DE19827786C2 - Optical-analytical detection system for determining the direction and position of a light beam - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch-analytisches Detektionssystem, das direkt den absoluten Winkelanteil sowie den parallelen Versatz einer Richtungs- bzw. Lageänderung eines Primärstrahles messen kann. Ein solches Gerät kann in Anwendungsgebieten eingesetzt werden, in denen eine Kontrolle der Richtungs- und Strahllage von Laserrichtstrahlen notwendig ist oder Meßwerte durch die Ablenkung von Lichtstrahlen erzielt werden.The invention relates to an optical analytical detection system that directly the absolute angle portion and can measure the parallel offset of a change in direction or position of a primary beam. On such a device can be used in areas of application in which a control of the directional and beam position of laser beams is necessary or measured values by deflecting light beams be achieved.

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 werden.So z. B. in manufacturing and measurement technology, the direction and location of the directional beam, too be measured as precisely as possible over distances of several meters. Because standard laser through their structure inherently have low directional instability and the projection device is subject to a thermal or mechanical influence, the must already in precision applications Direction and beam position of the light source are monitored.

Ein derartiges System kann besonders in Bereichen eingesetzt werden, in denen Richtungsänderungen eines Lichtstrahles Rückschlüsse auf Materialeigenschaften 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 Flüssigkeitszusammensetzung 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 ist.Such a system can be used particularly in areas where there are changes in direction of a light beam allow conclusions on material properties, such as. B. in differential Refractometers. These devices are used wherever e.g. B. liquids (incremental samples or continuous process control) can be characterized on the basis of their refractive power. Between this and the ratio of a liquid composition is one of the components dependent relationship (refractive index increment dn / dc), which is determined by measuring a defined Concentration series can be determined. Knowing this dependency, the concentration of a solute can be measured quantitatively. This type of device is also called a flow detector used in chromatography, with a corresponding due to the high dilution of the samples 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 Polymerlösungen, benötigt.The exact knowledge of the breaking behavior of a mixing system is also used for the evaluation other measurement methods, such as. B. the light scattering on polymer solutions required.

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 licht­ durchlässigen Proben im Handel, wobei im wesentlichen zwei Prinzipien allgemein verwendet werden:There are now many devices for determining a refractive index difference for measurements on light permeable samples commercially, using essentially two principles:

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 Brechzahländerung, sondern zeigt eine periodische Funktion, die zusätzlich Bereiche unterschiedlicher Empfindlichkeit aufweist. Ein Probenwechsel erfolgt daher üblicher­ weise nur durch eine kontinuierliche Konzentrationsänderung (im Durchfluß).Coherent light is separated into two light beams with the same geometric paths, whereby there is the sample in one beam path and a comparison medium in the other. The different optical densities create a phase shift that Reunification of the rays creates an interference effect. The measuring effect is not proportional to a change in refractive index, but shows a periodic function that additionally Has areas of different sensitivity. A sample change is therefore more common only by a continuous change in concentration (in the flow).

Bei dieser Methode kann mit einer Verlängerung der Probenzelle die Empfindlichkeit verbessert werden, wobei sich allerdings, durch den unstetigen Auflösungseffekt, die Bereiche günstiger Konzentrationen verkleinern und, durch die Vergrößerung der Kammergeometrie, die Auflösung der Elutionsvolumina bei der chromatografischen Durchflußdetektion reduziert.With this method, the sensitivity can be improved by extending the sample cell become, although, due to the discontinuous dissolution effect, the areas become cheaper  Reduce concentrations and, by enlarging the chamber geometry, the resolution the elution volumes in the chromatographic flow detection is reduced.

Die theoretisch erzielbare, hohe Auflösung dieser Meßmethode wird in der Praxis selten erreicht, da höchste Ansprüche an die Stabilität der analogen Signalverarbeitung, an die Kompensations­ mechanismen zum Ausgleich eventueller Intensitätsschwankungen 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 kann.The theoretically achievable, high resolution of this measurement method is rarely achieved in practice. since the highest demands on the stability of the analog signal processing, on the compensation mechanisms to compensate for possible fluctuations in intensity of the light source and to the optical arrangement. So z. B. a temperature stabilization of the detector approx. +/- 0.01 ° K suggested because there is already a slight mechanical distortion in the Magnitude of the measurement effect can be.

b) Differential-Refraktometerb) differential refractometer

Bei diesem Gerätetyp wird ein Lichtstrahl durch eine Zweikammer-Küvette mit schräg zur Einfallsrichtung angeordneter Trennwand geleitet. An den Grenzflächen Medium 1/Trennwand/­ Medium 2 erfährt der Lichtstrahl wegen der unterschiedlichen Brecheigenschaften der Flüssig­ keiten 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 Küvette erzielt, was oft einen massiven und sperrigen Aufbau bedingt.In this type of device, a light beam is inclined by a two-chamber cuvette Direction of incidence arranged partition. At the medium 1 / partition / The light beam experiences medium 2 due to the different breaking properties of the liquid a directional deflection, usually measured as a change in route and with a Calibration constants is calculated. An increase in the measuring effect is achieved by a Extension of the beam path after the cuvette achieved what is often a massive and bulky Construction conditional.

Die Erzeugung einer Richtungsablenkung durch eine Zweikammer-Küvette hat, im Vergleich zur Interferometrie, 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 Meßgenauig­ keit und hängt nur von der Küvettenkonstruktion ab.The generation of a directional deflection by a two-chamber cuvette compared to Interferometry, several advantages. So z. B. the measuring arrangement is significantly more robust 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 selected by a suitable choice of the partition angle in the Cuvette can be set. The sample volume has no direct influence on the measurement accuracy and depends only 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 Küvette, nur für einen ähnlichen Brechzahlbereich gültig ist. Ebenso können Parallel­ versetzungen des Lichtstrahles, z. B. durch Glaswände, direkt das Meßergebnis verfälschen.The main disadvantage of the usual measurement method (determining a change in distance) is elaborate calibration of the detector, because of the additional refraction when the beam emerges from the cuvette, is only valid for a similar refractive index range. Likewise, parallel dislocations of the light beam, e.g. B. through glass walls, directly falsify the measurement result.

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 ortsauflösenden Sensoren abgebildet werden. Der Meßeffekt beruht dabei auf einer Verschiebung der Abbildungsorte, wobei im Vergleich der Ablenkungsverhältnisse ein synchroner (Parallelverschiebung des Primärstrahles) und ein asynchroner Signalanteil (Richtungsänderung des Primärstrahles) 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 gewährleistet sein muß, erfolgt der Einsatz vieler dieser Konstruktionen vorzugsweise in Anwendungen, bei denen lediglich qualitative Abweichungen von einem jeweils vorgebenden Sollwert erfaßt werden müssen.The basis of the constructions common today is essentially the mathematical principle the beam sets, with beam splitters at different locations on the primary beam (or one coupled partial beam) generated further partial beams and imaged on spatially resolving sensors become. The measurement effect is based on a shift in the imaging locations, whereby in comparison the Deflection ratios a synchronous (parallel shift of the primary beam) and an asynchronous Signal component (change in direction of the primary beam) can be distinguished. For a quantitative Data acquisition (i.e. clear separation between the parallel and angular components of a signal shift) either knowledge of the exact detector geometry or calibration of the system is required. There 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 used preferably in applications where only qualitative deviations from one each specified target value must be recorded.

Da der Meßeffekt des Richtungsanteils proportional zur Weglänge 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 Strahlengängen 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 Strahlprofils aufweist, ist die Auflösungsgrenze, bzw. die Datensicherheit bei der Bestimmung der absoluten Auftreffposition, umgekehrt proportional zu dem hier relativ großen Strahldurchmesser. Bei einer Strahlfokussierung (Punktspiegelung des Strahlprofils) auf eine mittlere Entfernung zwischen den Sensoren verdoppeln sich Homogenitätsfehler des Primärstrahles durch das gegenläufige Verhalten bei den Signalabbildungen.Since the measuring effect of the directional component is proportional to the path length and path difference of the partial beams grows, there are correspondingly large and differently long light paths within the measuring arrangement necessary. In the case of the beam expansion and compensation required for beam divergence subsequent focusing must therefore be a compromise in the sharpness of the image sensors at different distances can be received. Direct beam focusing through Additional optical elements in the respective beam paths have different effects their beam behavior, so that an exact interpretation of the measurement effects is not possible. Because a real one Light beam, especially after passing through several optical bodies and a distance optionally air containing particles, usually temporally fluctuating inhomogeneities of the jet profile is the resolution limit or the data security when determining the absolute Impact position, inversely proportional to the relatively large beam diameter. At a Beam focusing (point reflection of the beam profile) at a medium distance between the Sensors double the homogeneity errors of the primary beam due to the opposite behavior 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 Strahlführung und Strahlabbildung entsprechend wieder anwachsen. Gleichzeitig führt dies durch die vorgegebenen Abmessungen der Sensoren zu Einschränkungen des Meßbereichs.In order to achieve a significant proportion of the beam diameter for high-resolution requirements To achieve an image shift, the measuring effect must be achieved by particularly large path differences Partial beams are amplified, but with the problems of beam guidance and beam imaging grow again accordingly. At the same time, this leads through the specified dimensions of the Sensors to limit the measuring range.

Die Unterscheidungsmerkmale bei den heutigen Konstruktionen sind im wesentlichen die Anordnung der Strahlteiler und die Wahl der Strahlführung, wobei z. T. durch Strahlfaltungen innerhalb eines Spiegel­ systems ein kompakterer Aufbau erzielt werden kann.The distinguishing features in today's constructions are essentially the arrangement of the Beam splitter and the choice of beam guidance, z. T. by beam folding within a mirror systems a more compact structure can be achieved.

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 Teil­ strahlen zerlegt wird, die durch Reflektoren (Tripelprismen) parallel auf zwei ortsauflösende Sensoren zurück gespiegelt werden. Die Wegedifferenz der Teilstrahlen entsteht hier durch die unterschiedliche Strahlführung innerhalb des Spiegelsystems. Nachteilig ist die Anzahl der Komponenten und deren komplexer Aufbau sowie eine, im Verhältnis zur Baugröße, 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 Primärstrahl angeordnet, so daß der im Tripelprisma reflektierte Lichtstrahl beim Austritt den strahlteilenden Bereich passieren muß und dabei einen Teilstrahl erzeugt, der das Tripelprisma unter einem schrägen Winkel nochmals durchläuft. Dieser wird dann von der Spiegelfläche der Platte, unter Korrektur der Winkel­ verhältnisse, erneut in das Tripelprisma reflektiert und auf einem zweiten Sensor abgebildet. Die zur Bildung des zweiten Teilstrahles notwendige, asymmetrische Strahlführung hat allerdings den Nachteil, daß sich das Streckenverhältnis der Teilstrahlen sowohl bei Richtungs- als auch Lageänderungen des Primärstrahles verändert und dadurch eine Interpretation der Meßeffekte erschwert wird bzw. nicht eindeutig ist.In the patent specification DD 220 393 A1 devices are described in which a primary beam directly on a movable object to be measured using beam splitters in two parts rays is broken down by reflectors (triple prisms) parallel to two spatially resolving Sensors are reflected back. The path difference of the partial beams is created here by the different beam guidance within the mirror system. The disadvantage is the number of Components and their complex structure as well as a small one in relation to the size Dissolution of the directional share. In one of the constructions listed there, a Simplification of the structure achieved in that a reflector and the beam splitter by Plane parallel plate to be replaced, each reflecting, beam splitting as well has translucent areas. This plate is arranged at an angle to the primary beam, so that the light beam reflected in the triple prism must pass through the beam-dividing area upon exit and thereby generates a partial beam that the triple prism again at an oblique angle goes through. This is then from the mirror surface of the plate, correcting the angle conditions, again reflected in the triple prism and imaged on a second sensor. The  However, asymmetrical beam guidance necessary to form the second partial beam has the Disadvantage that the distance ratio of the partial beams in both directional and Changes in the position of the primary beam and thereby an interpretation of the measurement effects is difficult or is not clear.

Zur Messung der Richtungsablenkung eines Lichtstrahls ist aus der WO 9203698 A 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 ortsauflösenden 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 Vorrichtung ist die große Zahl der erforderlichen Komponenten und der dadurch notwendige Fertigungs- und Justieraufwand.WO 9203698 A is a device for measuring the directional deflection of a light beam is known in which a beam splitter is arranged in the beam path of the laser beam, which in the actual useful beam and a reference beam splits. Another beam splitter with one spatially resolving sensor is provided directly in the useful or reference beam. In the beam path of the The reference beam is a mirror system that folds it several times to save space and maps to other spatially resolving sensors. The disadvantage of this device is the large size Number of components required and the manufacturing and adjustment effort required.

Die Patentschrift DE 43 41 227 A1 befaßt sich mit einem Detektionsprinzip zur Absolutmessung einer Lichtstrahlablenkung. Bei dieser Konstruktion wird der Primärstrahl zwischen zwei separaten Spiegeln mehrfach reflektiert, wobei die jeweiligen Reflexionsorte direkt hinter einem teildurch­ lässigen Spiegel mit einem ortsauflösenden Zeilensensor bestimmt werden. Die Auflösung des Meßeffekts ist bei dieser Anordnung proportional dem Lichtweg zwischen den Spiegeln. 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 Güte 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 besteht.The patent DE 43 41 227 A1 deals with a detection principle for the absolute measurement of a Beam deflection. In this construction, the primary beam is between two separate ones Mirror reflected multiple times, with the respective reflection locations directly behind one part casual mirror can be determined with a position-resolving line sensor. The dissolution of the With this arrangement, the measuring effect is proportional to the light path between the mirrors. Since the Sensor record the intensity profile of the light beam several times along the entire path must be very high demands on a constant quality over the entire light path of the beam profile. Another disadvantage is the high demands placed on the horizontal course of the light beam, since even with a small vertical deflection component there is a risk of Signal offset from the sensor level.

Alternatives MeßprinzipAlternative measuring principle

An Stelle der heute üblichen Anwendung der Strahlensätze zur Meßeffektsverstärkung der Strahl­ richtungsinformation (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 Konstruk­ tionen und wird üblicherweise durch die Verwendung eines keilförmigen Prismas umgesetzt. Die Meß­ effektsverstärkung entsteht beim Strahlaustritt, wobei eine Änderung des Auftreffwinkels, hier vorzugs­ weise nahe zum Grenzwinkel der Totalreflexion, entsprechend der Brechungsgesetze überproportional 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 Austrittsfläche 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 ortsauflösenden Sensor beeinflußt. Instead of the usual application of the radiation sets for amplification of measuring effects, the beam directional information (or its change) is alternatively possible a construction that is based on the Relationship to the angle of incidence of non-linear refraction when changing the phase between two optical media with different densities. This principle is already part of many optical designs tion and is usually implemented using a wedge-shaped prism. The meas Effect enhancement occurs when the beam emerges, with a change in the angle of incidence, here preferred as close to the critical angle of total reflection, disproportionately in accordance with the laws of refraction the directional properties of the emerging beam is included. In order to compensate for the To keep the beam entry into 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 dislocation between the respective points of impact both from the entry angle and from the point of arrival along the prism depends and thereby (in addition to the directional and positional property of the primary beam) an additional Variable the imaging behavior of an emerging beam on a spatially resolving sensor influenced.  

Die starke Brechung beim Strahlaustritt aus dem Prisma führt zu einer signifikanten eindimensionalen Fokussierung des Strahlprofils senkrecht zur Austrittsfläche, so daß z. B. aus einem runden Lichtstrahl ein schmales Lichtband entsteht. Dadurch ist eine scharfe Strahlabbildung auf einem ortsauflösenden Sensor möglich, wobei das Strichprofil 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.The strong refraction when the beam emerges from the prism leads to a significant one-dimensional Focusing the beam profile perpendicular to the exit surface, so that, for. B. from a round beam of light narrow light band is created. This results in a sharp beam image on a spatially resolving sensor possible, the line profile facilitates the adjustment and the risk of beam displacement from the Measurement level reduced. Because the beam divergence along the shortened axis is proportional to the compression grows, the light path of the refracted beam should be kept short.

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 ortsauflösenden Sensoren abgebildet. Bei Kenntnis der geometrischen Abmessungen und den strahlführenden Eigenschaften der Konstruktion ist nur dann eine Bewertung der Primärstrahleigenschaften anhand eines Vergleichs der Ortsinformationen möglich, wenn die Führung der Teilstrahlen auf gleichen Gesetzmäßigkeiten beruht. Daher ist bei einer, auf der Meßeffektsverstärkung durch Brechung beruhenden, Detektorkonstruktion ein zweiter, paralleler Teilstrahl erforderlich, der ebenfalls durch das Prisma gebrochen und auf einem ortsauflösenden 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 Strahlrichtung, 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 Prismaflächen verursacht wird, d. h. unter Beibehaltung der Einfallswinkel sowie des Abstands der Strahlabbildungen.For an assessment of the direction and location properties of a light beam is a single location insufficient information based on a steel image. The primary beam is therefore usually in Defined partial beams broken down and imaged on separate light paths on spatially resolving sensors. With knowledge of the geometric dimensions and the beam-guiding properties of the construction is only then an assessment of the primary beam properties based on a comparison of the Location information possible if the guidance of the partial beams is based on the same principles. Therefore, in a detector construction based on the measurement effect amplification by refraction second, parallel partial beam required, which is also broken through the prism and on one spatially resolving sensor is mapped. The maximum achievable resolution of the detector is already here by the properties of the beam splitter required to generate the second partial beam given. So within the scope of the measuring range of the beam direction, no deviation from the parallel alignment and the distance behavior of the partial beams to each other must be sufficient exactly, d. H. significantly better than the required measurement accuracy, as a function of the angle of incidence on the Beam splitter can be defined. To enable a clear interpretation of the measurement effect, it must be guaranteed within the measuring range of the beam position that only one corresponding synchronous displacement of the partial beams is caused on the prism surfaces, d. H. while maintaining the angle of incidence and the spacing of the beam images.

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 müssen.A construction is advantageous here in which both the beam splitting and the beam refracting Effect is integrated in a vitreous body, because with a separate arrangement of beam splitter and wedge-shaped prism in addition to the additional adjustment also other beam refractions or dislocations must be taken into account in the signal evaluation.

Die Patentschrift US 5 646 778 A beschreibt ein strahlteilendes, bzw. strahlführendes optisches System, das vorzugsweise in Geräten für optische Speichermedien, z. B. CD-ROM, eingesetzt wird. Es besteht aus einem rechtwinkligen Prisma mit einer polarisationsabhängig spiegelnden Beschichtung der Hypotenuse, auf der als weiteres optisches Element unter anderen Ausführungs­ beispielen ein planparalleler Glaskörper angebracht ist, dessen abschließende Oberfläche spiegelnd oder auch teildurchlässig spiegelnd ausgeführt sein kann. Diese planparallele Anordnung optisch selektiver Beschichtungen wirkt bei einem schräg einfallenden, geeignet polarisierten und ausgerichteten Primärstrahl wie ein Strahlteiler. Die polarisationsabhängig spiegelnde Eigenschaft der ersten Beschichtung trennt den Primärstrahl entsprechend dem Verhältnis von horizontalem zu vertikalem Polarisationsanteil in einen reflektierten und einen durchtretenden Teilstrahl, der senkrecht zum ersten polarisiert ist. Der zweite wird dann an der spiegelnden Rückseite der Platte ebenfalls reflektiert und durchtritt nochmals die erste Beschichtung. (Bei einer teildurchlässigen 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 Prismenkörper führt zu einer rechtwinkligen Spiegelung der Teilstrahlen - wodurch die Justage des Strahlteilers 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.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, e.g. B. CD-ROM is used. It consists of a right-angled prism with a polarization-dependent mirror Coating of the hypotenuse, on which as another optical element among other execution examples, a plane-parallel glass body is attached, the final surface can be mirrored or partially transparent. This plane-parallel arrangement optically selective coatings work with an obliquely incident, suitably polarized and aligned primary beam like a beam splitter. The polarization-dependent reflecting property the first coating separates the primary beam according to the ratio of horizontal to vertical polarization component in a reflected and a passing partial beam, the is polarized perpendicular to the first. The second is then on the reflective back of the plate also reflects and passes through the first coating again. (With a partially permeable Mirroring can, if necessary, with an attached prism for direction correction  additional partial beam can be coupled out.) The two differently polarized partial beams have a parallel orientation and one, from the angle of incidence and the thickness of the plane-parallel Plate dependent, defined distance from each other. The right-angled one there and preferably isosceles prism body leads to a right-angled reflection of the partial beams - thereby the adjustment of the beam splitter is simplified - and must be used in a detector Direction and position determination of a light beam are redesigned so that the partial beams hit the exit surface at suitable angles.

Nachteile dieses Strahlteilersystems sind:
Disadvantages of this beam splitter system are:

• - die Polarisationseigenschaften des Primärstrahles 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 in the subsequent optics must be taken into account.
• - Es werden zwei präzise anzufertigende Einzelteile benötigt, wobei insbesondere die Verbindungs­ flächen 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 führt. 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 precise individual parts are required, especially the connection surfaces must be ideally level to ensure a parallel, to enable homogeneous and joint-free connection. In practice, the applied coatings a material tension that normally leads to a slight, here, however, does not lead to negligible deformations of the glass surfaces. Fixing this Parts must be made in such a way that there are no local pressure points even with thermal expansion arise because this leads to a change in the optical properties.
• - Der zweite Teilstrahl muß die Grenzschichten Prisma/Beschichtung/Luft bzw. optischer Kitt/­ planparallele 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 Parallelitätsfehler zueinander. Auch bei Vernach­ lässigung eventueller Ablenkungsfehler und Interferenzeffekte führt dies zu einer variablen Störung der Wellenfront, so daß eine entsprechende Schwankung der Abbildungsqualität des Strahlprofils auf dem Sensor entsteht und dadurch die Datensicherheit herabgesetzt wird.- The second sub-beam has to be the boundary layers prism / coating / air or optical cement / Run through the plane-parallel plate twice at an oblique angle. These layers usually have different optical densities and, in real versions, also local ones homogeneous fluctuations and minor parallelism errors. Even with Vernach Allowing for possible distraction errors and interference effects leads to a variable disturbance the wavefront, so that a corresponding fluctuation in the imaging quality of the beam profile arises on the sensor, thereby reducing data security.
• - Das Prinzip dieses Strahlteilers beschränkt die Anzahl der parallelen Teilstrahlen auf zwei. Insbesondere bei hochauflösenden Meßanforderungen kann die Auflösungsgrenze durch eine Mittelwertsbildung über mehrere Teilstrahlabbildungen deutlich gesenkt werden.- The principle of this beam splitter limits the number of parallel partial beams to two. The resolution limit can be determined by a Averaging over several partial beam images can be significantly reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei hoher Auflösung und Signalstabilität wenig Platz einnimmt, ein Minimum an optischen Bauteilen und positionsempfindlichen Photosensoren benötigt und einen geringen Fertigungsaufwand erfordert. Diese Aufgabe wird durch ein optisches Detektionssystem mit den Merkmalen in Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention has for its object to provide a device with high resolution and Signal stability takes up little space, a minimum of optical components and position-sensitive Photosensors required and requires little manufacturing effort. This object is achieved by an optical detection system with the features in claim 1. Advantageous developments of the device are specified in the subclaims.

Abb. 1 zeigt das grundlegende Konstruktionsprinzip des Detektors. Nachdem der Primärstrahl durch die Eintrittsfläche in das Prisma gelangt ist, wird er darin mehrfach an Spiegelflächen reflektiert, wobei an der teildurchlässigen Spiegelfläche jeweils ein Teilstrahl erzeugt wird. Die Konstruktion des Detektors ist so ausgelegt, daß diese Reflexionswinkel innerhalb des gewünschten Meßbereichs möglichst nahe an dem Grenzwert der Totalreflexion liegen, wodurch die Richtungsinformationen der Teilstrahlen beim Aus­ tritt aus dem Prisma gemäß des Brechungsgesetzes signifikant verstärkt werden. Bei dieser Strahl­ brechung erfolgt außerdem eine Bündelung der Teilstrahlen zu einem schmalem Strichprofil, welches die Abbildung auf dem Sensor verbessert. Da sich die relativ kurzen Gesamtwege der einzelnen Teilstrahlen, vom Auftreffort des Primärstrahles bis zum Sensor, nur geringfügig unterscheiden, kann mit einer geeigneten Fokussierung des Primärstrahles die Qualität der Abbildung zusätzlich verbessert werden. Für die Auswahl der Spiegelbeschichtung ist deren Reflexionsstärke zu beachten. Bei einfachen, metal­ lisierten Oberflächen entstehen relativ hohe Lichtverluste, so daß die Strahlintensität bereits nach wenigen Reflexionen deutlich abnimmt. Vorteilhaft ist die Verwendung von dielektrischen Spiegeln mit Reflexions­ werten < 99%, die den Primärstrahl insgesamt nur geringfügig abschwächen und Teilstrahlen mit ähnlicher Intensität erzeugen, wodurch deren Detektion vereinfacht wird. Dieser nur geringfügig abge­ schwächte Primärstrahl kann nach dem Strahlaustritt aus dem Prisma als Nutzstrahl oder z. B. in nach­ geschalteten Meßvorrichtungen weiter verwendet werden. Fig. 1 shows the basic design principle of the detector. After the primary beam has entered the prism through the entry surface, it is reflected several times on mirror surfaces, a partial beam being generated on the partially transparent mirror surface. The design of the detector is designed so that these reflection angles are as close as possible to the limit value of the total reflection within the desired measuring range, as a result of which the directional information of the partial beams when leaving the prism are significantly amplified in accordance with the law of refraction. This beam refraction also bundles the partial beams into a narrow line profile, which improves the image on the sensor. Since 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 additionally improved with a suitable focusing of the primary beam. When selecting the mirror coating, its reflectance must be taken into account. With simple, metalized surfaces, relatively high light losses occur, so that the beam intensity decreases significantly after only a few reflections. It is advantageous to use dielectric mirrors with reflection values <99%, which only slightly attenuate the primary beam overall and generate partial beams with a similar intensity, which simplifies their detection. This only slightly weakened primary beam can exit the beam from the prism as a useful beam or z. B. continue to be used in switched measuring devices.

Als ortsauflösender Sensor können z. B. handelsübliche CCD-Zeilensensoren mit 5000 Pixeln á 7 × 7 µm (lichtempfindliche Strecke ca. 3,5 cm) verwendet werden. Bei einem Einsatz von mehrzeiligen Sensoren bzw. Flächendetektoren ist die Messung einer Strahlrichtungsänderung auch räumlich (horizontal und vertikal) möglich. Die Informationen der direkt digitalisierbaren CCD-Sensorsignale werden lediglich qualitativ benötigt, so daß keine besonderen Anforderungen an die Qualität der Elektronik gestellt werden. As a spatially resolving sensor z. B. commercially available CCD line sensors with 5000 pixels of 7 × 7 µm (light-sensitive distance approx. 3.5 cm) can be used. When using multi-line sensors or area detectors, the measurement of a beam direction change is also spatial (horizontal and vertical) possible. The information of the directly digitizable CCD sensor signals is only qualitatively required, so that no special requirements are placed on the quality of the electronics.  

Die bei einer quantitativen, analogen Signalerfassung üblichen Probleme, wie z. B. Signalrauschen, Drift und Linearitätsabweichungen, spielen keine Rolle.The usual problems with quantitative, analog signal detection, such as B. signal noise, drift and linearity deviations do not matter.

Die Auswertung der CCD-Sensorinformationen 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 darin enthaltenen Intensitätsprofile der abgebildeten Teilstrahlen werden anhand geeigneter Fitfunktionen beschrieben und deren jeweilige Position durch Berechnung der Scheitelwerte bestimmt. Bei einer geeigneten Detektorkonstruktion sind die Abstände zwischen diesen Scheitelwerten nur von den bekannten Detektorparametern und dem absoluten Einfallswinkel des Primärstrahles abhängig, so daß dieser Winkel berechnet werden kann. Mit Kenntnis dieses Winkels und den absoluten Ortspositionen der Scheitelwerte kann der Auftreffort des Primärstrahles auf den Detektor bestimmt werden.The evaluation of the CCD sensor information and the calculation of the measurement results is carried out with a digital calculator. To reduce the amount of data, everyone can already with the digital transmission Data points below a predetermined threshold are removed so that only those of there are narrow data areas exposed to the partial beams. The intensity profiles contained therein Partial rays shown are described using suitable fit functions and their respective ones Position determined by calculating the peak values. With a suitable detector design the distances between these peak values only from the known detector parameters and the absolute angle of incidence of the primary beam dependent, so that this angle can be calculated. With Knowing this angle and the absolute local positions of the peak values can be the point of impact of the Primary beam can be determined on the detector.

Das zentrale Konstruktionsmerkmal der hier beschriebenen Erfindung ist die Spiegelung eines Licht­ strahles 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 zusätzlich verbessert werden. Prinzipiell ist auch eine Kombination von Prismen möglich, die jeweils für bestimmte Teilaufgaben bzw. bestimmte Meßbereiche optimierte Eigenschaften aufweisen.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 determine the directional or positional properties of the original beam is possible. The geometric and optical properties of the prisms can be chosen freely that a wide range of designs is possible, depending on the general conditions and achieve the desired effects. If necessary, this can be done by further optical components within the beam paths can also be improved. In principle there is also one Combination of prisms possible, each for specific sub-tasks or specific measuring ranges have optimized properties.

Abb. 1 zeigt eine einfache Detektorkonstruktion, die in dieser Ausführung z. B. zur Kontrolle eines Richt­ strahls verwendet werden kann. In diesem Beispiel entstehen bei den Reflexionen an der teildurch­ lässigen Spiegelfläche zwei Teilstrahlen, deren Richtungsinformationen entsprechend der Brechung beim Austritt aus dem Prisma zusätzlich verstärkt wird. Diese werden auf einem senkrecht zum Prisma angeordneten CCD-Sensor abgebildet, so daß nach der Auswertung der Sensorsignale der Einfallswinkel und -ort des Primärstrahles bestimmt 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. Fig. 1 shows a simple detector construction, which in this embodiment z. B. can be used to control a directional beam. In this example, two partial beams are created during the reflections on the partially transparent mirror surface, the directional information of which is additionally amplified in accordance with the refraction when exiting the prism. These are imaged on a CCD sensor arranged perpendicular to the prism, so that after the evaluation of the sensor signals the angle of incidence and location of the primary beam can be determined. A change in the direction or position of the primary beam can be quantified by forming the difference with the original target values and used directly as a calculation variable in the following control process. If the measured values are only required qualitatively, e.g. B. as a control variable for readjusting the beam projection, the use of other location-sensitive photosensors, for. B. corresponding photodiodes, may be advantageous. Their output signals can be used directly for control in analog electronic control circuits without digital processing.

Die in Abb. 1 gewählte Prismengeometrie verursacht eine parallele Lageversetzung des durchtretenden Primärstrahles, die von den Abmessungen des Prismas und dem Einfallswinkel abhängt. Seine Richtungseigenschaft - die wichtigste Kenngröße bei der Kontrolle eines Richtstrahles - bleibt dagegen erhalten. Somit ist eine Detektorkonstruktion möglich, bei der auf die sonst notwendige Erzeugung eines Referenzstrahles verzichtet und direkt der Nutzstrahl vermessen werden kann. Die Regelmechanismen müssen dabei lediglich die, normalerweise sehr geringe, winkelabhängige Parallelversetzung berücksichtigen.The prism geometry selected in Fig. 1 causes a parallel displacement of the passing primary beam, which depends on the dimensions of the prism and the angle of incidence. However, its directional property - the most important parameter when controlling a directional beam - is retained. A detector construction is therefore possible in which the otherwise necessary generation of a reference beam is dispensed with and the useful beam can be measured directly. The control mechanisms only have to take into account the, usually very low, angle-dependent parallel offset.

Für das Anwendungsbeispiel Differential-Refraktometer ist z. B. eine kompakte Konstruktion entsprechend der Abb. 2 vorteilhaft. In dem auf drei Seiten verspiegelten Prisma wird der Primärstrahl so zurück­ gespiegelt, daß dieser das Prisma nochmals durchläuft und dabei weitere Teilstrahlen erzeugt, die direkt auf einem CCD-Sensor abgebildet werden. Die zuerst entstanden Teilstrahlen werden mit einem Spiegel ebenfalls auf den CCD-Sensor reflektiert, wobei diese durch den längeren Strahlenweg außerhalb des Prismas eine zusätzliche Verstärkung des Meßeffekts erzielen. Eine eventuelle parallele Primärstrahl­ versetzung führt hier lediglich zu einer synchronen Verschiebung aller Teilstrahlen und beeinflußt damit nicht die Einfallswinkelbestimmung. Im Beispiel werden zwei Sätze 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 Gegen­ spiegels, direkt spezifiziert und in der Auswertung berücksichtigt werden können.For the application example differential refractometer z. B. a compact construction according to Fig. 2 advantageous. The primary beam is reflected back in the prism mirrored on three sides so that it passes through the prism again and thereby 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, which achieve an additional amplification of the measuring effect due to the longer beam path outside the prism. A possible parallel primary beam displacement 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. In addition to the possibilities for checking and improving the measurement value determination, this has the advantage that different detector parameters such as, for. B. the position of the counter mirror, can be specified directly and taken into account in the evaluation.

Bei dieser Meßmethode wird zuerst ein Bezugswert festgelegt, normalerweise der Einfallswinkel bei identischer Füllung beider Küvettenkammern mit dem reinen Lösungsmittel. Danach wird die dem Primärstrahl zugewandte Küvettenkammer mit der zu untersuchenden Lösung gefüllt und die Änderung des Einfallswinkels des Meßstrahles auf den Detektor bestimmt. Dieser Wert kann dann, unter Berücksichtigung der Küvettengeometrie sowie der, von der bekannten Brechzahl der Referenzsubstanz abhängenden, zusätzlichen Strahlbrechung beim Austritt des Meßstrahles aus der Küvette, direkt in die gesuchte Brechzahldifferenz der beiden Kammerfüllungen 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 at identical filling of both cuvette chambers with the pure solvent. After that the Primary beam facing cell chamber filled with the solution to be examined and the change the angle of incidence of the measuring beam on the detector is determined. This value can then, under Consideration of the cuvette geometry and the known refractive index of the reference substance dependent, additional beam refraction when the measuring beam emerges from the cuvette, directly into the sought refractive index difference of the two chamber fillings can be converted. Because of this procedure the absolute value is determined directly, a determination of the calibration relationship between the measuring effect and Measured value not necessary.

Claims (10)

1. Optisches Detektionssystem zur Bestimmung der Richtungs- und Lageänderung eines Lichtstrahles, bestehend aus

• a) einem Prisma, bei dem

• - Teile der Oberfläche als Spiegelflächen ausgelegt sind, wobei zumindest eine Spiegelfläche so beschaffen ist, daß bei der Reflexion eines Lichtstrahles ein Teilstrahl erzeugt wird,
• - die Anordnung der Spiegelflächen so gewählt ist, daß ein eintretender und innerhalb des Prismas reflektierter Lichtstrahl zumindest zwei Teilstrahlen erzeugt,
• - 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,
  • a) zumindest einem ortsauflösenden elektronischen Sensor, der in einer vorgegeben Anordnung zum Prisma die Positionen von zumindest zwei Teilstrahlen erfaßt,
  • b) einer elektronischen Signalauswerteschaltung, die anhand der vom Sensor gemessenen Ortsinformationen eine Bewertung der Richtungs- bzw. Lageeigenschaften des eintretenden Lichtstrahles ermöglicht.

1. Optical detection system for determining the change in direction and position of a light beam, consisting of

• a) a prism in which

• Parts of the surface are designed as mirror surfaces, at least one mirror surface being such that a partial beam is generated when a light beam is reflected,
• the arrangement of the mirror surfaces is selected such that an incoming light beam reflected within the prism generates at least two partial beams,
• the geometrical arrangement of the transparent and reflecting surfaces is selected such that the desired measurement effects are amplified when the beam behavior of the partial beams is evaluated in relation to the directional or positional information of the incoming light beam,
  • a) at least one spatially resolving electronic sensor which detects the positions of at least two partial beams in a predetermined arrangement relative to the prism,
  • b) an electronic signal evaluation circuit which enables the directional or positional properties of the incoming light beam to be assessed on the basis of the location information measured by the sensor.

2. Optisches Detektionssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Prismenflächen Planflächen sind, die parallel bzw. winkelig zueinander angeordnet sind.2. Optical detection system according to claim 1, wherein the prism surfaces are plane surfaces that are arranged parallel or at an angle to one another. 3. Optisches Detektionssystem gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest eine Prismenfläche eine sphärische bzw. radiale Grundform besitzt.3. Optical detection system according to claim 1, wherein at least one prism surface has 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 ist.4. Optical detection system according to one of claims 1 to 3, in which by the geometry of the Prismas or by a combination of prisms the partial beams are generated so that a targeted amplification of individual measuring ranges or a separate, optimized acquisition of the Angle of incidence and the position of incidence of the incoming 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 bewirken.5. 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 an improvement in Effect measurement 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 zeilenförmiger Sensor zur Messung einer Richtungs- bzw. Lageänderung eines Lichtstrahles in einer Ebene ist.6. Optical detection system according to one of claims 1 to 5, in which the spatially resolving electronic sensor a line-shaped sensor for measuring a change of direction or position of a light beam in one plane. 7. Optisches Detektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der ortsauflösende elektronische Sensor ein flächenhaft erfassender Sensor zur räumlichen Messung einer Richtungs- bzw. Lageänderung eines Lichtstrahles ist. 7. Optical detection system according to one of claims 1 to 5, in which the spatially resolving electronic sensor an area-sensing sensor for spatial measurement of a directional or change in position of a light beam.   8. Optisches Detektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zur Erfassung der Teilstrahlen mehr als ein optischer Sensor verwendet wird.8. Optical detection system according to one of claims 1 to 7, in which to detect the partial beams more than one optical sensor is used. 9. Verwendung eines optischen Detektionssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Gerät, das durch Messung einer Richtungsablenkung bzw. einer Lageänderung eines Meßlichtstrahls Rückschlüsse auf Materialeigenschaften einer zu untersuchenden Substanz ermöglicht, wie z. B. ein Differential-Refraktometer.9. Use of an optical detection system according to one of claims 1 to 8 in a device, by measuring a directional deflection or a change in position of a measuring light beam Conclusions about material properties of a substance to be investigated, such as. B. a differential refractometer. 10. Verwendung eines optischen Detektionssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Gerät, das durch Messung einer Richtungsablenkung bzw. einer Lageänderung eines Meßlichtstrahls die Kontrolle eines Richtstrahles bzw. die Auswertung eines Meßstrahles in der Vermessungstechnik ermöglicht.10. Use of an optical detection system according to one of claims 1 to 8 in a device, that by measuring a directional deflection or a change in position of a measuring light beam Control of a directional beam or the evaluation of a measuring beam in measurement technology enables.