WO2001002801A1 - Opto-analytical detection system for determining the direction and position of a light beam - Google Patents

Opto-analytical detection system for determining the direction and position of a light beam Download PDF

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WO2001002801A1
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    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction

Definitions

  • Optical-analytical detection system for determining the direction and position of a light beam
  • the invention relates to an optical-analytical detection system that can directly measure the absolute angle component and the parallel offset of a change in direction or position of a primary beam.
  • Such a device can be used in fields of application in which a control of the direction and beam position of laser light beams is necessary or Measured values can be achieved by deflecting light beams
  • the direction and position of the directional beam must be measured as precisely as possible, even over distances of several meters, since standard lasers inherently have low directional instability and the projection device is subject to a thermal or mechanical influence. the direction and beam position of the light source must be monitored in precision applications
  • Such a system can be used particularly in areas in which changes in the direction of a light beam allow conclusions to be drawn about material properties, such as in differential refractometers.
  • These devices are used wherever liquids (individual samples or continuous process control) are characterized on the basis of their refractive power There is a component-dependent relationship (refractive index increment dn / dc) between this and the ratio of a liquid composition, which can be determined by measuring a defined concentration series.When this dependency is known, the concentration of a solute can be measured quantitatively.
  • This device type is also called Flow detector used in chromatography, where due to the high dilution of the samples, a corresponding sensitivity and signal stability of the detector is required
  • Coherent light is split into two light beams with the same geometric paths, with the sample in one beam path and a comparison medium in the other.
  • the different optical densities result in a phase shift that produces an interference effect when the beams are reunited.
  • the measurement effect is not proportional a change in refractive index but shows a periodic function that also has areas of different sensitivity.A sample change is therefore usually only carried out by a continuous change in concentration (in the flow).
  • the sensitivity can be improved by lengthening the sample cell, although this is due to the discontinuous resolution effect , the areas cheaper Reduce concentrations and, due to the enlargement of the chamber geometry, the resolution of the elution volumes in chromatographic flow detection is reduced.
  • the theoretically achievable, high resolution of this measurement method is rarely achieved in practice, since the highest demands are placed on the stability of the analog signal processing, on the compensation mechanisms to compensate for any Intensticiansschwankunge ⁇ the light source and be placed on the optical arrangement So, for example, a temperature stabilization of the detector to about +/- 0.01 ° K is proposed, because even a small mechanical delay can be in the order of magnitude of the measurement effect
  • a light beam is directed through a two-chamber cuvette with a partition at an angle to the direction of incidence.At the medium 1 / partition / medium 2 interfaces, the light beam experiences a directional deflection due to the different breaking properties of the liquids, which is usually measured as a change in distance and offset against a calibration constant is an increase in the measuring effect is achieved by extending the beam path after the cuvette, which often requires a massive and bulky structure.
  • the generation of a directional deflection by a two-chamber cuvette has several advantages compared to the interferometer.
  • the measuring arrangement is significantly more robust against thermal influences, and intensity fluctuations of the light source play practically no role.
  • the measuring effect is a clear function of the refractive index, a direct sample change is possible.
  • the required measuring range can easily be set by a suitable choice of the partition wall angle in the cuvette.
  • the sample volume has no direct influence on the measuring accuracy and only depends on the cuvette design
  • the main disadvantage of the usual measurement method is the complex calibration of the detector, which, due to the additional refraction when the beam emerges from the cuvette, is only valid for a similar refractive index range.
  • Parallel displacements of the light beam e.g. through glass walls, can directly affect the measurement result distort.
  • the basis of the constructions common today is essentially the mathematical principle of the beam sets, whereby further beam beams are generated by beam splitters at different locations of the primary beam (or a decoupled partial beam) and are imaged on spatially resolving sensors.
  • the measuring effect is based on a shift of the imaging locations, whereby in the Comparison of the deflection ratios between a synchronous (parallel shift of the primary beam) and an asynchronous signal component (change of direction of the primary beam) can be distinguished.
  • a quantitative data acquisition i.e.
  • the path difference of the partial beams arises here due to the different beam guidance within the mirror system.Disadvantage is the number of components and their complex structure, as well as a, in relation to the size, low resolution of the directional component.
  • a reflector and the Beam splitter to be replaced by a plane parallel plate, each having a reflecting, a beam splitting and translucent areas This plate is arranged obliquely to the P ⁇ marstrahl, so that the reflected in the T ⁇ pelprisma beam of light exits the stra must pass through the dividing area and thereby generate a partial beam that passes through the T ⁇ pelp ⁇ sma again at an oblique angle.
  • a device For measuring the directional deflection of a light beam, a device is known from WO / 03698 in which a beam splitter is arranged in the beam path of the laser beam, which splits it into the actual useful beam and a reference beam. Another beam splitter with a spatially resolving sensor is directly in the useful or Reference beam provided In the beam path of the reference beam there is a mirror system that folds it several times to save space and maps it to other spatially resolving sensors.
  • a disadvantage of this device is the large number of components required and the manufacturing and adjustment work required as a result
  • Patent specification DE 4341227 is concerned with a detection principle for measuring a light beam deflection.
  • the primary beam is reflected several times between two separate mirrors, the respective reflection locations being determined directly behind a partially transparent mirror with a spatially resolving line sensor.
  • the resolution of the measurement effect is proportional in this arrangement the light path between the mirrors Since the sensor has to record the intensity profile of the light beam several times throughout the entire path, very high demands are placed on the beam profile being uniform over the entire light path.
  • a further disadvantage is the high requirement for the horizontal path of the light beam, because even with a small vertical deflection component there is a risk of a signal offset from the sensor level
  • a construction is alternatively possible which is based on the non-linear refraction in relation to the angle of incidence when changing the phase between two optically differently dense media.
  • This principle is already part of many optical constructions and is usually implemented through the use of a wedge-shaped prism.
  • the measurement effect amplification occurs when the beam emerges, whereby a change in the angle of incidence, here preferably close to the critical angle of total reflection, is disproportionately included in the directional properties of the beam emitted in accordance with the law of refraction To keep the prism low, this takes place at a small angle of incidence.
  • the non-parallel arrangement between the entrance and exit surface has the disadvantage that the beam verse between the respective impact points depends both on the entry angle and on the arrival point along the prism, and as a result (in addition to the direction and position of the primary beam) an additional variable influences the imaging behavior of an emerging beam on a spatially resolving sensor
  • the strong refraction when the beam emerges from the prism leads to a significant one-dimensional focusing of the beam profile perpendicular to the exit surface, so that, for example, a narrow light band arises from a round light beam.
  • the light path of the broken beam should be kept short.
  • the primary beam is therefore usually broken down into defined partial beams and imaged on separate light paths on spatially resolving sensors.
  • the patent US 5 646 778 A describes a beam-splitting or beam-guiding optical system, which is preferably used in devices for optical storage media, for example CD-ROM. It consists of a right-angled prism with a polarization-reflecting coating on the hypotenuse, on which is furthermore optical element, among other exemplary embodiments, a plane-parallel glass body is attached, the final surface of which can be designed to be reflective or also partially translucent reflective. This plane-parallel arrangement of optically selective coatings acts like a beam splitter in the case of an obliquely incident, appropriately polarized and aligned primary beam.
  • the polarization-dependent reflective property of the first Coating separates the primary beam according to the ratio of the horizontal to vertical polarization component into a reflected and a penetrating partial beam that is polarized perpendicular to the first.
  • the second we d then also reflected on the reflecting back of the plate and passes through the first coating again (in the case of partially transparent mirroring, a prism may be used to correct the direction, if necessary additional partial beam can be coupled out)
  • the two differently polarized partial beams have a parallel orientation and a defined distance from one another depending on the angle of incidence and the thickness of the plane-parallel plate.
  • the rectangular and preferably isosceles Pnsmen body leads to a right-angled reflection of the partial beams - thereby adjusting the beam plate is simplified - and must be redesigned for use in a detector for determining the direction and position of a light beam so that the partial beams strike the exit surface at suitable angles are disadvantages of this beam splitter system
  • the polarization properties of the primary beam determine the intensity ratio of the partial beams, their different polarization behavior possibly having to be taken into account in the following optics
  • the second sub-beam has to pass through the boundary layers prism / coating / air or optical putty / pian parallel plate two times at an oblique angle.
  • These layers usually have different optical densities and, in real versions, also local homogeneous fluctuations and slight parallel errors with each other, even if neglecting possible deflection errors and interference effects this leads to a variable disturbance of the wavefront, so that a corresponding fluctuation in the imaging quality of the beam profile arises on the sensor and the data security is thereby reduced
  • this beam plate limits the number of parallel partial beams to two. In particular with high-resolution measurement requirements, the resolution limit can be significantly reduced by averaging over several partial beam images
  • the object of this invention is the construction principle of an optical element which, as a component in a detector construction, enables a high-resolution determination of the directional and positional properties of a light beam on the basis of the amplification of measurement effects by light refraction.
  • the detector has a high signal stability takes up little space, requires a minimum of optical components and can be used in a modular design since the primary beam passing through is only slightly changed
  • This optical element which is preferably in the form of a prism with mirrored or partially mirrored surfaces, acts as a precise beam splitter, and the choice of the prism geometry allows both the number of practically equally intense partial beams and their spacing and directional behavior to be specified. Particularly high requirements can be placed on the parallel position of the Partial beams are met With a suitable choice of beam guidance within the prism, the partial beam reflections at an angle close to the total reflection, so that the desired measurement effect amplification, a directional deflection by strong refraction of the partial beams, results automatically
  • Figure 1 shows the basic construction principle of the detector. After the primary beam has entered the prism with a small angle of incidence through the entrance surface, it is then reflected several times at an angle close to the total reflection. The parallel partial beams that are created on the partially transparent mirror surface are refracted at the beam exit and on a z B line sensor arranged perpendicular to the exit surface. After the respective imaging locations have been determined, a reconstruction of the properties of the primary beam is possible.
  • the angle of incidence on the prism corrected for the refraction when the beam enters the beam can be calculated from the spatial distance between the two beam images because it within the known prism geometry, there is only a physically sensible mathematical solution that describes both the distance of the partial beam-generating reflection locations, which depends on the reflection angle, and that, depending on the Refractive effect, significantly shortened projection of this distance onto the line sensor
  • For a determination of the angle of incidence of the primary beam only knowledge of the prism geometry, its refractive index and the arrangement angle of the line sensor to the exit surface is necessary.When the exact sensor arrangement is known, the calculation of the particle beams generating is then, according to the radiation sets Reflection locations and thus a complete reconstruction of the beam paths within the prism are possible. This enables the exact angle of incidence and the impact point of the prism beam on the prism to be determined, and a deviation in the values can be converted directly into a change in the directional or positional property of the beam within the plane of a measuring arrangement
  • the quality of the image can be improved if necessary by suitable focusing of the primary beam.
  • the mirror coating its reflectivity must be taken into account.
  • Metallized surfaces have relatively high light losses, so that the beam intensity decreases significantly after only a few reflections.
  • the use of dielectric mirrors with reflection values> 99% is advantageous. This means that the primary beam is only slightly attenuated overall and the partial beams generated have a very similar intensity, which is a measurement technique Simultaneous signal acquisition simplified After the beam emerges from the prism, the primary beam can continue to be used as a useful beam or directly in downstream measuring devices
  • CCD line sensors with 5000 pixels ⁇ 7 x 7 ⁇ m (light-sensitive distance approx. 3.5 cm) can be used as the spatially resolving sensor.
  • the information of the directly digitizable CCD sensor signals is only required qualitatively so that no special requirements are placed on the quality of the
  • the usual problems with quantitative, analog signal acquisition, such as signal noise drift and linearity deviations, are irrelevant.
  • the evaluation of the CCD sensor information and the calculation of the measurement results are carried out with a digital computer All data points below a predefined threshold value are transmitted so that only the narrow data areas exposed by the partial beams are present Sufficiently sharp partial beams are described using suitable fit functions and their respective positions are determined by calculating the peak values
  • the central design feature of the invention described here is the reflection of a light beam within a prism, with the coupling and analysis of the resulting partial beams making it possible to determine the directional and positional properties of the original beam.
  • the geometric and optical properties of the prisms can be freely selected, So that a wide range of constructions is possible, which achieve optimal results depending on the general conditions and desired effects. If necessary, these can be additionally improved by further optical components within the beam paths.
  • a combination of prisms is also possible, each for specific sub-tasks or specific measuring ranges have optimized properties
  • Fig. 1 shows a simple detector design that can be used in this embodiment, e.g. to control a directional beam.
  • a change in the direction or position of the primary beam can be quantified by forming the difference with the original setpoints and used directly as a calculation variable in the following control process if the measured values only qualitatively required, e.g. as a controlled variable for readjusting the beam projection, the use of other location-sensitive photosensors, e.g. corresponding photodiodes, can be advantageous whose output signals can be used directly for control in analog electronic control circuits without digital processing.
  • the prism geometry selected in Fig. 1 causes one parallel displacement of the passing primary beam, which depends on the dimensions of the prism and the angle of incidence.
  • Fig. 2 shows a prism shape, or a combination of two prisms, which enables a simple way of extending the measuring range with a directional deflection.
  • a compact construction according to Fig. 4 is advantageous.
  • the primary beam is reflected so that it passes through the prism again and generates further partial beams, which are imaged directly on a CCD sensor
  • the partial beams created first are also reflected with a mirror onto the CCD sensor.
  • a possible parallel primary beam displacement here only leads to a synchronous shift of all partial beams and thus does not influence the determination of the angle of incidence.
  • two sets of three partial beams are generated.This has the possibilities in addition to the possibilities to control and improve the determination of the measured value, the advantage that different detector parameters, such as the position of the counter mirror, can be directly specified by their behavior and taken into account in the evaluation
  • a reference value is first defined, normally the angle of incidence when both cuvette chambers are filled identically with the pure solvent.
  • the cuvette chamber facing the primary beam is then filled with the solution to be examined and the change in the angle of incidence of the measuring beam onto the detector is determined.
  • the cuvette geometry and the additional beam refraction that depends on the known refractive index of the reference substance when the measuring beam emerges from the cuvette, it can be directly converted into the refractive index difference of the two chamber fillings. Since this procedure directly determines the absolute value, the calibration relationship between the measuring effect is determined and measured value not necessary

Abstract

The invention relates to a detection system that allows in simple and compact form, with high dissolution and signal stability, to detect the absolute angle and the parallel offset or change of position of a primary beam. Said primary beam is multiply reflected within one prism that is provided with a suitable arrangement of reflecting and partially translucent surfaces, thereby producing partial rays at the sites of reflection. There is a uniquely defined correlation between the directional and positional properties of these partial beams and those of the primary beam. The measured effect can be considerably amplified by additional constructive properties such as for example a specific optical refraction or beam bending. The positions of the partial beams and their distances to one another are determined along a defined geometry with spatially resolved photosensors within the detector and the corresponding beam orientation is reconstructed and thus the angle of incidence and the location of the primary beam are also reconstructed. If the primary beam changes direction or position, the absolute angle and the parallel offset can be determined with respect to an initial state.

Description

Optisch-analytisches Detektionssystem zur Richtungs- und Lagebestimmung eines LichtstrahlesOptical-analytical detection system for determining the direction and position of a light beam
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein optisch-analytisches Detektionssystem, das direkt den absoluten Winkelanteil sowie den parallelen Versatz einer Richtungs- bzw Lageanderung eines Primärstrahles messen kann Ein solches Gerät kann in Anwendungsgebieten eingesetzt werden, in denen eine Kontrolle der Richtungs- und Strahllage von Lasernchtstrahien notwendig ist oder Meßwerte durch die Ablenkung von Lichtstrahlen erzielt werdenThe invention relates to an optical-analytical detection system that can directly measure the absolute angle component and the parallel offset of a change in direction or position of a primary beam. Such a device can be used in fields of application in which a control of the direction and beam position of laser light beams is necessary or Measured values can be achieved by deflecting light beams
So muß z B in der Fertigungs- und Vermessungstechnik die Richtung und Lage des Richtstrahls, auch über Entfernungen von mehreren Metern, möglichst exakt gemessen werden Da Standardlaser durch ihren Aufbau von sich aus eine geringe Richtungsinstabilität besitzen und die Projektionsvorrichtung einem thermischen bzw mechanischen Einfluß unterliegt, muß bei Präzisionsanwendungen bereits die Richtungs- und Strahllage der Lichtquelle überwacht werdenFor example, in production and measurement technology, the direction and position of the directional beam must be measured as precisely as possible, even over distances of several meters, since standard lasers inherently have low directional instability and the projection device is subject to a thermal or mechanical influence. the direction and beam position of the light source must be monitored in precision applications
Ein derartiges System kann besonders in Bereichen eingesetzt werden, in denen Richtungsänderungen eines Lichtstrahles Rückschlüsse auf Matenaleigenschaften erlauben, wie z B bei Differential- Refraktometern Diese Geräte finden überall dort eine Anwendung, wo z B Flüssigkeiten (Einzelproben oder kontinuierliche Prozeßkontrolle) anhand ihrer Brechkraft charakterisiert werden können Zwischen dieser und dem Verhältnis einer Flussigkeitszusammensetzung besteht eine von den Komponenten abhängige Beziehung (Brechungsindexinkrement dn/dc), die durch die Vermessung einer definierten Konzentrationsreihe bestimmt werden kann Bei Kenntnis dieser Abhängigkeit kann die Konzentration eines gelösten Stoffes quantitativ gemessen werden Dieser Gerätetyp wird auch als Durchflußdetektor bei der Chromatografie eingesetzt, wobei wegen der hohen Verdünnung der Proben eine entsprechende Empfindlichkeit und Signalstabilität des Detektors erforderlich istSuch a system can be used particularly in areas in which changes in the direction of a light beam allow conclusions to be drawn about material properties, such as in differential refractometers. These devices are used wherever liquids (individual samples or continuous process control) are characterized on the basis of their refractive power There is a component-dependent relationship (refractive index increment dn / dc) between this and the ratio of a liquid composition, which can be determined by measuring a defined concentration series.When this dependency is known, the concentration of a solute can be measured quantitatively.This device type is also called Flow detector used in chromatography, where due to the high dilution of the samples, a corresponding sensitivity and signal stability of the detector is required
Die exakte Kenntnis des Brechverhaltens eines Mischungssystems wird außerdem für die Auswertung bei anderen Meßmethoden wie z B der Lichtstreuung an Polymerlosungen, benötigtThe exact knowledge of the breaking behavior of a mixing system is also required for the evaluation with other measuring methods such as light scattering on polymer solutions
Stand der Technik im Anwendungsfall BrechzahlbestimmungState of the art in refractive index determination
Es sind inzwischen viele Geräte zur Bestimmung einer Brechzahldifferenz für Messungen an lichtdurchlässigen Proben im Handel, wobei im wesentlichen zwei Prinzipien allgemein verwendet werdenMany devices for determining a refractive index difference for measurements on translucent samples are now commercially available, essentially using two principles in general
a) Interferometera) Interferometer
Kohärentes Licht wird in zwei Lichtstrahlen mit gleichen geometrischen Wegen aufgetrennt, wobei sich in dem einen Strahlengang die Probe und in dem anderen ein Vergleichsmedium befindet Durch die unterschiedlichen optischen Dichten entsteht eine Phasenverschiebung, die bei der Wiedervereinigung der Strahlen einen Interferenzeffekt erzeugt Der Meßeffekt ist nicht proportional einer Brechzahlanderung sondern zeigt eine periodische Funktion, die zusätzlich Bereiche unterschiedlicher Empfindlichkeit aufweist Ein Probenwechsel erfolgt daher üblicherweise nur durch eine kontinuierliche Konzentrationsanderung (im Durchfluß) Bei dieser Methode kann mit einer Verlängerung der Probenzelle die Empfindlichkeit verbessert werden, wobei sich allerdings, durch den unstetigen Auflosungseffekt, die Bereiche gunstiger Konzentrationen verkleinern und, durch die Vergrößerung der Kammergeometrie, die Auflösung der Elutionsvolumina bei der chromatografischen Durchflußdetektion reduziert Die theoretisch erzielbare, hohe Auflosung dieser Meßmethode wird in der Praxis selten erreicht, da höchste Ansprüche an die Stabilität der analogen Signalverarbeitung, an die Kompensationsmechanismen zum Ausgleich eventueller Intensitätsschwankungeπ der Lichtquelle und an die optische Anordnung gestellt werden So wird z B eine Temperaturstabilisierung des Detektors auf ca. +/- 0,01 °K vorgeschlagen, weil bereits ein geringer mechanischer Verzug in der Größenordnung des Meßeffekts liegen kannCoherent light is split into two light beams with the same geometric paths, with the sample in one beam path and a comparison medium in the other.The different optical densities result in a phase shift that produces an interference effect when the beams are reunited.The measurement effect is not proportional a change in refractive index but shows a periodic function that also has areas of different sensitivity.A sample change is therefore usually only carried out by a continuous change in concentration (in the flow). With this method, the sensitivity can be improved by lengthening the sample cell, although this is due to the discontinuous resolution effect , the areas cheaper Reduce concentrations and, due to the enlargement of the chamber geometry, the resolution of the elution volumes in chromatographic flow detection is reduced.The theoretically achievable, high resolution of this measurement method is rarely achieved in practice, since the highest demands are placed on the stability of the analog signal processing, on the compensation mechanisms to compensate for any Intensitätsschwankungeπ the light source and be placed on the optical arrangement So, for example, a temperature stabilization of the detector to about +/- 0.01 ° K is proposed, because even a small mechanical delay can be in the order of magnitude of the measurement effect
b) Differential-Refraktometerb) differential refractometer
Bei diesem Gerätetyp wird ein Lichtstrahl durch eine Zweikammer-Kuvette mit schräg zur Einfallsrichtung angeordneter Trennwand geleitet An den Grenzflächen Medium 1 / Trennwand / Medium 2 erfährt der Lichtstrahl wegen der unterschiedlichen Brecheigenschaften der Flüssigkeiten eine Richtungsablenkung, die üblicherweise als Streckenänderung gemessen und mit einer Kalibrierungskonstanten verrechnet wird Eine Steigerung des Meßeffekts wird durch eine Verlängerung des Strahlweges nach der Kuvette erzielt, was oft einen massiven und sperrigen Aufbau bedingt.With this type of device, a light beam is directed through a two-chamber cuvette with a partition at an angle to the direction of incidence.At the medium 1 / partition / medium 2 interfaces, the light beam experiences a directional deflection due to the different breaking properties of the liquids, which is usually measured as a change in distance and offset against a calibration constant is an increase in the measuring effect is achieved by extending the beam path after the cuvette, which often requires a massive and bulky structure.
Die Erzeugung einer Richtungsablenkung durch eine Zweikammer-Küvette hat, im Vergleich zur Interferometπe, mehrere Vorteile So ist z B die Meßanordnung deutlich robuster gegen thermische Einflüsse, und Intensitätsschwankungen der Lichtquelle spielen praktisch keine Rolle. Der Meßeffekt ist eine eindeutige Funktion der Brechzahl, ein direkter Probenwechsel ist möglich. Der benötigte Meßbereich kann einfach durch eine geeignete Wahl des Trennwandwinkels in der Küvette eingestellt werden Das Probenvolumen hat keinen direkten Einfluß auf die Meßgenauigkeit und hängt nur von der Kuvettenkonstruktion abThe generation of a directional deflection by a two-chamber cuvette has several advantages compared to the interferometer. For example, the measuring arrangement is significantly more robust against thermal influences, and intensity fluctuations of the light source play practically no role. The measuring effect is a clear function of the refractive index, a direct sample change is possible. The required measuring range can easily be set by a suitable choice of the partition wall angle in the cuvette. The sample volume has no direct influence on the measuring accuracy and only depends on the cuvette design
Der Hauptnachteil der üblichen Meßmethode (Bestimmung einer Streckenänderung) ist die aufwendige Kalibrierung des Detektors, die, wegen der zusätzlichen Brechung beim Strahlaustritt aus der Kuvette, nur für einen ähnlichen Brechzahlbereich gültig ist Ebenso können Parallelversetzungen des Lichtstrahles, z B durch Glaswände, direkt das Meßergebnis verfälschen.The main disadvantage of the usual measurement method (determination of a change in distance) is the complex calibration of the detector, which, due to the additional refraction when the beam emerges from the cuvette, is only valid for a similar refractive index range. Parallel displacements of the light beam, e.g. through glass walls, can directly affect the measurement result distort.
Stand der Technik im Anwendungsfall Richtungs- und Lagebestimmung eines LichtstrahlsState of the art in the application of direction and position determination of a light beam
Die Grundlage der heutzutage üblichen Konstruktionen ist im wesentlichen das mathematischen Prinzip der Strahlensätze, wobei durch Strahlteiler an unterschiedlichen Stellen des Primärstrahles (bzw eines ausgekoppelten Teilstrahles) weitere Teilstrahlen erzeugt und auf ortsauflosenden Sensoren abgebildet werden Der Meßeffekt beruht dabei auf einer Verschiebung der Abbildungsorte, wobei im Vergleich der Ablenkungsverhältnisse ein synchroner (Parallelverschiebung des Primärstrahles) und einen asynchroner Signalanteil (Richtungsänderung des Pπmarstrahles) unterschieden werden kann Für eine quantitative Datenerfassung (d h eindeutiger Trennung zwischen Parallel- und Winkelanteil einer Signalverschiebung) ist entweder die Kenntnis der exakten Detektorgeometrie oder eine Eichung der Anlage erforderlich Da diese Vorarbeiten relativ aufwendig sind und für den langfristigen Betrieb eine konstante Fixierung aller Systemkomponenten zueinander gewahrleistet sein muß, erfolgt der Einsatz vieler dieser Konstruktionen vorzugsweise in Anwendungen, bei denen lediglich qualitative Abweichungen von einem jeweils vorgebenden Sollwert erfaßt werden mußThe basis of the constructions common today is essentially the mathematical principle of the beam sets, whereby further beam beams are generated by beam splitters at different locations of the primary beam (or a decoupled partial beam) and are imaged on spatially resolving sensors.The measuring effect is based on a shift of the imaging locations, whereby in the Comparison of the deflection ratios between a synchronous (parallel shift of the primary beam) and an asynchronous signal component (change of direction of the primary beam) can be distinguished.A quantitative data acquisition (i.e. clear separation between parallel and angular components of a signal shift) either requires knowledge of the exact detector geometry or a calibration of the system required Since this preparatory work is relatively complex and a constant fixation of all for long-term operation System components must be guaranteed to each other, many of these constructions are preferably used in applications in which only qualitative deviations from a respectively specified target value have to be detected
Da der Meßeffekt des Richtungsanteils proportional zur Weglange und Wegdifferenz der Teilstrahlen wächst, sind entsprechend große und unterschiedlich lange Lichtwege innerhalb der Meßanordnung notwendig Bei der zur Kompensation der Strahldivergenz erforderlichen Strahlaufweitung und anschließender Fokussierung muß daher ein Kompromiß in der Abbildungsschärfe auf den unterschiedlich weit entfernten Sensoren eingegangen werden Eine direkte Strahlfokussierung durch zusätzliche optische Elemente in den jeweiligen Strahlengangen hat unterschiedliche Auswirkungen auf deren Strahlverhalten, so daß dann keine exakte Interpretation der Meßeffekte möglich ist Da ein realer Lichtstrahl, insbesondere nach dem Durchtritt mehrerer optischer Körper und einer Wegstrecke durch gegebenenfalls partikelhaltiger Luft, üblicherweise zeitlich schwankende Inhomogenitäten des Strahiprofils aufweist, ist die Auflösungsgrenze, bzw die Datensicherheit bei der Bestimmung der absoluten Auftreff position, umgekehrt proportional zu dem hier relativ großen Strahldurchmesser Bei einer Strahlfokussierung (Punktspiegelung des Strahiprofils) auf eine mittlere Entfernung zwischen den Sensoren verdoppeln sich Homogenitatsfehler des Pπmarstrahles durch das gegenläufige Verhalten bei den SignalabbildungenSince the measuring effect of the directional component increases proportionally to the path length and path difference of the partial beams, correspondingly large and differently long light paths within the measuring arrangement are necessary.With the beam expansion required to compensate for the beam divergence and subsequent focusing, a compromise in the image sharpness on the sensors at different distances must therefore be made Direct beam focusing by means of additional optical elements in the respective beam paths has different effects on their beam behavior, so that an exact interpretation of the measurement effects is not possible since a real light beam, especially after passing through several optical bodies and a path through air containing particles, usually shows temporally fluctuating inhomogeneities of the beam profile, the resolution limit or the data security when determining the absolute impact posi tion, inversely proportional to the beam diameter, which is relatively large here. When focusing the beam (mirroring the beam profile) to a medium distance between the sensors, homogeneity errors of the primary beam are doubled due to the opposite behavior in the signal images
Um bei hochauflösenden Anforderungen eine proportional zum Strahldurchmesser signifikante Abbildungsverschiebung zu erzielen, muß der Meßeffekt durch besonders große Wegdifferenzen der Teilstrahlen verstärkt werden, wobei allerdings die Probleme der Strahlfuhrung und Strahlabbildung entsprechend wieder anwachsen Gleichzeitig fuhrt dies durch die vorgegebenen Abmessungen der Sensoren zu Einschränkungen des MeßbereichsIn order to achieve a significant image shift proportional to the beam diameter in the case of high-resolution requirements, the measurement effect must be amplified by particularly large path differences of the partial beams, although the problems of beam guidance and beam imaging increase again at the same time.This leads to restrictions in the measuring range due to the specified dimensions of the sensors
Die Unterscheidungsmerkmale bei den heutigen Konstruktionen sind im wesentlichen die Anordnung der Strahlteiler und die Wahl der Strahlfuhrung wobei z T durch Strahlfaltungen innerhalb eines Spiegel- systems ein kompakterer Aufbau erzielt werden kannThe distinguishing features of today's constructions are essentially the arrangement of the beam splitters and the choice of beam guidance, whereby a more compact design can be achieved by beam folding within a mirror system
In der Patentschrift DD 220 393 A1 werden Vorrichtungen beschrieben, bei denen ein Primärstrahl direkt auf einem zu vermessenden, beweglichen Objekt anhand von Strahlteilern in zwei Teilstrahlen zerlegt wird, die durch Reflektoren (Tnpelpnsmen) parallel auf zwei ortsauflösende Sensoren zurück gespiegelt werden Die Wegedifferenz der Teilstrahlen entsteht hier durch die unterschiedliche Strahlfuhrung innerhalb des Spiegelsystems Nachteilig ist die Anzahl der Komponenten und deren komplexer Aufbau sowie eine, im Verhältnis zur Baugroße, geringe Auflösung des Richtungsanteiles Bei einer der dort aufgeführten Konstruktionen wird eine Vereinfachung des Aufbaus dadurch erreicht, daß ein Reflektor und der Strahlteiler durch eine Planparallelplatte ersetzt werden, die jeweils einen spiegelnden, einen strahlteilenden sowie lichtdurchlässige Bereiche aufweist Diese Platte wird schräg zum Pπmarstrahl angeordnet, so daß der im Tπpelprisma reflektierte Lichtstrahl beim Austritt den strahlteilenden Bereich passieren muß und dabei einen Teilstrahl erzeugt, der das Tπpelpπsma unter einem schrägen Winkel nochmals durchläuft Dieser wird dann von der Spiegelflache der Platte, unter Korrektur der Winkelverhältnisse, erneut in das Tπpelpπsma reflektiert und auf einem zweiten Sensor abgebildet Die zur Bildung des zweiten Teilstrahles notwendige, asymmetrische Strahlfuhrung hat allerdings den Nachteil, daß sich das Streckenverhältnis der Teilstrahlen sowohl bei Richtungs- als auch Lageänderungen des Pπmarstrahles verändert und dadurch eine Interpretation der Meßeffekte erschwert wird bzw nicht eindeutig istIn the patent specification DD 220 393 A1, devices are described in which a primary beam is broken down directly onto a movable object to be measured using beam splitters into two partial beams, which are reflected back by reflectors (tnpelpnsmen) in parallel on two spatially resolving sensors. The path difference of the partial beams arises here due to the different beam guidance within the mirror system.Disadvantage is the number of components and their complex structure, as well as a, in relation to the size, low resolution of the directional component.One of the designs listed there simplifies the structure in that a reflector and the Beam splitter to be replaced by a plane parallel plate, each having a reflecting, a beam splitting and translucent areas This plate is arranged obliquely to the Pπmarstrahl, so that the reflected in the Tπpelprisma beam of light exits the stra must pass through the dividing area and thereby generate a partial beam that passes through the Tπpelpπsma again at an oblique angle. This is then reflected from the mirror surface of the plate, with correction of the angular relationships, into the Tπpelpπsma and imaged on a second sensor However, asymmetrical beam guidance necessary to form the second partial beam has the disadvantage that the distance ratio of the partial beams changes both when the direction and position of the primary beam change, and this makes interpretation of the measuring effects more difficult or unclear
Zur Messung der Richtungsablenkung eines Lichtstrahls ist aus der WO/03698 eine Vorrichtung bekannt, bei der im Strahlengang des Laserstrahls ein Strahlteiler angeordnet ist, der diesen in den eigentlichen Nutzstrahl und einen Referenzstrahl aufspaltet Ein weiterer Strahlteiler mit einem ortsaufiösenden Sensor ist direkt im Nutz- oder Referenzstrahl vorgesehen Im Strahlengang des Referenzstrahles befindet sich ein Spiegelsystem, das diesen zur Platzersparnis mehrfach faltet und auf weitere ortsauflösende Sensoren abbildet Nachteilig an dieser Vorπchtung ist die große Zahl der erforderlichen Komponenten und der dadurch notwendige Fertigungs- und JustieraufwandFor measuring the directional deflection of a light beam, a device is known from WO / 03698 in which a beam splitter is arranged in the beam path of the laser beam, which splits it into the actual useful beam and a reference beam. Another beam splitter with a spatially resolving sensor is directly in the useful or Reference beam provided In the beam path of the reference beam there is a mirror system that folds it several times to save space and maps it to other spatially resolving sensors. A disadvantage of this device is the large number of components required and the manufacturing and adjustment work required as a result
Die Patentschrift DE 4341227 befaßt sich mit einem Detektionspπnzip zur Absoiutmessung einer Lichtstrahlablenkung Bei dieser Konstruktion wird der Primärstrahl zwischen zwei separaten Spiegeln mehrfach reflektiert, wobei die jeweiligen Reflexionsorte direkt hinter einem teildurchlässigen Spiegel mit einem ortsaufiösenden Zeilensensor bestimmt werden Die Auflösung des Meßeffekts ist bei dieser Anordnung proportional dem Lichtweg zwischen den Spiegein Da der Sensor das Intensitätsprofil des Lichtstrahls mehrmals während des gesamten Wegs erfassen muß, werden sehr hohe Anforderungen an eine über den gesamten Lichtweg gleichbleibende Gute des Strahlprofils gestellt Ein weiterer Nachteil ist die hohe Anforderung an den horizontalen Verlauf des Lichtstrahls, da bereits bei einem kleinen vertikalen Ablenkungsanteil die Gefahr eines Signalversatzes aus der Sensorebene bestehtPatent specification DE 4341227 is concerned with a detection principle for measuring a light beam deflection. In this construction, the primary beam is reflected several times between two separate mirrors, the respective reflection locations being determined directly behind a partially transparent mirror with a spatially resolving line sensor. The resolution of the measurement effect is proportional in this arrangement the light path between the mirrors Since the sensor has to record the intensity profile of the light beam several times throughout the entire path, very high demands are placed on the beam profile being uniform over the entire light path.A further disadvantage is the high requirement for the horizontal path of the light beam, because even with a small vertical deflection component there is a risk of a signal offset from the sensor level
Alternatives MeßprinzipAlternative measuring principle
An Stelle der heute üblichen Anwendung der Strahlensätze zur Meßeffektsverstärkung der Strahl- πchtungsinformation (bzw deren Änderung) ist alternativ eine Konstruktion möglich, die auf der im Verhältnis zum Einfallswinkel nicht linearen Brechung beim Phasenwechsel zwischen zwei optisch unterschiedlich dichten Medien basiert Dieses Prinzip ist bereits Bestandteil vieler optischer Konstruktionen und wird üblicherweise durch die Verwendung eines keilförmigen Prismas umgesetzt Die Meßeffektsverstärkung entsteht beim Strahlaustritt, wobei eine Änderung des Auftreffwinkels, hier vorzugsweise nahe zum Grenzwinkel der Totalreflexion, entsprechend der Brechungsgesetze uberproportional in den Richtungseigenschaften des ausgetretenen Strahls enthalten ist Um den Kompensationseffekt beim Strahleintritt in das Prisma gering zu halten, erfolgt dieser unter kleinem Einfallswinkel Die nicht parallele Anordnung zwischen Eintritts- und Austrittsflache hat den Nachteil, daß die Strahlversetzung zwischen den jeweiligen Auftrefforten sowohl vom Eintrittswinkel als auch vom Eintreffort entlang des Prismas abhängt und dadurch (neben der Richtungs- und Lageeigenschaft des Primärstrahles) eine zusätzliche Variable das Abbildungsverhalten eines austretenden Strahles auf einem ortsaufiösenden Sensor beeinflußt Die starke Brechung beim Strahlaustritt aus dem Prisma fuhrt zu einer signifikanten eindimensionalen Fokussierung des Strahiprofils senkrecht zur Austrittsflache, so daß z B aus einem runden Lichtstrahl ein schmales Lichtband entsteht Dadurch ist eine scharfe Strahlabbildung auf einem ortsaufiösenden Sensor möglich, wobei das Stnchprofil die Justage erleichtert und die Gefahr einer Strahlversetzung aus der Meßebene verringert Da die Strahldivergenz entlang der verkürzten Achse proportional zur Stauchung anwächst, sollte der Lichtweg des gebrochenen Strahles kurz gehalten werden Für eine Bewertung der Richtungs- und Lageeigenschaften eines Lichtstrahls ist eine einzige Orts- information anhand einer Stahlabbildung nicht ausreichend Der Primärstrahl wird daher üblicherweise in definierte Teilstrahlen zerlegt und auf getrennten Lichtwegen auf ortsaufiösenden Sensoren abgebildet Bei Kenntnis der geometrischen Abmessungen und den strahlfuhrenden Eigenschaften der Konstruktion ist nur dann eine Bewertung der Pπmarstrahleigenschaften anhand eines Vergleichs der Ortsinformationen möglich, wenn die Fuhrung der Teilstrahlen auf gleichen Gesetzmäßigkeiten beruht Daher ist bei einer, auf der Meßeffektsverstarkung durch Brechung beruhenden, Detektorkonstruktion ein zweiter, paralleler Teilstrahl erforderlich, der ebenfalls durch das Prisma gebrochen und auf einem ortsaufiösenden Sensor abgebildet wird Die maximal erzielbare Auflösung des Detektors wird hier bereits durch die Eigenschaften des zur Erzeugung des zweiten Teilstrahles erforderlichen Strahlteilers vorgegeben So darf, im Rahmen des Meßbereichs der Strahl richtung, keine Abweichung von der parallelen Ausrichtung erfolgen und das Abstandsverhalten der Teilstrahlen zueinander muß ausreichend genau, d h signifikant besser als die geforderte Meßgenauigkeit, als Funktion des Einfallswinkels auf den Strahlteiler definiert sein Um eine eindeutige Interpretation des Meßeffekts zu ermöglichen, muß es innerhalb des Meßbereichs der Strahllage gewährleistet sein, daß bei einer Lageänderung nur eine entsprechende synchrone Verschiebung der Teilstrahlen auf den Pπsmaflachen verursacht wird, d h unter Beibehaltung der Einfallswinkel sowie des Abstands der Strahlabbildungen Vorteilhaft ist hier eine Konstruktion, bei der sowohl die strahlteilende als auch die strahlbrechende Wirkung in einem Glaskörper integriert wird, da bei einer separaten Anordnung von Strahlteiler und keilförmigen Prisma neben der zusätzlichen Justage auch weitere Strahlbrechungen bzw Versetzungen in der Signalauswertung berücksichtigt werden müssenInstead of the usual application of the radiation sets for amplifying the measuring effects of the beam information (or changing it), a construction is alternatively possible which is based on the non-linear refraction in relation to the angle of incidence when changing the phase between two optically differently dense media.This principle is already part of many optical constructions and is usually implemented through the use of a wedge-shaped prism. The measurement effect amplification occurs when the beam emerges, whereby a change in the angle of incidence, here preferably close to the critical angle of total reflection, is disproportionately included in the directional properties of the beam emitted in accordance with the law of refraction To keep the prism low, this takes place at a small angle of incidence. The non-parallel arrangement between the entrance and exit surface has the disadvantage that the beam verse between the respective impact points depends both on the entry angle and on the arrival point along the prism, and as a result (in addition to the direction and position of the primary beam) an additional variable influences the imaging behavior of an emerging beam on a spatially resolving sensor The strong refraction when the beam emerges from the prism leads to a significant one-dimensional focusing of the beam profile perpendicular to the exit surface, so that, for example, a narrow light band arises from a round light beam.This enables sharp beam imaging on a spatially resolving sensor, the stannch profile facilitating the adjustment and reduces the risk of beam displacement from the measuring plane. Since the beam divergence along the shortened axis increases proportionally to the compression, the light path of the broken beam should be kept short. For an assessment of the directional and positional properties of a light beam, a single location information based on a steel image is not sufficient The primary beam is therefore usually broken down into defined partial beams and imaged on separate light paths on spatially resolving sensors. With knowledge of the geometric dimensions and the beam-guiding properties of the construction An assessment of the preamble properties is only possible on the basis of a comparison of the location information if the guidance of the partial beams is based on the same laws.Therefore, a detector construction based on the measurement effect amplification by refraction requires a second, parallel partial beam, which is also refracted and broken up by the prism The maximum achievable resolution of the detector is already predetermined by the properties of the beam splitter required to generate the second partial beam.Therefore, within the scope of the measuring range of the beam direction, there must be no deviation from the parallel alignment and the distance behavior of the partial beams to one another must be defined with sufficient accuracy, ie significantly better than the required measurement accuracy, as a function of the angle of incidence on the beam splitter. In order to enable a clear interpretation of the measurement effect, it must be defined internally half of the measuring range of the beam position, it should be ensured that when the position changes, only a corresponding synchronous shift of the partial beams on the Pπsma surfaces is caused, that is, while maintaining the angle of incidence and the spacing of the beam images. A construction is advantageous here in which both the beam splitting and the beam refracting Effect is integrated in a vitreous body, since with a separate arrangement of beam splitter and wedge-shaped prism, in addition to the additional adjustment, further beam refractions or dislocations must also be taken into account in the signal evaluation
Die Patentschrift US 5 646 778 A beschreibt ein strahlteilendes, bzw Strahlfuhrendes optisches System, das vorzugsweise in Geraten für optische Speichermedien, z B CD-ROM, eingesetzt wird Es besteht aus einem rechtwinkligen Prisma mit einer polansationsabhängig spiegelnden Beschichtung der Hypotenuse, auf der als weiteres optisches Element unter anderen Ausfuhrungs- beispieien ein planparalleler Glaskörper angebracht ist, dessen abschließende Oberfläche spiegelnd oder auch teildurchlassig spiegelnd ausgeführt sein kann Diese planparaliele Anordnung optisch selektiver Beschichtungen wirkt bei einem schräg einfallenden, geeignet polarisierten und ausgerichteten Primarstrahl wie ein Strahlteiler Die polansationsabhängig spiegelnde Eigenschaft der ersten Beschichtung trennt den Primarstrahl entsprechend dem Verhältnis von horizontalem zu vertikalem Polansationsanteil in einen reflektierten und einen durchtretenden Teilstrahl, der senkrecht zum ersten polarisiert ist Der zweite wird dann an der spiegelnden Ruckseite der Platte ebenfalls reflektiert und durchtritt nochmals die erste Beschichtung (Bei einer teildurchlassigen Verspiegelung kann, gegebenenfalls mit einem angesetzten Prisma zur Richtungskorrektur, ein zusätzlicher Teilstrahl ausgekoppelt werden ) Die beiden unterschiedlich polarisierten Teilstrahlen weisen eine parallele Ausrichtung und einen vom Einfallswinkel und der Dicke der planparallelen Platte abhängenden, definierten Abstand zueinander auf Der dort rechtwinklige und vorzugsweise gleichschenklige Pnsmenkorper fuhrt zu einer rechtwinkligen Spiegelung der Teilstrahlen - wodurch die Justage des Strahltellers vereinfacht wird - und muß für eine Einsatz in einem Detektor zur Richtungs- und Lagebestimmung eines Lichtstrahles so umkonstruiert werden, daß die Teilstrahlen unter geeigneten Winkeln auf der Austrittsfläche auftreffen Nachteile dieses Strahlteilersystems sindThe patent US 5 646 778 A describes a beam-splitting or beam-guiding optical system, which is preferably used in devices for optical storage media, for example CD-ROM. It consists of a right-angled prism with a polarization-reflecting coating on the hypotenuse, on which is furthermore optical element, among other exemplary embodiments, a plane-parallel glass body is attached, the final surface of which can be designed to be reflective or also partially translucent reflective.This plane-parallel arrangement of optically selective coatings acts like a beam splitter in the case of an obliquely incident, appropriately polarized and aligned primary beam. The polarization-dependent reflective property of the first Coating separates the primary beam according to the ratio of the horizontal to vertical polarization component into a reflected and a penetrating partial beam that is polarized perpendicular to the first. The second we d then also reflected on the reflecting back of the plate and passes through the first coating again (in the case of partially transparent mirroring, a prism may be used to correct the direction, if necessary additional partial beam can be coupled out) The two differently polarized partial beams have a parallel orientation and a defined distance from one another depending on the angle of incidence and the thickness of the plane-parallel plate.The rectangular and preferably isosceles Pnsmen body leads to a right-angled reflection of the partial beams - thereby adjusting the beam plate is simplified - and must be redesigned for use in a detector for determining the direction and position of a light beam so that the partial beams strike the exit surface at suitable angles are disadvantages of this beam splitter system
- die Polaπsationseigenschaften des Primarstrahles bestimmen das Intensitätsverhältnis der Teilstrahlen wobei deren unterschiedliches Polarisationsverhalten gegebenenfalls in der nachfolgenden Optik berücksichtigt werden muß- The polarization properties of the primary beam determine the intensity ratio of the partial beams, their different polarization behavior possibly having to be taken into account in the following optics
- Es werden zwei präzise anzufertigende Einzelteile benotigt, wobei insbesondere die Verbindungsflächen ideal eben ausgeführt sein müssen, um über die gesamte Fläche einen parallelen, homogenen und fugenfreien Zusammenschluß zu ermöglichen In der Praxis entsteht durch die aufgebrachten Beschichtungen eine Materialspannung, die normalerweise zu einer geringfügigen, hier aber nicht zu vernachlässigenden Deformationen der Glasflächen fuhrt Die Fixierung dieser Teile muß so erfolgen, daß auch bei thermischen Ausdehnungen keine lokalen Druckstellen entstehen, weil dies dort zu einer Änderung der optischen Eigenschaften führt- Two precisely manufactured individual parts are required, whereby in particular the connecting surfaces must be ideally flat to enable a parallel, homogeneous and joint-free connection over the entire surface. In practice, the applied coatings create a material tension that normally leads to a slight, here, however, does not lead to negligible deformations of the glass surfaces. The fixation of these parts must take place in such a way that no local pressure points occur even in the case of thermal expansion, because this leads to a change in the optical properties there
- Der zweite Teilstrahl muß die Grenzschichten Prisma / Beschichtung / Luft bzw optischer Kitt / pianparallele Platte insgesamt zweimal unter einem schrägen Winkel durchlaufen Diese Schichten besitzen üblicherweise unterschiedliche optische Dichten und bei realen Ausführungen auch lokale homogene Schwankungen und geringfügige Paralle tatsfehler zueinander Auch bei Vernachlässigung eventueller Ablenkungsfehler und Interferenzeffekte fuhrt dies zu einer variablen Störung der Wellenfront, so daß eine entsprechende Schwankung der Abbildungsqua tät des Strahlprofils auf dem Sensor entsteht und dadurch die Datensicherheit herabgesetzt wird- The second sub-beam has to pass through the boundary layers prism / coating / air or optical putty / pian parallel plate two times at an oblique angle.These layers usually have different optical densities and, in real versions, also local homogeneous fluctuations and slight parallel errors with each other, even if neglecting possible deflection errors and interference effects this leads to a variable disturbance of the wavefront, so that a corresponding fluctuation in the imaging quality of the beam profile arises on the sensor and the data security is thereby reduced
- Das Prinzip dieses Strahltellers beschrankt die Anzahl der parallelen Teilstrahlen auf zwei Insbesondere bei hochauflosenden Meßanforderungen kann die Auflösungsgrenze durch eine Mittelwertsbildung über mehrere Teilstrahlabbildungen deutlich gesenkt werden- The principle of this beam plate limits the number of parallel partial beams to two. In particular with high-resolution measurement requirements, the resolution limit can be significantly reduced by averaging over several partial beam images
Gegenstand dieser Erfindung ist das Konstruktionsprinzip eines optischen Elements, das als Bestandteil in einer Detektorkonstruktion eine hochauflosende Bestimmung der Richtungs- und Lageeigenschaften eines Lichtstrahles anhand der Meßeffektsverstarkung durch Lichtbrechung ermöglicht Der Detektor verfügt über eine hohe Signalstabilitat nimmt wenig Platz ein erfordert ein Minimum an optischen Bauteilen und kann, da der durchtretende Primarstrahl nur geringfügig verändert wird, in modularer Bauweise eingesetzt werdenThe object of this invention is the construction principle of an optical element which, as a component in a detector construction, enables a high-resolution determination of the directional and positional properties of a light beam on the basis of the amplification of measurement effects by light refraction. The detector has a high signal stability takes up little space, requires a minimum of optical components and can be used in a modular design since the primary beam passing through is only slightly changed
Dieses vorzugsweise als Prisma mit verspiegelten bzw teilverspiegelten Flächen ausgeführte optische Element wirkt als präziser Strahlteiler wobei durch die Wahl der Prismengeometrie sowohl die Anzahl der praktisch gleich intensiven Teilstrahlen als auch deren Abstands- und Richtungsverhalten vorgegeben werden kann Dabei können besonders hohe Anforderungen an die parallele Lage der Teilstrahlen erfüllt werden Bei einer geeigneten Wahl der Strahlfuhrung innerhalb des Prismas erfolgen die teilstrahlerzeu- genden Reflexionen unter einem Winkel nahe der Totalreflexion, so daß sich die gewünschte Meßeffektsverstarkung, eine Richtungsablenkung durch starke Brechung der Teilstrahlen, von selbst ergibtThis optical element, which is preferably in the form of a prism with mirrored or partially mirrored surfaces, acts as a precise beam splitter, and the choice of the prism geometry allows both the number of practically equally intense partial beams and their spacing and directional behavior to be specified. Particularly high requirements can be placed on the parallel position of the Partial beams are met With a suitable choice of beam guidance within the prism, the partial beam reflections at an angle close to the total reflection, so that the desired measurement effect amplification, a directional deflection by strong refraction of the partial beams, results automatically
Abbildung 1 zeigt das grundlegende Konstruktionsprinzip des Detektors Nachdem der Primärstrahl mit kleinem Einfallswinkel durch die Eintrittsflache in das Prisma gelangt ist, wird er dann mehrfach unter einem Winkel nahe der Totalreflexion gespiegelt Die an der teildurchlässigen Spiegelfläche entstehenden parallelen Teilstrahlen werden beim Strahlaustritt gebrochen und auf einem z B rechtwinklig zur Austπtts- flächie angeordneten Zeilensensor abgebildet Nachdem die jeweiligen Abbildungsorte bestimmt wurden, ist eine Rekonstruktion der Eigenschaften des Pπmarstrahls möglich Dessen, um die Brechung beim Strahleintritt korrigierter, Einfallswinkel auf das Prisma ist aus dem Ortsabstand der beiden Strahlab- bildungen berechenbar, weil es im Rahmen der bekannten Prismengeometrie physikalisch nur eine sinnvolle mathematische Lösung gibt, die sowohl den vom Reflexionswinkel abhängenden Abstand der teiistrahlerzeugenden Reflexionsorte beschreibt als auch die, in Abhängigkeit von der Brechwirkung, signifikant verkürzte Projektion dieses Abstands auf den Zeilensensor Für eine Bestimmung des Einfallswinkels des Primärstrahles ist nur die Kenntnis der Prismengeometrie, dessen Brechzahl und der Anordnungswinkel des Zeilensensors zur Austrittsfläche notwendig Bei Kenntnis der genauen Sensoranordnung ist dann, gemäß der Strahlensätze, die Berechnung der teiistrahlerzeugenden Reflexionsorte und so eine vollständige Rekonstruktion der Strahlenwege innerhalb des Prismas möglich Damit ist der exakte Einfallswinkel und Auftreffort des Pπmarstrahls auf das Prisma bestimmbar und eine Abweichung der Werte kann direkt in eine Änderung der Richtungs- bzw Lageeigenschaft des Strahls innerhalb der Ebene einer Meßanordnung umgerechnet werdenFigure 1 shows the basic construction principle of the detector. After the primary beam has entered the prism with a small angle of incidence through the entrance surface, it is then reflected several times at an angle close to the total reflection. The parallel partial beams that are created on the partially transparent mirror surface are refracted at the beam exit and on a z B line sensor arranged perpendicular to the exit surface. After the respective imaging locations have been determined, a reconstruction of the properties of the primary beam is possible. The angle of incidence on the prism corrected for the refraction when the beam enters the beam can be calculated from the spatial distance between the two beam images because it within the known prism geometry, there is only a physically sensible mathematical solution that describes both the distance of the partial beam-generating reflection locations, which depends on the reflection angle, and that, depending on the Refractive effect, significantly shortened projection of this distance onto the line sensor For a determination of the angle of incidence of the primary beam, only knowledge of the prism geometry, its refractive index and the arrangement angle of the line sensor to the exit surface is necessary.When the exact sensor arrangement is known, the calculation of the particle beams generating is then, according to the radiation sets Reflection locations and thus a complete reconstruction of the beam paths within the prism are possible. This enables the exact angle of incidence and the impact point of the prism beam on the prism to be determined, and a deviation in the values can be converted directly into a change in the directional or positional property of the beam within the plane of a measuring arrangement
Da sich die relativ kurzen Gesamtwege der einzelnen Teilstrahlen, vom Auftreffort des Primarstrahles bis zum Sensor, nur geringfügig unterscheiden kann die Qualität der Abbildung gegebenenfalls durch eine geeignete Fokussierung des Primarstrahles zusätzlich verbessert werden Bei der Auswahl der Spiegel- beschichtung ist deren Reflexionsstarke zu beachten Einfache, metallisierte Oberflächen besitzen relativ hohe Lichtverluste, so daß die Strahlintensitat bereits nach wenigen Reflexionen deutlich abnimmt Vorteilhaft ist die Verwendung von dielektrischen Spiegeln mit Reflexionswerten > 99 % Dadurch wird der Primarstrahl insgesamt nur geringfügig abgeschwächt und die erzeugten Teilstrahlen besitzen eine sehr ähnliche Intensität, was meßtechnisch eine gleichzeitige Signalerfassung vereinfacht Der Primärstrahl kann nach dem Strahlaustritt aus dem Prisma weiterhin als Nutzstrahl oder direkt in nachgeschalteten Meßvorrichtungen verwendet werdenSince the relatively short total paths of the individual partial beams, from the point of impact of the primary beam to the sensor, differ only slightly, the quality of the image can be improved if necessary by suitable focusing of the primary beam. When selecting the mirror coating, its reflectivity must be taken into account. Metallized surfaces have relatively high light losses, so that the beam intensity decreases significantly after only a few reflections. The use of dielectric mirrors with reflection values> 99% is advantageous.This means that the primary beam is only slightly attenuated overall and the partial beams generated have a very similar intensity, which is a measurement technique Simultaneous signal acquisition simplified After the beam emerges from the prism, the primary beam can continue to be used as a useful beam or directly in downstream measuring devices
Als ortsauflösender Sensor können z B handelsübliche CCD-Zeilensensoren mit 5000 Pixeln έ 7 x 7 μm (lichtempfindliche Strecke ca 3,5 cm) verwendet werden Die Informationen der direkt digitalisierbaren CCD-Sensorsignale werden lediglich qualitativ benotigt so daß keine besonderen Anforderungen an die Qualität der Elektronik gestellt werden Die bei einer quantitativen, analogen Signalerfassung üblichen Probleme, wie z B Signalrauschen Drift und Lineaπtatsabweichungen, spielen keine Rolle Die Auswertung der CCD-Sensonnformationen und die Berechnung der Meßergebnisse erfolgt mit einem digitalen Rechner Um die Datenmenge zu reduzieren können bereits bei der digitalen Übermittlung alle Datenpunkte unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes entfernt werden, so daß nur noch die von den Teilstrahlen belichteten, engen Datenbereiche vorliegen Die dann enthaltenen Intensitätsprofile der ausreichend scharf abgebildeten Teilstrahlen werden anhand geeigneter Fitfunktionen beschrieben und deren jeweilige Position durch Berechnung der Scheitelwerte bestimmtFor example, commercially available CCD line sensors with 5000 pixels έ 7 x 7 μm (light-sensitive distance approx. 3.5 cm) can be used as the spatially resolving sensor. The information of the directly digitizable CCD sensor signals is only required qualitatively so that no special requirements are placed on the quality of the The usual problems with quantitative, analog signal acquisition, such as signal noise drift and linearity deviations, are irrelevant. The evaluation of the CCD sensor information and the calculation of the measurement results are carried out with a digital computer All data points below a predefined threshold value are transmitted so that only the narrow data areas exposed by the partial beams are present Sufficiently sharp partial beams are described using suitable fit functions and their respective positions are determined by calculating the peak values
Das zentrale Konstruktionsmerkmal der hier beschriebenen Erfindung ist die Spiegelung eines Lichtstrahles innerhalb eines Prismas, wobei durch die Auskopplung und Analyse der dabei entstehenden Teilstrahlen eine Bestimmung von Richtungs- bzw Lageeigenschaften des ursprünglichen Strahles möglich ist Die geometrischen und optischen Eigenschaften der Prismen können frei gewählt werden, so daß ein weites Spektrum an Konstruktionen möglich ist, die je nach Rahmenbedingungen und gewünschten Effekten optimale Ergebnisse erzielen Gegebenenfalls können diese durch weitere optische Komponenten innerhalb der Strahlenwege zusatzlich verbessert werden Prinzipiell ist auch eine Kombination von Prismen möglich, die jeweils für bestimmte Teilaufgaben bzw bestimmte Meßbereiche optimierte Eigenschaften aufweisenThe central design feature of the invention described here is the reflection of a light beam within a prism, with the coupling and analysis of the resulting partial beams making it possible to determine the directional and positional properties of the original beam. The geometric and optical properties of the prisms can be freely selected, So that a wide range of constructions is possible, which achieve optimal results depending on the general conditions and desired effects. If necessary, these can be additionally improved by further optical components within the beam paths. In principle, a combination of prisms is also possible, each for specific sub-tasks or specific measuring ranges have optimized properties
Abb 1 zeigt eine einfache Detektorkonstruktion, die in dieser Ausfuhrung z B zur Kontrolle eines Richtstrahls verwendet werden kann Eine Änderung der Richtung bzw der Lage des Primärstrahles kann durch Differenzbildung mit den ursprünglichen Sollwerten quantitativ erfaßt und direkt als Rechengröße im folgenden Steuerungsprozeß verwendet werden Wenn die Meßwerte lediglich qualitativ benötigt werden, z.B als Regelgröße zum Nachjustieren der Strahlprojektion, kann der Einsatz anderer ortsempfindlicher Photosensoren, z B entsprechender Photodioden, vorteilhaft sein Deren Ausgangssignale können ohne digitale Aufarbeitung direkt zur Steuerung in analogen elektronischen Regelschaltungen verwendet werden Die in Abb 1 gewählte Prismengeometrie verursacht eine parallele Lageversetzung des durchtretenden Primarstrahles, die von den Abmessungen des Prismas und dem Einfallswinkel abhängt Seine Richtungseigenschaft - die wichtigste Kenngroße bei der Kontrolle eines Richtstrahles - bleibt dagegen erhalten Somit ist eine Detektorkonstruktion möglich, bei der auf die sonst notwendige Erzeugung eines Referenzstrahles verzichtet werden kann Die Regelmechanismen müssen dabei lediglich eine, normalerweise sehr geringe, winkelabhangige Parallel Versetzung berücksichtigen Bei dieser Konstruktion (rechtwinklige Anordnung der Seitenflächen zu den Deckflächen des Prismas, parallele Strahlfuhrung zu den Deckflachen, Zeilensensor) ist eine Strahlkontrolle nur in einer Meßebene möglich Für eine direkte räumliche Strahlkontrolle ist ein Flachensensor und eine Modifizierung des Prismas notwendig, die den Primarstrahl in Bezug zur Eintrittsflache sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung unter einem geeigneten Winkel zwischen den spiegelnden Flächen reflektiert Dies kann z B durch eine Änderung des rechten Winkels zwischen den jeweils parallelen Spiegel- und Deckflächen erreicht werden, wobei ein diagonaler Strahlverlauf im Prisma entsteht Die Nachteile solcher Konstruktionen (Justage, Datenmenge eines CCD-Flachendetektors, Ortsinterpretation der als Stπchprofile abgebildeten Teilstrahlen) können vermieden werden, indem zwei Detektoren der Abb 1 senkrecht zueinander angeordnet werden Durch den Vorteil, daß der Primarstrahl nach dem Austritt aus dem erste Prisma noch zur Verfugung steht können die entsprechenden Flachen der beiden Prismen direkt miteinander verbunden werden Bei der Signalauswertung ist dann eine separate Bestimmung der horizontalen und vertikalen Anteile einer Richtungs- und Lageanderung des Primärstrahles im Raum möglich Abb 2 zeigt eine Prismenform, bzw eine Kombination zweier Prismen, die eine einfache Art der Meßbereichserweiterung bei einer Richtungsablenkung ermöglicht Nachdem zwei Teilstrahlen erzeugt wurden, erfolgt die nächste Spiegelung an der Ruckseite unter einem vorgegebenen Winkel, so daß die darauf folgenden Reflexionen unter einem z B steileren Winkel erfolgen Dadurch ist gewährleistet, daß je nach Einfallswinkel des Primärstrahles zumindest immer zwei gleichwertige Teilstrahlen, im Rahmen der Strahlaufflösung des Sensors sowie dessen Lange, abgebildet werden Ahnliche Effekte können auch mit einer nicht parallelen Anordnung der Spiegelflächen erzielt werdenFig. 1 shows a simple detector design that can be used in this embodiment, e.g. to control a directional beam.A change in the direction or position of the primary beam can be quantified by forming the difference with the original setpoints and used directly as a calculation variable in the following control process if the measured values only qualitatively required, e.g. as a controlled variable for readjusting the beam projection, the use of other location-sensitive photosensors, e.g. corresponding photodiodes, can be advantageous whose output signals can be used directly for control in analog electronic control circuits without digital processing. The prism geometry selected in Fig. 1 causes one parallel displacement of the passing primary beam, which depends on the dimensions of the prism and the angle of incidence. Its directional property - the most important parameter when controlling a directional beam - is lead bt received, on the other hand, so a detector construction is possible in which the otherwise necessary generation of a reference beam can be dispensed with. The control mechanisms only have to take into account a, usually very small, angle-dependent parallel offset. With this construction (right-angled arrangement of the side surfaces to the top surfaces of the prism, parallel beam guidance to the top surfaces, line sensor), beam control is only possible in one measuring plane.For direct spatial beam control, a surface sensor and a modification of the prism are necessary which direct the primary beam in relation to the entrance surface in a horizontal and vertical direction at a suitable angle between reflecting the reflecting surfaces This can be achieved, for example, by changing the right angle between the parallel mirror and top surfaces, creating a diagonal beam path in the prism. The disadvantages of such Constructions (adjustment, amount of data from a CCD surface detector, location interpretation of the partial beams depicted as stinging profiles) can be avoided by arranging two detectors in Fig. 1 perpendicular to one another. The advantage that the primary beam can still be available after emerging from the first prism the corresponding surfaces of the two prisms are connected directly to one another. In the signal evaluation, a separate determination of the horizontal and vertical portions of a change in the direction and position of the primary beam in space is then possible Fig. 2 shows a prism shape, or a combination of two prisms, which enables a simple way of extending the measuring range with a directional deflection. After two partial beams have been generated, the next reflection takes place on the rear side at a predetermined angle, so that the subsequent reflections are at a z Steeper angles occur. This ensures that, depending on the angle of incidence of the primary beam, at least two equivalent partial beams are always imaged within the scope of the beam resolution of the sensor and its length. Similar effects can also be achieved with a non-parallel arrangement of the mirror surfaces
Eine Verbesserung der Lagebestimmung ist mit einer Konstruktion entsprechend der Abb 3 möglich Der Primärstrahl wird hier so gefuhrt, daß nach zwei Teistrahlabbildungen eine gegenläufige Parallel- verschiebung der folgenden Teilstrahlen in Abhängigkeit zur Strahllage entsteht Die Erzeugung von zwei abschließenden Teilstrahlen hat den Vorteil, daß auch geringfügige Winkelfehler bei dem hier angesetzten Prisma direkt gemessen und entsprechend in der Auswertung berücksichtigt werden können Mit Kenntnis dieses Aufbauprinzips, kann dieses Keilpπsma durch andere vorteilhaft geformte Glaskörper ersetzt werden, wobei auch an dessen Flachen Teilstrahlen erzeugt und auf entsprechenden Sensoren abgebildet werden können Dabei kann dann gegebenenfalls auf die beiden, in diesem Beispiel nachfolgenden, Teilstrahlen verzichtet werdenAn improvement of the position determination is possible with a construction according to Fig. 3. The primary beam is guided here in such a way that after two partial beam images there is an opposite parallel displacement of the following partial beams depending on the beam position. The generation of two final partial beams has the advantage that even minor ones Angle errors in the prism used here can be measured directly and taken into account accordingly in the evaluation. Knowing this design principle, this wedge prism can be replaced by other advantageously shaped glass bodies, partial beams also being generated on its surfaces and being able to be imaged on corresponding sensors the two partial beams that follow in this example are omitted
Für das Anwendungsbeispiel Differential-Refraktometer ist z B eine kompakte Konstruktion entsprechend der Abb 4 vorteilhaft In dem auf drei Seiten verspiegelten Prisma wird der Primarstrahl so zurückgespiegelt, daß dieser das Prisma nochmals durchläuft und dabei weitere Teilstrahlen erzeugt, die direkt auf einem CCD-Sensor abgebildet werden Die zuerst entstandenen Teilstrahlen werden mit einem Spiegel ebenfalls auf den CCD-Sensor reflektiert Eine eventuelle parallele Primärstrahlversetzung fuhrt hier lediglich zu einer synchronen Verschiebung aller Teilstrahlen und beeinflußt damit nicht die Einfallswinkelbestimmung Im Beispiel werden zwei Satze zu je drei Teilstrahlen erzeugt Dies hat neben den Möglichkeiten zur Kontrolle und Verbesserung der Meßwertbestimmung den Vorteil, daß durch deren Verhalten zueinander verschiedene Detektorparameter, wie z B die Lage des Gegenspiegels, direkt spezifiziert und in der Auswertung berücksichtigt werden könnenFor the application example of a differential refractometer, a compact construction according to Fig. 4 is advantageous. In the prism mirrored on three sides, the primary beam is reflected so that it passes through the prism again and generates further partial beams, which are imaged directly on a CCD sensor The partial beams created first are also reflected with a mirror onto the CCD sensor.A possible parallel primary beam displacement here only leads to a synchronous shift of all partial beams and thus does not influence the determination of the angle of incidence.In the example, two sets of three partial beams are generated.This has the possibilities in addition to the possibilities to control and improve the determination of the measured value, the advantage that different detector parameters, such as the position of the counter mirror, can be directly specified by their behavior and taken into account in the evaluation
Bei dieser Meßmethode wird zuerst ein Bezugswert festgelegt, normalerweise der Einfallswinkel bei identischer Füllung beider Kuvettenkammern mit dem reinen Losungsmittel Danach wird die dem Primärstrahl zugewandte Kuvettenkammer mit der zu untersuchenden Losung gefüllt und die Änderung des Einfallswinkels des Meßstrahles auf den Detektor bestimmt Dieser Wert kann dann, unter Berücksichtigung der Kuvettengeometπe sowie der, von der bekannten Brechzahl der Referenzsubstanz abhängenden, zusätzlichen Strahlbrechung beim Austritt des Meßstrahles aus der Kuvette, direkt in die gesuchte Brechzahldifferenz der beiden Kammerfullungen umgerechnet werden Da dieses Vorgehen direkt den Absolutwert ermittelt, ist eine Bestimmung der Eichbeziehung zwischen Meßeffekt und Meßwert nicht notwendig With this measuring method, a reference value is first defined, normally the angle of incidence when both cuvette chambers are filled identically with the pure solvent. The cuvette chamber facing the primary beam is then filled with the solution to be examined and the change in the angle of incidence of the measuring beam onto the detector is determined. taking into account the cuvette geometry and the additional beam refraction that depends on the known refractive index of the reference substance when the measuring beam emerges from the cuvette, it can be directly converted into the refractive index difference of the two chamber fillings. Since this procedure directly determines the absolute value, the calibration relationship between the measuring effect is determined and measured value not necessary

Claims

Patentansprüche :Claims:
1) Optisches Detektionssystem zur Bestimmung der Richtungs- und Lageänderung eines Lichtstrahles, bestehend aus a) einem Prisma, bei dem1) Optical detection system for determining the change in direction and position of a light beam, consisting of a) a prism in which
- Teile der Oberfläche als Spiegelflächen ausgelegt sind, wobei zumindest eine Spiegelfläche so beschaffen ist, daß bei der Reflexion eines Lichtstrahles ein Teilstrahl erzeugt wird- Parts of the surface are designed as mirror surfaces, with at least one mirror surface being such that a partial beam is generated when a light beam is reflected
- die Anordnung der Spiegelflächen so gewählt ist, daß ein eintretender und innerhalb des Prismas reflektierter Lichtstrahl zumindest zwei Teilstrahlen erzeugt- The arrangement of the mirror surfaces is selected so that an incoming light beam reflected within the prism generates at least two partial beams
- die geometrische Anordnung der transparenten und spiegelnden Flächen so gewählt ist, daß eine Verstärkung der gewünschten Meßeffekte bei einer Auswertung des Strahlverhaltens der Teilstrahlen in bezug auf die Richtungs- bzw Lageinformation des eintretenden Lichtstrahles entsteht b) zumindest einem ortsaufiösenden elektronischen Sensor, der in einer vorgegeben Anordnung zum Prisma die Positionen von zumindest zwei Teilstrahlen erfaßt c) einer elektronischen Signalauswerteschaltung, die anhand der vom Sensor gemessenen- The geometric arrangement of the transparent and reflecting surfaces is selected so that the desired measurement effects are amplified when evaluating the beam behavior of the partial beams in relation to the directional or positional information of the incoming light beam b) at least one spatially resolving electronic sensor, which is provided in a predetermined Arrangement to the prism detects the positions of at least two partial beams c) an electronic signal evaluation circuit, which is based on those measured by the sensor
Ortsinformationen eine Bewertung der Richtungs- bzw Lageeigenschaften des eintretenden Lichtstrahles ermöglichtLocation information enables an evaluation of the directional or positional properties of the incoming light beam
2) Optisches Detektionssystem gemäß Anspruch 1 , bei dem die Prismenflächen Planflächen sind, die parallel bzw winkelig zueinander angeordnet sind2) Optical detection system according to claim 1, wherein the prism surfaces are plane surfaces which are arranged parallel or at an angle to each other
3) Optisches Detektionssystem gemäß Anspruch 1 , bei dem zumindest eine Prismenfläche eine sphärische bzw radiale Grundform besitzt3) Optical detection system according to claim 1, wherein at least one prism surface has a spherical or radial basic shape
4) Optisches Detektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem durch die Geometrie des Prismas bzw durch eine Kombination von Prismen die Teilstrahlen so erzeugt werden, daß eine gezielte Verstärkung einzelner Meßbereiche bzw eine separate, optimierte Erfassung des Einfallswinkels und der Einfallsposition des eintretenden Lichtstrahles möglich ist4) Optical detection system according to one of claims 1 to 3, in which the partial beams are generated by the geometry of the prism or by a combination of prisms such that a targeted amplification of individual measuring ranges or a separate, optimized detection of the angle of incidence and the position of incidence of the entering Light beam is possible
5) Optisches Detektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zusätzliche optische Komponenten im Strahlengang der Teilstrahlen bzw des Primärstrahles eine Verbesserung des Meßeffekts bzw der Strahlabbildung auf dem Sensor bewirken5) Optical detection system according to one of claims 1 to 4, in which additional optical components in the beam path of the partial beams or the primary beam bring about an improvement in the measuring effect or the beam image on the sensor
6) Optisches Detektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der ortsauflösende elektronische Sensor ein zellenförmiger Sensor zur Messung einer Richtungs- bzw Lageänderung eines Lichtstrahles in einer Ebene ist6) Optical detection system according to one of claims 1 to 5, in which the spatially resolving electronic sensor is a cellular sensor for measuring a change in direction or position of a light beam in one plane
7) Optisches Detektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der ortsauflosende elektronische Sensor ein flachenhaft erfassender Sensor zur räumlichen Messung einer Richtungsbzw Lageanderung eines Lichtstrahles ist 8) Optisches Detektionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem zur Erfassung der Teilstrahlen mehr als ein optischer Sensor verwendet wird7) Optical detection system according to one of claims 1 to 5, in which the spatially resolving electronic sensor is a flat-shaped sensor for spatial measurement of a change in direction or position of a light beam 8) Optical detection system according to claims 1 to 7, in which more than one optical sensor is used to detect the partial beams
9) Verwendung eines optischen Detektionssystems gemäß der Ansprüche 1 bis 8 in einem Gerät, das durch Messung einer Richtungsablenkung bzw einer Lageanderung eines Meßlichtstrahls Rückschlüsse auf Matenaleigenschaften einer zu untersuchenden Substanz ermöglicht, wie z B ein Differential-Refraktometer9) Use of an optical detection system according to claims 1 to 8 in a device that allows conclusions on material properties of a substance to be examined, such as a differential refractometer, by measuring a directional deflection or a change in position of a measuring light beam
10) Verwendung eines optischen Detektionssystems gemäß der Ansprüche 1 bis 8 in einem Gerät, das durch Messung einer Richtungsablenkung bzw einer Lageanderung eines Meß chtstrahls die Kontrolle eines Richtstrahles bzw die Auswertung eines Meßstrahles in der Vermessungstechnik ermöglicht 10) Use of an optical detection system according to claims 1 to 8 in a device which enables the control of a directional beam or the evaluation of a measuring beam in measurement technology by measuring a directional deflection or a change in position of a measuring beam
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