DE19920184C2 - Methods for the simultaneous detection of diffuse and specular reflection of samples, in particular opaque samples, and reflectance measuring probe - Google Patents
Methods for the simultaneous detection of diffuse and specular reflection of samples, in particular opaque samples, and reflectance measuring probeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die gleichzeitige Erfassung von diffuser und specularer Reflexion von Proben, insbesondere undurchsichtiger Proben, sowie eine Reflektanz-Meßsonde.The invention relates to a method for simultaneous Detection of diffuse and specular reflection of samples, especially opaque ones Samples, as well as a reflectance measuring probe.
Die Erfindung kann auf dem Gebiet der Analytik, Umwelt-, Qualitäts- und Prozeßüberwa chung, Spektroskopie, Remissions- und Reflexionsmessung eingesetzt werden.The invention can be in the field of analytics, environmental, quality and process monitoring measurement, spectroscopy, reflectance and reflection measurement can be used.
Die Reflektanz einer undurchsichtigen und nicht selbstleuchtenden Probenoberfläche setzt sich aus der diffusen Remission und der specularen Reflexion zusammen. Eine Oberfläche ist matt, wenn die diffuse Remission dominiert. Bei einer glänzenden Oberfläche hat die speculare Reflexion einen wesentlichen Einfluß.The reflectance of an opaque and non-self-illuminating sample surface sets diffuse reflectance and specular reflection. A surface is matt if diffuse remission dominates. With a glossy surface it has specular reflection has a significant impact.
Die Remission R ist die diffuse Reflexion von Strahlung an Materie (Probe). Die Remission
wird durch die Streufähigkeit (Streukoeffizient S) und Absorptionsfähigkeit (Absorptions
koeffizient K) der Probe bestimmt. Zur mathematischen Beschreibung der Remission dient
die Theorie von Kubelka und Munk. Danach ist die Kubelka-Munk-Funktion F, die aus der
gemessenen diffusen Reflexion berechnet wird, dem Quotienten aus Absorptions- und
Streukoeffizient proportional,
The reflectance R is the diffuse reflection of radiation from matter (sample). The reflectance is determined by the scattering capacity (scattering coefficient S) and absorption capacity (absorption coefficient K) of the sample. The theory of Kubelka and Munk is used for the mathematical description of the remission. Then the Kubelka-Munk function F, which is calculated from the measured diffuse reflection, is proportional to the quotient of the absorption and scattering coefficient,
F ~ K/S (1).F ~ K / S (1).
Remissionsmessungen werden beispielsweise eingesetzt zur Feststellung des physiologischen Zustandes von Vegetation, Ermittlung von Feuchte und Struktur von Böden, Ermittlung der Farbe von Kunststoffen.Remission measurements are used for example Determination of the physiological state of vegetation, Determination of moisture and structure of soils, Determination of the color of plastics.
Bei der specularen Reflexionsspektroskopie wird die von einer Oberfläche oder Grenzfläche
direkt reflektierte Strahlung analysiert (Reflexionsgesetz), die Auskunft über das spektrale
Reflexionsvermögen liefert. Die speculare Reflexion RG ist u. a. von der Brechzahl n der
Probe abhängig. Da in vielen Fällen die Probe absorbiert, wird die für die Reflexion maßge
bliche Brechzahl neben der Brechkraft auch von dem Absorptionsvermögen der Probe be
stimmt. Die Brechzahl setzt sich aus einem Realteil und einem Imaginärteil zusammen
(komplexe Zahl):
Specular reflection spectroscopy analyzes the radiation reflected directly from a surface or interface (law of reflection), which provides information about the spectral reflectivity. The specular reflection R G depends, among other things, on the refractive index n of the sample. Since the sample absorbs in many cases, the refractive index that is relevant for reflection is determined in addition to the refractive power by the absorption capacity of the sample. The refractive index consists of a real part and an imaginary part (complex number):
RG = ((n - 1)/(n + 1))2 (2)
R G = ((n - 1) / (n + 1)) 2 (2)
mit n = nReal + nImaginär. Die Formel (2) ist eine vereinfachte Darstellung für die Grenzfläche Luft/Probe bei senkrechter Einstrahlung. Die Brechzahl wird praktisch als Realteil goniometrisch oder interferometrisch ermittelt.with n = n real + n imaginary . Formula (2) is a simplified representation for the air / sample interface with vertical radiation. The refractive index is practically determined goniometrically or interferometrically as a real part.
Reflexionsmessungen werden beispielsweise eingesetzt zur Ermittlung des Zuckergehaltes in Flüssigkeiten, Kontrolle von Mischungsverhältnissen binärer Systeme, Ermittlung des Glanzes von Lack, Papier und Kunststoffen.Reflection measurements are used for example Determination of the sugar content in liquids, Control of mixing ratios of binary systems, Determination of the gloss of paint, paper and plastics.
Aus der DE 196 37 131 A1 ist eine Einrichtung zum Beurteilen des Reflexionsverhaltens eines Objektes, insbesondere eines elektrooptischen Anzeigeelementes, bekannt. Aus der EP 0758083 A2 und EP 0818675 A2 ist jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung spektraler Remissionen bekannt. Aus der WO 96/34258, der EP 0837318 A2, der EP 0772345 A2 und der EP 0837313 A2 ist jeweils eine Farbmessvorrichtung bekannt. Nachteilig bei all diesen Verfahren und Vorrichtungen ist, daß mit ihnen nicht in einfacher Weise die gleichzeitige Ermittlung der diffusen und specularen Reflexion insbesondere undurchsichtiger Proben möglich ist.DE 196 37 131 A1 describes a device for assessing the reflection behavior of a Object, in particular an electro-optical display element, known. From EP 0758083 A2 and EP 0818675 A2 is a method and a device for detection spectral remissions known. From WO 96/34258, EP 0837318 A2, EP 0772345 A2 and EP 0837313 A2 a color measuring device is known. Disadvantageous in all these methods and devices is that with them not the simultaneous determination of the diffuse and specular reflection, especially opaque Rehearsal is possible.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Entwicklung eines einfachen Verfahrens und einer einfachen Reflektanz-Meßsonde zur gleichzeitigen Ermittlung der diffus und specular reflek tierten Anteile insbesondere undurchsichtiger Proben. Die Meßsonde soll multifunktional und für verschiedene Betriebsweisen geeignet sein: Auflage-Sonde für Festkörper, Durchfluß kammer-Meßsonde für Flüssigkeiten, Tauchkammer-Meßsonde für Flüssigkeiten mit grund sätzlicher Eignung für den Prozeßbetrieb.The object of the invention is therefore to develop a simple method and simple reflectance probe for simultaneous determination of the diffuse and specular reflec portions of particularly opaque samples. The measuring probe is said to be multifunctional and be suitable for different modes of operation: support probe for solids, flow Chamber measuring probe for liquids, immersion chamber measuring probe for liquids with a reason additional suitability for process operation.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und der Reflektanz- Meßsonde gemäß Anspruch 2.The problem is solved with the method according to claim 1 and the reflectance Measuring probe according to claim 2.
Folgende Definitionen werden bei der Erläuterung der Erfindung verwendet:The following definitions are used in explaining the invention:
Empfängerebene: Ebene, in der die lichtempfindlichen Flächen der Empfänger (4, 5) sowie die Endflächen (6a) (Lichtaustrittsflächen) der Lichtwellenleiter (6) angeordnet sind.Receiver level: Level in which the light-sensitive surfaces of the receivers ( 4 , 5 ) and the end surfaces ( 6 a) (light exit surfaces) of the optical fibers ( 6 ) are arranged.
Optikebene: Ebene, in der abbildende Elemente angeordnet sind. Parallel zur Empfänger ebene.Optics level: level in which imaging elements are arranged. Parallel to the recipient level.
Meßgerade: Linie, entlang derer die Komponenten Sensorkopf (1) - Tubus (2) - Probe (3) angeordnet sind.Measuring line: line along which the components sensor head ( 1 ) - tube ( 2 ) - sample ( 3 ) are arranged.
Empfängergerade: Linie, entlang derer die beiden Empfänger (4, 5) und die Lichtwellenlei terendflächen (6a) angeordnet sind, wobei die Linie durch die Flächenmittelpunkte der Empfänger (4, 5) verläuft. Diese Linie verläuft dabei auch durch den Flächenmittelpunkt der Fläche zwischen beiden Empfängern (4, 5) - an diesem Flächenmittelpunkt bzw. in dessen Umgebung sind die Endflächen der Lichtwellenleiter (6) lokalisiert.Receiver line: Line along which the two receivers ( 4 , 5 ) and the Lichtwellenlei terendflächen ( 6 a) are arranged, the line running through the center of the surface of the receiver ( 4 , 5 ). This line also runs through the center of the area between the two receivers ( 4 , 5 ) - the end faces of the optical waveguides ( 6 ) are located at this center of the area or in its vicinity.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 wird Strahlung definierter Wellenlänge in den Raum zwischen Empfänger- und Optikebene, z. B. über Lichtaustrittsflächen von Lichtwellenleiter, eingekoppelt (Einkoppelstrahlung). Diese aus der Empfängerebene kommende Einkoppel strahlung breitet sich in Richtung der Optikebene aus und trifft auf ein abbildendes Element in der Optikebene. Dieses Element kann z. B. eine Linse sein. Linse und Strahlungsquelle sind so zueinander ausgerichtet, daß die Einkoppelstrahlung nach Passieren der Linse parallelisiert ist. Die Parallelstrahlung trifft auf die zu untersuchende Probe, z. B. eine feste und undurch sichtige Oberfläche, die vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Linse lokalisiert ist. Die von der Probe specular reflektierte Strahlung IS und ein Teil der von der Probe diffus remittierten Strahlung ID durchdringen entgegen der Einfallsrichtung der Einkoppelstrahlung die Linse und gelangen auf die in der Empfängerebene lokalisierten optoelektronischen Empfänger. Dabei wird die IS auf einen der beiden Empfänger gerichtet. Das gelingt beispielsweise dadurch, daß die divergente Strahlungsquelle (Lichtwellenleiterendflächen) und die Empfängerebene in der Brennebene der Linse angeordnet sind. Die Strahlungsquelle befindet sich dabei außerhalb der optischen Achse der Linse. Es entsteht ein umgekehrtes Bild der Strahlungsquelle in der Empfängerebene. An diesem Bildort ist der eine Empfänger lokalisiert und registriert die von der Probe specular reflektierte Strahlung IS. Die diffus remittierte Strahlung ID gelangt dagegen auf beide Empfänger. Das gelingt beispielsweise dadurch, daß die Probe ausreichend nah an der Linse lokalisiert ist, so daß die Linse keine abbildende Wirkung auf ID ausübt. Damit werden der eine Empfänger mit der Summe E1 = IS + ID und der andere Empfänger mit E2 = ID beaufschlagt. Diese beiden Gleichungen bilden ein Gleichungssystem, das nach den beiden gesuchten Größen IS und ID aufgelöst werden kann. IS und ID können somit separat, in einem Meßvorgang, ermittelt werden.According to the method of claim 1 radiation of defined wavelength in the space between the receiver and optics level, z. B. coupled via light exit surfaces of optical fibers (coupling radiation). This coupling radiation coming from the receiver level spreads in the direction of the optics level and strikes an imaging element in the optics level. This element can e.g. B. be a lens. The lens and the radiation source are aligned with one another in such a way that the coupling radiation is parallelized after passing through the lens. The parallel radiation strikes the sample to be examined, e.g. B. a solid and opaque surface, which is preferably located in the immediate vicinity of the lens. The radiation I S specularly reflected by the sample and part of the radiation I D diffusely reflected by the sample penetrate the lens against the direction of incidence of the coupling radiation and reach the optoelectronic receivers located in the receiver plane. The I S is aimed at one of the two receivers. This is achieved, for example, by arranging the divergent radiation source (optical fiber end faces) and the receiver plane in the focal plane of the lens. The radiation source is located outside the optical axis of the lens. A reverse image of the radiation source is created in the receiver plane. The one receiver is located at this image location and registers the specularly reflected radiation I S. The diffuse remitted radiation I D , however, reaches both receivers. This is achieved, for example, by locating the sample sufficiently close to the lens so that the lens has no imaging effect on I D. The one receiver is thus charged with the sum E1 = I S + I D and the other receiver with E2 = I D. These two equations form a system of equations that can be solved for the two quantities I S and I D sought. I S and I D can thus be determined separately in one measurement process.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgestellt. Gemäß Abb. 1 sind ein Sensorkopf (1), ein zylindrischer Tubus (2) und die zu untersuchende Probe (3) nacheinander auf der gemeinsamen Meßgeraden angeordnet. Der Sensorkopf enthält zwei optoelektronische Empfänger (4, 5), Lichtwellenleiter (6) zur Einkopplung von Strahlung in den Tubus und einen optischen Filter (7) zur Unterdrückung von störendem Umgebungslicht. Die Lichtwellenleiter sind zum einen mit im Sensorkopf lokalisierten Strahlungsquellen optisch verbunden. Zum anderen können auch externe Strahlungsquellen über Lichtwellenlei ter mit dem Sensorkopf verbunden werden. Der Tubus dient der Aufnahme des Sensorkopfes und einer Linse (8). Die zu untersuchende Probe ist in unmittelbarer Nähe des Tubus lokali siert.A device for implementing this method is presented. According to Fig. 1, a sensor head ( 1 ), a cylindrical tube ( 2 ) and the sample to be examined ( 3 ) are arranged one after the other on the common measuring line. The sensor head contains two optoelectronic receivers ( 4 , 5 ), optical fibers ( 6 ) for coupling radiation into the tube and an optical filter ( 7 ) for suppressing disturbing ambient light. On the one hand, the optical fibers are optically connected to radiation sources located in the sensor head. On the other hand, external radiation sources can also be connected to the sensor head via Lichtwellenlei. The tube is used to hold the sensor head and a lens ( 8 ). The sample to be examined is localized in the immediate vicinity of the tube.
Die lichtempfindlichen Flächen der Empfänger (4, 5) liegen in der gemeinsamen Empfänger ebene. Die Empfänger weisen einen definierten Abstand zueinander auf. Die Empfänger liegen mit ihren Flächenmittelpunkten auf der gemeinsamen Empfängergeraden. Diese Gerade ist senkrecht zur Meßgeraden ausgerichtet. Dabei steht die Meßgerade senkrecht auf der Empfängerebene. Zwischen den beiden Empfängern sind Endflächen von Lichtwellenleitern (6) angeordnet, die Strahlung in den Tubus einkoppeln. Es können ein einziger oder mehrere Lichtwellenleiter angeordnet sein. Die Endflächen der Lichtwellenleiter liegen in der Empfän gerebene. Dabei können diese vorzugsweise im Mittelpunkt des Raumes zwischen beiden Empfängern bzw. in dessen Umgebung lokalisiert sein. Der optische Filter (7) ist direkt am Sensorkopf montiert und befindet sich somit in unmittelbarer Nähe des Empfängerebene. Der Filter ist für das Licht der Strahlungsquellen und für das Reflektanzlicht durchlässig und soll Strahlung anderer Wellenlängen blocken. Damit wird die auf die Empfänger fallende Intensität von Umgebungsstrahlung oder Fremdlicht reduziert. Anstelle der Lichtwellenleite rendflächen können auch Strahlungsquellen direkt angeordnet werden.The light-sensitive surfaces of the receivers ( 4 , 5 ) lie in the common receiver plane. The receivers are at a defined distance from each other. The receivers lie with their area centers on the common receiver straight line. This straight line is aligned perpendicular to the measuring line. The measuring line is perpendicular to the receiver plane. End faces of optical waveguides ( 6 ) are arranged between the two receivers and couple the radiation into the tube. A single or a plurality of optical waveguides can be arranged. The end faces of the optical fibers are in the receiver plane. These can preferably be located in the center of the space between the two receivers or in the vicinity thereof. The optical filter ( 7 ) is mounted directly on the sensor head and is therefore in the immediate vicinity of the receiver level. The filter is transparent to the light from the radiation sources and to the reflectance light and is intended to block radiation of other wavelengths. This reduces the intensity of ambient radiation or external light falling on the receiver. Instead of the optical waveguide end surfaces, radiation sources can also be arranged directly.
Der Tubus (2) ist hohl, also optisch durchlässig. Der Tubus ist mit seiner einen Seite am Sensorkopf lichtdicht montiert. Die andere Seite nimmt eine Linse (8) auf, deren Abstand von den Lichtwellenleitern und Empfängern der Brennweite entspricht. Das heißt, die Empfänger ebene liegt in der Brennebene dieser Linse. Die Linse wird von den Lichtwellenleitern mit Einkoppelstrahlung und die Empfänger mit Probenstrahlung (Reflektanz der Probe (3)) beauf schlagt. Die Linse gibt Parallelstrahlung auf die zu untersuchende Probe. Die optische Achse (9) der Linse steht senkrecht auf der Empfängerebene.The tube ( 2 ) is hollow, so it is optically transparent. The tube is mounted light-tight on one side of the sensor head. The other side receives a lens ( 8 ), the distance from the optical fibers and receivers corresponds to the focal length. This means that the receiver plane lies in the focal plane of this lens. The lens is impacted by the optical fibers with coupling radiation and the receiver with sample radiation (reflectance of the sample ( 3 )). The lens emits parallel radiation on the sample to be examined. The optical axis ( 9 ) of the lens is perpendicular to the receiver plane.
Der Linse (8) ist die zu untersuchende Probe (3) in definierter Weise vorgelagert. Es werden grundsätzlich zwei Fälle unterschieden. Im ersten Fall ist die zu untersuchende Probe in einem definierten Abstand von der Linse entfernt (einige mm bis cm). Im zweiten Fall sind Probe und Linse direkt miteinander kontaktiert. Diese beiden Fälle werden weiter unten näher erläutert (Ansprüche 3 bis 6).The sample ( 3 ) to be examined is upstream of the lens ( 8 ) in a defined manner. A basic distinction is made between two cases. In the first case, the sample to be examined is at a defined distance from the lens (a few mm to cm). In the second case, the sample and lens are in direct contact with each other. These two cases are explained in more detail below (claims 3 to 6).
Beim Meßvorgang wird die Probe (3) über die Linse (8) mit Parallelstrahlung beaufschlagt. Dabei ist die Probenoberfläche parallel zur Empfängerfläche angeordnet bzw. m. a. W. die optische Achse der Linse steht senkrecht auf der Probenoberfläche. Die auf die Probe treffende Strahlung wird entsprechend den spektralen Absorptions- und Streueigenschaften der Probe verändert. Es entsteht das Reflektanzlicht der Probe, von dem ein Teil durch die Linse (8) auf die Empfängerebene mit den Empfängern (4, 5) gelangt. Dabei treffen auf den einen Empfänger ausschließlich Photonen der diffusen Remission und auf den anderen Empfänger Photonen der diffusen Remission und specularen Reflexion. Dazu ist die optische Achse (9) der Linse (8) zu den Lichtwellenleiterendflächen (6a) in der Weise versetzt angeordnet, daß diese zwar die Empfängergerade durchstößt, aber entlang dieser Geraden zu einem der beiden Empfänger (4 oder 5) verschoben ist. Die optische Achse (9) durchstößt also nicht den Mittelpunkt des Raumes zwischen den beiden Empfängern. Da die Empfänger in der Brennebene der Linse lokalisiert sind, werden die von der Probe ausgehenden specula ren Reflexe in der Brennebene abgebildet. Wegen der Versetzung der Linse passiert die Abbildung jenseits der optischen Achse auf einem der beiden Empfänger. Die Signale der beiden Empfänger werden miteinander verknüpft und so diffuse Remission und speculare Reflexion in einfacher Weise ermittelt.During the measuring process, the sample ( 3 ) is exposed to parallel radiation via the lens ( 8 ). The sample surface is arranged parallel to the receiver surface or ma W. the optical axis of the lens is perpendicular to the sample surface. The radiation incident on the sample is changed in accordance with the spectral absorption and scattering properties of the sample. The result is the reflectance light of the sample, part of which passes through the lens ( 8 ) to the receiver level with the receivers ( 4 , 5 ). Only one photon of diffuse remission hits the one receiver and photons of diffuse remission and specular reflection to the other receiver. For this purpose, the optical axis ( 9 ) of the lens ( 8 ) to the optical fiber end faces ( 6 a) is arranged offset such that it penetrates the straight line of the receiver, but is shifted along this straight line to one of the two receivers ( 4 or 5 ). The optical axis ( 9 ) therefore does not penetrate the center of the space between the two receivers. Since the receivers are located in the focal plane of the lens, the specular reflections emanating from the sample are imaged in the focal plane. Because of the displacement of the lens, the image passes beyond the optical axis on one of the two receivers. The signals of the two receivers are linked together and diffuse reflectance and specular reflection are determined in a simple manner.
Im folgenden werden zwei verschiedene Einsatzfälle dokumentiert. In dem einen Fall ist die Probe (3) in einem definierten Abstand von der Linse (8) entfernt (Anspruch 3 und 4). Hierbei kann der Sensor in einiger Entfernung von der Probe (z. B. Schüttgut) befestigt werden ohne dabei die Probe zu berühren. Oder der Tubus (2) kann in einen Aufnahmeblock montiert werden, der gleichzeitig als Auflage auf der Probenoberfläche dient (z. B. plane Festkörperflächen). Darüberhinaus kann der Tubus selbst als Auflage ausgebildet sein. Der Auflage- bzw. Aufnahmeblock berührt die Probe. Die Linse (8) hat keinen Kontakt zur Ober fläche. Die Linse (8) im Tubus (2) ist eine Bikonvexlinse, die die Probe mit Parallelstrahlung beaufschlagt, die diffuse Remission auf beide Empfänger (4, 5) richtet und die die speculare Reflexion auf nur einen Empfänger abbildet. In den Aufnahmeblock kann zusätzlich ein Planfenster eingesetzt werden, was bei der Untersuchung von Flüssigkeiten (oder Gase) hilfreich ist.Two different applications are documented below. In the one case, the sample ( 3 ) is at a defined distance from the lens ( 8 ) (claims 3 and 4). The sensor can be attached at some distance from the sample (e.g. bulk material) without touching the sample. Or the tube ( 2 ) can be mounted in a mounting block that also serves as a support on the sample surface (e.g. flat solid surfaces). In addition, the tube itself can be designed as a support. The support or receiving block touches the sample. The lens ( 8 ) has no contact with the upper surface. The lens ( 8 ) in the tube ( 2 ) is a biconvex lens which applies parallel radiation to the sample, which directs diffuse reflectance to both receivers ( 4 , 5 ) and which maps the specular reflection to only one receiver. A plan window can also be inserted into the mounting block, which is helpful when examining liquids (or gases).
In dem anderen Fall ist die Linse (8) direkt mit der Probe (3) kontaktiert (Anspruch 5 und 6). Das ist insbesondere bei der Untersuchung von flüssigen Medien günstig. Dabei ist der Tubus (2) in einem Aufnahmeblock befestigt. Ein solcher Aufnahmeblock kann beispielsweise ein marktübliches Rohr-T-Stück sein, das zwei Öffnungen für die hindurchfließende Flüssig keit und eine Öffnung zur Aufnahme des Sensors aufweist. Die Linse (8) ist eine Plankon vexlinse, wobei die plane Seite der zu untersuchenden Flüssigkeit zugewandt ist. Die Planseite und die Flüssigkeit bilden eine gemeinsame plane Grenzfläche festflüssig. Dabei wird von dieser Grenzfläche specular reflektierte Strahlung auf einen der beiden Empfänger gelenkt, wo die Lichtwellenleiterendflächen (6a) durch die Linse (8) abgebildet werden. Dieser Empfänger wird außerdem mit diffuser Remission beaufschlagt. Der andere Empfänger registriert ausschließlich diffuse Remission. Die Linse (8) hat in diesem Fall neben einer abbildenden Funktion auch die Aufgabe, die reflektierende Probenoberfläche zu gestalten. Praktische Anwendung: + synchrone Erfassung von Absorption, Streuung und Brechzahl von Flüssigkeiten + Erfassung von Farbe und Glanz fester Oberflächen. In the other case, the lens ( 8 ) is contacted directly with the sample ( 3 ) (claims 5 and 6). This is particularly beneficial when examining liquid media. The tube ( 2 ) is fastened in a receiving block. Such a mounting block can be, for example, a commercially available pipe T-piece that has two openings for the liquid flowing through it and an opening for receiving the sensor. The lens ( 8 ) is a plano-convex lens, the flat side facing the liquid to be examined. The flat side and the liquid form a common, flat, solid interface. Specularly reflected radiation is directed from this interface to one of the two receivers, where the optical fiber end faces ( 6 a) are imaged by the lens ( 8 ). Diffuse remission is also applied to this receiver. The other receiver only registers diffuse remission. In addition to an imaging function, the lens ( 8 ) also has the task of designing the reflective sample surface. Practical application: + synchronous detection of absorption, scattering and refractive index of liquids + detection of color and gloss of solid surfaces.
Die Lichtwellenleiter (6) können in einer Zeile, zentrisch oder in mehreren übereinanderlie genden Lagen angeordnet sein. Jeder einzelne Lichtwellenleiter wird separat von einer Strahlungsquelle mit Strahlung versorgt. Das können z. B. Leuchtemitterdioden LED sein, die sich im Sensorkopf (1) befinden. Dabei werden die Strahlungsquellen nacheinander Licht in die Lichtwellenleiter (6) einkoppeln, so daß stets nur eine Strahlungsquelle definierter Wellenlänge aktiv ist. Über einen Anschluß mit Lichtwellenleiter kann auch eine externe Strahlungsquelle an den Sensorkopf angeschlossen werden. Anstelle der Lichtwellenleiter kann am Ort der Lichtwellenleiterendflächen auch direkt eine Strahlungsquelle montiert sein (z. B. eine LED).The optical waveguide ( 6 ) can be arranged in one line, centrally or in several superimposed layers. Each individual optical fiber is supplied with radiation separately from a radiation source. That can e.g. B. light emitting diodes LED, which are located in the sensor head ( 1 ). The radiation sources will couple light into the optical waveguide ( 6 ) one after the other, so that only one radiation source of a defined wavelength is always active. An external radiation source can also be connected to the sensor head via an optical fiber connection. Instead of the optical fibers, a radiation source (e.g. an LED) can also be installed directly at the location of the optical fiber end faces.
Der vorgestellte Reflektanzsensor läßt sich nicht nur für undurchsichtige Proben verwenden. Unter bestimmtem Bedingungen und Voraussetzungen ist der Sensor grundsätzlich auch für Proben geeignet, bei denen die Strahlung tiefer in das Probenvolumen eindringt.The reflectance sensor presented cannot only be used for opaque samples. Under certain conditions and conditions, the sensor is basically also for Suitable samples in which the radiation penetrates deeper into the sample volume.
Claims (7)
daß ein Sensorkopf (1) mit Empfänger (4, 5), Filter (7) und Strahlungsquellen mit Licht wellenleitern (6), ein Tubus (2) mit Linse (8) sowie eine zu untersuchende Probe (3) nachein ander auf einer gemeinsamen Meßgeraden angeordnet sind,
daß im Sensorkopf (1) zwei optoelektronische Empfänger (4, 5) mit ihren Empfängerflächen in einer gemeinsamen Empfängerebene lokalisiert sind und sich dabei mit den Empfänger flächenmittelpunkten auf einer gemeinsamen und zur Meßgeraden senkrecht ausgerichteten Empfängergeraden befinden und die Meßgerade senkrecht auf der Empfängerebene steht,
daß zwischen beiden Empfängern (4, 5) die Endflächen (6a) der Lichtwellenleiter (6) angeordnet sind, wobei die Lichtwellenleiterendflächen in der Empfängerebene liegen und ein Filter (7) zur Unterdrückung von Umgebungslicht in unmittelbarer Nähe vor der Empfänger ebene montiert ist,
daß der Tubus (2) mit der einen Stirnseite am Sensorkopf (1) montiert ist, die andere Stirnsei te eine Linse (8) aufnimmt, so daß sich Empfängerebene und Optikebene mit Linse (8) im Innern des Tubus (2) gegenüberstehen, wobei die optische Achse (9) der Linse (8) senkrecht auf der Empfängerebene steht und die Empfängerebene in der Brennebene der Linse (8) lokalisiert ist,
daß der Linse (8) die zu untersuchende Probe (3) vorgelagert ist, wobei Linse (8) und Probe (3) einen definierten Abstand aufweisen oder die Probe (3) mit der Linse (8) direkt kon taktiert ist, sowie die Probenoberfläche parallel zur Optikebene ausgerichtet ist,
und daß zur separaten Erfassung von diffuser Remission und specularer Reflexion die opti sche Achse (9) der Linse (8) die Empfängergerade durchstößt und die Lichtwellenleiterend flächen (6a) außerhalb der optischen Achse (9) derart angeordnet sind, daß der eine Empfän ger mit specularer Reflexion plus diffuser Remission und der andere Empfänger ausschließ lich mit diffuser Remission der Probe (3) beaufschlagt ist.2. reflectance measuring probe for the simultaneous detection of diffuse and specular reflection of samples, in particular opaque samples, with radiation sources, optoelectronic receivers, optical waveguides, filters and lenses, characterized in that
that a sensor head ( 1 ) with receiver ( 4 , 5 ), filter ( 7 ) and radiation sources with light waveguides ( 6 ), a tube ( 2 ) with lens ( 8 ) and a sample to be examined ( 3 ) in succession on a common Straight lines are arranged,
that in the sensor head ( 1 ) two optoelectronic receivers ( 4 , 5 ) are located with their receiver surfaces in a common receiver plane and are located with the receivers in the center of the area on a common receiver line oriented perpendicular to the measuring line and the measuring line is perpendicular to the receiver plane,
that between the two receivers ( 4 , 5 ) the end faces ( 6 a) of the optical waveguides ( 6 ) are arranged, the optical waveguide end faces being in the receiver plane and a filter ( 7 ) for suppressing ambient light being mounted in the immediate vicinity of the receiver plane,
that the tube ( 2 ) with one end of the sensor head ( 1 ) is mounted, the other Stirnsei te a lens ( 8 ), so that the receiver plane and the optical plane with lens ( 8 ) inside the tube ( 2 ) face each other, whereby the optical axis ( 9 ) of the lens ( 8 ) is perpendicular to the receiver plane and the receiver plane is located in the focal plane of the lens ( 8 ),
that the lens ( 8 ) is the sample to be examined ( 3 ) upstream, the lens ( 8 ) and sample ( 3 ) have a defined distance or the sample ( 3 ) with the lens ( 8 ) is directly contact, and the sample surface is aligned parallel to the optical plane,
and that for separate detection of diffuse reflectance and specular reflection, the optical axis ( 9 ) of the lens ( 8 ) penetrates the receiver line and the optical waveguide surfaces ( 6 a) outside the optical axis ( 9 ) are arranged such that the one receiver specular reflection plus diffuse reflectance and the other receiver is only subjected to diffuse reflectance of the sample ( 3 ).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19920184A DE19920184C2 (en) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Methods for the simultaneous detection of diffuse and specular reflection of samples, in particular opaque samples, and reflectance measuring probe |
| DE1999134934 DE19934934C1 (en) | 1999-05-03 | 1999-07-26 | Diffuse and specular reflection measuring method has diffuse reflection component, spectral reflection component and transmission components received at detection planes of at least 2 optoelectronic detectors |
| DE2000102238 DE10002238A1 (en) | 1999-05-03 | 2000-01-20 | Detecting specular reflection of opaque samples, involves defining the number and type of optical state variables to be recorded depending on the composition of the sample |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19920184A DE19920184C2 (en) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Methods for the simultaneous detection of diffuse and specular reflection of samples, in particular opaque samples, and reflectance measuring probe |
Publications (2)
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