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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Wägevorrichtung, umfassend
- – ein mechanische und/oder elektronische Komponenten umgebendes Gehäuse, in dem eine Lichtquelle angeordnet ist,
- – einen eine Probenaufnahme mittels Wägeraumwandungen umschließenden Wägeraum, der einen beleuchtbaren Arbeitsbereich, in dem die Probenaufnahme angeordnet ist, aufweist,
wobei wenigstens eine der Wägeraumwandungen als eine Licht der Lichtquelle aufnehmende und Licht der Lichtquelle in den Arbeitsbereich abgebende Beleuchtungswand ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Diese Druckschrift offenbart eine Laborwaage, deren Wägeraum oben und an drei Seiten von einem transparenten Windschutz umgeben ist. Der Boden des Wägeraums, an dem die als Wägeteller ausgebildete Probenaufnahme angeordnet ist, wird von der Oberseite eines Gehäuseunterteils gebildet, welches die zur Wägung erforderlichen mechanischen und elektronischen Komponenten enthält und auf dem der Windschutz aufgesetzt ist. Das Gehäuse weist zudem einen Aufbau auf, an den der Windschutz rückwärtig angrenzt und der mit seiner Vorderwand die rückwärtige Wägeraumwandung bildet. Diese rückwärtige Wägeraumwandung ist als eine Mattscheibe ausgebildet, die von einer in dem Gehäuseaufbau angeordneten Beleuchtungsvorrichtung im sichtbaren Spektralbereich rückwärtig angestrahlt wird. Das Licht erfährt in der Mattscheibe eine massive Streuung, sodass es als diffuses Beleuchtungslicht in den Arbeitsbereich gestreut wird. Eine derartige, großflächig diffuse Beleuchtung des Arbeitsbereichs ist für viele Applikationen günstig. Sie erleichtert insbesondere das seitliche Befüllen (durch den geöffneten Windschutz) von flachen Tiegeln mit großer Öffnung, die typischerweise als Probengefäß auf die Probenaufnahme gestellt werden. Ist jedoch eine sehr präzise Handhabung von Instrumenten zur Befüllung von Probengefäßen mit sehr kleiner Öffnung gefragt, insbesondere bei solchen mit transparenter Gefäßwandung, versagt diese Art der Beleuchtung. Ein typischer derartiger Anwendungsfall ist die gravimetrische Pipettenkalibrierung, bei der hochzylindrische Probengefäße, in der Form ähnlich einem klassischen Reagenzglas, auf die Probenaufnahme gestellt und von oben mittels einer Pipette mit geringsten Flüssigkeitsmengen im Milli- oder gar Mikroliter-Bereich schrittweise gefüllt werden. Dabei wird typischerweise der an der Pipettenspitze, welche in die kleine Öffnung des Probengefäßes eingeführt ist, austretende Tropfen vorsichtig an der Gefäßwandung des Probengefäßes abgestreift. Die flächige, diffuse Hintergrundbeleuchtung, die aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt ist, erweist sich hierbei als hinderlich: einerseits blendet sie den Benutzer, andererseits beleuchtet sie den relevanten Arbeitsbereich nicht hinreichend und führt zudem zu Schattenwürfen durch die Pipette selbst.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wägevorrichtung mit verbesserter Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die insbesondere eine präzisere Beleuchtung des Arbeitsbereichs erlaubt.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Beleuchtungswand als eine Licht der Lichtquelle flächenparallel transportierende Lichtleiterwand ausgebildet ist, in die Licht der Lichtquelle mittels eines Einkoppelelements einkoppelbar und aus der Licht der Lichtquelle mittels eines Auskoppelelements in den Arbeitsbereich auskoppelbar ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zunächst erfüllt die Erfindung die auch im Stand der Technik realisierte Randbedingung, dass die Lichtquelle außerhalb des Wägeraums zu positionieren ist, um einen Wärmeeintrag in den Wägeraum und damit eine Verfälschung von Wägeergebnissen durch die Abwärme der Lichtquelle zu verhindern. Im Gegensatz zur diffusen Streuung macht sich die Erfindung jedoch das grundsätzlich bekannte Phänomen der Lichtleitung durch Totalreflektion zu Nutze, um das Licht der Lichtquelle effizient und zielgerichtet dorthin zu transportieren, wo es in der Praxis benötigt wird, nämlich unmittelbar in den Arbeitsbereich. Als Lichtleiter wird dabei – wenigstens im letzten Abschnitt des geführten Lichtweges – eine der Wägeraumwandungen selbst genutzt. Die Wahl der lichtleitenden Wägeraumwandung kann dabei vom Fachmann weitgehend frei und in Ansehung der Erfordernisse des Einzelfalls, insbesondere der Positionierung des Probengefäßes und seiner Zugänglichkeit von außerhalb des Wägeraumes, getroffen werden. Während beim Stand der Technik ausschließlich die von der Lichtquelle direkt bestrahlbare, rückwärtige Wägeraumwandung als Beleuchtungswand dienen konnte, erlaubt die Erfindung die Verwendung grundsätzlich jeder Wägeraumwandung als erfindungsgemäße Beleuchtungs- insbesondere Lichtleiterwand. Denkbar ist beispielsweise auch die Verwendung mehrerer Wägeraumwandungen als mehrere Lichtleiterwände, die in geeigneter Weise mit der Lichtquelle, die mehrere Teillichtquellen umfassen kann, verbunden sind.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, einen oberhalb des Arbeitsbereichs angeordneten Wägeraumdeckel als besagte Lichtleiterwand auszubilden. Bei vielen Applikationen ist es erforderlich, dass der Benutzer von oben, d. h. durch den Wägeraumdeckel hindurch, in den Wägeraum blicken kann, um beispielsweise die eigene Handhabung von Instrumenten zur Befüllung eines Probengefäßes visuell zu überwachen. Dabei ist es besonders günstig, wenn auch die Beleuchtung des relevanten Arbeitsbereichs aus derselben Richtung, d. h. von oben her erfolgt. Dies wird durch die Erfindung ermöglicht, wenn Licht in dem als Lichtleiterwand ausgebildeten Wägeraumdeckel geleitet und an geeigneter Stelle nach unten in den Arbeitsbereich ausgekoppelt wird. Wie dem Fachmann bekannt ist, erfolgt die Lichtleitung in einer Lichtleiterschicht mittels Totalreflektion. Licht, welches innerhalb eines materialabhängigen Öffnungswinkels in eine Kante der Lichtleiterschicht eingekoppelt wird, erfährt an den Grenzflächen der Lichtleiterschicht eine Totalreflektion, und wird daher im Ergebnis flächenparallel transportiert. Aufgrund der Totalreflektion tritt kein korrekt eingekoppeltes Licht durch die Grenzfläche hindurch, sodass ein auf die Grenzfläche blickender Beobachter diese nicht als selbstleuchtend empfindet. Im Gegenteil wird er, sofern die Wandung aus im optischen Spektralbereich transparentem Material gefertigt ist, den Eindruck einer gewöhnlichen, transparenten Scheibe haben. Mit anderen Worten nimmt der Benutzer einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung, der in gewohnter Weise durch die transparente Wägeraumwandung hindurch blickt, um den Arbeitsbereich visuell zu überwachen, von der Lichtleitung innerhalb dieser Wandung nichts wahr.
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Lediglich im Bereich des Auskoppelelementes, wo durch geeignete Formgebung die Bedingungen der Totalreflektion gezielt aufgehoben werden, tritt das Licht durch die Grenzfläche der Lichtleiterschicht aus, was durch geeignete Formgebung in zielgerichteter Weise erfolgen kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Auskoppelelement als eine angeschrägte Kante der Lichtleiterwand ausgebildet ist. Es ist offensichtlich, dass eine derart angeschrägte Kante die material- und winkelabhängigen Totalreflektionsbedingungen aufhebt. Entsprechend kommt es an einer solchen Kante zur teilweisen Reflektion (unter geändertem Reflektionswinkel) und zur teilweisen Transmission des bis zu der Kante geleiteten Lichtes. Durch Wahl des Kantenwinkels kann die bevorzugte Austrittsrichtung des Lichtes, vorzugsweise in den Arbeitsbereich, eingestellt werden.
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Zur Vermeidung von unerwünschten Transmissionsverlusten an der Kante kann bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die angeschrägte Kante mit einer Licht der Lichtquelle spiegelnden Metallschicht versehen ist. Mit anderen Worten ist die angeschrägte Kante verspiegelt, sodass das bis zur Kante geleitete Licht nach den bekannten strahlenoptischen Reflektionsregeln reflektorisch ausgekoppelt wird. Gegebenenfalls kann dabei durch geeignete Formgebung der Kante, beispielsweise ein Rund- oder Kehlenschliff, ein Fokussier- oder Defokussiereffekt bei der Auskopplung des Lichtes erzielt werden.
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Wie oben erläutert, ist es ein Ziel der Erfindung, dass geleitete Licht zielgenau in den Arbeitsbereich zu lenken. In der Regel ist eine möglichst zentrale Beleuchtung gewünscht. Dies erfordert es jedoch, dass auch das Auskoppelelement an zentraler Stelle der Lichtleiterwand positioniert ist. Um dies mit der bevorzugten Ausführungsform des Auskoppelelementes als angeschrägte Kante erreichen zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtleiterwand eine Öffnung aufweist, deren Rand wenigstens abschnittsweise von der angeschrägten Kante gebildet ist.
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Diese Öffnung erfüllt eine nützliche Doppelfunktion. Zum einen dient sie als Träger der Kante, welche das Auskoppelelement bildet. Zum anderen gestattet Sie jedoch auch einen in vielen Fällen ohnehin notwendigen Zugang zum Wägeraum, insbesondere zum Arbeitsbereich. Durch eine solche Öffnung können Instrumente hindurch geführt werden, mit denen von außerhalb des Wägeraums Manipulationen der Probe innerhalb des Wägeraums, beispielsweise eine Befüllung eines Probengefäßes vorgenommen werden können. Im Rahmen des oben bereits skizzierten Beispiels gravimetrischer Pipettenkalibrierung kann eine solche doppelfunktionale Öffnung im Zentralbereich des ansonsten transparenten Wägeraumdeckels ausgebildet sein. Zur Überprüfung der Pipette durch spezifizierte Befüllung des Probengefäßes kann die Pipettenspitze durch besagte Öffnung gesteckt werden. Zugleich ergibt sich eine im Wesentlichen ringförmige Beleuchtung des Probengefäßrandes von oben her, ohne dass die Pipette selbst einen Schatten werfen würde. Für den durch den transparenten Wägeraumdeckel oder eine andere transparente Wägeraumwandung blickenden Benutzer ergibt sich somit eine optimale Beleuchtung exakt desjenigen Bereichs, der für seine visuelle Manipulationsüberwachung von besonderer Relevanz ist, nämlich der Rand- und obere Wandungsbereich des Probengefäßes.
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Der Fachmann wird verstehen, dass zur Ausbildung einer transparenten Wägeraumwandung als eine erfindungsgemäße Lichtleiterwand keine besonderen konstruktiven Maßnahmen an der Wand selbst vorgenommen werden müssen. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass eine für das Licht der Lichtquelle transparente Schicht höheren Brechungsindexes zwischen Schichten geringeren Brechungsindexes eingebettet ist. Dabei sind die Schicht-Grenzflächen möglichst eben zu gestalten, sodass überall die gleichen, winkelabhängigen Totalreflektionsbedingungen bestehen. Hinreichend ist bereits eine einfache, Glas- oder Kunststoffscheibe, in deren Rand das zu transportierende Licht in geeigneter Weise eingekoppelt wird. In diesem Fall wäre die Glasschicht mit einem Brechungsindex von ca. 1,53 in Luft-Schichten mit einem Brechungsindex von ungefähr 1.
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Allerdings ist es möglich, die Lichtleiterwand mehrschichtig auszubilden, wobei eine Kernschicht höheren Brechungsindexes sandwichartig zwischen zwei Mantelschichten geringeren Brechungsindexes eingebettet ist. Eine derartige Ausgestaltung, bei der die Brechungsindex-Differenzen an den relevanten Grenzflächen dauerhaft konstant sind, ist weniger störanfällig. Insbesondere führen Kratzer oder Staub auf der Oberfläche der Lichtleiterwand nicht unmittelbar zu einer Störung der Totalreflektion und somit zu einer unerwünschten Auskopplung von zu leitendem Licht.
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Zur Erhöhung der konstruktiven Flexibilität im Hinblick auf die Positionierung der Lichtquelle kann bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Einkoppelelement und die Lichtquelle mittels einer Licht der Lichtquelle leitenden Lichtleiterfaser verbunden sind. Bei einer solchen Ausführungsform ist es besonders günstig, wenn das Einkoppelelement als eine Schweiß- oder Klebestelle ausgebildet ist, mittels derer eine Stirnseite der Lichtleitfaser mit einer Kante der Lichtleiterwand verbunden ist. Problematisch könnte dabei jedoch die verringerte Handhabbarkeit des Deckels sein. Spielt, z. B. wegen einer hinreichend starken Lichtquelle, die Einkoppeleffizienz keine wesentliche Rolle, kann die Einkopplung auch durch enge Anlage eines dem Fachmann im Grunde bekannten, speziell, z. B. kegelartig geformten Koppelelementes an dem Rand des Deckels erfolgen. Selbstverständlich sind jedoch auch komplexere Ausgestaltungen des Einkoppelelementes möglich. Dem Fachmann sind hier spezielle Einkopplungsmodule, wie in der Glasfasertechnik vielfach Anwendung finden, bekannt.
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Obgleich im Rahmen der bisherigen Beschreibung stets davon die Rede war, dass das in den Wägeraum eingestrahlte Beleuchtungslicht für den Benutzer unmittelbar sichtbar ist, er die beleuchteten Objekte also aufgrund der an ihrer Oberfläche vollzogenen Streuung und/oder Reflektion erkennen kann, ist dies keine zwingende Voraussetzung für die vorliegende Erfindung. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vielmehr vorgesehen, dass
- – die Lichtquelle als eine UV-Lichtquelle ausgebildet ist, mittels derer Licht des ultravioletten Spektralbereichs erzeugbar ist, und
- – innerhalb des Arbeitsbereichs eine Fluoreszenzwand angeordnet ist, die eine Fluorophore enthaltende und mit aus der Lichtleiterwand ausgekoppelten Licht der UV-Lichtquelle bestrahlbare Fluoreszenzschicht aufweist,
wobei die Fluorophore Licht des ultravioletten Spektralbereichs anregbar sind und sodann Licht des sichtbaren Spektralbereichs emittieren. Mit anderen Worten wird von der Lichtquelle Anregungslicht im UV-Bereich erzeugt und über die Lichtleiterwand bis in den Arbeitsbereich geleitet, wo auf Basis eines Fluoreszenz-Phänomens eine Wellenlängentransformation vom unsichtbaren UV- in den sichtbaren, optischen Spektralbereich erfolgt.
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Als besonders günstig hat es sich dabei erwiesen, wenn die Fluoreszenzwand Bestandteil eines aus einem im sichtbaren Spektralbereich transparenten Material bestehenden Probengefäßes ist. Denkbar ist hier insbesondere ein aus fluoreszierendem Glas gefertigtes Probengefäß für eine gravimetrische Pipetten-Kalibrierungsvorrichtung. Von besonderem Vorteil ist diese Ausgestaltung im Zusammenhang mit der oben erläuterten Variante einer Öffnung in der Lichtleiterwand, die von einer angeschrägten Kante als Auskoppelelement umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform erscheint der relevante Teil des Arbeitsbereiches, nämlich der Rand des Probengefäßes und der obere Bereich der Probengefäßwandung, selbstleuchend, nämlich fluoreszierend.
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Unabhängig davon, ob die Lichtquelle grundsätzlich sichtbares oder UV-Licht erzeugt, kann bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Lichtquelle umschaltbar ist zwischen mehreren Leuchtzuständen, in denen Licht unterschiedlicher Spektralbereiche, d. h. unterschiedlicher ”Farbe” in die Lichtleiterwand einkoppelbar sind. Nutzen lässt sich diese Weiterbildung z. B., um dem Benutzer ein optisches Feedback für seine Abarbeitung eines vorgegebenen Wägeprotokolls zu geben. Hierzu wäre die umschaltbare Lichtquelle mit einer Steuereinheit zu verbinden, die auch mit den messtechnischen Elementen der Wägevorrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann der Eintritt eines vorgegebenen Ereignisse, z. B. eine Grenzwertüberschreitung eines überwachten Parameters, als Auslöser einer Umschaltung der Lichtquelle genutzt werden, sodass dem Benutzer der Eintritt des besagten Ereignisses durch einen Farbumschlag der Beleuchtung zur Kenntnis gebracht wird. Welches spezielle Ereignis Auslöser eines solchen Farbumschlags ist, ist für die vorliegende Erfindung nicht von Belang und kann vom Fachmann in Ansehung des Einzelfalls nahezu beliebig umgesetzt werden. Neben gravimetrischen Wägeereignissen können dies z. B. überwachte Luftfeuchte- und/oder Temperaturparameter sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung,
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2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Lichteinkopplung in die erfindungsgemäße Lichtleiterwand,
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3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Lichteauskopplung aus der erfindungsgemäßen Lichtleiterwand,
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4: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Lichteauskopplung aus der erfindungsgemäßen Lichtleiterwand.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wägevorrichtung 10, speziell ausgestaltet als eine Pipetten-Kalibrierstation. Die Wägevorrichtung 10 umfasst einen Wägeraum 12 und ein Gehäuse 14. Der Wägeraum 12 ist seitlich von einer zylindrischen Wägeraumseitenwand 121 umgeben. Die Wägeraumseitenwand setzt auf einem Vorsprung 141 des Gehäuses 14 auf, dessen Oberseite den Boden des Wägeraums 12 bildet. Nach oben ist der Wägeraum 12 durch einen Wägeraumdeckel 122 begrenzt. In der Terminologie der vorliegenden Beschreibung sind die Wägeraumwandungen, d. h. insbesondere die Wägeraumseitenwand 121 und der Wägeraumdeckel 122 Bestandteile des Wägeraums 12, in dessen Innerem sich der Arbeitsbereich zur Durchführung der eigentlichen Wägeaufgaben befindet.
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Der Wägeraumboden wird von einem nicht näher dargestellten Lasteinleitungsträger durchsetzt. Auf dem mit der weiteren, im Gehäuse 14 befindlichen Wägemechanik verbundenen Lasteinleitungsträger ist eine ebenfalls nicht im Detail dargestellte Probenaufnahme montiert, die von einer sog. Verdunstungsfalle 15 umgeben ist. Die Verdunstungsfalle 15 ist als ein ringförmiges, offenes Becken ausgestaltet und dient der Aufnahme von Flüssigkeit zu Konstanthaltung der Luftfeuchte im Wägeraum. Die konkrete Ausgestaltung der Probenaufnahme oder der Verdunstungsfalle ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant und daher auch nicht im Detail dargestellt.
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In dem Arbeitsbereich ist ein Probengefäß 16 auf der Probenaufnahme angeordnet. In 1 ist hier stark schematisiert eines hohes, zylindrisches Gefäß dargestellt.
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Zur Befüllung des Probengefäßes 16 mittels einer nicht dargestellten Pipette ist in dem Wägeraumdeckel 122 eine zentrale, kreisförmige Öffnung 123 angeordnet, welche möglichst exakt über der Öffnung des Probengefäßes 16 angeordnet ist. Durch diese Öffnung 123 im Wägeraumdeckel 122 kann der Benutzer eine Pipettenspitze führen, um das Probengefäß 16 mit Probenflüssigkeit zu befüllen.
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Um eine visuelle Kontrolle der Abarbeitung der Wägeaufgabe zu ermöglichen, sind die Wägeraumseitenwand 121 und der Wägeraumdeckel 122 aus im sichtbaren Spektralbereich transparentem Material, beispielsweise aus Glas, Plexiglas oder ähnlichem gefertigt.
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Zur Beleuchtung des Wägeraumes 12, insbesondere dessen Arbeitsbereichs, ist eine Lichtquelle 18 vorgesehen, die im Gehäuse, vorzugsweise im Gehäusedeckel 142 angeordnet und daher in 1 lediglich gestrichelt dargestellt ist. Von der Lichtquelle 18 erstreckt sich eine dreiarmige Lichtleitfaser 181 durch den Gehäusedeckel 142 und endet an drei unterschiedlichen Punkten am Rand des Wägeraumdeckels 122. Dort sind die Armenden der Lichtleiterfaser 181 in Licht einkoppelnder Weise mit der Kante des Wägeraumdeckels 122 verbunden, wie dies weiter unten noch näher erläutert werden soll. Da der Wägeraumdeckel 122 als planparallele Platte aus Glas oder Plexiglas, vorzugsweise mit einem Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,7, ausgebildet ist, kann er in Zusammenwirkung mit der ihn umgebenden Luft, die einen Brechungsindex von im Wesentlichen 1 aufweist, eine Lichtleiterwand gemäß der vorliegenden Erfindung bilden. Das eingekoppelte Licht, wird, wie durch die punktierten Fächer in 1 dargestellt, flächenparallel im Lichtleiterdeckel 122 in Richtung auf dessen Zentrum, d. h. auf die Öffnung 123 zu, geleitet.
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Der Rand der Öffnung 123 wird, wie weiter unten noch näher beschrieben, von einer lichtauskoppelnden, angeschrägten Kante gebildet. An dieser Auskopplungskante wird das bis dahin geleitete Licht in Form eines kegelförmigen Lichtvorhangs in den Arbeitsbereich und insbesondere auf den oberen Rand des Probengefäßes 16 gestrahlt. In 1 ist geleitetes Licht durch punktierte Pfeile 20 und gestrahltes Licht durch strichpunktierte Pfeile 22 dargestellt.
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Man erkennt, dass durch die erfindungsgemäße Beleuchtung der für den Benutzer der Pipettenkalibrierstation besonders relevante Rand des Probengefäßes 16 deutlich beleuchtet wird, ohne dass eine von oben durch die Öffnung 123 eingeführte Pipette einen störenden Schatten werfen könnte. Zugleich ergeben sich für den Benutzer keine Störungen durch Blendungen, die durch ein offenes Licht entstehen könnten. Vielmehr erfolgt die Einkopplung des Lichtes in den Wägeraumdeckel 122 abgeschirmt unter der Oberfläche des Gehäusedeckels 142. Von dem durch den Wägeraumdeckel 122 geleiteten Licht 20 nimmt der Benutzer nichts wahr, da dieses Licht nicht durch die Oberfläche des Wägeraumdeckels 122 in sein Auge dringt. Er hat somit eine volle visuelle Kontrolle über seine Arbeit im Wägeraum 12.
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2 zeigt in starker Schematisierung eine Ausführungsform einer Einkopplung des Lichtes der Lichtquelle 18 in den Wägeraumdeckel bzw., allgemeiner, der Lichtleiterwand 122. Wie erläutert wird das Licht vorzugsweise über eine Lichtleiterfaser 181 von der in 2 nicht dargestellten Lichtquelle 18 zum Rand des Wägeraumdeckels 122 geleitet. Dort wird es über ein Einkoppelelement, welches eng an der Stirnseite des Wägeraumdeckels 122 anliegt, in das Material des Wägeraumdeckels 122 eingekoppelt. Dies kann jedoch erfolgreich nur für Lichtstrahlen innerhalb eines Strahlenbündels mit materialabhängigem Öffnungswinkel erfolgen. So werden Strahlen, die mit einem größeren Winkel als einem Grenzwinkel α zum Lot auf die Grenzfläche zwischen dem Wägeraumdeckel-Material und der Umgebung treffen, totalreflektiert und entsprechend weitergeleitet, wie in 2 durch die fett ausgezogenen Lichtleitpfeile 20 angedeutet. Im Gegensatz dazu werden Lichtstrahlen, die mit einem Winkel kleiner als α zum Lot auf besagte Grenzfläche treffen, durch die Oberfläche des Wägeraumdeckels 120 transmittiert und gehen als Beleuchtungslicht verloren.
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3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Auskopplung. Im Bereich seiner zentralen Öffnung 123 weist der Wägeraumdeckel 122 eine ringförmige, angeschrägte Kante 124 auf. Diese Kante 124 ändert den Reflektionsweg der geleiteten Lichtstrahlen 20. Entsprechend treffen sie nach Reflektion an der Kante 124 in einem Winkel kleiner α zum Lot auf die untere Grenzfläche des Wägeraumdeckels 122 auf und werden daher durch diese hindurch in den Wägeraum 12 transmittiert. Mit anderen Worten wird das bis dorthin geleitete Licht 20 als freier Strahl 22 in den Wägeraum 12 gestrahlt. Allerdings ergibt sich nach Aufhebung der Totalreflektionsbedingungen auch ein winkelabhängiger, geringer Anteil, der nicht transmittiert, sondern reflektiert wird und als Transmissionsverlust-Strahlung 22' die Fläche der angeschrägten Kante 124 durchdringt.
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Zur Vermeidung solcher Transmissionsverluste bietet die Ausführungsform von 4 eine Lösung, indem die angeschrägte Kante 124 mit einer Metallschicht 125 verspiegelt ist, sodass jegliches auf die Kante 124 auftreffende Licht nach unten in den Wägeraum 12 gespiegelt wird.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wägevorrichtung
- 12
- Wägeraum
- 121
- Wägeraum-Seitenwand
- 122
- Wägeraum-Deckel
- 123
- Öffnung in 122
- 124
- angeschrägte Kante
- 125
- Metallschicht
- 14
- Gehäuse
- 141
- Vorsprung von 14
- 142
- Gehäusedeckel
- 15
- Verdunstungsfalle
- 16
- Probengefäß
- 18
- Lichtquelle
- 181
- Lichtleitfaser
- 182
- Einkoppelelement
- 20
- geleitetes Licht
- 22
- gestrahltes Licht
- 22'
- Transmissionsverlust-Strahlung
- α
- Totalreflektions-Grenzwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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