Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Ausrichtungsfehlern von Strahlquellen und für deren Korrektur

Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von

Fluchtungs-, Azimuth- und Richtungsfehlern, zusammenfassend als Ausrichtungsfehler bezeichnet, von Strahlquellen, insbesondere Kollimatoren und gerichteten Strahlquellen, und zur Korrektur derartiger Fehler.

Kollimatoren, insbesondere Faserauskoppler, mit denen in einer Glasfaser geleitetes Licht als kollimierter Lichtstrahl ausgekoppelt wird, müssen in vielen Anwendungen justiert werden, um Fluchtungs-, Azimuth- und Richtungsfehler zu korrigieren. Azimuthfehler können dabei bei Strahlquellen auftreten, deren Lichtstrahl bezüglich einer Eigenschaft wie Intensitätsverteilung oder Polarisation nicht rotationssymmetrisch ist. Hierfür werden herkömmlicherweise

Justierstellen benutzt, mit denen eine Einstellung der Fluchtung und Richtung des Kollimators ermöglicht wird. Derartige Justierstellen benötigen Bauraum, was in bauraumkritischen Anwendungen zu Nachteilen führen kann. Auch steigen durch derartige Justierstellen die Systemkomplexität und die Herstellkosten. Durch Justierstellen wird das System zudem empfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen, wie Stößen oder Temperaturänderungen, da derartige Umwelteinflüsse die Einstellung von derartigen Justierstellen beeinflussen können. Die Justage muss auch für jedes System durchgeführt werden, was aufwendig ist, und verschiedene Justierstellen sind meist zumindest teilweise miteinander gekoppelt (d. h. die Einstellung einer Justierstelle kann eine Verstellung einer anderen Justierstelle erfordern), was eine iterative Justage erfordert, die wiederum zeitaufwendiger ist. Eine Justierstelle ist dabei eine Einrichtung, an welcher die Ausrichtung (Translation, Kippung) des Kollimators verändert werden kann, beispielsweise mittels mechanischer Verstellelemente.

Bei einigen Anwendungen kann die Auflösung von Justierstellen durch Stick-Slip-Effekte (auch als Haftgleiteffekt bezeichnet) limitiert sein, sodass es schwierig sein kann, eine benötigte Genauigkeit der Justierung zu erreichen. Beim Ausfall eines Kollimators muss ein verwendeter Austauschkollimator dann ebenfalls justiert werden, d. h. es kann nicht einfach ein neuer Kollimator in das jeweilige System eingebaut werden.

Die Justage eines Kollimators erfordert zudem zumindest eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fluchtungs-, Azimuth- und/oder Richtungsfehler, um diese dann durch Einstellen der

Justierstellen korrigieren zu können. Derartige herkömmliche Vorrichtungen sind relativ voluminös und nicht ohne weiteres transportabel, was beispielsweise einen Einsatz durch eine Servicetechniker im Reparaturfall zumindest erschwert, wenn nicht unmöglich macht.

Ähnliche Probleme können bei gerichteten Strahlquellen, d.h. Quellen gerichteter

elektromagnetischer Strahlung (insbesondere Licht), auftreten, wenn diese z.B. mit definierter Ausrichtung in einem System verwendet werden sollen.

Es ist daher eine Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten zum Bestimmen von derartigen

Ausrichtungsfehlern und deren Korrektur zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 , 8 oder 30 sowie ein Verfahren nach Anspruch 20, 23 oder 33. Die Unteransprüche definieren weitere

Ausführungsformen sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Korrektur von Fluchtungs- und/oder Richtungsfehlern von Kollimatoren und anderen Strahlquellen.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Ausrichtungsfehlers einer Kollimatorvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

mindestens eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht zumindest einer Wellenlänge, welche sich von einer Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung unterscheidet, und

eine Messeinrichtung zum Messen einer Fokuslage der Kollimatorvorrichtung bei der mindestens einen Wellenlänge, die sich von der Arbeitswellenlänge unterscheidet,

wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, einen Ausrichtungsfehler der Kollimatorvorrichtung auf Basis der Fokuslage zu bestimmen.

Die Arbeitswellenlänge ist dabei eine Wellenlänge, für die der Kollimator ausgelegt ist, d. h. für die er einen kollimierten Strahl erzeugt. Durch die Verwendung einer von der

Arbeitswellenlänge verschiedenen Testwellenlänge wird somit ein nicht kollimierter,

insbesondere konvergierender oder divergierender Strahl erzeugt. In beiden Fällen kann die Fokuslage, d.h. Lage eines Fokuspunktes detektiert werden, der im Falle eines divergierenden Strahls ein„virtueller“ Fokuspunkt ist, von dem die Strahlen scheinbar ausgehen. Auf Basis der Fokuslage kann dann ein Ausrichtungsfehler (Fluchtungs- und/oder Richtungsfehler) bestimmt werden.

Die Kollimatorvorrichtung kann in der Vorrichtung drehbar lagerbar sein. In diesem Fall kann die Messeinrichtung eingerichtet sein, einen Schlagkreis der Fokuslage zu messen, während die Kollimatorvorrichtung gedreht wird.

Das Bestimmen des Ausrichtungsfehlers kann insbesondere ein Bestimmen einer Lage einer optischen Achse der Kollimatorvorrichtung umfassen.

Die mindestens eine Lichtquelle kann für jede Wellenlänge der mindestens einen

Messwellenlänge eine Lichtquelle umfassen, welche Licht entsprechend der Messwellenlänge insbesondere schmalbandig emittiert, z. B. Leuchtdioden.

Alternativ kann die mindestens eine Lichtquelle eine breitbandige Lichtquelle umfassen, wobei die Vorrichtung des Weiteren mindestens einen Filter, z.B. Farbfilter oder Bandpassfilter, zum Auswählen der mindestens einen Messwellenlänge umfasst. Die Filterung kann dabei z. B. vor der Entkopplung des Lichts in die Kollimatorvorrichtung oder auch erst in der Messvorrichtung erfolgen.

Die Messeinrichtung kann einen Bildsensor zum Aufnehmen der Fokuslage umfassen.

Die Vorrichtung kann zudem eine variable Optik, z. B. mittels Versatzlinien, zum Anpassen einer Schnittweite der Messvorrichtung an die Fokuslage umfassen.

Erfindungsgemäß wird zudem eine Vorrichtung zur Korrektur einer Kollimatorvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

die Vorrichtung wie oben beschrieben zur Bestimmung eines Ausrichtungsfehlers der Kollimatorvorrichtung, und

eine Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten einer Referenzfläche der

Kollimatorvorrichtung in Abhängigkeit von dem Ausrichtungsfehler der Kollimatorvorrichtung.

Eine Referenzfläche bestimmt dabei insbesondere die Lage, in der die Kollimatorvorrichtung in ein System eingebaut wird. Indem die Referenzfläche der Kollimatorvorrichtung auf Basis des detektierten Ausrichtungsfehlers bearbeitet wird, kann die so bearbeitete Kollimatorvorrichtung dann direkt ohne weitere Justage in ein System eingesetzt werden, was den Austausch der Kollimatorvorrichtung erleichtert.

Die Bearbeitungsvorrichtung kann ein Werkzeug zum Materialabtrag, z.B. ein Drehwerkzeug, ein Fräswerkzeug, ein Schleifwerkzeug und/oder strahlbasierte Werkzeuge wie

Ultrakurzpulslaser umfassen.

Die Bearbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, Vorsprünge auf einer Außenseite eines Gehäuses der Kollimatorvorrichtung zu bearbeiten, um so die Referenzfläche festzulegen. Alternativ oder zusätzlich ist die Erzeugung von Azimuthreferenzen am Gehäuse der

Kollimatorvorrichtung möglich, um eine Azimuthausrichtung der Kollimatorvorrichtung festzulegen. Unter der Azimuthausrichtung ist dabei ein Drehwinkel um die optische Achse zu verstehen. Dies ist dann von Bedeutung, wenn das Strahlprofil nicht rotationssymmetrisch ist und/oder eine nicht rotationssymmetrische Polarisation, insbesondere eine lineare Polarisation, aufweist. Diese Azimuthreferenzen können sein: Bohrungen und Senkungen, (V-) Nuten, radiale Flächen sowie weitere geeignete und produktspezifische Lösungen zur

Winkelzuordnung.

Die Azimuthreferenzen können dabei ein oder mehrere Nuten oder eine Hirth-Verzahnung umfassen. Mit einer Hirth-Verzahnung ist eine selbstzentrierende Ausrichtung, die robust auch über viele Wechselzyklen der Kollimatorvorrichtung oder anderen Strahlquelle ist, möglich.

Erfindungsgemäß wird weiter eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Ausrichtungsfehlers einer gerichteten Strahlquelle bereitgestellt, umfassend:

eine Messeinrichtung zum Messen eines Strahlprofils der gerichteten Strahlquelle in einer ersten Ebene und einer zweiten Ebene, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene verschiedene Entfernungen zu der gerichteten Strahlquelle aufweisen,

wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, einen Ausrichtungsfehler der gerichteten

Strahlquelle auf Basis der Messungen des Strahlprofils zu bestimmen.

So kann mit einfachen Messungen ein Ausrichtungsfehler bestimmt werden.

Die erste Ebene und die zweite Ebene können dabei senkrecht zu einer mechanischen Achse der gerichteten Strahlquelle stehen. Das Bestimmen des Ausrichtungsfehlers kann bei dieser Vorrichtung ein Bestimmen einer Lage einer optischen Achse der gerichteten Strahlquelle auf Basis von Merkmalen der

Intensitätsprofile in der ersten Ebene und der zweiten Ebene umfasst.

Die Merkmale umfassen Maxima der Intensitätsprofile, sind jedoch nicht hierauf beschränkt und können z. B. auch Minima umfassen.

Die gerichtete Strahlquelle kann in der Vorrichtung drehbar lagerbar sein, wobei die

Messeinrichtung eingerichtet ist, einen Schlagkreis der Intensitätsprofile zu messen, während die gerichtete Strahlquelle gedreht wird, ähnlich wie bei der Schlagkreismessung der

Kollimatorvorrichtung.

Die Messeinrichtung kann einen Bildsensor zum Aufnehmen eines Bildes der ersten Ebene und der zweiten Ebene umfassen.

Zudem werden Vorrichtungen zur Korrektur einer gerichteten Strahlquelle entsprechend den oben definierten Vorrichtungen zur Korrektur einer Kollimatorvorrichtung bereitgestellt.

Erfindungsgemäß wird weiter ein Verfahren zum Bestimmen eines Ausrichtungsfehlers einer Kollimatorvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

Einkoppeln von Licht einer ersten Messwellenlänge, die sich von einer

Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung unterscheidet, in die Kollimatorvorrichtung,

Messen einer Fokuslage der Kollimatorvorrichtung für das Licht der ersten

Messwellenlänge, und

Bestimmen eines Ausrichtungsfehlers der Kollimatorvorrichtung auf Basis der

Fokuslage.

Das Einkoppeln und das Messen kann bei mindestens einer weiteren Wellenlänge wiederholt werden, wobei jede Wellenlänge der mindestens einen weiteren Wellenlänge entweder der Arbeitswellenlänge entspricht oder von dieser verschieden ist. Durch mehrere Messungen kann die Genauigkeit erhöht werden.

Das Verfahren kann dabei ein Drehen der Kollimatorvorrichtung um eine geeignete Achse der Kollimatorvorrichtung während des Messens umfassen, um einen Schlagkreis aufzunehmen. Durch die Drehung der Kollimatorvorrichtung können Fluchtungs- und Richtungsfehler der zum Bestimmen des Ausrichtungsfehlers verwendeten Vorrichtung unter Nutzung von

Invarianzeigenschaften herausgemittelt werden. Insbesondere kann hier ein Mittelpunkt eines durch die Drehung aufgenommenen Schlagkreises als Referenz für die Bestimmung des Ausrichtungsfehlers dienen.

Auch wird ein Verfahren zur Korrektur eines Ausrichtungsfehlers einer Kollimatorvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

Bestimmen des Ausrichtungsfehlers mit einem der oben beschriebenen Verfahren, und Bearbeiten einer Referenzfläche der Kollimatorvorrichtung in Abhängigkeit von dem bestimmten Ausrichtungsfehler.

Das Bearbeiten kann eine feinspanende Drehbearbeitung oder eine andere Bearbeitung wie oben beschrieben umfassen. Auch können Azimuthreferenzen wie oben erläutert erzeugt werden.

Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Bestimmen eines Ausrichtungsfehlers einer gerichteten Strahlquelle bereitgestellt, umfassend:

Messen eines Strahlprofils der gerichteten Strahlquelle in einer ersten Ebene,

Messen eines Strahlprofils der gerichteten Strahlquelle in einer von der ersten Ebene verschiedenen zweiten Ebene, und

Bestimmen eines Ausrichtungsfehlers der gerichteten Strahlquelle auf Basis der ersten Messung und der zweiten Messung.

Die erste Ebene und die zweite Ebene können dabei auf einer mechanischen Achse der gerichteten Strahlquelle senkrecht stehen.

Das Bestimmen des Ausrichtungsfehlers kann ein Bestimmen einer Lage einer optischen Achse der gerichteten Strahlquelle, basierend auf Merkmalen der Intensitätsprofile, umfassen.

Das Verfahren kann zudem ein Drehen der gerichteten Strahlquelle um eine Achse der gerichteten Strahlquelle umfassen, um Schlagkreise der Intensitätsverteilung in der ersten Ebene und der zweiten Ebene aufzunehmen. Zudem werden Verfahren zur Korrektur eines Ausrichtungsfehlers einer gerichteten Strahlquelle entsprechend den obigen Verfahren zur Korrektur eines Ausrichtungsfehlers der

Kollimatorvorrichtung bereitgestellt.

Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Korrektur einer Kollimatorvorrichtung oder einer gerichteten Strahlquelle bereitgestellt, umfassend:

eine Messeinrichtung zum Bestimmen einer Ausrichtung eines nicht- rotationssymmetrischen Strahlprofils oder einer Polarisation der Kollimatorvorrichtung oder gerichteten Strahlquelle, und

eine Verarbeitungsvorrichtung zum Versehen der Kollimatorvorrichtung oder der gerichteten Strahlquelle mit mindestens einer Azimuthreferenz auf Basis der Ausrichtung.

Die Azimuthreferenz kann eine Nut und/oder eine Hirth-Verzahnung umfassen.

Die Vorrichtung zum Bestimmen der Ausrichtung der Polarisation kann eine planparallele Platte, welche näherungsweise unter dem Brewster-Winkel zu einem Strahl der Kollimatorvorrichtung oder der gerichteten Strahlquelle angeordnet ist, und einen Detektor zum Detektieren von Licht von der planparallelen Platte umfassen.

Näherungsweise unter dem Brewster-Winkel kann dabei eine Toleranz von 1 5 oder +/- 10° bedeuten.

Schließlich wird ein Verfahren zur Korrektur eines Ausrichtungsfehlers einer

Kollimatorvorrichtung oder einer gerichteten Strahlquelle bereitgestellt, umfassend:

Bestimmen einer Ausrichtung eines nicht-rotationssymmetrischen Strahlprofils oder einer Polarisation der Kollimatorvorrichtung und/oder der gerichteten Strahlquelle, und

Versehen der Kollimatorvorrichtung und/oder der gerichteten Strahlquelle mit mindestens eine Azimuthreferenz auf Basis der Ausrichtung.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kollimatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Darstellung der Kollimatorvorrichtung der Fig. 1 mit fertigungsbedingten

Ausrichtungsfehlern, Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung zum Einsatz von von einer Arbeitswellenlänge unterschiedlichen Wellenlänge,

Figuren 4A und 4B Diagramme, welche eine Lagemessung einer optischen Achse einer Kollimatorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen veranschaulichen,

Fig. 5 eine Darstellung zu Veranschaulichung einer Schlagkreisaufnahme,

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Korrektur von Ausrichtungsfehlern,

Fig. 7 eine Ansicht eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 eine Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel,

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung einer Lagemessung einer optischen Achse bei einer gerichteten Strahlquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 1 1 ein Diagramm zur Erläuterung einer Lagemessung einer optischen Achse bei einer gerichteten Strahlquelle mit Schlagkreismessung für unsymmetrische Strahlcharakteristika (Ellipse) sowie deren Azimuthbestimmung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und

Fig. 12 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel.

Fig. 13A eine Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Azimuthfehlers gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 13B eine Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Azimuthfehlers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 14A und 14B Darstellungen einer möglichen Azimuthmarkierung,

Fig. 15A und 15B Darstellungen einer weiteren Möglichkeit einer Azimuthmarkierung, und Fig. 16 eine Darstellung einer anderen Möglichkeit einer Azimuthmarkierung.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Es ist zu bemerken, dass diese Ausführungsbeispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht als einschränkend auszulegen sind. Insbesondere ist eine Beschreibung eines

Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere

Ausführungsbeispiele alternative Merkmale, weniger Merkmale und/oder zusätzliche Merkmale, insbesondere in herkömmlichen Kollimatorvorrichtungen, z. B. Faserkollimatoren, oder gerichteten Strahlquellen verwendete Merkmale, aufweisen.

Zunächst werden Ausführungsbeispiele für Kollimatorvorrichtungen diskutiert, Auch wenn in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen bestimmte Aufbauten von Kollimatorvorrichtungen diskutiert werden, sind die beschriebenen Prinzipe und Techniken auch auf andere

Implementierungen von Kollimatoren, insbesondere Faserkollimatoren, anwendbar. Eine Kollimatorvorrichtung ist dabei allgemein eine Vorrichtung, welche auf Basis von Licht von einer Lichtquelle kollimierten Lichtstrahl erzeugt. Bei einem Faserkollimator ist die Lichtquelle mittels einer Lichtleitfaser, beispielsweise Glasfaser, mit der Kollimatorvorrichtung gekoppelt.

Kollimatorvorrichtungen weisen üblicherweise eine oder mehrere Arbeitswellenlängen auf. In Kollimatorvorrichtungen verwendete Linsen oder andere Elemente weisen eine chromatische Dispersion auf, d. h. die Lichtbrechung in solchen Linsen hängt von der Wellenlänge des Lichts ab. So sind die optischen Elemente, wie Linsen, dann derart eingerichtet, dass für die

Arbeitswellenlänge oder auch für mehrere Arbeitswellenlängen ein kollimierter Lichtstrahl erzeugt wird. In der vorliegenden Anmeldung beschriebene Vorrichtung und Verfahren nutzen dann aus, dass für Wellenlängen, die sich von dieser Arbeitswellenlänge oder den

Arbeitswellenlängen unterscheiden, kein kollimierter Lichtstrahl, sondern ein konvergierender oder divergierender Lichtstrahl erzeugt wird.

Die Fig. 1 zeigt eine Kollimatorvorrichtung 1 in Form eines Faserkollimators, wie er im

Folgenden zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen verwendet wird. Die Fig. 1 zeigt dabei eine Querschnittsansicht durch die Kollimatorvorrichtung. Die Kollimatorvorrichtung 1 ist in einem Kollimatorgehäuse 4 beherbergt, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Vorsprünge 4A aufweist. Mittels der Vorsprünge 4A kann die Kollimatorvorrichtung 1 dann später in ein Gehäuse eines Systems eingepasst werden. Der Kollimatorvorrichtung 1 wird durch eine Lichtleitfaser 2 Licht zugeführt, welches an einem Faserausgang 3 ausgekoppelt wird. Eine Kollimationsoptik 5 kollimiert das aus der Faser 3 austretende Licht, welches die Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung 1 aufweist, zu einem kollimierten Lichtstrahl 6. Diese Arbeitswellenlänge wird im Folgenden als A _m bezeichnet. Die Kollimationsoptik 5 kann beispielsweise ein oder mehrere Linsen, aber auch andere optische Elemente, wie diffraktive Elemente oder reflektive Elemente, umfassen.

Mit 7 ist die mechanische Achse der Kollimatorvorrichtung 1 bezeichnet, welche einer mechanischen Symmetrieachse der Kollimatorvorrichtung 1 entspricht. Mit 8 ist die optische Achse der Kollimation bezeichnet. In dem in Fig. 1 dargestellten idealen Zustand stimmt die mechanische Achse 7 dabei mit der optischen Achse überein. Dieser Zustand wird jedoch durch Fertigungstoleranzen häufig nicht exakt erreicht.

Zur Veranschaulichung zeigt die Fig. 2 wiederum die Kollimatorvorrichtung 1 , wobei hier beispielsweise durch Fertigungstoleranzen Fehler aufgetreten sind und insbesondere die optische Achse von der mechanischen Achse abweicht. Diese Fehler sind in der Fig. 2 zur Veranschaulichung sehr deutlich dargestellt. Bei entsprechend genauer Fertigung fallen die Fehler kleiner aus als in Fig. 2 schematisch dargestellt, was auch zu entsprechend geringeren Auswirkungen führt.

Insbesondere ist in der Fig. 2 zum einen der Faserausgang 3 gegenüber der mechanischen Achse 7 um einen Versatz b versetzt (Fluchtungsfehler), und zum anderen ist die

Kollimationsoptik 5 um einen Winkel a verkippt (Richtungsfehler).

Wenn der Kollimatorvorrichtung 1 im Falle der Fig. 2 Licht mit der Arbeitswellenlänge A _m über die Lichtleitfaser 2 zu geführt wird, führt dies wiederum zu einem kollimierten Lichtstrahl 6. Durch den Versatz b und die Verkippung um den Winkel a ist in diesem Fall jedoch die optische Achse 8, die gleichsam einer Mittellinie des kollimierten Lichtstrahls 6 entspricht, bezüglich der mechanischen Achse 7 verkippt. Wenn die Kollimatorvorrichtung 1 gemäß ihrer mechanischen Achse 7 fluchtend in ein System eingesetzt wird, würde der kollimierte Lichtstrahl 6 also verkippt zu dieser mechanischen Achse 7 emittiert werden, was im Regelfall unerwünscht ist. Derartige Fehler, welche durch einen Versatz b (Fluchtungsfehler) oder die Verkippung um den Winkel a (Richtungsfehler) erzeugt werden, werden im Nachfolgenden zusammen als Ausrichtungsfehler bezeichnet. Im Folgenden werden Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, um solche Ausrichtungsfehler zu messen, um dann eine Korrektur durchführen zu können. Zu der Messung wird

erfindungsgemäß Licht mit einer Wellenlänge verwendet, die sich von der Arbeitswellenlänge unterscheidet. Hierdurch kann insbesondere die Lage der optischen Achse 8 relativ zu der mechanischen Achse 7 bestimmt werden, und dann können entsprechende Korrekturen durch geführt werden.

Die Fig. 3 veranschaulicht für die Kollimatorvorrichtung 1 mit den Ausrichtungsfehlern, die unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben wurden, die Verwendung verschiedener Wellenlängen. Dabei zeigt die Fig. 3 einen Lichtstrahl 9 mit einer Wellenlänge Ai kleiner als die

Arbeitswellenlänge A _m und einen Lichtstrahl 10 mit einer Wellenlänge l _h größer als die

Arbeitswellenlänge A _m . Durch chromatische Dispersion der Kollimationsoptik 5, d. h.

wellenlängenabhängigen Brechungsindex der in der Kollimationsoptik 5 verwendeten

Materialien (beispielsweise Glas) werden die Lichtstrahlen 9 und 10 nicht kollimiert. Im Falle einer Wellenlänge kleiner als die Arbeitswellenlänge entsteht ein konvergenter Lichtstrahl zu einem Fokuspunkt 23 hin. Im Falle einer Wellenlänge größer der Arbeitswellenlänge wie bei dem Lichtstrahl 10 entsteht durch die Kollimationsoptik 5 ein divergenter Lichtstrahl mit einem „virtuellen“ Fokuspunkt, von dem der divergente Lichtstrahl scheinbar ausgeht. Dies wird bei Ausführungsbeispielen zur Bestimmung der Lage der optischen Achse der

Kollimatorvorrichtung 1 genutzt.

Dies wird am Beispiel der Nutzung einer Wellenlänge kleiner der Arbeitswellenlänge, d. h. anhand des Lichtstrahls 9, unter Bezugnahme auf die Figuren 4A und 4B erläutert.

In der Fig. 4A wird der kollimierte Lichtstrahl 6 mit der Arbeitswellenlänge A _m mittels eines Messfernrohrs 11 , welches über eine CCD-Kamera 12 verfügt, aufgenommen. Durch eine Optik des Messfernrohrs 1 1 wird der kollimierte Lichtstrahl 6 auf den Bildsensor 12, beispielsweise eine CCD-Kamera, einen CCD-Bildsensor oder einen CMOS-Bildsensor, fokussiert und somit eine Lage eines Punktes aufgenommen. Das Messfernrohr 1 1 kann beispielsweise ein

Autokollimator (AKF) sowie ein Fluchtungs- und Autokollimationsfernrohr (FAKF) sein.

Weiterhin ist die Verwendung von ortsauflösenden Detektoren (CCD, CMOS, 4-Quadranten Dioden, etc.) ohne Abbildungsoptik als Messfernrohr 11 möglich.

Bei einer Wellenlänge kleiner als der Arbeitswellenlänge, wie in Fig. 9 gezeigt, wird durch eine Vorsatzoptik 13, eine Lageänderung des Messfernrohrs 11 oder auch durch eine verstellbare Optik des Messfernrohrs 1 1 ebenso eine Fokussierung auf den Bildsensor 12 erreicht. Insbesondere kann durch die Vorsatzoptik 13 die Schnittweite des Messfernrohrs 1 1 auf eine Ebene des Fokuspunktes 23 eingestellt werden, sodass dieser auf den Bildsensor 12 abgebildet wird. Die Ebene des Fokuspunktes 23 ist dabei zumindest im Wesentlichen aus den Eigenschaften der Kollimationsoptik, insbesondere deren chromatischer Dispersion, bekannt. Hier unterscheidet sich die Lage des Bildes des Fokuspunktes auf dem Bildsensor 12 von dem Fall der Fig. 4A. Aus der Lage des Bildes des Fokuspunktes auf dem Bildsensor 12 kann dann durch einfache optische Berechnungen aus den Eigenschaften der Vorsatzoptik 13 die Lage des Fokuspunktes 18 in dessen Ebene bestimmt werden, so dass so die Position des

Fokuspunktes 18 bestimmt werden kann. Es können auch weitere Messungen mit weiteren Wellenlängen durchgeführt werden. Insbesondere können auch Wellenlängen größer als die Arbeitswellenlänge verwendet werden, wobei in diesem Fall ebenso die Vorsatzoptik 13 oder eine andere Optik dazu dient, den dann divergenten Strahl, wie den Strahl 10 in der Fig. 3, auf den Bildsensor 12 zu fokussieren und somit den„virtuellen“ Fokuspunkt des divergenten Strahls auf den Bildsensor abzubilden.

Grundsätzlich ist dabei mit einer einzigen Wellenlänge ungleich der Arbeitswellenlänge zusammen mit der Position der Kollimatorvorrichtung 1 eine Bestimmung der optischen Achse möglich. Bevorzugt werden jedoch mindestens zwei Wellenlängen, die sich von der

Arbeitswellenlänge unterscheiden, vermessen. Bei unterschiedlichen Arbeitswellenlängen liegt der Fokuspunkt 23 der Fig. 3 an verschiedenen Stellen auf der Achse 8. So kann unter

Verwendung von mehreren Messwellenlängen die Lage der optischen Achse 8 bestimmt werden, indem aus der Lage des Bildes der Fokuspunkte auf dem Bildsensor 12 die

tatsächliche Lage der Fokuspunkte (im Rahmen dieser Anmeldung auch als Fokuslage bezeichnet) bestimmt wird und die Lage der optische Achse 8 dann als Verbindung dieser Fokuspunkte bestimmt wird.

Bei manchen Ausführungsbeispielen wird so die Lage der optischen Achse auf Basis der Lage der Fokuspunkte auf dem Bildsensor 12 bestimmt.

Bei anderen Ausführungsbeispielen wird wie durch Pfeile 25 angedeutet die

Kollimatorvorrichtung 1 zur Messung um eine Drehachse, welche mit der mechanischen Achse 7 zusammenfällt, oder eine andere geeignete Achse drehbar gelagert. In diesem Fall wird mit dem Bildsensor 12 das Bild des Fokuspunktes in mehreren Positionen, die auf einem so genannten Schlagkreis liegen, aufgenommen. Diese Aufnahmetechnik wird im Rahmen dieser Anmeldung kurz als„Schlagkreisaufnahme“ bezeichnet und hat den Vorteil, dass durch die Schlagkreisaufnahme Ausrichtungsfehler des Messfernrohrs 11 gegenüber der Kollimatorvorrichtung 1 herausgemittelt werden können. Ein Beispiel für eine derartige

Schlagkreisaufnahme wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert.

In Fig. 5 ist die Kollimatorvorrichtung 1 wie durch den Pfeil 25 dargestellt drehbar gelagert. Bei einer Drehung der Kollimatorvorrichtung 1 dreht sich auch die optische Achse 8 entsprechend, wenn die optische Achse 8 nicht mit der Drehachse, die in diesem Fall der mechanischen Achse 7 entspricht, zusammenfällt. Bei einer ersten Messwellenlänge liegt der Fokuspunkt 28, der bereits erläutert wurde, in einer Ebene 40. Bei einer zweiten Messwellenlänge, die sich von der Arbeitswellenlänge unterscheidet, liegt der Fokuspunkt in einer zweiten Ebene 41. Für die eingezeichnete optische Achse 8 ist der Fokuspunkt in der Ebene 40 dabei mit Pi bezeichnet, der sich in einem Radius n von der Drehachse entfernt befindet; fi bezeichnet eine

Drehposition der Kollimatorvorrichtung 1 , und Zi bezeichnet die Ebene 40. Bei der Drehung der Kollimatorvorrichtung 1 bewegt sich der Punkt Pi auf einem Schlagkreis 42.

In gleicher Weise ist der Fokuspunkt für die eingezeichnete Lage der optischen Achse 8 in der Ebene 41 mit P ₂ bezeichnet und befindet sich in einem Radius r ₂ von der Drehachse entfernt. Ein Winkel zu dem Punkt P ₂ ist hier mit cp ₂ bezeichnet, für die eingezeichnete Lage gilt f ₂ =fi.

Z ₂ bezeichnet die Ebene 41.

Eine Schlagkreisaufnahme, wie durch den Bildsensor 12 erstellt, ist als Schlagkreisaufnahme 44 in Fig. 5 dargestellt. Hier können die Fokuspunkte beispielsweise für acht Positionen #1 bis #8 aufgenommen werden, wobei jeder Position ein entsprechender Winkel fi bzw. cp ₂ zugeordnet ist. Hieraus können dann für eine Vielzahl unterschiedlicher Positionen der Kollimatorvorrichtung 1 bei der Drehung entsprechend dem Pfeil 25 entsprechende Lagen der optischen Achse 8 bestimmt werden. Aus diesen Lagen der optischen Achse 8 kann dann die Lage der optischen Achse für die Kollimatorvorrichtung 1 bestimmt werden, wobei durch Kombination der Vielzahl der Lagen Fehlausrichtungen des Messfernrohrs 1 1 zu der

Kollimatorvorrichtung 1 herausgemittelt werden können.

Insbesondere kann bei der Schlagkreisaufnahme der Mittelpunkt des Schlagkreises als Referenz für die korrekte Lage der optischen Achse entsprechend der Lage der mechanischen Achse 7 verwendet werden. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die Messeinrichtung 11 so zu der Kollimatorvorrichtung 1 auszurichten, dass die Lage der mechanischen Achse 7 einer definierten Stelle auf dem Bildsensor 12 entspricht. Bei entsprechender Ausrichtung kann aber auch auf die Schlagkreisaufnahme verzichtet werden. Zu beachten ist, dass eine Messung mit verschiedenen Lichtwellenlängen entweder durch entsprechende Lichtquellen, deren Licht über die Faser 2 zugeführt wird, oder auch durch Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle, wie einer Weißlichtquelle, verbunden mit einer entsprechenden Filterung, beispielsweise durch einen in das Messfernrohr 1 1 einsetzbaren Farbfilter, erreicht werden kann. Eine Messung bei verschiedenen Lichtwellenlängen kann somit auf verschiedene Weise erfolgen.

Ist so die optische Achse bestimmt, können Ausrichtungsfehler korrigiert werden. Bei der Kollimatorvorrichtung 1 kann dies insbesondere durch Nachbearbeitung der Vorsprünge 4A geschehen. Dies ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Dazu wird die Kollimatorvorrichtung 1 so in eine Drehvorrichtung eingespannt, dass die mit den obigen Mitteln bestimmte optische Achse 8 mit einer Drehachse 14 des Drehwerkzeugs zusammenfällt. Dann werden die Vorsprünge 4A mit einem Werkzeug 15 bearbeitet, z. B. feinspanend bearbeitet, das Außenflächen der Vorsprünge 4A auf einer schematisch angedeuteten Zylinder-Mantelfläche 26 als

Frequenzfläche liegen, die ebenfalls die optische Achse 8 als Symmetrieachse hat. Somit wird gleichsam eine die mechanische Achse 7 der Kollimatorvorrichtung 1 (Symmetrieachse der Zylindermantelfläche 26) an die bestimmte optische Achse 8 angepasst. Die Vorsprünge 4A dienen hier also als Azimuthreferenzen, die eine Winkellage der Kollimatorvorrichtung 1 bestimmen. Die Drehbearbeitung kann dabei nach dem Ansatz des klassischen Justierdrehens erfolgen. Dies erfordert eine Justage des Werkstücks relativ zur Drehachse des

Drehwerkzeugs. Ein Verzicht auf die Justage des Werkstücks ist bei Nutzung des

Justierdrehens mit synchronisierten Werkzeugen wie in der deutschen Patentanmeldung DE 103 22 587 A1 beschrieben möglich. Vorteilhaft ist es, wenn die Messung des

Ausrichtungsfehlers in der gleichen Vorrichtung wie die Bearbeitung erfolgt, z.B. die

Messvorrichtung mit dem Drehwerkzeug so verbunden ist, dass die Kollimatorvorrichtung 1 in dem Werkzeug vermessen wird. In diesem Fall wird die Justage vereinfacht.

Insbesondere wird durch die in der Fig. 6 gezeigte Nacharbeitung der Mantelfläche 26, der einer Referenzfläche entspricht, in eine gewünschte Lage zu der optischen Achse 8 gebracht. Die Achse der Mantelfläche 26 besitzt damit nach der Nachbearbeitung (Justierung) die gleiche Fluchtung als auch Richtung wie die optische Achse. Die Orthogonale einer so durch

Drehbearbeitung justierten Planfläche zeigt in die gleiche Richtung wie die optische Achse.

Auch kann durch die Bearbeitung ein bestimmter Abstand zum optischen Bauelement

(Kollimatoroptik 15) entlang der optischen Achse eingestellt werden. Zu bemerken ist, dass bei anderen Ausführungsbeispielen auch auf die Vorsprünge 4A verzichtet werden kann und das Kollimatorgehäuse 4 eine einzige einfache Zylinderform aufweisen kann, die dann ebenfalls wie in Fig. 6 gezeigt nachbearbeitet wird. Das Bereitstellen der Vorsprünge 4A weist jedoch den Vorteil auf, dass weniger Materialabtrag zur Bearbeitung erforderlich ist und somit die Bearbeitungszeit verringert ist. Auch eine andere Unterteilung der zu bearbeitenden Fläche in Segmente (in diesem Fall die Vorsprünge 4A) ist möglich.

Weiterhin ist bei anderen Ausführungsbeispielen auch die Erzeugung und/oder Bearbeitung von anderen Elementen als den Vorsprüngen 4A am Gehäuse der Kollimatorvorrichtung 1 möglich.

Zudem ist die Verwendung eines Drehwerkzeugs zur Drehbearbeitung, insbesondere feinspanenden Drehbearbeitung, nur ein Beispiel, und es können auch andere Werkzeuge zum Materialabtrag, z.B. ein Fräswerkzeug, ein Schleifwerkzeug und/oder ein strahlbasiertes Werkzeug wie ein Ultrakurzpulslaser verwendet werden.

Die so bearbeitete Kollimatorvorrichtung 1 kann dann, wie in Fig. 7 gezeigt, in ein Gehäuse 17 eines Systems eingesetzt werden. Durch diesen„schiefen“ Einbau der Kollimatorvorrichtung 1 in das Gehäuse 17 bestimmt durch die bearbeiteten Vorsprünge werden die Ausrichtungsfehler ausgeglichen, und mechanische Achse 7 und optische Achse 8 des Systems stimmen überein. Hierzu ist eine Bearbeitungsspitze des Werkzeugs 10 der Fig. 6 am Ende der Bearbeitung so weit von der Achse 14 entfernt, dass ein Durchmesser der Mantelfläche 24 im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Gehäuses 17 entspricht.

Zu bemerken ist, dass die feinspanende Bearbeitung, welche in Fig. 6 dargestellt ist, verbunden mit den Vorsprüngen 4A oder einer anderen Form der Bearbeitung eine effiziente Möglichkeit bietet, die Kollimatorvorrichtung 1 in dem Gehäuse 17 ausgerichtet einzubauen. Insbesondere ist so auch ein einfacher Austausch der Kollimatorvorrichtung möglich. Grundsätzlich ist aber auch eine Korrektur mit herkömmlichen Mitteln, beispielsweise Justierstellen, möglich, nachdem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Ausrichtungsfehlers mithilfe mindestens einer von der Arbeitswellenlänge verschiedenen Wellenlänge bestimmt wurde.

Die Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Aufnahme einer Vorrichtung zur Durchführung der oben beschriebenen Messungen und/oder der Bearbeitungen der Fig. 5.

Die Vorrichtung der Fig. 8 weist ein Spannfutter 18 auf, mit der die Kollimatorvorrichtung 1 in die Vorrichtung der Fig. 8 eingespannt wird. Die Vorrichtung der Fig. 8 kann dann Teil einer Drehvorrichtung sein, über die die in Fig. 4 dargestellten Messungen mit der Drehung um die Drehachse, wie durch den Pfeil 25 angedeutet, und/oder die Nachbearbeitung mit Drehung um die Achse 14 durchführbar ist.

Die Vorrichtung der Fig. 8 weist weiterhin zwei Lichtquellen 19, 20 auf, welche unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, die von der Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung 1 verschieden sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch nur eine Lichtquelle oder auch mehr als zwei Lichtquellen vorhanden sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann wie erläutert als Lichtquelle auch eine Weißlichtquelle in Verbindung mit entsprechenden Filtern eingesetzt werden. Die Lichtquellen 19, 20 können dann jeweils über eine (in Fig. 8 nicht dargestellte) Lichtleitfaser mit der Kollimatorvorrichtung 1 verbunden werden. Zur

Stromversorgung der Lichtquellen 19, 20 ist eine wiederaufladbare Batterie 22 bereitgestellt. Auch andere Arten der Stromversorgung, beispielsweise auf Basis von Netzteilen sind möglich.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 erfolgt die Aktivierung der Lichtquellen 19, 20 über Schalter 21. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine Aktivierung über eine

Steuerung, beispielsweise einen Steuercomputer, erfolgen.

Mit der dargestellten Vorrichtung kann also Licht verschiedener Wellenlängen, welche sich von der Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung 1 unterscheidet, in die Kollimatorvorrichtung 1 eingekoppelt werden. Dies erlaubt die oben beschriebenen Messungen beispielsweise mittels eines Messfernrohr oder einer anderen Messeinrichtung.

Diese Berechnung der optischen Achse kann dann beispielsweise rechnergestützt mit einem (nicht dargestellten) Steuercomputer auf Basis der Bildaufnahmen durchgeführt werden.

Die Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches mittels der oben beschriebenen Vorrichtungen implementiert werden kann. Um

Wiederholungen zu vermeiden, wird das Verfahren der Fig. 9unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Erläuterungen und die Figuren 1 bis 7 beschrieben. Die Verwendung des Verfahrens der Fig. 9 ist jedoch nicht auf die Benutzung der Vorrichtungen der Figuren 1 bis 7 beschränkt.

In Schritt 30 wird die Kollimatorvorrichtung in eine Aufnahme montiert, beispielsweise in die Spannvorrichtung 18 der Fig. 8 eingespannt. In Schritt 31 wird dann Licht einer ersten Messwellenlänge in die Kollimatorvorrichtung eingekoppelt, beispielsweise indem eine entsprechende Lichtquelle (beispielsweise die

Lichtquelle 19 in Fig. 7) mit der Kollimatorvorrichtung verbunden wird. Im Falle von einer Weißlichtbeleuchtung wie beschrieben wird das Weißlicht, welches die erste Messwellenlänge enthält, in die Kollimatorvorrichtung eingekoppelt, und die nachfolgende Messung findet dann unter Verwendung eines Farbfilters statt, wie ebenfalls bereits beschrieben. Die Farbfüllung kann dabei vor dem Einkoppeln und/oder auf Seiten eines verwendeten Messgeräts stattfinden.

In Schritt 32 wird dann eine erste Messung einer Lage eines Fokuspunktes (erzeugt ggf. durch eine zusätzliche Optik im Falle einer Messwellenlänge größer der Arbeitswellenlänge, die zunächst zu einem divergierenden Lichtstrahl führt) gemessen, wie dies unter Bezugnahme auf die Fig. 4B erläutert wurde. Zu bemerken ist dabei, dass die Schritte 31 und 32 nur zur übersichtlichen Darstellung getrennt dargestellt wurden. Einzelne Vorgänge dieser Schritte können auch abwechselnd eingestellt werden. Beispielsweise kann zunächst die Verbindung einer ersten Lichtquelle mit der Kollimatorvorrichtung als Vorbereitung des Einkoppelns des Lichts durchgeführt werden, dann kann eine Messfernrohr oder andere Messvorrichtung (beispielsweise durch die Wahl einer geeigneten Vorsatzoptik 13 in Fig. 4B) eingestellt werden, dann kann die Lichtquelle einschaltet werden, wodurch Licht eingekoppelt wird, und dann kann die eigentliche Messung durchgeführt werden. Die erste Messung kann mit einer drehenden Aufnahme, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4B (Pfeil 25) erläutert, durchgeführt werden, wodurch ein Schlagkreis gemessen wird, oder auch als statische Messung, wodurch ein einzelner Fokuspunkt gemessen wird, wie erläutert.

Optional werden dann die Schritte 31 und 32 als Schritte 33 und 34 mit einer zweiten

Messwellenlänge, die sich von der ersten Messwellenlänge und von der Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung unterscheidet, wiederholt. Die erste Messwellenlänge und die zweite Messwellenlänge können beide kleiner sein als die Arbeitswellenlänge, beide größer sein als die Arbeitswellenlänge oder eine der ersten Messwellenlänge und der zweiten Messwellenlänge kann größer sein als die Arbeitswellenlänge und eine andere kann kleiner sein als die

Arbeitswellenlänge. Wie zudem unter Bezugnahme auf die Fig. 4A erläutert, kann auch eine Kombination einer Messwellenlänge ungleich der Arbeitswellenlänge mit der

Arbeitswellenlänge, wie in Fig. 4A gezeigt, verwendet werden.

Auch können noch mehr als zwei Messwellenlängen verwendet werden, wobei dann die Bestimmung der optischen Achse beispielsweise mittels eines Regressionsverfahrens

(beispielsweise Methode der kleinsten Quadrate) erfolgen kann. Es sind also verschiedene Kombinationen von Wellenlängen zur Messung möglich, wobei stets sich mindestens eine der Messwellenlängen von der Arbeitswellenlänge der Kollimatorvorrichtung unterscheidet.

Auf Basis der ersten Messung und optional der zweiten Messung wird dann in Schritt 35 der Ausrichtungsfehler der Kollimatorvorrichtung bestimmt, beispielsweise indem die Lage der optischen Achse der Kollimatorvorrichtung bestimmt wird. Optional kann dann in Schritt 36 noch eine Korrektur des Kollimators erfolgen, beispielsweise durch eine Nachbearbeitung, wie in der Fig. 6 und 7 gezeigt.

Das dargestellte Verfahren kann vollautomatisiert erfolgen, wobei in diesem Fall die

Handhabung der Kollimatorvorrichtung 1 über einen Roboter erfolgt. Es können aber auch manche Verfahrensschritte wie das Einspannen manuell erfolgen, und andere

Verfahrensschritte wie das Bestimmen des Ausrichtungsfehlers aus den Messungen automatisiert, insbesondere rechnergestützt, erfolgen.

Auf diese Weise kann mit den dargestellten Vorrichtungen und Verfahren ein

Ausrichtungsfehler einer Kollimatorvorrichtung auf einfache Weise bestimmt und/oder korrigiert werden.

Als Nächstes werden Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung eines Ausrichtungsfehlers von gerichteten Strahlquellen und Möglichkeiten zur Korrektur derartiger Ausrichtungsfehler beschrieben. Die Verfahren und Vorrichtungen entsprechend dabei teilweise den oben stehend für Kollimatorvorrichtungen beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen, und zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.

Der Begriff„gerichtete Strahlquelle“ umfasst dabei Strahlquellen, welche eine nicht diffuse Abstrahlcharakteristik besitzen und somit insbesondere in einer Ebene eine inhomogene Intensitätsverteilung aufweisen. Derartige gerichtete Strahlquellen können Laserdioden, Leuchtdioden, Laser und dergleichen sein. Die gerichtete Strahlquelle kann eine

Strahlformungseinrichtung, beispielsweise eine Optik, umfassen, die der Erzeugung einer gewünschten Abstrahlcharakteristik dient. Eine derartige Strahlformungseinrichtung kann eine Kollimatoroptik wie oben beschrieben, eine fokussierende Optik, Strahlhomogenisierer und dergleichen umfassen. Die gerichtete, nicht diffuse Abstrahlcharakteristik kann also eine inhärente Eigenschaft der verwendeten Lichtquelle, zum Beispiel Laser oder Laserdiode oder Leuchtdiode, sein, kann aber auch durch die jeweilige Strahlformungseinrichtung erzeugt oder beeinflusst werden. Die gerichtete Abstrahlcharakteristik kann auch nicht-rotationssymmetrisch hinsichtlich der Strahlform oder der Polarisation (z.B. lineare Polarisation) sein.

Bei Ausführungsbeispielen, die nachfolgend erläutert werden, wird eine Intensitätsverteilung des Lichtstrahls in verschiedenen Ebenen analysiert und hieraus auf eine Lage der optischen Achse geschlossen. Dies wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 10 erläutert.

Die Fig. 10 zeigt als Beispiel einer gerichteten Strahlquelle eine Leuchtdiode 51 , welche näherungsweise ein Gauss-förmiges Intensitätsprofil aufweist. Die Leuchtdiode 51 dient dabei nur als Beispiel und es können auch andere gerichtete Strahlquellen wie oben erwähnt, insbesondere auch einschließlich Strahlformungseinrichtungen, verwendet werden. Mit 7 ist eine mechanische Symmetrieachse der Leuchtdiode 51 bezeichnet. Im Idealfall liegt ein Maximum der Gauss-Verteilung des Intensitätsprofils stets auf der mechanischen Achse 7. Durch Fertigungstoleranzen, beispielsweise von Komponenten innerhalb der Leuchtdiode 51 , kann es hier jedoch zu Abweichungen kommen. Solche Abweichungen können bewirken, dass sich das Maximum des Gauss-Profils mit zunehmender Entfernung von der Leuchtdiode 51 von der mechanischen Achse 7 entfernt. Dies ist in der Fig. 10 für zwei Ebenen 52, 53 gezeigt, die jeweils senkrecht zur mechanischen Achse 7 stehen und verschiedene Entfernungen zu der Leuchtdiode S1 aufweisen. Das Bezugszeichen 54A bezeichnet ein Gauss-förmiges

Intensitätsprofil des von der Leuchtdiode 51 ausgehenden Lichtstrahls in der Ebene 52, und das Bezugszeichen 54B bezeichnet ein Gauss-förmiges Intensitätsprofil des von der Leuchtdiode 51 ausgehenden Lichtstrahls in der Ebene 53.

Das Gauss-förmige Intensitätsprofil wird dabei mit zunehmender Entfernung von der

Leuchtdiode 51 zum einen breiter (was auch im idealen Fall ohne Ausrichtungsfehler der Fall ist), und zudem entfernt sich in dem Beispiel der Fig. 10 aufgrund von Ausrichtungsfehlern das Maximum des Intensitätsprofils mit zunehmender Entfernung von der Leuchtdiode 51 von der mechanischen Achse 7. Eine Verbindungslinie der Maxima der Intensitätsprofile 54A, 54B wird in Anlehnung an die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele als optische Achse 8 bezeichnet.

Diese Intensitätsprofile können mit einer Messeinrichtung wie der bereits beschriebenen Messeinrichtung 1 1 , welche über einen Bildsensor verfügt, aufgenommen werden. Ähnlich wie bei der Aufnahme der Fokuspunkte, welche für das Beispiel der Kollimatorvorrichtung 1 beschrieben wird, wird hier die Schnittebene der Messeinrichtung auf die zu messenden Ebenen, im Beispiel der Fig. 10 auf die Ebenen 52, 53, eingestellt, sodass die jeweilige Ebene auf den Bildsensor abgebildet wird. Hieraus ergeben sich dann Bilder, aus denen das Maximum der Intensitätsverteilung in der jeweiligen Ebene ersichtlich ist. Als Beispiel zeigt die Fig. 10 ein Bild 55A in der Ebene 52 und ein Bild 55B in der Ebene 53. Wie zu sehen ist, entfernt sich das Maximum von der mechanischen Achse 7, welche in den Bildern 55A, 55B als Kreuzung zweier Linien repräsentiert ist. Auf diese Weise kann die Lage der optischen Achse 8 und somit der Ausrichtungsfehler ermittelt werden.

Zu bemerken ist, dass die Verwendung des Maximums nur ein Beispiel für das Gauss-förmige Strahlprofil der Fig. 10 ist. Bei anderen Strahlprofilen können andere Merkmale des Strahlprofils verwendet werden, um die Lage der optischen Achse 8 zu bestimmen.

Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen kann auch im Falle von gerichteten

Strahlquellen eine Schlagkreismessung durchgeführt werden, um Fehler in der Ausrichtung einer Messvorrichtung wie der Messvorrichtung 11 zu der gerichteten Strahlquelle herausmitteln zu können. Ein Beispiel hierfür ist in der Fig. 11 dargestellt.

Die Fig. 11 zeigt eine gerichtete Strahlquelle 50, welche ein Gehäuse aufweist, das dem bereits diskutierten Gehäuse 4 der Kollimatorvorrichtung 1 mit den Vorsprüngen 4A entspricht. In dem Gehäuse ist eine gerichtete Lichtquelle wie die Leuchtdiode 51 der Fig. 10 untergebracht, und/oder eine Strahlformungseinrichtung untergebracht, sodass insgesamt ein gerichteter Strahl erzeugt wird. Aufgrund von Ausrichtungsfehlern fällt dabei die optische Achse 8 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 nicht mit der mechanischen Achse 7 zusammen.

Das Strahlprofil der gerichteten Strahlquelle 50 weist ein Maximum auf. Dieses kann in mehreren Ebenen, wie für Fig. 10 beschrieben, detektiert werden, wovon zwei Ebenen 52, 53 dargestellt sind. Das Strahlprofil bzw. ein Maximum hiervon ist in der Ebene 51 mit 56A und in der Ebene 53 mit 56B bezeichnet. Das elliptische Strahlprofil, welches in Fig. 1 1 gezeigt ist, kann dabei durch eine Kombination des Strahlprofils einer Lichtquelle der gerichteten

Strahlquelle 50 mit einer Strahlformungseinrichtung, beispielsweise durch Kombination eines Gauss-förmigen Strahlprofils mit einer rechteckigen Strahlformungseinrichtung, erzeugt werden.

Wiederum durch den Pfeil 25 ist eine Drehung der Strahlformungseinrichtung 50 um die mechanische Achse 7 angedeutet. Auf diese Weise kann, wie in Bildern 57A und 57B gezeigt, mittels einer Messeinrichtung wie der Messeinrichtung 1 1 wiederum eine Schlagkreisaufnahme erzeugt werden, bei welcher das Strahlprofil in mehreren Winkelstellungen gemessen wird. Hierdurch kann auch die optische Achse 8 in jeder Winkelstellung ermittelt werden, und ein Ausrichtungsfehler kann, wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, ermittelt werden, wobei eine Ungenauigkeit der Ausrichtung der Messeinrichtung zu der gerichteten Strahlquelle wie beschrieben durch Verwendung des Mittelpunktes des

Schlagkreises als Referenz herausgemittelt werden kann.

Die Figur 11 zeigt dabei zudem ein Beispiel für ein nicht-rotationssymmetrisches Strahlprofil, in diesem Fall ein elliptisches Strahlprofil. Durch die gezeigten Aufnahmen kann auch die

Ausrichtung des Strahlprofils in den Ebenen 51 , 53 ermittelt werden. Ein anderes Beispiel ist eine linear polarisierte Lichtquelle. Hier kann z.B. durch Messung mit einem Polarisator zwischen Messeinrichtung 1 1 und Strahlquelle 50 durch Messung der Intensität in den verschiedenen Drehpositionen der Strahlquelle 50 ermittelt werden. Beispiele für eine Messung der Polarisation werden später unter Bezugnahme auf die Fig. 13A und 13B erläutert.

Zu beachten ist, dass die gerichtete Strahlquelle 50 auch ein Kollimator sein kann, wenn beispielsweise der kollimierte Lichtstrahl ein inhomogenes Strahlprofil wie ein Gauss-förmiges Strahlprofil aufweist.

Nach Bestimmen des Ausrichtungsfehlers kann dann eine Korrektur in der bereits für die Kollimatorvorrichtung 1 beschriebenen Weise erfolgen. Beispielsweise können die Vorsprünge des Gehäuses der Kollimatorvorrichtung 50, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben, bearbeitet werden, oder eine andere Bearbeitung ebenso wie für die Kollimatorvorrichtung 1 beschrieben erfolgen.

Bei einem nicht rotationssymmetrischen Strahlprofil können zudem auf Basis der oben erläuterten Bestimmung der Ausrichtung des Strahlprofils in der Ebene Azimuthreferenzen an dem Gehäuse der Strahlquelle 50 angebraucht werden. Diese Azimuthreferenzen können beispielsweise Bohrungen und Senkungen, (V-) Nuten, radiale Flächen und/oder weitere geeignete und produktspezifische Lösungen zur Winkelzuordnung umfassen und geben die Ausrichtung des Strahlprofils in der Ebene relativ zu dem Gehäuse an, z.B. eine Richtung der Hauptachse der Ellipse des elliptischen Strahlprofils der Fig. 11 oder eine Richtung einer linearen Polarisation des Strahls. Unter dem Azimuth oder Azimuthwinkel wird dabei eine Winkellage um die optische Achse herum (bei korrekter Ausrichtung im Wesentlichen entsprechend der Drehung gemäß dem Pfeil 25) verstanden. Beispiele für derartige

Azimuthmarkierungen werden später unter Bezugnahme auf die Fig. 14-16 erläutert. Es ist zu bemerken, dass die erläuterte Bestimmung der Ausrichtung eines nicht rotationssymmetrischen Strahlprofils und das Versehen mit Azimuthreferenzen auch in Kombination mit den unter Bezugnahme auf die Fig. 1-9 erläuterten Ausführungsbeispiele für die Kollimatorvorrichtung 1 durchgeführt werden kann.

Die Fig. 12 zeigt ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel. Zur Erläuterung des Verfahrens der Fig. 12 wird dabei auf die unter Bezugnahme auf die Figuren 10 und 1 1 vorgenommen Erläuterungen Bezug genommen.

In Schritt 60 wird eine Lichtquelle einer gerichteten Strahlquelle aktiviert, beispielsweise die Leuchtdiode 51 der Fig. 10 oder eine Lichtquelle der gerichteten Strahlquelle 50 der Fig. 1 1. In Schritt 61 erfolgt eine Messung, insbesondere des Strahlprofis, in einer ersten Ebene, insbesondere mittels einer Bildaufnahme, wie für die Bildaufnahme 55A für die Ebene 52 oder die Bildaufnahme 57A ebenfalls für die Ebene 52 der Fig. 11. In Schritt 62 erfolgt eine entsprechende zweite Messung des Strahlprofils in einer zweiten Ebene, wie die Ebene 53 der Figuren 10 und 1 1. Die Ebenen können dabei insbesondere senkrecht zu einer mechanischen Achse der gerichteten Strahlquelle stehen. Die Messung kann dabei unter Drehung der Strahlquelle erfolgen, um eine Schlagkreisaufnahme anzufertigen, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 11 erläutert.

In Schritt 63 wird dann ein Ausrichtungsfehler bestimmt. Hierzu kann die optische Achse als Verbindung von bestimmten Merkmalen der Strahlprofile in den Ebenen bestimmt werden, beispielsweise Verbindungen von Maxima des Strahlprofils wie unter Bezugnahme auf die Figuren 10 und 1 1 erläutert. Zudem kann eine Ausrichtung eines nicht rotationssymmetrischen Strahlprofils der Strahlquelle erfasst werden.

In Schritt 64 kann dann die gerichtete Strahlquelle korrigiert werden, entsprechend der unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläuterten Korrektur der Kollimatorvorrichtung 1 , und es können Azimuthreferenzen wie diskutiert hinzugefügt werden.

Wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 1 bereits kurz erläutert, kann neben einem nicht- rotationssymmetrischen Strahlprofil auch eine Polarisation des Lichtstrahls vorliegen, die eine bestimmte Lage haben soll. Verdrehungen gegenüber dieser gewünschten Lage werden wie oben ebenfalls bereits erwähnt als Azimuthfehler bezeichnet. Polarisierte Strahlen können linear oder zirkular polarisiert sein. Beispielsweise erzeugen viele Laser linear polarisiertes Licht. Die Figuren 13A und 13B zeigen Vorrichtungen, welche zur Bestimmung des Azimuthfehlers bei polarisiertem Licht dienen können.

Als Beispiel für eine Strahlquelle dient dabei jeweils ein Kollimator 100, beispielsweise

Faserauskoppler, welcher polarisiertes Licht aussendet. Im Falle der Fig. 13A ist dabei das Licht linear polarisiertes Licht. Statt einem Kollimator wie dem Kollimator 100 können auch andere gerichtete Strahlquellen verwendet werden.

Zum Bestimmen der Polarisationslage trifft in Fig. 13A Licht von dem Kollimator 100 auf eine planparallele Platte 101. Die Lage der planparallelen Platte 101 ist dabei so gewählt, dass das Licht näherungsweise unter dem Brewster-Winkel auf die planparallele Platte 101 trifft. Mit einem Detektor 102, beispielsweise einer Photodiode oder Anordnung von Photodioden, wird das an der planparallelen Platte 101 reflektierte Licht detektiert. Im Idealfall wird p-polarisiertes Licht, bei dem die Polarisation in der Einfallsebene, d.h. in der Ebene der planparallelen Platte 101 liegt, nicht reflektiert, während s-polarisiertes Licht mit einer Polarisation senkrecht zur Einfallsebene reflektiert wird. Alternativ ist auch eine Messung in Transmission des nicht reflektierten Lichts möglich. Bei Drehung des Kollimators 100 um die Längsachse wie durch einen Pfeil angedeutet ergeben sich daher Maxima und Minima des Signals des Detektors 102, wie in einer Kurve 103 gezeigt. In der Praxis geht dabei häufig die Kurve bei p-Polarisation nie ganz auf Null, was durch Streueffekte oder eine leichte Abweichung in der Ausrichtung der planparallelen Platte 101 vom Brewster-Winkel verursacht werden kann. Jedenfalls kann anhand der Lage der Maxima und Minima der Kurve 103 die Polarisationsrichtung bestimmt werden. Um die Ausrichtung des Kollimators 100 in einem System dann festzulegen, kann eine Azimuthmarkierung angebracht werden, wie dies unter Bezugnahme auf die Figuren 14 bis 16 noch näher erläutert werden wird. Hierzu ist vorteilhafterweise die Vorrichtung der Fig. 13A direkt in einem Drehwerkzeug oder anderem Bearbeitungswerkzeug angeordnet, so dass das Anbringen der Azimuthmarkierung ohne Neu-Justage in einer neuen Vorrichtung, wozu die Ergebnisse der Messung übertragen werden müssen, erfolgen kann. Die planparallele Platte 101 eignet sich hierfür besonders gut, da sie relativ leicht zu einer Maschinenachse eines Bearbeitungswerkzeugs ausgerichtet werden kann.

In Fig. 13B ist als Alternative zu der planparallelen Platte 101 und dem Detektor 102 ein herkömmliches Polarisationsmessgerät 104 bereitgestellt, um die Polarisation zu messen. Wie in einem Beispielergebnisbild 105 des Polarisationsmessgeräts 104 dargestellt, können hier auch nichtlineare Polarisationen, beispielsweise elliptische Polarisationen, gemessen werden. Auch hier wird bevorzugt das Polarisationsmessgerät 104 direkt in einem

Bearbeitungswerkzeug zum Anbringen eine Azimuthmarkierung integriert und mit einer Werkzeugachse der Bearbeitungsvorrichtung ausgerichtet.

Beispiele für das Anbringen einer Azimuthmarkierung werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 14 bis 16 erläutert.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 14 A wird mit einem Fräswerkzeug 1 11 , welches in ein Drehwerkzeug zu der vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 erläuterte Bearbeitung angeordnet sein kann, eine Azimuthmarkierung angebracht. Insbesondere können hier Nuten 1 10 eingefräst werden. In einem System kann dann, wie in der Fig. 14B gezeigt, der Kollimator 100 in eine Hülle 112 eingesetzt werden, und die Azimuthlage wird durch einen Stift 1 13, der in eine oder beide der dargestellten Nuten 1 10 eingreift, festgelegt.

Ein weiteres Beispiel ist in der Fig. 15 dargestellt, wovon die Fig. 15A eine perspektivische Ansicht und die Fig. 15B eine Querschnittsansicht zeigt. Im Falle der Fig. 15 weist die

Strahlquelle ein Gehäuse 130 mit einer Hirth-Verzahnung 132A auf. In dem Gehäuse 130 ist beispielsweise ein Faserauskoppler 133 eingesetzt. Der Faserauskoppler 133 kann mit dem Gehäuse 130 fest verbunden sein. In diesem Fall wird entsprechend der bestimmten

Azimuthlage der Polarisation oder des Strahlprofils die Hirth-Verzahnung 132A in das Gehäuse 130 gefräst, um die Ausrichtung festzulegen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Faserauskoppler 133 oder ein anderes Element wie der Kollimator 100 der Figuren 14A und 14B in das Gehäuse mit bereits vorhandener Hirth-Verzahnung eingesetzt werden, und dort durch eine weitere Azimuthmarkierung wie die unter Bezugnahme auf die Figuren 14A und 14B diskutierten Nuten in der richtigen Ausrichtung eingesetzt werden. Ein Element 131 eines Systems, in das die Strahlquelle eingesetzt werden soll, weist eine zu der Hirth-Verzahnung 132A komplementäre Hirth-Verzahnung 132B auf. Durch die Hirth-Verzahnung wird dann das Gehäuse 130 beim Einsetzen in das System selbstzentrierend an dem Teil 131 ausgerichtet. Durch die Hirth-Verzahnung wird ein robustes System erreicht, welches über viele

Wechselzyklen der Strahlquelle reproduzierbar hinsichtlich Position, Kippung und Azimuth ist. Zu bemerken ist, dass die Hirth-Verzahnung auch bei rotationssymmetrischen Strahlquellen eingesetzt werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise ein Kollimator, der wie in Fig. 6 dargestellt bearbeitet wird, in ein Gehäuse mit einer Hirth-Verzahnung eingesetzt werden.

Ein weiteres Beispiel für eine Azimuthmarkierung ist in Fig. 16 dargestellt. Hier ist ähnlich wie bei der Fig. 15B gezeigt ein Faserauskoppler 144 in einem Gehäuse 140 angeordnet. Wiederum kann der Faserauskoppler 144 mit dem Gehäuse 140 fest verbunden sein, oder er kann mit einer weiteren Azimuthmarkierung, beispielsweise derjenigen der Figuren 14A und 14B, in dieses eingesetzt werden. In das Gehäuse 140 werden als Azimuthmarkierung drei Nuten 142 gefräst, die mit drei Kugeln 143 eines systemseitigen Elements 141 beim Einbau in das System in Eingriff gebracht werden. Die Azimuthmarkierungen 142 können bei manchen Ausführungsbeispielen je nach bestimmter Lage der Polarisation oder des Strahlprofils eingefräst werden, wenn der Faserauskoppler mit dem Gehäuse 140 fest verbunden ist oder das Gehäuse 140 auf andere Weise unmittelbar Teil der Strahlquelle ist. Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich, gibt es für Azimuthmarkierungen also mehrere Möglichkeiten.

Im Hinblick auf die beschriebenen Varianten und Abwandlungen ist klar, dass die konkret dargestellten Ausführungsbeispiele lediglich der Veranschaulichung dienen.