DE3844230A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung von mikroabstaenden - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung handelt von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Messung von Mikroabständen (Abstände in der Größenordnung von 0,1 bis 300 µm oder mehr) mit hoher Genauigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt.

Bei der Herstellung von Glasfaseroptiksystemen ist es z.B. wünschenswert, einen Ein- oder Mehrmoden-Lichtleiter in die Nähe (2 bis 20 µm) eines Laserdiodenchips zu bringen, ohne den Chip zu beschädigen, und zwar üblicherweise im Rahmen des Anschließvorgangs. Der in die Nähe gebrachte Lichtleiter kann gegenüber dem Laserdiodenchip in eine Lage gebracht werden, bei der die größte Lichtmenge vom Laserdiodenchip durch den Lichtleiter tritt. Der Laserdiodenchip und der Lichtleiter werden dann mit Hilfe einer Laserschweißung oder mit anderen Mitteln in dieser Lage fixiert.

Es ist bei einem solchen Prozeß absolut unerwünscht, daß das Ende des Lichtleiters den Laserdiodenchip berührt, da sonst eine Zerstörung stattfinden kann. Dementsprechend benötigt man ein Hilfsmittel, um die beiden Teile zuverlässig in ein dichtes Abstandsverhältnis in der Größenordnung von 1 oder 2 µm zu bringen, ohne daß eine Berührung stattfindet. Mit dieser Erfindung wird ein System zum Erreichen des Obigen vorgeschlagen, bei dem der Prozeß zuverlässig ist, das wenig kostet und das zur Anwendung bei der Herstellung handelsüb­ licher Mengen von Laserdiodenchips mit angesetzten Lichtlei­ tern geeignet ist.

Außerdem kann das Verfahren gemäß der Erfindung genausogut für andere Aufgaben angewandt werden, bei denen man zwei Ob­ jekte in sehr dichte Nachbarschaft bringen will, ohne daß sie sich gegenseitig berühren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Mes­ sung des Mikroabstandes zwischen zwei Objekten zu schaffen. Ein erster Halter dient zum Festhalten und Positionieren des einen Objektes und ein zweiter Halter zum Festhalten und Po­ sitionieren eines zweiten Objektes. Es ist ein Fühler vorge­ sehen, der eine lichtaussendende Quelle enthält, die übli­ cherweise einen Lichtleiter mit einem freien, lichtaussen­ denden Ende aufweist. Eine lichtempfangende Faser befindet sich in einem gewissen Abstand von der Quelle und empfängt Licht von dieser, wobei die lichtempfangende Faser so ange­ ordnet ist, daß sie Licht zum Lichtempfänger überträgt.

Außerdem sind Mittel vorgesehen, um diese Abtastvorrichtung relativ und in Schritten von vorbestimmter Mikrobewegung von der einen Lage, wo das eine von zwei Objekten das Licht der Quelle daran hindert, die lichtempfangende Faser zu errei­ chen, zu einer zweiten Lage, wo das andere von zwei Objekten das Licht der Quelle daran hindert, die lichtempfangende Fa­ ser zu erreichen, zu bewegen.

Jeder Schritt vorbestimmter Mikrobewegung kann charakteri­ stischerweise in der Größenordnung von 1/10 µm sein. Die Abtastvorrichtung kann von einer Verschiebeeinrichtung ge­ tragen werden und die Abtastvorrichtung und der erste und zweite Halter können in schrittweiser Mikrobewegung beweg­ lich sein. Der Ausdruck "relativ beweglich" beinhaltet, daß einige oder alle Teile beweglich sind. Es kann z.B. die Ab­ tastvorrichtung stationär sein und nur der erste und zweite Halter die jeweiligen Objekte nach Wunsch bewegen.

Die Verschiebeeinrichtung wird mit motorischen Mitteln zur Bewegung in jeder Richtung betrieben, und der Motor wird durch entsprechende Mittel gesteuert, um die schrittweise Mikrobewegung zu ermöglichen.

Eine Kodiereinrichtung ist außerdem vorgesehen, um die Lage der beweglichen Abtastvorrichtung und des ersten und zweiten Halters in geeigneter Weise zu bestimmen, so daß der Abstand zwischen den zwei Gegenständen als Funktion der Ab- oder Zu­ nahme des von der lichtempfangenden Faser empfangenen Lichts der lichtaussendenden Quelle bestimmt werden kann.

Der Lichtleiter mit einem freien, lichtaussendenden Ende und die lichtempfangende Faser stehen nicht in koaxialer Lage, sondern vorzugsweise in einem spitzwinkligen Verhältnis zu­ einander, so daß die Enden nur einen sehr kurzen Abstand von typischerweise 500 bis 1500 µm haben, der gerade so groß ist, daß sich die zu messenden Gegenstände durch diesen hin­ durch bewegen können, und die gleichzeitig infolge des spit­ zen Winkelverhältnisses einen größeren Platz für Haltehülse oder ähnliches vorsehen, um die jeweiligen Fasern an einem von ihrem Ende entfernten Punkt zu halten.

Schließlich haben eine der Fasern und typischerweise beide ein freies Ende, das eine angewinkelte, flache Oberfläche besitzt, wobei das Licht von der lichtaussendenden Faser zur lichtempfangenden Faser auf einem Weg verläuft, der die Reflexion an einer solchen angewinkelten flachen Oberfläche und typischerweise an den flachen Oberflächen beider Fasern einschließt.

Es ist ferner wünschenswert, daß die lichtaussendende Quelle Mittel enthält, um Licht von oszillierender Stärke zu erzeu­ gen. Der Lichtdetektor ist dann in der Lage, das oszillie­ rende Licht auch bei Anwesenheit von Hintergrundbeleuchtung durch entsprechende Schaltungsanordnung und andere bekannte Mittel zu empfangen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann vorzugsweise dazu benutzt werden, um den Mikroabstand zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt auf folgende Art und Weise zu mes­ sen:

Man richtet die Enden der lichtaussendenden Faser und der lichtempfangenden Faser auf das erste Objekt. Die lichtaus­ sendende und die lichtempfangende Faser werden auf gegen­ überliegenden Seiten des ersten Objektes so angeordnet, daß das Licht unterbrochen ist, sie sind jedoch so ausgerichtet, daß die lichtempfangende Faser von der lichtaussendenden Faser Licht empfängt, wenn der Weg nicht behindert ist.

Dann bewegt man die aussendende und die empfangende Faser gemeinsam in Richtung des zweiten Objektes, bis die Vorder­ fläche des ersten Objektes die aussendende Faser passiert und den Lichtdurchgang zwischen diesen ermöglicht und da­ durch anzeigt, daß die Vorderfläche des ersten Objektes er­ mittelt ist. Dann notiert man die Lage der Fasern und der Vorderfläche.

Man kann dann die aussendende und die empfangende Faser in ihrer festen Beziehung weiterbewegen, bis das Ende des zwei­ ten Objektes zwischen die aussendende und die empfangende Faser tritt und den Lichtdurchgang zwischen diesen beendet. Man kann dann erneut die Lage der aussendenden und der emp­ fangenden Faser und des zweiten Objektes notieren, um die Lage des Endes des zweiten Objektes zu erhalten.

Aus den beiden oben beschriebenen notierten Lagen läßt sich gewöhnlich leicht der Mikroabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt errechnen. Dieser Abstand kann oft mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 µm berechnet werden. Mit dieser Information ist es möglich, das erste und zweite Objekt auf vorsichtige und schrittweise Art einander zu nähern, so daß beide, ohne sich direkt zu berühren, einen genauen Mikroabstand von der Größe von 1 oder 2 µm voneinan­ der haben.

Das erste Objekt kann typischerweise ein Laserdiodenchip sein, der im allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt mit einer aktiven rechteckigen Fläche als Frontfläche hat, deren Seitenlängen in der Größenordnung von 200 bis 300 µm liegen. Das zweite Objekt kann der lichtleitende Teil des Endes eines Lichtleiterkabels sein. Ein derartiges Lichtleiterka­ bel ist typischerweise ein in einer Umhüllung eingeschlosse­ ner Faserlichtleiter. Ein Einmoden-Faserlichtleiter hat einen typischen Durchmesser von 8 bis 10 µm, ein Mehrmoden-Faser­ lichtleiter einen Durchmesser in der Größenordnung von 50 µm.

Eine grobe Ausrichtung kann mit Hilfe eines Mikroskops oder einer Lupe erfolgen, um die lichtaussendende und die licht­ empfangende Faser auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Objektes oder auch des ersten Objektes, wie oben beschrieben, einzubringen, um eine Berührung zwischen der sendenden und der empfangenden Faser und den Objekten zu vermeiden.

Verfolgt man die Ausrichtung und Anordnung der ersten und der zweiten Objekte für den Fall, daß das eine Objekt ein Laserdiodenchip und das andere das Ende eines Faserlichtlei­ ters in einem Kabel ist, dann kann der Faserlichtleiter in Richtung der Fläche des Laserdiodenchips bewegt werden, ohne diesen zu berühren, bis er auf den Lichtquellenbereich des Laserdiodenchips gut ausgerichtet ist. Anschließend kann das Ende des optischen Kabels mittels Laser verschweißt oder auf andere Weise mit dem Laserdiodenchip dauerhaft verbunden werden. Dies kann gemäß den Ausführungen in der US-Patentan­ meldung Nr. 1 15 860 vom 2. November 1987 mit dem Titel "Ver­ fahren und Vorrichtung zur Ausrichtung einer Glasfaseroptik" oder auf eine andere Art und Weise bewerkstelligt werden.

Es ist bei der Handhabung des Verfahrens nach der Erfindung nicht erforderlich, daß das aus der lichtaussendenden an der lichtempfangenden Faser empfangene Licht auf Null fällt oder auf einen Höchstwert ansteigt, um brauchbare Daten zu erhal­ ten. Die Erfindung kann z.B. mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer empirisch ermittelten Lichtkurve, die aus einer Kalibrierung des Gerätes gemäß der Erfindung abgelei­ tet wird, verwendet werden, indem das bei der Messung spe­ zieller Objekte empfangene Licht mit der genauen Lage der Lichtquelle und der lichtempfindlichen Fasern korreliert wird. Wenn das von der lichtempfangenden Faser erfaßte Licht auf 50% des Normalwertes fällt, kann dies in idealer Weise ein Anzeichen dafür sein, daß die Vorderseite des Chips den Lichtweg genau halbiert, der typischerweise 8 oder 10 µm im Durchmesser beträgt. Durch eine derartige quantitative Annä­ herung wird es daher möglich, die Lage der jeweiligen Objek­ te mit einem Grad von Genauigkeit bis hinab zu Bruchteilen eines Mikrometers zu bestimmen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 10 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufriß eines Teils der Abstandsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht mit ge­ schnittenen Teilen und Teilen der Abtastvorrichtung nach Fig. 1 in Explosionsansicht,

Fig. 3 eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht der Lageverhältnisse zwischen der lichtaussendenden und der lichtempfangenden Faser der Abtastvorrichtung nach Fig. 2 und dem Laserdiodenchip und dem Licht­ leiterkabel, die zusammengefügt werden müssen,

Fig. 4 einen vergrößerten Aufriß der lichtaussendenden und der lichtempfangenden Faser nach Fig. 2 und ihre gegenseitige Lage und

Fig. 5 einen Aufriß der Vorrichtung gemäß Fig. 1, um 90° um ihre senkrechte Achse gedreht.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Messung des Abstandes zwischen einem Laserdiodenchip 12 und dem Ende 13 eines Lichtleiterkabels 14. Für diese Aufgabe ist eine Abtastvor­ richtung 16 vorgesehen.

Die Abtastvorrichtung 16 besteht aus einer lichtaussendenden Quelle 22 von herkömmlicher Art, die an einer optischen Fa­ ser 24 mit einem freien, lichtaussendenden Ende 26 gekoppelt ist, die mit einem Licht von einer Lichtquelle 22 und mit Strom versorgt wird, der über ein Kabel 28 aus einer konven­ tionellen Elektronikschaltung 29 zur Erzeugung eines oszil­ lierenden Lichtstrahles kommt, und die eine Stromversorgung 31 und geeignete Melder und Statusanzeigen für die Licht­ quelle besitzt.

Es ist dargestellt, daß das Ende 26 der optischen Faser 24 eine abgewinkelte Fläche 30 besitzt, die dafür sorgt, daß das durch die optische Faser 24 herabkommende Licht von der Fläche 30 seitwärts nach außen in einen Lichtstrahl 32 abge­ lenkt wird (Fig. 4).

Die lichtempfangende Faser 34, die von einem konventionellen Lichtdetektor 36 gehalten wird, ist außerdem an der Abtast­ vorrichtung 16 befestigt. Der lichtempfangende Detektor 36 wiederum ist über ein Kabel 38 mit konventioneller Elektro­ nik zur Verarbeitung von Lichtsignalen verbunden. Es gibt einen Filterverstärker 37, einen angeschlossenen Monitor 39 und einen Zustandsanzeiger 51 sowie eine Stromversorgung, einen angeschlossenen Monitor und einen Statusanzeiger 41, so daß die Lichtsignale in erforderlicher Weise zur Daten­ auswertung verarbeitet werden können.

Die lichtaussendende Quelle 22 und der lichtempfangende De­ tektor 36 können in einem Gehäuse 40 angeordnet werden, wie Fig. 2 zeigt, so daß die optischen Fasern 24 und 34 in spit­ zem Winkel zueinander stehen. Das erlaubt, daß die jeweili­ gen Enden 26 und 42 der optischen Fasern nahe beieinander in einem Abstand in der Größenordnung von etwa 1000 µm stehen, wobei die erforderliche große Lichtquelle 22 und der Licht­ detektor 36 weiter auseinander stehen können.

Der Laserchip 12 kann von einem ersten Halter 44 und das Lichtleiterkabel 14, das das abisolierte Teil des Lichtlei­ terkabels 45 ist, von einem zweiten Halteteil 48 und 50 für eine genaue und feste Positionierung getragen werden. Das Halteteil 48 kann Greifarme 49 besitzen, um das Kabel 45 zu halten.

Der Lichtstrahl 32 aus der optischen Faser 24 kann in das Ende 42 der lichtempfangenden Faser 34 eindringen, dort auf die Winkelfäche 47 treffen und in eine Richtung abgelenkt werden, die parallel zur Achse der Faser 34 verläuft. Auf diese Weise können die optischen Fasern 24 und 34 das Licht auf effiziente und verlustarme Weise übertragen, obwohl sie sich in einer spitzwinkligen, nicht parallelen Lage und im gegenseitigen Abstand befinden. Die Winkelflächen 30 und 47 können mit Rücksicht auf die spitzwinklige Anordnung der Fasern 24 und 34 auch andere Winkel als 45° zur Achse der Fasern haben. So können z.B. der Winkel zwischen den Fasern 24 und 34 30° und die Winkel der Flächen 30 und 47 37,5° be­ tragen.

Wie oben erwähnt, sollte das ausgesendete und durch die optischen Fasern geleitete Licht vorzugsweise eine oszillie­ rende Amplitude haben. Eine geeignete Schaltung 35 mit Fil­ terverstärker 37 und Monitor 39 kann dann dazu verwendet werden, um dieses Wechsellicht gegenüber dem Hintergrund­ licht auszuwerten.

Die hier gezeigte Vorrichtung kann dazu benutzt werden, den Abstand zwischen der Vorderfläche 46 der Laserdiode 12 und dem vorderen Ende 13 des Lichtleiterkabels 14 zu messen. Das kann dadurch erreicht werden, daß man die optischen Fasern 24 a und 34 a gemäß den Hilfslinien in Fig. 3 so ausrichtet, daß sie sich in einer Ebene mit dem Ende des Lichtleiterka­ bels 14 befinden. Das kann durch Bewegung der Abtastvorrich­ tung 16 relativ zum Lichtleiterkabel 14 geschehen, bis der Lichtstrahl 32 zwischen den optischen Fasern 24 und 34 durch Anwesenheit des Endes 13 des Lichtleiterkabels 14 geschwächt oder auf einen vorgegebenen Wert gesenkt wird. Ein charakte­ ristisches Abblendverhalten des Lichtes sollte vorher empi­ risch ermittelt werden, so daß die Lage der optischen Fasern 24 und 34 relativ zum Lichtleiterkabel 14 genau bestimmt werden kann, und zwar durch Ermittlung eines charakteristi­ schen optischen Intensitätsmusters, das durch den über Kabel 38 verbundenen Filterverstärker 37 und Monitor 39 bestimmt wird. Eine genaue Lage wird z.B. erreicht, wenn in einer La­ ge eine charakteristische Abschwächung notiert wurde, und wenn sich der Strahl zwischen den Teilen 24 und 34 bei einer Bewegung in Richtung zur Laserdiode 12 aufhellt.

Auf diese Weise kann die Lage des Endes des Lichtleiterka­ bels 14 auf der Achse Z gemäß Fig. 3 bestimmt werden. In ähnlicher Weise kann die Lage der Vorderseite 46 der Laser­ diode 12 bestimmt werden, um die jeweilige Lage der beiden Teile auf der Z-Achse zu lokalisieren und so deren Abstand mit der Genauigkeit eines Bruchteils eines Mikrometers zu messen.

Genauer ausgeführt kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung in folgenden Schritten verwendet werden:

Zuerst lädt man den Chip 12 und das Lichtleiterkabel 14 wie gezeigt in ihre jeweiligen Haltevorrichtungen. Unter Verwen­ dung eines Mikroskops, das an der Vorrichtung befestigt sein kann, bewegt man sichtbar die Abtastvorrichtung 16, bis die Fasern 24 und 34 das Ende vom Lichtleiterkabel 14 schneiden. Die Lage des Lichtleiterkabels auf der Z-Achse ist damit an­ hand der charakteristischen Lichtintensitätskurve des Licht­ detektors 36 bestimmt, wenn die Abtastvorrichtung 16 in Schritten von Bruchteilen eines Mikrometers entlang der Z-Achse bewegt wird. Eine solche Bewegung kann durch eine Führungsbahn und ein Gleichstrommotorsystem 50 bewerkstel­ ligt werden, das ein konventionell entworfenes System zur Fortbewegung eines Objektes in kleinsten Schritten entlang einer Gleitfläche oder Führung sein kann, wobei die Position mit konventionellen Meßverfahren dargestellt wird. Als eine derartige konventionelle Verschiebeeinrichtung können z.B. eine Gleitvorrichtung und Leitspindeln von Mitsubishi Tsubaki Ltd. aus Japan dienen.

Die Abtastvorrichtung 16 kann auch vertikal entlang der Y- Achse (Fig. 3) mit Hilfe einer zweiten Verschiebeeinrichtung 52, die mit Meßmitteln für die Lagebestimmung ausgestattet ist, und die von gleicher herkömmlicher Konstruktion wie die Verschiebeeinrichtung 50 ist, verschoben werden, um das Auf­ finden des Lichtleiterkabels 14 zu unterstützen.

So läßt sich mindestens die horizontale Ebene des Lichtlei­ terkabels 14 orten und, falls erwünscht, die genaue Lage des Endes 13 auf der Z-Achse bestimmen. Andererseits kann die Abtastvorrichtung 16 entlang der Z-Achse zurück zu einer Ausgangslage gegenüber von Chip 12 fahren, nachdem er schon die Lage auf der Y-Achse, jedoch noch nicht die Lage vom Ende 13 auf der Z-Achse ermittelt hat.

Als nächsten Schritt bewegt man dann Chip 12 axial entlang der Z-Achse und horizontal entlang einer X-Achse (Fig. 3) zu der bereits registrierten Position, indem man die Markierung unter den Spitzen der Fasern 24 und 34 benutzt. Dafür können die Verschiebeeinrichtungen 54 und 56 benutzt werden, die alle beide in ihrer Art den früheren Verschiebeeinrichtungen 50 und 52 generell ähnlich sind.

Danach bewegt man die Abtastvorrichtung 16 und die Lichtlei­ terhalter 48 und 50 (die das Lichtleiterkabel 14 halten) zu­ sammen als eine gemeinsame Stufe in vertikaler Weise entlang der Y-Achse zu der gemerkten Position gerade über dem Ende von Chip 12. Da das Lichtleiterkabel 14 und die Abtastvor­ richtung 16 sich gemeinsam bewegen, ist die genaue Lage des Lichtleiterkabels 14, bezogen auf die Abtastvorrichtung 16, weiterhin bekannt. Typischerweise werden die Fasern 24 und 34 etwa 100 µm über dem Ende des Chips positioniert. Eine fünfte Verschiebeeinrichtung 57 ist dafür vorgesehen, sowohl die Abtastvorrichtung 16 als auch den Lichtleiterhalter 48 gemeinsam als ein Stück zu bewegen, sie kann auch von der gleichen Ausführungsart wie die anderen Verschiebeeinrich­ tungen sein. Die Verschiebeeinrichtung 57 sollte, wie auch immer, in Aufwärtsrichtung mit Hilfe eines über Rollen lau­ fenden Gegengewichtes 58 vorgespannt werden.

Danach bewegt man das Lichtleiterkabel 14 und die Abtastvor­ richtung 16 langsam entlang der Y-Achse mit der Verschiebe­ einrichtung 57 abwärts, bis die Abtastvorrichtung am Ende des Chips 12 angekommen ist, was durch eine plötzliche Ver­ minderung des vom Teil 36 erfaßten Lichtes angezeigt wird. Diese Lage der Faserenden wird durch die Fasern 24 und 34 in Fig. 3 angezeigt.

Dann bewegt man die Abtastvorrichtung 16 vorwärts entlang der Z-Achse in Richtung Lichtleiterkabel 14 (unter Verwen­ dung der Verschiebeeinrichtung 50), bis ein Anwachsen des von Teil 36 erfaßten Lichtes die Lage der Vorderkante 46 des Chips anzeigt. Diese Lage wird elektronisch oder auf andere Weise als kritischer Parameter des Prozesses registriert. Alsdann fährt man fort, die Abtastvorrichtung 16 entlang der Z-Achse mit Hilfe der Verschiebeeinrichtung 50 zu bewegen, bis man eine weitere Lichtverminderung mittels Teil 36 er­ faßt, die die Anwesenheit des Endes 13 des Lichtleiterkabels 14 im Lichtpfad 32 a, ausgehend von Faser 24 a und 34 a, an­ zeigt. Diese spezielle Position der Fasern 24 und 34 wird ebenfalls elektronisch oder auf andere Weise registriert.

Aus diesen beiden registrierten Positionen kann man den Ab­ stand der Vorderfläche 46 vom Ende 13 des Lichtleiterkabels 14 auf Bruchteile eines Mikrometers bestimmen. Man kann da­ her den Chip 12 entlang der Z-Achse mit Hilfe der Verschie­ beeinrichtung 56 näher zum Lichtleiterkabel 14 hin bewegen, so daß die Lücke zwischen der Vorderfläche 46 des Chips 12 und dem Ende des Lichtleiterkabels 14 typischerweise etwa 100 µm beträgt. Dann betätigt man die Verschiebeeinrichtung 57, um die Abtastvorrichtung 16 und das Lichtleiterkabel 14 abwärts entlang der Y-Achse auf einen vorbestimmten Abstand zu bewegen, der dem Feld 53 entspricht, auf dem die Licht­ emission vom Laserchip 12 erwartet wird, wobei der aktuelle lichtemittierende Fleck 53 vielleicht nur einen Durchmesser von 10 µm hat. Dann tastet man mit der mit dem Lichtleiter­ kabel 14 verbundenen Vorrichtung in typischen 3 µm-Schritten ab, indem man das Lichtleiterkabel 14 mit Hilfe der Verschie­ beeinrichtung 57 vertikal und den Chip 12 mit der Verschie­ beeinrichtung 54 horizontal in X-Richtung bewegt, bis die größte Lichtmenge von dem Lichtleiterkabel 14 erfaßt wird.

Anschließend bewegt man den Chip 12 entlang der Z-Achse mit Hilfe der Verschiebeeinrichtung 56, um das Lichtleiterkabel 14 und die Vorderfläche 46 wunschgemäß in ihren endgültigen Spaltabstand von nur wenigen µm zu bringen. Man kann dann entlang der X- und der Y-Achsen wie vorher erneut lesen, um sicher zu sein, daß das Lichtleiterkabel 14 auf den höchsten Lichteinfall eingestellt ist. Nach diesem Vorgang kann das Lichtleiterkabel 14 auf die Oberfläche 46 des Laserchips 12 mittels beliebigem Verfahren befestigt werden.

So können bei diesem Verfahren, das auch automatisch durch Computersoftware gesteuert werden kann, Lichtleiterkabel oder andere ähnliche Teile in extrem geringe Nähe zu einer Oberfläche für eine gewünschte spätere Weiterverarbeitung gebracht werden, ohne diese Oberfläche zu berühren.

Es sollte erwähnt werden, daß, nachdem die Enden der opti­ schen Fasern 24 und 34 in eine fluchtende Lage zum Lichtlei­ terkabel 14 gebracht wurden, die Verschiebeeinrichtung 52 nicht mehr bewegt wird, bis der Prozeß abgeschlossen ist, so daß von dieser Zeit an die Fasern 24 und 34 in fluchtender Lage zum Lichtleiterkabel 14 verbleiben, und zwar in einer Ebene, die die zwischen den Fasern 24 und 34 gebildete Linie und eine Linie enthält, die parallel zu einer Achse zwischen Lichtleiterkabel 14 und Chip 12 verläuft.

Das Signal, das die gewünschte Lichtverminderung beinhaltet, geht über Kabel 38 und wird über den Filterverstärker 37 und Monitor 39 weiterverarbeitet, um die verschiedenen Einstel­ lungen der Abtastvorrichtung 16 zu registrieren. Man erhält ein einfaches Rechenverfahren, das von einem Mikrocomputer im System durchgeführt werden kann, um den Abstand zwischen einer ersten und einer zweiten Lage mit der Genauigkeit von Bruchteilen eines Mikrometers zu bestimmen und den Abstand zwischen den Flächen 46 und 13 zu erhalten. Dieser Abstand kann dann auf dem Statusbildschirm 51 als Ablesewert darge­ stellt werden.

Claims (23)

1. Verfahren zur Messung des Mikroabstandes zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt, gekennzeichnet durch

• - eine Ausrichtung der Enden einer lichtaussendenden Faser und einer lichtempfangenden Faser in einer koplanar fluch­ tenden Weise zur Vorderfläche des ersten Objektes, das dem zweiten Objekt gegenübersteht, wobei die lichtaussendende und die lichtempfangende Faser einen Abstand zueinander haben, jedoch so ausgerichtet sind, daß die lichtempfan­ gende Faser das Licht von der lichtaussendenden Faser emp­ fängt, und Registrieren der Lage der lichtaussendenden und der lichtempfangenden Faser sowie der Vorderfläche des ersten Objektes; und
• - eine gemeinsame Relativbewegung der aussendenden und der empfangenden Faser, bis das Stirnende des zweiten Objektes zwischen der aussendenden und der empfangenden Faser hin­ durchtritt und den Lichtübergang zwischen ihnen unter­ bricht, und Registrieren der Lage der Fasern und des Stirnendes, woraus der trennende Abstand zwischen der Vor­ derfläche des ersten Objektes und dem Stirnende des zwei­ ten Objektes bestimmt werden kann.

2. Verfahren zur Messung des Mikroabstandes zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt, gekennzeichnet durch

• - eine Ausrichtung der Enden einer lichtaussendenden Faser und einer lichtempfangenden Faser auf ein erstes Objekt, wobei die lichtaussendende und die lichtempfangende Faser auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Objektes beab­ standet angeordnet sind und die lichtempfangende Faser je­ doch so ausgerichtet ist, daß diese das Licht von der lichtaussendenden Faser empfängt, wenn ein ununterbroche­ ner Pfad vorliegt,
• - eine gemeinsame Relativbewegung der aussendenden und der empfangenden Faser in Richtung auf das zweite Objekt, bis das Stirnende des ersten Objektes zwischen der aussenden­ den und der empfangenden Faser hindurchtritt und dem Licht ermöglicht, zwischen diesen hindurchzutreten, und Regi­ strieren der Lage der Fasern und des Stirnendes, und ferner
• - ein relatives Vorrücken der aussendenden und empfangenden Faser in ausgerichteter Weise, bis das Ende des zweiten Objektes zwischen der aussendenden und der empfangenden Faser hindurchtritt und das Licht zwischen diesen unter­ bricht, und erneutes Registrieren der Lage der aussenden­ den und der empfangenden Faser und des Endes des zweiten Objektes.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objekt ein Laserdiodenchip und das zweite Objekt der lichtleitende Teil eines Endes eines Lichtleiterkabels ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiterkabelende anschließend so ausgerichtet wird, daß es die höchste Strahlung des Laserdiodenchips empfängt, und in dieser Lage mit Hilfe eines Lasers verschweißt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die lichtaussendende Faser und die lichtempfangende Fa­ ser in einer spitzwinkligen Lage zueinander befinden und sowohl die aussendende als auch die empfangende Faser ein freies Ende hat, das eine abgewinkelte flache Oberfläche be­ sitzt, so daß Licht von der aussendenden Faser zur empfan­ genden Faser einen Weg nimmt, der eine Reflexion an diesen abgewinkelten flachen Oberflächen einschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der lichtaussendenden Faser ausgesendete Licht eine oszillierende Intensität aufweist und der lichtempfangenden Faser Mittel zugeordnet sind, um das Licht oszillierender Intensität bei Anwesenheit von Hintergrundbeleuchtung zu er­ kennen.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende und die lichtempfangende Faser in einer festen Anordnung miteinander von einem Fühler getragen wer­ den, wobei dieser Fühler und die Objekte in drei Dimensionen relativ zueinander mit Hilfe von Verschiebeeinrichtungen be­ weglich sind, die mit Kodiereinrichtungen und Antriebsein­ richtungen versehen sind, um eine schrittweise Mikrobewegung in diesen Dimensionen zu ermöglichen.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, noch bevor die Enden der lichtaussendenden Faser und der lichtempfangenden Faser mit dem ersten Objekt ausgerichtet werden, die Enden der lichtaussendenden Faser und der licht­ empfangenden Faser in kolinear fluchtende Beziehung mit dem Stirnende des zweiten Objektes gebracht werden und danach das zweite Objekt mit der aussendenden und der empfangenden Faser bewegt wird, um diese Fasern und das zweite Objekt in ausgerichteter Beziehung in einer Ebene zu belassen, die die zwischen den Enden der aussendenden und der empfangenden Fa­ ser gebildete Linie und eine Linie enthält, die parallel zu einer Achse zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt ver­ läuft.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Lage der Vorderfläche des ersten Objektes und des Endes des zweiten Objektes registriert sind, das erste und das zweite Objekt relativ nahe zueinander in eine Lage von geringem, vorher bestimmtem Abstand gebracht werden, ohne sich zu berühren.

10. Vorrichtung zur Messung des Mikroabstandes zwischen einem Paar von Objekten, gekennzeichnet durch eine erste Haltevorrichtung zum Halten und Positionieren eines der Ob­ jekte, eine zweite Haltevorrichtung zum Halten und Positio­ nieren eines zweiten Objektes, eine Abtastvorrichtung mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiterempfänger in beab­ standeter Lage zu dieser Quelle, um von ihr Licht zu empfan­ gen, wobei die lichtempfangende Faser das Licht zu einem Lichtdetektor leitet, und Mittel zum relativen Bewegen der Abtastvorrichtung und der Objekte in Schritten vorgegebener Mikrobewegung, und zwar von einer Lage, wo eines der zwei Objekte das Licht von der Quelle daran hindert, die licht­ empfangende Faser zu erreichen, bis zu einer zweiten Lage, wo das andere der zwei Objekte das Licht von der Quelle daran hindert, die lichtempfangende Faser zu erreichen, um den Abstand dazwischen zu messen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Quelle eine Lichtleiterfaser mit einem freien lichtaussendenden Ende aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser und die lichtempfangende Faser sich nicht in koaxialer Lage zueinander befinden und die Fasern ein freies Ende besitzen, das eine angewinkelte ebene Ober­ fläche besitzt, so daß das Licht von der optischen Faser zur empfangenden Faser einen Weg durchläuft, der eine Reflexion an den angewinkelten ebenen Oberflächen beinhaltet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beide Glasfasern eine abgewinkelte, ebene und reflektie­ rende Oberfläche besitzen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Quelle Mittel enthält, um Licht wechselnder Intensität zu erzeugen, und daß der Lichtempfän­ ger in der Lage ist, derartiges Wechsellicht bei Anwesenheit von Umgebungslicht zu erkennen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung und die Objekte auf einer Ver­ schiebeeinrichtung befestigt sind, um eine schrittweise Mi­ krobewegung der Abtastvorrichtung und Objekte zu ermöglichen, sowie Kodiermittel zur Bestimmung der Lage der Sensoren vor­ gesehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung durch schrittweise Mikrobewegung in mindestens zwei Dimensionen bewegt werden kann und das erste Objekt in mindestens zwei Dimensionen bewegt werden kann, wobei diese Dimensionen alle drei Dimensionen beinhal­ ten, und daß das zweite Objekt zugleich mit der Abtastvor­ richtung in mindestens einer Dimension quer zur Achse des ersten und des zweiten Objektes bewegt werden kann.

17. Abtastvorrichtung zur Erfassung der Lage kleiner Ob­ jekte, gekennzeichnet durch eine lichtaussendende Quelle, eine lichtempfangende Faser, die sich in einer beabstandeten Lage von der Quelle befindet, um von dieser Licht zu empfan­ gen, lichtempfindliche Mittel, die optisch mit der lichtemp­ fangenden Faser verbunden sind, und Mittel zur Bewegung des Sensors in Schritten vorher festgelegter Mikrobewegung zu einer Lage, wo ein kleines Objekt Licht von der Quelle daran hindert, die lichtempfangende Faser zu erreichen.

18. Abtastvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichtaussendende Quelle eine Lichtleiter­ faser mit einem freien lichtaussendenden Ende aufweist.

19. Abtastvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Faser und die lichtempfangende Faser sich nicht in koaxialer Lage zueinander befinden und die Fasern ein freies Ende besitzen, das eine angewinkelte, ebene Oberfläche besitzt, so daß das Licht von der optischen Faser zur empfangenden Faser einen Weg durchläuft, der eine Reflexion an den angewinkelten, ebenen Oberflächen beinhal­ tet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß beide Fasern eine angewinkelte, ebene Oberfläche besit­ zen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Quelle Mittel enthält, um Licht wechselnder Intensität zu erzeugen, und daß der Lichtempfän­ ger in der Lage ist, derartiges Wechsellicht bei Anwesenheit von Umgebungslicht zu erkennen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung auf einer Verschiebeeinrichtung befestigt ist, um eine schrittweise Mikrobewegung der Ab­ tastvorrichtung zu erlauben, und Kodiermittel vorgesehen sind, um die Lage der Abtastvorrichtung zu bestimmen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung in schrittweiser Mikrobewegung in mindestens zwei Dimensionen bewegt werden kann.