DE102015003392A1

DE102015003392A1 - Optical triangulation sensor assembly and lens assembly therefor

Info

Publication number: DE102015003392A1
Application number: DE102015003392.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meinert
Original assignee: Sensopart Ind GmbH; Sensopart Industriesensorik GmbH
Current assignee: Sensopart Ind GmbH; Sensopart Industriesensorik GmbH
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: DE102015003392B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Triangulations-Sensoranordnung (10) und eine Linsenanordnung (1) dafür bereit. Die Linsenanordnung (1) einer optischen Triangulations-Sensoranordnung weist zumindest eine abbildende Linse (2) und einen ortsauflösenden Empfänger (3) auf. Dabei ist der Empfänger (3) zu einer Linsenebene (E) der Linse (2) um einen ersten Winkel (α) in einem Bereich von 50° bis 60° verkippt. Ferner ist zwischen der Linse (2) und dem Empfänger (3) zumindest eine Planplatte (4) angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Planplatte (4) zu der Linsenebene (E) der abbildenden Linse (2) um einen zweiten Winkel (β) verkippt, der zu dem ersten Winkel (α) korreliert ist, um den der Empfänger (3) verkippt ist. Dabei ist der zweite Winkel (β) negativ zu dem ersten Winkel (α) ausgerichtet und liegt in einem Bereich von –30° bis –5° ausgehend von der Linsenebene (E).The present invention provides an optical triangulation sensor assembly (10) and a lens assembly (1) therefor. The lens arrangement (1) of an optical triangulation sensor arrangement has at least one imaging lens (2) and a spatially resolving receiver (3). In this case, the receiver (3) to a lens plane (E) of the lens (2) by a first angle (α) in a range of 50 ° to 60 ° tilted. Furthermore, at least one plane plate (4) is arranged between the lens (2) and the receiver (3). According to the invention, the plane plate (4) is tilted to the lens plane (E) of the imaging lens (2) by a second angle (β) correlated to the first angle (α) about which the receiver (3) is tilted. Here, the second angle (β) is oriented negatively to the first angle (α) and is in a range of -30 ° to -5 ° from the lens plane (E).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Triangulations-Sensoranordnung und eine Linsenanordnung dafür.The invention relates to an optical triangulation sensor arrangement and a lens arrangement therefor.

Aus dem Stand der Technik sind Sensoranordnungen für Abstandsmessungen mittels Lasertriangulationsverfahren bekannt, wobei ein Laserstrahl oder der Lichtstrahl einer Leuchtdiode auf ein Messobjekt fokussiert und die Reflektion mit einem ortsauflösenden Empfänger, wie z. B. einer CCD-Zeile oder einer Matrix aus ortsauflösenden Photodioden erfasst wird. Mit Änderung der Entfernung des Messobjekts vom Sensor ändern sich der Beobachtungswinkel und damit die Position auf dem Empfänger. Aus der Positionsänderung kann trigonometrisch dann die Entfernung des Objekts vom Laserprojektor berechnet werden. In der Regel weisen dafür erforderliche Linsenanordnungen eine oder mehrere Sammellinsen (eine oder mehrere Asphäre(n)), einen Bandpassfilter (meist ein NIR-Filter) sowie den ortsauflösenden Empfänger auf. Diese ortsauflösenden Empfänger sind aufgrund ihrer empfindlichen elektronischen Komponenten zum Schutz mit einer optisch transparenten Abdeckung, wie einem Lack versehen.Sensor arrangements for distance measurements by means of laser triangulation methods are known from the prior art, wherein a laser beam or the light beam of a light-emitting diode focuses on a measurement object and the reflection with a spatially resolving receiver, such. B. a CCD line or a matrix of spatially resolved photodiodes is detected. By changing the distance of the measurement object from the sensor, the observation angle and thus the position on the receiver change. From the change in position, the distance of the object from the laser projector can then be calculated trigonometrically. As a rule, lens arrangements required for this purpose have one or more converging lenses (one or more asphere (s)), a bandpass filter (usually an NIR filter) and the spatially resolving receiver. Due to their sensitive electronic components, these spatially resolving receivers are provided with an optically transparent cover, such as a lacquer.

Um stets ein scharfes Bild zu erhalten, muss die sogenannte Scheimpflugbedingung eingehalten werden. Danach wird die gewünschte Objektebene mit maximal möglicher Schärfe abgebildet, wenn sich Objekt-, Objektiv- und Bildebene in einer gemeinsamen Geraden schneiden. Dazu wird in den bekannten Sensoranordnungen der ortsauflösende Empfänger relativ zur der fokussierenden Linse schräg gestellt, d. h. in einem vorbestimmten Winkel relativ zu einer durch die Linse vorgegebenen Linsenebene eingebaut.In order to always get a clear picture, the so-called Scheimpflug condition must be observed. After that, the desired object plane is imaged with the maximum possible sharpness if the object, objective and image plane intersect in a common straight line. For this purpose, in the known sensor arrangements of the spatially resolving receiver is inclined relative to the focusing lens, d. H. installed at a predetermined angle relative to a lens plane defined by the lens.

Allerdings erzeugt die optisch transparente Abdeckung des Empfängers bei schräg gestelltem Empfänger einen Abbildungsfehler, wobei einfallende, bereits fokussierte Strahlenbündel in der Abdeckung des Empfängers unterschiedlich gebrochen werden und Astigmatismus bzw. Unschärfe erzeugen.However, when the receiver is tilted, the optically transparent cover of the receiver generates an aberration, with incident, already focused beams in the cover of the receiver being differently refracted and producing astigmatism or blurring.

Bei Verwendung einfacher Linsen können optische Abbildungsfehler (wie eine sphärische Aberration) allerdings nur für einen Feldwinkel von 0° korrigiert werden, d. h. für direkte Einstrahlung. Weitere Abbildungsfehler höherer Ordnung, wie bspw. Astigmatismus, Koma oder Bildfeldwölbung, die durch Strahlendurchgänge aus großen Einstrahlwinkeln (Feldwinkel ungleich 0°) hervorgerufen werden, können nur durch die Verwendung von Objektiven, d. h. teuren mehrgliedrigen Linsensystemen korrigiert werden.However, when using simple lenses, optical aberrations (such as spherical aberration) can only be corrected for a field angle of 0 °; H. for direct irradiation. Further aberrations of higher order, such as astigmatism, coma or field curvature, which are caused by beam passes from large angles of incidence (field angle not equal to 0 °), can only be achieved by the use of objectives, ie. H. expensive multi-unit lens systems are corrected.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Linsenanordnung bereitzustellen, deren Abbildungsfehler so reduziert sind, dass für die Anwendung optimierte Abbildungseigenschaften vorliegen und dabei kostengünstig aufgebaut ist.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an improved lens assembly, the aberrations are reduced so that optimized application properties for the application and is thereby constructed inexpensively.

Diese Aufgabe wird durch eine Linsenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a lens arrangement having the features of claim 1.

Die weitere Aufgabe eine optische Triangulations-Sensoranordnung kostengünstig und einfach aufzubauen, wird durch die Sensoranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst.The further object of constructing an optical triangulation sensor arrangement inexpensively and simply is achieved by the sensor arrangement having the features of independent claim 9.

Weiterbildungen bzw. bevorzugte Ausführungsformen der Linsenanordnung sowie der Triangulations-Sensoranordnung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments or preferred embodiments of the lens arrangement and the triangulation sensor arrangement are set forth in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf eine Linsenanordnung einer optischen Triangulations-Sensoranordnung mit einer oder mehreren abbildenden Linse(n) und einem ortsauflösenden Empfänger. Der Empfänger ist zu einer Linsenebene der Linse um einen ersten Winkel in einem Bereich von 30° bis 60° verkippt. Die Neigung ist durch die Gesetzmäßigkeiten des Scheimpflugprinzips gegeben. Sie ist bestimmt durch den Basisabstand zwischen Beleuchtungs- und Empfängeroptik, der Brennweite der Empfängeroptik und dem Referenzmessabstand, bei welchem die Empfängeroptik den Beleuchtungsspot unter einem Feldwinkel von 0° sieht,A first embodiment relates to a lens assembly of an optical triangulation sensor assembly having one or more imaging lens (s) and a spatially resolving receiver. The receiver is tilted to a lens plane of the lens at a first angle in a range of 30 ° to 60 °. The inclination is given by the laws of Scheimpflugprinzips. It is determined by the base distance between the illumination and receiver optics, the focal length of the receiver optics and the reference measurement distance at which the receiver optics sees the illumination spot at a field angle of 0 °.

Ferner ist/sind zwischen der Linse und dem Empfänger ein oder mehrere Planplatte(n) angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Planplatte zu der Linsenebene der abbildenden Linse um einen zweiten Winkel verkippt, der zu dem ersten Winkel korreliert ist, um den der Empfänger verkippt ist. Dabei ist der zweite Winkel negativ zu dem ersten Winkel ausgerichtet und liegt in einem Bereich von –30° bis –5° ausgehend von der Linsenebene. Der Winkelbetrag ist dabei abhängig von der Dicke der Empfängerabdeckung (Fehlerquelle), der Dicke der schräg gestellten Planplatte (Fehlerkompensationsobjekt) und dem durch die Scheimpfluganordnung gegebenen Schrägstellungswinkel des Empfängers.Furthermore, one or more plane plate (s) is / are arranged between the lens and the receiver. According to the invention, the plane plate is tilted to the lens plane of the imaging lens by a second angle, which is correlated to the first angle about which the receiver is tilted. In this case, the second angle is oriented negatively to the first angle and is in a range of -30 ° to -5 ° from the lens plane. The angular amount is dependent on the thickness of the receiver cover (error source), the thickness of the inclined plane plate (error compensation object) and given by the Scheimpfluganordnung skew angle of the receiver.

Der durch die Schrägstellung des Empfängers hervorgerufene Astigmatismus in tangentialer Richtung, d. h. entlang einer Längsachse des Empfängers, kann vermindert werden, indem die Planplatte erfindungsgemäß in einer vorbestimmten Weise relativ zu dem Empfänger schräg gestellt wird. Hierdurch wird erreicht, dass ein Lichtfleck oder Spot, der auf dem Empfänger fokussiert werden soll, durch die optische Abdeckung des Empfängers nicht defokussiert wird, sondern in der tangentialer Richtung des Empfängers bzw. entlang der Längsausdehnung einer jeweilige Fotozeile stärker fokussiert wird. Der Astigmatismus, der eben durch die optische Abdeckung hervorgerufen wird, kann so von tangentialer Richtung in longitudinaler Richtung verschoben und dadurch in der Richtung, die für die Güte der Ortsauflösung entscheidend ist, minimiert werden. Da der Spot damit in tangentialer Richtung geschärft wird, kann pro Pixel des Empfängers eine hohe Intensität und folglich eine verbesserte Ortsauflösung der Linsenanordnung erreicht werden.The astigmatism caused by the inclination of the receiver in the tangential direction, ie along a longitudinal axis of the receiver, can be reduced by tilting the plane plate according to the invention in a predetermined manner relative to the receiver. This ensures that a light spot or spot to be focused on the receiver is not defocused by the optical coverage of the receiver, but in the tangential direction of the receiver Receiver or along the longitudinal extent of a respective photo line is focused more. The astigmatism just produced by the optical cover can thus be displaced from the tangential direction in the longitudinal direction and thereby minimized in the direction which is decisive for the quality of the spatial resolution. Since the spot is thus sharpened in the tangential direction, a high intensity and consequently an improved spatial resolution of the lens arrangement can be achieved per pixel of the receiver.

Die Planplatte ist in der Regel eine planparallele Scheibe, die Filterfunktion besitzen kann. Ein solcher Filter kann ein NIR- oder anderer Bandpassfilter sein, der zwischen Linse und Empfänger mit negativem Winkelvorzeichen relativ zur Winkellage des Empfängers angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Planplatte relativ zu der Linsenebene der abbildenden Linse um einen zweiten Winkel verkippt ist, der in dem vorgenannten Bereich liegt. Dabei kann der erste Winkel mit dem zweiten Winkel korrelieren, jedoch sind stets beide Winkel relativ zu einer Ebene ausgerichtet, die in der Ausrichtung der der Linsenebene entspricht. Diese Ebene liegt parallel versetzt zur Linsenebene und wird im Folgenden daher synonym verwendet. Dabei meint eine positive Winkellage oder ein Winkel mit „positiven Vorzeichen” im Sinne der Erfindung, dass ein Winkel, der relativ zu der Linsenebene eingestellt wird, nach rechts bzw. im Uhrzeigersinn abgebildet wird. Eine negative Winkellage bzw. ein Winkel mit „negativem Vorzeichen” soll im Sinne der Erfindung ein Winkel sein, der relativ zur Linsenebene entgegen des Uhrzeigersinns abgebildet ist. Wichtig ist die relative Anordnung von Planplatte und Empfänger zueinander, wobei ihre Anordnung im Wesentlichen einen spitzen Winkel bildet, sodass eine Ablenkung der einfallenden Lichtstrahlen durch die Planplatte in einer Richtung und durch die optischen Abdeckung entgegengesetzt gebrochen wird und sich aus dieser kombinierten Lichtbrechung die Verschiebung des Astigmatismus ergibt. Der zweite Winkel der Planplatte ist hierbei bezogen auf die Linsenebene als 0°-Ebene stets negativ und der erste Winkel des Empfängers stets positiv.The plane plate is usually a plane-parallel disc, which may have filter function. Such a filter may be an NIR or other bandpass filter disposed between the lens and the receiver with a negative angle sign relative to the angular position of the receiver. This means that the plane plate is tilted relative to the lens plane of the imaging lens by a second angle, which lies in the aforementioned range. In this case, the first angle can correlate with the second angle, but always both angles are aligned relative to a plane which corresponds in the orientation of the lens plane. This plane is offset parallel to the lens plane and is therefore used synonymously below. In this context, a positive angular position or an angle with "positive signs" in the sense of the invention means that an angle that is set relative to the lens plane is mapped to the right or clockwise direction. For the purposes of the invention, a negative angular position or an angle with a "negative sign" should be an angle that is imaged counterclockwise relative to the lens plane. What is important is the relative arrangement of the plane plate and the receiver to each other, wherein their arrangement forms an acute angle substantially, so that a deflection of the incident light rays is refracted by the plane plate in one direction and through the optical cover opposite and out of this combined refraction of the light Astigmatism results. The second angle of the plane plate is always negative with respect to the lens plane as 0 ° plane and the first angle of the receiver is always positive.

In einer Weiterbildung kann die Erfindung vorsehen, dass der zweite Winkel bevorzugt in einem Bereich von –16° bis –12°, besonders bevorzugt bei –15° liegt. Der zweite Winkel beträgt in etwa 20% bis 40% des ersten Winkels, also des Empfängerwinkels (mit negativem Vorzeichen). Durch diese Winkelbereiche kann eben der vorgenannte Vorteil einer optimalen Reduzierung des Astigmatismus in tangentialer Richtung des Empfängers erreicht werden. Der Winkel kann mit der Dicke der optisch transparenten Abdeckung des Empfängers korrelieren, sodass je nach Abmessung der Abdeckung der zweite Winkel entsprechend zu wählen ist. Die Größe des zu korrigierenden Astigmatismus ist bestimmt durch die Schrägstellung des Empfängers zur Empfängerlinse und der Dicke der Abdeckung des Empfängers. Je größer einer oder beide dieser Beträge, desto größer der erzeugte Astigmatismus. Der zur Gegenkorrektur benötigte Neigungswinkel der Planplatte oder des Filters ist wesentlich bestimmt durch deren oder dessen Dicke. Das Betragsverhältnis der beiden Neigungswinkel entspricht dabei in erster Näherung dem Dickenverhältnis von Zeilenabdeckung und Planplatte. So kann sich ein genähertes 1:3 bzw. 1:0,3 Verhältnis ergeben, wie auch weiter unten dargestellt ist.In a development, the invention may provide that the second angle is preferably in a range of -16 ° to -12 °, particularly preferably -15 °. The second angle is approximately 20% to 40% of the first angle, ie the receiver angle (with a negative sign). By means of these angular ranges, it is possible to achieve the aforementioned advantage of an optimal reduction of the astigmatism in the tangential direction of the receiver. The angle can correlate with the thickness of the optically transparent cover of the receiver, so that the second angle is to be selected according to the dimension of the cover. The size of the astigmatism to be corrected is determined by the inclination of the receiver to the receiver lens and the thickness of the cover of the receiver. The greater one or both of these amounts, the greater the astigmatism produced. The required for counter-correction angle of inclination of the plane plate or the filter is substantially determined by the thickness or the thickness. The amount ratio of the two inclination angle corresponds to a first approximation to the thickness ratio of line coverage and flat plate. Thus, an approximated 1: 3 or 1: 0.3 ratio can result, as also shown below.

Erfindungsgemäß kann zwischen Linse und Empfänger eine Blende angeordnet sein. Die Blende kann dabei als einzelnes Bauteil vorliegen, das bei Bedarf in die Linsenanordnung eingebaut werden kann. Hat der Empfänger beispielsweise keine Abdeckung endlicher Dicke oder nur eine sehr dünne Abdeckungsschicht, sind eine Korrektur des Astigmatismus und damit die Schrägstellung der Planplatte nicht mehr notwendig. Ferner kann der Einsatz einer Öffnungsblende in der Nähe zum Empfängerelement vorgesehen sein, da hier das durch große Feldwinkel bei kleinen Tastabständen entstehende Koma deutlich reduziert werden kann.According to the invention, a diaphragm can be arranged between the lens and the receiver. The aperture can be present as a single component that can be installed in the lens assembly as needed. If, for example, the receiver has no cover of finite thickness or only a very thin cover layer, correction of the astigmatism and thus the inclination of the plane plate are no longer necessary. Furthermore, the use of an aperture stop can be provided in the vicinity of the receiver element, since the coma resulting from large field angles at short sampling intervals can be significantly reduced here.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Blende unmittelbar vor oder nach der Planplatte angeordnet ist. Alternativ kann die Blende mit der Planplatte unlösbar verbunden sein, wobei die Blende auf die Planplatte aufgeklebt, verschweißt oder auf den Filter auch aufgedampft sein kann. Die Winkelstellung der Blende kann sich dabei an der Winkellage der Planplatte orientieren, sodass diese Komponenten so gut wie möglich zusammenwirken können.In a preferred embodiment it can be provided that the diaphragm is arranged immediately before or after the plane plate. Alternatively, the diaphragm can be permanently connected to the plane plate, whereby the diaphragm can be glued to the plane plate, welded or vapor-deposited onto the filter. The angular position of the aperture can be based on the angular position of the plane plate, so that these components can interact as well as possible.

Die Blende kann eine Reduzierung des Komas bewirken. Da bei einem Feldwinkel von 0° eine optimale Fokussierung nur für einen bestimmten Arbeitsabstand eingehalten ist, treten mit zunehmendem Abstand immer größere Feldwinkel auf, wobei die Strahlenbündel schräg durch die Linse verlaufen. Bei spiegelnden, insbesondere metallischen Objekten, können in unterschiedlichen Bereichen der Empfängerlinse ungleichmäßige Bestrahlungsstärken entstehen. Schon bei gleichmäßig verteilter Bestrahlungsstärke über der Empfängerlinse tritt bei großen Feldwinkeln eine Schweifbildung (Koma) auf dem Empfängerabbild auf und folglich einer Unschärfe des Spots auf dem Empfänger. Diese Komafehler verursachen Messfehler, die auch durch etwaige Algorithmen in der Auswertung der Messdaten nicht kompensiert werden können. Dies gilt insbesondere, wenn die Bestrahlungsstärkeverteilung über der Öffnung der Empfängerlinse unbekannt ist, und z. B. gerade die Zone der Linse mit starker Koma, durch spiegelnde Objekte mit sehr hoher Bestrahlungsstärke beaufschlagt ist. Da mit kleiner werdendem Messabstand die Feldwinkel immer größer werden, wandert das gesamte Bestrahlungsfeld im Raum zwischen Linse und Empfänger aus. Die erfindungsgemäße Blende schattet nun gerade die Linsenzonen, die mit großen Feldwinkel beaufschlagt sind ab, und reduziert das Koma erheblich. Die Größe der Blende ist idealerweise so dimensioniert, dass für große Tastabstände und sehr kleine Feldwinkel keine Abschattung erfolgt und bei kleineren Tastabständen und größeren Feldwinkeln gerade die zum Abbildungsfehler beitragenden Linsenzonen abgeschattet werden. Trotz der Abschattung wird wegen der mit dem Quadrat zum Tastabstand abnehmenden Systemempfindlichkeit bei Objekten mit Lambertrückstrahlcharakteristik, diese nicht entscheidend reduziert,The aperture can cause a coma reduction. Since optimum focus is maintained at a field angle of 0 ° only for a certain working distance, increasingly larger field angles occur with increasing distance, whereby the beam bundles run obliquely through the lens. In specular, in particular metallic objects, uneven irradiation intensities can arise in different areas of the receiver lens. Even with uniformly distributed irradiance over the receiver lens occurs at large field angles tailing (coma) on the receiver image and thus a blur of the spot on the receiver. These coma errors cause measurement errors that can not be compensated by any algorithms in the evaluation of the measured data. This is especially true if the irradiance distribution over the aperture of the receiver lens is unknown, and z. B. just the zone of the lens with strong coma, is acted upon by reflecting objects with very high irradiance. As the measuring distance decreases, the field angles become larger and larger become, the entire irradiation field in the space between lens and receiver emigrates. The diaphragm according to the invention now shadows the lens zones which are subjected to large field angles and considerably reduces the coma. The size of the diaphragm is ideally dimensioned so that no shadowing occurs for large scanning distances and very small field angles and, in the case of smaller scanning distances and larger field angles, precisely the lens zones contributing to the aberrations are shaded. Despite the shadowing, because of the system sensitivity which decreases with the square of the scanning distance, the object is not significantly reduced in the case of objects with Lambertian beam characteristics.

Die Erfindung kann ferner vorsehen, dass der ortsauflösende Empfänger ein Zeilensensor ist. Insbesondere kann ein CCD- oder CMOS-Zeilen- oder auch ein Matrixsensor gewählt werden, wobei die Zeilen oder die Matrix mit einer optisch transparenten Abdeckung bedeckt sind. Eine solche optisch transparente Abdeckung kann ein transparenter Lack oder ein transparenter Kunststoff sein. Die Abdeckung kann aufgespritzt oder gegossen sein, wobei die Abdeckung eine Dicke in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm, bevorzugt von 0,3 mm hat. Diese Dicke ermöglicht einen effektiven Schutz der Empfängerelektronik.The invention may further provide that the spatially resolving receiver is a line sensor. In particular, a CCD or CMOS line or also a matrix sensor can be selected, wherein the lines or the matrix are covered with an optically transparent cover. Such an optically transparent cover may be a transparent lacquer or a transparent plastic. The cover may be sprayed or cast, the cover having a thickness in a range of 0.1 mm to 0.5 mm, preferably 0.3 mm. This thickness allows effective protection of the receiver electronics.

Die Planplatte kann Filterfunktion haben. Ein bevorzugt genutzter Filter kann ein Bandpassfilter, wie bspw. ein Nahinfrarot-Filter (NIR-Filter) sein. Damit werden Anteile des Lichts, wie Infrarot-Bereiche oder andere Frequenzanteile, die zur Messwertverzerrung und zu Messfehlern führen können, absorbiert. Generell orientiert sich die Art der Befilterung an der Quelle und deren Emissionsspektrum. Wird beispielsweise eine rote Laserdiode mit ca. 650 nm Emissionswellenlänge genutzt, ist die Befilterung auf diese Wellenlänge in geeigneter Weise abzustimmen.The plane plate can have filter function. A preferred filter may be a bandpass filter, such as a near-infrared (NIR) filter. Thus, portions of the light, such as infrared ranges or other frequency components, which can lead to measured value distortion and measurement errors, are absorbed. In general, the type of filtering at the source and its emission spectrum are oriented. If, for example, a red laser diode with an emission wavelength of approximately 650 nm is used, the filtering to this wavelength should be suitably coordinated.

Bevorzugt kann die Erfindung vorsehen, dass die Dicke der Planplatte mit der Dicke der optischen Abdeckung des ortsauflösenden Empfängers korreliert. Dazu kann die Planplatte eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm, bevorzugt von 1 mm haben. Damit kann sich ein Verhältnis von in etwa 1:0,3 ergeben, sodass 1 mm Dicke der Planplatte in etwa 0,3 mm Dicke der optisch transparenten Abdeckung entspricht. Je nach Anwendung bzw. Abmessung der Abdeckung kann die Dicke der Planplatte auch das drei- bis fünffache der entsprechenden Abmessung der Abdeckung entsprechen.Preferably, the invention can provide that the thickness of the plane plate correlates with the thickness of the optical coverage of the spatially resolving receiver. For this purpose, the plane plate may have a thickness in a range of 0.5 mm to 1.5 mm, preferably 1 mm. This can result in a ratio of approximately 1: 0.3, so that 1 mm thickness of the plane plate corresponds to approximately 0.3 mm thickness of the optically transparent cover. Depending on the application or dimension of the cover, the thickness of the plane plate can also correspond to three to five times the corresponding dimension of the cover.

In Bezug auf die vorgenannten Abmessungen kann eine Weiterbildung der Erfindung vorsehen, dass eine Blendenöffnung in einem Bereich von 2,5 mm bis 4,5 mm, bevorzugt bei 3 mm im Durchmesser liegt. Durch die Blendenöffnung wird der Anteil des Strahlengangs reduziert bzw. vollständig abgeschattet, welcher mit Abbildungsfehlern (Koma) behaftet ist. Die Form der Blendenöffnung ist dabei weniger von Bedeutung, da der Hauptteil der Strahlung auf den Empfänger treffen soll und der komabehaftete Anteil des Strahlengangs durch die Blende abgeschattet werden soll, sodass ein Rund- oder auch ein Langloch oder eine rechteckige Öffnung gewählt sein kann.With respect to the aforementioned dimensions, a development of the invention can provide that an aperture is in a range of 2.5 mm to 4.5 mm, preferably 3 mm in diameter. Through the aperture of the portion of the beam path is reduced or completely shadowed, which is associated with aberrations (coma). The shape of the aperture is less important because the main part of the radiation is to hit the receiver and the komabehaftete portion of the beam path is to be shadowed by the aperture, so that a round or a slot or a rectangular opening can be selected.

Ferner kann die Planplatte bzw. die Blende von der Linsenebene derart beabstandet angeordnet sein, dass ein Abstand zwischen Linsenebene und Planplatte bzw. Blende 55% bis 85% eines Gesamtabstands zwischen Linsenebene und Empfänger beträgt. Vorteilhaft sollte die Blende so nah wie möglich an den Empfänger gerückt werden, um eine optimale Abschattung komabehafteter Strahlen zu erreichen. Je näher die Blende vor dem Empfänger angeordnet werden kann, desto besser ist dessen Effekt. Es ist dabei ein Kompromiss zwischen Abschatteffekt und erzielbarem Messbereich zu finden. Läge beispielsweise die Blende direkt in der Empfängerebene würde vornehmlich der Messbereich eingeschränkt. Dabei ist die Blende in einer bevorzugten Ausführungsform direkt vor oder nach der Planplatte vorgesehen.Furthermore, the plane plate or the diaphragm can be arranged at a distance from the lens plane such that a distance between lens plane and plane plate or diaphragm is 55% to 85% of an overall distance between lens plane and receiver. Advantageously, the aperture should be moved as close as possible to the receiver in order to achieve optimal shadowing Komabehafteter rays. The closer the aperture can be placed in front of the receiver, the better its effect. There is a compromise between the shading effect and the achievable measuring range. If, for example, the aperture were directly in the receiver plane, the measuring range would be restricted. The panel is provided in a preferred embodiment, directly in front of or behind the plane plate.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf eine optische Triangulations-Sensoranordnung mit einem Gehäuse und einer Linsenanordnung, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Die Linsenanordnung entspricht dabei einer Linsenanordnung, wie sie auch vorbeschrieben ist.Another embodiment of the invention relates to an optical triangulation sensor assembly having a housing and a lens assembly disposed in the housing. The lens arrangement corresponds to a lens arrangement, as also described above.

Mit den verwendeten Komponenten in der Linsenanordnung kann ein Arbeitsbereich der Sensoranordnung in Auflösung und Nutzung verbessert werden, was insbesondere für die Randbereiche gilt, wie Nah- und Fernbereiche. Indem die Linse nur die sphärische Aberration lösen kann, ist es besonders vorteilhaft, die vorgenannten Komponenten in Kombination einzusetzen, um die weiteren Abbildungsfehler und Aberrationen, wie Komabildung und Astigmatismus zu reduzieren. Gerade durch die Verwendung der schräggestellten Planplatte kann eine Auflösung der Apparatur im Fernbereich verbessert werden, wobei die Blende vorrangig die Auflösung bzw. Empfindlichkeit der Sensoranordnung im Nahbereich verbessern kann.With the components used in the lens arrangement, a working range of the sensor arrangement in resolution and use can be improved, which is especially true for the edge areas, such as near and far areas. By allowing only the spherical aberration to be resolved by the lens, it is particularly advantageous to employ the aforementioned components in combination to reduce further aberrations and aberrations such as coma formation and astigmatism. Just by using the inclined plane plate, a resolution of the apparatus can be improved in the far field, the aperture can primarily improve the resolution or sensitivity of the sensor arrangement in the vicinity.

Ferner kann das Gehäuse einen Einschub aufweisen, in den die Planplatte bzw. die Blende eingeschoben werden kann. Der Einschub kann auch beide Komponenten, Planplatte und Blende aufnehmen, sodass ein Einbau einfach ist bzw. bei Bedarf die Komponenten ausgetauscht werden können. Je nach Ausführungsform können auch einzelne Einschübe oder Kassetten vorgesehen sein, in die die Komponenten einzeln oder kombiniert eingesetzt und bei Bedarf ausgetauscht werden können. So kann die Sensoranordnung durch Austausch verschiedener Planplatten, Filter oder Blenden mit unterschiedlichen Blendenöffnungen einfach aufgebaut sein und schnell unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden (wie bspw. unterschiedliche zu untersuchende Materialien, wie Metall oder Kunststoff). In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere Blenden oder alternativ mehrere Planplatten bzw. Filter hintereinander angeordnet sein, wobei unterschiedliche Filterarten und Blendengrößen möglich sind, wie bereits beschrieben.Furthermore, the housing may have an insert into which the plane plate or the diaphragm can be inserted. The drawer can also accommodate both components, faceplate and bezel, so installation is easy or the components can be replaced as needed. Depending on the embodiment, individual bays or cassettes can be provided, in which the components can be used individually or combined and replaced if necessary. So can the sensor arrangement can be constructed simply by exchanging different plane plates, filters or diaphragms with different diaphragm openings and can be adapted quickly to different requirements (such as, for example, different materials to be investigated, such as metal or plastic). In a further embodiment, a plurality of diaphragms or alternatively a plurality of plane plates or filters can be arranged one behind the other, wherein different filter types and diaphragm sizes are possible, as already described.

Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Other embodiments as well as some of the advantages associated with these and other embodiments will become apparent and better understood by the following detailed description with reference to the accompanying drawings. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Linsenanordnung, 1 a schematic side view of a lens arrangement according to the invention,

2 eine Winkelstellung der Komponenten der Linsenanordnung, 2 an angular position of the components of the lens arrangement,

3 eine Detailansicht des Empfängers mit optisch transparenter Abdeckung, 3 a detailed view of the receiver with optically transparent cover,

4 ein Diagramm eines erfassten Strahlenbildes mit in tangentialer Richtung optimierten Spot, 4 a diagram of a detected ray image with spot optimized in the tangential direction,

5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Linsenanordnung, 5 a schematic view of another embodiment of a lens assembly,

6a Darstellung der Bestrahlungsstärkeverteilung über der Position auf dem Empfänger ohne Einsatz einer Blende, 6a Representation of the irradiance distribution over the position on the receiver without the use of a diaphragm,

6b Darstellung der Bestrahlungsstärkeverteilung über der Position auf dem Empfänger bei Verwendung einer Blende, und 6b Representation of the irradiance distribution over the position on the receiver when using a diaphragm, and

7 einen schematischen Strahlengang durch eine erfindungsgemäße Sensoranordnung. 7 a schematic beam path through a sensor arrangement according to the invention.

Die erfindungsgemäße Linsenanordnung 1 nach 1 und 2 weist eine abbildende Linse 2, hier eine Asphäre, und einen ortsauflösenden Empfänger 3, wie z. B. eine CCD-Zeile, auf. In 1 ist ferner der Strahlengang des Lichts durch schematische Strahlen L dargestellt. Zwischen Linse 2 und dem Empfänger 3 ist eine Planplatte 4 angeordnet, die in den Figuren einen Filter 4 darstellt. Der Filter 4 ist dabei so in Bezug auf die Asphäre 2 angeordnet, dass er von dem gesamten Strahlenbündel durchleuchtet wird. Der Empfänger 3 liegt mit einem vorbestimmten Abschnitt im Fokus der Linse 2, wobei der im besten Fall punktförmige Fokus auf einer Oberfläche des Empfängers 3 wandern kann. 7 zeigt dazu den Arbeitsbereich der Linsenanordnung 1, wobei der in 1 gezeigte Strahlengang einen Fernbereich des Arbeitsbereichs darstellt. Sollte ein kürzerer Abstand untersucht werden, rutscht der Fokus des Strahlengangs L nach oben entlang der Oberfläche des Empfängers 3.The lens arrangement according to the invention 1 to 1 and 2 has an imaging lens 2 , here an asphere, and a spatially resolving receiver 3 , such as As a CCD line on. In 1 Furthermore, the beam path of the light is represented by schematic rays L. Between lens 2 and the receiver 3 is a plane plate 4 arranged in the figures a filter 4 represents. The filter 4 is so in relation to the asphere 2 arranged to be transilluminated by the entire beam. The recipient 3 lies with a predetermined section in the focus of the lens 2 where the best-case focus is on a surface of the receiver 3 can hike. 7 shows the working area of the lens assembly 1 , where the in 1 shown beam path represents a long range of the work area. Should a shorter distance be examined, the focus of the beam L slides up along the surface of the receiver 3 ,

Zwischen der Linse 2 und dem Empfänger 3 ist ein Filter 4 angeordnet. Filter 4 und Empfänger 3 sind zueinander und zu einer Linsenebene E schräg angeordnet. Die Linsenebene E bezeichnet die Ebene in Bezug zu den Komponenten Empfänger 3 und Filter 4, die relativ zueinander verkippt sind. Die Winkel, um die die beiden Komponenten jeweils verkippt sind, sind in 2 mit α und β bezeichnet. Dabei ist der Empfänger 3 um einen ersten Winkel α in Bezug zur Linsenebene E (zur Übersicht zum Empfänger 3 verschoben) in einem Bereich von 50° bis 60°, vorzugsweise um 55° gedreht. Der Filter 4 ist ferner um einen zweiten Winkel β in Bezug zur Linsenebene E in einem Bereich von –16° bis –12°, vorzugsweise um –15° gedreht. Der erste Winkel α ist positiv definiert, im Sinne einer Verkippung des Empfängers 3 in 2 von der Linsenebene E nach rechts bzw. mit dem Uhrzeigersinn. Demgemäß wird das negative Vorzeichen des zweiten Winkels β mit einer Verkippung des Filters 4 in 2 nach links ausgehend von der Linsenebene E bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn definiert. Gegeben sein sollte daher eine in einer Seitenansicht V-förmige Anordnung der beiden Komponenten zueinander.Between the lens 2 and the receiver 3 is a filter 4 arranged. filter 4 and receiver 3 are arranged obliquely to each other and to a lens plane E. The lens plane E denotes the plane relative to the components of the receiver 3 and filters 4 which are tilted relative to each other. The angles through which the two components are tilted are in 2 denoted by α and β. Here is the receiver 3 by a first angle α with respect to the lens plane E (to the overview of the receiver 3 shifted) in a range of 50 ° to 60 °, preferably rotated by 55 °. The filter 4 is further rotated by a second angle β with respect to the lens plane E in a range of -16 ° to -12 °, preferably -15 °. The first angle α is defined positively, in the sense of a tilt of the receiver 3 in 2 from the lens plane E to the right or clockwise. Accordingly, the negative sign of the second angle β becomes a tilt of the filter 4 in 2 defined to the left starting from the lens plane E or counterclockwise. Should therefore be given a side view of a V-shaped arrangement of the two components to each other.

Um die erfindungsgemäße Wirkung der Korrektur verschiedener optischer Aberrationen zu erreichen, sind – neben der spezifischen Verkippung – der Filter 4 und der Empfänger 3 in vorbestimmten Abständen in Bezug zu der Linse 2, bzw. deren Linsenebene E anzuordnen. Der Empfänger 3 ist einem Abstand B und der Filter 4 in einem Abstand A ausgehend von der Linsenebene E der Asphäre 2 aufgebaut. Hierbei bezeichnet Abstand B den Gesamtabstand zwischen Linsenebene E und Empfänger 3. Der Abstand B ist durch die Brennweite fe der Empfängerlinse, d. h. der Asphäre 2 gegeben. Dazu steht der Abstand A in dem Verhältnis, dass er ausgehend von der Linsenebene E in einem Bereich zwischen 60% und 80% des Gesamtabstands B vorliegt.In order to achieve the effect of correcting various optical aberrations according to the invention, in addition to the specific tilt, the filter 4 and the receiver 3 at predetermined intervals with respect to the lens 2 , or arrange their lens plane E. The recipient 3 is a distance B and the filter 4 at a distance A, starting from the lens plane E of the asphere 2 built up. In this case, distance B denotes the total distance between lens plane E and receiver 3 , The distance B is the focal length fe of the receiver lens, ie the asphere 2 given. For this purpose, the distance A is in the ratio that it is present starting from the lens plane E in a range between 60% and 80% of the total distance B.

In 3 ist eine Oberfläche des Empfängers 3 mit einer optisch transparenten Abdeckung 6 in einem Ausschnitt abgebildet. Die Abdeckung 6 besteht aus einem transparenten Kunststoff, der aufgegossen oder aufgespritzt ist. Sie hat eine vorbestimmte Dicke D, die durch den aufgegossenen Kunststoff bestimmt ist, in der Regel von in etwa 0,3 mm. Nach dieser Abmessung bemisst sich auch die Dicke des Filters 4, wonach der Filter 4 eine Abmessung in Richtung des Strahlengangs hat, die dem drei- bis fünffachen der Dicke D der Abdeckung entspricht. So entspricht eine optimale Dicke des Filters 4 in diesem Ausführungsbeispiel in etwa 1 mm.In 3 is a surface of the receiver 3 with an optically transparent cover 6 shown in a section. The cover 6 consists of a transparent plastic that is poured or sprayed on. It has a predetermined thickness D, which is determined by the cast plastic, usually of about 0.3 mm. After this dimension, the thickness of the filter is also measured 4 after which the filter 4 a dimension in Direction of the beam path, which corresponds to three to five times the thickness D of the cover. This corresponds to an optimum thickness of the filter 4 in this embodiment in about 1 mm.

In 4 ist eine Position eines Lichtflecks oder auch Spots auf dem Empfänger 3 dargestellt. Dabei bezeichnen die X- und Y-Achse jeweils die Position des Spots in X-Y-Ebene auf der Empfängerzeile 3 mit einer Auflösung von 120 μ/Dig. Daraus ergibt sich eine Spotbreite in X-Richtung von ca. 70 μm und eine Spothöhe in Y-Richtung von ca. 10 μm. Dargestellt sind hier nur die Abbildungsfehler, die reale Spotgröße hängt noch ab vom Beleuchtungsfeld in einem Messabstand Z (siehe 7) und dem Abbildungsmaßstab bei der Abbildung dieses Spots auf den Empfänger 3. Ist z. B. in einem Messabstand Z = 1000 m ein Beleuchtungsfeld von 2 mm mal 1 mm vorliegend und wird eine Linse 2 mit einer Brennweite fe = 20 mm verwendet, ergibt sich bei einem ungefähren Abbildungsmaßstab Mag = –0,02 eine reale Spotgröße von 40 μm mal 20 μm zuzüglich der Abbildungsfehler von 70 μm mal 10 μm. In Summe ergibt sich demnach eine Spotgröße von in etwa 110 μm mal 35 μm. Bei einer angenommen Pixelbreite von 10 μm pro Pixel wären damit in etwa 3 bis 4 Pixel ausgeleuchtet. Durch die Nutzung des Filters 4 erfolgt eben die Verschiebung des Astigmatismus von einer Ausdehnung in Y-Richtung in eine Ausdehnung in X-Richtung, sodass entlang der Fotozeile (also in Y-Richtung) der Lichtfleck geschärft wird. Dies ist für die sog. Speckel-Reduzierung wichtig, da pro Pixel höhere Intensitäten erreicht werden sollen.In 4 is a position of a light spot or spots on the receiver 3 shown. The X and Y axes each indicate the position of the spot in the XY plane on the receiver line 3 with a resolution of 120 μ / Dig. This results in a spot width in the X direction of approximately 70 μm and a spot height in the Y direction of approximately 10 μm. Shown here are only the aberrations, the real spot size still depends on the illumination field in a measuring distance Z (see 7 ) and the magnification of imaging this spot on the receiver 3 , Is z. For example, at a measuring distance Z = 1000 m, an illumination field of 2 mm by 1 mm is present and becomes a lens 2 used with a focal length fe = 20 mm, resulting in an approximate magnification Mag = -0.02 a real spot size of 40 microns times 20 microns plus the aberrations of 70 microns times 10 microns. In total, this results in a spot size of approximately 110 μm by 35 μm. With an assumed pixel width of 10 microns per pixel would be illuminated in about 3 to 4 pixels. By using the filter 4 the displacement of the astigmatism from an extension in the Y-direction to an extension in the X-direction takes place so that the light spot is sharpened along the photo line (ie in the Y direction). This is important for the so-called speckle reduction, since higher intensities per pixel are to be achieved.

Die 5 zeigt neben dem Filter 4 eine weitere Komponente zur Reduzierung von Aberrationen, eine Blende 5. Die Blende 5 wird idealerweise zwischen Empfänger-Optik, d. h. der Linse 2 und dem Empfänger 3 eingebaut. Die Öffnung der Blende 5 ist dabei so bemessen, dass Strahlen L unter einem Feldwinkel von 0° durch diese gerade abgeschattet (vignettiert) werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Strahlenbündel, die aus dem oberen Bereich der Linse abgelenkt werden, d. h. Lichteinfall aus dem Nahbereich des Arbeitsbereiches. Eine Schweifbildung wird reduziert, da gerade die Strahlen mit Koma abgeschattet werden. Der Spot auf dem Empfänger 3 wird dazu nochmals geschärft. Die Blende 5 ist im Strahlengang direkt vor dem Filter 4 eingebaut und liegt an der gleichen Position wie auch der Filter 4. Die Blende 5 kann für eine effektive Nutzung ebenfalls in einem Bereich von 60% bis 80% des Gesamtabstands angeordnet werden.The 5 shows next to the filter 4 another component to reduce aberrations, a diaphragm 5 , The aperture 5 is ideally between receiver optics, ie the lens 2 and the receiver 3 built-in. The opening of the aperture 5 is dimensioned such that rays L are just shadowed (vignetted) by them at a field angle of 0 °. These are, in particular, bundles of rays which are deflected out of the upper region of the lens, ie light from the vicinity of the working area. A tail formation is reduced, since just the rays are shaded with coma. The spot on the receiver 3 will be sharpened again. The aperture 5 is in the beam path directly in front of the filter 4 installed and is in the same position as the filter 4 , The aperture 5 can also be placed in a range of 60% to 80% of the total distance for effective use.

Die Wirkung der Blende 5 ist unter anderem in den 6a und 6b dargestellt. Aufgetragen ist jeweils die Bestrahlungsstärkeverteilung über der Zeile im Tagentialschnitt referenziert auf den vom Nullpunkt, d. h. der optischen Mittelachse des Empfängers 3. In 6a ist eine Messung ohne Blende dargestellt. Hierbei bildet sich aus dem Nahbereich, d. h. im negativen Bereich bei –400 bis –200 eine Schulter aus, die der Komabildung geschuldet ist. Bei metallischen Objekten, dicht oder stark reflektierenden Objekten kann diese Schulter sich so weit auswachsen, dass sie einen weiteren Peak erzeugt oder dass sie den Hauptpeak verschiebt. Dadurch werden Messergebnisse verfälscht, bzw. Messungen unmöglich. 6b zeigt eine entsprechende Messung nun mit Blende 5. Es ist keine Schulter mehr zu messen, was darauf schließen lässt, dass die für die Komabildung verantwortlichen Strahlenbündel abgeschattet wurden. Die Fehlermöglichkeiten der Linsenanordnung werden verringert, da der Peak nun in seiner Position definierter und schärfer ist.The effect of the aperture 5 is among others in the 6a and 6b shown. In each case, the irradiance distribution over the line in the daily section is referenced to that of the zero point, ie the optical central axis of the receiver 3 , In 6a a measurement without aperture is shown. Here, from the near zone, ie in the negative region at -400 to -200, a shoulder is formed, which is due to the formation of the coma. For metal objects, dense or highly reflective objects, this shoulder can grow to the extent that it creates another peak or shifts the main peak. As a result, measurement results are falsified, or measurements impossible. 6b shows a corresponding measurement now with aperture 5 , There is no shoulder to measure, indicating that the rays responsible for coma formation have been shaded. The error possibilities of the lens arrangement are reduced, since the peak is now defined in its position and sharper.

Zur Erläuterung des Vorgenannten ist in 7 eine Sensoranordnung 10 mit der beschriebenen Linsenanordnung 1 schematisch gezeigt, wobei die Sensoranordnung 10 neben der Linsensanordnung 1 eine Lichtquelle 11 (bspw. ein Laser) und eine zur Lichtquelle 11 zugeordnete Ausgangsoptik oder Sendelinse 12 aufweist. Neben der Linse 2 sind die Blende 5 sowie der Empfänger 3 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde der Filter 4 nicht eingezeichnet. Hierbei ist nur der halbe Arbeitsbereich gezeigt, insbesondere der Nahbereich Die Null auf einer unteren Linie bezeichnet die Null-Linie, d. h. die optische Achse der Sendelinse 12. Z ist ein beliebiger Punkt im Nahbereich des Arbeitsbereichs und 0 bildet die Grenze des Arbeitsbereich im Nahfeld. Ein Abstand C zwischen dem Nullpunkt und Z_Max kann je nach Sensoranordnung in einem Bereich von 40 mm bis 200 mm oder 200 mm bis 1 m liegen.To explain the above is in 7 a sensor arrangement 10 with the described lens arrangement 1 shown schematically, wherein the sensor arrangement 10 next to the lens assembly 1 a light source 11 (For example, a laser) and one to the light source 11 associated output optics or transmit lens 12 having. Next to the lens 2 are the aperture 5 as well as the receiver 3 shown. For clarity, the filter was 4 not shown. In this case, only half the working range is shown, in particular the near range The zero on a lower line denotes the zero line, ie the optical axis of the transmission lens 12 , Z is any point near the work area and 0 is the limit of the work area in the near field. A distance C between the zero point and Z _Max can, depending on the sensor arrangement, be in a range of 40 mm to 200 mm or 200 mm to 1 m.

Licht wird von der Lichtquelle 11 (rechts in 7) ausgesandt und trifft an den Punkten „Z_Max” und „Z” auf Objekte, die das Licht zurückwerfen. Ausgehend von Z ist ein erster Lichteinfall L1 aus dem Nahfeld beispielhaft gestrichelt dargestellt. Ein zweiter Lichteinfall L2 geht mit durchgezogener Linie gezeichnet von einem optimalen Abstand aus, der hier die Mitte des Arbeitsbereiches definiert und bei einem Feldwinkel von 0° mit der optischen Achse der Linse 2 übereinstimmt. Die Lichtstrahlen gehen im Wesentlichen ohne Störung durch die Blende 5 auf den Empfänger 3. Der Effekt, dass die Lichtstrahlen aus einem in 7 oberen Bereich der Linse 2 abgeschattet werden, ist gut zu erkennen. Hierdurch wird die genannte Verschärfung des Sports auf dem Empfänger 3 ermöglicht.Light is from the light source 11 (right in 7 ) and hits at the points "Z _Max " and "Z" objects that throw back the light. Starting from Z, a first incidence of light L1 from the near field is shown as an example by dashed lines. A second light incidence L2 is drawn with a solid line drawn from an optimal distance, which here defines the center of the working area and at a field angle of 0 ° with the optical axis of the lens 2 matches. The light rays pass through the aperture substantially without interference 5 on the receiver 3 , The effect that the light rays from an in 7 upper area of the lens 2 be shaded, is easy to recognize. This will cause the mentioned tightening of the sport on the receiver 3 allows.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Linsenanordnunglens assembly
22: Linselens
33: Ortsauflösender EmpfängerSpatial receiver
44: Filter/PlanplatteFilter / Planplatte
55: Blendecover
66: Optische AbdeckungOptical cover
1010: Sensoranordnungsensor arrangement
1111: Lichtquellelight source
1212: Optik LichtquelleOptic light source
AA: Abstand Linsenebene zu Filter/BlendeDistance lens plane to filter / aperture
BB: Abstand Linsenebene zu EmpfängerDistance lens plane to receiver
CC: ArbeitsbereichWorkspace
ZZ: Abstand einfallendes LichtDistance incident light
Z_Max Z _max: Grenze Arbeitsbereich NahfeldBorder working area near field
Ee: Linsenebenelens plane
LL: Lichtstrahlenlight rays
L1L1: Erster LichteinfallFirst light incidence
L2L2: Zweiter LichteinfallSecond light incidence

Claims

Lens arrangement ( 1 ) of an optical triangulation sensor arrangement with at least one imaging lens ( 2 ) and a spatially resolving receiver ( 3 ), the recipient ( 3 ) to a lens plane (E) of the lens ( 2 ) is tilted by an angle (α) in a range of 30 ° to 60 °, and wherein between the lens ( 2 ) and the recipient ( 3 ) at least one plane plate ( 4 ), characterized in that the plane plate ( 4 ) relative to the lens plane of the imaging lens ( 2 ) is tilted by a second angle (β) which is correlated to the first angle (α) by which the receiver ( 3 ), wherein the second angle (β) is oriented negatively to the first angle (α) and is in a range of -30 ° to -5 °.

Lens arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second angle (β) is preferably in a range of -16 ° to -12 °, particularly preferably -15 °.

Lens arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that between lens ( 2 ) and receiver ( 3 ) is arranged.

Lens arrangement ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the diaphragm ( 5 ) immediately before or after the plane plate ( 4 ), wherein the diaphragm ( 5 ) preferably with the plane plate ( 4 ) is permanently connected.

Lens arrangement ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the spatially resolving receiver ( 3 ) is a line sensor or PSD, in particular a CCD or CMOS line sensor, the lines having an optically transparent cover ( 6 ), in particular a transparent lacquer or a plastic, are covered, wherein the cover ( 6 ) has a thickness in a range of 0.1 mm to 0.5 mm, preferably 0.3 mm.

Lens arrangement ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that - the plane plate ( 4 ) is a filter, preferably a bandpass filter and / or - the plane plate ( 4 ) has a thickness in a range of 0.5 mm to 1.5 mm, preferably 1 mm, and / or - the thickness of the plane plate ( 4 ) with the thickness of the optical coverage of the spatially resolving receiver ( 3 ) correlates.

Lens arrangement ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that an aperture is in a range of 2.5 mm to 4.5 mm, preferably 3 mm in diameter.

Lens arrangement ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the plane plate ( 4 ) and / or the diaphragm ( 7 ) are arranged at a distance from the lens plane such that a distance (A) between the lens plane (E) and the filter (FIG. 4 ) and / or aperture ( 7 ) 55% to 85% of a total distance (B) between lens plane (E) and receiver ( 3 ) is.

Optical triangulation sensor arrangement ( 10 ) with a housing and a lens arrangement which is arranged in the housing, characterized in that the lens arrangement has a lens arrangement ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 8.

Sensor arrangement ( 10 ) according to claim 9, characterized in that the housing has a slot into which the plane plate ( 4 ) and / or the diaphragm ( 5 ) are insertable / is.