DE2834982A1

DE2834982A1 - Photometerkugel mit einem kugelfoermigen, von einer diffus reflektierenden wand umgebenen innenraum

Info

Publication number: DE2834982A1
Application number: DE19782834982
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl Ing Blazek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2834982B2; DE2834982C3; US4310246A

Description

Dipl.-Ing. Vladimir. Blazek
But ζ weide 14-5100 Aachen

Akz: 78/11282

Photometerkugel mit einem kugelförmigen, von einer diffus reflektierenden V/and umgebenen Innenraum .

Die Erfindung betrifft eine Photometerkugel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die optischen Integrationseigenschaften dieser als "Ulbricht'sehe Kugeln" bekannten, diffus reflektierenden Photometerkugeln werden bei vielen lichttechnischen Messungen ausgenutzt (vergl. z. B. ULBRICiED, R.: Die Bestimmung der mittleren räumlichen Lichtintensität durch nur eine Messung, ETZ 21 (1900), 595 - 597; ULBRICHT, R.: Das Kugelphotometer. Berlin und München, Verlag Oldenburg (192O)).

Zahlreiche, weniger oder mehr modifizierte Ulbricht Kugeln finden Anwendung in verschiedenen Photometerapparaten (vergl. z. B.: HELBIG, E.: Grundlagen der Lichtmeßtechnik, AVG Verlag Leipzig (1972); DIN 5033; BLAZEK, V.r Deutsche Patentanmeldungen P 2606675.1 und P 2757196.6; KORTÜM, G.: Kolonimetrie, Photometrie und Spektrometrie. Berlin; Springer Verlag (1955), Prospekt der Firma Nixdorf Computer AG, 4790 Paderborn: Nixdorf Computer in der Farbmetrik).

Zwei Beispiele von üblichen Photometerkugeln sind in den Figuren 1a und 1b schematisch dargestellt.

Ein oder zwei Meßstrahlen fallen durch eine oder zwei Öffnungen (3a, 3b) in die Kugel 1, werden entweder auf die Probe 4 oder den Meßstandard 5 (wellenlängenabhängiger Remissionstfaktor bekannt) gerichtet, von diesem teilweise reflektiert und gelangen' schließlich durch weitere mehrfache Remission an dem aselektiv diffus reflektierenden Belag 2 an die Photodetektoröffnung 6. Hier werden die Lichtströme durch einen Photodetektor in ein elektrisches Signal

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umgewandelt. Die Kugelöffnungen, insbesondere die Meßöffnungen 4 und S können bei den üblichen Apparaten nicht mit einer Glasscheibe oder ähnlichem, durchsichtigem Material abgedeckt werden, wenn hohe Meßgenauigkeit erzielt werden soll.

An uor Glasscheibe würden nämlich durch den Unterschied der Brechungsindizes η _p irr. Kugelinnenraum und η , der Glasscheibe wellenj_iU!l*d oXas

längenabhängige Reflexionen auftreten»

Alle bisherigen Photometerkugeln weisen folgende Nachteile auf:

1) Verschmutzung der diffus reflektierenden Beschichtung der Innenwand und damit zeitabhängigen Änderung der Integrationseigenschaften. Daraus resultieren Meßungenauigkeiten und die Notwendigkeit, die teure Beschichtung von Zeit zu Zeit zu erneuern.

2) Die Probe darf nicht flüssiger oder teilflüssiger Konsistenz sein, was aber z. B. bei der Farbmessung (feuchte Proben wie Papier, Textilien, bluthaltige Organe wie Leber, Gehirn usw.) des öfteren vorkommt.

3) Kon plazierte Herstellung (Hohlraum muß geometrich möglichst genau kugelförmig sein).

4) Große Herstellungskosten und dauernde Betriebskosten für Erneuerung des Remissionsbelags.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Photometerkugeln zu beseitigen.

Die Lesung der Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale c.es Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 2 und. 5 beschrieben . Es zeigen, jeweils schematisch :

Figur 2 eine mit einer homogenen Flüssigkeit gefüllte Photometerkugel ,

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Figur 3 eine von einer klaren Vollkugel gebildete Photometerkugel.

Die Bezugsziffern in den Figuren 2 und 3 stimmen mit den entsprechenden der Figuren 1a und 1b überein. Die in der Figur 2 dargestellte Photometerkugel 1 weist ebenso wie die bekannten Ulbricht¹sehe Kugeln einen kugelförmigen Innenraum auf. Im Gegensatz zu diesen sind aber alle Wandöffnungen 3a, 3b, 4, 5 und 6 mit Glasscheiben 7, 8, 9, 10 und abgeschlossen. Innen ist die Kugel 1 anstelle von Luft mit einer optisch homogenen, transparenten, nicht streuenden Immersionsflüssigkeit (z.B. Parafinöl) gefüllt, die die gleichen optischen Eigenschaften wie Glas aufweist.

Die Photometerkugel 1 nach der Figur 3 ist als Vollkugel aus einem optisch homogenen, klaren und nicht streuenden Werkstoff (z.B. Plexiglas) gebildet. Die Herstellung einer solchen Vollkugel ist im Vergleich zur Herstellung einer Hohlkugel einfacher und billiger. Die Vollkugel kann entweder aus Vollmaterial gedreht oder in einer Form gegossen werden.

Die geometrisch möglichst genau hergestellte Kugel 1 wird an ihrer Oberfläche aufgerauht (z.B. durch Sandstrahlen). Danach wird die ganze Kugeloberfläche mit einem aselektiven Reflexionsbelag 2 (mattweisse Farbe, bestehend z.B. aus BaSO. + Bindemittel) beschichtet. Diese Reflexionsschicht kann schließlich zusätzlich durch Auftragen einer weiteren Schicht 13 mechanisch geschützt werden. Die Öffnungen 3a, 3b für den Lichteinfall (direkter Lichteinfall oder Lichtzufuhr mittels Lichtleiter), die Photodetektoröffnung 6 und die Meßöffnung 5 werden von den Schichten 2 und befreit und poliert, öffnung 5 so, daß eine ebene Probe an der Kugelinnenwand anliegt.

Der Durchmesser dieser Kugel kann den jeweiligen Anwendungen angepaßt werden und z.B. 0,5 bis 20 cm betragen. Die Durchmesser der Kugelöffnungen 3a, 3b, 5 und 6 können ca. 1/10

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des Kugeldurchmessers betragen, um eine einwandfreie optische Integration nicht störend zu beeinflussen.

Der Meßstrahl tritt durch die Öffnung 3a in die Photometerkugel ein und fällt ungeschwächt auf die Probe 5. Der Vergleichsstrahl fällt durch die Öffnung 3b an die gegenüberliegende Kugelwand und wird dort diffus in die Kugel zurückreflektiert. Die reflektierten Meß- und Vergleichsstrahlanteile werden durch mehrfache Reflexion an der Kugelwand aufintegriert und können durch einen Photodetektor 15 an der Photodetektoröffnung 6 erfaßt werden. Es können an der Photometerkugel auch mehrere öffnungen 6 mit jeweils einer Photodiode unterschiedlicher oder gleicher Empfindlichkeit vorgesehen werden. Wenn man vor der öffnung 5 ein Standard mit bekanntem Reflexionsfaktor anbringt, läßt sich der spektrale Verlauf des Reflexionsfaktors der Schicht 2 bestimmen. Dadurch wird eine Kalibrierung vorgenommen. Durch diese Ausbildung werden alle Nachteile der bisherigen Photometerkugeln beseitigt.

Anwendungsbeispiel

Miniaturphotometerkugel in Verbindung mit dem Gegenstand der Patentanmeldung P 26 06 675.1-52:( BLAZEK: Anordnung zur spektralanalytischen Untersuchung des ResmissionsVermögens einer Probe ).

Viie bereits erwähnt, kann der Kugeldurchmesser je nach Anwendung gewählt werden. Eine eier Anwendungsmöglichkeiten zeigt das folgende Beispiel..

Die r-iiniaturphotometerkugel besitzt einen Durchmesser von ca. 5 mm. Der Meßstrahl und der Vergleichsstrahl werden mit zwei flexiblen Lichtleitern (0 ca. 0,1 mm) durch die öffnungen 3a, 3b in die Kugel eingerührt. Der ;-'eßstrahl belichtet die Probe, die an die Öffnung 5 angelegt wird (Durchmesser dieser öffnung ca. 0,5 nun), der VergleicJisstrahl trifft die diffus reflektierende Kugelbeschichtung. Eine kleinflächige Si-Photodiode (aktive Fläche ca. 0,8 mm , z. B.

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I'liJ-Diode oder Avalanche-Diode} , die an der öffnung 6 befestigt ist, erfaßt die von der Probe und die von der Kugelwand (Standard) reflektierten Strahlen.

tfach elektronischer Verarbeitung des Photodiodenstromes kann der gesuchte wellenlängenabhängige Reflexionsfaktor der Probe digital in Prozenten angezeigt werden.

Diese Miniaturphotometerkugel kann z. B. am Ende eines Endoskops befestigt werden und in enge Räume eingeführt werden, in denen mit den bisherigen Apparaten photometrische Messungen (z. B. Farbanalyse) nicht durchführbar waren (z. B. Einführung und Messung im Magen-Darm-Trakt, Blase (Tumorenfarbe), Placenta (Farbanalyse vom Fruchtwasser)).

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Claims

O O O / Q Ο Dipl.-Ing. Vladimir Blazek ^ Butzweide 14 Aachen Akz: 78/11282 Patentansprüche

1. Photometerkugel mit einem kugelförmigen von einer diffus reflektierender Wand umgebenen Innenraum sowie mit Öffnungen für den Lichteintritt, für Probe und für Photodetektoren in der diffus reflektierenden Wand, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum völlig mit einem optisch homogenen, klaren und streuungsfreien Material ausgefüllt ist.

2. Photometerkugel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen (3a, 3b, 5 und 6) mit Glasscheiben (7 bis 11) abgeschlossen sind und der kugelförmige Innenraum mit einer optisch homogenen, klaren und streuungsfreien Immersionsflüssigkeit gefüllt ist, die die gleichen optischen Eigenschaften wie die Glasscheiben aufweist.

3. Photometerkugel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vollkugel (14) aus einem optisch homogenen, klaren und nicht streuenden festen Werkstoff, z.B. aus Plexiglas, mit einem diffus reflektierenden Belag (2), in dem die Öffnungen (3a, 3b, 5 und 6) ausgespart sind.

4. Photometerkugel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der diffus reflektierende Belag (2) außen von einer mechanisch festen Schutzschicht (13) umgeben ist.

5. Photometerkugel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Vollkugel (14) unter dem Belag (2) aufgerauht ist.

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6. Photometerkugel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollkugel (14) im Bereich der öffnungen (3a, 3b, 5 und 6) vom Reflexionsbelag (2) und der Schutzschicht (13) befreit und dort die freie Oberfläche poliert ist.

7. Verfahren zum Kalibrieren einer Photometerkugel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die für Proben vorgesehene Wandöffnung (z.B. (5)) ein Standard, z.B. ein BaSO.-Preßling mit bekannten Reflexionseigenschaften, angelegt wird.

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