DE102019134457A1

DE102019134457A1 - Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors

Info

Publication number: DE102019134457A1
Application number: DE102019134457.3A
Authority: DE
Inventors: Viktor Gerliz; Anatoli BYSTROW; Sven Meyer; Thorben Wellbrock
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Bei einem Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass ein Probenkörper gradlinig durch den Strahlengang der Lichtquelle verfahren wird, dass der Probenkörper eine Probenfläche aufweist, dass die Probenfläche das Licht der Lichtquelle reflektierende Reflexionsbereiche aufweist, dass die Reflexionsbereiche in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Reflexionsbereiche zur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes auf ein optisches Sensorelement ausgerichtet sind, dass die Probenfläche quer zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet ist, dass durch die Bewegung des Probenkörpers der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Auftreffpunkt des Lichtes auf die Probenfläche verändert wird, dass zu mindestens zwei Reflexionsbereichen die Lichtintensität des von dem Reflexionsbereich reflektierten Lichtes mittels des optischen Sensorelement erfasst wird, dass die den Reflexionsbereichen zugeordneten Lichtintensitätswerte verglichen werden und dass dem Reflexionsbereich mit dem höchsten Lichtintensitätswert die Fokusebene der Lichtquelle zugeordnet wird.Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist.
Optische Sensoren kommen in einer Vielzahl an Anwendungen zum Einsatz. Beispielsweise können optische Sensoren zur Bestimmung eines Partikelgehaltes eines Luftvolumens, insbesondere zur Bestimmung des Feinstaubgehaltes eingesetzt werden. Eine Messung kann hier beispielsweise mittels einer Lichtquelle, insbesondere einer Laserlichtquelle, erfolgen, die ein Gasvolumen mit Licht bestrahlt. Beispielsweise kann ein Feinstaubpartikel enthaltender Luftstrom durch eine Messzelle geleitet werden, in der der Luftstrom mit Laserlicht bestrahlt wird. Die Partikel streuen dabei das Licht des Laserstrahls beim Passieren des Fokuspunktes bzw. der Fokusebene des Lasers in alle Raumrichtungen. Die Lichtmenge des Streulichtes ist abhängig von der Größe, der Form und dem Brechungsindex des jeweiligen Partikels. Das gestreute Licht kann mittels eines optischen Sensorelementes, beispielsweise mittels einer Fotodiode, erfasst werden und beispielsweise pro Partikel mit einem Messereignis, also einem Peak, ausgegeben werden. Die Lichtintensität im Fokusbereich der Lichtquelle hat hierbei großen Einfluss auf die jeweilige Messung. Da die von den Partikeln gestreute Lichtmenge sehr klein ist, ist eine genauere Justierung der Fokusebene bzw. des in der Fokusebene liegenden Fokuspunktes des Lasers notwendig, um eine möglichst hohe Lichtausbeute und somit eine möglichst genaue Messung zu ermöglichen.
Bei der Herstellung optischer Sensoren kann es fertigungsbedingt zu Fertigungstoleranzen kommen, so dass die Lage der Fokusebene der Lichtquelle sich von einem Sensor zum anderen Sensor unterscheiden kann. Um eine ausreichend hohe Streulichtstärke und vergleichbare Messungen sicherzustellen, ist eine Kalibrierung der jeweiligen Sensoren notwendig. Beispielsweise können hierfür eine große Anzahl an Feinstaubpartikelsensoren mittels einer Feinstaubkammer kalibriert werden. In die Feinstaubkammer wird Feinstaub eingelassen und kontrolliert abgesaugt, sodass unter diesen definierten Bedingungen eine Kalibration erfolgen kann. Die Kalibrierung von Feinstaubsensoren mittels einer Staubkammer ist sehr zeitaufwendig, da die Sensoren nach der Herstellung zunächst gelagert werden müssen, um dann in einer großen Anzahl in der Staubkammer kalibriert zu werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Kalibrierung von optischen Sensoren vorzuschlagen, bei dem die Kalibrierung vollautomatisch in der Produktion erfolgen kann.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einem Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass ein Probenkörper gradlinig durch den Strahlengang der Lichtquelle verfahren wird, dass der Probenkörper mindestens eine flächig ausgebildete Probenfläche aufweist, dass die Probenfläche mindestens zwei das Licht der Lichtquelle reflektierende Reflexionsbereiche und zwischen den Reflexionsbereichen angeordnete Zwischenflächen aufweist, dass die Reflexionsbereiche in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Reflexionsbereiche zur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes auf mindestens ein optisches Sensorelement ausgerichtet sind, dass die Probenfläche quer zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet ist, dass durch die Bewegung des Probenkörpers der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Auftreffpunkt des Lichtes auf die Probenfläche verändert wird, dass zu mindestens zwei Reflexionsbereichen die Lichtintensität des von dem Reflexionsbereich reflektierten Lichtes mittels des optischen Sensorelement erfasst wird, dass die den Reflexionsbereichen zugeordneten Lichtintensitätswerte verglichen werden und dass dem Reflexionsbereich mit dem höchsten Lichtintensitätswert die Fokusebene der Lichtquelle zugeordnet wird. Zur Kalibrierung eines optischen Sensors, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene bzw. des in der Fokusebene liegenden Fokuspunktes, kommt ein Probenkörper zur Verwendung, der quer zur Ausbreitungsrichtung des von der Lichtquelle des optischen Sensors ausgesendeten Lichtes, beispielsweise quer zur Ausbreitungsrichtung eines Laserstrahls verfahren wird. Die Bewegungstrajektorie des Probenkörpers ist also in einem Winkel zum Strahlengang des Lichtes, insbesondere in einem 90°-Winkel zum Strahlengang, angeordnet. Bei dem Probenkörper kann es sich beispielsweise um einen quaderförmigen Glaskörper, beispielsweise einen Objektträger, handeln. Der Probenkörper weist eine flächig ausgebildete Probenfläche auf, auf der das Licht der Lichtquelle reflektierende Reflexionsbereiche angeordnet sind. Durch die Reflexionsbereiche ist eine Mikrostruktur gegeben, durch die eine Kalibrierung mittels echter Feinstaubpartikel ersetzt wird. Insbesondere kann es sich bei den Reflexionsbereichen um Licht reflektierende Bereiche handeln, die auf einem flächigen Bereich des Probenkörpers, also der Probenfläche, aufgebracht sind. Die Reflexionsbereiche weisen einen höheren Reflexionsgrad als das Trägermaterial der Probenfläche auf. Insbesondere besteht ein großer Unterschied zwischen dem Reflexionsgrad der Reflexionsbereiche und dem Reflexionsgrad des Probenkörpermaterials. Hierdurch ist eine hohe Reflexion durch die Reflexionsbereiche gegenüber einer möglichst geringen Reflexion durch den Probenkörper erreicht. Beispielsweise können die Reflexionsbereiche durch hochreflektives Chrom, das auf die Probenfläche aufgebracht ist, ausgebildet sein. Das Chrom kann beispielsweise eine Schichtdicke von 50 - 300 nm aufweisen. Chrom ist insbesondere bei der Aufbringung gut beherrschbar und günstig zu verarbeiten. Beispielsweise kann das Chrom einen Reflexionsgrad von ca. 60 % aufweisen. Auch andere Materialien, die sich in dünnen Schichten auftragen lassen, beispielsweise Gold, sind als Material für die Reflexionsbereiche geeignet. Weiterhin wäre es möglich ein Material mit einem geringerem Reflexionsgrad für die Reflexionsbereiche zu verwenden, wenn entsprechend ein Trägermaterial für die Probenfläche mit noch geringerem Reflexionsgrad gewählt wird. Beispielsweise kann die Probenfläche auch eine Antireflex-Beschichtung aufweisen. Als Probenkörpermaterial kann beispielsweise Sodalime Glas oder auch andere Materialien zur Verwendung kommen. Beispielsweise kann als Probenkörpermaterial ein Kunststoff, insbesondere transparenter oder schwarzer Kunststoff, dünne Folien oder auch geschwärztes Metall verwendet werden. Wesentlich ist hierbei das Verhältnis der Reflexionsgrade des Trägermaterials und des Materials der Reflexionsbereiche, wobei die Reflexionsbereiche einen höheren Reflexionsgrad aufweisen als das Trägermaterial, also das Probenkörpermaterial. Beispielsweise können die Reflexionsbereiche streifenartig ausgebildet sein, so dass die Reflexionsbereiche ein Streifenmuster ausbilden. Die Streifen können hierbei jeweils die gleiche Breite aufweisen und äquidistant zueinander angeordnet sein. Alternativ können die Reflexionsbereiche auch durch zueinander versetzte Streifen, Streifen mit alternierender Breite, gebogene Streifen oder auch durch kreisförmige Reflexionsflächen ausgebildet sein. Kreisförmige Reflexionsflächen können beispielsweise durch reflektierendes Material auf einem Trägermaterial oder auch durch Aussparungen in einer Folie, die auf ein Trägermaterial aufgebracht ist, ausgebildet sein. Beispielsweise können die Reflexionsbereiche senkrecht zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet sein. Die Probenfläche mit den Reflexionsbereichen ist so im Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes angeordnet, dass eine Reflexion des ausgesendeten Lichtes durch die Reflexionsbereiche auf ein optisches Sensorelement des Sensors, beispielsweise eine Fotodiode, erfolgt. Während des Kalibriervorganges wird der Probenkörper so durch die Messzelle des optischen Sensors verfahren, dass der Auftreffpunkt des Lichtes auf die Probenfläche nacheinander die nebeneinander angeordneten Reflexionsbereiche durchfährt. Jeder Reflexionsbereich reflektiert dabei das Licht auf das optische Sensorelement des zu kalibrierenden Sensors, mit dem das Reflexionslicht erfasst wird. Mittels des optischen Sensorelementes wird somit bei der Bewegung des Probenkörpers ein Signal bzw. eine Peakabfolge erfasst, die dem Signal von real vorhandenen Feinstaubpartikeln ähnlich ist. Die Position der Fokusebene der Lichtquelle in der Messzelle des Sensors ist abhängig von den Fertigungstoleranzen der verschiedenen optischen Komponenten des zu kalibrierenden Sensors. Insbesondere können die Fokusebenen verschiedener Sensoren verschiedene Abstände zur Lichtquelle aufweisen. Um die Fokusebene bzw. den Fokusbereich genau zu bestimmen, ist die Probenfläche des Probenkörpers quer zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet. Die Probenfläche und die Bewegungstrajektorie des Probenkörpers spannen zusammen einen Winkel auf. Beispielsweise kann zwischen der Probenfläche und der Bewegungsrichtung des Probenkörpers ein Winkel von 15° aufgespannt sein. Somit tritt die Probenfläche in ihrer Bewegung durch den Fokusbereich des ausgesendeten Lichtes. Dies hat zur Folge, dass die Intensität des von den Reflexionsbereichen reflektierten Lichtes während des Hindurchtretens zunächst ansteigt bis ein Intensitätsmaximum erreicht ist und dann wieder abfällt. Wenn die Probenfläche in die Messzelle der Sensorvorrichtung gefahren wird, ist die Probenoberfläche mit den Reflexionsbereichen zunächst nicht im Fokusbereich sondern wegen der Neigung der Probenfläche zur Bewegungsrichtung seitlich versetzt. Dies kann beispielsweise auch zur Folge haben, dass durch das Licht mehrere Reflexionsbereiche beleuchtet werden, da das ausgesendete Licht an dieser Position nicht fokussiert, sondern aufgeweitet ist. Wird der Probenkörper weiter entlang einer gradlinigen Bewegungsrichtung bewegt, wird eine Position auf der Probenfläche erreicht, in der der Fokuspunkt des ausgesendeten Lichtes und die Oberfläche der Probenoberfläche übereinstimmen. An dieser Position wird das gesamte Licht der Lichtquelle in einem Fokuspunkt gebündelt und trifft auf die Oberfläche der Probenfläche. Wenn in der Bewegung in diesem Bereich ein Reflexionsbereich von dem Licht bestrahlt wird, ist die reflektierte Lichtmenge maximal und somit auch die von dem optischen Sensorelement erfasste Lichtintensität maximal. Wird der Probenkörper mit der Probenfläche weiterbewegt, wird auch die aufgebrachte Mikrostruktur wieder aus dem Fokusbereich der Lichtquelle heraus bewegt, der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Lichtes auf der Oberfläche und der Lichtquelle wird verändert, beispielsweise größer und die Intensität des durch die Reflexionsbereiche reflektierten Lichtes sinkt. Die gemessenen Lichtintensitätswerte werden den Reflexionsbereichen zugeordnet, wobei dem Reflexionsbereich mit dem höchsten Lichtintensitätswert die Fokusebene der Lichtquelle zugeordnet wird. Beispielsweise durch die bekannte Anordnung der Reflexionsbereiche zueinander, insbesondere durch die bekannten Abstände zwischen den Reflexionsbereichen, kann somit auf die Fokusebene der Lichtquelle bzw. auf die Verschiebung der Fokusebene von einem Sollwert geschlossen werden. Da die Eigenschaften der Mikrostruktur der Reflexionsbereiche bekannt sind, können beispielsweise die Fertigungstoleranzen der optischen Komponenten des optischen Sensors kompensiert werden. Beispielsweise kann mittels eines Softwarealgorithmus ein Korrekturfaktor ermittelt werden. Ein verschobener Fokuspunkt bzw. eine verschobene Fokusebene kann beispielsweise durch die Anpassung der Empfindlichkeit des optischen Sensorelementes ausgeglichen werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Empfindlichkeit des optischen Sensorelementes gemäß der bestimmten Fokusebene eingestellt. Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann es zu Verschiebungen der Fokusebene der in dem optischen Sensor verwendeten Lichtquelle kommen. Durch das Verfahren, insbesondere das gleichförmige, gradlinige Verfahren, des Probenkörpers, insbesondere der in einem Winkel, also quer, zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Probenfläche, durch den Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes kann die Fokusebene der Lichtquelle bestimmt werden. Eine Verschiebung der Fokusebene kann durch die Einstellung der Empfindlichkeit des optischen Sensorelementes, insbesondere einer Fotodiode, ausgeglichen werden. Beispielsweise kann bei einer Verschiebung der Fokusebene die Empfindlichkeit des optischen Sensorelementes angepasst werden, um eine hinreichend hohe Lichtausbeute und somit eine genaue Messung zu erreichen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das von der Lichtquelle ausgesendete Licht durch den Probenkörper in einem Winkel zwischen 70° und 110° auf das optische Sensorelement reflektiert. Die Reflexionsbereiche aufweisende Probenfläche des Probenkörpers kann so zum Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes angeordnet sein, dass hierdurch eine Reflexion des auf die Probenfläche fallenden Lichtes auf das optische Sensorelement sichergestellt ist. Der Winkel zwischen der Probenfläche und dem Strahlengang kann von der Position des Fokuspunktes des ausgesendeten Lichtes, der Anordnung einer Empfangslinse oder einer Fotodiode des optischen Sensorelementes abhängen. Beispielsweise kann die Empfangscharakteristik des optischen Sensorelementes im 90° Winkel zu dem Strahlengang des ausgesendeten Lichtes angeordnet sein. In diesem Fall kann die Probenfläche in einem 45° Winkel zum Strahlengang des ausgesendeten Lichtes angeordnet sein. Durch diese Anordnung von Lichtquelle und Sensorelement zueinander ist im Messbetrieb des optischen Sensors eine Erfassung des an den sich im Messraum befindlichen Partikeln gestreuten Streulichtes ermöglicht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens trifft das ausgesendete Licht bei der Bewegung des Probenkörpers abwechselnd auf Reflexionsbereiche und Zwischenflächen der Probenfläche. Der Probenkörper mit der Probenfläche wird so durch den Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes verfahren, dass das ausgesendete Licht abwechselnd auf die Reflexionsbereiche und die zwischen den Reflexionsbereichen angeordneten Zwischenflächen trifft. Die Zwischenflächen weisen eine geringere Reflektivität als die Reflexionsbereiche auf. Insbesondere weist die Bewegungsrichtung des Probenkörpers einen 90° Winkel zum Strahlengang des ausgesendeten Lichtes auf.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Probenfläche in einem Winkel von 10° bis 40°, insbesondere von 15°, zur Bewegungsrichtung angeordnet. Die Probenfläche weist einen Winkel von 10° bis 40°, insbesondere von 12° bis 35°, vorzugsweise von 15°, zur geradlinigen Bewegungsrichtung des Probenkörpers auf. Mit dieser Anordnung lässt sich insbesondere die Auflösung des auf die Probenfläche fallenden Lichtes anpassen. Durch die Anordnung der Probenfläche quer, also in einem Winkel, zur geradlinigen Bewegungsrichtung befinden sich die auf der Probenfläche angeordneten Reflexionsbereiche, beispielsweise beim Eintritt des Probenkörpers in den Probenraum, näher an der Lichtquelle als an einer späteren Position des Probenkörpers auf seiner Bewegungstrajektorie. Durch die Bewegung des Probenkörpers und die Schrägstellung der Probenfläche trifft das ausgesendete Licht somit nacheinander auf in unterschiedlicher Entfernung zur Lichtquelle angeordnete Reflexionsbereiche, so dass durch einen Vergleich der zu den jeweiligen Reflexionsbereichen erfassen Intensitätswerte auf die Fokusebene der Lichtquelle geschlossen werden kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Probenkörper mit einem bekannten Bewegungsprofil gradlinig durch den Strahlengang der Lichtquelle verfahren. Durch eine gradlinige Bewegung und Kenntnis über das Bewegungsprofil des Antriebs sowie durch eine Informationsübertragung über die derzeitigen Bewegungsdaten des Antriebs ist eine Vergleichbarkeit der zu den Reflexionsbereichen erfassten Intensitätswerte sichergestellt. Beispielsweise kann der Probenkörper mittels eines Linearmotors durch den Messraum verfahren werden. Das Geschwindigkeitsprofil des Linearmotors kann durch eine gleichmäßige Beschleunigung bis zu einer maximalen Geschwindigkeit gefolgt von einer gleichmäßigen Reduzierung der Geschwindigkeit ausgebildet sein. Die maximale Geschwindigkeit kann beispielsweise Vmax = 140 mm/s bei einer maximalen Beschleunigung von Acc_max ≈ 500 mm/s betragen. Zum Ausgleich des Geschwindigkeitsprofils mit ansteigender und abfallender Geschwindigkeit können die Reflexionsbereiche entsprechend durch Streifen mit entlang des Streifenmusters bis zu einem Minimum schmaler werdenden Streifen und ab dem Minimum wieder breiter werdenden Streifen ausgebildet sein. Alternativ zu einem Linearmotor können auch Linearvibratoren oder Rad-Schienen-Systeme zur Verwendung kommen. Auch ist es möglich, dass der Körper mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit verfahren wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das ausgesendete Licht nach der Reflexion an der Probenfläche und vor dem Auftreffen auf das optische Sensorelement durch einen Neutraldichtefilter geleitet. Durch die Verwendung eines Neutraldichtefilters, der im Strahlengang des an der Probenfläche reflektierten Lichtes vor dem Auftreffen auf die optischen Sensorelemente angeordnet ist, kann die an den Reflexionsbereichen reflektierte Lichtmenge soweit reduziert werden, dass die Lichtmenge dem Wert von echten Feinstaubpartikeln entspricht. Somit ist eine realitätsnahe Kalibrierung des Sensors ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist, bei der erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass die Vorrichtung einen Probenkörper aufweist, dass der Probenkörper mindestens eine flächig ausgebildete Probenfläche aufweist, dass der Probenkörper gradlinig durch den Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes verfahrbar gelagert ist, dass die Probenfläche mehrere das Licht der Lichtquelle reflektierende Reflexionsbereiche und zwischen den Reflexionsbereichen angeordnete Zwischenflächen aufweist, dass die Reflexionsbereiche in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Reflexionsbereiche zur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes auf das optische Sensorelement ausgerichtet sind, dass die Probenfläche quer zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet ist.
Die Vorrichtung zur Kalibrierung eines optischen Sensors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene bzw. eines in der Fokusebene liegenden Fokuspunktes, weist einen Probenkörper auf, der quer zur Ausbreitungsrichtung des von der Lichtquelle des Sensors ausgesendeten Lichtes, beispielsweise quer zur Ausbreitungsrichtung eines Laserstrahls, also durch den Strahlengang des ausgesendeten Lichtes verfahrbar ist. Bei dem Probenkörper kann es sich beispielsweise um einen quaderförmigen Glaskörper, beispielsweise einen Objektträger, handeln. Der Probenkörper weist eine flächig ausgebildete Probenfläche auf, auf der das Licht der Lichtquelle reflektierende Reflexionsbereiche angeordnet sind. Durch die Reflexionsbereiche ist eine Mikrostruktur ausgebildet, durch die eine Kalibrierung mittels echter Feinstaubpartikel ersetzt werden kann. Die Reflexionsbereiche weisen einen höheren Reflexionsgrad als das Trägermaterial der Probenfläche auf. Insbesondere besteht ein großer Unterschied zwischen dem Reflexionsgrad der Reflexionsbereiche und dem Reflexionsgrad des Probenkörpermaterials. Hierdurch ist eine hohe Reflexion durch die Reflexionsbereiche gegenüber einer möglichst geringen Reflexion durch den Probenkörper erreicht. Beispielsweise können die Reflexionsbereiche durch hochreflektives Chrom, das auf die Probenfläche aufgebracht ist, ausgebildet sein. Das Chrom kann beispielsweise eine Schichtdicke von 50 - 300 nm aufweisen. Chrom ist insbesondere bei der Aufbringung gut beherrschbar und günstig zu verarbeiten. Beispielsweise kann das Chrom einen Reflexionsgrad von ca. 60 % aufweisen. Auch andere Materialien, die sich in dünnen Schichten auftragen lassen, beispielsweise Gold, sind als Material für die Reflexionsbereiche geeignet. Weiterhin wäre es möglich ein Material mit einem geringerem Reflexionsgrad für die Reflexionsbereiche zu verwenden, wenn entsprechend ein Trägermaterial für die Probenfläche mit noch geringerem Reflexionsgrad gewählt wird. Beispielsweise kann die Probenfläche auch eine Antireflex-Beschichtung aufweisen. Als Probenkörpermaterial kann beispielsweise Sodalime Glas oder auch andere Materialien zur Verwendung kommen. Beispielsweise kann als Probenkörpermaterial ein Kunststoff, insbesondere transparenter oder schwarzer Kunststoff, dünne Folien oder auch geschwärztes Metall verwendet werden. Wesentlich ist hierbei das Verhältnis der Reflexionsgrade des Trägermaterials und des Materials der Reflexionsbereiche, wobei die Reflexionsbereiche einen höheren Reflexionsgrad aufweisen als das Trägermaterial, also das Probenkörpermaterial. Beispielsweise können die Reflexionsbereiche streifenartig ausgebildet sein, so dass die Reflexionsbereiche ein Streifenmuster ausbilden, wobei die Streifen beispielsweise eine Breite von 300 nm bis 3.000 nm, insbesondere von 1.200 nm aufweisen. Die Streifen können hierbei jeweils die gleiche Breite aufweisen und äquidistant zueinander angeordnet sein. Alternativ können die Reflexionsbereiche auch durch zueinander versetzte Streifen, Streifen mit alternierender Breite, gebogene Streifen oder auch durch kreisförmige Reflexionsflächen ausgebildet sein. Kreisförmige Reflexionsflächen können beispielsweise durch reflektierendes Material auf einem Trägermaterial oder auch durch Aussparungen in einer Folie, die auf ein Trägermaterial aufgebracht ist, ausgebildet sein. Die Reflexionsbereiche können streifenförmig ausgebildet sein. Die Probenfläche mit den Reflexionsbereichen ist so im Strahlengang des von der Lichtquelle des Sensors ausgesendeten Lichtes angeordnet, dass eine Reflexion des ausgesendeten Lichtes durch die Reflexionsbereiche auf das optische Sensorelement des zu kalibrierende Sensors, beispielsweise eine Fotodiode, erfolgt. Das optische Sensorelement ist zur Erfassung der Lichtintensität des von mindestens einem Reflexionsbereich reflektierten Lichtes ausgebildet. Der Sensor kann eine Messzelle bzw. einen Messraum aufweisen, in die das zu untersuchende Gasvolumen aufgenommen werden kann. Zum Kalibrieren wird der Probenkörper so durch die Messzelle des optischen Sensors verfahren, dass der Fokusbereich der Lichtquelle nacheinander die nebeneinander angeordneten Reflexionsbereiche durchfährt. Jeder Reflexionsbereich reflektiert dabei das Licht auf das optische Sensorelement des zu kalibrierenden Sensors, welches das Reflexionslicht erfasst. Somit erfasst das optische Sensorelement bei der Bewegung des Probenkörpers ein Signal bzw. eine Peakabfolge, die dem Signal von real vorhandenen Feinstaubpartikeln ähnlich ist. Die Position der Fokusebene in der Messzelle des zu kalibrierenden Sensors ist abhängig von den Fertigungstoleranzen der verschiedenen optischen Komponenten. Insbesondere können die Fokusebenen verschiedener Sensoren verschiedene Abstände zur Lichtquelle aufweisen. Um den Fokuspunkt bzw. den Fokusbereich genau zu bestimmen, ist die Probenfläche quer zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet. Die Probenfläche und die Bewegungstrajektorie des Probenkörpers spannen also einen Winkel auf. Beispielsweise kann zwischen der Probenfläche und der Bewegungsrichtung des Probenkörpers ein Winkel von 15° aufgespannt sein. Somit wird die Probenfläche durch den Auftreffpunkt des Lichtes auf der Probenfläche des ausgesendeten Lichtes bewegt. Dies hat zur Folge, dass die Intensität des von den Reflexionsbereichen reflektierten Lichtes während des Hindurchtretens durch den Strahlengang des ausgesendeten Lichtes zunächst ansteigt bis ein Intensitätsmaximum erreicht ist und dann wieder abfällt. Wenn die Probenfläche die Messzelle der Sensorvorrichtung durchfährt, ist die Probenoberfläche mit den Reflexionsbereichen zunächst nicht im Fokusbereich der Lichtquelle, sondern wegen der Neigung der Probenfläche zur Bewegungsrichtung seitlich versetzt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass durch das Licht mehrere Reflexionsbereiche beleuchtet werden, da das ausgesendete Licht an dieser Position nicht fokussiert, sondern aufgeweitet ist. Wird der Probenkörper weiterbewegt, wird eine Position auf der Probenfläche erreicht, in der der Fokuspunkt des ausgesendeten Lichtes und die Oberfläche der Probenoberfläche übereinstimmen. An dieser Position wird das gesamte Licht der Lichtquelle in einem kleinen Fokuspunkt gebündelt und trifft auf die Oberfläche der Probenfläche. Wenn in der Bewegung in diesem Bereich ein Reflexionsbereich von dem Licht bestrahlt wird, ist die reflektierte Lichtmenge maximal und somit auch die von dem optischen Sensorelement erfasste Lichtintensität maximal. Wird der Probenkörper mit der Probenfläche weiterbewegt, wandert die aufgebrachte Mikrostruktur wieder aus dem Fokusbereich der Lichtquelle heraus, der Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Lichtes auf der Oberfläche und der Lichtquelle wird verändert, beispielsweise größer und die Intensität des durch die Reflexionsbereiche reflektierten Lichtes sinkt. Die gemessenen Lichtintensitätswerte werden den Reflexionsbereichen zugeordnet, wobei dem Reflexionsbereich mit der höchsten Lichtintensität die Fokusebene der Lichtquelle, beispielsweise mittels einer Auswerteeinrichtung, zugeordnet wird. Beispielsweise durch die bekannte Anordnung der Reflexionsbereiche zueinander, insbesondere durch den bekannten Abstand zwischen den Reflexionsbereich kann somit auf die Fokusebene der Lichtquelle bzw. auf die Verschiebung der Fokusebene von einem Sollwert geschlossen werden. Da die Eigenschaften der Mikrostruktur der Reflexionsbereiche bekannt sind, können beispielsweise die Fertigungstoleranzen der optischen Komponenten des optischen Sensors kompensiert werden. Beispielsweise kann mittels eines Softwarealgorithmus in einer Auswerteeinheit ein Korrekturfaktor ermittelt werden. Eine verschobene Fokusebene kann beispielsweise durch die Anpassung der Empfindlichkeit des optischen Sensorelementes ausgeglichen werden. Durch eine gradlinige Bewegung und Kenntnis über das Bewegungsprofil des Antriebs sowie durch eine Informationsübertragung über die derzeitigen Bewegungsdaten des Antriebs ist eine Vergleichbarkeit der zu den Reflexionsbereichen erfassten Intensitätswerte sichergestellt. Beispielsweise kann der Probenkörper mittels eines Linearmotors durch den Messraum verfahren werden. Das Geschwindigkeitsprofil des Linearmotors kann durch eine gleichmäßige Beschleunigung bis zu einer maximalen Geschwindigkeit gefolgt von einer gleichmäßigen Reduzierung der Geschwindigkeit ausgebildet sein. Die maximale Geschwindigkeit kann beispielsweise Vmax ≈ 140 mm/s bei einer maximalen Beschleunigung von Acc_max ≈ 500 mm/s betragen. Zum Ausgleich des Geschwindigkeitsprofils mit ansteigender und abfallender Geschwindigkeit können die Reflexionsbereiche entsprechend durch Streifen mit entlang des Streifenmusters bis zu einem Minimum schmaler werdenden Streifen und ab dem Minimum wieder breiter werdenden Streifen ausgebildet sein. Alternativ zu einem Linearmotor können auch Linearvibratoren oder Rad-Schienen-Systeme zur Verwendung kommen. Auch ist es möglich, dass der Körper mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit verfahren wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung hängt der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Auftreffpunkt des Lichtes auf die Probenfläche von der Position des Probenkörpers entlang seiner Bewegungsrichtung ab. Durch die Neigung der Probenfläche zur Ausbreitungsrichtung des Probenkörpers hängt der Abstand der Oberfläche der Probenfläche zur Lichtquelle von der Position des Probenkörpers auf seiner Bewegungstrajektorie ab. Beispielsweise kann durch die Neigung der Abstand zunächst kleiner sein und durch die Weiterbewegung weiter vergrößert werden. Hierdurch ist eine Tiefeninformation über die Taille des ausgesendeten Lichtes, insbesondere über die Fokusebene bzw. den Fokuspunkt möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Bewegungsrichtung des Probenkörpers gradlinig in einem Winkel von in etwa 90° zur Ausbreitungsrichtung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes angeordnet. Der Probenkörper kann beispielsweise an einem Stift aufgenommen sein und beispielsweise durch einen Linearmotor oder Ähnliches gradlinig durch den Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes verfahren werden. Insbesondere können die Ausbreitungsrichtung des Lichtes sowie die Bewegungsrichtung des Probenkörpers einen rechten Winkel aufspannen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Probenfläche in einem Winkel von 10° bis 40°, insbesondere von 15°, zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers angeordnet. Die Probenfläche weist einen Winkel von 10° bis 40°, insbesondere von 12° bis 35°, vorzugsweise von 15°, zur geradlinigen Bewegungsrichtung, also zu der Bewegungstrajektorie des Probenkörpers auf. Beispielsweise kann der Winkel zwischen der Probenfläche und der Bewegungsrichtung auch so eingestellt werden, dass der Winkel dem Brewster-Winkel des Materials, aus dem die Reflexionsbereiche aufgebaut sind, entspricht. Für hinreichend dünne Probenkörper kann somit die Streuung des Lichtes am Probenkörper minimiert werden und die Reflexion maximiert werden. Hierbei ist die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes zu beachten bzw. ist die Polarisationsrichtung einzustellen. Hierdurch ist ein Maximum des reflektierten Lichtes bei minimaler Streuung des Lichtes zu erreichen. Durch die einen Winkel aufspannende Anordnung der Probenfläche quer zur Bewegungstrajektorie befinden sich die auf der Probenfläche angeordneten Reflexionsbereiche, beispielsweise beim Eintritt des Probenkörpers in die Messkammer, näher an der Lichtquelle als im weiteren Verlauf der Bewegung des Probenkörpers, also an anderen Positionen der Bewegungstrajektorie. Durch die Bewegung des Probenkörpers und die Schrägstellung der Probenfläche trifft das ausgesendete Licht somit nacheinander auf in unterschiedlicher Entfernung zur Lichtquelle angeordnete Reflexionsbereiche, so dass durch einen Vergleich der zu den jeweiligen Reflexionsbereichen erfassen Intensitätswerte auf die Fokusebene der Lichtquelle geschlossen werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquelle und das optische Sensorelement in einen Winkel zwischen 70° und 110° zueinander angeordnet und der flächige Bereich istzur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes auf das optische Sensorelement angeordnet. Die Reflexionsbereiche aufweisende Probenfläche des Probenkörpers kann beispielsweise in einem 45° Winkel zum Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes angeordnet sein. Hierdurch ist eine Reflexion des auf die Probenfläche fallenden Lichtes auf das optische Sensorelement sichergestellt, dessen Empfangscharakteristik im 90° Winkel zu dem Strahlengang des ausgesendeten Lichtes angeordnet sein kann. Durch diese Anordnung von Lichtquelle und Sensorelement ist im Messbetrieb eine Erfassung des von den sich im Messraum befindenden Partikeln gestreuten Streulichtes ermöglicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Probenkörper um einen Quader und die Reflexionsbereiche aufweisende Probenfläche ist durch eine Seitenfläche des Quaders ausgebildet. Bei dem Probenkörper kann es sich um einen Quader, insbesondere einen plättchenartig ausgebildeten Quader beispielsweise um einen Objektträger, handeln, bei dem auf mindestens einer Seitenfläche die Reflexionsbereiche angeordnet sind. Die Dicke des Plättchens kann beispielsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm, insbesondere von 1,524 mm bzw. 0,6 mm betragen. Die Reflexionsbereiche können ein Streifenmuster ausbilden, wobei die Streifen in einem bestimmten Winkel zur Seitenkante der Stirnseite angeordnet sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Probenkörper aus Glas. Bei dem Probenkörper kann es sich beispielsweise um einen Glasquader, insbesondere um einen Objektträger, handeln. Hierdurch ist eine kostengünstige Herstellung des Probenkörpers möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Reflexionsbereiche streifenförmig ausgebildet, die Reflexionsbereiche sind parallel zueinander angeordnet und weisen jeweils den gleichen definierten Abstand zueinander auf. Die Reflexionsbereiche können streifenförmig ausgebildet sein, wobei die Streifen beispielsweise eine Breite von 300 nm bis 3.000 nm, insbesondere von 1,2 µm aufweisen, so dass die Reflexionsbereiche ein Streifenmuster ausbilden. Durch den definierten Abstand der Reflexionsbereiche zueinander kann aus der Zuordnung der von den Reflexionsbereichen reflektierten Lichtintensitäten die Verschiebung der Fokusebene berechnet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens einen Neutraldichtefilter auf und der Neutraldichtefilter ist im Strahlengang des Lichtes vor mindestens einem optischen Sensorelement angeordnet. Durch die Verwendung eines Neutraldichtefilters, der im Strahlengang des an der Probenfläche reflektierten Lichtes vor dem Auftreffen auf die optischen Sensorelemente angeordnet ist, kann die Lichtintensität des an den Reflexionsbereichen reflektierten Lichtes soweit reduziert werden, dass die Lichtmenge dem Wert von echten Feinstaubpartikeln entspricht. Somit ist eine realitätsnahe Kalibrierung des Sensors ermöglicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

1: einen Probenkörper mit Reflexionsbereichen und Neutraldichtefilter;
2: einen Probenkörper gemäß 1 in der Messkammer eines optischen Sensors;
3a - c: eine schematische Darstellung der Ausrichtung eines Probenkörpers im Strahlengang einer Lichtquelle eines Sensors an unterschiedlichen Positionen;
4a: einen Probenkörper in der Messkammer eines Sensors;
4b: eine Detailansicht des Probenkörpers in der Messkammer gemäß 4a;
4c: eine weitere Detailansicht des Probenkörpers gemäß 4b mit Reflexionsbereichen;
4d: eine Darstellung der Auftrefffläche des ausgesendeten Lichtes auf der Probenfläche und
4e: eine Darstellung der an dem optischen Sensor erfassten Lichtintensität.

In 1 ist ein Probenkörper 1 mit darauf angeordneten Reflexionsbereichen 2 dargestellt. Bei dem Probenkörper 1 kann es sich um einen Glaskörper handeln, der quaderförmig ausgebildet ist. Durch eine Seitenfläche 3 ist die Probenfläche 4 mit den Reflexionsbereichen 2 ausgebildet. Die Reflexionsbereiche 2 sind beispielsweise auf die Probenfläche 4 aufgebrachte Metallbeschichtungen und sind streifenförmig ausgebildet. Die Reflexionsbereiche 2 sind parallel und mit definiertem Abstand zueinander angeordnet. Die Reflexionsbereiche 2 sind in einem definierten Winkel zu einer Seitenkante der Seitenfläche 3 und parallel zum Auftreffpunkt des auftretenden Laserlichtes angeordnet. Die Probenfläche 4 wird so in den Strahlengang des Lichtes einer Lichtquelle eines zu kalibrieren Sensors eingebracht, dass das Licht der Lichtquelle durch die Reflexionsbereiche 2 auf ein optisches Sensorelement des zu kalibrieren Sensors reflektiert wird. Insbesondere kann die Probenfläche 4 in einem Winkel von 45° zum Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes angeordnet sein. Die Verkippung um 45° ist durch den Pfeil in der Figur verdeutlicht. Vor dem optischen Sensorelement kann ein Neutraldichtefilter 5 angeordnet sein.
In 2 ist ein Probenkörper 1 mit Reflexionsbereichen 2 in der Messkammer 6 eines zu kalibrieren optischen Sensors 7, bei dem es sich um einen Feinstaubpartikelsensor handeln kann, dargestellt. Der zu kalibrierende optische Sensor 7 weist eine Lichtquelle 8, insbesondere eine Laserlichtquelle, auf, durch die ein Probegasvolumen, also ein Gasvolumen das die zu erfassenden Partikel enthält, bestrahlt werden kann. Das zu untersuchende Gasvolumen ist in die Messkammer 6 aufgenommen. Von der Probenfläche 4 wird das von der Lichtquelle 8 ausgesendete Licht auf ein Sensorelement geleitet. Der Probenkörpers 1 wird gradlinig durch den Strahlengang des von der Lichtquelle 8 ausgesendeten Lichtes durch die Messkammer 6 verschoben, so dass das Licht auf die Reflexionsbereiche 2 fällt. Beispielsweise wird der Probenkörper in dieser Darstellung orthogonal zur Darstellungsebene durch den Strahlengang bewegt. Die Probenfläche 4 ist quer zur Bewegungsrichtung des Probenkörpers 1 angeordnet, insbesondere kann die Probenfläche 4 einen Winkel zwischen 10° und 40° mit der geradlinigen Bewegungsrichtung des Probenkörpers 1 aufspannen. Durch die schräge Anordnung der Probenfläche 4 zur Bewegungsrichtung trifft das von der Lichtquelle 8 ausgesendete Licht an unterschiedlichen Positionen der Bewegungstrajektorie des Probenkörpers1 auf unterschiedliche Reflexionsbereiche 2. Somit ist ein Abtasten der Fokusebene der Lichtquelle 8 ermöglicht.
In 3 sind schematisch drei Situationen beim Durchfahren der Probenfläche 4 durch den Strahlengang des von einer Lichtquelle 8 ausgesendeten Lichtes dargestellt. Auf der Probenfläche 4 sind parallel zueinander ausgerichtete Reflexionsbereiche 2 angeordnet. Die Bewegungsrichtung des Probenkörpers 1 ist durch den Pfeil 9 angedeutet. Die Bewegungsrichtung 9 des Probenkörpers 1 ist im rechten Winkel zum Strahlengang 10 des von der Lichtquelle 8 ausgesendeten Lichtes angeordnet. Die Probenfläche 4 ist in einem Winkel von 30° zur Bewegungsrichtung 9 des Probenkörpers 1 angeordnet. Durch die schräge Anordnung der Probenfläche 4 zur Bewegungsrichtung 9 schneidet der Strahlengang 10 der Lichtquelle 8 die Probenoberfläche 4 an unterschiedlichen Stellen, in Abhängigkeit von der Position des Probenkörpers 1 auf seiner Bewegungstrajektorie. Somit trifft das Licht je nach Position des Probenkörpers 1 auf unterschiedliche Reflexionsbereiche 2. In 3a ist eine Situation dargestellt, in der der Strahlengang 10 vor seiner Fokusebene 11 auf die Probenfläche 4 trifft. In 3b ist die Situation dargestellt, in der der Strahlengang 10 die Probenfläche 4 in seiner Fokusebene 11 schneidet. In dieser Situation sind höhere Lichtintensitätswerte des von dem optischen Sensorelement erfassten Lichtes zu erwarten als in der in 3a dargestellten Situation. In 3c ist die Situation dargestellt, in der der Strahlengang 10 hinter seiner Fokusebene 11 auf die Probenfläche 4 trifft. In den in 3a und 3c dargestellten Situationen ist eine geringere reflektierte Lichtmenge als in der in 3b dargestellten Situation zu erwarten. Somit ergibt sich für die Situation in 3b ein Maximum der Lichtintensität. Aus dem Lichtintensitätsmaximum und dessen Zuordnung zu einem Reflexionsbereich 2 lässt sich auf die Fokusebene 11 der Lichtquelle 8 schließen.
In 4a ist ein Probenkörper 1 in der Messkammer 6 eines optischen Sensors 7 dargestellt. Die Blickrichtung ist hier in der Ausbreitungsrichtung des von der Lichtquelle 8 ausgesendeten Lichtes.
In 4b ist eine Detailansicht aus 4a des Probenkörpers 1 in der Messkammer 6, wie durch den Rahmen in 4a verdeutlicht, dargestellt.
In 4c ist in einer weiteren Detailansicht der 4b die Probenfläche 4 des Probenkörpers 1 mit den Reflexionsbereichen 2 dargestellt.
In 4d ist der Auftreffpunkt 12 des von der Lichtquelle 8 ausgesendeten Lichtes in einer Detailansicht dargestellt. Die Zielfokusebene, also der Sollwert der Fokusebene der ohne Abweichung aufgrund von Fertigungstoleranzen zu erwarten ist, wird hierbei als x = 0 definiert. In dem dargestellten Fall liegt der Auftreffpunkt 12 bei x = 0 zwischen zwei Reflexionsbereichen 2 auf einer Zwischenfläche 13. Durch die Bewegung des Probenkörpers 1 fällt der Auftreffpunkt 12 auf verschiedene Reflexionsbereiche 2, die jeweils unterschiedliche Abstände zu der Lichtquelle 8 aufweisen. In 4e sind die Lichtintensitätswerte 16, die von dem Sensorelement des optischen Sensors 7 für die verschiedenen Reflexionsbereiche 2 erfasst wurden, dargestellt. Durch die Pfeile ist eine Zuordnung der erfassten Lichtintensitätswerte 16 zu den verschiedenen Reflexionsbereichen 2 dargestellt. Beim Auftreffen des Lichtes auf die Zwischenflächen 13 ist keine auswertbare Lichtintensität feststellbar. Das Signal mit der höchsten Amplitude 14 kennzeichnet die tatsächliche Fokusebene. In diesem dargestellten Fall ist die tatsächliche Fokusebene um +50 µm von x = 0 verschoben. Durch die Maxima der verschiedenen Lichtintensitätswerte lässt sich eine Einhüllendenkurve 15 legen.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors (7), insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor (7) mindestens eine Lichtquelle (8) und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Probenkörper (1) gradlinig durch den Strahlengang (10) der Lichtquelle (8) verfahren wird, dass der Probenkörper (1) mindestens eine flächig ausgebildete Probenfläche (4) aufweist, dass die Probenfläche (4) mindestens zwei das Licht der Lichtquelle (8) reflektierende Reflexionsbereiche (2) und zwischen den Reflexionsbereichen (2) angeordnete Zwischenflächen (13) aufweist, dass die Reflexionsbereiche (2) in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Reflexionsbereiche (2) zur Reflexion des von der Lichtquelle (8) ausgesendeten Lichtes auf mindestens ein optisches Sensorelement ausgerichtet sind, dass die Probenfläche (4) quer zur Bewegungsrichtung (9) des Probenkörpers (1) angeordnet ist, dass durch die Bewegung des Probenkörpers (1) der Abstand zwischen der Lichtquelle (8) und dem Auftreffpunkt (12) des Lichtes auf die Probenfläche (4) verändert wird, dass zu mindestens zwei Reflexionsbereichen (2) die Lichtintensität des von dem Reflexionsbereich reflektierten Lichtes mittels des optischen Sensorelementes erfasst wird, dass die den Reflexionsbereichen (2) zugeordneten Lichtintensitätswerte (16) verglichen werden und dass dem Reflexionsbereich (2) mit dem höchsten Lichtintensitätswert (16) die Fokusebene (11) der Lichtquelle (8) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des optischen Sensorelementes gemäß der bestimmten Fokusebene (11) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Lichtquelle (8) ausgesendete Licht durch den Probenkörper (1) in einem Winkel zwischen 70° und 110° auf das optische Sensorelement reflektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgesendete Licht bei der Bewegung des Probenkörpers (1) abwechselnd auf Reflexionsbereiche (2) und Zwischenflächen (13) der Probenfläche (4) trifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenfläche (4) in einem Winkel von 10° bis 40°, insbesondere von 15°, zur Bewegungsrichtung (9) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkörper (1) mit einem bekannten Bewegungsprofil gradlinig durch den Strahlengang (10) der Lichtquelle (8) verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgesendete Licht nach der Reflexion an der Probenfläche (4) und vor dem Auftreffen auf das optische Sensorelement durch einen Neutraldichtefilter (5) geleitet wird.
Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines optischen Sensors (7), insbesondere zur Bestimmung der Fokusebene eines Feinstaubsensors, wobei der optische Sensor (7) mindestens eine Lichtquelle (8) und mindestens ein optisches Sensorelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Probenkörper (1) aufweist, dass der Probenkörper (1) mindestens eine flächig ausgebildete Probenfläche (4) aufweist, dass der Probenkörper (1) gradlinig durch den Strahlengang (10) des von der Lichtquelle (8) ausgesendeten Lichtes verfahrbar gelagert ist, dass die Probenfläche (4) mehrere das Licht der Lichtquelle (8) reflektierende Reflexionsbereiche (2) und zwischen den Reflexionsbereichen (2) angeordnete Zwischenflächen (13) aufweist, dass die Reflexionsbereiche (2) in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Reflexionsbereiche (2) zur Reflexion des von der Lichtquelle (8) ausgesendeten Lichtes auf das optische Sensorelement ausgerichtet sind und dass die Probenfläche (4) quer zur Bewegungsrichtung (9) des Probenkörpers (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Lichtquelle (8) und dem Auftreffpunkt (12) des Lichtes auf die Probenfläche (4) von der Position des Probenkörpers (1) entlang seiner Bewegungsrichtung (9) abhängt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (9) des Probenkörpers (1) gradlinig in einem Winkel von in etwa 90° zur Ausbreitungsrichtung des von der Lichtquelle (8) ausgesendeten Lichtes angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenfläche (4) in einem Winkel von 10° bis 40°, insbesondere von 15°, zur Bewegungsrichtung (9) des Probenkörpers (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (8) und das optische Sensorelement in einem Winkel zwischen 70° und 110° zueinander angeordnet sind und dass der flächige Bereich zur Reflexion des von der Lichtquelle (8) ausgesendeten Lichtes auf das optische Sensorelement angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Probenkörper (1) um einen Quader handelt und dass die Reflexionsbereiche (2) aufweisende Probenfläche (4) durch eine Seitenfläche (3) des Quaders ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkörper (1) aus Glas besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsbereiche (2) streifenförmig ausgebildet sind, dass die Reflexionsbereiche (2) parallel zueinander angeordnet sind und jeweils den gleichen definierten Abstand zueinander aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Neutraldichtefilter (5) aufweist und dass der Neutraldichtefilter (5) im Strahlengang (10) des Lichtes vor mindestens einem optischen Sensorelement angeordnet ist.