AT524269A1 - Verfahren zur Bestimmung des Brechungsindex in einer flüssigen Probe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Brechungsindex in einer flüssigen Probe - wobei von einer Lichtquelle (1) ein Messstrahl (8) mit einer Anzahl von Teilstrahlen (S1, S2, ...) als Strahlenbündel abgestrahlt wird, - wobei der Messstrahl (8) insbesondere über eine Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2), in ein Messprisma (3) eingestrahlt wird, - wobei das Messprisma (3) zumindest eine Messfläche (31) aufweist an der der Messstrahl (8) mit der zu vermessenden Probe in Kontakt gebracht wird und eine Mediumsberührung erfährt, - und wobei das Messprisma (3) zumindest eine Strahleintrittsfläche (35) und eine Strahlaustrittsfläche (36) aufweist, - und wobei der Messstrahl (8) nach der Mediumsberührung, insbesondere über eine Abbildungsoptik 5, auf einen Detektor (4) abgelenkt wird, wobei das Messprisma (3) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei das Messprisma (3) eine um die Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32) des Messprismas (3) umlaufende asphärische, insbesondere als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildete, Strahlleitfläche (33) aufweist, wobei die Strahlleitflache (33) derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl (8) auf der Rotationsachse (37) fokussiert wird, sodass sich der Intensitätsverlauf des Messstrahls (3) als Kreisbogen, insbesondere ein Kreisring, am Detektor (4) abbildet, und dass der Radius des Kreisbogens ermittelt und zur Bestimmung Grenzwinkels der Totalreflexion herangezogen wird.

Description

Gebiet der Erfindung ist das Gebiet der Refraktometrie, insbesondere das der Prozessrefraktometer. Bei Letzteren wird das Messprisma beispielsweise in eine Prozessleitung eingeführt und der Brechungsindex einer vorbeifließenden Probe

gemessen.

Aus dem Stand der Technik bekannte Refraktometer arbeiten nach dem Prinzip des Grenzwinkels der Totalreflexion. Dabei findet in der Regel eine einmalige Reflexion eines Lichtstrahls an der Grenzfläche zwischen Prisma und Probe statt. Am Detektor wird dann eine relativ scharfe Hell-Dunkel-Grenze abgebildet. Die Lage dieser Grenze am Detektor ist ein Maß für den Grenzwinkel aus dem dann in weiterer Folge der Brechungsindex der Probe berechnet wird. Grundsätzlich sind alle gängigen, aus dem Stand der Technik bekannten Prozessrefraktometer, ähnlich ausgeführt. Der Durchmesser des

Prozessanschlusses dieser Instrumente liegt üblicherweise im Bereich um 50 mm.

Um eine kompakte Bauform zu erzielen, wird bei Prozessrefraktometern das Messprisma üblicherweise so ausgebildet, dass der Messstrahl bzw. der Strahlengang vor und nach der Reflexion an der ebenen, medienberührten Messfläche an zwei weiteren ebenen nicht

medienberührten Prismenflächen totalreflektiert wird.

Der in das Prisma eintretende Messstrahl ist in diesem Fall parallel zum austretenden Strahl. Um den gewünschten Messbereich zu realisieren ist es erforderlich, dass die einzelnen Teilstrahlen unter verschiedenen Winkeln auf die Grenzfläche bzw. die Messfläche auftreffen. Das wird üblicherweise dadurch erreicht, dass eine annähernd punktförmige Lichtquelle auf diese Fläche abgebildet wird. Aus dem Messprisma tritt somit ein divergentes Strahlenbündel, welches in weiterer Folge auf einen Zeilendetektor abgebildet wird. Die Verteilung der Intensität in Abhängigkeit des Winkels innerhalb dieses Bündels ergibt sich aus den Fresnelschen Formeln.

Der Grenzwinkel der Totalreflexion ist innerhalb dieser eindimensionalen Intensitätsverteilung als definierte Kante detektierbar. Eine genaue Betrachtung zeigt, dass die zweidimensionale Intensitätsverteilung am Ort des Detektors nicht die Form einer

Der Messbereich eines Refraktometers wird durch den Brechungsindex des Prismenmaterials und die Breite der Winkelverteilung definiert welche auf dem Detektor abbildbar ist.

Wenn der Messbereich sehr groß sein soll wird auch dieser Winkelbereich sehr breit. Dem möglichen Messbereich eines Refraktometers sind somit aufgrund der Geometrie Grenzen gesetzt. Um etwa einen Messbereich von 1,26 bis 1,73 mit einem Saphirprisma zu realisieren, muss der Einfallswinkel des Lichts auf die Grenzfläche einen Bereich von 45° bis 78° überstreichen. Eine derartige Anordnung kann mit den aus dem Stand der Technik bekannten Refraktometern und mit den bisher bekannten Prismen nicht realisiert werden, da bei diesen ein Teil der ein- und ausfallenden Strahlen aufgrund der großen erforderlichen Winkeldifferenzen bereits überlappen würden.

Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Prozessrefraktometer ist deren inhärente Empfindlichkeit gegen mechanische Verschiebungen im Bereich des Abbildungspfads

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Messung des Brechungsindex in einem Prozessrefraktometer zu ermöglichen, bei der es trotz Temperaturänderungen zu keinen derartigen Messfehlern kommt. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, die Messgenauigkeit bzw. die Auflösung am Detektor zu erhöhen und ein Refraktometer mit einfachem und robustem Aufbau bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass das Messprisma rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei das Messprisma eine um die Rotationsachse des Prismenkörpers des Messprismas umlaufende asphärische, insbesondere als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildete, Strahlleitfläche aufweist, wobei die Strahlleitflache derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl auf der Rotationsachse fokussiert wird, sodass sich der Intensitätsverlauf des Messstrahls als Kreisbogen, insbesondere ein Kreisring, am Detektor abbildet, und dass der Radius des Kreisbogens ermittelt und zur Bestimmung Grenzwinkels der Totalreflexion herangezogen wird.

Messprisma anzuordnen.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert:Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Strahlleitfläche derart als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildet ist, dass der von der Lichtquelle abgestrahlte Messstrahl, insbesondere Achsparallel zur Rotationsachse des Prismenkörpers, in das Messprisma eintritt und in die Messfläche, insbesondere den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse und Messfläche, fokussiert wird, sodass der Messstrahl nach dem Kontakt mit der Messfläche an der Strahlleitfläche reflektiert wird und insbesondere kollimiert aus dem Messprisma austritt, und am Detektor, insbesondere dem Flächendetektor, einen Kreis und/oder Kreisring des Intensitätsverlaufs abbildet. Bei Verwendung eines Zeilendetektors entsteht ein Intensitätsplateau, deren Kanten dem Durchmesser des Kreisringes entsprechen. Dadurch ist es z.B. mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen möglich, den Radius bzw. Durchmesser des Kreises und somit den Brechungsindex einfach zu ermitteln. Es ist evident, dass bei der Bestimmung des Durchmessers eines Kreises die Lage dessen Mittelpunkts bzw. die Lage des Detektors relativ zur optischen Achse nicht von Bedeutung ist. Das System ist somit unempfindlich gegen mechanische Verschiebungen des Detektors.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Messstrahl durch die Lichtquelle und, insbesondere die Beleuchtungs- und Fokussieroptik, derart ausgebildet ist, dass der Messstrahl symmetrisch um die Rotationsachse des Messprismas parallel zu diesem in das Messprisma eintritt. Ein großer Vorteil dieser Anordnung ergibt sich aufgrund der niedrigen Eintritts- bzw. Austrittsapertur in das Messprisma. Durch den kollimierten Strahlengang kann die Optik vergleichsweise schlank und lang ausgeführt werden, was für den Einsatz in einem Prozessmessgerät eine erstrebenswerte Eigenschaft darstellt. Trotz der schlanken Ausführung kann das System so ausgelegt werden, dass ein sehr großer Messbereich möglich ist.

verläuft.

Eine alternative Ausbildung kann bereitgestellt werden, wenn das Messprisma als Hohlkörper ausgebildet ist und die Strahlleitfläche das Innere des Hohlkörpers begrenzt, wobei innerhalb des Hohlkörpers ein halbkugelförmiger Messkörper, insbesondere auf der Rotationsachse, angeordnet ist, der sich von der Messfläche ins Innere des Hohlkörpers erstreckt, und wobei die Strahlleitfläche im Inneren des Hohlkörpers derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl auf den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse und Messfläche, insbesondere den Mittelpunkt der Messfläche, fokussiert wird.

Das Verfahren ermöglicht eine besonders schlanke Ausbildung, wenn die Lichtquelle und, insbesondere Beleuchtungs- und Fokussieroptik, derart ausgebildet ist, dass der aus dem Messprisma austretende Messstrahl symmetrisch um die Rotationsachse des Messprismas parallel zu diesem aus dem Messprisma austritt und mittels eines Strahlteilers von dem in das Prisma einfallenden Messstrahl getrennt und auf den Detektor geleitet wird, wobei insbesondere die Lichtquelle und die Beleuchtungsoptik, das Messprisma, der Strahlteiler und der Detektor in der Rotationsachse des Messprismas koaxial angeordnet sind.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Strahleintrittsfläche und/oder die Strahlaustrittsfläche des Messprismas als sphärische oder asphärische Fläche ausgebildet sind oder dass, eine an die Strahleintrittsfläche und/oder die Strahlaustrittsfläche

angrenzende Sammel- oder Zerstreuungslinse angeordnet ist

Um den Brechungsindex noch genauer bestimmen zu können kann vorgesehen sein, dass der Messstrahl zumindest zwei, insbesondere genau zwei, Mediumsberührungen erfährt, wobei die Strahlleitfläche als Messfläche ausgebildet ist. Die Intensitätsverteilung am Detektor ist durch diese Ausbildung nicht mehr ein heller Kreis, sondern ein heller Kreisring. Der mittlere Durchmesser dieses Kreisrings korrespondiert mit dem Einfallswinkel des Messstrahls und ist unabhängig vom Index des Mediums. Die „Breite“ des Kreisrings, also die Differenz zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser, dagegen ist abhängig vom Brechungsindex der zu vermessenden Probe — je geringer dieser ist, desto breiter wird der Kreisring. Der Vorteil dieser Ausführung ist, dass der Index aus dem Verhältnis Breite

Die als Messfläche ausgebildete Strahlleitfläche wird bevorzugt so ausgelegt, dass jene Teilstrahlen, welche nach der ersten Reflexion bzw Mediumsberührung genau normal auf die Achse (welche Achse?) stehen unter einem Winkel einfallen, welcher in jedem Fall größer ist als der kritische Winkel. Dieser Winkel soll im Folgenden als Auslegungswinkel da bezeichnet werden.

Wenn der Auslegungswinkel aa größer als 45° ist, dann wird die die Strahlleitfläche bevorzugt als Hyperboloid ausgeführt, wobei die sogenannte konische Konstante k dieses Hyperboloids aus dem Auslegungswinkel sich nach k = -tan’oa errechnet. Der Scheitelkrümmungsradius R der Hyperbel kann beliebig gewählt werden. Das auf die nunmehr hyperbolische Strahlleitfläche bzw Messfläche einfallende Strahlenbündel muss konvergent und auf den zweiten, jenseits des Scheitels des Hyperboloids liegenden Brennpunkt fokussiert sein. Dann werden alle Strahlen nach der ersten Mediumsberührung auf den innerhalb des Hyperboloids auf der Achse liegenden ersten Brennpunkt fokussiert und streben von dort aus einer zweiten Mediumsberührung zu. Nach diesem zweiten Reflex bzw der zweiten Mediumsberührung propagiert dieses Strahlenbündel als divergentes, scheinbar vom zweiten Brennpunkt ausgehendes Bündel fort.

Wenn der Auslegungswinkel exakt gleich 45° ist, dann wir die als Messfläche ausgebildete Strahlleitfläche als Paraboloid ausgeführt, die konische Konstante ist exakt -1. Das auf die vor dem ersten Reflex bzw de ersten Mediumsberührung auf die Messfläche einfallende Strahlenbündel ist ein Parallelstrahl und darüber hinaus parallel zur optischen Achse. Dasselbe gilt für das nach dem zweiten Reflex bzw der zweiten Mediumsberührung aus dem Messprisma austretende Strahlenbündel.

Wenn der Auslegungswinkel kleiner als 45° ist, wird die Strahlleitfläche bevorzugt als Ellipsoid ausgeführt, die konische Konstante ergibt sich wie beim Hyperboloid zu k = tan’cxa. Das auf die Messfläche auftreffende Strahlenbündel ist vor dem ersten Reflex bzw der ersten Mediumsberührung divergent, dessen scheinbarer Quellpunkt muss mit dem zweiten, weiter vom Medium abgewandten Brennpunkt des Ellipsoids übereinstimmen. Nach der ersten Mediumsberührung wird das Strahlenbündel in den ersten, dem Medium näherliegenden Brennpunkt fokussiert und ein zweites Mal reflektiert bzw erfährt die zweite Mediumsberührung. Nach diesem zweiten Reflex ist das Messtrahlenbündel konvergent

und wird auf den zweiten Brennpunkt fokussiert.

Bevorzugt kann vorgesehenen sein, dass der Detektor als Zeilen- oder Flächendetektor ausgebildet ist, wobei jedem Pixel des Detektors ein Einfallswinkel auf die Messfläche des jeweils auf den Detektor auftreffenden Strahls zugeordnet ist.

Eine besonders einfache Bestimmung des Brechungsindex kann für ein Rotationsparaboloid erreicht werden, wenn der Grenzwinkel der Totalreflexion und damit der Einfallswinkel, unter dem der jeweilige Strahl des Messstrahls von der Messfläche reflektiert wird, über den Abstand r des jeweiligen Teilstrahls zur Rotationsachse mit dem dieser Strahl aus dem des Messprisma an der Strahlaustrittfläche austritt, bestimmt wird, wobei der Einfallswinkel aus dem Radius des Kreises r insbesondere mittels nachfolgender Gleichung über den Scheitelkrümmungsradius R und den Abstand des jeweiligen Strahls r bestimmt wird:

sin X SS SEE

FS & SS

Alle Teilstrahlen welche in der Mitte der Messfläche unter einem Winkel « einfallen treten aus dem Messprisma mit demselben Achsabstand r aus, somit liegen die Durchstoßpunkte dieser Strahlen durch die Austrittsfläche auf einem Kreis.

7725

Eine einfache Möglichkeit der Auswertung ergibt sich durch die Zuordnung der Radien der Strahlen in Bezug auf die Prismenachse zu Grenzwinkeln der Totalreflexion mit einer Reihe von Kalibrationsfluiden mit bekannten Brechungsindex.

Es ist weiters Aufgabe der Erfindung, ein Refraktometer zu schaffen, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach durchgeführt werden kann und die Messung des Brechungsindex in einem Prozessrefraktometer einfach ermöglicht wird. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung durch äußere Einflüsse wie beispielsweise Temperatur, Druck, Mediengeschwindigkeit etc. bedingte Messfehler zu beseitigen und die Messgenauigkeit bzw. die Auflösung am Detektor zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Messprisma rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei das Messprisma eine um die Rotationsachse des Prismenkörpers des Messprismas umlaufende asphärische, insbesondere als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildete, Strahlleitfläche aufweist, wobei die Strahlleitflache derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl auf der Rotationsachse fokussiert wird, sodass sich der Intensitätsverlauf des Messstrahls als Kreisbogen, insbesondere ein Kreisring, am Detektor abbildet.

Vorteil des erfindungsgemäßen Refraktometers ist, dass sich durch den Einsatz eines asphärisch ausgebildeten Messprismas, insbesondere Paraboloids, Hyperboloides, oder Ellipsoids, anstatt eines ebenflächig begrenzten Prismas gleichzeitig eine hohe numerische Apertur des Strahlengangs im Bereich der Messfläche und somit ein großer Messbereich realisieren lässt und dabei der Strahlengang außerhalb des Prismas eine sehr geringe Divergenz aufweist. Weiters kann die Beleuchtungs- und Abbildungsoptik somit relativ einfach und flexibel gestaltet werden. Insbesondere ist es möglich, die thermisch empfindlichen optoelektronischen Komponenten in einem größeren Abstand zum Messprisma anzuordnen. Weiters ist das Prisma des erfindungsgemäßen Refraktometers rotationssymmetrisch und dadurch im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Prismen einfach in eine Prozesslinie zu integrieren und auch einfach

abzudichten.

Eine kompakte Bauform des Refraktometers kann bereitgestellt werden, wenn die Lichtquelle, die Beleuchtungs- und Fokussieroptik, die Abbildungsoptik und das Messprisma auf einer Achse, insbesondere der Rotationsachse des Prismas, angeordnet sind. Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, dass sich alle Komponenten des Systems auf der Rotationsachse befinden und der Durchmesser der Anordnung somit klein bleibt. Der Strahlengang von ein- und ausfallendem Strahl ist somit rotationssymmetrisch um die Rotationsachse. Eine einfache Ausbildung des Messprismas kann bereitgestellt werden, wenn das Messprisma als Paraboloid-, Hyperboloid- oder Ellipsoidstumpf, ausgebildet ist, wobei der Scheitel der Strahlleitfläche durch die senkrecht zur Rotationsachse des Prismenkörpers, insbesondere symmetrisch um die Rotationsachse des Messkörpers, angeordnete Messfläche stumpfförmig abgeflacht ist, wobei die Messfläche insbesondere durch den Brennpunkt des Paraboloids oder einen Brennpunkt des Hyperboloids oder Ellipsoids verläuft.

Eine weitere Ausführungsform des Refraktometers kann bereitgestellt werden, wenn das Messprisma als Hohlkörper ausgebildet ist und die Strahlleitfläche das Innere des Hohlkörpers begrenzt, wobei innerhalb des Hohlkörpers bevorzugt ein halbkugelförmiger Messkörper, insbesondere auf der Rotationsachse, angeordnet ist, der sich von der Messfläche ins Innere des Hohlkörpers erstreckt, und wobei die Strahlleitfläche derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl auf den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse und Messfläche, insbesondere den Mittelpunkt der Messfläche, fokussiert

wird.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ergibt sich aufgrund der niedrigen Eintritts- bzw. Austrittsapertur in das Messprisma. Durch den „parallelen“ Strahlengang kann die Optik vergleichsweise schlank und lang ausgeführt werden. Trotz der schlanken Ausführung kann das System so ausgelegt werden, dass ein sehr großer Messbereich möglich wird.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungs- und Fokussieroptik, das Messprisma und der Detektor in der Rotationsachse des Messprismas koaxial angeordnet

Um die Messstrahlen vorteilhaft ablenken oder fokussieren zu können, kann vorgesehen sein, dass die Strahleintrittsfläche und/oder die Strahlaustrittsfläche des Messprismas als sphärische oder asphärische Fläche ausgebildet sind oder dass, eine an die Strahleintrittsfläche und/oder die Strahlaustrittsfläche angrenzende Sammel- oder Zerstreuungslinse angeordnet ist

Eine besonders gegen thermische Einflüsse unempfindliche Ausführungsform kann bereitgestellt werden, wenn das Messprisma derart angeordnet ist, dass das Messprisma in die zu messende Probe hineinragt, und dass die Strahlleitfläche derart als Messfläche ausgebildet ist, dass der Messstrahl zumindest zwei, insbesondere genau zwei, Mediumsberührungen erfährt.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Strahlaustrittsfläche eine Maßverkörperung, insbesondere eine Skala angebracht ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Detektors sieht vor, dass der Detektor als Zeilen- oder Flächendetektor ausgebildet ist, wobei jedem Pixel des Detektors ein Winkel oder Radius des jeweils auf den Detektor auftreffenden Strahls zugeordnet ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Refraktometers,

Fig. 2 zeigt ein Messprisma der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Refraktometers gemäß Fig. 1 in einer schematischen Ansicht,

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Refraktometers in schematischer Ansicht,

Fig. 4 zeigt eine optionale Ausführungsform des Messprismas,

Fig. 5 zeigt eine schematische Skizze zur Erläuterung der Auswertung für ein Messprisma mit parabolischer Strahlleitfläche,

Fig. 6 zeigt einen kreisbogenförmigen Intensitätsverlauf am Detektor,

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Messprismas für zwei Medienberührungen, und Fig. 8 zeigt eine kreisringförmigen Intensitätsverlauf am Detektor.

In Fig. 1 ist eine erste schematisch dargestellte Ausführungsform der Erfindung abgebildet. Das Refraktometer ist zur Ermittlung des Brechungsindex durch Bestimmung des Grenzwinkels der Totalreflexion in einer flüssigen Probe ausgebildet und umfasst eine Lichtquelle 1 von der ein Messstrahl 8 abgestrahlt wird. Der Messstrahl 8 besteht aus einer Anzahl von als Strahlenbündel von der Lichtquelle 1 abgestrahlten Teilstrahlen S1, 82, .... Der von der bei dieser Ausführungsform annähernd punktförmigen Lichtquelle 1 ausgestrahlte Messstrahl 8 wird dann durch eine Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2, bei dieser Ausführungsform eine Linse, fokussiert. Von der Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2 tritt der fokussierte Messstrahl 8 in ein Messprisma 3 ein. Das Messprisma 3 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und weist eine um die Rotationsachse 37 des Prismenkörpers 32 umlaufende asphärische, als Parabel ausgebildete Strahlleitfläche 33 auf, sodass das Messprisma 3 als Paraboloidstumpf ausgebildet ist (Fig. 2). Das Messprisma 3 grenzt mit einer Messfläche 31 an die zu vermessende Probe. Der Messstrahl 8 erfährt an der Messfläche 31 bzw. Grenzfläche eine Mediumsberührung, wird also an der Messflächen 31 teilweise reflektiert. Der Messstrahl 8 bzw. die einzelnen Teilstrahlen S1, S2, ... des Messstrahls 8 treten über eine Strahleintrittsfläche 35 des Messprismas 3 in das Messprisma 3 ein und treten dann nach der Mediumsberührung an der Messfläche 31 über eine Strahlaustrittsfläche 36 aus dem Messprisma 3 aus. Die Strahlleitfläche 33 bzw. das Messprisma 3 ist so ausgebildet, dass der Messstrahl 8 bzw. die einzelnen Teilstrahlen S1, S2, ... auf die Rotationsachse 37 in die Messfläche 31

fokussiert werden.

Das Messprisma 3 ist bei der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsform als Paraboloidstumpf ausgebildet. Der Scheitel der Strahlleitfläche 33 ist durch die Messfläche 31 begrenzt bzw. stumpfförmig abgeflacht. Die Messfläche 31 ist senkrecht zur Rotationsachse 37 des Prismenkörpers 32 symmetrisch um die Rotationsachse 37 des Messkörpers 32 bzw. des Messprismas 3 angeordnet. Die Messfläche 31 verläuft dabei durch den Brennpunkt des als Paraboloid ausgebildeten Messprismas 3, sodass die Teilstrahlen S1, S2, ... des Messstrahls 8 in den Brennpunkt, also auf den Schnittpunkt der Rotationsachse 37 mit der Messfläche 31, fokussiert werden.

Beim Austritt aus dem Messprisma 3 wird der Messstrahl 8 bzw. der nicht in die Probe eingetretene Anteil des Messstrahls 8 über eine Abbildungsoptik 2, 5 auf einen Detektor 4 geleitet. Der Intensitätsverlauf des an der Messfläche 31 reflektierten Messstrahls 3 bildet sich dann als Kreisbogen am Detektor 4 ab (Fig. 6). In weiter Folge wird dann der Radius des Kreisbogens ermittelt und dieser zur Bestimmung Grenzwinkels der Totalreflexion herangezogen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Lichtquelle 1 optional quer bzw. 90° zur Rotationsachse 37 des Messprismas 3 angeordnet sein und beispielsweise über einen Spiegel bzw Ablenkspeigel 13 oder Strahlteiler in die Rotationsachse 37 des Messprismas 3 bzw. in die Achse der Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2 abgelenkt werden. Die Lichtquelle 1 ist bei dieser Ausführungsform auch zwischen der Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2 angeordnet, sodass eine kompakte Bauform bereitgestellt wird. Der Messstrahl 8 wird somit von der Lichtquelle 1 abgestrahlt, trifft auf den Spiegel 13 auf, wird über der Beleuchtungsund Fokussieroptik 2 in das Messprisma 3 eingestrahlt und von diesem dann wieder über die Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2 zur Abbildungsoptik 5 abgestrahlt und trifft dann auf den Detektor 4.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Refraktometers in schematischer Ansicht. Die Lichtquelle 1 ist bei dieser Ausführungsform ebenfalls in der Rotationsachse 37 des Messprismas 3 angeordnet. Der Messstrahl 8 wird dann über einen Strahlteiler bzw. Spiegel 13 über die Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2 in das Messprisma 3 eingestrahlt. Bei dieser Ausführungsform sind alle Elemente des Refraktometers also, die Lichtquelle 1, die Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2, das Messprisma 3, die Abbildungsoptik 5 und der Detektor 4 auf der Rotationsachse 37 des Messprismas 3 bzw. koaxial zu diesem angeordnet, wodurch eine besonders kompakte

Bauform erreicht wird.

Zwischen dem Messprisma 3 und dem Detektor 4 kann wie in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt optional eine Lochblende 14 angeordnet sein, um Streulicht oder Reflexe im Messstrahl 8

zu unterdrücken.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform des Messprismas 3 dargestellt. Das Messprisma 3 ist als Hohlkörper bzw. Hohlreflektor ausgebildet, wobei die Strahlleitfläche 33 des Messprismas 3 das Innere des Hohlkörpers begrenzt. Die Strahlleitfläche 33 bildet somit das Innere des Prismas 3 ab, sodass der Messstrahl 8 nicht im Inneren des Messprismas 3 an der parabolisch ausgebildeten Strahlleitfläche 33, sondern zwischen der

im Inneren des Hohlkörpers befindlichen Luft und dem Material des Messprismas 3 bzw. der Strahlleitfläche 33, abgelenkt wird. Die Messfläche 31 begrenzt das Messprisma 3 und ist senkrecht zur Rotationsachse 37 angeordnet und verläuft durch den Brennpunkt der Strahlleitfläche 33. Innerhalb des Hohlkörpers ist weiters ein halbkugelförmiger bzw. als Hemisphäre ausgebildeter Messkörper 39 auf der Rotationsachse 37 des Messprismas 3 angeordnet. Der Messkörper 39 ist symmetrisch um die Rotationsachse 37 angeordnet und erstreckt sich von der Messfläche 31 ins Innere des Hohlkörpers. Die Strahlleitfläche 33 lenkt den Messstrahl 8 in den Messkörper 8 ab, sodass dieser dann in der Messfläche 31, bzw. an der Grenzfläche zwischen dem Messprisma 3 und er Probe die Mediumsberührung erfährt. Der Messstrahl 8 wird somit auf den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse 37 und der Messfläche in den Mittelpunkt Messkörpers 39 fokussiert.

Bei den in Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Refraktometers wird der Messstrahl 8 parallel zu der Rotationsachse 37 des Messprismas 3 bzw. des Prismenkörpers 32 in das Mesprismas 3 eingestrahlt. Durch die parabolische Ausbildung der Strahlleitfläche 33 wird der Messstrahl 8 in den Brennpunkt, also auf die Messfläche 31 fokussiert und dann nach der Mediumsberührung reflektiert. Der Messstrahl 8 tritt an der Strahleintrittsfläche 35 achsparallel zur Rotationsachse 37 der parabolischen Strahlleitfläche 33 ein und wird durch die parabolische Ausbildung nach der Mediumsberührung nach der zweiten Reflektion an der Strahlleitfläche 33 auch wieder achsparallel bzw. kollimiert an der Strahlaustrittsfläche 36 aus dem Messprisma 3 ausgestrahlt.

Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt wird der Messstrahl 8 von der Lichtquelle 1 als Strahlenbündel um die Achse des Messtrahls 8 gespiegelt ausgestrahlt. Durch die Anordnung der Beleuchtungs- und Fokussieroptik 2 bzw. der Lichtquelle 1 wird der Messstrahl 8 auch koaxial in das Messprisma 3 eingestrahlt, sodass der Messstrahl 8 bzw. die Teilstahlen S1, S2, ... gespiegelt um die Rotationsachse 37 in das Messprisma 3 eintritt. Der Messstrahl 8 bzw. ein Anteil der Teilstrahlen S1, S2, ... des Strahlenbündels wird dann an der Strahlleitfläche 33 in den Brennpunkt bzw. die im Brennpunkt angeordnete Messfläche 31 fokussiert und dort mit der Probe in Kontakt gebracht.

Bei der Mediumsberührung tritt jeweils der unter einem geringeren als dem Grenzwinkel Arie Eintreffende Anteil der Teilstrahlen S1, S2 in die Probe ein, wobei der restliche Teil des Messstrahls 8 an der Messfläche 31 reflektiert wird. Die einzelnen Teilstahlen S1, 82, ... treffen jeweils in der Mediumsberührung mit dem Einfallswinkel ae, 0e2, ... auf. Der Der

reflektierte Anteil des Messstrahls 8 wird dann nach der Mediumsberührung an der

Strahlleitfläche 33 ein zweites Mal reflektiert und aus dem Messprisma 3 parallel zur Rotationsachse 37 an den Detektor 4 abgestrahlt.

Dadurch dass die gesamte Strahleintrittsfläche 35 des Messprismas 3 von dem Messstrahl 8 erfüllt wird, ist auch die deckungsgleiche Strahlaustrittsfläche 36 vollständig von dem aus dem Messprisma 3 austretenden Abbildungsstrahl erfüllt. Das in das Messprisma 3 einfallende bzw. ausfallende Strahlenbündel sind deckungsgleich.

Am Detektor 4 wird durch die Fokussierwirkung der parabolischen Strahlleitfläche 33 bzw. dem parabolisch ausgebildeten Mesprisma 3 der Intensitätsverlauf als Kreis oder Kreisbogen abgebildet. (Fig. 6) Der Radius des Kreises bzw. des Kreisbogens wird dann zur Auswertung des Grenzwinkels der Totalreflektion bzw. zur Bestimmung des

Brechungsindex der Probe herangezogen.

Der Detektor 4 ist bevorzugt bei erfindungsgemäßen Refraktometern als Zeilen- oder Flächendetektor ausgebildet. Jedem Pixel des Detektors 4 ist ein Einfallswinkel Ae1, Oe2, ... an der Messfläche 31 des auf den Detektor 4 auftreffenden Messstrahls 8 bzw. der einzelnen Teilstrahlen S1, S2, ... des Messstrahls 8 zugeordnet. Somit wird die Position der einzelnen Teilstrahlen S1, S2, ... des Messstrahls 8 am Detektor 4 den jeweiligen Einfallswinkeln der Teilstrahlen S1, S2, ... zugeordnet.

Alternativ kann jedem Pixel des Detektors 4, beispielsweise über dessen Lage am Detektor 4, der Radius an dem der Teilstrahl S1, S2, ... aus dem Messprisma 3 austritt zugeordnet sein. Der Radius des auf den Detektor 4 auftreffenden Messstrahls 8 bzw. der einzelnen Teilstrahlen S1, S2, ... des Messstrahls 8 sind einzelnen Pixeln zugeordnet und so kann die sich am Detektor abbildende Intensitätsverteilung der Teilstrahlen S1, S2, ... am Detektor

4 ausgewertet werden.

Die Zuordnung der Pixel bzw. der Lage am Detektor 4 zu den Winkeln und Radii kann aber auch z.B: durch Kalibration mit verschiedenen bekannten Brechungsindizes oder mittels einer optischen Simulation, beispielsweise dem inverse ray tracing, erfolgen. Somit erfolgt stets die Zuordnung der Position der auf den Detektor 4 auftreffenden Strahlen S1, S2, ...zu dem unter dem bestimmten Winkel bzw Radius auf den Detektor 4 auftreffenden Teilstrahlen S1, S2, ... .

Die Auswertung des Messstrahls 8 bzw. der Intensitätskannten kann beispielsweise wie nachfolgend beschrieben erfolgen (Fig. 5):

Erfindungsgemäß wird die asphärische, reflektierende Strahlleitfläche 33 dazu genutzt die von der Messfläche 31 ausgehenden reflektierten stark divergenten Strahlen zu kollimieren.

Am Austritt des Messprismas 3 besteht eine feste Beziehung zwischen dem Abstand beziehungsweise dem Radius r des jeweiligen reflektierten Teilstrahls S1, S2, ... (Fig. 5) von der optischen Achse bzw. der Rotationsachse 37 des Messprismas 3 und dem Einfallswinkel a dieses Strahls an der Messfläche 31. Ein Paraboloid ist durch die Angabe des Scheitelkrümmungsradius R eindeutig festgelegt, somit ergibt sich für den Zusammenhang zwischen Winkel a und Abstand des Teilstrahls S1, S2, ... von der Rotationsachse 37 die Beziehung: PR

x a : SE NRKK IR N SUN HR Rs IS >

3

Alternativ zu den in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen mit einer Messfläche 31, kann die Strahlleitfläche 33 selbst auch, wie in Fig. 7 dargestellt, als Messfläche 31 ausgebildet sein. Der jeweilige Strahl S1, S2, ... erfährt somit an der asphärisch ausgebildeten Strahlleitfläche 33 bzw. der asphärisch ausgebildeten Messfläche 31 zwei Mediumsberührungen. Durch die asphärische, beispielsweise wie in Fig. 7 dargestellte hyperbolische Form der Messfläche 31 bzw. der Strahlleitfläche 33, haben die Strahlen S1, S2, bei den Reflexionen bzw. Mediumsberührungen an der Messfläche 31 denselben Einfallswinkel. Aus Gründen der Symmetrie stehen die Strahlen S1, S2, ... zwischen den beiden Mediumsberührungen exakt normal auf die Rotationsachse 37 des Messprismas.

Das Messprisma bzw. die asphärisch ausgebildete Messfläche 31 bzw. die Strahlleitfläche 33 sind dabei so ausgelegt, dass der Einfallswinkel ae;, Ae2, ... der Teilstrahlen S1, S1, ... immer größer als der höchstmögliche Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Der Einfallswinkel Oe1, Ae2, ... der Teilstrahlen S1, S2, ... ist bei der in der Fig. 7 dargestellten Ausführungsform nicht Achsparallel, dies hat zur Konsequenz, dass für die asphärische Messfläche 31 bei Einfallswinkeln der, Ae2z , ... kleiner als 45° erfindungsgemäß ein Ellipsoid und für Auslegungswinkel größer als 45° erfindungsgemäß ein Hyperboloid vorgesehen ist. Bei einem Einfallswinkeln Ae1, Ae2, ... VON exakt 45° nimmt die asphärische Fläche die Form eines Paraboloids an. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird durch die doppelte Reflexion des Messstrahls 8 an der Strahlleitfläche 33 bzw. der Messfläche 31 anstelle des Kreisbogens bzw. des Kreises ein Kreisring, wie in Fig. 8 dargestellt, am

Detektor 7 abgebildet. Die Breite des Kreisringes wird dann zur Bestimmung des Brechungsindex herangezogen.

Vorteilhafterweise kann bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Refraktometers der Fig. 1 bis 7 die Strahleintrittsfläche 35 bzw. Strahlaustrittsfläche 37 des Messkörpers 3 konvex bzw. konkav ausgebildet sein, sodass die Strahlenbündel bzw. die Teilstrahlen S1, S2, ... außerhalb des Messprismas 3 achsparallel, also parallel zur Rotationsachse 37 des Messprismas 3 verlaufen. Alternativ kann auch einer Sammel- bzw. Zerstreuungslinse unmittelbar neben bzw. nach der Strahleintrittsfläche 35 bzw. Strahlaustrittsfläche 37 angeordnet sein oder alternativ die Brechkraft durch Anordnung weiterer Elemente auf mehrere Flächen verteilt werden, um dadurch die Aberrationen

gering zu halten.

Eine weitere optionale Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Refraktometers sieht vor, dass an der Strahleintrittsfläche 35 und/oder der Strahlaustrittsfläche 35 des Messprismas 3 eine Skala angeordnet ist. Die Skala kann beispielsweise durch Aufdampfen von Chrom oder mittels einer Laser-Gravur ausgebildet werden. Wie zuvor beschrieben wird der Intensitätsverlauf bzw. Fresnelkurve bzw. der „Fresnelkreis“ scharf auf Strahlaustrittsfläche 36 und anschließend weiter auf den Detektor 4 abgebildet. Wenn nun gleichzeitig auch die Skala, welche sich auf der Strahlaustrittsfläche 36 befindet auf den Detektor 4 abgebildet wird, kann der Abbildungsmaßstab der Optik jederzeit berechnet und somit dessen Einfluss auf die Messung kompensiert werden. Das System ist somit inhärent unempfindlich gegen jeglichen thermomechanischen Einfluss, welcher eine Änderung des Abbildungsmaßstabs oder eine Dejustierung des Systems verursachen könnte!

Alternativ zu den in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen kann die Asphärisch ausgebildete Strahlleitfläche 33 auch als Hyperboloid oder Ellipsoid ausgebildet sein. Bei Hyperboloiden und Ellipsoiden sind die Teilstrahlen S1, S2, ... nach der Reflexion an der Strahlleitfläche 33 nicht mehr achsparallel, jedoch kann auch für diese Fälle für jeden Ort entlang der Rotationsachse 37 ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Winkel a und Achsenabstand r dargestellt werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Bestimmung des Brechungsindex in einer flüssigen Probe

   - wobei von einer Lichtquelle (1) ein Messstrahl (8) mit einer Anzahl von Teilstrahlen (S1, S2, ...) als Strahlenbündel abgestrahlt wird,

   - wobei der Messstrahl (8) insbesondere über eine Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2), in ein Messprisma (3) eingestrahlt wird,

   - wobei das Messprisma (3) zumindest eine Messfläche (31) aufweist an der der Messstrahl (8) mit der zu vermessenden Probe in Kontakt gebracht wird und eine Mediumsberührung erfährt,

   - und wobei das Messprisma (3) zumindest eine Strahleintrittsfläche (35) und eine Strahlaustrittsfläche (36) aufweist,

   - und wobei der Messstrahl (8) nach der Mediumsberührung, insbesondere über eine Abbildungsoptik 5, auf einen Detektor (4) abgelenkt wird,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   - das Messprisma (3) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei das Messprisma (3) eine um die Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32) des Messprismas (3) umlaufende asphärische, insbesondere als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildete, Strahlleitfläche (33) aufweist, wobei die Strahlleitflache (33) derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl (8) auf der Rotationsachse (37) fokussiert wird, sodass sich der Intensitätsverlauf des Messstrahls (3) als Kreisbogen, insbesondere ein Kreisring, am Detektor (4) abbildet, und dass der Radius des Kreisbogens ermittelt und zur

   Bestimmung Grenzwinkels der Totalreflexion herangezogen wird.

   2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlleitfläche (33) derart als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildet ist, dass der von der Lichtquelle (1) abgestrahlte Messstrahl (8), insbesondere Achsparallel zur Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32), in das Messprisma (3) eintritt und in die Messfläche (31), insbesondere den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse (37) und Messfläche (31), fokussiert wird, sodass der Messstrahl (8) nach dem Kontakt mit der Messfläche (3) an der Strahlleitfläche (33) reflektiert wird und insbesondere kollimiert aus dem Messprisma (3) austritt, und am Detektor (4) einen Kreisring des Intensitätsverlaufs abbildet.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (8) durch die Lichtquelle (1) und, insbesondere die Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2),

   derart ausgebildet ist, dass der Messstrahl (8) symmetrisch um die Rotationsachse (34) des Messprismas (3) parallel zu diesem in das Messprisma (3) eintritt.

   4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Messprisma (3) als Paraboloid-, Hyperboloid- oder Ellipsoidstumpf, ausgebildet ist, wobei der Scheitel der Strahlleitfläche (33) durch eine senkrecht zur Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32), insbesondere symmetrisch um die Rotationsachse (37) des Messkörpers (32), angeordnete Messfläche (31) stumpfförmig abgeflacht ist, wobei die Messfläche (31) insbesondere durch den Brennpunkt des Paraboloids oder einen Brennpunkt des Hyperboloids oder Ellipsoids verläuft.

   5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messprisma (3) als Hohlkörper ausgebildet ist und die Strahlleitfläche (33) das Innere des Hohlkörpers begrenzt, wobei innerhalb des Hohlkörpers ein halbkugelförmiger Messkörper (39), insbesondere auf der Rotationsachse (37), angeordnet ist, der sich von der Messfläche (31) ins Innere des Hohlkörpers erstreckt, und wobei die Strahlleitfläche (33) im Inneren des Hohlkörpers derart asphärisch ausgebildet ist dass der Messstrahl (8) auf den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse (37) und Messfläche (31), insbesondere den Mittelpunkt der Messfläche (31), fokussiert

   wird.

   6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) und, insbesondere Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2), derart ausgebildet ist, dass der aus dem Messprisma (3) austretende Messstrahl (8) symmetrisch um die Rotationsachse (37) des Messprismas (3) parallel zu diesem aus dem Messprisma (3) austritt und mittels eines Strahlteilers (11) von dem in das Prisma einfallenden Messstrahl (8) getrennt und auf den Detektor (4) geleitet wird, wobei insbesondere die Lichtquelle (1) und die Beleuchtungsoptik (2), das Messprisma (3), der Strahlteiler (11) und der Detektor (4) in der Rotationsachse (37) des Messprismas (3) koaxial angeordnet sind.

   7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleintrittsfläche (35) und/oder die Strahlaustrittsfläche (36) des Messprismas (3) als sphärische oder asphärische Fläche ausgebildet sind oder dass, eine an die Strahleintrittsfläche (35) und/oder die Strahlaustrittsfläche (36) angrenzende Sammeloder Zerstreuungslinse angeordnet ist

   8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (8) zumindest zwei, insbesondere genau zwei, Mediumsberührungen

   erfährt, wobei die Strahlleitfläche (33) als Messfläche (31) ausgebildet ist.

   9. Verfahren nach einem der Vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Strahlaustrittsfläche (36) eine Maßverkörperung, insbesondere eine Skala, angebracht ist.

   10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (4) als Zeilen- oder Flächendetektor ausgebildet ist, wobei jedem Pixel des Detektors (4) ein Einfallswinkel auf die Messfläche (@) des jeweils auf den Detektor (4) auftreffenden Strahls (S1, S2, ...) zugeordnet ist.

   11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (a) unter dem der jeweilige Teilstrahl (S1, S2, ...) des Messstrahls (8) von der Messfläche (31) reflektiert wird über den Abstand (r) des jeweiligen Stahls (S1, S2, ...) zur Rotationsachse (37) mit dem der jeweilige Teilstrahl (S1, S2, ...) aus dem des Messprismas (3) an der Strahlaustrittfläche (36) austritt bestimmt wird, wobei der der Einfallswinkel (a) insbesondere mittels nachfolgender Gleichung über den Scheitelkrümmungsradius (R) und den Abstand (r) des jeweiligen Teilstrahls (S1, S2,

   ...) bestimmt wird:

   KEN

   RE > Es + + X

   Sing Ss

   12. Refraktometer, insbesondere Prozessrefraktometer, zur Bestimmung des Brechungsindex in einer flüssigen Probe, insbesondere nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 11,

   - wobei das Refraktometer eine Lichtquelle (1) und ein Messprisma (3), und insbesondere eine Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2) und/oder eine Abbildungsoptik 5, aufweist,

   - wobei das Messprisma (3) zumindest eine Messfläche (31) aufweist an der der von der Lichtquelle (1) ausgestrahlter Messstrahl (8) mit der zu vermessenden Probe in Kontakt bringbar ist und eine Mediumsberührung erfährt,

   - und wobei das Messprisma (3) zumindest eine Strahleintrittsfläche (35) und eine Strahlaustrittsfläche (36) aufweist,

   - und wobei das Refraktometer einen Detektor (4) aufweist, an dem der Messstrahl (8) nach der Mediumsberührung abbildbar ist

   dadurch gekennzeichnet, dass

   - das Messprisma (3) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei das Messprisma (3) eine um die Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32) des Messprismas (3) umlaufende asphärische, insbesondere als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildete, Strahlleitfläche (33) aufweist, wobei die Strahlleitflache (33) derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl (8) auf der Rotationsachse (37) fokussiert wird, sodass sich der Intensitätsverlauf des Messstrahls (3) als Kreisbogen, insbesondere ein Kreisring, am Detektor (4) abbildet.

   13. Refraktometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlleitfläche (33) derart als Parabel, Hyperbel oder Ellipse ausgebildet ist, dass der von der Lichtquelle (1) abgestrahlte Messstrahl (8), insbesondere Achsparallel zur Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32), in das Messprisma (3) eintritt und in die Messfläche (31), insbesondere den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse (37) und Messfläche (31), fokussiert wird, sodass der Messstrahl (8) nach dem Kontakt mit der Messfläche (3) an der Strahlleitfläche (33) reflektiert wird und insbesondere kollimiert aus dem Messprisma (3) austritt.

   14. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1), die Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2), die Abbildungsoptik (5) und das Messprisma (3) auf einer Achse, insbesondere der Rotationsachse (37) des Prismas (3), angeordnet sind.

   15. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messprisma (3) als Paraboloid-, Hyperboloid- oder Ellipsoidstumpf, ausgebildet ist, wobei der Scheitel der Strahlleitfläche (33) durch die senkrecht zur Rotationsachse (37) des Prismenkörpers (32), insbesondere symmetrisch um die Rotationsachse (37) des Messkörpers (32), angeordnete Messfläche (31) stumpfförmig abgeflacht ist, wobei die Messfläche (31) insbesondere durch den Brennpunkt des Paraboloids oder einen Brennpunkt des Hyperboloids oder Ellipsoids verläuft.

   16. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Messprisma (3) als Hohlkörper ausgebildet ist und die Strahlleitfläche (33) das Innere des Hohlkörpers begrenzt, wobei innerhalb des Hohlkörpers ein halbkugelförmiger Messkörper (39), insbesondere auf der Rotationsachse (37),

   angeordnet ist, der sich von der Messfläche (31) ins Innere des Hohlkörpers erstreckt, und wobei die Strahlleitfläche (33) derart asphärisch ausgebildet ist, dass der Messstrahl (8) auf den Schnittpunkt zwischen Rotationsachse (37) und Messfläche (31), insbesondere den Mittelpunkt der Messfläche (31), fokussiert wird.

   17. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs- und Fokussieroptik (2), das Messprisma (3), und der Detektor (4) in der Rotationsachse (37) des Messprismas (3) koaxial angeordnet sind, und wobei das Refraktometer einen Strahlteiler (11) aufweist, und wobei der Strahlteiler (11) derart angeordnet ist, dass der aus dem Messprisma (3) austretende Messstrahl (8) mittels des Strahlteilers (11) von dem in das Messprisma (3) einfallenden Messstrahl (8) trennbar und auf den Detektor (4) leitbar ist.

   18. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleintrittsfläche (35) und/oder die Strahlaustrittsfläche (36) des Messprismas (3) als sphärische oder asphärische Fläche ausgebildet sind oder dass, eine an die Strahleintrittsfläche (35) und/oder die Strahlaustrittsfläche (36) angrenzende Sammeloder Zerstreuungslinse angeordnet ist

   19. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Messprisma (3) derart angeordnet ist, dass das Messprisma (3) in die zu messende Probe hineinragt, und dass die Strahlleitfläche (33) derart als Messfläche (31) ausgebildet ist, dass der Messstrahl (8) zumindest zwei, insbesondere genau zwei, Mediumsberührungen erfährt.

   20. Refraktometer einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Strahlaustrittsfläche (36) eine Maßverkörperung, insbesondere eine Skala angebracht ist.

   21. Refraktometer nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (4) als Zeilen- oder Flächendetektor ausgebildet ist, wobei jedem Pixel des Detektors (4) ein Winkel oder Radius (r) des jeweils auf den Detektor (4) auftreffenden Teilstrahls (S1, S2, ...) zugeordnet ist.