DE2834982C3 - Photometerkugel - Google Patents
PhotometerkugelInfo
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Classifications
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- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
-
- G—PHYSICS
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- G01J2001/0481—Preset integrating sphere or cavity
Description
40
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 ausgenutzt (vergl. z.B. ETZ 21 [1900J 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 Licbtmeßtechnik, 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 Nixdcff Computer AG, 4790 Paderborn: Nixdorf
Computer in der Farbmetrik).
Zwei Beispiele von üblichen Photometerkugeln sind in den F i g. la und Ib schematisch dargestellt.
Ein oder zwei Meßstrahlen fallen durch eine oder zwei Öffnungen 3 (3a, Sb) 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 b5
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 nuin im Kugelinnenraum
und naus 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 Remissicmibelags.
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:
F i g. 2 eine mit einer homogenen Flüssigkeit gefüllte Photometerkugel,
Fig.3 eine von einer klären Vollkugel gebildete
Photometerkugel.
Die Bezugsziffern in den F i g. 2 und 3 stimmen mit den entsprechenden der F i g. la und Ib 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, /0 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 F i g. 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 Kegel kann den jeweiligen Anwendungen angepaßt werden und z, B, 0,5 bis 20 cm
betragen.
Die Durchmesssr der Kugelöffnungen 3a, 3b, 5 und 6
können ca. Vio 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 Phutodetektor 15 an der Photodetektoröffnung 6 erfaßt werden. Es können an der Photometerki\jel 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
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-
!0 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
ca. 0,5 mm), der Vergleichsstrahl trifft die diffus
reflektierende Kugelbeschichtung. Eine kleinflächige Si-Photodiode (aktive Fläche ca. 0,8 mm2, z. B. PIN-Diode
oder Avalanche-Diode), die an der öffnung 6 befestigt ist, erfaßt die von der Probe und die von der
Kugelwand (Standard) reflektierten Strahlen.
Nach 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 bishe-igen
Apparaten photometrische Messungen (z. B. Farbanalyse) nicht durchführbar waren (z.B. Einführung und
Messung im Magen-Darm-Trakt, Blase [Tumorenfarbe], Placenta [Farbanalyse vom Fruchtwasser]).
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Phoiometerkugel 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, 3b, 4,5 und
6) mit Glasscheiben (7 bis ti) 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 (3a,
3b, 5 und 6) ausgespart sind
4. Photometerkugel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der diffus reflektierende Belag
(2) außen von einer mechanisch testen Schuteschicht
(13) umgeben ist
5. Photometerkugel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Vollkugel
(14) unter dem Belag (2) aufgerauht ist
6. Photometerkugel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Vollkugel
(14) im Bereich der vom Reflsxionsbelag (2) und der Schutzschicht (13) befreiten Öffnungen (3a, 36,5 und
6) poliert ist
Priority Applications (2)
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DE2834982C3 true DE2834982C3 (de) | 1981-02-12 |
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Family Applications (1)
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