CN107795960B - 测量光源和用于检测反射光谱的测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量光源和用于检测反射光谱的测量系统。用于产生具有均匀的空间照度分布的测量光的测量光源包括空心体(01)，其具有漫反射的内面。在空心体中布置有凹面镜形的凹状照明腔(04)、管状的光成形腔(06)和凹面镜形的凹状光射出腔(07)，它们具有共同的轴线(03)。用于产生光的光源(08)至少部分布置在照明腔中。光射出腔具有光出口(14)。照明腔和光射出腔用它们的凹面镜形状相对而置且通过光成形腔连接。根据本发明，在空心体中布置有用于使被空心体的布置在光射出腔内的内面反射的光穿过光出口向空心体的外部反射的漫反射的反射盘(11)。此外，本发明还涉及一种用于检测样品的绝对反射光谱和用于执行参考测量的测量系统。

Description

测量光源和用于检测反射光谱的测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于产生具有均匀的空间照度分布的测量光的测量光源。本发明还涉及一种用于检测样本的绝对反射光谱和用于执行参考测量(Referenzmessung)的测量系统。该测量系统尤其用于在生产过程中对表面进行光谱探查，以便例如确定表面的颜色或光泽。
背景技术
DE 10 2011 050 969 A1示出了一种用于参考式测量经反射的光的设备，该设备具有空心体，该空心体在其内部具有漫散射的层以及具有光射出开口。该设备能从测量位置转换到校准位置，由此使光射出开口从第一探测轴线进入第二探测轴线。
由DE 10 2010 041 749 A1公知了一种测量装置，其具有沿纵向方向延伸的空腔，该空腔具有朝向样品的开口和许多沿着纵向方向布置的开口。另外的开口被用于光的耦合入。
US 6,422,718 B1、DE 34 31 367 A1和DE 20 2008 012 222 U1以各种实施形式示出了测量光源。
DE 10 2013 219 830 A1教导了一种用于在漫射照明下进行反射测量的光学的设备，该设备包括空心体，空心体具有在其内部的散射光的表面以及具有光射出开口。光射出开口具有旋转对称的形状。
为了检测绝对反射光谱，由现有技术公知了所谓的VW系统和VN系统，通过它们确保参考测量和在样品处的测量仅通过在样品处的反射来区分开。
DE 10 2014 215 193 A1示出了一种用于检测样品的绝对反射光谱的测量系统。该测量系统包括光源和用于产生测量光的均匀的空间照度分布的均化器。该测量系统还包括能运动的反射器和接收器。反射器与光源布置在样品的同一侧上。均化器优选由乌布利希球、由乌布利希管或由球-柱体结构形成。在该测量系统中，在样本间距发生变化时或在发生样品歪斜时，乌布利希球导致了绝对测量的测量误差大于1％，这对很多应用来说都太高了。但在实验室条件之外，特别是在生产过程中的在线测量的情况下，就无法避免样本间距变化和样品歪斜。
发明内容
基于现有技术，本发明的任务在于，相比能用乌布利希球产生的测量光提高测量光的空间照度分布的均匀性，以便能够用较少耗费进行对绝对反射光谱的精确测量。
所述的任务通过根据本发明的测量光源解决，所述测量光源包括空心体，所述空心体具有漫反射的内面，在所述空心体中构造有凹面镜形的凹状的照明腔、管状的光成形腔和凹面镜形的凹状的光射出腔，它们具有共同的轴线，其中，用于产生光的光源至少部分布置在所述照明腔中，其中，所述光射出腔具有光出口，并且其中，所述照明腔和所述光射出腔用它们的凹面镜形状相对而置且通过所述管状的光成形腔连接，其中，在空心体中布置有用于使被所述空心体的布置在所述光射出腔内的内面反射的光穿过所述光出口向所述空心体的外部反射的漫反射的反射盘，其中，在所述光成形腔的内部布置有漫反射的光成形柱体，在所述光成形柱体朝光射出腔指向的轴向的端部上布置有所述反射盘。
所述的任务还通过根据本发明的用于检测样品的绝对反射光谱和用于执行参考测量的测量系统解决。
根据本发明的测量系统包括：
-根据本发明的测量光源；
-用于接收测量光的光学的接收器，所述光学的接收器与所述测量光源对置布置；
-第一镜，所述第一镜布置在所述测量光源的轴线上且取向成使从光出口射出的测量光反射到所述样品上；
-第二镜，所述第二镜在第一位置中取向成使被第一镜反射的测量光反射向接收器，并且所述第二镜在第二位置中取向成使被样品反射的测量光反射向接收器。
根据本发明的另外的测量系统包括：
-根据本发明的测量光源；
-用于接收测量光的光学的接收器，所述光学的接收器与所述测量光源对置布置；
-第一镜，所述第一镜布置在所述光学的接收器的轴线上且取向成使被所述样品反射的测量光反射向光学的接收器；
-第二镜，所述第二镜在第一位置中取向成使从光出口射出的测量光反射到所述第一镜上，并且所述第二镜在第二位置中取向成使从光出口射出的测量光反射到所述样品上。
根据本发明的测量光源被用于产生具有均匀的空间照度分布的测量光。用根据本发明的测量光源可以例如对表面进行光谱分析的探查。测量光源首先包括具有漫反射的内面的空心体。内腔被划分成凹面镜形的凹状照明腔、管状的光成形腔和凹面镜形的凹状光射出腔，它们具有共同的轴线。因此，照明腔的凹面镜形状、光成形腔的管形状和光射出腔的凹面镜形状分别具有轴线，其中，这些轴线重合且形成了空心体的和测量光源的轴线。照明腔和光射出腔虽然分别具有凹面镜形状，但它们如所说明那样是漫反射的且就此而言不代表凹面镜。照明腔和光射出腔也可以分别表征为凹状成形的反射器或凹状成形的朗伯式反射器。
光源至少部分布置在照明腔内。光源不管怎样都布置成使光能够通过它辐射到照明腔内，其中，光源可以部分地处在照明腔之外。光源优选布置在轴线上或轴线中。光源优选布置在照明腔的凹面镜形状的焦点中。
光射出腔具有光出口，光可以穿过该光出口从光射出腔向空心体之外发射。光出口优选布置在轴线上或轴线中。从光出口发射出来的光形成了能由测量光源产生的测量光。
照明腔和光射出腔用它们的凹面镜形状，也就是说，用它们的凹状的反射器形状相对而置。凹面镜形状的或凹状的反射器形状的内侧彼此相向取向。照明腔和光射出腔优选镜像对称地用它们的凹面镜形状相对而置。然而，照明腔和光射出腔不接触彼此。管状的光成形腔布置在照明腔与光射出腔之间且连接光成形腔和照明腔。因此，光由于在空心体的内面上的反射而从照明腔经由光成形腔到达光射出腔。照明腔的凹面镜形状优选与光射出腔的凹面镜形状相同。照明腔的凹面镜形状优选连续地过渡为光成形腔的管形状。光成形腔的管形状优选连续地过渡为光射出腔的凹面镜形状。因此，照明腔的凹面镜形状的周长、光成形腔的管形的周长和光射出腔的凹面镜形状的周长优选相同。
根据本发明，在空心体中布置有漫反射的反射盘。反射盘用于反射被空心体的布置在光射出腔内的内面反射的光，从而使该光穿过光出口向空心体之外投射。反射盘优选是平坦的。反射盘优选是不透光的，也就是说，不透明的。反射盘相对于光源遮蔽光出口，从而使光源的光线无法直接穿过光出口。
根据本发明的测量光源的特别的优点在于，它允许通过乌布利希球或与乌布利希球类似的球-柱体系统的用很少耗费实现的改型产生具有极为均匀的空间照度分布的测量光。
能用根据本发明的测量光源产生的测量光在其空间照度分布中具有优选最高0.2％的偏差。由此，使在测量绝对反射光谱时测量光源的在线使用成为可能，这是因为样品间距差异、样品厚度变化和样品歪斜是能容忍的。
能通过光源产生的光在其从光出口发射出来之前在空心体中优选被反射至少三次。至少三次反射中的一次在此在反射盘上进行。能通过光源产生的光在其从光出口发射出来之前在空心体中优选被反射至少四次。光的大部分在其从光出口发射出来之前在空心体中被多次反射。
空心体的漫反射的内面和反射盘的漫反射的表面具有在整个光谱中优选至少96％的反射率；特别优选具有至少98％的反射率。空心体的漫反射的内面和反射盘的漫反射的表面优选通过由聚四氟乙烯(PTFE)构成的涂覆部形成。
光源优选包括一个或多个光源元件，其优选分别由卤素灯、由闪光灯、由氙气闪光灯、由氘灯、由IR辐射器、由特别是发白光的LED、由UV阴极或由UV-LED形成。光源特别优选包括其中多个光源元件，它们优选由卤素灯、由发白光的LED和由两个UV-LED形成。各个光源元件优选能单独开关并且/或者在它们的功率方面能改变。
光源优选还包括一个或多个光缆，光源元件可以经由一个光缆或经由多个光缆辐射到照明腔中。各光源元件不处在照明腔中，而是可以布置在照明腔之外。不管如何，光源的一个光缆或多个光缆都通入照明腔中，从而使光源部分布置在照明腔中。
在根据本发明的测量光源的优选的实施形式中，反射盘布置在轴线上且垂直于轴线地布置。轴线优选处在反射盘的中央。反射盘优选是卵形、椭圆形或圆形的。
反射盘优选被构造成用于阻止空心体的布置在光射出腔内的内面被光源直接照明。因此，反射盘被构造成用于相对光源遮蔽空心体的布置在光射出腔中的内面。不透明的反射盘基本上通过如下方式已经具有该特性，即，它被构造成用于使被空心体的布置在光射出腔内的内面反射的光反射穿过光出口，为此，不透明的反射盘优选布置在轴线上且已经由此相对于光源遮蔽空心体的布置在光射出腔中的内面。此外，反射盘的定位和尺寸以及光成形腔的横截面和长度必须相互协调，使得相对于光源遮蔽空心体的布置在光射出腔内的内面。
反射盘在其外部的圆周上优选具有朝光射出腔的方向的凸缘。该凸缘为反射盘遮住侧向非常平地入射的光且优选和整个空腔一样地具有漫反射的表面。
反射盘优选布置在光射出腔中、光成形腔中或从光射出腔到光成形腔的过渡区域处。最后提到的定位最为适合反射由空心体的布置在光射出腔内的内面反射的光且将其导引穿过光出口。
在光成形腔的内部优选布置有光成形柱体，反射盘布置在光成形柱体朝光射出腔指向的轴向的端部上。光成形柱体优选和整个空腔一样具有漫反射的表面。光成形柱体优选居中地布置在光成形腔的管形状中。光成形柱体优选布置在空心体的轴线中。空心体的轴线优选也是光成形柱体的轴线。光成形柱体优选具有和光成形腔相同的轴向的长度。光成形柱体优选具有卵形的、椭圆形的或圆形的横截面。光成形柱体不能被光源普照。
在光成形柱体的周侧面与光成形腔的内部的周侧面之间构造有空心柱体形的反射区域，其被构造成用于朝着光射出腔成形和引导从照明腔射出的光。此外，光成形柱体被构造成用于阻止通过光源直接照明空心体的布置在光射出腔内的内面。因此光成形柱体被构造成用于相对于光源遮蔽空心体的布置在光射出腔内的内面。
光成形柱体在其朝照明腔指向的轴向的端部上优选是空心的，以便例如为光源提供进一步的结构空间。
反射盘和/或光成形柱体优选用接片紧固在光成形腔内的空心体的内面上。接片优选径向于轴线延伸。接片优选如整个空腔一样具有漫反射的表面。
照明腔的凹面镜形状优选由空心的半球形成。照明腔的凹面镜形状替选地优选具有垂直于轴线的椭圆形的或卵形的横截面。
光射出腔的凹面镜形状优选由空心的半球形成。光射出腔的凹面镜形状替选地优选具有垂直于轴线的椭圆形或卵形的横截面。
光出口优选被保护玻璃封闭，从而使空腔通过该保护玻璃被封闭。
根据本发明的测量系统用于检测样品的绝对反射光谱。该测量系统例如被用于在针对大的经涂覆的面、如玻璃板或薄膜的生产过程中的在线检测，用来检查表面。这种绝对反射光谱的检测不需要参考样品。因此，该测量系统也允许了对所使用的测量光进行参考测量。
测量系统的第一实施形式首先包括根据本发明的用于产生具有均匀的空间照度分布的测量光的测量光源。
测量系统的第一实施形式还包括用于接收光的光学的接收器，光学的接收器与测量光源对置地布置。所要接收的光指的是测量光源的经过途经样品的路径之后或经过参考路径之后的测量光。接收器的射入开口和测量光源的射出开口除了偏移外彼此指向。
测量系统的第一实施形式为此被构造成平行于样品的表面地布置。测量光源的轴线尤其能平行于样品的表面地布置，亦即相对样品的表面以一定偏移布置。
测量系统的第一实施形式包括第一镜，其布置在测量光源的轴线上且取向成使测量光源的从光出口射出的测量光反射到样品上。第一镜优选刚性地布置。
测量系统的第一实施形式还包括第二镜，其能在至少两个位置中调整。在第一位置中，第二镜取向成使被第一镜反射的测量光反射向接收器。因此，第一位置被构造成用于参考测量，这是因为测量光虽然在其从测量光源到接收器的路径上经过测量系统的部件，尤其是第一和第二镜，但没有经过样品。就此而言，第一镜也取向成使测量光源的从光出口射出的测量光反射到第二镜上。在第二位置中，第二镜取向成使被样品反射的测量光反射向接收器。因此，第二位置被构造成用于反射测量，这是因为测量光在其从测量光源到接收器的路径上被样品反射。
测量光源、接收器、第一镜和第二镜优选共同布置在样品的一侧上。为此，测量光源、接收器、第一镜和第二镜相应地被构造成能共同布置在样品的一侧上。
根据本发明的第一实施形式的特别的优点在于，它能构造得非常紧凑。测量光源和接收器可以仅以较小的偏移布置在一个平面中，而第一镜和第二镜则可以省地方地定位在测量光源与接收器之间。
光学的接收器优选由光学的传感器、如特别是光谱仪形成，或者至少由光学的传感器的光学的输入端形成。光学的接收器例如由输入光学件形成，被引导向光谱仪的光缆联接在该输入光学件上。
接收器具有如下轴线，接收器在该轴线中接收射入的光。接收器的轴线和测量光源的轴线在根据本发明的测量系统的第一实施形式中特别优选平行地布置且具有偏移，也就是说彼此间具有间距。但该偏移可以较小地确定规格。该偏移优选小于空心体沿垂直于测量光源的轴线的方向的最大的延展长度。第二镜优选处在接收器的轴线上。
第一镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中优选相对于测量光源的轴线朝着样品倾斜了45°的角度。因此，来自测量光源的测量光相对于测量光源的轴线偏转了90°，并且当第二镜处在第二位置中时，可以垂直地落到样品的表面上。
第二镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中优选能通过第二镜的枢转从其第一位置调整到第二位置以及反过来地进行调整。因此，第二镜优选是地点固定的，但能转动。该枢转运动的轴线优选由优选呈矩形的第二镜的四条侧边的其中一条形成。该枢转运动的轴线优选垂直于接收器的轴线并平行于样品的表面。
第二镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中在其第一位置中优选相对于接收器的轴线朝着第一镜倾斜了45°±5°的角度。因此，被第一镜反射的优选90°相对测量光源或接收器的轴线取向的测量光重新偏转了90°，从而测量光可以在光学的接收器的轴线中到达接收器。
第二镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中在其第二位置中优选相对于接收器的轴线朝着样品倾斜了45°±5°的角度。因此，被样品反射的测量光发生偏转，从而测量光可以在光学的接收器的轴线中到达接收器。
第二镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中优选能在其第一位置、其第二位置及第三位置之间枢转。第三位置被构造成用于对样品的透射测量。为此，测量系统还包括第四镜，其布置在样品的与第一镜相反的一侧上。第四镜被构造成用于使被第一镜反射的、透射穿过样品的测量光反射回样品和第二镜。因此，测量光透射样品正好两次，亦即第一次，在测量光击中第四镜之前，以及第二次，在测量光被第四镜反射之后。双重透射的测量光然后被第二镜反射向接收器。第四镜优选刚性地布置。第四镜优选平行于测量光源的轴线以及优选平行于面式的样品布置。
第二镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中在其第三位置中比在其第二位置中更进一步朝样品倾斜。第二镜在其第三位置中优选相对于接收器的轴线朝着样品倾斜了40°至70°之间的，特别是47°至60°之间的角度。
第二镜优选能在其第一位置、其第二位置及第四位置之间枢转，其中，第四位置被构造成用于暗测量(Dunkelmessung)。在该第四位置中，第二镜不将测量光投射到接收器上。为此，第二镜在其第四位置中优选垂直于接收器的轴线地朝着接收器取向。暗测量和参考测量一起用于调校测量系统，以便能用测量系统实现对绝对反射光谱的精确测量。
第二镜在根据本发明的测量系统的第一实施形式中优选能在其第一位置、其第二位置、其第三位置及其第四位置之间枢转。
测量光源、接收器、第一镜和第二镜优选形成了测量头。该测量头包括壳体，在壳体中布置有测量光源、接收器，第一镜和第二镜。壳体具有测量开口，被第一镜反射的测量光可以穿过该测量开口向外发射并且被样品反射的测量光可以穿过该测量开口向内发射至第二镜。
测量系统的第二实施形式首先包括用于产生具有均匀的空间照度分布的测量光的测量光源。该测量光源具有光出口，其布置在测量光源的轴线上或轴线中。从光出口发射出来的光形成了能由测量光源产生的测量光。该测量光源优选由上述的根据本发明的测量光源形成。
测量系统的第二实施形式还包括用于接收光的光学的接收器，该光学的接收器与测量光源对置地布置。所要接收的光指的是测量光源的经过途经样品的路径之后或经过参考路径之后的测量光。接收器的射入开口和测量光源的射出开口除了可能的偏移外彼此指向。接收器具有如下轴线，即，接收器在该轴线中接收射入的光。
为此，测量系统的第二实施形式被构造成平行于样品的表面地布置。测量光源的轴线尤其平行于样品的表面布置，亦即相对样品的表面以一定偏移布置。
测量系统的第二实施形式包括第一镜，其布置在光学的接收器的轴线上或轴线中且取向成使被样品反射的光反射向光学的接收器。第一镜优选刚性地布置。
测量系统的第二实施形式还包括第二镜，其能在至少两个位置中调整。在第一位置中，第二镜取向成使从光出口射出的测量光反射到第一镜上。因此，第一位置被构造成用于参考测量，这是因为测量光在其从测量光源到接收器的路径上虽然经过测量系统的部件，尤其是第一和第二镜，但没有经过样品。就此而言，第一镜也取向成使被第二镜反射的光反射向光学的接收器。在第二位置中，第二镜取向成使从光出口射出的测量光反射到样品上。因此，第二镜被构造成用于反射测量，这是因为测量光在其从测量光源到接收器的路径上被样品反射。
测量光源、接收器、第一镜和第二镜优选共同布置在样品的一侧上。为此，测量光源、接收器、第一镜和第二镜相应地被构造成能共同地布置在样品的一侧上。
根据本发明的测量系统的第二实施形式的特别的优点在于，它能构建得非常紧凑。测量光源和接收器可以仅以较小的偏移布置在一个平面中，而第一镜和第二镜则可以省地方地定位在测量光源与接收器之间。
测量系统的第二实施形式适用于测定具有非常不同大小的厚度的样品。根据本发明的测量系统优选被构造成用于测定具有厚度至20mm的样品。根据本发明的测量系统优选被构造成用于测定玻璃板。当然也可以用根据本发明的测量系统测定具有在nm或μm范围内的厚度较小的样品。
光学的接收器优选由光学的传感器、如尤其是光谱仪形成，或者至少由光学的传感器的光学的输入端形成。光学的接收器例如可以由输入光学件形成，被引导向光谱仪的光缆联接在该输入光学件上。
接收器的轴线和测量光源的轴线在根据本发明的测量系统的第二实施形式中特别优选平行地布置且具有偏移，也就是说彼此间具有间距。但该偏移可以较小地确定规格。该偏移优选小于测量光源沿垂直于测量光源的轴线的方向的最大的延展长度的一半。
第二镜在其第一位置中以及在其第二位置中分别布置在测量光源的轴线上或轴线中，从而从光出口射出的测量光击中第二镜。
第一镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中优选相对光学的接收器的轴线朝着样品倾斜了45°±5°的角度。因此，在第二镜没有处在其第一位置中时，被样品反射的击中第一镜的测量光偏转了约90°且击中光学的接收器。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中优选能通过第二镜的枢转从其第一位置调整到第二位置以及反过来地进行调整。因此，第二镜优选是地点固定的，但能围绕轴线转动或枢转。该枢转运动的轴线优选由优选呈矩形的第二镜的四条侧边的其中一条形成。该枢转运动的轴线优选垂直于接收器的轴线并平行于样品的表面。该枢转运动的轴线优选布置在测量光源的轴线与光学的接收器的轴线之间。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中在其第一位置中优选以50°±5°的角度相对于测量光源的轴线朝着第一镜倾斜并取向。因此，从光出口射出的、优选处在测量光源的轴线中的测量光，被第二镜偏转了约90°，从而使测量光大致垂直于光学的接收器的轴线地击中第一镜，它被第一镜重新偏转约90°，从而它击中光学的接收器。
第二镜在其第二位置中优选以50°±5°的角度相对于测量光源的轴线朝着样品倾斜并取向。因此，从光出口射出的测量光被偏转，从而该测量光击中样品。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中优选能在其第一位置、其第二位置及第三位置之间调整。第三位置被构造成用于对样品的透射测量。为此，测量系统还包括第三镜，其布置在测量光源的轴线上且取向成使从光出口射出的测量光朝着样品反射。第三镜优选刚性地布置。第三镜优选相对于测量光源的轴线朝着样品倾斜了45°±5°的角度。测量系统的第二实施形式还包括第四镜，其布置在样品的与第三镜相反的一侧上。第四镜被构造成用于使被第三镜反射的、透射穿过样品的测量光反射回样品和第一镜。因此，测量光透射样品正好两次，亦即第一次，在测量光击中第四镜之前，以及第二次，在测量光被第四镜反射之后。双重透射的测量光然后被第一镜反射向光学的接收器。第四镜优选刚性地布置。第四镜优选平行于测量光源的轴线以及优选平行于面式的样品布置。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中优选能通过枢转在其第一位置、其第二位置及其第三位置之间进行调整。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中在其第三位置中如下这样地取向，即，它释放了从光出口到第三镜的光路。因此，第二镜在其第三位置中优选不处在光路中。第二镜在其第三位置中优选相对于测量光源的轴线倾斜了-20°至20°之间的角度且与该轴线相间隔地布置。
第二镜在所述的优选的实施方案中为了从其适用于反射测量的第二位置变换到其适用于透射测量的第三位置或反过来地变换而必须枢转优选60°±20°以及进一步优选60°±5°的角度。这种比较大的枢转角度导致了尤其是在透射测量时的很高的光度测定的正确性，这是因为在透射测量时在很大程度上避免了由于反射信号引起的测量的失真。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中优选能在其第一位置、其第二位置及第四位置之间调整，其中，第四位置被构造成用于暗测量。在该第四位置中，第二镜不将测量光投射到样品上。第二镜在其第四位置中如下这样地取向，即，它释放了从样品到第一镜的光路。因此，第二镜在其第四位置中优选不处在从样品到第一镜的光路中。在第四位置中，第二镜优选如下这样地取向，即，它将从光出口发射出来的测量光反射回到光出口。为此，第二镜在其第四位置中优选垂直于测量光源的轴线地取向。这些镜中没有哪个将测量光指向到样品上。暗测量和参考测量一起用于调校测量系统，以便能用该测量系统实现对绝对反射光谱的精确测量。
第二镜在根据本发明的测量系统的第二实施形式中优选能通过枢转在其第一位置、其第二位置及其第四位置之间的调整。
第二镜优选能在其第一位置、其第二位置、其第三位置及其第四位置之间调整。第二镜优选能在其第一位置、其第二位置、其第三位置及其第四位置之间枢转。
测量光源、接收器、第一镜、第二镜和必要时的第三镜优选形成了测量头。该测量头包括壳体，在壳体中布置有测量光源、接收器、第一镜、第二镜和必要时的第三镜。壳体具有测量开口，被第二镜反射的测量光和必要时被第三镜反射的测量光可以穿过该测量开口向外发射，并且被样品反射的测量光和必要时被第四镜反射的测量光可以穿过该测量开口向内发射至第一镜。
根据本发明的测量系统的所述的实施形式的测量光源优选由根据本发明的测量光源的所述的优选的实施形式中的一个形成。此外，根据本发明的测量系统的所述的实施形式优选也具有其它的特征，这些其它的特征被结合根据本发明的测量光源和它的优选的实施形式进行说明。
附图说明
本发明的其它的细节和改进方案由接下来参考附图对本发明的优选的实施形式的下列说明得出。其中：
图1：示出穿过根据本发明的测量光源的优选的实施形式的横截面；
图2：示出穿过在图1中所示的测量光源的另外的横截面；
图3：示出穿过在针对参考测量的位置中的根据本发明的测量系统的第一优选的实施形式的横截面；
图4：示出在针对反射测量的位置中的在图3中所示的测量系统；
图5：示出在针对透射测量的位置中的在图3中所示的测量系统；
图6：示出在针对暗测量的位置中的在图3中所示的测量系统；
图7：示出穿过在针对参考测量的位置中的根据本发明的测量系统的第二优选的实施形式的横截面；
图8：示出在针对反射测量的位置中的在图7中所示的测量系统；
图9：示出在针对透射测量的位置中的在图7中所示的测量系统；以及
图10：示出在针对暗测量的位置中的在图7中所示的测量系统。
具体实施方式
图1示出了穿过根据本发明的测量光源的优选的实施形式的横截面。测量光源与乌布利希球类似地具有空心体01，在空心体中构造有空腔02，空腔具有漫反射的表面，该表面具有在整个光谱中至少98％的反射率。为此，空心体01的在空腔02中的内部的表面用PTFE涂覆。空腔02沿着轴线03延伸。
在空心体01中的空腔02被划分成三个轴向的区段，亦即被划分成凹面镜形的照明腔04、管状的光成形腔06和凹面镜形的光射出腔07。
在凹面镜形的照明腔04中，在轴线03中布置有光源08，该光源包括卤素灯、发白光的LED和两个UV-LED，它们没有被详细示出。在管状的光成形腔06中布置着具有漫反射的表面的光成形柱体09，其具有和管状的光成形腔06相同的轴向的长度。光成形柱体09经由保持接片10(为了更好地看清楚仅在图2中示出)紧固在空心体01上。光成形柱体09在其指向光射出腔07的顶面处具有漫反射的平坦的反射盘11。反射盘11垂直于轴线03地布置，其中，反射盘11居中地处在轴线03中。反射盘11的漫反射的表面通过凸缘12围边。光成形柱体09在其指向照明腔04的顶面处具有空心的开口13，该开口例如为光源08的更长的实施形式提供了结构空间。光射出腔07具有光出口14，其同样处在轴线03中。
图2示出了穿过在图1中所示的测量光源的另外的横截面。该横截面垂直于轴线03(在图1中示出)且处在反射盘11的平面中。在该横截面图中也示出了保持接片10。此外，在该横截面图中能看到的是，空心体01具有卵形的横截面，由此相比圆形的横截面可以节省一些结构空间。
图3示出了穿过根据本发明的测量系统的第一优选的实施形式的横截面。该第一实施形式具有在图1中所示的测量光源，该测量光源主要包括空心体01、光源08和反射盘11。测量系统的第一优选的实施形式还包括光学的接收器16，通往光谱仪(未示出)的光缆17联接到该光学的接收器上。光学的接收器16具有轴线18，光学的接收器可以在该轴线中接收测量光。光学的接收器16的轴线18平行于测量光源的轴线03地布置。
测量系统的第一优选的实施形式还包括刚性布置的第一镜21，该第一镜处在测量光源的轴线03中，从而它接收从光出口14射出的测量光。第一镜21相对于轴线03倾斜了45°的角度。由此，第一镜21朝着第二镜22取向，第二镜能围绕枢转轴线23枢转。
第二镜22在第一枢转位置中示出，在其中，第二镜相对于光学的接收器16的轴线18倾斜了45°的角度且朝着光学的接收器16取向。因此，第二镜22将从第一镜21指向到第二镜22的测量光直接反射到接收器16上，从而使测量光不落在有待测定的样品24上。因此，第二镜22的第一位置用于参考测量，这是因为从测量光源射出的且被两个镜21、22反射的测量光直接借助接收器16被测量。
测量系统的第一优选的实施形式包括壳体26，在其中布置有测量光源、接收器16和两个镜21、22，从而构成了测量头。壳体26具有测量开口27，其可以被安置在有待测定的样品24上方。样品24平行于光学的接收器16的轴线18进而也平行于测量光源的轴线03地布置。
图4示出了在针对反射测量的位置中的在图3中所示的测量系统的第一优选的实施形式。为此，第二镜22处在第二枢转位置中，在其中，第二镜相对于光学的接收器16的轴线18倾斜了45°的角度且朝着样品24取向。
图5示出了在针对透射测量的位置中的在图3中所示的测量系统的第一优选的实施形式。为此，第二镜22处在第三枢转位置中，在其中，第二镜相对于光学的接收器16的轴线18倾斜了约50°的角度且朝着样品24取向。测量系统在该实施形式中包括第四镜28，其布置在样品24下方，也就是说，布置在样品24的与第二镜22相反的一侧上。
图6示出了在针对暗测量的位置中的在图3中所示的测量系统的第一优选的实施形式。为此，第二镜22处在第四枢转位置中，在其中，第二镜垂直于光学的接收器16的轴线18地布置且朝着光学的接收器16取向。光学的接收器16在该位置中不接收测量光源的测量光。
图7示出了穿过根据本发明的测量系统的第二优选的实施形式的横截面。该实施形式具有图1中所示的测量光源，其主要包括空心体01、光源08、反射盘11和光出口14。该第二个实施形式又包括光学的接收器16，通往光谱仪(未示出)的光缆17联接在该光学的接收器上。光学的接收器16具有轴线18，光学的接收器可以在该轴线中接收测量光。光学的接收器16的轴线18平行于光源的轴线03地布置。
测量系统的第二优选的实施形式还包括刚性布置的第一镜21，其在该第二的实施形式中处在光学的接收器16的轴线18中，从而使第一镜将击中它的测量光反射到光学的接收器16上。第一镜21相对于光学的接收器16的轴线18倾斜了约45°的角度。由此，第一镜21朝着第二镜22取向，该第二镜能围绕枢转轴线23枢转。
第二镜22在第一枢转位置中示出，在其中，第二镜在该第二实施形式中相对于测量光源的轴线03倾斜了49°的角度且朝着第一镜21取向。因为第二镜22在其第一枢转位置中处在测量光源的轴线03中，所以从光出口14射出的测量光击中第二镜22，测量光从第二镜向第一镜21反射，测量光进一步从第一镜反射到光学的接收器16上。测量光因此不落在有待测定的样品24上。因此，第二镜22的第一位置在该第二实施形式中用于参考测量，这是因为从测量光源射出的并且被两个镜21、22反射的测量光直接借助光学的接收器16被测量。
测量系统的第二实施形式又包括壳体26，在其中布置有测量光源、光学的接收器16和两个镜21、22，从而构成了测量头。壳体26具有测量开口27，该测量开口被安置在有待测定的样品24上方。样品24平行于光学的接收器16的轴线18进而也平行于测量光源的轴线03地布置。
图8示出了在针对反射测量的位置中的在图7中所示的测量系统的第二实施形式。为此，第二镜22处在第二枢转位置中，在其中，第二镜相对于测量光源的轴线03倾斜了50°的角度且朝着样品24取向。
图9示出了在针对透射测量的位置中的在图7中所示的测量系统的第二实施形式。为此，第二镜22处在第三枢转位置中，在其中，第二镜相对于测量光源的轴线03倾斜了约20°的角度且与该轴线03相间隔。测量系统在该第二实施形式中包括第三镜29，其布置在测量光源的轴线03上且取向成使从光出口14射出的测量光反射向样品24。第三镜29相对于光学的接收器16的轴线18朝着样品24倾斜了约50°的角度。测量系统在该第二实施形式中也包括第四镜28，其布置在样品24下方，也就是说布置在样品24的与第三镜29相反的一侧上。
图10中示出了在针对暗测量的位置中的在图7中所示的测量系统的第二实施形式。为此，第二镜22处在第四枢转位置中，在其中，第二镜垂直于测量光源的轴线03地布置并且布置在该轴线03中。光学的接收器16在该位置中不接收测量光源的测量光。
附图标记列表
01 空心体
02 空腔
03 测量光源的轴线
04 照明腔
05 -
06 光成形腔
07 光射出腔
08 光源
09 光成形柱体
10 保持接片
11 反射盘
12 凸缘
13 开口
14 光出口
15 -
16 光学的接收器
17 光缆
18 光学的接收器的轴线
19 -
20 -
21 第一镜
22 第二镜
23 枢转轴线
24 样品
25 -
26 壳体
27 测量开口
28 第四镜
29 第三镜

Claims (14)

1.一种测量光源，所述测量光源包括空心体(01)，所述空心体具有漫反射的内面，在所述空心体中构造有凹面镜形的凹状的照明腔(04)、管状的光成形腔(06)和凹面镜形的凹状的光射出腔(07)，它们具有共同的轴线(03)，其中，用于产生光的光源(08)至少部分布置在所述照明腔(04)中，其中，所述光射出腔(07)具有光出口(14)，并且其中，所述照明腔(04)和所述光射出腔(07)用它们的凹面镜形状相对而置且通过所述管状的光成形腔(06)连接，其特征在于，在空心体(01)中布置有用于使被所述空心体(01)的布置在所述光射出腔(07)内的内面反射的光穿过所述光出口(14)向所述空心体(01)的外部反射的漫反射的反射盘(11)，其中，在所述光成形腔(06)的内部布置有漫反射的光成形柱体(09)，在所述光成形柱体朝光射出腔(07)指向的轴向的端部上布置有所述反射盘(11)。
2.根据权利要求1所述的测量光源，其特征在于，能通过所述光源(08)产生的光在其从所述光出口(14)发射出来之前在空心体(01)中被反射至少三次，其中，至少三次反射中的一次在所述反射盘(11)上进行。
3.根据权利要求1或2所述的测量光源，其特征在于，所述光源(08)包括多个光源元件，所述光源元件分别由卤素灯、由闪光灯、由氙气闪光灯、由氘灯、由IR辐射器、由发白光的LED、由UV阴极或由UV-LED形成。
4.根据权利要求1或2所述的测量光源，其特征在于，所述光成形柱体(09)和/或所述反射盘(11)被构造成用于：相对于所述光源(08)遮蔽所述空心体(01)的布置在光射出腔(07)中的内面。
5.一种用于检测样品(24)的绝对反射光谱和用于执行参考测量的测量系统，所述测量系统包括：
-根据权利要求1至4中任一项所述的测量光源；
-用于接收测量光的光学的接收器(16)，所述光学的接收器与所述测量光源对置布置；
-第一镜(21)，所述第一镜布置在所述测量光源的轴线(03)上且取向成使从光出口(14)射出的测量光反射到所述样品(24)上；
-第二镜(22)，所述第二镜在第一位置中取向成使被第一镜(21)反射的测量光反射向接收器(16)，并且所述第二镜在第二位置中取向成使被样品(24)反射的测量光反射向接收器(16)。
6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述接收器(16)的轴线(18)和所述测量光源的轴线(03)平行布置且彼此间具有偏移。
7.根据权利要求5或6所述的测量系统，其特征在于，所述第一镜(21)相对于所述测量光源的轴线(03)倾斜了45°的角度。
8.根据权利要求5或6所述的测量系统，其特征在于，所述第二镜(22)在其第一位置中相对于所述接收器(16)的轴线(18)朝着第一镜(21)倾斜了45°的角度，并且所述第二镜(22)在其第二位置中相对于所述接收器(16)的轴线(18)朝着样品(24)倾斜了45°的角度。
9.根据权利要求5或6所述的测量系统，其特征在于，所述第二镜(22)能在其第一位置、其第二位置及第三位置之间枢转，其中，所述测量系统还包括第四镜(28)，所述第四镜布置在所述样品(24)的与所述第一镜(21)相反的一侧上且被构造成用于使被第一镜(21)反射的、透射过所述样品(24)的测量光反射回样品(24)和第二镜(22)。
10.一种用于检测样品(24)的绝对反射光谱和用于执行参考测量的测量系统，所述测量系统包括：
-根据权利要求1至4中任一项所述的测量光源；
-用于接收测量光的光学的接收器(16)，所述光学的接收器与所述测量光源对置布置；
-第一镜(21)，所述第一镜布置在所述光学的接收器(16)的轴线(18)上且取向成使被所述样品(24)反射的测量光反射向光学的接收器(16)；
-第二镜(22)，所述第二镜在第一位置中取向成使从光出口(14)射出的测量光反射到所述第一镜(21)上，并且所述第二镜在第二位置中取向成使从光出口(14)射出的测量光反射到所述样品(24)上。
11.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，所述测量光源、所述光学的接收器(16)、所述第一镜(21)和所述第二镜(22)被构造成共同布置在所述样品(24)的一侧上。
12.根据权利要求10或11所述的测量系统，其特征在于，所述第二镜(22)能通过所述第二镜(22)的枢转从其第一位置调整到其第二位置以及反过来地进行调整，其中，所述第二镜(22)的枢转的轴线(23)布置成垂直于所述测量光源的轴线(03)并平行于所述样品(24)的表面，并且其中，所述第二镜(22)的枢转的轴线(23)布置在所述测量光源的轴线(03)与所述光学的接收器(16)的轴线(18)之间。
13.根据权利要求10或11所述的测量系统，其特征在于，所述第二镜(22)能在其第一位置、其第二位置及第三位置之间调整，其中，所述测量系统还包括第三镜(29)，所述第三镜布置在所述测量光源的轴线(03)上且取向成使从光出口(14)射出的测量光反射向样品(24)，并且其中，所述测量系统还包括第四镜(28)，所述第四镜布置在所述样品(24)的与所述第三镜(29)相反的一侧上且取向成使被第三镜(29)反射的透射过所述样品(24)的测量光反射回样品(24)和第一镜(21)。
14.根据权利要求13所述的测量系统，其特征在于，所述第二镜(22)能在其第一位置、其第二位置及第四位置之间调整，其中，第二镜(22)在其第四位置中取向成使得所述第二镜将从所述光出口(14)发射出来的测量光反射回到所述光出口(14)上。
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