accuracy of the method and accelerates the determination of the spatial position of the input laser beam.
  • the iterative minimization is carried out using support value tables, each of which contains support values of an equidistant step size, wherein in a first iteration step S1 a first support value table is used, which has a first step size, and the difference value is minimized based on the corresponding support values of the first support value table is, and wherein in a second iteration step S2 a best-fit support value determined in iteration step S1, for which the difference value in iteration step S1 is or is minimal, is used as the center point in a second support value table, and support value limits corresponding to the determined fit support value adjacent support values of the first support value table are selected, and the support values of the second support value table between these support value limits are used to minimize the difference value, wherein a second step size of the second support value table is smaller than the first step size of the first support value table.
  • the task is also solved by a computer-readable (storage) medium which contains instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method (in particular step c) of the method as described above and/or below described developments of the method according to the invention) as described above.
  • a computer-readable (storage) medium which contains instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method (in particular step c) of the method as described above and/or below described developments of the method according to the invention) as described above.
  • FIG. 1A to 1C geometric definitions regarding tilt and offset of a laser beam
  • FIG. 2 an embodiment of an inventive
  • Detection arrangement for detecting the spatial position of a laser beam using two partial beams
  • FIG. 3 a schematic top view of a detection area
  • Beam detector in which two spots are detected by two partial beams with different propagation properties
  • FIG. 4 a further embodiment of a detection arrangement according to the invention for detecting the spatial position a laser beam using multiple partial beams
  • FIG. 5A a schematic top view of a detection area
  • Beam detector in which six spots are detected by six partial beams, with five partial beams having essentially the same propagation properties (optical element with two focal lengths);
  • FIG. 5B a schematic top view of a detection area
  • Beam detector in which six spots are detected by several partial beams, all partial beams having different propagation properties (optical element with several focal lengths);
  • FIG. 6A to 6C show a schematic sequence for determining the spot positions or spot movements according to an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining the spatial position of a laser beam;
  • FIG. 7 a schematic sequence for determining the offset and tilting of the laser beam according to an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining the spatial position of a laser beam using support value tables.
  • FIG. 1A to 1C show geometric definitions regarding the terminology used of a tilt and an offset of a laser beam L (schematically illustrated by the arrow with a larger line width) which propagates in three-dimensional space with the coordinates x, y and z.
  • the following four degrees of freedom are preferably determined: - offset in x direction (Ax),
  • a tilt of the laser beam L is understood to mean a change in the spatial position of the laser beam along the angles a and ⁇ shown (FIG. 1A).
  • An offset in the x-direction is understood to mean that the laser beam shifts in space essentially parallel in the x-direction by the amount Ax (FIG. 1B).
  • An offset in the y-direction is understood to mean that the laser beam shifts in space essentially parallel in the y-direction by the amount Ay (FIG. 1C).
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a detection arrangement 100 according to the invention for detecting the spatial position of an (input) laser beam L using two partial beams Li and L 2 .
  • the laser beam L to be examined can be correspondingly attenuated before the detection arrangement 100 is supplied.
  • a corresponding beam splitter BS can be used, which allows a majority of the laser power to be transmitted and reflects a reflection of the laser beam L in the direction of the detection arrangement 100.
  • the detection arrangement 100 for detecting the spatial position of a laser beam L has a beam detector 10 with a detection surface 11.
  • the beam detector 10 is preferably designed as an image sensor, for example as a (CCD) camera.
  • the detection arrangement has an optical element 20, which is designed such that when the laser beam L (or the branched reflection) impinges on an entrance plane 21, the laser beam L passes through the optical element 20 and thereby enters a first partial beam Li and a second partial beam L 2 is decomposed.
  • the optical element 20 is specifically designed in such a way that the propagation properties of the first partial beam Li and the second partial beam L 2 differ in the respective propagation direction and the position of their focal plane after passing through the optical element 20.
  • the two partial beams Li, L 2 then strike the detection surface 11 of the beam detector 10.
  • the optical element 20 combines the functionality of a beam splitter and a focusing element, so that the detection arrangement 100 can be built compactly and only a single beam detector 100 is required.
  • the optical element 20 may be a holographic (diffractive) optical element.
  • the optical element 20 can be designed as a bifocal lens.
  • the optical element 20 is designed so that the focal plane of the second partial beam L 2 comes to rest on or near the detection surface.
  • the optical element 20 is designed such that the first partial beam Li remains essentially unaffected, i.e. the direction of propagation is neither influenced nor focused.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a detection surface 11 of a beam detector 10 according to an exemplary embodiment, in which two spots of two partial beams Li, L 2 with different propagation properties are detected.
  • the two partial beams Li, L 2 are focused (differently).
  • the first partial beam Li is only slightly focused by means of the optical element 20, while the second partial beam L 2 is focused more strongly, so that its focal plane lies in the vicinity (in the z direction) of the detection surface.
  • the first partial beam Li according to this exemplary embodiment of FIG. 3 is not influenced in its propagation direction (or in that of the incident beam L), but passes through the optical element 20 in the z direction (see FIG. 2) and remains essentially unaffected in the x and y directions.
  • the second partial beam L 2 is influenced by the optical element 20 in both the x and y directions.
  • the second partial beam L 2 could also only be influenced in the x or y direction.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a detection arrangement 100 according to the invention for detecting the spatial position of a laser beam L using several partial beams.
  • the optical element 20 is designed as a holographic element 20 with several focal lengths and designed in such a way that several partial beams are generated.
  • FIG. 4 shows a first partial beam Li and five further partial beams L 2 to L 6 . It goes without saying that this is only of an exemplary nature and that a different number of further partial beams L 2 to L n can also be implemented.
  • the first partial beam Li should either not be focused or be focused slightly by the optical element 20 and its propagation direction should remain essentially unaffected.
  • the further partial beams L 2 to L 6 are each deflected differently by the optical element 20 (in the x and y directions).
  • the optical element 20 can be designed in such a way that all further partial beams L 2 to L 6 are influenced in such a way that their respective focal plane comes to lie on or near the detection surface 11 (FIG. 5A). All spots of the partial beams L 2 to L 6 essentially have the same size.
  • the optical element 20 is designed here in particular as an optical element with two focal lengths.
  • the optical element 20 can also be designed in such a way that all further partial beams L 2 to L 6 are influenced in such a way that their respective focal planes come to lie at different distances (in the z direction) from the detection surface 11 (FIG. 5B) . All spots of the partial beams Li to L 6 therefore have different sizes.
  • the optical element 20 is then designed in particular as an optical element with several (in the specific case shown six) focal lengths.
  • Averaging when evaluating the relative movements of "similar" spots, i.e. partial beams with the same focal length (or the same position of the focal planes, FIG. 5A), can have an advantageous effect on the noise and the achievable accuracy of the detection arrangement 100.
  • the configuration according to FIG. 5B offers a different approach to noise reduction by averaging multiple spots with different focal lengths (different locations of the focal planes).
  • a beam detector 10 for example a (CCD) camera.
  • a suitable camera can be selected.
  • the distance between the optical element 20 and the beam detector 10 or its detection surface 11 can be chosen almost freely.
  • the optical element is irradiated with a wavelength different from the design wavelength (e.g. DOE designed for 1064 nm, irradiation with a laser source at 1074 nm), the diffraction strength of the optical element changes.
  • the partial beams L 2 to L 6 are deflected less or more and hit the camera closer or further away from the center.
  • a deviation from the design wavelength of the optical element 20 can be determined via the deviation in the position of the partial beams L 2 to L 6 . Therefore, according to a possible embodiment of the invention, the detection arrangement 100 can also be used as (a type of) spectrometer and can be used for wavelength monitoring.
  • FIG. 6A to 6C shows a schematic process for determining the spot positions or spot movements according to an exemplary embodiment of the method according to the invention for determining the spatial position of a laser beam L.
  • a detection arrangement 100 (FIG. 2 or FIG. 4) and a computing unit (not shown) connected to the detection unit 100 are used.
  • the computing unit together with the detection arrangement 100, forms a measuring arrangement according to an exemplary embodiment.
  • a first step in order to determine the spatial position of the laser beam L, information (images or image data) from the beam detector is read in using the computing unit - for example as individual images.
  • This information from the beam detector can be evaluated using an evaluation program on the computing unit.
  • the information is read or displayed as a grayscale image (see FIG. 6A).
  • a corresponding resolution depends on the beam detector and can be, for example, 8 bits, which corresponds to a division into 256 different values.
  • image processing is applied to the grayscale image.
  • the images are first binarized, i.e. converted into a black and white image according to a fixed or adaptive limit (see FIG. 6B).
  • This approach makes it possible to determine the center of gravity of the ellipse with sub-pixel precision. Therefore, this approach is advantageous over simply detecting the brightest point/pixel to determine the spot position.
  • All partial beams Li ... L n generated by the optical element 20, or the associated spots on the detection surface 11 of the beam detector 10, have the same sensitivity for a tilt a and / or ⁇ of the input laser beam L, ie at a given tilt angle of the Investigating input laser beam L, all spots of the partial beams Li ... L n move (essentially) to the same extent.
  • a tilt a and/or ß or an offset Ax and/or Ay of the input laser beam L have the effect of a spot movement in the same direction (e.g. tilting of the input laser beam L in the x direction causes a spot movement in the x direction).
  • AXoffset,spotl AXoffset,spot2 — AXtotal,spotl - AXtotal,spot2
  • spoti or “spot 2 ” (...spotn) denotes spots of partial beams Li...L n with different focal lengths (or different diameters on the detection surface 11).
  • Ax offset and axis tilt refer to the measure of a movement of the respective spot on the detection surface in the x direction, which is caused by a beam offset Ax or by the tilt a.
  • Axtotai refers to the entire movement of a spot or a type of spot on the camera in the x direction.
  • the system of equations can be set up analogously for the y-direction.
  • a spot position or a deviation of a spot position can be theoretically calculated for a given offset and tilt of the input beam L. However, it should be noted that the calculation is not necessarily reversible or that this can only be determined with increased computational effort. This means that the existing offset and tilt cannot be deduced directly from the spot position (with a finite amount of time).
  • the expected spot positions on the detection surface 11 are determined for randomly or specifically selected values of tilts a and/or ⁇ or offsets Ax and/or Ay of the input laser beam L.
  • the right part of the equation Eq. (3) can be determined directly from the determination of the relative spot movements recorded by means of the beam detector 10 and determined by means of image processing.
  • the offset Ax is considered to be determined when a difference value 8min, which consists of a difference between the left and right sides of the equation Eq. (3) is formed is minimal.
  • Equation Eq. (5) applies analogously to “other types of spots” (spot 2 ... spot n ), as well as to the y-direction.
  • the right-hand part of the equation can be Eq. (5), equivalent to Eq. (3), through the measurement and evaluation of the data from the beam detector, while the left part of the equation is approximated by varying the tilt angle a.
  • FIG. 7 The functionality of the method according to the invention for determining the spatial position of a laser beam using an iterative approach is shown schematically in FIG. 7 shown.
  • Equation Eq. (3) the minimum deviation of the calculated relative spot movement from the measured relative spot movement is determined, in other words the difference value ömin (see equation (3a)) for the support values from the first support value table LUTi is minimized.
  • the (first) best-fit support value Xi determined in this way serves as the center point for a second support value table LUT 2 , the boundaries of which are the adjacent support points from LUTi xj and x+i.
  • the second support value table has equidistant support values of a second step size AS 2 , which is smaller (finer) than the first step size ASi of the first support value table LUTi.
  • the (second) best-fit support value x“ determined in this way serves as the center point for a further (third) support value table LUT 3 , the boundaries of which are the adjacent support points from LUTi x-“ and x +ii .
  • the third support value table has equidistant support values of a second step size AS 3 , which is smaller (finer) than the second step size AS 2 of the second support value table LUT 2 .
  • Equation Eq. (3a)) for the support values from the third support value table LUT 3 is minimized.
  • the same principle is continued until the triggering in the final base value table LUT 3 corresponds to the required resolution (or better).
  • the number of iteration steps and the number of support value tables can of course differ. For example, only two (instead of the three shown) steps and base value tables are conceivable, or even more than three.
  • the resolution of 0.1 pm required above as an example with a measuring range of ⁇ 2 mm can be achieved using this method with a fixed division of the iterative support value tables, for example in 11 steps, after 88 instead of 40,000 calculations.
  • the detection arrangement 100 or the measuring arrangement which is described in the above exemplary embodiments, as well as the corresponding method for determining the spatial position of a laser beam can be used, for example, in a beam stabilization device.
  • the detection arrangement or the measuring arrangement can determine a spatial position and a deviation from the position of an input laser beam.
  • the laser beam can be adjusted back to its target position (if a deviation from a target position is detected) using appropriately controllable mirrors or other beam-shaping or deflecting optical elements.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektionsanordnung (100) zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls (L), Folgendes umfassend: - einen Strahldetektor (10) mit einer, insbesondere einer einzigen, Detektionsfläche (11); - ein optisches Element (20), das derart ausgelegt ist, dass bei einem Auftreffen eines Laserstrahls (L) auf eine Eintrittsebene (21) des optischen Elements (20), der Laserstrahl (L) beim Durchlaufen des optischen Elements (20) in einen ersten Teilstrahl (L1) und einen zweiten Teilstrahl (L2) zerlegt wird, derart, dass sich die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls (L1) und des zweiten Teilstrahls (L2) in der Lage ihrer jeweiligen Fokalebene und vorzugsweise in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung unterscheiden, wobei die Detektionsanordnung (100) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die beiden Teilstrahlen (L1, L2) auf die Detektionsfläche (11) des Strahldetektors (10) auftreffen.

Description

Detektionsanordnung, Messanordnung sowie Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Detektionsanordnung zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls gemäß Patentanspruch 1, eine Messanordnung zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls gemäß Patentanspruch 9 sowie ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls gemäß Patentanspruch 10.
Um eine hohe Performance von optischen Systemen, wie beispielsweise Lasersystemen oder auch Laser-Scan-Modulen, zu erreichen, muss ein Laserstrahl meist mit hoher Genauigkeit durch transmittierende optische Komponenten oder auf reflektierenden optischen Komponenten geführt werden. Eine entsprechende Justage hierfür wird meist händisch durch einen Benutzer durchgeführt.
Darüber hinaus leidet eine Performance von optischen Systemen (z.B. für Messoder Bearbeitungsanordnungen) an unkontrollierten Schwankungen einer räumlichen Lage des jeweiligen Laserstrahls, welche nach oder während der Justage auftreten.
Diese können zum Beispiel durch (Pointing-)Drift des Lasers oder Drift eines Scansystems bedingt sein. Ebenso können umweltbedingte Einflüsse, wie eine Erwärmung von mechanischen oder optischen Komponenten zu einer Strahlbewegung führen.
Um einer derartigen Bewegung des Laserstrahls entgegenzuwirken, wird gewöhnlich in einem ersten Schritt eine Änderung der räumlichen Lage des Laserstrahls bestimmt und in einem weiteren Schritt entsprechend entgegengesteuert (entweder händisch oder automatisch). Üblicherweise werden für eine Bestimmung der räumlichen Lage zwei getrennte (Bild-)Sensoren verwendet.
Hierfür wird ein Teil eines zu untersuchenden Laserstrahls mit einem Strahlteiler entsprechend in zwei Teilstrahlen geteilt. Ein erster Teilstrahl trifft üblicherweise ohne weitere (fokussierende) Optik auf einen positions-sensitiven Sensor (PSD, position sensitive detector). Der zweite Teilstrahl wird über eine fokussierende Optik, z.B. einer Linse, auf einen zweiten positions-sensitiven Sensor gelenkt.
Dieser Aufbau erlaubt es, aus den relativen Bewegungen der Teilstrahlen, bzw. den relativen Messwerten der beiden Sensoren eine räumliche Lage des Laserstrahls bezüglich eines Referenzpunktes zu extrahieren. Dazu wird sich zunutze gemacht, dass der fokussierte Spot des zweiten Teilstrahls nicht sensitiv gegenüber einem Strahlversatz vor der fokussierenden Optik ist, d.h. bei einem versetzten Auftreffpunkt des Strahls auf die fokussierende Optik, ändert sich die Position des fokussierten Spots auf dem Sensor nicht. Dies kann durch Überlegungen aus der "Fourieroptik" und zur mathematischen Beschreibung des optischen "Fernfelds" hergeleitet werden.
Der erste Teilstrahl, welcher direkt auf den Sensor trifft, ist hingegen sowohl zu einem relativen Versatz als auch zu einer relativen Verkippung des Eingangsstrahls sensitiv. Man spricht vom optischen "Nahfeld".
Durch Ausnutzen dieser unterschiedlichen Sensitivitäten kann somit zuerst die Verkippung in beide Raumrichtungen und anschließend der zweidimensionale Versatz separiert werden.
Nachteile bislang bekannter Geräte, die derartige Messungen durchführen können, sind unter anderem die große Bauform, die Limitierungen in der absoluten Genauigkeit sowie der vergleichsweise hohe Preis, da viele Komponenten verbaut werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Detektionsanordnung bereitzustellen, die es ermöglicht, auf möglichst kompakte und kostengünstige Art und Weise eine hochpräzise Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messanordnung zur Verfügung zu stellen, welche auf möglichst kompakte und kostengünstige Art und Weise eine hochpräzise Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls ermöglicht.
Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls zur Verfügung zu stellen, mittels dessen die Bestimmung der räumlichen Lage besonders vorteilhaft, insbesondere vergleichsweise schnell, durchführbar ist.
Die Aufgabe wird im Hinblick auf eine Detektionsanordnung durch den Gegenstand des Anspruchs 1, im Hinblick auf eine Messanordnung durch den Gegenstand des Anspruchs 9 sowie im Hinblick auf ein Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 10 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Detektionsanordnung zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls gelöst, die Folgendes umfasst:
- einen Strahldetektor mit einer, insbesondere einer einzigen, Detektionsfläche;
- ein optisches Element, das derart ausgelegt ist, dass bei einem Auftreffen eines Laserstrahls (L) auf eine Eintrittsebene des optischen Elements, der Laserstrahl beim Durchlaufen des optischen Elements in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl zerlegt wird, derart, dass sich die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls und des zweiten Teilstrahls in der Lage ihrer jeweiligen Fokalebene und vorzugsweise in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung unterscheiden, wobei die Detektionsanordnung so ausgebildet und angeordnet ist, dass die beiden Teilstrahlen auf die Detektionsfläche des Strahldetektors auftreffen.
Ein wichtiger Gedanke der Erfindung besteht darin, die Anzahl von Komponenten von herkömmlichen Geräten zur Detektion bzw. zur Bestimmung einer räumlichen Strahllage zu reduzieren. Ein Kerngedanke der Erfindung ist es daher, einerseits ein, insbesondere ein einziges, optisches Element bereitzustellen, das die Funktionsweise eines Strahlteilers und eines fokussierenden Elements (die in den herkömmlichen Geräten als separate Elemente verwendet werden) in sich vereint, und andererseits dieses optische Element wiederrum so auszulegen, dass vorzugsweise nur noch ein (einziger) Strahldetektor mit einer (einzigen) Detektionsfläche notwendig ist. Alle Teilstrahlen bzw. deren entsprechende Spots werden erfindungsgemäß auf diese Weise mit einem einzigen Strahldetektor bzw. Sensor, beispielsweise einer (CCD-)Kamera, vermessen. Insgesamt wird so ermöglicht, die Detektionsanordnung besonders kompakt zu bauen. Der Verzicht auf einen weiteren Sensor bringt zudem einen weiteren großen Vorteil in Bezug auf Kostenersparnis und Reduzierung der Komplexität des mechanischen Aufbaus der Detektionsanordnung. Des Weiteren wird eine Ausbalancierung oder Justage/Eichung von zwei Strahldetektoren zueinander hinfällig. Die maximale Eingangsstrahlgröße ist durch den erfindungsgemäßen Ansatz lediglich von der Größe des optischen Elements abhängig, welches (bis zu bestimmen Grenzen) skaliert werden kann, und dessen Kosten aber weniger stark als die der Strahldetektoren mit der Größe korrelieren.
Prinzipiell ist es dabei möglich, die Teilstrahlen (direkt) mittels des optischen Elements räumlich zu trennen, derart, dass sie sich in ihrer jeweiligen Ausbreitungsrichtung unterscheiden. Es ist jedoch genauso denkbar, dass die beiden Teilstrahlen co-linear propagieren und sich (nur) in der jeweiligen Lage der Fokalebenen unterscheiden. Für diese Variante könnte das optische Element unter Umständen so ausgebildet sein, dass es die beiden Teilstrahlen mit einer unterschiedlichen Polarisation erzeugt, z.B. derart, dass der erste Teilstrahl einer Polarisation aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Polarisation des zweiten Teilstrahls ist. Für eine Trennung der beiden co-linear propagierenden Teilstrahlen kann dann ein Polarisator verwendet werden. Alternativ könnten die co-linearen Teilstrahlen durch Blenden getrennt werden. Weiter wäre es auch denkbar, dass optische Element derart auszubilden, dass die beiden Teilstrahlen (leicht) voneinander abweichende Wellenlängen aufweisen, sodass diese durch (Spektral-)Filter voneinander getrennt werden könnten.
Unter der "Lage der Fokalebene" ist im Rahmen dieser Anmeldung ein Punkt in Strahlrichtung (des jeweiligen Strahls oder Teilstrahls) zu verstehen, an dem sich der Strahldurchmesser auf ein Minimum reduziert hat.
In einer Ausführungsform umfasst das optische Element ein diffraktives bzw. holographisches optisches Element. Andere als gleichwertig angesehene Bezeichnungen für das diffraktive bzw. holographische optische Element sind: diffraktives optisches Element (kurz DOE), holographisches optisches Element (kurz HOE), computer-generated hologram (kurz CGH) oder Hologramm. Durch das entsprechende Design des optischen (holographischen) Elements kann sowohl die optische Funktion eines Strahlteilers als auch eines fokussierenden optischen Elements, wie z.B. einer Linse, implementiert werden. Somit lässt sich die Anzahl von Bauteilen und Bauraum reduzieren. Dadurch wird sowohl die Kom plexität der Detektionsanordnung geringer, als auch deren Produktions- und Wartungskosten reduziert. Zudem wird die Detektionsanordnung dadurch flexibler gestaltet, da durch ein entsprechendes Design des holographischen Elements nicht nur zwei Teilstrahlen (wie bei einem gewöhnlichen Strahlteiler), sondern mehrere Teilstrahlen erzeugbar sind. Das diffraktive bzw. holographische optische Element kann dabei speziell für eine Wellenlänge ausgelegt sein (z.B. für 1064 nm). Alternativ oder zusätzlich kann das diffraktive bzw. holographische optische Element für mehrere Wellenlängen (z.B. 1064 nm und 532 nm) ausgelegt sein oder für einen Wellenlängenbereich ausgelegt sein (z.B. 950 nm bis 1150 nm). Die Analyse der Spots von mehreren, d.h. mehr als zwei, Teilstrahlen kann unter Umständen zur Erlangung einer höheren Genauigkeit sowie einer höheren Stabilität bzw. Rauscharmut dienen.
Durch die Mittelung der Bewegung der gleichartigen Strahlen wird z.B. Rauschen (des Lasers, des Auswerteverfahrens, des Bildsensors, ...) und fertigungsbedingte Fehler des optischen Elements (Fertigungstoleranz der „Pixel"/der optischen Struktur) unterdrückt.
Andererseits ist es aber auch denkbar, dass auch alle Teilstrahlen unterschiedliche Propagationseigenschaften (Brennweiten) haben können. Dies führt zu einer anderen Art von Mittelung, da mehr relative Bewegungen verschiedener Strahlarten zueinander bestimmt werden können.
In einer alternativen Ausführungsform kann das optische Element eine bi- oder multifokale Linse umfassen. Dies ermöglicht ebenso, sowohl die optische Funktion eines Strahlteilers als auch die eines fokussierenden optischen Elements, wie z.B. einer Linse, in einem (einzigen) optischen Element zu vereinigen. Auch auf diese Art und Weise kann folglich die Anzahl von Bauteilen und Bauraum reduziert werden. Dadurch wird sowohl die Komplexität der Detektionsanordnung geringer als auch deren Produktions- und Wartungskosten reduziert. In einer Ausführungsform kann das optische Element so ausgebildet und angeordnet sein, dass die Fokalebene des zweiten Teilstrahls auf der oder in der Nähe von der Detektionsfläche liegt. Beispielsweise ist es denkbar, dass das optische Element derart ausgelegt ist, dass die Fokalebene des zweiten (oder eines weiteren) Teilstrahls ca. 1 mm bis 10 mm vor oder hinter der Detektionsfläche liegt. Diese Werte sollen jedoch nur einem groben Verständnis einer möglichen Konfiguration dienen. Es versteht sich von selbst, dass das Prinzip beispielsweise auch für Lagen der Fokalebenen von 500 mm vor oder hinter der Detektionsfläche funktioniert.
Durch eine Lage der Fokalebene des zweiten Teilstrahls, insbesondere im Wesentlichen direkt, auf der Detektionsfläche, kann eine Auswertung der räumlichen Lage vereinfacht bzw. beschleunigt werden, da keine Freiheitsgrade, nämlich Verkippung und Versatz "vermischt" werden. Denn, wenn die Fokalebene direkt auf der Detektionsfläche liegt, ist hier keine Sensitivität gegenüber einer Verkippung des Laserstrahls vor dem optischen Element gegeben.
Beide Teilstrahlen können jedoch auch Propagationseigenschaften aufweisen, derart, dass ihre jeweilige Fokalebene fernab der Detektionsfläche liegt. Dadurch werden zwar die "Freiheitsgrade gemischt", was die Algorithmik für eine entsprechende Auswertung unter Umständen komplizierter macht, andererseits ergeben sich auf diese Weise Vorteile für die Detektionsanordnung. So wird z.B. eine höhere Laserleistung des zu untersuchenden Strahls ermöglicht, da die resultierende Intensität aufgrund des größeren, nicht-fokussierten Spotdurchmessers geringer ist, womit der Zerstörung der Detektionsfläche vorgebeugt wird.
In einer Ausführungsform ist das optische Element so ausgelegt, dass zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Teilstrahl mindestens ein, vorzugsweise mindestens zwei, weiter vorzugsweise mindestens drei, weitere(r) Teilstrahl(en) erzeugbar ist/sind oder derart, dass eine Vielzahl von Teilstrahlen erzeugbar sind. Die Verwendung von mehreren Teilstrahlen und damit die Analyse mehrerer Spots auf der Detektionsfläche wirkt sich vorteilhaft auf das Rauschen und die erreichbare Genauigkeit der Detektionsanordnung aus.
In einer Ausführungsform ist das optische Element derart ausgelegt, dass mehrere Teilstrahlen unterschiedliche Propagationseigenschaften bezüglich der jeweiligen Lage der Fokalebene aufweisen, und/oder dass mindestens zwei Teilstrahlgruppen erzeugt werden, wobei eine erste Teilstrahlgruppe erste Teilstrahlen mit einer ersten Lage der jeweiligen Fokalebenen umfasst und eine zweite Teilstrahlgruppe zweite Teilstrahlen mit einer zweiten Lage der jeweiligen Fokalebenen umfasst (die sich von der Lage der ersten Teilstrahlgruppe unterscheidet).
Dies bietet einen effektiven Ansatz zur Rauschunterdrückung in der Messung. So können verschiedene Spotbewegungen miteinander verglichen werden. Die Vielzahl an relativen Spotbewegungen erlaubt eine redundante Bestimmung der Freiheitsgrade des einfallenden Laserstrahls und eine Mittelung der Ergebnisse. Auf diese Weise kann eine Auswertung beschleunigt und eine Genauigkeit erhöht werden.
Die Ausgestaltung dieser Ausführungsform, wonach mehrere oder alle (ggf. bis auf den ersten Teilstrahl) Teilstrahlen dieselben Propagationseigenschaften, wie z.B. unterschiedliche Propagationsrichtung aber im Wesentlichen gleiche Brennweite, aufweisen, bietet einen weiteren effektiven Ansatz zur Rauschunterdrückungen in der Messung. Auf diese Weise kann über eine relative Bewegung (Abweichung) gleicher Spots der Teilstrahlen mit denselben Propagationseigenschaften gemittelt werden. Auf diese Weise kann eine Genauigkeit deutlich erhöht werden.
In einer Ausführungsform ist das optische Element derart ausgelegt, dass die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls von dem optischen Element im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben und/oder derart, dass das optische Element (auch) den ersten Teilstrahl geringfügig fokussiert. Dabei ist unter "im Wesentlichen unbeeinflusst" insbesondere zu verstehen, dass das optische Element den entsprechenden Teilstrahl lediglich derart beeinflusst, wie z.B. eine planparallele (Glas-)Platte, die in dem Strahl angeordnet wäre. Unter einer "geringfügigen Fokussierung" kann insbesondere eine Wirkung ähnlich der Wirkung einer Linse mit einem vergleichsweisen großen Abstand der Brennweite zum Abstand des optischen Elements zum Sensor verstanden werden.
Beispielsweise hat sich eine Konfiguration als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei der ein Abstand der Fokalebene der "geringfügig fokussierten" Teilstrahlen zur Detektorfläche ca. 130 Rayleighlängen beträgt, und der Abstand der Fokalebene der "stärker fokussierten" Teilstrahlen ca. 13 Rayleighlängen beträgt.
Vorteilhafterweise kann das optische Element also mindestens zwei Brennweiten (zur Fokussierung entsprechender Teilstrahlen) aufweisen, deren jeweilige Brechkraft sich (mindestens) um einen Faktor 10 unterscheidet.
Auf diese Weise bietet die Detektionsanordnung eine Sensitivität bezüglich eines relativen Versatzes und auch bezüglich einer relativen Verkippung des Eingangsstrahls. Den ersten Teilstahl geringfügig zu fokussieren bietet ggf. den Vorteil (siehe auch oben), dass größere Eingangsstrahlen vermessen werden können, bzw. kleinere Strahldetektoren verwendet werden können, da die resultierende Strahlgröße auf der Detektionsfläche kleiner ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Strahldetektor einen, insbesondere einen einzigen, Bildsensor. Der Bildsensor kann beispielsweise als eine (CCD-)Kamera oder dergleichen ausgebildet sein. Dadurch wird ermöglicht, Bilder einzulesen und mittels Bildverarbeitung auszuwerten. Verglichen mit anderen Detektoren wie beispielsweise Quadrantendioden kann so eine höhere absolute Genauigkeit der Auswertung erfolgen, insbesondere da für dieses Vorgehen keine Kalibrierung oder Skalierung der Messungen nötig ist, sondern auf dem Zählen von einer bekannten Pixelgröße beruht. Auf diese Weise besitzt die Messung vorteilhafterweise keine Abhängigkeit von einem Spotdurchmesser, einem Spalt zwischen den Quadranten oder einer Intensitätsverteilung.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch eine Messanordnung zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls gelöst, wobei die Messanordnung Folgendes umfasst:
- eine erfindungsgemäße Detektionsanordnung sowie
- eine Recheneinheit, die mit der Detektionsanordnung verbunden ist und die dazu ausgelegt ist Positionen und/oder Positionsabweichungen der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche zu bestimmen bzw. auszuwerten.
Hieraus ergeben sich dieselben Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Detektionsanordnung beschrieben wurden. Mittels der Recheneinheit kann zudem eine Datenauswertung durch eine Auswertung und/oder eine Bildverarbeitung durchgeführt werden.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls gelöst, vorzugsweise unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Detektionsanordnung oder einer erfindungsgemäßen Messanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Trennen des Eingangslaserstrahls in mindestens zwei Teilstrahlen mittels eines, insbesondere diffraktiven, optischen Elements, derart, dass sich die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls und des zweiten Teilstrahls in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung und in der Lage ihrer Fokalebene unterscheiden; b) Detektieren der mindestens zwei Teilstrahlen auf einer, insbesondere gemeinsamen, Detektionsfläche eines Strahldetektors, vorzugsweise mit einem Bildsensor; c) Bestimmen der Positionen und/oder Positionsabweichungen der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche des Strahldetektors.
Hieraus ergeben sich dieselben Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Detektionsanordnung oder der Messanordnung beschrieben wurden.
In einer Ausführungsform umfasst Schritt c), aus Positionsabweichungen der mindestens zwei Teilstrahlen auf der Detektionsfläche einen Versatz sowie eine räumliche Verkippung des (Eingangs-)Laserstrahls, insbesondere absolut, zu bestimmen.
Damit kann eine räumliche Lage des Laserstrahls eindeutig bestimmt werden. Dies ermöglicht, in einem nachgeschalteten Verfahren, beispielsweise mittels steuerbarer Spiegel, die räumliche Lage des Laserstrahls zu korrigieren, so dass Driftbewegungen und Schwankungen ausgeglichen werden können. Das Verfahren sowie die Detektionsanordnung ermöglichen (da Design und mechanischer Aufbau bekannt sind), dass ohne weitere Kalibrierung, diese vier Freiheitsgrade als Absolutwerte extrahiert werden können. In herkömmlichen Verfahren oder Anordnungen, werden stets nur relative Werte extrahiert, welche durch zusätzliche Kalibrierung korrigiert werden müssen, da z.B. ein Verschieben in x-Richtung zu einem Ausschlag des Offset-Messwerts in dieselbe x-Richtung führt; allerdings stimmt ein tatsächlicher Offsetwert auf diese Weise dann nicht mit gemessenen Werten überein.
Unter "Absolutwerten" und/oder einer "absoluten" Bestimmung der Werte wird dabei vorzugsweise Folgendes verstanden.
Wird beispielsweise eine initiale Lage des Laserstrahls als "Referenzlage" definiert (Offset = 0 mm / 0 mm, Verkippung = 0 rad / 0 rad), kann aufgrund der unterschiedlichen Bewegung der verschiedenen Teilstrahlen auf der Detektionsfläche eine neue absolute Lage des Laserstrahls bestimmt werden, ohne dass experimentell zu bestimmende Kalibrierungsfaktoren angewandt werden müssen.
In anderen Worten: Wenn der Laserstrahl beispielsweise um 1 mm in x-Richtung und 0.5 rad in y-Richtung abweicht, kann erfindungsgemäß ohne weitere Kalibrierung ein Versatz von 1 mm in x-Richtung und 0.5 rad in y-Richtung ermittelt werden.
Das liegt insbesondere daran, dass das Design des optischen Elements (DOE) und/oder ein Ablenkwinkel der Teilstrahlen, sowie der mechanische Aufbau (Abstand optisches Element zu Strahldetektor) bekannt sind. Da insbesondere auch eine Pixelgröße oder dgl. des Detektors bekannt ist, kann eine Bewegung der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche vorzugsweise in SI-Einheiten bestimmt (umgerechnet) werden.
Aufgrund dieser Kenntnis kann eine Änderung der Strahllage des Laserstrahls absolut bestimmt werden. Wenn, wie beschrieben, das Koordinatensystem des Laserstrahls als Referenzkoordinatensystem angesehen wird, ist somit auch die (neue) Lage des Strahls absolut bestimmbar.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die relative Lage des Laserstrahls zur Detektionsanordnung (bzw. dessen Änderung) absolut bestimmt werden. Das heißt, dass absolute Werte (ohne weitere Kalibrierung) ermittelt werden können, wenn die bestimmte Position der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche mit der theoretischen Position der Teilstrahlen bei zentrischen und senkrechten (Offset = 0 mm / 0 mm, Verkippung = 0 rad / 0 rad) Einfall des Eingangsstrahls auf den Sensor verglichen wird.
Damit kann eine räumliche Lage des Laserstrahls bezüglich einer Referenzlage (insbesondere der initialen Lage des Laserstrahls oder auch der initialen relativen Lage zur Detektionsanordnung) eindeutig bestimmt werden.
Insgesamt wird auf die vorgeschlagene Weise also sowohl das Verfahren als auch die Detektionsanordnung selbst vereinfacht und eine Messgenauigkeit erhöht.
In einer Ausführungsform wird der Versatz und/oder die Verkippung des Laserstrahls durch iteratives Minimieren eines Differenzwertes ömin zwischen
- theoretischen relativen Positionsabweichungen der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche, und
- gemessenen relativen Positionsabweichungen der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche, durch Neuberechnen der theoretischen relativen Positionsabweichungen mit veränderten Parametern für Versatz (Ax, Ay) und/oder Verkippung (a, ß) bestimmt.
Bevorzugt kann der Versatz und die Verkippung dabei unter Berücksichtigung von berechneten (theoretischen) Simulationswerten mit "zufällig" gewählten Versätzen und Verkippungen durchgeführt werden und die resultierenden berechneten (relativen) Positionsabweichungen mit den gemessenen (relativen) Positionsabweichungen verglichen werden.
Insgesamt ergibt sich auf diese Art und Weise durch das iterative Minimieren des Differenzwerts ein schnelles und zuverlässiges Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage des Eingangslaserstrahls.
Der Begriff "relativ" ist dabei hier insbesondere derart zu verstehen, dass jeweils mindestens zwei verschiedene Teilstrahlen mit unterschiedlichen Propagationseigenschaften (unterschiedliche Lage der Fokalebene) verwendet werden, um Versatz und Verkippung aus den jeweiligen Positionsabweichungen zu extrahieren.
In einer Ausführungsform wird die Differenz von berechneten Positionsabweichungen der Teilstrahlen anhand eines jeweils vorab bestimmten bzw. gemessenen Referenzpunktes auf der Detektorfläche bestimmt.
Auch durch die Verwendung eines Referenzpunktes wird die Genauigkeit des Verfahrens erhöht und die Bestimmung der räumlichen Lage des Eingangslaserstrahls beschleunigt.
In einer Ausführungsform wird das iterative Minimieren unter Verwendung von Stützwerttabellen ausgeführt, die jeweils Stützwerte einer äquidistanten Schrittweite enthalten, wobei in einem ersten Iterationsschritt S1 eine erste Stützwerttabelle verwendet wird, die eine erste Schrittweite aufweist, und anhand der entsprechenden Stützwerte der ersten Stützwerttabelle der Differenzwert minimiert wird, und wobei in einem zweiten Iterationsschritt S2 ein im Iterationsschritt S1 bestimmter best-fit-Stützwert, für den der Differenzwert in Iterationsschritt S1 minimal ist bzw. wird, als Mittelpunkt in einer zweiten Stützwerttabel le verwendet wird, und Stützwertgrenzen entsprechend der dem best-fit-Stützwert angrenzenden Stützwerte der ersten Stützwerttabelle gewählt werden, und die Stützwerte der zweiten Stützwerttabelle zwischen diesen Stützwertgrenzen verwendet werden, um den Differenzwert zu minimieren, wobei eine zweite Schrittweite der zweiten Stützwerttabelle kleiner ist als die erste Schrittweite der ersten Stützwerttabelle.
Durch diesen Ansatz wird deutlich an benötigter Rechenleistung eingespart, und somit das Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage des Eingangslaserstrahls drastisch beschleunigt. Dies wird dadurch erreicht, dass auf diese Weise entsprechende Spotpositionen nur für wenige Versätze und Verkippungen berechnet werden müssen. Eine mögliche Alternative wäre eine deutlich größere Stützwerttabelle, welche dieselbe Auflösung wie die finale, feine Stützwerttabelle aufweist, jedoch denselben großen Wertebereich wie die erste, grobe Stützwerttabelle abdeckt.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein computerlesbares (Speicher- )Medium gelöst, welches Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren (i nsbesondere Schritt c) des Verfahrens wie vorab beschrieben und/oder nachfolgend beschriebene Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens) wie zuvor beschrieben auszuführen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beschrieben, die anhand der Figuren näher erläutert werden.
Die beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, wie nachfolgend in den Figuren der Zeichnung gezeigt und anhand der Zeichnung beschrieben, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Hierbei zeigen:
FIG. 1A bis 1C geometrische Definitionen bezüglich einer Verkippung und eines Versatzes eines Laserstrahls;
FIG. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Detektionsanordnung zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls unter Verwendung von zwei Teilstrahlen;
FIG. 3 eine schematische Aufsicht auf eine Detektionsfläche eines
Strahldetektors gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Spots von zwei Teilstrahlen mit unterschiedlichen Propagationseigenschaften detektiert werden;
FIG. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionsanordnung zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls unter Verwendung von mehreren Teilstrahlen;
FIG. 5A eine schematische Aufsicht auf eine Detektionsfläche eines
Strahldetektors gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem sechs Spots von sechs Teilstrahlen detektiert werden, wobei fünf Teilstrahlen im Wesentlichen dieselben Propagationseigenschaften aufweisen (optisches Element mit zwei Brennweiten);
FIG. 5B eine schematische Aufsicht auf eine Detektionsfläche eines
Strahldetektors gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem sechs Spots von mehreren Teilstrahlen detektiert werden, wobei alle Teilstrahlen unterschiedliche Propagationseigenschaften aufweisen (optisches Element mit mehreren Brennweiten);
FIG. 6A bis 6C ein schematischer Ablauf zur Bestimmung der Spotpositionen bzw. Spotbewegungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls;
FIG. 7 ein schematischer Ablauf zur Bestimmung des Versatzes und der Verkippung des Laserstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls unter Verwendung von Stützwerttabellen.
In FIG. 1A bis 1C sind geometrische Definitionen bezüglich der verwendeten Terminologie einer Verkippung und eines Versatzes eines Laserstrahls L (schematisch verdeutlicht durch den Pfeil mit größerer Strichstärke) gezeigt, der sich im dreidimensionalen Raum mit den Koordinaten x, y und z ausbreitet.
Zur Bestimmung der Lage des Laserstrahls im dreidimensionalen Raum bezüglich eines Referenzpunktes werden vorzugsweise folgende vier Freiheitsgrade bestimmt: - Versatz in x-Richtung (Ax),
- Versatz in y-Richtung (Ay),
- Verkippung in x-Richtung (a),
- Verkippung in y-Richtung (ß).
Unter einer Verkippung des Laserstrahls L wird eine Veränderung der räumlichen Lage des Laserstrahls entlang der gezeigten Winkel a und ß verstanden (FIG. 1A).
Unter einem Versatz in x-Richtung (Ax) wird dabei verstanden, dass sich der Laserstrahl im Raum im Wesentlichen parallel in x-Richtung um den Betrag Ax verschiebt (FIG. 1B).
Unter einem Versatz in y-Richtung (Ay) wird dabei verstanden, dass sich der Laserstrahl im Raum im Wesentlichen parallel in y-Richtung um den Betrag Ay verschiebt (FIG. 1C).
In FIG. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionsanordnung 100 zur Detektion der räumlichen Lage eines (Eingangs-)Laserstrahls L unter Verwendung von zwei Teilstrahlen Li und L2 dargestellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zu untersuchende Laserstrahl L entsprechend abgeschwächt werden, bevor der Detektionsanordnung 100 zugeführt wird. Hierfür kann beispielsweise ein entsprechender Strahlteiler BS verwendet werden, der einen Hauptanteil der Laserleistung transmittieren lässt und einen Reflex des Laserstrahls L in Richtung der Detektionsanordnung 100 reflektiert.
Es ist jedoch ggf. auch denkbar (beispielsweise bei niedrigen Laserleistungen), den Laserstrahl L direkt oder mit Hilfe von Spiegeln (ohne Strahlteiler BS) in die Detektionsanordnung 100 einzukoppeln.
Die Detektionsanordnung 100 zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls L, weist einen Strahldetektor 10 mit einer Detektionsfläche 11 auf. Der Strahldetektor 10 ist bevorzugt als Bildsensor, beispielsweise als eine (CCD-)Kamera, ausgebildet.
Ferner weist die Detektionsanordnung ein optisches Element 20 auf, das derart ausgelegt ist, dass bei einem Auftreffen des Laserstrahls L (bzw. des abgezweigten Reflexes) auf eine Eintrittsebene 21 der Laserstrahl L das optische Element 20 durchläuft und dabei in einen ersten Teilstrahl Li und einen zweiten Teilstrahl L2 zerlegt wird.
Dabei ist das optische Element 20 speziell derart ausgelegt, dass sich die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls Li und des zweiten Teilstrahls L2 nach dem Durchlaufen des optischen Elements 20 in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung und der Lage ihrer Fokalebene unterscheiden.
Anschließend treffen die beiden Teilstrahlen Li, L2 auf die Detektionsfläche 11 des Strahldetektors 10 auf.
Das optische Element 20 vereint dabei die Funktionsweise eines Strahlteilers und eines fokussierenden Elements, so dass die Detektionsanordnung 100 kompakt gebaut werden kann und lediglich ein einziger Strahldetektor 100 benötigt wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem optischen Element 20 um ein holographisches (diffraktives) optisches Element handeln. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das optische Element 20 als bifokale Linse ausgebildet sein.
Das optische Element 20 ist dabei so ausgelegt, dass die Fokalebene des zweiten Teilstrahls L2 auf der oder in der Nähe von der Detektionsfläche zu liegen kommt.
Ferner ist das optische Element 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel derart ausgelegt, dass der erste Teilstrahl Li im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt, also weder die Propagationsrichtung beeinflusst noch fokussiert wird.
In FIG. 3 ist eine schematische Aufsicht auf eine Detektionsfläche 11 eines Strahldetektors 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zwei Spots von zwei Teilstrahlen Li, L2 mit unterschiedlichen Propagationseigenschaften detektiert werden. In diesem gezeigten Beispiel werden die beiden Teilstrahlen Li, L2 (unterschiedlich) fokussiert. Der erste Teilstrahl Li wird dabei nur geringfügig mittels des optischen Elements 20 fokussiert, während der zweite Teilstrahl L2 stärker fokussiert wird, so dass seine Fokalebene in der Nähe (in z-Richtung) der Detektionsfläche liegt.
Ferner wird der erste Teilstrahl Li gemäß diesem Ausführungsbeispiel der FIG. 3 in seiner Propagationsrichtung (bzw. in der des einfallenden Strahls L) nicht beeinflusst, sondern passiert das optische Element 20 in z-Richtung (siehe FIG. 2) und bleibt dabei in x- und y- Richtung im Wesentlichen unbeeinflusst.
Der zweite Teilstrahl L2 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel hingegen sowohl in x- als auch in y- Richtung von dem optischen Element 20 beeinflusst. Alternativ könnte der zweite Teilstrahl L2 auch nur in x- oder in y-Richtung beeinflusst werden.
In FIG. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektionsanordnung 100 zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls L unter Verwendung von mehreren Teilstrahlen gezeigt.
Das optische Element 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als holographisches Element 20 mit mehreren Brennweiten ausgebildet und derart ausgelegt, dass mehrere Teilstrahlen erzeugt werden.
In FIG. 4 sind ein erster Teilstrahl Li sowie fünf weitere Teilstrahlen L2 bis L6 dargestellt. Dabei versteht es sich von selbst, dass dies lediglich beispielhafter Natur ist, und genauso eine andere Anzahl an weiteren Teilstrahlen L2 bis Ln umgesetzt werden kann.
Ähnlich wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel soll hier der erste Teilstrahl Li entweder nicht oder geringfügig durch das optische Element 20 fokussiert werden und seine Propagationsrichtung im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben.
Die weiteren Teilstrahlen L2 bis L6 werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel von dem optischen Element 20 jeweils unterschiedlich abgelenkt (in x- und y- Richtung). Dabei kann das optische Element 20 so ausgelegt sein, dass alle weiteren Teilstrahlen L2 bis L6 so beeinflusst werden, dass ihre jeweilige Fokalebene auf oder in der Nähe von der Detektionsfläche 11 zu liegen kommt (FIG. 5A). Alle Spots der Teilstrahlen L2 bis L6 haben so im Wesentlichen die selbe Größe. Das optische Element 20 ist hier insbesondere als optisches Element mit zwei Brennweiten ausgebildet.
Alternativ kann das optische Element 20 aber auch so ausgelegt sein, dass alle weiteren Teilstrahlen L2 bis L6 so beeinflusst werden, dass ihre jeweilige Fokalebene in unterschiedlichen Entfernungen (in z-Richtung) von der Detektionsfläche 11 zu liegen kommen (FIG. 5B). Alle Spots der Teilstrahlen Li bis L6 haben somit unterschiedliche Größen. Das optische Element 20 ist dann insbesondere als optisches Element mit mehreren (im konkreten gezeigten Fall sechs) Brennweiten ausgebildet.
Eine Mittelung bei der Auswertung der relativen Bewegungen "gleichartiger" Spots, d.h. Teilstrahlen mit derselben Brennweite (bzw. gleicher Lage der Fokalebenen, FIG. 5A), kann sich vorteilhaft auf das Rauschen und die erzielbare Genauigkeit der Detektionsanordnung 100 auswirken.
Die Konfiguration gemäß FIG. 5B bietet einen anderen Ansatz zur Rauschunterdrückung durch Mittelung mehrerer Spots mit unterschiedlichen Brennweiten (unterschiedlicher Lage der Fokalebenen).
Grundsätzlich können verschiedene Spotbewegungen miteinander verglichen werden. Die Vielzahl an relativen Spotbewegungen erlaubt eine redundante Bestimmung der Freiheitsgrade des einfallenden Laserstrahls L und eine Mittelung der Ergebnisse.
Wie bereits vorab beschrieben, wird die Lage und Bewegung aller von dem optischen Element 20 erzeugten Teilstrahlen Li bis Ln mit einem Strahldetektor 10, beispielsweise einer (CCD-)Kamera, aufgenommen und vermessen.
Je nach Anforderung an Genauigkeit und Geschwindigkeit kann dabei eine passende Kamera gewählt werden. Ebenso ist der Abstand zwischen dem optischen Element 20 und dem Strahldetektor 10 bzw. dessen Detektionsfläche 11 nahezu frei wählbar. Ferner ist es gemäß einem weiterführenden Aspekt der Erfindung möglich, dass aus einem (mittleren) Abstand der Teilstrahlen L2 bis L6, die vorzugsweise auf einem Orbit (siehe z.B. FIG. 5A oder 5B) um Teilstrahl Li herum angeordnet sind, auf eine (gewichtete Zentral-)Wellenlänge des eingestrahlten Lichts geschlossen werden kann. Bei Bestrahlung des optischen Elements mit einer zur Designwellenlänge verschiedenen Wellenlänge (z.B. DOE für 1064 nm ausgelegt, Bestrahlung mit Laserquelle mit 1074 nm) verändert sich die Beugungsstärke des optischen Elements. Die Teilstrahlen L2 bis L6 werden weniger oder stärker abgelenkt und treffen näher oder weiter entfernt zum Zentrum auf die Kamera. Insbesondere kann so eine Abweichung von der Designwellenlänge des optischen Elements 20 über die Abweichung der Lage der Teilstrahlen L2 bis L6 bestimmt werden. Daher ist die Detektionsanordnung 100 gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung auch als (eine Art) Spektrometer verwendbar und kann zur Wellenlängenüberwachung eingesetzt werden.
In FIG. 6A bis 6C ist ein schematischer Ablauf zur Bestimmung der Spotpositionen bzw. Spotbewegungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls L gezeigt.
Hierfür wird eine Detektionsanordnung 100 (FIG. 2 oder FIG. 4) sowie eine mit der Detektionseinheit 100 verbundene (nicht dargestellte) Recheneinheit verwendet. Die Recheneinheit bildet zusammen mit der Detektionsanordnung 100 eine Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In einem ersten Schritt werden für eine Bestimmung der räumlichen Lage des Laserstrahls L Informationen (Bilder bzw. Bilddaten) des Strahldetektors mittels der Recheneinheit eingelesen - z.B. als Einzelbilder.
Diese Informationen des Strahldetektors können mit einem Auswerteprogramm auf der Recheneinheit ausgewertet werden.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Informationen als Graustufenbild eingelesen bzw. dargestellt (siehe FIG. 6A).
Eine entsprechende Auflösung hängt von dem Strahldetektor ab und kann beispielsweise 8 Bit betragen, was einer Aufteilung in 256 verschiedenen Werten entspricht. Zur hochgenauen Bestimmung der Spotpositionen der einzelnen Teilstrahlen wird eine Bildverarbeitung auf das Graustufenbild angewendet.
Dazu werden die Bilder zuerst binarisiert, d.h. in ein Schwarz-Weiß-Bild entsprechend einem fixen oder adaptiven Grenzwert konvertiert (siehe FIG. 6B).
Anschließend wird z.B. eine Ellipsen-Detektion durchgeführt und der Schwerpunkt der Spots extrahiert (siehe FIG. 6C).
Dies geschieht z.B. über eine automatisierte Gewichtung der zum jeweiligen Spot beitragenden Pixel.
Durch diesen Ansatz ist es möglich, subpixelgenau den Ellipsenschwerpunkt zu bestimmen. Daher ist dieser Ansatz vorteilhaft gegenüber einer einfachen Detektion des hellsten Punktes / Pixels zur Bestimmung der Spotposition.
Durch Mitteln mehrerer Kamerabilder zur Rauschunterdrückung und zweidimensionaler Interpolation in den Bereichen der Spots zur Erhöhung der Auflösung, kann die Genauigkeit der Schwerpunkts-Bestimmung weiter erhöht werden.
Beispielsweise ist mit dieser Methode eine Auflösung / Genauigkeit von 0.005 Pixel, was bei einer typischen Pixelkantenlänge von 4.65 pm etwa 23.25 nm entspricht, möglich.
Unter Bezugnahme auf FIG. 6A bis 6C wurde beschrieben, wie Spotpositionen der Teilstrahlen auf der Detektionsfläche 11 des Strahldetektors 10, bzw. deren Bewegung mittels Aufnahme und Auswertung eines (Kamera-)bildes bestimmt werden können.
Im Folgenden wird beschrieben, wie mittels dieser Auswertung bestimmt werden kann, welcher Anteil der Spotbewegungen aus einem Versatz Ax und/oder Ay und welcher Anteil aus einer Verkippung a und/oder ß des Eingangslaserstrahls L resultiert.
Dazu werden insbesondere folgende Annahmen getroffen: Alle von dem optischen Element 20 generierten Teilstrahlen Li ... Ln, bzw. die zugehörigen Spots auf der Detektionsfläche 11 des Strahldetektors 10, haben dieselbe Sensitivität für eine Verkippung a und/oder ß des Eingangslaserstrahls L, d.h. bei einem gegebenen Kippwinkel des zu untersuchenden Eingangslaserstrahls L bewegen sich alle Spots der Teilstrahlen Li ... Ln (im Wesentlichen) im selben Maße.
Die Sensitivität der von dem optischen Element 20 generierten Teilstrahlen Li ... Ln, bzw. die der entsprechend zugehörigen Spots auf der Detektionsfläche 11 des Strahldetektors 10, bezüglich eines Versatzes Ax und/oder Ay des zu untersuchenden Eingangslaserstrahls L vor dem optischen Element 20 hängt nach dem Strahlensatz von ihrer jeweiligen Brennweite (Lage der jeweiligen Fokalebene gegenüber der Detektionsfläche 11) ab.
Der Einfluss von Versatz Ax und/oder Ay und Verkippung a und/oder ß des Eingangslaserstrahls L auf die Positionen der jeweiligen Spots ist unabhängig voneinander.
Eine Verkippung a und/oder ß oder ein Versatz Ax und/oder Ay des Eingangslaserstrahls L wirken sich durch eine Spotbewegung in dieselbe Richtung aus (z.B. Verkippung des Eingangslaserstrahls L in x-Richtung bewirkt Spotbewegung in x-Richtung).
Diese Annahmen erlauben es, das folgende Gleichungssystem aufzustellen und zu lösen:
GL (1) AXversatz,spotl + AXverkippung,spotl — AXtotal,spotl
GL (2) AXversatz,spot2 + AXverkippung,spot2 — AXtotal,spot2
Gleichung Gl. (3) erhält man aus der Differenz von Gleichung Gl. (2) und Gleichung Gl. (1) sowie der Annahme AxVerkippung,spoti = AxVerkipP ung,spot2-
Gl. (3) AXversatz,spotl" AXversatz,spot2 — AXtotal,spotl - AXtotal,spot2 "spoti" bzw. "spot2" (... spotn) bezeichnet in den Gleichungen dabei jeweils Spots von Teilstrahlen Li ... Ln mit unterschiedlicher Brennweite (bzw. unterschiedlichem Durchmesser auf der Detektionsfläche 11).
Axversatz und Axverkippung bezeichnen das Maß für eine Bewegung des jeweiligen Spots auf der Detektionsfläche in x-Richtung, welche durch einen Strahlversatz Ax, bzw. durch die Verkippung a bedingt sind.
Axtotai bezeichnet die gesamte Bewegung eines Spots oder einer Spot-Art auf der Kamera in x-Richtung.
Das Gleichungssystem kann analog für die y-Richtung aufgestellt werden.
Ebenso gilt sie für jede relative Beziehung von Teilstrahlen Li ... Ln mit unterschiedlicher Brennweite (und daher insbesondere auch für die Betrachtung eines Systems mit einer Vielzahl von unterschiedlich stark fokussierten Teilstrahlen und aller sich daraus ergebenden relativen Beziehungen).
Eine Spotposition oder eine Abweichung einer Spotposition kann bei einem gegebenen Versatz und gegebener Verkippung des Eingangsstrahls L theoretisch berechnet werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Berechnung nicht zwingend reversibel ist bzw. dies unter Umständen nur mit einem erhöhten Rechenaufwand ermittelt werden kann. Das bedeutet, dass aus der Spotposition nicht direkt (mit endlichem Zeitaufwand) auf den vorliegenden Versatz und die Verkippung geschlossen werden kann.
Stattdessen werden erfindungsgemäß für zufällig oder bestimmt gewählte Werte von Verkippungen a und/oder ß oder Versätzen Ax und/oder Ay des Eingangslaserstrahls L die erwarteten Spotpositionen auf der Detektionsfläche 11 bestimmt.
Diese (theoretischen) Werte werden in Stützwerttabellen (Look-Up tables) LUTi, LUT2, LUT3, ... , LUTn, gespeichert, die diese Korrelation in tabellarischer Form beinhalten. Zur Lösung der obigen Gleichung Gl. (3) werden daher die Spotpositionen für verschiedene Versätze bzgl. eines Referenzpunkts (z.B. bzgl. der vorherigen Messung) in x-Richtung berechnet.
Anschließend wird die Differenz der relativen Änderung der Spotposition oder die relative Spotbewegung oder die Differenz der Spotbewegungen, bestimmt. Dies entspricht dem linken Teil der Gleichung Gl. (3).
Der rechte Teil der Gleichung Gl. (3) kann direkt aus der Bestimmung der, mittels des Strahldetektors 10 aufgenommenen und mittels Bildverarbeitung bestimmten, relativen Spotbewegungen ermittelt werden.
Der Versatz Ax gilt als bestimmt, wenn ein Differenzwert 8min, der aus einer Differenz zwischen linker und rechter Seite der Gleichung Gl. (3) gebildet wird, minimal ist.
Gl. (3a) 8min = (AXversatz,spotl “ AXversatz,spot2) — (AXtotal,spotl “ AXtotal,spot2)
Anschließend kann die versatzabhängige Bewegung der Spots von der Gesamtbewegung abgezogen werden, sodass der verkippungsabhängige Teil übrigbleibt:
Gl. (4) AXversatz,spotl + AXverkippung,spotl = AXtotal,spotl | “ AXversatz,spotl
Gl. (5) AXverkippung,spotl = AXtotal,spotl “ AXversatz,spotl
Gleichung Gl. (5) gilt analog für "andere Arten von Spots" (spot2 ... spotn), sowie für die y-Richtung.
Wieder kann der rechte Teil der Gleichung Gl. (5), äquivalent zur Gleichung Gl. (3), über die Messung und Auswertung der Daten des Strahldetektors bestimmt werden, während der linke Teil der Gleichung durch Variation des Kippwinkels a approximiert wird.
Problematisch bei der gewöhnlichen Lösung dieses Ansatzes ist die Kombination der einerseits hohen gewünschten Auflösung im pm/prad- und sub-pm/sub-prad- Bereich und eines andererseits großen Messbereichs. Angenommen der Versatz in x-Richtung Ax soll mit einer Auflösung von 0.1 pm bei einem Messbereich von ± 2 mm bestimmt werden.
Dies würde eine Stützwerttabelle mit 40.000 Einträgen zu den äquidistant verteilten Schritten nach sich ziehen.
Da die Bestimmung der vier Freiheitsgrade der Strahllage jedoch für viele Anwendung live und innerhalb von wenigen Hundert Mikrosekunden bis wenigen Sekunden durchgeführt werden muss, stellt dies ein Problem dar.
Daher wird erfindungsgemäß ein neuartiger Ansatz eines "iterativen Look-Up- Tables" vorgeschlagen.
Die Funktionsweise für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls mit iterativem Ansatz ist schematisch in FIG. 7 dargestellt.
Zu Beginn des Verfahrens wird in einem ersten Schritt S1 eine vergleichsweise grobe, erste Stützwerttabelle LUTi mit weit entfernten, äquidistanten Stützwerten einer ersten Schrittweite ASi, die den gesamten Wertebereich (Messbereich, Größe/Fläche der Detektionsfläche 11) abdeckt, erstellt.
Nach Gleichung Gl. (3) wird die minimale Abweichung der berechneten relativen Spotbewegung zur gemessenen relativen Spotbewegung bestimmt, in anderen Worten der Differenzwert ömin (vgl. Gleichung Gl. (3a)) für die Stützwerte aus der ersten Stützwerttabelle LUTi minimiert.
Der so bestimmte (erste) best-fit-Stützwert Xi dient als Mittelpunkt für eine zweite Stützwerttabelle LUT2, dessen Grenzen die angrenzenden Stützstellen aus LUTi x.j und x+i sind.
Die zweite Stützwerttabelle weist äquidistante Stützwerte einer zweiten Schrittweite AS2 auf, die kleiner (feiner) ist als die erste Schrittweite ASi der ersten Stützwerttabelle LUTi.
Nach Gleichung Gl. (3) wird nun erneut in einem zweiten Schritt S2 die minimale Abweichung der berechneten relativen Spotbewegung zur gemessenen relativen Spotbewegung bestimmt, in anderen Worten der Differenzwert ömin (vgl. Gleichung Gl. (3a)) für die Stützwerte aus der zweiten Stützwerttabelle LUT2 minimiert.
Der so bestimmte (zweite) best-fit-Stützwert x„ dient als Mittelpunkt für eine weitere (dritte) Stützwerttabelle LUT3, dessen Grenzen die angrenzenden Stützstellen aus LUTi x-„ und x+ii sind.
Die dritte Stützwerttabelle weist äquidistante Stützwerte einer zweiten Schrittweite AS3 auf, die kleiner (feiner) ist als die zweite Schrittweite AS2 der zweiten Stützwerttabelle LUT2.
Nach Gleichung Gl. (3) wird nun erneut in einem dritten Schritt S3 die minimale Abweichung der berechneten relativen Spotbewegung zur gemessenen relativen Spotbewegung bestimmt, in anderen Worten der Differenzwert ömin (vgl.
Gleichung Gl. (3a)) für die Stützwerte aus der dritten Stützwerttabelle LUT3 minimiert.
Der so bestimmte (dritte) best-fit-Stützwert X kann nun als tatsächliche Lösung verwendet werden oder alternativ als Mittelpunkt für eine weitere Stützwerttabelle LUTn, dessen Grenzen die angrenzenden Stützstellen aus LUT3 x-iü und x+iü sind.
Der Wertebereich wird damit signifikant kleiner, die Auflösung steigt hingegen aufgrund der fixen Einteilung in eine bestimmte Anzahl von Stützwerten.
Dasselbe Prinzip wird fortgeführt bis die Auslösung in der finalen Stützwerttabelle LUT3 der geforderten Auflösung (oder besser) entspricht. Dabei kann die Anzahl der Iterationsschritte und die Anzahl der Stützwerttabellen selbstverständlich abweichen. Beispielsweise sind auch nur zwei (statt den gezeigten drei) Schritte und Stützwerttabellen denkbar oder auch mehr als drei.
Die oben beispielhaft geforderte Auflösung von 0.1 pm bei einem Messbereich von ± 2 mm kann mittels dieses Verfahrens bei einer fixen Aufteilung der iterativen Stützwerttabellen beispielsweise in 11 Schritten bereits nach 88 statt 40.000 Berechnungen erreicht werden. In einer möglichen Erweiterung der Erfindung ist es möglich, bei der Berechnung zur Bestimmung der räumlichen Lage des Laserstrahls auch die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts zur berücksichtigen, sodass erwartete Strahlpositionen abhängig von einer Wellenlänge der Bestrahlung berechnet werden können . Dies kann beispielsweise bei einer Bestrahlung mit 532 nm bei einem optischen Element, das für 1064 nm ausgelegt ist, erfolgen. Mittels einer derartigen Berechnung wird ein (theoretischer) Nutzwellenlängenbereich der erfindungsgemäßen Messanordnung deutlich vergrößert.
Die Detektionsanordnung 100 bzw. die Messanordnung, die in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben ist sowie das entsprechende Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls kann beispielsweise in einer Strahlstabilisierungsvorrichtung verwendet werden. Hierfür kann die Detektionsanordnung bzw. die Messanordnung eine räumliche Lage sowie eine Abweichung von der Lage eines Eingangslaserstrahls bestimmen. Über entsprechend steuerbare Spiegel oder sonstige strahlformende oder ablenkende optische Elemente kann (bei detektierter Abweichung von einer Soll -Lage) der Laserstrahl auf seine Soll-Lage zurück justiert werden.
Bezuqszeichenliste
100 Detektionsanordnung
L (Eingangs-)Laserstrahl bzw. zu untersuchender Laserstrahl
10 Strahldetektor
11 Detektionsfläche
20 optisches Element
21 Eintrittsebene des optischen Elements
Li erster Teilstrahl
L2 zweiter Teilstrahl
Ln weiterer Teilstrahl

Claims

Ansprüche Detektionsanordnung (100) zur Detektion der räumlichen Lage eines Laserstrahls (L), Folgendes umfassend:
- einen Strahldetektor (10) mit einer, insbesondere einer einzigen, Detektionsfläche (11);
- ein optisches Element (20), das derart ausgelegt ist, dass bei einem Auftreffen eines Laserstrahls (L) auf eine Eintrittsebene (21) des optischen Elements (20), der Laserstrahl (L) beim Durchlaufen des optischen Elements (20) in einen ersten Teilstrahl (Li) und einen zweiten Teilstrahl (L2) zerlegt wird, derart, dass sich die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls (Li) und des zweiten Teilstrahls (L2) in der Lage ihrer jeweiligen Fokalebene und vorzugsweise in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung unterscheiden, wobei die Detektionsanordnung (100) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die beiden Teilstrahlen (Li, L2) auf die Detektionsfläche (11) des Strahldetektors (10) auftreffen. Detektionsanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20) ein diffraktives (holographisches) optisches Element (20) umfasst. Detektionsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20) eine bifokale oder multifokale Linse (20) umfasst. Detektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Fokalebene des zweiten Teilstrahls (L2) auf der oder in der Nähe von der Detektionsfläche (11) liegt. Detektionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20) derart ausgelegt ist, dass zusätzlich zu dem ersten (Li) und dem zweiten Teilstrahl (L2) mindestens ein, vorzugsweise mindestens zwei, weiter vorzugsweise mindestens drei, weitere(r) Teilstrahl(en) (1_3, L4, L5, ..., Ln) erzeugbar ist/sind, oder derart, dass eine Vielzahl von Teilstrahlen (Li, L2, L3, ..., Ln) erzeugbar ist/sind. Detektionsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20) dabei derart ausgelegt ist,
- dass mehrere Teilstrahlen (Li, L2, L3, ..., Ln) unterschiedliche Propagationseigenschaften bezüglich der jeweiligen Lage der Fokalebene aufweisen, und/oder
- dass mindestens zwei Teilstrahlgruppen erzeugt werden, wobei eine erste Teilstrahlgruppe erste Teilstrahlen (Li, L3, L5) mit einer ersten Lage der jeweiligen Fokalebenen umfasst, und eine zweite Teilstrahlgruppe zweite Teilstrahlen (L2, L4, L6) mit einer zweiten Lage der jeweiligen Fokalebenen umfasst. Detektionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (20) derart ausgelegt ist, dass die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls (Li) von dem optischen Element (20) im Wesentlichen unbeeinflusst bleiben und/oder so, dass es den ersten Teilstrahl (Li) geringfügig fokussiert. Detektionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahldetektor (10) einen, insbesondere einen einzigen, Bildsensor umfasst. Messanordnung zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls (L), umfassend:
- eine Detektionsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie - eine Recheneinheit, die mit der Detektionsanordnung verbunden ist und die dazu ausgelegt ist, Positionen und/oder Positionsabweichungen der Teilstrahlen (Li, L2, L3, ..., Ln) auf der Detektionsfläche (11) zu bestimmen. Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls (L), vorzugsweise unter Verwendung einer Detektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder einer Messanordnung nach Anspruch 9, folgende Schritte umfassend: a) Trennen des Laserstrahls (L) in mindestens zwei Teilstrahlen (Li, L2) mittels eines, insbesondere diffraktiven, optischen Elements (20), derart, dass sich die Propagationseigenschaften des ersten Teilstrahls (Li) und des zweiten Teilstrahls (L2) in der jeweiligen Ausbreitungsrichtung und in der Lage ihrer Fokalebene unterscheiden; b) Detektieren der mindestens zwei Teilstrahlen (Li, L2) des Laserstrahls (L) auf einer, insbesondere gemeinsamen, Detektionsfläche (11) eines Strahldetektors (10), vorzugsweise mit einem Bildsensor (10); c) Bestimmen der Positionen und/oder Positionsabweichungen der Teilstrahlen (Li, L2) auf der Detektionsfläche (11) des Strahldetektors (10). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
Schritt c) umfasst, aus Positionsabweichungen der mindestens zwei Teilstrahlen (Li, L2) auf der Detektionsfläche (11) einen Versatz (Ax, Ay) sowie eine räumliche Verkippung (a, ß) des Laserstrahls (L) absolut zu bestimmen. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (Ax, Ay) und/oder die Verkippung (a, ß) des Laserstrahls (L) durch iteratives Minimieren eines Differenzwertes (5min) zwischen
- theoretischen relativen Positionsabweichungen der Teilstrahlen (Li, L2) auf der Detektionsfläche (11), und
- gemessenen relativen Positionsabweichungen der Teilstrahlen (Li, L2) auf der Detektionsfläche (11), durch Neuberechnen der theoretischen relativen Positionsabweichungen mit veränderten Parametern für Versatz (Ax, Ay) und/oder die Verkippung (a, ß) bestimmt wird/werden. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz von berechneten Positionsabweichungen der Teilstrahlen (Li, L2) anhand eines jeweils vorab bestimmten bzw. gemessenen Referenzpunktes auf der Detektorfläche (11) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das iterative Minimieren unter Verwendung von Stützwerttabellen (LUT1, LUT2, LUT3) ausgeführt wird, die jeweils Stützwerte einer äquidistanten Schrittweite (ASi, AS2, AS3) enthalten, wobei in einem ersten Iterationsschritt S1 eine erste Stützwerttabelle (LUT1) verwendet wird, die eine erste Schrittweite (ASi) aufweist, und anhand der entsprechenden Stützwerte der ersten Stützwerttabelle (LUT1) der Differenzwert (5min) minimiert wird, wobei in einem zweiten Iterationsschritt S2 ein in Iterationsschritt S1 bestimmter best-fit-Stützwert (xi), für den der Differenzwert (5min) in Iterationsschritt S1 minimal ist bzw. wird, als Mittelpunkt in einer zweiten Stützwerttabelle (LUT2) verwendet wird, und Stützwertgrenzen entsprechend der dem best-fit-Stützwert (xi) angrenzenden Stützwerte (x.j, x+i) der ersten Stützwerttabelle (LUT1) gewählt werden, und die Stützwerte der zweiten Stützwerttabelle (LUT2) zwischen diesen Stützwertgrenzen verwendet werden, um den Differenzwert (5min) zu minimieren, wobei eine zweite Schrittweite (AS2) der zweiten Stützwerttabelle (LUT2) kleiner ist als die erste Schrittweite (ASi) der ersten Stützwerttabelle (LUT1). Computerlesbares (Speicher-)Medium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 auszuführen.
PCT/EP2023/071029 2022-07-29 2023-07-28 Detektionsanordnung, messanordnung sowie verfahren zur bestimmung der räumlichen lage eines laserstrahls WO2024023315A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23748782.2A EP4562378A1 (de) 2022-07-29 2023-07-28 Detektionsanordnung, messanordnung sowie verfahren zur bestimmung der räumlichen lage eines laserstrahls

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022119090.0 2022-07-29
DE102022119090.0A DE102022119090A1 (de) 2022-07-29 2022-07-29 Detektionsanordnung, Messanordnung sowie Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Laserstrahls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024023315A1 true WO2024023315A1 (de) 2024-02-01

Family

ID=87551162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/071029 WO2024023315A1 (de) 2022-07-29 2023-07-28 Detektionsanordnung, messanordnung sowie verfahren zur bestimmung der räumlichen lage eines laserstrahls

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4562378A1 (de)
DE (1) DE102022119090A1 (de)
WO (1) WO2024023315A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116698186A (zh) * 2023-01-05 2023-09-05 上海飞博激光科技股份有限公司 激光功率测量装置及其方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012113767A (ja) * 2010-11-22 2012-06-14 Hitachi Media Electoronics Co Ltd 光ピックアップ装置およびこれを備えた光情報記録再生装置
US20160341969A1 (en) * 2014-01-31 2016-11-24 Carl Zeiss Smt Gmbh Beam propagation camera and method for light beam analysis
US20190154500A1 (en) * 2015-08-07 2019-05-23 Mitsubishi Electric Corporation Light detection device
US20200088571A1 (en) * 2015-10-07 2020-03-19 Carl Zeiss Smt Gmbh Method and device for beam analysis
US20200341386A1 (en) * 2017-11-29 2020-10-29 Asml Netherlands B.V. Laser Beam Monitoring System

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10111825B4 (de) * 2001-03-13 2019-03-07 Leica Microsystems Cms Gmbh Anordnung zum Justieren von mindestens einem Lichtstrahl in einem optischen System
DE10147039A1 (de) * 2001-09-25 2003-04-17 Busch Dieter & Co Prueftech Vorrichtung zur quantitativen Beurteilung der fluchtenden Lage zweier Maschinenteile, Werkstücke oder dergleichen
DE102012022258B4 (de) * 2012-11-14 2017-03-16 Airbus Ds Electronics And Border Security Gmbh Sensor zur Erkennung und Lokalisierung von Laserstrahlungsquellen
DE102020214566B4 (de) * 2020-11-19 2023-08-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Lage und Richtung eines Laserstrahls und System und Verfahren zum Einstellen der Lage und Richtung eines Laserstrahls

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012113767A (ja) * 2010-11-22 2012-06-14 Hitachi Media Electoronics Co Ltd 光ピックアップ装置およびこれを備えた光情報記録再生装置
US20160341969A1 (en) * 2014-01-31 2016-11-24 Carl Zeiss Smt Gmbh Beam propagation camera and method for light beam analysis
US20190154500A1 (en) * 2015-08-07 2019-05-23 Mitsubishi Electric Corporation Light detection device
US20200088571A1 (en) * 2015-10-07 2020-03-19 Carl Zeiss Smt Gmbh Method and device for beam analysis
US20200341386A1 (en) * 2017-11-29 2020-10-29 Asml Netherlands B.V. Laser Beam Monitoring System

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116698186A (zh) * 2023-01-05 2023-09-05 上海飞博激光科技股份有限公司 激光功率测量装置及其方法
CN116698186B (zh) * 2023-01-05 2025-03-18 上海飞博激光科技股份有限公司 激光功率测量装置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4562378A1 (de) 2025-06-04
DE102022119090A1 (de) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3817337C2 (de)
DE60120530T2 (de) Mehrere Laser beinhaltendes Laserausrichtungssystem zum Auftreffen auf ein einziges Ziel
EP3100011B1 (de) Strahlpropagationskamera und verfahren zur lichtstrahlanalyse
EP2621662B1 (de) Vorrichtung und verfahren für die bearbeitung von material mit fokussierter elektromagnetischer strahlung
EP4227636B1 (de) Bestimmung von tiefenwerten eines oberflächenbereichs eines werkstücks
DE102013227031A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren eines auf ein Substrat auftreffenden Lichtstrahls und zum Korrigieren einer Brennweitenverschiebung
DE2850991A1 (de) Elektronenstrahl-lithographieverfahren
DE102022109318A1 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung
EP4562378A1 (de) Detektionsanordnung, messanordnung sowie verfahren zur bestimmung der räumlichen lage eines laserstrahls
EP0128119B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fokussieren eines Lichtstrahls, auf ein Objekt
EP1293817B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Fokuskontrolle in einem Mikroskop mit digitaler Bildgebung, vorzugsweise einem konfokalen Mikroskop
DE102017215976B4 (de) Verfahren zur Vermessung eines Laserstrahls
DE3233636C2 (de) Verfahren zur Bestimmung des Scharfeinstellzustandes einer Kamerea
DE112018007421T5 (de) Entfernungsmesseinheit und lichtbestrahlungsvorrichtung
WO2024068293A1 (de) Euv-reflektometer und messverfahren
EP0901639B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur richtungsbestimmung zu einem objekt
DE102016211310B3 (de) Vorrichtung zur messung einer aberration, abbildungssysteme und verfahren zur messung einer aberration
DE102015003392B4 (de) Optische Triangulations-Sensoranordnung und Linsenanordnung hierfür
DE102020134109B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Fokuslagen-Bestimmung
DE102018100417A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Zielverfolgung von mit einem Hochenergielaser bestrahlbarem Zielobjekt
DE102019200764A1 (de) Optisches System, insbesondere LiDAR-System, sowie Fahrzeug
DE102021125813B4 (de) Doppelspiegel-Shear-Interferometer und Verfahren zum zerstörungsfreien Messen einer Oberfläche mittels interferometrischer Messverfahren
DE10143812A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander
WO2018184942A1 (de) Lidar-vorrichtung und verfahren zum abtasten eines abtastwinkels und zum auswerten eines detektors
WO2022128998A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur fokuslagen-bestimmung

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: 23748782

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023748782

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023748782

Country of ref document: EP

Effective date: 20250228

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2023748782

Country of ref document: EP