Technikon: Telezentrische Objektive mit koaxialer Lichteinkopplung

Übersicht

Grundlegende Erklärungen

Eine große Anzahl telezentrischer Objektive ist auch mit einer integrierten koaxialen Lichteinkopplung erhältlich.

Über einen Strahlteiler wird eine LED oder eine Spotbeleuchtung in den Strahlengang eingekoppelt und über die Frontbaugruppe des telezentrischen Objektivs kollimiert. Dadurch entsteht eine kollimierte Auflichtbeleuchtung. Die beleuchtete Fläche entspricht dabei der freien Öffnung der Frontlinse des Objektivs im definierten Arbeitsabstand.

Die Vorteile einer kollimierten gegenüber einer diffusen Auflichtbeleuchtung sind die bessere Detektion der Oberflächenbeschaffenheit, sowie die gleichförmige Beleuchtung von Strukturen mit Tiefenausdehnung.

Durch die Integration der koaxialen Auflichtbeleuchtung in das Beobachtungsobjektiv kann außerdem eine Kosten- und Bauraumersparnis realisiert werden.

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Ausführung der Lichtquelle

Bei der Ausführung der Lichtquelle sind zwei Standardversionen erhältlich:

Objektive mit Endung/LED beinhalten eine rote High-Power LED (623 nm, 2,5 V, 350 mA), die über offene Kabelenden (Kabellänge 300 mm) direkt angesteuert und bei Bedarf geblitzt werden kann.

Objektive mit Endung/CCS sehen eine Schnittstelle für Ø 8 mm Faser- oder Spotanschluss (z.B. CCS-Spot) vor. Die Lichtquelle ist in diesem Fall nicht beinhaltet.

Selbstverständlich sind auch andere LED-Wellenlängen oder kundenspezifische Schnittstellen auf Anfrage möglich.

Art der Strahleinkopplung

Die Art der Strahleinkopplung nimmt einen entscheidenden Einfluss auf die Beleuchtungsqualität und Lichtstärke.

Grundsätzlich ist dabei zwischen unpolarisierter und polarisierter Strahlteilung zu unterscheiden.

Eine unpolarisierte Strahleinkopplung hat den Vorteil, dass eine relativ geringe Lichtleistung erforderlich ist, um ein reflektierendes Objekt ausreichend zu beleuchten. Der Auftreffwinkel des Beleuchtungsstrahlenganges auf der Teilerfläche, sowie die Wellenlängenabhängigkeit der Teilerschicht sind deutlich unkritischer als bei polarisierten Strahlteilern.

Eine polarisierte Strahleinkopplung eliminiert den zentralen Rückreflex der Frontoptik, der bei einer unpolarisierten Strahlteilung stets vorhanden ist. Insbesondere bei Applikationen, bei denen eine hohe Lichtleistung aufgrund eines matten Targets / Prüfobjekts erforderlich ist, überstrahlt der Reflex bei unpolarisierter Strahlteilung gegebenenfalls und lässt keine ausreichend gute zentrale Abbildung zu.

Demgegenüber sind Schwankungen in der Intensitätsverteilung bei größer werdendem Einfallswinkel auf die Teilerfläche zu erwarten. Insbesondere bei großer Frontoptik und damit großen beleuchteten Flächen ist damit eine unzureichende Beleuchtungshomogenität zu erwarten.

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Einsatz von Verzögerungsplatten bei polarisierter Strahlteilung

Eine Möglichkeit zum Ausgleich bieten Verzögerungsplatten, die die lineare Polarisationsebene drehen (Lambda/2) bzw. die Polarisationsart
ändern (Lambda/4). Damit wird zum einen die Lichtintensität deutlich erhöht und zum anderen die Beleuchtungshomogenität deutlich verbessert.

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Um bei großen Objektfelddurchmessern die Mehrkosten für die Verzögerungsplatte zu minimieren, wird diese bei entsprechenden
Objektiven über einen seitlichen Einschub direkt vor dem polarisierten Strahlteiler eingesetzt. Bei kleinen Objektfelddurchmessern (Ø ≤ 30mm) kann die Verzögerungsplatte als Vorsatz montiert werden.

Erfahrungsgemäß muss die Verzögerungsplatte nicht wellenlängenspezifisch gewählt werden, um eine ausreichende Beleuchtungshomogenität zu realisieren. Der Einfluss von Wellenlängen und Winkelabhängigkeit der polarisierten Strahlteilerfläche liegt deutlich höher. Für eine Breitbandbeleuchtung (Einkopplung einer weißen Lichtquelle) ist eine polarisierende Strahleinkopplung bei hohen Anforderungen an die Beleuchtungshomogenität allerdings nicht empfohlen.

Bei der Auswahl der passenden Strahleinkopplung ist zudem zu beachten, dass für manche Messaufgaben (z.B. Prüfung von Spannungen in Bauteilen) der Polarisationszustand einen wichtigen Einfluss auf das Messergebnis hat und deshalb Polarisation in der Optik vermieden werden muss.

Standardversion

Alle im Katalog gelisteten Objektive sind mit polarisiertem Strahlteiler ohne Verzögerungsplatte ausgestattet, wie es für die Beleuchtung eines matten/diffus reflektierenden Prüfobjektes empfohlen ist.

Unter Zubehör finden Sie einen unpolarisierten Strahlteiler, den Sie selbst tauschen können, sowie die entsprechenden Verzögerungsplatten als Vorsatz und Einschub.

Entscheidungshilfe

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Empfehlung: In kritischen Fällen bzw. bei Neuprojekten sollte über den modularen Aufbau jeder in Frage kommende Fall geprüft werden. Die Parameter des Messaufbaus (geforderte Auflösung, Beleuchtungsintensität, Objektbeschaffenheit, notwendige Beleuchtungshomogenität) haben einen großen Einfluss auf die beste Konfiguration.