DE202009000222U1

DE202009000222U1 - Integrierendes Bewertungsmodul der Belichtung und Bestrahlung mit erweiterter sphärischer Richtcharakteristik

Info

Publication number: DE202009000222U1
Application number: DE202009000222U
Authority: DE
Original assignee: Deleker Henry Dipl-Ing
Current assignee: Deleker Henry Dipl-Ing
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2019-01-06

Abstract

Integrierendes, optisches Bewertungsmodul der Belichtung oder Bestrahlung mit erweiterter sphärischer Richtcharakteristik dadurch gekennzeichnet, dass in einer gemeinsamen Anordnung optische Elementen baulich mit photoelektrischen Strahlungsdetektoren aus einkristallinem Halbleitermaterial und zugehöriger Signalaufnahme- und Verarbeitungsschaltung in derart vereinigt sind, dass zwischen zwei unterschiedlichen, getrennt vorgefertigten Modulsegmenten bestehend aus
– einem Kugelkopfgefäß aus optisch transparentem Material etwa in der Form eines Erlenmeyerschen Rundkolbens mit einem hülsenförmigen Verbindungsstück am Hals des Kolbens, das eine Kopplungsteil bildend und
– einer zylindrischen Sockelkonstruktion
– mit einem leicht konusartig verjüngten, geöffneten Rohrabschnitt am Halteteil der Sockelkonstruktion, das zweite Kopplungsteil passend zum Hülsenstück am Hals des Rundkolbens bildend,
– nach dem Hülse-Kernprinzip zusammengesteckt, und durch elastische Kunststoffringe zwischen den überlappenden, geschliffenen Halsregionen
ein lösbarer, hermetisch dichtender Zusammenhalt geschaffen ist und
– nahe einem verschließbaren Abschnitt der Sockelkonstruktion eine Fassung für ein mehradriges Verbindungskabel zu modulexternen in Echtzeit betriebenen Auswerteeinheiten geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion eines optischen Bewertungsmoduls von Strahlung mit verbesserter sphärischer Richtcharakteristik für ausgewählte Bereiche des sichtbaren und des ultravioletten Spektrums und den stabilen Betrieb unter verschärften Umgebungsbedingungen. Diese Bewertungsmodule sind Industrie- und Umweltdetektoren für professionelle und semiprofessionelle Anwendungen.
Diese optischen Bewertungsmodule sind heute unverzichtbar im erweiterten Qualitätsmanagement insbesondere bei Simulationsverfahren von Belastungen, wie sie bei der Prüfung neuer Arzneimittel und Kosmetika, aber auch Lackierungen auf ihre Stabilität sowohl unter verschiedenen klimatischen Bedingungen, als auch in einem Photostabilitätstest gemäß den Vorgaben des Lichttests nach ICH-Q1B durchgeführt werden. Die Effekte durch Lichteinwirkung müssen über kontrollierte Testbedingungen von etwaigen Veränderungen, die durch die Wärmewirkung der eingesetzten Lichtquellen bedingt sind, getrennt werden.
Ein alternatives Anwendungsgebiet der neuen Sensorkonstruktion sind Wasseraufbereitungsanlagen in denen das Wasser über eine kontrollierte Zeitperiode einer ausgewählten Bestrahlung zur Abtötung spezieller Bakterien unterworfen und die Einwirkdauer und Intensität simultan zur Bestrahlung kontrolliert verfolgt und aufgezeichnet wird.
Die Module sind als Bewerter der Sonnenscheindauer- und/oder als Sonnenstandsensoren ausführbar. Sowohl Sonnenlicht, als auch Strahler in Solarien enthalten hohe Anteile des kurzwelligen Spektrums, das auf der nackten menschlichen Haut je nach Hauttyp und Einwirkungsdauer unerwünschte Hautschädigungen hervorruft. Sonnenbrand gilt als wichtiger Risikofaktor für die Entstehung von Hautkrebs. Für die Vermeidung der Lichterytheme und von Sonnenbrand und Hautkrebs, ist es wichtig die personengebunden akkumulierte Strahlung, auch für den Fall einer zwischenzeitlichen Unterbrechung der Bestrahlung zu kennen. Der Beginn eines Sonnenbrandes kann jedoch während der Bestrahlung nicht sofort erkannt werden.
Stand der Technik
Spritzgussmaterial aus thermoplastischem Kunststoff ist bereits sehr früh zur Formung glasklarer Kugeln oder Glocken benutzt worden, um Spielzeugmodelle oder Spielzeugszenarien herzustellen und als so genannte „Schneekugeln" auf den Markt zubringen.
Von Musch-Hackenberg wurde ein Schneegestöber vorgeschlagen, bei dem in einer Schneekugel zur Zierde eine Füllung aus einer formbaren und härtbaren Kunststoffmasse (Fimo, Bijouplast, Cernit, Silikon) und einem darin eingearbeiteten Edelstein oder Edelsteinbäumchen angeordnet, und die Kugel durch industriellen Schnee, Glasflitter und destilliertes Wasser, versetzt mit einem Tropfen Spülmittel als Weichmacher, vervollständigt wurde.
Von der Firma Eurochron GmbH wurde ein Zeitmessgerät für einen normaler Aufzug von Hand vorgeschlagen, mit dem die Emotionalität des Benutzers verbessert angesprochen werden kann. Beim Aufziehen macht man sich dabei das dynamisch wirkende Schneegestöber in der Kugel zu nutze. Oberteil und Unterteil des Gerätes des Uhrwerks sind gegeneinander drehbar angeordnet. An den beiden Teilen sind Zeitskalen und Markierungen angebracht, so dass das Uhrwerk in bekannter Weise aufgezogen werden kann.
Schnee- und Schmuckkugeln mit ihren durchsichtigen Kugelwänden und ihrer Flüssigkeitsfüllung und der damit verbundenen Brechungsindexänderung können zu einer besser wahrnehmbaren optischen Vergrößerung der Innenaufbauten beitragen, so wie man eine Tageslichtfokussierung von den Schusterkugeln gewöhnt war. Die optischen Eigenschaften des Wassers in der Kugel und die bei den gefüllten Schnee- und Schusterkugeln erzielten optischen Effekte reichen aber nicht aus, um die Anforderungen der oben genannten Anwendungsgebiete zu erfüllen.
Demgegenüber stützen sich erste Vorrichtungen zur objektiven Lichtmessung nach Rudolf Fuchs gemäß der DDPS3703 und DDPS8852A auf Ulbrichtkugeln (Vgl. auch R. Ulbricht). Danach kann die in Ulbrichtkugeln von einer oder mehreren in der Kugel angeordneten Lichtquellen erzeugte gleichmäßige Ausleuchtung zu einer Erhöhung der Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit der im Inneren der Kugel herrschenden Helligkeit genutzt werden. Das durch eine Milchglasscheibe aus der Ulbrichtkugel ausgekoppelte Licht lässt sich entweder über das ganze abgestrahlte Spektrum oder auf einen begrenzten Teil des Spektrums mit kugelexternen Photoelementen und einer angeschlossenen Kompensationsschaltung erfassen.
Eine kompakte und billige Kugelanordnung der Ulbrichtkugel entsteht, wenn ein massiver Acrylglaskörper, welcher in sich einstückig an einen eigentlichen Kugelkörper, eine Abbildungsoptik und eine zwischen Kugelkörper und Abbildungsoptik durch eine Einschnürung gebildete Blende, sowie einen Auskoppelkanal anschließt, vereint wird. Die Intensität eines, in einen relativ breiten Winkelbereich einfallenden Laserstrahls wird gemessen, nachdem der Laserstrahl an irgendeiner Stelle eines Lichteintrittsfensters der Abbildungsoptik in den massiven Kugelkörper gelangt ist. Eine weiße Beschichtung auf der Außenfläche des Kugelkörpers sorgt für eine starke Diffusion des Lichts. Am polierten Stirnende des Auskoppelkanals wird mit einem Detektor die Lichtstärke gemessen.
Die einschnürende Blende oder ein wie eine Blende wirkender schlanker Hals auf der Lichtausgangsseite des massiven Acrylglaskörpers senkt den Anteil der in die eigentliche Ulbrichtkugel eintretenden Strahlung, reduziert die Ansprechempfindlichkeit und erhöht die Ansprechschwelle. Demzufolge lassen sich Kurzzeitprozesse wie die Lagebestimmung der Kante einer Identifizierungskarte (Kredit-, Scheck- oder Ausweiskarte) oder eine momentane Messung der aktuellen Laserleistung problemlos durchführen. Ausgedehnte Belastungstests von Probesubstanzen in temperierter Atmosphäre und einer Bestrahlung mit relativ niedrigen Bestrahlungsdichten bleiben jedoch von dieser Messvorrichtung ausgeschlossen.
Bei länglichen Lichtquellen stützen sich Geräte zur Messung von Lichtstärke und Lichtstrom auf Ulbrichtsche Kugeln mit Kugeldurchmessern in der Größe der Lichtquellen bzw. auf eine spiralförmige Abtastung. Entweder muss dabei die Lichtquelle gedreht oder mit einem Drehspiegelsystem rundherum, mindestens aber abschnittweise abgetastet werden. In derartigen Goniophotometern wird zu diesem Zweck der Lichtmesskopf auf einen Wagen montiert und auf einem Kreisbogen verschiebbar umfahren. Die gemäß der DE19935761A1 lokal aufgelöste Erfassung der Leuchtdichte gelingt mit einer CCD-Kamera, aber Messvorrichtung muss die Bedingung für eine genügende räumliche Bewegungsfreiheit erfüllen.
Die Bestimmung der Leistungsdichteverteilung von Strahlenbündeln, die hohe Divergenz besitzen, ist nach DE19909595A1 auch mit dem räumlich abtastenden Verfahren der Ulbrichtkugel möglich. Derartige Strahlenbündel entstehen typischerweise bei einer Fokussierung mit einer Fokussieroptik bei der das Verhältnis F = D/f von Strahldurchmesser D zu Brennweite f im Bereich kleiner 4 liegt. Bei einer Strahlungserzeugung durch Hochleistungslaserdioden ist dies leicht einzuhalten.
Damit bei der Messung von Strahlung mit hoher Divergenz und großer Leistung das Messergebnis unabhängig von der Divergenz der Strahlung wird und so eine Ermittlung der tatsächlichen Leistungsdichteverteilung gewährleistet bleibt, wird eine Nadellochbohrung mit einem sehr kleinen Schachtverhältnis in der Messvorrichtung realisiert. Hintergrund dieser Maßnahme ist die Absicht, die Absorption oder die Rückreflexion zurück aus dem Schacht nach draußen an zu langen Schachtwänden zu vermeiden. Dies gelingt umso leichter, je langwelliger die benutzte Strahlung ist.
Die integrierende Ulbrichtkugel reflektiert den eingetretenen Strahl an der Innenwand fortlaufend hin zur gegenüberliegenden Wand und erzeugt eine gleichmäßige Ausleuchtung des Innenraumes. Durch eine zweite Bohrung kann ein Teil dieser Strahlung aus der Ulbrichtkugel hinaus in einen Licht führenden Kanal und schließlich auf einen nicht näher spezifizierten Detektor gelangen.
Die Realisierungschance für diese Strahlanalyse auf engstem Raum ist an der Umsetzung des Messsystems in ein tragbares Gerät erfolgreich offenbart worden. Es ergibt sich aber auch, dass direkt messende Sensoren aufgrund der Pegelhöhe der optischen Leistung bis in den kW-Bereich Gefahr laufen, zerstört zu werden, insbesondere dort, wo die lokale Laserstrahlung am höchsten ist. Derartige Strahlanalysen werden deshalb bevorzugt an technologischen Anlagen für eine lasergestützter Fertigung in Mikrobearbeitungsschritten wie Bohren und Schneiden angewendet. Die Größe des tragbaren Gerätes schmälert jedoch unerwünscht das Nutzraum-Volumen-Verhältnis in Kammern für die Belastungssimulation.
Für das in der vorliegenden Erfindung angestrebten Einsatzgebiet ist der Messaufwand noch ungenügend angepasst. Dies betrifft neben der Vorrichtungsgeometrie auch die Ansprechschwelle, das spektrale Auflösungsvermögen und die Stabilität im Dauerbetrieb unter besonderen klimatischen Bedingungen.
Aus der DE102007018605A1 ist ein Verfahren zum Anzeigen einer bestimmten UV-Strahlendosis bekannt, bei dem eine Mischung von ausgewählten Substanzen, bestehend aus einer Substanz mit definierter UV-Photoaktivität, einem Redox-Farbstoff und einer als Opfer-Elektronendonator wirkenden Substanz, einer UV-Strahlung ausgesetzt wird. Die Abbruchentscheidung der Bestrahlung erfolgt dann, wenn nach dem Erreichen einer bestimmten Strahlendosis ein definierter Farbwert der Substanzmischung auftritt.
Ähnliches wurde bereits auch durch die Verwendung von Teststreifen mit einer flächigen, bevorzugt länglichen Folie, die eine Matrix mit einer photoaktiven chromogenen Substanz trägt, versucht. Zur einfachen und preiswerten Vorbestimmung der möglichen sonnenbrandfreien Aufenthaltsdauer in der Sonne wurden die Testfolien mit den sensiblen Substanzen bis zum Einsatz einzeln, trocken und lichtdicht in Aluminiumfolien verpackt, in einer Schachtel aufbewahrt. Erst zu Testbeginn wurden sie entnommen und mit Hilfe einer Aufhängvorrichtung im Testfeld angebracht. Zwischenzeitlich ist dann die entstandene Farbe auf der Testfolie mit der Farbe von Vergleichsfarbtafeln zu vergleichen.
Die Ermittlung der Expositionsdosis mit der traditionellen chemischen Aktinometrie und mit Hilfe der photosensitiven Substanz, über deren Farbumsetzungsgrad auf die absorbierte Lichtmenge zurück geschlossen wird, erlaubt es jedoch nicht, vorher zu sehen, wie viel Zeit bis zum Eintritt des Farbumschlages noch vergehen wird. Eine Wiederverwendung der vorbenutzten, photosensiblen Substanzen in Fortsetzungstests ist kein korrektes Kontrollinstrument mehr und erfordert eine Neubestückung.
In der Gebrauchsmusteranmeldung DE202004016637U1 wird eine Beleuchtungseinrichtung bekannt gemacht, die in Verbindung mit einer zusätzlichen Steuereinrichtung besonders vielseitig einsetzbar gemacht werden kann. Solch eine Steuereinrichtung kann aus einem optischen Element wie einer Blende oder einer Abschirmung zur Änderung der Hauptabstrahlrichtung oder der Strahldivergenz bestehen. Um eine Klimaanlage anzusteuern muss die Ansteuerelektronik mit einem Temperatursensor ausgestattet sein. Weitere Anwendungen entstehen, wenn die Ansteuerungselektronik mindestens ein Bauteil aus der Reihe Pulsweitenmodulationsschaltung für das Dimmen, bzw. Lichtsensoren für das Auslösen des Dimmens enthält.
Diese Ausgestaltungen sind besonders auf die Modifizierung der Innenbeleuchtung verschiedener Plätze in Land- und Luftfahrzeugen, aber auch auf tageslicht – und präsensabhängige Beleuchtungen in Büroräumen gerichtet.
Eine kugelkappenartige Quarzlinse auf den sog. Kugelkopfsensoren, wie sie in der DE19936000 offenbart wurde, führt jedoch nur zu einer kaum erwähnenswerten positiven Veränderung der sphärischen Empfindlichkeit. Eigentlich werden solche Linsen seit langem aufgesetzt um die Fokussierung zu verbessern, was in der Regel sogar zu einer Verkleinerung der sphärischen Empfindlichkeit führt.
Ein besonderer UV-Sensor für die Messung der UV-Strahlungsleistung kommt in Bewitterungsvorrichtungen gemäß der DEPS 10200403760264 zum Einsatz. Diese Sensoren sollen in Öffnungen in der Wand der Kammer eingesetzt werden und können deshalb nur in schrägem Winkel auf die UV-Quellen ausgerichtet werden. Die Besonderheit der Lösung besteht hier darin, dass ein über einen breiteren Spektralbereich (300–400 nm) empfindlicher UV-Sensor in einem ersten schmaleren Spektralbereich 330–350nm kalibriert wird und seine Werte der Strahlungsleistung W_300–400 mit den Werten eines außerhalb des UV-Bereiches empfindlichen, ebenfalls kalibrierten Sensors (VIS_420±10nm) ins Verhältnis gesetzt werden.
Als Nutzen dieser Vorrichtung wird im Vergleich zum Stand der Technik die Reduzierung der Anzahl benötigter kalibrierter Sensoren und die Kontrolle von nun doch zwei benachbarten Spektralbereichen UV_340+10nm und VIS_420+10nm mit Hilfe von 2N-1 Sensoren ausgewiesen. Dieser Aufwand erscheint aber immer noch unerwünscht hoch und ist bei einer besseren Auswahl der Messvorrichtung möglicherweise gar nicht erforderlich.
So ist in der DEPS10200504732663 ein Klimaschrank vorgeschlagen worden, in dem neben alternativen Sensoren für Feuchte und Temperatur wenigsten noch ein sphärischer Lichtsensor untergebracht ist. Er soll die auf die Schrankproben normgemäß einfallende Lichtmenge in Höhe von 1,2 Mio. Lux·Stunden und eine UV-Bestrahlungsstärke von 200 Watt·Stunden/m² möglichst genau bestimmen. Als notwendige Bedingung für die Erfüllung dieser Aufgabenstellung werden zwei Sensoren, einmal für das sichtbare Licht und zum zweiten für die UV-Strahlung, gefordert. Die beiden separaten, unterschiedlichen, standfesten Licht- und Strahlungssensoren sind nach dieser Patentschrift nur dann der Zielfunktion im Klimaschrank entsprechend gestaltet, wenn eine vorgegebene sphärische Empfangscharakteristik von der idealen, räumlichen Empfindlichkeitscharakteristik nur um den Schwundanteil, der von der Standfestigkeitsbedingung herrührt, abweicht. Der dank der Wandlerfunktion Beleuchtungsstärke/Photostrom im sichtbaren Bereich und Bestrahlungsstärke/Photostrom im UVA-Bereich von den Sensoren gelieferte Photostrom-Zeit-Verlauf ist sodann in einer angeschlossenen Auswerteschaltung aufzubereiten.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine einheitliche Lösung für die zahlreichen unterschiedlichen, zum Teil einander widersprechenden Erfordernisse hinsichtlich der Sensorkonstruktion zu schaffen.
Zunächst ist eine hermetische, atmosphärische Trennwand zwischen dem Behandlungsraum der Probanden oder Prüfsubstanzen und einem photoelektronischen Detektor zu schaffen. Diese Trennwand ist über die atmosphärische Trennfunktion hinaus gleichzeitig mit zwei alternativen optischen Eigenschaften auszustatten. Einerseits soll sie Licht beziehungsweise Strahlung aus vorgegebenen Wellenlängenbereichen verlustarm durchlassen. Andererseits soll sie die gleichen Größen möglichst verlustlos total reflektieren und eine Rückpassage durch die Trennwand in den Behandlungsraum verhindern.
Durch die Realisierung dieser gegensätzlichen Trennwandeigenschaften und die absorptionsarme Auffüllung des Innenraumes der Sensorkonstruktion ist Einfluss auf die untere Ansprechgrenze und einen günstigen Wandlerwirkungsgrad zu nehmen.
Der zweite zu lösende Widerspruch besteht darin, dass bei einer Aufstellung der Sensorkonstruktion in einem Behandlungsraum mit durchwirbelter Atmosphäre die Standfestigkeit gesichert, aber die Aufsetzfläche so verringert wird, dass die räumliche optische Empfindlichkeitscharakteristik größtmöglich und frei von Verschattungen ausgebildet werden kann.
Ein dritter Aufgabenkontrast ergibt sich aus den Einsatzbedingungen des Bewertungsmoduls. Die gasförmige oder flüssige Phase der Prüfraumatmosphäre hinterlässt je nach eintretenden Reaktionen in, an oder aus den Prüfobjekten heraus möglicherweise auf den empfindlichen Oberflächen der optischen Elemente der Sensorkonstruktion unerwünschte Spuren. Diese Spuren haften auf der Rundkolbenoberflache, sie dürfen aber zu Beginn einer Untersuchung nicht bereits anhaften, weil sie Einfluss auf die Reproduzierbarkeit der Serienergebnisse haben können. Sofern die Testbedingungen durch die Bestrahlung bzw. durch die anderen Test begleitenden Einflussgrößen sowohl Zersetzungen als auch Abscheidungen im Testraum hervorrufen, sind sowohl eine Entfernbarkeit des Belags und eine Resistenz der Oberflächequalität der Sensorkonstruktion gegen Mittel zur Belagsentfernung unverzichtbar.
Der Aufstellsockel hat die erforderliche Versorgungs- und Auswerteschaltung abgeschirmt aufzunehmen, und Fremdsignaleinstreuungen abzuschirmen.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß sind in einem optischen Bewertungsmodul der Beleuchtungs- oder Bestrahlungsstärke optische Elemente baulich mit photoelektrischen Strahlungsdetektoren in einer gemeinsamen Anordnung derart vereinigt, dass zwei unterschiedliche, getrennt vorgefertigte Modulsegmente bestehend aus einem Kugelkopfgefäß etwa in der Form eines Erlenmeyerschen Rundkolbens und einem zylindrischen Rohrstativ mit einem konusartig erweiterten Rohrabschnitt nahe der Standfläche, nach dem Hülse-Kernprinzip zusammengesteckt und durch Dichtungsringe zwischen den überlappenden Halsregionen hermetisch dichtend zusammengehalten und an der Standfläche mit einer dichtenden Platte verschlossen sind.
Im Detail befindet sich der photoelektrische Detektor auf der zentralen vertikalen Achse des Rundkolbens in einer speziell ausgewählten Position und die Normale seiner Empfangsfläche ist parallel zur Kolbenachse auf den Zenitpunkt des Rundkolbens gerichtet. Eine weiter allgemeingültige Gemeinsamkeit des Rundkolbens aller Bewertungsmodule ist die glatte, äußere Oberfläche der Außenwand des Rundkolbens, aus welchem Material derselbe auch gefertigt ist. Der erweiterte Innenraum im Sockelteil des Rohrstativs ist mit einer Leiterplatte bestückt, über die die Spannungsversorgung und der Signalverarbeitungsschaltung geführt ist.
Eine erwünschte, über die Kosinus-Charakteristik hinaus gehende, erweiterte sphärische Empfangscharakteristik des Bewertungsmoduls ist erfindungsgemäß über die Position des photoelektrischen Detektors auf der zentralen vertikalen Achse des Rundkolbens derart gewählt, dass der Detektor auf einer Achskoordinate der Zentralachse in einem Bereich vom Kugelmittelpunkt bis zum Kugelrand angebracht und die Empfangsfläche parallel zu einem Breitenkreishorizont ausgerichtet ist. Zur Erzielung der größtmöglichen Empfangscharakteristik wird der photoelektrische Detektor auf Positionen vom Kugelmittelpunkt bis zum Nadir angebracht.
Eine zweite zweckmäßige Ausgestaltungsrichtung zur Erweiterung der sphärischen Empfangscharakteristik stützt sich auf die Änderung der Ausbreitungsbedingungen des Lichtes innerhalb des Kolbens. Dies erfolgt durch Austausch eines großen Teils der Luftfüllung des Kolbens gegen einen für die zu untersuchende Strahlung transparenten Werkstoff mit einem über 1,33 hinausgehenden Brechungsindex und eine möglichst gleichmäßige und vollständige Auffüllung des größten Teils des Volumens.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass der transparente Werkstoff nicht als komplette kompakte Füllung sondern in Form zerkleinerte Bruchstücke eines festen Werkstoffs vorliegt. Bei dieser Füllung kommt es auch auf die Korngröße des eingefüllten Granulats und die Korngrößenverteilung an.
Bei der Zerkleinerung des Füllstoffes entstandenes Feinkorn wird von der Zielkorngröße in der Größenordnung von 1 mm abgetrennt.
Ein weiterer alternativer Ausbau der erweiterten Empfangscharakteristik insbesondere im Hinblick auf deren Stabilität gelingt, wenn von den beiden Oberflächenseiten der Kugelwand ausschließlich die innere Oberfläche mit einer erhöhten Mittenrauhigkeit versehen ist. Dies ist wahlweise durch eine mechanische Aufrauung oder durch das Auftragen eines härtbaren Granulatbreis ausgeführt.
Je nach dem avisierten spektralen Empfindlichkeitsbereich des Strahlungssensors z. B. bei der spektralen Anpassung an den Bereich UVA, UVB (Erythem), V(λ), die Globalstrahlung oder den IR-Bereich werden die weiteren bestimmenden optischen Eigenschaften des Kolbenmaterials gewählt.
Für Strahlungssensoren die im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt werden, kommen Werkstoffe aus Kunststoff zum Einsatz. Diese Kunststoffe sind über die gesamte Wandstärke mit einem optischen Füllstoff angereichert, so dass eine milchige Trübung entsteht. Es sind dabei bevorzugt Kunststoffe ausgewählt, bei denen sich der Brechungsindex nur sehr geringfügig gegenüber dem glasklaren Zustand verändert (PMMA glasklar 1,492 und milchig 1,491)
Um die Intensitätsempfindlichkeit schmalbandig empfindlicher Messköpfe für den Ultraviolettbereich zu optimieren, sind die Werkstoffe des Rundkolbens frei von eintrübenden Füllstoffen gehalten. Es ist besonders darauf geachtet, das im Falle des Einsatzes von PMMA-Kunststoffen die sonst übliche Zugabe von UV-Absorbern während der Werkstoffherstellung unterbleibt.
Alternativ dazu ist der Rundkolben aus geblasenem Quarzglas hergestellt.
Neben der bevorzugt beschriebene Gehäusebauform als Aufstellmodul mit einem standfesten Sockel aus einem eloxierten, angefasten Metallzylinder und mit seitlichem Abgang der Energiezuführungs- und der Signalabgabeleitungen, sind auch Ausführungen für handgerechte und wandinstallierbare Messgeräte mit axialem Anschluss dieser Zuleitungen herstellbar.
Ausführungsbeispiele
Das optische Bewertungsmodul wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele und nachfolgend genannter Figuren näher erläutert.
Es zeigen
1: Gehäusekonfiguration eines optischen Bewertungsmoduls mit einem hermetischen Rundkolben auf einem kippfesten Aufstellsockel
2: Schnitt durch ein optisches Bewertungsmodul mit einer dezentralen Platzierung des photoelektrischen Halbeiterdetektors im Rundkolben ausgelegt für sichtbaren Spektralbereich (VIS oder V-Lambda-Bereich)
3: Schnitt durch ein optisches Bewertungsmodul mit einer zentralen Platzierung des photoelektrischen Halbleiterdetektors im Rundkolben, ausgelegt für Strahlung im UVA-Bereich.
4: Spektrale Empfindlichkeit der Bewertungsmodule nach 2 (Kurve (a) und (b.)) und nach 3 [Kurve (c)].
5: Räumliche Richtcharakteristik eines dezentral platzierten Detektorplättchens im Rundkolben eingerichtet für den sichtbaren Bereich
6: Räumliche Richtcharakteristik eines zentral platzierten Detektorplättchens im Rundkolben, eingerichtet für den UVA-Bereich.
7: Vergleich der Richtcharakteristiken mehrerer verschiedener Modul-Konstruktionen in einem Winkeldiagramm:

a.) Kosinuscharakteristik des nackten Halbleiterdetektors,
b) UVA-Bewertungsmodul und c) V-Lambda-Bewertungsmodul

In 1 ist die Gehäusekonstruktion eines optischen Bewertungsmoduls angegeben. Die mit einem photoelektrischen Strahlungsdetektor in einer gemeinsamen Anordnung baulich vereinigten optischen Elemente haben zunächst die Funktion des Schutzes der freien Körperoberfläche des ohne Vorspannung am Eingang eines Operationsverstärkers betriebenen Detektors vor direkten Einflüssen aus der Prüfraumatmosphäre auf die Raumladungszone. Änderungen insbesondere Einschnürungen der Potentialverteilung an der Grenzfläche Halbleiterkörper-Umgebungsatmosphäre reduzieren ansonsten die photoelektrische Stromempfindlichkeit.
Demzufolge ist die Hermetik des Detektors über einen hohlen Rundkolbens am Messkopfes 1 abgesichert. Der zylinderförmige, hohle Halsansatz 4 am Messkopf 1 hat einen deutlich kleineren Durchmesser als der Messkopf. Er kann jedoch bis zum Halsabschluss 5 auf den schmaleren Halsansatz 13 eines zylindrischen Rohrstativs 15 aufgesteckt werden. Zwischen den überlappenden Halsregionen der beiden Fügeteile Rundkolben und Rohrstativ werden Maßnahmen zur hermetischen Dichtung auch gegen den Eintritt von Wasser bis zu einer Tauchtiefe von über 100 m vorgenommen. Die Dichtungsplatte an der Aufsetzfläche des Sockels wird durch lösbare Schraubverbindungen befestigt. Diese Verbindung verträgt das erforderliche Druckniveau ebenso, wie die Fügung an der überlappenden Halszone.
Bei der Auswahl des Materials für den Messkopf 1 am Rundkolben ist das angestrebte Einsatzgebiet zu berücksichtigen. Die Abmaße der Rundkolben liegen vorzugsweise bei 40 ± 0,05 mm. Dabei sind wahlweise anorganische oder organische Hohlkörper zu formen. Bei manchen organischen Materialien sind nur geringere maximale Betriebstemperaturen bis ca. +60°C zugelassen. Für höhere Testtemperaturen müssen Glasrundkolben und breitbandigere Halbleitersubstanzen in den Detektoren eingesetzt werden.
Typisch für die optischen Messbedingungen ist gemäß 1 eine relativ breite sphärische Verteilung der Strahlen 7 im Bestrahlungsfeld um den Rundkolben. Besondere Abstufungen der spektralen Empfindlichkeitsbereiche der Bewertungsmodule gelingen nicht mit allen allgemein infrage kommenden Materialeigenschaften der Rundkolben. Der Empfang besonders kurzwelliger UV-Strahlung ist durch Verwendung einer auf eine absolut klare, von milchig eintrübenden, zusätzlichen Füllstoffen freie Kolbenwand erleichtert.
Diese Maßnahme ist aber für eine vergrößerte Winkelverteilung allein immer noch nicht ausreichend. Damit auch Anteile von Strahlen noch erfasst werden können, die aus dem Bestrahlungsfeld rundherum um den Rundkolben nicht mehr genau orthogonal, sondern schräg auf die Kolbenwand treffen, ist an der Grenzfläche Prüfraum-Rundkolben auf einen ausreichend großen Brechungsindexsprung zu achten. Da der Prüfraum jedoch nicht nur mit Luft sondern auch mit flüssigen Substanzen wie z. B. Wasser gefüllt sein kann, ist auf einen Brechungsindex des Kolbenmaterials deutlich oberhalb 1,33 zu achten. Vorzugsweise gelangen Kolben mit einem Brechungsindex über 1,4 zum Einsatz. Dabei ist es durchaus auch von Interesse, den erhöhten Brechungsindex durch die Wand hindurch auch in das Innenvolumen des Rundkolbens fortzusetzen.
Schließlich sind neben den optischen Eigenschaften der Grenzfläche Prüfraum-Rundkolben auch die chemischen Benetzungs- und Anhaftbedingungen für Schmutz und einen Transparenz hindernden optischen Beschlag kontrolliert und konstruktiv blockiert worden. Derart störender Oberflächenschmutz besteht in der Regel aus Ablagerungen von festen, flüssigen und dampfförmigen Aerosolen in Schichtdicken der Größenordnung von 0,01–10 μm, die auf die Kolbenoberfläche transportiert und abgelagert wurden.
Randbedingung für eine konstruktive Lösung ist ein Oberflächenzustand des Kolbenmaterials, der eine Haftung genannter Beschläge ohne tiefer reichende Wechselwirkungen mit Molekülgruppen in der Mantelfläche des Kolbens gewährleistet. Demzufolge sind die Kolbenmaterialien so gewählt, das eine Unverseifbarkeit und Lichtstabilität der Oberfläche besteht und die Lösungsmittel für den Oberflächenbelag aus dem Kolbenmaterial weder lösbare Zusatzstoffe freisetzen noch das Kerngerüst des Werkstoffes angreifen. Nur eine Oberfläche, die über die ausreichende Inertheit verfügt, kann eine Reproduzierbarkeit der Ausgangsqualität der Oberflächeneigenschaften nach der Reinigung aufweisen.
Lose anhaftender Staub oder Schmutz kann mit einem Pinsel oder einem Klebeband abtupfend entfernt werden. Andere haftende Verschmutzungen sind mit einem Radiergummi abzureiben, ohne dass die Oberfläche des Kolbens deformiert wird. Hartnäckiger haftende Schichten werden durch getränkte Kompressen aufgeweicht und entfernt, nachdem sich vorher an Testproben die Ablösbarkeit der Schmutzschicht in Lösungsmitteln bestätigt hat.
Ist zusätzlich eine eingeschränkte mechanische Energie nötig, kommen Wattestäbchen, mit der Hand knetbares Material oder Holzspachtel zum Einsatz.
Sind sehr massive Wirkungen erforderlich, ist eine Kombination mechanischer Energie in Form von Ultraschall und ausgewählter schmutzlösender Flüssigkeiten anzuwenden.
Die Aufzählung der verschiedenen technologischen Möglichkeiten soll nur dazu dienen, eine für den speziellen Anwendungsfall geeignete Maßnahme herauszufinden und zu erproben.
I. Ausführungsbeispiel
Das erste nun detailliert zu beschreibende Bewertungsmodul (2) ist für den sichtbaren Spektralbereich ausgelegt. Demzufolge wurde die gewünschte spektrale Empfangscharakteristik des Moduls an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges beim Tageslichtsehen angepasst.
Diese Aufgabe lässt sich erfahrungsgemäß mit Hilfe von Filterglas- oder Filterfolienronden, die über der strahlungsempfindlichen Fläche des Detektors 10 angebracht sind, ökonomisch lösen.
Als Filterglas wird zweckmäßig ein Filter mit Bandpasscharakteristik benutzt, das außerhalb eines Wellenlängenintervalls, das durch zwei Grenzwellenlängen festgelegt ist, alle Wellenlängen maximal schwächt. Solch ein Filtertyp für den anvisierten Zweck ist ein gebräuchliches Grünfilter vom Typ BG18.
Wie aus 4 ersichtlich ist, stimmen die Empfindlichkeitsmaxima des erfindungsgemäßen Bewertungsmoduls mit dem BG18-Filter (Kurve a) und des menschlichen Auges (Kurve b) bei 555 nm noch gut überein. Die spektrale Halbwertsbreite der Augenempfindlichkeit ist jedoch um etwa 25 nm schmaler. An der kurzwelligen Flanke ist die Abweichung etwas größer als an der langwelligen Flanke. Dies hat seine Ursache in der breiteren Passcharakteristik des BG18-Filters auf der UV-Nahen Flanke.
Von besonderer applikativer Bedeutung ist der Befund, dass in der spektralen Empfindlichkeitskurve (4 Kurve a) bereits der einmalige Lichtdurchgang von Strahlen 7 aus dem Bestrahlungsfeld durch die Wand des Messkopfes 1 des Rundkolbens berücksichtigt ist. Das ist umso erfreulicher, weil die spektrale Empfindlichkeitscharakteristik nicht nur an Kolben mit glatter Oberfläche an der Innen- 3 und Außenseite 2, sondern auch an Rundkolben aus einem milchig trüben Werkstoff 1 aufgenommen wurde. Der Werkstoff des Kolbens besteht aus milchig trübem Zelluloid.
Für die Herstellung der Rundkolben werden erst zwei Ronden aus dem Plattenmaterial ausgestanzt. Aus einer der Ronden wird zentral ein Loch vom Durchmesser des Raumes für den Halsansatz 4 gestanzt. In einer vorgefertigten Form werden die drei Teile nacheinander bei 100°C in die benötigt Gestalt gebracht.
Anschließend werden die separaten Bauteile aneinander gefügt und durch Pressung und Klebung zu einem einheitlichen Messkopf verbunden. Gratnasen aus dem Innenraum des Halsansatzes 4 werden sorgfältig entfernt.
Alsdann erfolgt die Bestückung des Halsansatzes 13 des Sockels aus eloxiertem Aluminium mit zwei Dichtungsringen 6. Der Halsansatz 4 des Rundkolben wird nun über den Hals des 13 des Sockels geschoben und unter Einwirkung von Wärme und Druck aufgeschrumpft.
Die Leiterplatte 16 ist mit der Ansteuerschaltung des Halbleiterdetektors 10 und der Versorgungsspannung für die Signalgewinnung beschaltet. Die Stütze 11 für den Halbleiterdetektor ist auf der Leiterplatte 16 befestigt und hat eine solche Länge, dass die Lichteintrittsfläche des Detektors 10 in der Nadirebene des Messkopfes 1 platziert ist. Sobald der Kabelanschluss 18 für die Energieversorgung und die Signalauskopplung mit der Leiterplatte 16 verbunden ist, kann die Verschlussplatte 17 angeschraubt werden.
Mit dem hier beschriebenen Aufbau der Bewertungsmoduls für einen V-Lambda-Strahlungssensors konnte eine sphärische Richtcharakteristik eines mit Luft gefüllten Rundkolben gemäß 5 aufgenommen werden. Die Messung ergibt einen Öffnungswinkel von 324°, wenn man die Abnahme der Signalintensität auf die Hälfte der Maximalintensität zum Abnahmemaßstab der Richtcharakteristik macht. Damit ist der Zielstellung besser denn je gedient, dass nämlich jede Teilstrahlung, die in das Bewertungsmodul eintritt, möglichst in gleichem Maße zum Photostrom im Detektor beiträgt, unabhängig von der Richtung aus der sie eingestrahlt wird. Der letzte Messunsicherheitsbeitrag, der noch besteht, ist der Kernschattenbereich durch das Stativ.
2. Ausführungsbeispiel
Das zweite Beispiel bezieht sich auf ein Bewertungsmodul für den kurzwelligen Spektralbereich, der sich an das sichtbare Spektrum anschließt, und mit UVA-Bereich bezeichnet ist. Dieser UVA-Bereich erstreckt sich von 320 bis 400 nm. Er wird gelegentlich noch weiter unterteilt in UVA-1 (340–400 nm) und UVA-2 (320–340 nm). Der Wellenlängenbereich UVA ist hauptverantwortlich für die Sofortpigmentierung der menschlichen Haut, wodurch anstatt der Neubildung von Pigmenten nur eine chemische Veränderung der vorhandenen eintritt. Die Strahlung dringt bis in die Unterhaut vor und nimmt den Fasern in diesem Hautbereich ihre Elastizität. Dafür ist die Bildung freier Radikale verantwortlich, die schließlich die Hautalterung vorantreiben und eine Faltenbildung befördern. Diesem Prozess soll durch Überwachung der Bestrahlungsdosis entgegengetreten werden.
Bei der Auswahl des Materials für den Kolben des Messkopfes 21 ist das Polyacrylate besonders beachtet worden, weil es vor allem als Reinacrylate, durch Copolymerisate von Acrylaten und Methacrylaten sowie durch eine chargenweise Freiheit von UV-Lichtabsorbern bereits große Bedeutung als transparenter Kunststoff gewonnen hat. Durch seine Unverseifbarkeit einerseits und die hohe Lichtbeständigkeit andererseits hat dieses Material einen hohen Gebrauchswert als Kolbenkopfmasse. Bei einer Plattenstärke von 3,2 mm verfügt dieses Material schon bei 300 nm über einen Transmissionsgrad von 56,5%. Er steigt bei 350 nm bereits auf 83,7% und weist bei 400 nm mit 90,4% einen noch höheren Wert auf.
Die vom Messkopf im UV-A-Bereich erfasste Bestrahlungsstärke muss aber global gewichtet werden. Die langwellige UV-Strahlung der Sonne oberhalb 313 nm erreicht die bewohnte Erdoberfläche ungefiltert. Sie bräunt die menschliche Haut und stärkt das Immunsystem, löst aber bei zu intensiver Bestrahlung auch eine Hautalterung und Bindegewebsschäden aus.
Um sich der globalen Wichtung der Strahlung im UV-A-Bereich besser anpassen zu können, wird die von der Polyacrylatkugel in Transmission durchgelassene Strahlung nachträglich modifiziert. Die spektrale Empfindlichkeit wird an der kurzwelligen und an der langwelligen Flanke beschnitten und auf die in 3b gezeigte, wellenlängenabhängigen Empfindlichkeit mit einem Maximum bei 355 nm reduziert.
Während die Außenseite 22 des Messkopfes 21 weiterhin eine glatte Oberfläche behält, ist die Innenseite mit einer optischen Aufrauung 23 versehen. Diese aufgeraute Fläche ist entweder das Ergebnis einer mechanischen Behandlung der Innenwand durch Läppkörner oder ein Niederschlag nach dem Aufsprühen und Antrocknen einer Weißpigmente enthaltenden Paste.
Die durch die klare Außenwand in den Messkopf eintretende Strahlung 27 wird an der Aufrauung 23 der Innenseite das erste Mal einer Streuung 28 unterworfen.
Eine weitere Streuung 29 erfolgt durch eine im Kolbenhohlraum vorgelegte Füllung 39 mit groben Acrylatschrot. Die Körnung des Acrylatschrotes füllt den gesamten Innenraum des Rundkolbens aus und seine Korngröße liegt in der Größenordnung von 1 mm. Eine Strahlung 27a, die eher tangential gegen die Außenseite 22 des Messkopfes trifft, kann nicht mehr in den Messkopf gelangen.
Der Halsansatz 24 vom Rundkolben ist über den Halsansatz 33 des Sockels gestülpt. An der Überlappungszone der beiden Halsansätze 24 und 33 und oberhalb des Halsabschlusses 25 schließen zwei Dichtungsringe 26 den Spalt zischen den Halsansätzen. In dem für das UVA-Bewertungsmodul deutlich verlängerten Halsansatz 33 des Sockels ist eine Stütze 31 für den Strahlungsdetektor 30 eingebaut, die den Detektor im Zentrum des Rundkolbens fixiert und dadurch zu allen Seiten hin den gleichen Abstand von der Rundkolbenwand sichert. Über die längere Verbindungsleitung 32 ist ein elektrischer Anschluss zur Leiterplatte 36 hergestellt.
Über den Konusabschnitt 34 des Sockels wird die Standfläche des Sockels auf das gewünschte Maß von 35 mm erweitert und mehr Platz für die Leiterplatte 36 geschaffen. Die Verschlussplatte 37 ist etwas massiver ausgelegt und erhöht die Standfestigkeit des UVA-Moduls mit dem durch Acrylatschrot befüllten Rundkolben.
Über die mehradrige Zuleitung 38 wird eine Spannungsversorgung der Leiterplatte 36 und des Strahlungsdetektors 30 zwischen +9 und +24 V vorgenommen. Die Signalausgangsspannung kann in 3 bis 4 Spannungspegelbereichen (bis 2 V, bis 5 V bzw. bis 10 V umgeschaltet werden und liefert Signalströme bis 20 mA.
Mit der in 4 Kurve c gezeigten spektralen Empfindlichkeit und dem Empfindlichkeitsmaximum bei 355 nm ist mit Hilfe des 40 mm-UVA-Moduls eine Bestrahlung bis 50 W/cm² erfassbar.
Dank der Linearität der Bestrahlungsstärke-Photostrom-Charakteristik liefert der Strahlungsdetektor 30 in dem genannten Bestrahlungsbereich einen Bestrahlungswert mit einem Linearitätsfehler unter 1% und einem Absolutbetragsfehler unter 10%.
3. Ausführungsbeispiel.
Die bisher vorgestellten Bewertungsmodule haben von der Konstruktion her den Bedarf an aufstellbaren Gehäusekonfigurationen befriedigt.
Für einen umfassenderen Einsatz der Bewertungsmodule sind jedoch zusätzliche Montage- und Installationsbedürfnisse abzusichern.
Um das Modulgehäuse für eine Deckenmontage vorzubereiten sind eine Aufhängevorrichtung und eine Ausgestaltung als Pendelmodul mit Seilelementen und eine Seilhalterung am Sockel und Ringösen für die Einhängung an der Decke am Modulgehäuse angebracht.
Kommt es bei der Deckenmontage auf einen variierbaren Abstand zur Decke an, ist die Aufhängevorrichtung darauf durch die Einbindung eines Flaschenzuges bzw. mehrerer Umlenkrollen vorbereitet.
Für Untersuchungen in der Land- und Forstwirtschaft ist die Ausrüstung des Modulgehäuse für eine Zweigmontage an Weinstöcken, Laub- und Nadelbäume erforderlich. Dafür ist das Modulgehäuse mit elastischen Spiralen, die den Zweig mit ihren Windungen einklemmen oder mit Klammern die den Zweig umspannen oder mit aufsetzbaren Reitern verbunden.
Modulgehäuse für eine Wand- oder Baumstammmontage hängen an eingedübelten Wandhaken oder eingeschraubten Auslegern.
Für eine handgerechte Nutzung ist das Modulgehäuse mit zylindrischen Griffkörper und axialen Zuleitungen versehen ist.
Verwendete Quellen

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Musch-Hackenberg, Karin, Schneegestöber DE9313854U1 und DE9313853U1 AT: 13.09.1993
Eurochron GmbH, Kurzzeitmeßgerät DE9405099U1 AT: 25.03.1994 IPC:G048 3/00
Rudolf Fuchs VORRICHTUNG ZUR OBJEKTIVEN LICHTMESSUNG DDPS008852A AT: 31.05.1941 OT: 13.02.1943 ET: 03.01.1955 Nat. Kl. 42h 17/02 IPC: G01J 1/10 Meyers Neues Lexikon VEB Bibliographisches Institut Leipzig Sechster Band (1964) S. 529 und Achter Band S. 253 Ulbricht, R., Das Kugelphotometer (Ulbrichtische Kugel). München und Berlin 1920, Verlag K. Oldenburg. 10 Seiten mit 31 Textabb. u. 3 Tafeln.
Lass, Joseph, Hierweger, Alexander GAO Gesellschaft für Automation und Organisation mbH Ulbrichtkugel DE4024929A1 AT: 06.08.1990 OT: 13.02.1992 G02B 5/02.
Heinrich Kaase, Sven Holger Klose, Thomas Müller, Alexander Rosemann, György Czibula und Manfred Klimroth Gerät zur Messung des Lichtstromes und der Lichtstärkeverteilung DEOS 19935761A1 AT: 27.07.1999 OT: 10.08.2000 G01J 1/42
Kramer, R., Schwede, H., Primes GmbH, 64319 Pfungstadt, DE VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERMESSUNG DER RÄUMLICHEN LEISTUNGSDICHTEVERTEILUNG DE19909595A1 AT:04.03.1999 OT: 07.09.2000 IPC: G01J 1/22
Reinhard Kramer, Volker Brand!, Harald Schwede, Stefan Wolf und Otto Märten Strahlanalyse – Blick in den Fokus von Hochleistungs- und Kurzpulslasern Photonik Vol. 1 (2006) S. 62–65 vom 14.02.2006 ISSN 1432–9778 Stuttgart: AT-Fachverl. 1.2006 Otto Märten, Reinhard Kramer, Harald Schwede, Stefan Wolf, Volker Brand Charakterisierung von Fokussiersystemen für Hochleistungslaser mit hoher Strahlqualität (Teil 1) Laser+Photonik (2008) Heft 2 S. 48–51 Stefan Wolf, Otto Märten, Reinhard Kramer, Harald Schwede, Volker Brandt Fokusanalyse Charakterisierung von Fokussiersystemen für Hochleistungslaser mit hoher Strahlqualität (Teil 2) Laser+Photonik (2008) Heft 4 S. 52–55
Mersch, Frank, Dr., KRONOS INTERNATIONAL, INC., Zusammensetzung und Verfahren zum Anzeigen einer bestimmten UV-Strahlendosis DE102007018605A1 AT: 18.04.2007 OT: 30.10.2008 IPC: G01N 21/78
Krause Manfred, Kaufmann Norbert, Neumann Mathias, Boehringer Mannheim GmbH VERWENDUNG VON TESTSTREIFEN ZUR BESTIMMUNG DER UV-INTENSITÄT ODER ZUR VORBESTIMMUNG DER SONNENBRANDFREIEN AUFENTHALTSDAUER IN DER SONNE SOWIE HIERFÜR GEEIGNETES TESTSYSTEM UND TESTSTREIFENPACKUNG DE4338811A1 AT: 15.11.1993 OT: 18.05.1995 IPC: G01J 1/00
Anonym OSRAM Opto Semiconductors GmbH, 93049 Regensburg, DE Beleuchtungseinrichtung DE202004016637U1 AT: 27.10.2004 OT: 10.02.2005 IPC: F21K 7/00; F21K 7/00; F215 8/10 H01L 25/04; H05B 37/02 Hans-PeterBirkhofer: Kundenmagazin Ausgabe evg-spot – see the world in a new light OSRAM 2/2006 Information für unsere Partner in der Lichtindustrie 16 Seiten Axel Pilz: Lichtsteuerung in neuen Dimensionen DALI MULTI 3 darin Seite 10 Kugelkopfsensor LS/PD Multi 38 Evg-spot 2/2006 Seite 10–11 http://www.osram.de/osram_de/Tools_&_Services/Downloads/Kundenmagazine/evgspot/Ausgaben_2006/evgspot_2006_02.pdf
Kuhlmann, Werner OSRAM Opto Semiconductors UV-PHOTODETEKTOR MIT VERBESSERTER EMPFINDLICHKEIT DE19936000 AT: 30.07.1999 OT: 08.02.2001 H01L 31/0232.
ARTUR SCHÖNLEIN, PETER MARCH ATLAS MATERIAL TESTING TECHNOLOGY BEWITTERUNGSVORRICHTUNG MIT UV-STRAHLUNGSQUELLEN UND STRAHLUNGSSENSOREN ENTHALTEND EINEN ZWEIFACH KALIBRIERTEN UV-SENSOR DE102004037603B3 AT: 03.08.2004 OT: 27.10.2005 G01N 17/00
Jörg-D. Hartmann, Gerhard Witschas Siliziumsensorzelle SP105 – ein moderner Fotodetektor für die Belichtungsmessung in elektronischen Kameras radio fernsehen elektronik Vol. 31 (1982) H. 10. 641–642 Jörg-D. Hartmann, Alf Treske, Friedhelm Banse STRAHLUNGSEMPFINDLICHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG... DE3012523A1 AT: 31.03.1980 OT: 08.01.1981 H01L 31/10 PENTACON DRESDEN

1: Meßkopf des Rundkolbens
2: Außenfläche von 1
3: Innenfläche von 1
4: Halsansatz des Rundkolbens
5: Halsabschluss des Rundkolbens
6: Dichtungsring
7: Strahlen im Bestrahlungsfeld
8: Strahlen im Messkolben
9: Strahlen die den Detektor erreichen
10: Strahlungsdetektor
11: Stütze des Strahlungsdetektors
12: Verbindungsleitung zu 16
13: Halsansatz des Sockels
14: konusartiger Übergang
15: zylindrischer Aufstellsockel
16: Leiterplatte
17: Verschlussplatte
18: Kabelanschluss
19: nicht vergeben
20: nicht vergeben
21: PMMA-Kolben des Messkopfes
22: glatte Außenfläche von 21
23: optische Aufrauung der Innenseite
24: Halsansatz der Kunststoffkolbens
25: Halsabschluss des Kolbens
26: Dichtungsringe
27: Strahlen des Bestrahlungsfeldes
28: an Innenwand gestreute Strahlen
29: an der Füllung 39 gestreute Strahlen
30: Strahlungsdetektor
31: Stütze für den Detektor
32: Verbindungsleitung von 30 zu 36
33: verlängerter Hals des Sockels
34: konusartiger Übergang zum Sockel
35: zylindrischer Aufstellsockel
36: Leiterplatte
37: Verschlussplatte
38: Kabelanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DD 3703 [0009]
- DD 8852 A [0009]
- DE 19935761 A1 [0012]
- DE 19909595 A1 [0013]
- DE 102007018605 A1 [0018]
- DE 202004016637 U1 [0021]
- DE 19936000 [0023]
- DE 10200403760264 [0024]
- DE 1020050473263 [0026]

Claims

Integrierendes, optisches Bewertungsmodul der Belichtung oder Bestrahlung mit erweiterter sphärischer Richtcharakteristik dadurch gekennzeichnet, dass in einer gemeinsamen Anordnung optische Elementen baulich mit photoelektrischen Strahlungsdetektoren aus einkristallinem Halbleitermaterial und zugehöriger Signalaufnahme- und Verarbeitungsschaltung in derart vereinigt sind, dass zwischen zwei unterschiedlichen, getrennt vorgefertigten Modulsegmenten bestehend aus – einem Kugelkopfgefäß aus optisch transparentem Material etwa in der Form eines Erlenmeyerschen Rundkolbens mit einem hülsenförmigen Verbindungsstück am Hals des Kolbens, das eine Kopplungsteil bildend und – einer zylindrischen Sockelkonstruktion – mit einem leicht konusartig verjüngten, geöffneten Rohrabschnitt am Halteteil der Sockelkonstruktion, das zweite Kopplungsteil passend zum Hülsenstück am Hals des Rundkolbens bildend, – nach dem Hülse-Kernprinzip zusammengesteckt, und durch elastische Kunststoffringe zwischen den überlappenden, geschliffenen Halsregionen ein lösbarer, hermetisch dichtender Zusammenhalt geschaffen ist und – nahe einem verschließbaren Abschnitt der Sockelkonstruktion eine Fassung für ein mehradriges Verbindungskabel zu modulexternen in Echtzeit betriebenen Auswerteeinheiten geführt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul der Belichtung oder Bestrahlung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Kugelkopf des einen Modulteils ein Photodetektor und in einem ausgedehnten Sockelabschnitt des anderen Modulteils eine Leiterplatte mit einer Versorgungs- und einer Abfrageschaltung für das photoelektrische Signal aus dem Photodetektor angeordnet ist und eine Stütze für den Photodetektor eben diesen in einem definierten Abstand von der Leiterplatte im Sockel hält und in einer ausgewählten Position im Kugelkopf fixiert.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagefixierung des photoelektrischen Detektors auf einer Position der zentralen vertikalen Achse des Rundkolbens und seines Halsansatzes derart gewählt ist, dass der Detektor auf einer Achskoordinate der Zentralachse in einem Bereich vom Kugelmittelpunkt bis zum Kugelrand angebracht und die Empfangsfläche des photoelektrischen Detektors parallel zu einem Breitenkreishorizont ausgerichtet ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt der Empfangsfläche des photoelektrischen Detektors sich auf der zentralen vertikalen Achse des Rundkolbens befindet und eine feste Position im Abschnitt vom Kugelmittelpunkt bis zum Nadir im Bereich des Halsansatzes einnimmt.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt der Empfangsfläche des photoelektrischen Detektors die Position im Nadirpunkt im Erlenmeyerschen Rundkolbens auf der zentralen vertikalen Achse einnimmt und diese Empfangsfläche den freien Halsansatz des Kolbens im Wesentlichen ausfüllt.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Rundkolben aus einem optisch durchlässigen Material für Strahlung oberhalb 290 nm besteht und einen vorgegebenen Brechungsindex oberhalb 1,4 aufweist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Rundkolben aus einem anorganischen Werkstoff wie Quarz oder einem organischen Werkstoff wie Zelluloid, Polymethylmethacrylat u. a. besteht.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Rundkolben an seiner Außenwand mit einer glatten und einer ausgewählten Reinigung zugänglichen Oberfläche versehen ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Rundkolben auch an seiner Innenwand mit einer glatten Oberfläche versehen ist und die Empfangsoberfläche des photoelektrischen Detektors aus Silizium mit einer Passfilterronde für den V-Lambda Spektralbereich ähnlich der Reintransmissionskurve τ_i(0) eines Filters nach der DIN-Bezeichnung BP 480/250 in der Art eines BG18-Filters bedeckt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass im Rundkolben an seiner Innenwand eine zusätzliche Aufrauung mit Licht streuendem Charakter erzeugt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Rundkolben an seiner Innenwand auf der glatten Oberfläche mit einer zusätzlichen aufgerauten Licht streuenden Beschichtung aus einem härtbaren Granulatbrei versehen ist und im Hohlraum des Rundkolben die Luftfüllung durch einen zusätzlichen transparenten Werkstoff mit einem über 1,4 hinausgehenden Brechungsindex ersetzt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzlich eingefüllte transparenten Werkstoff im Rundkolben in Form zerkleinerte Bruchstücke eines festen Werkstoffs vorliegt und eine steile Korngrößenverteilung verlangt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des eingefüllten Granulats eine Zielkorngröße in der Größenordnung von 1 mm aufweist und aus der Füllung Feinkornanteile abgetrennt sind.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoberfläche des photoelektrischen Detektors aus Silizium ergänzend mit einer Paßfilterronde für den UVA-Spektralbereiches ähnlich der Reintransmissionskurve τ_i(λ) eines Filters nach der DIN-Bezeichnung BP351/78 in der Art eines UG1 bedeckt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Rundkolben aus einem gleichmäßig transparenten Quarzglas- oder VYCOR7913-Kolben besteht und die Empfangsoberfläche des photoelektrischen Detektors aus einem Mischverbindungshalbleiter InGaAs ergänzend mit einer Langpassfilterronde für den nahen infraroten NIR-Spektralbereich ähnlich der Reintransmissionskurve τ_i(λ) nach der DIN-Bezeichnung LP850 in der Art eines Filters RG850 bedeckt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse für eine Deckenmontage vorbereitet ist und dafür eine Aufhängevorrichtung in Form eines Pendelmoduls mit Seilelementen und einer Seilhalterung am Sockel und Ringösen für die Einhängung ausweist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse für eine Deckenmontage mit variierbarem Abstand von der Decke vorbereitet ist und dafür eine Aufhängevorrichtung in Form eines Flaschenzuges bzw. mehrerer Umlenkrollen aufweist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse für eine Zweigmontage an Weinstöcken, Laub- und Nadelbäume vorbereitet ist und dafür elastische Spiralen mit den Zweig einklemmenden Windungen, Zweig einklemmenden Klammern oder aufsetzbaren Reitern verbunden ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse bei einer Wand- oder Baumstammmontage an eingedübelten Wandhaken oder eingeschraubten Auslegern befestigt ist.
Integrierendes, optisches Bewertungsmodul nach den Ansprüchen 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse für eine handgerechte Nutzung mit zylindrischen Griffkörper und axialen Zuleitungen versehen ist.