DE2834982B2

DE2834982B2 - Photometerkugel

Info

Publication number: DE2834982B2
Application number: DE2834982A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl.-Ing. 5100 Aachen Blazek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2834982A1; US4310246A; DE2834982C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Photometerkugel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die optischen Integrationseigenschaften dieser als »Ulbricht'sche Kugeln« bekannten, diffus reflektierenden Photometerkugeln werden bei vielen lichttechnischen Messungen v> ausgenutzt (vergl. z.B. ETZ 21 [1900], 595-597; ULBRICHT, R.: Das Kugelphotometer. Berlin und München, Verlag Oldenburg [1920]).

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; DE-OS 26 06 675 und DE-OS 27 57 196; KOR-TÜM, G.: Kolorimetrie, Photometrie und Spektrometrie. Berlin, Springer Verlag [1955], Prospekt der Firma π Nixdorf Computer AG, 4790 Paderborn: Nixdorf Computer in der Farbmetrik).

Zwei Beispiele von üblichen Photometerkugeln sind in den Fig. la und 1 b sc'iematisch dargestellt.

Ein oder zwei Meßstrahlen fallen durch eine oder bo zwei öffnungen 3 (3a, 3b) in die Kugel 1, werden entweder auf die Probe 4 oder den Meßstandard 5 (wellenlängenabhängiger Remissionsfaktor 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 umgewandelt. Die Kugelöffnungen, insbesondere die Meßöffnungen 4 und 5 können bei den üblichen Apparaten nicht mit einer Glasscheibe oder ähnlichem, durchsichtigem Material abgedeckt werden, wenn hohe Meßgenauigkeit erzielt werden soll.

An der Glasscheibe würden nämlich durch den Unterschied der Brechungsindizes nur, im Kugelinnenraum und nchs der Glasscheibe wellenlängenabhängige Reflexionen auftreten.

Alle bisherigen Photometerkugeln weisen folgende Nachteile auf:

1) Verschmutzung der diffus reflektierenden Beschichtung der Innenwand und damit zeitabhängige 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) Komplizierte Herstellung (Hohlraum muß geometrisch 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 Lösung der Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Fig.2 und 3 beschrieben.

Es zeigt, jeweils schematisch:

Fig. 2 eine mit einer homogenen Flüssigkeit gefüllte Photometerkugel,

Fig.3 eine von einer klaren Vollkugel gebildete Photometerkugel.

Die Bezugsziffern in den Fig. 2 und 3 stimmen mit den entsprechenden der F i g. 1 a und 1 b überein.

Die in Fig. 2 dargestellte Photometerkugel 1 weist ebenso wie die bekannten Ulbricht-Kugeln einen kugelförmigen Innenraum auf. Im Gegensatz zu diesem sind aber alle Wandöffnungen 3a, 3b, 4, 5 und 6 mit Glasscheiben 7, 8, 9, 10 und 11 abgeschlossen. Innen ist die Kugel 1 anstelle von Luft mit einer optisch homogenen, transparenten, nicht streuenden Immersionsflüssigkeit 12 (z. B. Paraffinöl) gefüllt, die die gleichen optischen Eigenschaften wie Glas aufweist.

Die Photometerkugel 1 nach der Fig. 3 ist als Vollkugel 14 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 BaSO₄ + 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 13 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 es. Vio des Kugeldurchmessers betragen, um eine einwandfreie optische Integration nicht störend zu beeinflussen.

Der Meßstrahl tritt durch die öffnung Za 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 menrfache Reflexion an der Kugeiwand aufintegriert und können durch einen Photodetektor 15 an der Phof.odetektoröffnung 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 einen 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

Miniaturphotometerkugeln in Verbindung mit dem
Gegenstand der DE-OS 26 06 675

Wie bereits erwähnt, kann der Kugeldurchmesser je nach Anwendung gewählt werden. Eine der Anwendungsmöglichkeiten zeigt das folgende Beispiel.
Die Miniaturphotometerkugel besitzt einen Durch-

H) messer 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 eingeführt. Der Meßstrahl belichtet die Probe, die an die öffnung 5 angelegt wird (Durchmesser dieser öffnung c?.. 0,5 mm), der Vergleichsstrahl trifft die diffus reflektierende Kugelbeschichtung. Eine kleinflächige Si-Photodiode (aktive Fläche ca. 0,8 mm³, z. B. PIN-Diode oder Avalanche-Diode), die an der Öffnung 6 befestigt ist, erfaßt die von der Probe und die von der

2ii Kugelwand (Standard) reflektierten Strahlen.

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

2Ί 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

in Messung im Magen-Darm-Trakt, Blase [Tumorenfarbe], Placenta [Farbanalyse vom Fruchtwasser]).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Photometerkugel mit einem kugelförmigen, von einer diffus reflektierenden Wand umgebenen Innenraum, der öffnungen für den Lichteintritt sowie zum Ansetzen von Proben und Photodetektoren in der diffus reflektierenden Wand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum völlig mit einem optisch homogenen, klaren ι ο und streuungsfreien Material (12; 14) ausgefüllt ist

2. Photometerkugel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (3a, 36, 4, 5 und 6) mit Glasscheiben (7 bis 11) abgeschlossen sind und der kugelförmige Innenraum mit einer optisch homogenen, klaren und streuungsfreien Immersionsflüssigkeit (12) gefüllt ist, die die gleichen optischen Eigenschaften wie die Glasscheiben aufweist

3. Photometerkugel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 (3;?, 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. Photonieterkugel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Vollkugel i«

(14) unzer dem Belag (2) aufgerauht ist

6. Photometerkugel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Vollkugel (14) im Bereich der vom Reflexionsbelag (2) und der Schutzschicht (13) befreiten öffnungen (3a, 36,5 und r> 6) poliert ist.