DE2928887C2

DE2928887C2 - Optische Meßvorrichtung

Info

Publication number: DE2928887C2
Application number: DE19792928887
Authority: DE
Inventors: Erwin 8021 Icking Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1981-11-19
Also published as: DE2928887B1; EP0022506A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Meßvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Eine solche Meßvorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-PS 72 064 bekannt.

Derartige optische Meßvorrichtungen werden z. B. zur SO2-Messung oder auch zur Rauchdichtmessung verwendet. Es ist schon bekannt, den Retroreflektor durch eine sogenannte köhlersche Abbildung gleichmäßig auszuleuchten und allseitig zu überstrahlen, um bei durch Erschütterung vorkommenden Relativbewegungen zwischen Retroreflektor und Lichtbündel eine Änderung des Meßsignals der Vorrichtung zu vermeiden. Gleichwohl ist die bekannte optische Meßvorrichtung noch empfindlich gegen Justiertoleranzen der Leuchtwendel der verwendeten Lichtquelle senkrecht zur optischen Achse.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine optische Meßvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche äußerst unempfindlich gegen Justiertoleranzen der Leuchtwendel der verwendeten Lichtquelle senkrecht zur optischen Achse ist und eine besonders homogene Ausleuchtung des Retroreflektors gewährleistet

ίο Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2. Aufgrund dieser Ausbildung wird in der gleichmäßig auszuleuchtenden Apertur für die Meßvorrichtung eine außerordentlich große Homogenität des Lichtflecks erzielt Dies geschieht dadurch, daß die Abstrahlindikatrix der Leuchtwendel auf eine größere Anzahl von Wabenlinsen verteilt wird. Es ist zwar bereits ein Wabenkondensor bekannt, welcher zur Verbesserung der Ausleuchtung einer Blende dient (G. Schröder, Technische Optik, Vogel-Verlag, 2. Auflage, 1977, Seite 116), doch sind hierbei zwei verschieden große Wabenlinsen erforderlich, und die Ausleuchtung der Blende erfolgt durch die Einzellinsen der zweiten Wabenlinse. Im vorliegenden Fall werden demgegenüber zwei gleich große, vorzugsweise sogar aus einem Stück bestehende Wabenlinsen verwendet, und es wird nach der zweiten Wabenlinse noch eine Feldlinse eingeschaltet, um sämtliche Bilder der Aperturen der Einzellinsen der ersten Wabenlinse an dem gleichen Ort abzubilden. Erst hierdurch wird eine außerordentlich große Homogenität des Lichtfleckes erzielt, welcher quasi als Sekundärlichtquelle für den eigentlichen Meßstrahlgang wirksam ist.

Außerdem ist es schon bekannt (K. Mütze, »ABC der Optik«, Verlag Werner Dausien, Hanau, 1961, Seite 811, Stichwort: »Spaltbeleuchtung«), die Lichtquelle auf einen Wabenkondensor abzubilden, der seinerseits durch eine unmittelbar vor dem Spalt angeordnete Linse in das Kollimatorobjektiv abgebildet wird. Der Wabenkondensator ist bezüglich der Unempfindlichkeit gegen eine Auslenkung der Lichtquelle sehr günstig und ermöglicht eine weitgehend homogene Spaltbeleuchtung. Die bekannte Anordnung weist also nur einen Wabenkondensor auf, wodurch die durch die erfindungsgemäße optische Meßvorrichtung erzielte Unempfindlichkeit gegen Justiertoleranzen und homogene Ausleuchtung des Retroreflektors nicht gewährleistet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren Figur in schematischer Darstellung den Strahlengang einer optischen Meßvorrichtung wiedergibt. Nach der Zeichnung ist hinter der Wendel 14 einer Lampe ein Kondensor 18 angeordnet, welcher das von der Leuchtwendel 14 ausgehende Lichtbündel parallelisiert und einer ersten Wabenlinse 19a zuführt, die aus über eine Fläche verteilten vorzugsweise sechseckförmigen Einzellinsen 19' besteht. Die Wabenlinse 19a ist mit einer in einem Abstand A davon angeordneten zweiten Wabenlinse 19b zu einem einheitlichen Bauteil 19 vereinigt. Ihre optischen Daten sind so gewählt, daß die in die Einzellinsen 19' der Wabenlinse 19a eintretenden parallelen Lichtbündel am Ort der ^rinzellinsen 19' der zweiten Wabenlinse 196 fokussiert werden. Somit wird die Leuchtwendelebene Y in der Ebene Y' der Wabenlinse 196 abgebildet, und zwar

individuell in die einzelnen Linsen 19' der Wabenlinse

Hinter der zweiten Wabenlinse 196 ist eine Feldlinse 20 angeordnet, die zusammen mit den Einzellinse!! 19' der Wabeniinse 196 die Aperturen der Einzellinsen 19' der Wabenlinse 19a in eine Apertur 16 abbilden. Dieser Abbildungsstrahlengang ist in der Zeichnung gestrichelt angedeutet In ausgezogenen Linien ist die Abbildung der Leuchtwendel 14 in den verschiedenen Ebenen Y' bzw. Y"angedeutet

Aufgrund dieser Ausbildung werden in die Apertur 16 die einzelnen Bilder der Aperturen der Einzellinsen 19' der Wabenlinse 19a überlagert, so daß etwaige Ungleichmäßigkeiten in der Ausleuchtung der Eirizelaperturen weitgehend behoben werden. In der Apertur 16 liegt also ein völlig homogener Lichtfleck vor, dessen Gleichmäßigkeit und Lichtstärke auch unabhängig von geringfügigen Verschiebungen der Leuchtwendel 14 senkrecht zur optischen Achse 21 sind.

Die Elemente IS, 19 und 20 bilden zusammen das Wabenlinsen-Kondensorsystem 17.

An die Apertur 16 schließt sich der eigentliche Meßstrahlengang mit einem Mikroobjektiv 15, einer Frontlinse 13 und dem Retroreflektor 12 an. Zwischen der Frontlinse 13 und dem Retroreflektor 12 liegt die Meßstrecke 22. Das Lichtbündel ist schematisch bei 11 angedeutet und überstrahlt allseits den Retroreflektor 12.

Das Mikroobjektiv 15 bildet zusammen mit der Feldlinse 20 die Lichtquellenbilder bei Y' in die Frontlinse 13 ab, welche ihrerseits zusammen mit dem Mikroobjektiv 15 die Apertur 16 (p') ins Unendliche, d. h. im wesentlichen auf dem Retroreflektor 12 abbildet

(P")
Die Empfangsvorrichtung ist nur gestrichelt bei 23

angedeutet Sie enthält das Licht über einen ebenfalls nur gestrichelt gezeigten Strahlenteilerspiegel 24.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Meßvorrichtung mit

a) einer Lichtquelle,

b) einer von der Lichtquelle beleuchteten Kondensorlinse zur Erzeugung eines parallelen Meßlichtbündels,

c) einer von dem Meßlichtbündel durchsetzten Aperturblende,

d) einem an einem Ende einer Meßstrecke angeordneten Frontobjektiv,

e) einem Mikroobjektiv, welches zusammen mit der Kondensorlinse sowie einer weiteren Linse ein BUd der Lichtquelle im Frontobjektiv erzeugt,

f) einem am anderen Ende der Meßsirecke angeordneten Retroreflektor, auf dem ein vom Mikroobjektiv zusammen mit dem Frontobjektiv im Unendlichen erzeugtes Bild der Aperturblende entsteht, sowie

g) einem photoelektrischen Empfänger für das retroreflektierte Meßlichtbündel,

dadurch gekennzeichnet, daß

h) hinter der Kondensorlinse (18) ein erster Wabenkondensor (19a) angeordnet ist, dessen Einzellinsen (19') zusammen mit der Kondensorlinse (18) eine entsprechende Zahl von Lichtquellenbildern in seiner Zwischenbildebene (Y) erzeugen,

i) in der Zwischenbildebene (Y') ein gleich großer zweiter Wabenkondensor (194^ angeordnet ist, dessen Einzellinsen (19') sich jeweils am Ort eines der Lichtquellenbilder befinden und eine ihrem Abstand von dem ersten Wabenkondensor (19a^entsprechende Brennweite haben,

j) dem zweiten Wabenkondensor (\9b) die weitere Linse in Form einer Feldiinse (20) nachgeordnet ist, welche zusammen mit den Einzellinsen (19') des zweiten Wabenkondensors (196,1 die Aperturen der Einzellinsen (19') des ersten Wabenkondensors (\9b) übereinander in die Aperturblende (16) abbildet

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wabenkondensoren (19a, \9b) auf einander gegenüberliegenden Flächen eines Blocks (19) aus transparentem Material vorgesehen sind.