DE1772064B1 - Optisches Messgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Meßgerät, bei welchem ein Meßstrahlenbündel über einen Reflektor, dessen Abmessungen geringer als die des Bündelquerschnitts sind, auf einen photoelektrischen Empfänger geleitet wird.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 227 688) erfolgt in der Ebene des Reflektors, praktisch im Unendlichen, eine Abbildung der Lampenwendel mit deren gesamter Struktur. Das schadet nicht, wenn der Bündelquerschnitt geringer ist als die Abmessungen des Reflektors, weil dann von dem Umkehrreflektor einfach das gesamte vorlaufende Bündel in sich zurückgeworfen wird und eine geringfügige relative Verlagerung von Bündel und Reflektor daran nichts ändert. Wenn dagegen der Reflektor kleiner als der Bündelquerschnitt oder gar klein gegen diesen ist, dann kann durch eine relative Verlagerung von Bündel und Reflektor eine erhebliche Änderung der Intensität des zurückgeworfenen Bündels eintreten. Es kommt dann nämlich darauf an, welcher Teil des von dem Lichtbündel erzeugten Lampenwendelbildes von dem Reflektor erfaßt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Meßgerät der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine geringfügige relative Verlagerung von Bündel und Reflektor keine Änderung des auf den photoelektrischen Empfänger fallenden Lichtstromes mit sich bringt.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine die Apertur des auf den Reflektor geleiteten Bündels bestimmende Aperturblende in der Ebene des Reflektors abgebildet wird.

Dann erhält man in der Ebene des Reflektors eine gleichmäßige Ausleuchtung, wie die Aperturblende gleichmäßig ausgeleuchtet ist. Die Intensität des von dem Reflektor erfaßten und zurückgeworfenen Teiibündels ändert sich dann nicht, v/enn sich der Reflektor relativ zu dem vorlaufenden Bündel bewegt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in schematischer Seitenansicht,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in schematischer Draufsicht,

F i g. 3 die Erläuterung der Erfindung und einen Strahlengang nach dem Stand der Technik,

F i g. 4 zum Vergleich einen Strahlengang nach der Erfindung.

Der Unterschied der beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen gegenüber dem Stand der Technik wird am besten aus einer Gegenüberstellung von F i g. 3 und 4 erkennbar, wobei F i g. 3 eine Anordnung nach dem Stand der Technik, z. B. deutsche Auslegeschrift 1 227 688, und F i g. 4 eine Anordnung nach der Erfindung zeigt.

Bei der Anordnung nach dem Stand der Technik gemäß F i g. 3 wird die Lampenwendel y von einer Linse bei y' in der Ebene einer Lochscheibe abgebildet. Das Bild Y' liegt in der Brennebene der Frontlinie und die letztere erzeugt ein Wendelbild Y" im Unendlichen, wo praktisch der Reflektor angeordnet ist. Die Aperturblende A wird durch die Löcher der Scheibe nach Art einer Lochkamera als ^i' auf die Frontlinse abgebildet. Nachteilig ist dabei, daß das Bündel im Unendlichen, d. h. in der Ebene des Reflektor die Wendelstruktur zeigt. Der Reflektor muß daher zur Erzielung einer gewissen Lageunabhängigkeit größer als der Bündelquerschnitt sein.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 4 wird die Wendel Y durch die Linsen 14, 24 als Y' kurz vor der Lochscheibe abgebildet, die im Brennpunkt des Mikroobjektivs sitzt. Das Mikroobjektiv 28 bildet Y' als Y" auf die Frontlinse ab, während eine Aperturblende A von Linse 24 und Mikroobjektiv 28 bei A' und A' von der Frontlinse 32 bei

ίο A" im Unendlichen in der Ebene des Reflektors 34 abgebildet wird.

Mit 10 ist eine als Lichtquelle dienende Lampe bezeichnet, die mit einer Wendel 12 versehen ist. Von dem von der Wendel 12 ausgesandten Licht wird mittels einer ersten Kondensorlinse 14 ein paralleles Lichtbündel 16 erzeugt. Das Lichtbündel 16 wird durch eine Aperturblende A begrenzt. Hinter der Aperturblende A ist im Strahlengang ein unter 45° zur Bündelachse geneigter teildurchlässiger Spiegel 18 angeordnet. Der teildurchlässige Spiegel 18 teilt das Lichtbündel 16 in ein durchgehendes Meßstrahlenbündel 20 und ein reflektiertes Vergleichsstrahlenbündel 22. Im Strahlengang des Meßstrahlenbündels 20 sitzt eine zweite Kondensorlinse

24. Durch die von den Linsen 14 und 24 gebildete Kondensoroptik wird die Wendel 12 (y) als y' abgebildet. In der Ebene des Wendelbildes y' sitzt eine Feldblende 26. Die Feldblende 26 erfaßt nur den Kern der Wendel, so daß deren kältere Stellen nicht mitverwendet werden. Es ergibt sich somit eine gleichmäßige Ausleuchtung der Feldblende 26.

Das Wendelbild y' wird durch ein Mikroobjekt 28, bestehend aus den Linsen 29 und 30, auf einer Frontlinse 32 als y" abgebildet.

Die Aperturblende A wird durch die Kondensorlinse 24 und das Mikroobjekt 28 in der Ebene A' abgebildet. Die Ebene A' wird durch die Frontlinse 32 als A" in der Ebene eines Umkehrreflektors 34 abgebildet, und zwar so, daß die Abmessungen des Aperturblendenbildes A" wesentlich größer sind als die des Umkehrreflektors 34.

Die Rückabbildung des Umkehrreflektors 34 erfolgt über die Linse 32, sowie eine Optik, bestehend aus den Linsen 36 und 38 als A'" auf einem Photoelement 40. Der rücklaufende Strahlengang geht dabei über einen unter 45° zur Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegel 42 sowie einen Umkehrspiegel 44.
Das Vergleichsstrahlenbündel 22 wird durch einen Umlenkspiegel 46 nochmals um 90° umgelenkt, so daß es parallel zu dem Meßstrahlenbündel 20 läuft. Eine dritte Kondensorlinse 48 im Strahlengang des Vergleichsstrahlenbündels erzeugt ein Bild der Wendel in der gleichen Ebene, in welcher im Strahlengang des Meßstrahlenbündels das Wendelbild y' erzeugt wird.

Unmittelbar hinter der Ebene der Wendelbilder liegt eine Lochscheibe 50, die von einem Motor 52 angetrieben wird und zwei konzentrische Lochreihen 54 und 56 aufweist. Im Bereich der einen Lochreihe verläuft der Strahlengang des Meßstrahlenbündels. Im Bereich der anderen der Strahlengang des Vergleichsstrahlenbündels. Durch die Lochreihen werden die beiden Strahlenbündel im wesentlichen sinusförmig moduliert, wobei die Modulation für die beiden Bündel unterschiedlich ist, so daß die entsprechenden Empfängersignale hinter dem Detektor 40 elektrisch wieder getrennt werden können.

Der Strahlengang des Vergleichsstrahlenbündels ist ähnlich wie der des Meßstrahlenbündels. Er enthält ebenfalls ein Mikroobjektiv 58 sowie an Stelle der Frontlinse 32 einen Hohlspiegel 60. Es ergibt sich ein Autokollimationsstrahlengang mit dem Hohlspiegel 60. Das rücklaufende Strahlenbündel wird über einen unter 45° zur Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegel 62 umgelenkt und mittels eines weiteren in der Winkelhalbierenden der Bündelachsen liegenden teildurchlässigen Spiegels 64 zwischen der Linse 36 und dem Umkehrspiegel 44 gleichachsig in den Strahlengang des Meßstrahlenbündels eingespiegelt. Auf diese V/eise wird erreicht, daß Meß- und Vergleichsstrahlenbündel geometrisch in absolut gleicher Weise auf den Strahlungsempfänger 40 fallen. Eine Richtungsabhängigkeit der Empfängerempfindlichkeit spielt also bei dieser Anordnung keine Rolle. Ebenso wird bei der beschriebenen Anordnung der Einfluß einer Änderung der räumlichen Lichtverteilung der Lichtquelle 10 ausgeschal- ao tet, da Meß- und Vergleichsstrahlenbündel von der Lichtquelle in genau der gleichen Richtung abgestrahlt werden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist eine Lichtquelle 66 mit einer Wendel 68 vorgesehen. Von dem von der Wendel 68 ausgesandten Licht wird mittels einer Kondensoriinse 70 ein Lichtbündel ausgeblendet und parallelgerichtet. Dieses Lichtbündel fällt auf einem unter 45° zur Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegel 72. Es entstehen dann zwei Teillichtbündel, nämlich das durchgelassene Lichtbündel 74 und das reflektierte Lichtbündel 76. Das reflektierte Lichtbündel 76 wird mittels eines Umlenkspiegels 78 um 90° umgelenkt. Das durchgelas-Eene Lichtbündel 74 wird mittels zweier Umlenkspiegel 80 und 82 zweimal um 90° umgelenkt, so daß schließlich beide Lichtbündel parallel zueinander verlaufen.

In den Strahlengängen der beiden Lichtbündel sind Kondensorlinsen 84 und 86 angeordnet, welche ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 1 Bilder der Wendel 68 dicht vor einer mit zwei Lochreihen versehenen Lochscheibe 88 erzeugen, die von einem Motor 90 angetrieben wird. Die eine Lochreihe 92 geht durch den Strahlengang des Lichtbündels 76, während die andere Lcchreihe 94 durch den Strahlengang des Lichtbündels 74 geht. Auf diese Weise werden die beiden Lichtbündel auf unterschiedliche Weise moduliert. Durch zwei Mikroobjektive 96 und 98 ähnlich den Objektiven 28 und 58 in F i g. 1 wird das Lichtquellenbild auf je eine Frontlinse 100 und 102 abgebildet. Ähnlich wie in Fig. 1 kann eine Aperturblende in den Ebenen je eines Umkehrreflektors 104 bzw. 106 im Strahlengang der beiden Strahlenbündel abgebildet werden, wobei das Aperturbiendenbild wesentlich größer als die Abmessungen des Umkehrreflektors 104 bzw. 106 sind. Das rücklaufende Strahlenbündel wird jeweils über einen unter 45° zur Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegel 108 bzw. 110 nach innen umgelenkt und fällt auf je eine Seite 112 bzw. 114 eines Dachkantenspiegels, der beispielsweise von den verspiegelten äußeren Seiten eines Dachkantenprismas gebildet werden kann. Von diesen Spiegelseiten 112 bzw. 114 werden die beiden rücklaufenden Bündel ungefähr unter dem gleichen Winkel fast senkrecht auf einen Strahlungsempfänger 116 geworfen.

Die beschriebenen Anordnungen können in verschiedenen Geräten verwendet werden. Beispielsweise sind sie vorteilhaft anwendbar bei Rauchdichte-Meßgerätsn, Sichtweite-Meßgeräten und optischen Kranüberwachungsgeräten.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Optisches Meßgerät, bei welchem ein Meßstrahlenbündel über einen Reflektor, dessen Abmessungen geringer als die des Bündelquerschnitts sind, auf einen photoelektrischen Empfänger geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Apertur des auf den Reflektor (34, 104) geleiteten Bündels bestimmende Aperturblende (A) in der Ebene des Reflektors (34,104) abgebildet wird.

2. Optisches Meßgerät nach Anspruch 1, bei welchem ein Meß- und ein Vergleichsstrahlenbündel von einer gemeinsamen Lichtquelle ausgehen, durch eine Lochscheibe unterschiedlich zerhackt und in Autokollimationsstrahlengängen über teildurchlässige Spiegel auf einem gemeinsamen Strahlungsempfänger gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges von der Lichtquelle (y bzw. 12) ausgehendes Lichtbündel mittels eines zur Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegels (18,72) in Meß- und Vergleichsstrahlenbündel aufgespalten wird und daß die rücklaufenden Bündel wenigstens näherungsweise aus der gleichen Richtung auf den gemeinsamen Strahlungsempfänger (40,116) fallen.

3. Optisches Zweistrahl-Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rücklaufenden Meß- und Vergleichsstrahlenbündel mittels eines teildurchlässigen Spiegels (64) gleichachsig überlagert auf den Strahlungsempfänger (40) fallen.

4. Optisches Zweistrahl-Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle durch eine Kondensoroptik (14,24) im Strahlengang des Meßstrahlenbündels auf eine Feldblende (26) abgebildet wird, welche nur die Strahlung von den gleichmäßig leuchtenden zentralen Teilen der Lichtquelle durchläßt und daß die Lochscheibe (50) dicht hinter dieser Feldblende (26) angeordnet ist.

5. Optisches Zweistrahl-Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Meßstrahlenbündels die Feldblende (26) durch ein Mikroobjektiv (28) auf eine Frontlinse (32) abgebildet wird, daß die Kondensoroptik eine erste und eine zweite Linse (14 bzw. 24) enthält, zwischen denen ein paralleler Strahlengang besteht, in welchem eine Aperturblende (A) und dahinter ein zur Bündelachse geneigter teildurchlässiger Spiegel (16) zur Aufspaltung des von der ersten Linse der Kollimatoroptik erfaßten Lichtbündels in durchgehendes Meß- und reflektiertes Vergleichsstrahlenbündel angeordnet ist, und daß die Aperturblende (A) über eineZwischenabbildung (A') durch die zweite Linse (24) der Kondensoroptik und das Mikroobjektiv (28) mittels der Frontlinse (32) auf einen Umkehrreflektor (34) im Strahlengang des Meßstrahlenbündels abgebildet wird.

6. Optisches Zweistrahl-Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des von dem teildurchlässigen Spie-

gel (16) reflektierten Vergleichsstrahlenbündels ein Umlenkspiegel (46) sowie eine dritte Kondensorlinse (48) angeordnet ist, durch welche ein Bild der Lichtquelle (12) in der gleichen Ebene wie im Strahlengang des Meßstrahlenbündels und im Bereich einer zweiten Lochreihe (56) der Lochscheibe (50) erzeugt wird, daß der Strahlengang des Vergleichsstrahlenbündels ferner ein Mikroobjektiv (58), einen Hohlspiegel (60) und einen zur Bündelachse geneigten teildurchlässigen Spiegel (62) enthält, die einen Autokollimationsstrahlengang bilden und daß durch einen weiteren in der Winkelhalbierenden der Bündelachsen sitzenden teildurchlässigen Spiegel (64) die von den teildurchlässigen Spiegeln (42,62) in den Autokollimaticnsstrahlengängen von Meß- und Vergleichsstrahlenbündel reflektierten und gegebenenfalls nochmals umgelenkten Bündel gleichachsig überlagert werden.

7. Optisches Zweistrahl-Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bündelaufspaltende teildurchlässige Spiegel (72) unter 45° zur Bündelachse geneigt ist, daß das davon reflektierte Bündel einmal und das davon durchgelassene Bündel zweimal durch Umlenkspiegel (78 bzw. 80,82) um jeweils 90° umgelenkt werden, so daß die Bündel zueinander parallel verlaufen, und daß die Bündel nach Reflexion an je einem Umkehrreflektor (104,106) über zur Bündelachse geneigte teildurchlässige Spiegel (108,110) nach innen auf die äußeren Seitenflächen (112,114) eines Dachkantspiegels und von diesen auf den gemeinsamen Empfänger (116) reflektiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen