DE3311954A1

DE3311954A1 - Zweistrahliges spektralfotometer

Info

Publication number: DE3311954A1
Application number: DE19833311954
Authority: DE
Inventors: Osamu Kyoto Akiyama
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1982-08-30
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-03-01
Also published as: GB8307375D0; JPS6329210B2; DE3311954C2; US4540281A; GB2128359A; GB2128359B; JPS5940144A

Description

Zweistrahliges Spektralfotometer

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistrahliges Spektralfotometer mit einer Integrationskugel zur Messung der spektralen Reflektionscharakteristik eines Musters.

Allgemein umfaßt die Reflektion des Lichts von der Fläche eines Objekts diffuse und direkte Reflektion, so daß das reflektierte Licht eine Mischung sowohl aus diffus reflektiertem als auch direkt reflektierten Anteilen ist.

Es gibt zwei Verfahren zur Messung des von der Fläche eines Objekts reflektierten Lichts unter Verwendung einer Integrationskugel.

Ein Verfahren soll nur den diffusen Reflektionsanteil messen, das andere das gesamtreflektierte Licht, das so-

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Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Posischeck (München) KIo. 670-43-804

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wohl den diffus reflektierten als auch den direkt reflektierten Anteil enthält.

Bei der Durchführung dieser beiden Meßverfahren mit einem herkömmlichen zweistrahligen Spektralfotometer, das eine einzige Integrationskugel hat, ergeben sich viele Schwierigkeiten.

- Ein herkömmliches Spektralfotometer ist mit einer Integrationskugel IS gemäß Fig. 1 versehen. Diese Kugel weist ein Paar Eintrittsöffnungen WI_n und WI₀ auf, durch welche ein Bezugslichtstrahl L_n und ein Musterlichtstrahl L_c
parallel zueinander in die Kugel eintreten. Sie hat auch eine Austrittsöffnung WO, an deren Außenseite ein Fotodetektor (nicht gezeigt) angeordnet ist und das Licht aus dem Inneren der Kugel empfängt. In bzw. an der Kugel sind ein zu messendes Muster (nachstehend als Muster S bezeichnet) und ein als Bezug oder Standard verwendetes Muster (nachstehend als Bezugsmuster R bezeichnet) so angeordnet, daß ihre jeweiligen Flächen in das Innere der Integrationskugel gerichtet und relativ zum Musterbzw. Bezugsmusterstrahl L₀ bzw. L_n so geneigt sind, daß die direkten Reflektionsanteile der beiden einfallenden, von den Flächen des Bezugsmusters und Musters reflektierten Lichtstrahlen auf ein bestimmtes Gebiet auf der Innenfläche der Integrationskugel auftreffen.

Wenn nur die diffus reflektierte Komponente des auf das Muster S einfallenden Lichts gemessen werden soll, wird sein direkter Reflektionsanteil durch eine Lichtfalle bzw. Lichtschleuse TR im oben erwähnten bestimmten Gebiet der inneren Fläche der Integrationskugel abgeschirmt. Wenn das gesamt reflektierte Licht einschließlich diffusem und direktem Reflektionsanteil gemessen werden soll, wird die Lichtfalle TR durch eine diffus reflektierte weiße Platte TL ersetzt.

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Die oben erwähnte herkömmliche Anordnung hat jedoch die folgenden Nachteile: Da die in das Innere der Integrationskugel IS gerichteten Flächen des Musters und Bezugsmusters nicht tangential zur Kugel sind, ist deren innere Fläche nicht vollständig kugelförmig, so daß keine vollständige Integration erhalten werden kann. Zur Durchführung zweier verschiedener Meßarten muß abwechselnd eine Lichtfalle oder eine weiße Pxatte verwendet werden, so daß die Bedienungsperson des Instruments beim Austausch der beiden Teile möglicherweise einen Fehler begeht. Ferner ist es praktisch ziemlich schwierig, daß die innere Fläche der Integrationskugel und diejenige der weißen Platte über die Zeit ständig die gleiche Charakteristik bezüglich der Lichtreflektion aufweisen, so daß das Meßergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit mit Fehlern behaftet ist.

Ein weiters herkömmliches Spektralfotometer ist mit einer Integrationskugel gemäß den Fig. 2a und 2b versehen;

gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnen hierbei entsprechende Teile oder Elemente, so daß sich eine Erklärung hierfür erübrigt. Soll nur der diffuse Reflek tionsanteil gemessen werden, so werden sowohl Muster S und Bezugsmuster R so an der Integrationskugel S angebracht, daß die durch die entsprechenden Eintrittsöffnungen WI_C und WI_Q in die Integrationskugel eintretenden Muster- und Bezugslichtstrahlen L_c und L_n senkrecht auf die inneren Flächen des Musters und des Bezugsmusters auftreffen, so daß der direkte Reflektionsanteil beider Flächen durch die Eintrittsöffnungen wieder aus der Kugel austritt.

Wenn die gesamte Menge des reflektierten Lichts einschließlich des diffusen als auch direkten Reflektionsanteils gemessen werden soll, wird zwischen dem Muster

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S und der Integrationskugel ein Abstandshalter SPeingelegt, wodurch das Muster S relativ zur Kugel schrägsteht, so daß der vom Muster reflektierte direkte Reflektionsanteil auf die innere Fläche der Kugel auf trifft und somit nicht aus dieser austritt.

Diese Anordnung hat jedoch die folgenden Nachteile: Bei zwischen Integrationskugel und Muster eingesetztem Ab-

, Standshalter SP steht das Muster schräg und außerhalb einer Tangentialebene an die .Integrationskugel, so daß ein Teil der vom Muster reflektierten diffusen Reflektionskomponente auf den Abstandshalter auftrifft, wodurch keine korrekte Messung mittels der Integrationskugel erreicht werden kann. Ferner muß· der Abstandshalter an die Kugel angebracht oder von dieser weggenommen werden, je nach Art der durchzuführenden Messung. Dies geschieht sicherlich nicht ohne Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zweistrahliges Spektralfotometer mit einer einzigen Integrationskugel zu schaffen, das die oben erwähnten und andere Nachteile des herkömmlichen Spektralfotometers dieses Typs überwunden

²^ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß

durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei hat eine Integrationskugel ein erstes Paar von Öffnungen, in denen ein Muster und ein Bezugsmuster tangential zur Integrationskugel angebracht sind, und ein zweites Paar von Öffnungen, durch die der Muster- und Bezugsmusterstrahl in die Kugel eintritt und auf das Muster bzw. Bezugsmuster im ersten Paar von Öffnungen auftrifft.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind eine Öffnung des ersten Paars und die entsprechende des zweiten Paars so angeordnet, daß eine gerade Linie,

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die den Mittelpunkt der ersten und den der zweiten dieser entsprechenden Öffnung verbindet, nicht durch den Mittelpunkt der Integrationskugel geht. Durch diese außermittige Anordnung trifft der durch diese zweite Öffnung in die Integrationskugel eintretende Lichtstrahl schräg auf das Muster bzw. Bezugsrnuster in dieser ersten Öffnung auf.

Das Muster und Bezugsmuster im ersten Paar der Öffnungen wird je nach Art der Messung vertauscht. In anderen Worten: Die Lagen des Musters und des Bezugsmusters an der Integrationskugel beim Messen lediglich des diffusen Anteils des vom Muster reflektierten Lichts werden vertauscht, wenn das gesamte reflektierte Licht einschließlich sowohl des diffusen als auch des direkten Reflektionsanteils gemessen werden soll.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand schematischer Zeichnungen nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen, bei einem zweistrahligen Spektralfotometer verwendeten Integrationskugel,

Fig. 2a eine Schnittansicht einer weiteren herkömmlichen Integrationskugel, die zur Messung lediglich des diffusen Anteils des von einem Muster reflektierten Lichts verwendet wird,

Fig. 2b eine Schnittansicht der Integrationskugel gemäß Fig. 2a, wenn diese zur Messung sowohl des direkten als auch diffusen Reflektionsanteils des von einem Muster reflektierten Lichts verwendet wird,

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Fig. 3a eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Integrationskugel, die zur Messung lediglich des diffusen Reflektionsanteils des von einem Muster reflektierten Lichts verwendet wird,

Fig. 3b eine Schnittansicht der Integrationskugel gemäß Fig. 3a, die zur Messung sowohl des diffusen als auch direkten Reflektionsanteils des von einem Muster reflektierten Lichts verwendet
wird,

Fig. 4a eine Fig. 3ä ähnliche Ansicht einer etwas veränderten Integrationskugel,

Fig. 4b eine Fig. 3b ähnliche Ansicht der etwas veränderten Integrationskugel gemäß Fig. 4a^und

Fig. 5 ein Aufbaudiagramm des erfindungsgemäßen zweistrahligen Spektralfotometers mit der Integrationskugel gemäß den Fig. 3a und 3b.

Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Integrationskugel IS. Sie ist mit einer Öffnung W , in der ein Muster S abnehmbar angebracht ist, und einer Öffnung W„ versehen, in der ein Bezugsmuster R

ebenfalls abnehmbar angebracht ist. Diametral gegenüber der Öffnung W₁ befindet sich eine Eintrittsöffnung
WI₁, durch welche ein Lichtstrahl L_c in die Integrationskugel eintritt und senkrecht auf die innere Fläche des Musters S in der Öffnung W₁ fällt.

Der direkte Reflektionsanteil des vom Muster S reflektierten Lichts geht durch die Eintrittsöffnung WI₁ und wird somit nicht bestimmt.
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Diametral gegenüber und seitlich versetzt zur Öffnung Wp befindet sich in der Kugel IS eine weitere Eintrittsöffnung WI₀, durch welche ein Bezugslichtstrahl L_n in die Kugel eintritt und schräg auf das in der Öffnung W„ befindliche Bezugsmuster R fällt. Falls das von der Fläche des Bezugsmusters R reflektierte Licht einen direkten Reflektionsanteil enthält, ist es unmöglich, diesen Anteil zu entfernen. Das Bezugsmuster R ist jedoch nur deshalb vorgesehen, um ein Signal zur Korrektur der Zeitbasis des aus der Messung des Musters S erhaltenen Signals zu bekommen. Für diesen Zweck muß das Bezugsmuster R nur der Wellenlängencharakteristik der Lichtquelle und der Drift des messenden elektrischen Schaltkreises entsprechen. Deshalb ist es nicht erforderlich, den direkten Reflektionsanteil des vom Bezugsmuster R reflektierten Lichts zu eliminieren. Die Kugel IS ist ferner mit einer Austrittsöffnung WO versehen, an deren Außenseite .ein Fotodetektor (nicht gezeigt) zum Empfang des aus der Innenseite der Kugel austretenden Lichts angeordnet ist.

In Fig. 3b sind die Lagen des Bezugsmusters R und des Musters S bezüglich Fig. 3a vertauscht, so daß sich das Muster S in der Öffnung W_? und das Bezugsmuster R in der Öffnung W₁ befindet. Bei dieser Anordnung tritt der

Strahl L„ für das Muster durch die Eintrittsöffnung WI„
in die Integrationskugel IS ein und trifft schräg auf dem Muster F auf, so daß der direkte Reflektionsanteil des vom Muster reflektierten Lichts auf die innere Fläche der Integrationskugel fällt. Dies bedeutet, daß das gesamte vom Muster reflektierte Licht, das sowohl den diffusen als auch den direkten Reflektionsanteil enthält,
gemessen wird.

In Fig. 3b fällt der Bezugslichtstrahl L_R senkrecht auf das Bezugsmuster R auf, so daß dessen direkter Reflektionsanteil durch die Eintrittsöffnung WI₁ austritt. Aus

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dem gleichen Grund wie oben erwähnt hat dies keinen
schädlichen Einfluß auf die Korrektion der Zeitbasis.

In Fig. 5 ist schematisch ein Zweistrahl-Spektralfotometer dargestellt, das die Integrationskugel IS gemäß den Fig. 3a und 3b aufweist. Eine Lichtquelle L sendet Licht in einem Bereich der messenden Wellenlängen aus. Ein Monochromator M empfängt dieses Licht und erzeugt ein

- monochromatisches Licht mit ausgewählter Wellenlänge, das von einem Spiegel IYL auf einen Strahlteiler reflektiert wird, der einen drehbaren Sektorspiegel SM umfaßt_; der als Zerhacker dient und von einem geeigneten Antrieb DR angetrieben, wird.

Durch die Drehung des Sektorspiegels SM läuft das monochromatische Licht wechselweise entlang eines ersten und zweiten optischen Wegs. Der erste optische Weg und der dazugehörende Lichtstrahl sind gemeinsam mit Bezugszeichen L. versehen, während der zweite optische Weg und der dazugehörende Lichtstrahl mit Bezugszeichen L₂ versehen sind.

Das durch den Sektorspiegel SM hindurchgehende Licht wird von den Spiegeln M., M₅ und M₆ reflektiert und tritt daher durch die Eintrittsöffnung WI₁ in die Integrationskugel IS ein. Das vom Sektorspiegel SM reflektierte Licht Lp wird weiter von den Spiegeln M₂ und M„ reflektiert und tritt dadurch abwechselnd mit dem durch die Eintrittsöffnung WI eintretenden Lichtstrahl L durch die Ein- trittsöffnung WI₂ in die Integrationskugel ein.

Ein Fotodetektor PD deckt die Öffnung WO der Integrationskugel ab und empfängt das aus dieser austretende Licht. Der Fotodetektor kann z.B. eine Fotomultiplikationsröhre sein, deren Ausgangssignal an einen Vorver-

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stärker PA angelegt ist, dessen Ausgangssignal durch ein nachfolgendes paralleles Paar von Schaltern SW_D und SW_C
an ein paralleles Paar von Signalspeicherschaltkreisen H_R und H„ angelegt ist.

Das Ausgangssignal des Speicherschaltkreises H_n wird

durch einen negativen Hochspannungsschaltkreis NV zum Fotodetektor PD zurückgeführt, um dessen Empfindlichkeit abzustimmen, wodurch sein vom Bezugsstrahl erzeugtes Ausgangssignal konstant gehalten wird. Das Ausgangssignal des Signalspeicherschaltkreises H_Q entspricht dem bei der Messung durch das vom Muster reflektierte Licht erzeugten Ausgangssignals des Fotodetektors PD und ist
durch einen Analog/Digitalumwandler AD an einen Computer CP angelegt, dessen Ausgangssignal durch einen Digital/ Analogumwandler DA an einem Aufzeichengerät RD anliegt und dadurch aufgezeichnet wird.

Wie zuvor erwähnt, werden die Lage des Bezugsmusters R · und des Musters S an der Integrationskugel in Abhängigkeit der Art der Messung, die durchgeführt werden soll, vertauscht, d.h., ob das gesamte vom Muster reflektierte Licht oder nur der diffuse Anteil gemessen werden soll, wobei in Abhängigkeit der Lage des Musters und des Bezugsmusters an der Integrationskugel bestimmt wird, welcher der Strahlen des ersten und zweiten optischen Wegs L₁ und Lp der Bezugs- bzw. Musterstrahl wird. Es ist erforderlich, daß unabhängig davon, welcher der beiden
Lichtstrahlen entlang welchem optischen Weg läuft, das

vom Lichtstrahl für das Bezugsmuster erzeugte Ausgangssignal des Fotodetektors PD immer an den Signalspeicherschaltkreis H_D angelegt ist, während das vom Musterlichtstrahl erzeugte Ausgangssignal des Fotodetektors PD immer an den Signalspeicherschaltkreis H_g angelegt ist.

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Um diese Anforderung zu erfüllen, betätigt ein Schaltersteuergerät SC in Abhängigkeit eines Synchron-Signalerzeugers GE die Schalter SW_U und SW_C auf folgende Weise, um wechselseitiges Öffnen und Schließen zu bewirken*.

Es sei angenommen, daß das Muster S und das Bezugsmuster R in den Öffnungen Wl bzw. W2 der Integrationskugel IS gemäß Fig. 3a angebracht sind, um nur den diffusen Ref-" lektionsanteil des vom Muster reflektierten Lichts zu messen, so daß der Lichtstrahl im ersten bzw. zweiten optischen Weg L. bzw. L_? der Muster- bzw. Bezugslichtstrahl ist.

Der Signalerzeuger GE arbeitet synchron mit der Drehung des Sektorspiegels SM und erzeugt dadurch wechselweise ein erstes Signal SL , während der Sektorspiegel SM den Eintritt des Lichtstrahls für das Muster im ersten optischen Weg L₁ in die Integrationskugel und das Auftreffen auf das Muster S gestattet, und ein zweites Signal SLp, während der Sektorspiegel SM ein Eintreten des Bezugsstrahls im zweiten optischen Weg L„ in die Integrationskugel und Auftreffen auf das Bezugsmuster R zuläßt.

Das Schaltersteuergerät SC beinhaltet ein Paar von Schaltern K. und Kp, die jeweils ein Paar feststehender Kontakte K_{n D} und K₁₀, sowie K_or) und K₀₀ haben. In Abhängig-

In Io ein ά ο

keit der Lagen des Musters S und des Bezugsmusters R bestimmt der Computer CP, durch welchen der feststehenden Kontakte jeder der Schalter K₁ und K„ geschlossen sein soll, wobei im Beispiel gemäß Fig. 3a (das Muster S bzw. Bezugsmuster R befindet sich in der Öffnung W₁ bzw. W„) die Schalter K₁ bzw. K₂ durch K_{1 g} und K_2R geschlossen

sind. Deshalb schließt das während dem Einfall des Strahls Ll auf das Muster S erzeugte Steuersignal SL₁ den Schal-" ter SW₀, während der andere Schalter SW_n gleichzeitig

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1 offen ist, so daß das vom Lichtstrahl L. des Musters erzeugte Ausgangssignal des Fotodetektors PD über den geschlossenen Schalter SW„ an den Signalspeicherschaltkreis Hg angelegt ist; das abwechselnd mit dem Signal SL. während dem Einfallen des Strahls L_? auf das Bezugsmuster R erzeugte Steuersignal SL„ schließt den Schalter SW_R, wobei der andere Schalter SW_Q gleichzeitig geöffnet wurde, so daß das durch den Bezugslichtstrahl L_ erzeugte Ausgangssignal des Fotodetektors PD über den geschlossenen Schalter SW_R an den Signalspeicherschaltkreis H_R angelegt ist.

Wenn das vom Muster gesamte reflektierte Licht gemessen werden soll, werden die Lagen des Musters S und des Bezugsmusters R in Fig. 3a vertauscht, so daß das Muster S bzw. das Bezugsmuster R in der Öffnung Wp bzw. W₁ sitztj wie in Fig. 3b gezeigt. Der Computer schließt dann die Schalter K₁ und K₀ an den gegenüberliegenden Seiten K_1n und K_2S, wie in gestrichelten Linien dargestellt ist.

In diesem Fall wird der Strahl auf dem ersten optischen V/eg L. der Bezugs- und der Strahl auf dem zweiten optischen Weg L- der Musterlichtstrahl. Deshalb schließt das während des Einfalls des Bezugslichtstrahls L₁ auf das Bezugsmuster R erzeugte Steuersignal SL₁ den Schalter ^W_R, wobei der andere Schalter SW^ gleichzeitig geöffnet wird; das abwechselnd mit dem Steuersignal SL₁ während des Auftreffens des Strahls L_? auf das Muster F erzeugte Steuersignal SL„ schließt den Schalter SW_S, wobei der andere Schalter SW_R gleichzeitig geöffnet wurde.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Integrationskugel ist in den Fig. 4a und 4b dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 3a und 3b entsprechende Teile bezeichnen.

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In den Fig. 4a und 4b treten die beiden Strahlen L_D und

ti

Lg so in die Integrationskugel IS ein, daß sie sich senkrecht schneiden, und die Öffnungen W₁ und W„, in denen das Muster S und das Bezugsmuster R sitzen, sind so ange-5 ordnet, daß die Ebene einer der Öffnungen, z.B. W₁, senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl ist, während die Ebene der anderen Öffnung W„ relativ zum darauf einfallenden Lichtstrahl geneigt oder schräg ist.

Wenn lediglich die diffuse Reflektionskomponente des von einem Muster S reflektierten Lichts gemessen werden soll, wird das Muster in der Öffnung W₁ angebracht, während ein Bezugsmuster R in der anderen Öffnung W_? gemäß Fig. 4a angebracht wird. Wenn das vom Muster gesamt reflek-

¹^ tierte Licht einschließlich des diffusen und direkt reflektierten Anteils gemessen· werden soll, wird das Muster S in der Öffnung W„ und das Bezugsmuster R in der Öffnung W₁ gemäß Fig. 4b angeordnet.

Die Integrationskugel IS gemäß den Fig. 4a und 4b kann in der Anordnung gemäß Fig. 5 auf die gleiche wie zuvor erwähnte Art und Weise verwendet werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 treten der Bezugs- und ²^ Musterlichtstrahl durch die Eintrittsö'ffnungen in die Integrationskugel .ein, während der Fotodetektor neben der Austrittsöffnung WO angeordnet ist. Es ist möglich, die Positionen der Lichtquelle und des Fotodetektors zu vertauschen, so daß das Licht von der Lichtquelle durch ^O die einzige Öffnung WO in die Integrationskugel eintritt und der Muster- und Bezugslichtstrahl durch die Öffnungen WI₁ und WIp abgenommen werden. Diese Anordnung ist nützlich zur Messung fluoreszierender Stoffe oder zur Vermeidung des nachteiligen Einflusses der Strahlung eines beheizten Musters, wenn zur Messung Licht im oder in der Nähe des Infrarotbereichs verwendet wird.

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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, daß das durch Messung des Bezugsmusters erhaltene Ausgangssignal nur auf die Fluktuation der Lichtquelle oder die Drift des messenden elektrischen Schaltkreises ansprechen muß und es nichts ausmacht, ob der Lichtstrahl senkrecht oder schräg auf das Bezugsmuster aurtrifft, oder ob der direkte Reflektionsanteil des vom Bezugsmuster reflektierten Lichts eliminiert wird oder nicht. Deshalb ist die erfin-

^O dungsgemäße Integrationskugel mit zwei Öffnungen zur Aufnahme eines Musters und eines Bezugsmusters versehen, und der Muster- bzw. Bezugslichtstrahl fällt senkrecht auf die Ebene der einen Öffnung und schräg auf die Ebene der anderen Öffnung auf. Die Lage des Musters und des Bezugsmusters werden in Abhängigkeit der Art der durchzuführenden Messung vertauscht.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist e.^ nicht mehr erforderlich, eine Lichtfalle bzw. Lichtschleuse mit einer weißen Platte zu vertauschen, oder wie bei Geräten im Stand der Technik an die Integrationskugel einen Abstandshalter anzubringen bzw. zu entfernen. Die Erfindung löst auch das Problem, daß sich die optische Charakteristik der weißen Platte mit der Zeit ändert und daß der Abstandshalter wahrscheinlich während der Messung einen Teil der diffus reflektierten Komponente des vom Muster reflektierten Lichts abblendet. Es ist vorteilhaft möglich, sowohl das Muster als auch das Bezugsmuster dicht an der inneren Fläche der Integrationskugel anzuordnen.

Bei der vorstehenden Beschreibung enthält das gesamte vom Muster reflektierte Licht immer sowohl den diffus reflektierten als auch direkt reflektierten Anteil. Falls das Muster einem aufgedampften Spiegel ähnlich ist, dessen reflektiertes Licht geringen oder keinen diffusen

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Anteil enthält, ist es möglich, durch Messung des gesamten vom Muster reflektierten Lichts den direkten Reflektionsanteil zu messen.

Offenbart ist ein zweistrahliges Spektralfotometer, das zur Messung des von einem Muster gesamten reflektierten Lichts bzw. nur des diffus reflektierten Anteils
eine Integrationskugel verwendet. Die Kugel hat ein erstes Paar von Öffnungen, in denen ein Muster und ein Bezugsmuster wegnehmbar und austauschbar sitzen, sowie ein zweites Paar von Öffnungen, wobei durch eine dieser entweder ein Muster- oder Bezugslichtstrahl in die Integrationskugel eintritt und senkrecht auf das Muster oder Bezugsmuster in einer der Öffnungen des ersten Paars auftrifft, während durch die andere Öffnung des zweiten

Paars der andere der beiden Lichtstrahlen in die Integrationskugel eintritt und schräg auf das Bezugsmuster oder Muster in der anderen Öffnung des ersten Paars auftrifft. Die Lage des Musters und Bezugsmusters werden iⁿ Abhängigkeit der Art der Messung vertauscht.

Leerseite

Claims

TeDTKE - BüHLING " ΚΪν|_Ε· * GrUP^ -J SSSTmSSSI If

Γ\ f* Ο Dipl.-lng. H.Tiedtke i

HELLMANN - tlRAMS - OTRUIF Dipl-Chem G Bühling

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne
Dipl.-lng. R Grupe
Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams
Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 2( 8000 München 2

Tel.: 089-539653
Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Mi

31. März 1983

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case Shimadzu-65 Convention

Patentansprüche

f 1.) Zweistrahliges Spektralfotometer, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (L, M, Ml, SM, DR) zur Bildung eines ersten (L.) und zweiten (L„) Lichtstrahls, eine Integrationskugel (IS) mit einem ersten Paar von Öffnungen (VL, Wp), in denen ein Muster (S) sowie ein Bezugsmuster (R) wegnehmbar und austauschbar angeordnet sind und mit
einem zweiten Paar von Öffnungen (WI₁, WI_?), die relativ zum ersten Paar so angeordnet sind, daß entweder der erste oder zweite Lichtstrahl durch eine der Öffnungen des zweiten Paars in die Integrationskugel eintritt und senkrecht auf das Muster oder Bezugsmuster in einer der Öffnungen des ersten Paars auftrifft, während der andere Lichtstrahl durch die andere Öffnung des zweiten Paars in die Integrationskugel eintritt und schräg auf das Bezugsmuster oder Muster in der anderen Öffnung des ersten Paars auftrifft, und durch eine Einrichtung (PD, PA, H₀, H₀, NV, SW₀, SW_C)

Kb Kb

zur Messung des aus der Integrationskugel austretenden Lichtes.

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2. Zweistrahliges Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lichtstrahlbildung (L, M, M₁, SM, DR) eine Einrichtung (M) zur Erzeugung eines monochromatischen Lichtstrahls und einen Strahlteiler (SM) zur Aufteilung des monochromatischen Lichtstrahls in den ersten (L.) und zweiten (L ) Lichtstrahl und daß die Meßeinrichtung (PD, PA, H_n, Η_σ, NV, SW_D, SW_C) einen Fotodetektor (PD) zur Aufnahme des aus der Integrationskugel (IS) austretenden Lichts und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals, einen mit dem Fotodetektor verbundenen Rückkopplungsschaltkreis (PA, H_n, NV), eine mit dem Fotodetektor verbundene Signal-Verarbeitungseinrichtung (H_R, ^hq)» ^und eine Schaltereinrichtung (SW_n, SW_C , SC) umfaßt, die in Verbindung mit dem Strahlteiler betätigt wird, um abwechselnd-das vom Licht aus der Integrationskugel verursachte Ausgangssignal des Fotodetektors, wenn entweder der erste oder zweite Lichtstrahl auf das Muster (S) auf triff t, an die Signalverarbeitungseinrichtung oder das durch das Licht aus der Integrationskugel verursachte Ausgangssignal des Fotodetektors, wenn der andere der beiden Lichtstrahlen auf das Bezugsmuster auftrifft, an den Rückkopplungsschaltkreis anzulegen, wodurch die Empfindlichkeit des Fotodetektors konstant gehalten wird.
3. Zweistrahliges Spektralfotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Öffnungen des zweiten Paars (WI-, WI_) der Integrationskugel (IS) diametral gegenüber einer Öffnung des ersten Paars (VL,

angeordnet ist, während die andere Öffnung des zweiten

Paar seitlich versetzt diametral gegenüber der anderen Öffnung des ersten Paars angeordnet ist.
4. Zweistrahliges Spektralfotometer nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß erster (L₁)

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und zweiter (L₂) Lichtstrahl sich in der Integrationskugel (IS) senkrecht schneiden und eine Öffnung des ersten Paars (W₁, W₂) der Integrationskugel so angeordnet ist/ daß entweder der erste oder zweite Lichtstrahl senkrecht auf das Muster (S) oder Bezugsmuster (R) in dieser Öffnung auftrifft, während die andere Öffnung des ersten Paars so angeordnet ist, daß der andere der beiden Lichtstrahlen schräg auf das Bezugsmuster oder Muster in der anderen Öffnung auftrifft.
5. Zweistrahliges Spektralfotometer, gekennzeichnet

durch eine Lichtquelle (L) zum Aussenden eines Lichts in einem Bereich der messenden Wellenlängen, einen dieses Licht empfangenden Monochromator (M) zur Erzeugung eines monochromatischen Lichts ausgewählter Wellenlänge, einen Strahlteiler (SM) zur Aufteilung des monochromatischen Lichts abwechselnd in einen ersten (L.) und einen zweiten (L₂) Lichtstrahl, eine Integrationskugel (IS), eine optische Einrichtung (M bis Mg)» um ersten und zweiten Lichtstrahl zum Eintritt in die Integrationskugel auszurichten, wobei die Integrationskugel ein erstes Paar von Öffnungen (W₁, W₂), in denen ein Muster (S) und ein Bezugsmuster (R) wegnehmbar und austauschbar angeordnet sind sowie ein zweites Paar von Öffnungen (WI₁, WI_?) hat, das relativ zum ersten Paar von Öffnungen so angeordnet ist , daß entweder der erste oder zweite Lichtstrahl durch eine Öffnung des
zweiten Paars in die Integrationskugel eintritt und senkrecht auf das Muster oder Bezugsmuster in der entsprechenden Öffnung des ersten Paars auftrifft, während der andere der beiden Lichtstrahlen durch die andere Öffnung des zweiten Paars in die Integrationskugel eintritt und schräg auf das Bezugsmuster oder Muster in der anderen Öffnung des ersten Paars auftrifft, durch einen Fotodetektor (PD) zur Aufnahme des aus der Integrationskugel austretenden Lichts und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangs-

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signals, einen Rückkopplungsschaltkreis (PA, H_n, NV), der mit dem Fotodetektor verbunden ist, eine mit dem Fotodetektor verbundene SignalVerarbeitungseinrichtung (H_R, H„) und durch eine Schaltereinrichtung (SW_D, SW₀, SC )

die in Verbindung mit dem Strahlteiler betätigt wird, um abwechselnd das durch das aus der Integrationskugel austretende Licht erzeugte Ausgangssignal des Fotodetektors an die Signalverarbeitungseinrichtung anzulegen, wenn entweder der erste oder zweite Lichtstrahl auf das Muster auftrifft, und an den Rückkopplungsschaltkreis, wenn der andere der beiden Lichtstrahlen auf das Bezugsmus'ter auf trifft, wodurch die Empfindlichkeit des Fotodetektors konstant gehalten wird.
6. Integrationskugel zur Verwendung in einem zweistrahligen Spektralfotometer, gekennzeichnet durch eine Wandung zur Abgrenzung eines kugelförmigen Raumes, ein erstes Paar von Öffnungen (W., Wp), in denen ein Muster (S) und ein Bezugsmuster (R) wegnehmbar und austauschbar angeordnet sind, und ein zweites Paar von Öffnungen (WI.., WI₂), die relativ zum ersten Paar von Öffnungen so angeordnet sind, daß ein durch eine Öffnung des zweiten Paars in die Integrationskugel eintretender Lichtstrahl (L.) senkrecht auf das Muster oder Bezugsmuster in der entsprechenden Öffnung des ersten Paars auftrifft, während ein durch die andere Öffnung des zweiten Paars in die Integrationskugel eintretender Lichtstrahl (Lp) schräg auf das Bezugsmuster oder Muster in der anderen Öffnung des ersten Paars auftrifft.
7. Integrationskugel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung des zweiten Paars (WI., WIp) diametral gegenüber einer Öffnung des ersten Paars (W.,, Wp) angeordnet ist, während die andere Öffnung des zweiten Paars seitlich versetzt diametral gegenüber der anderen

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Öffnung des ersten Paars angeordnet ist.
8. Integrationskugel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (L,) und zweite (L„) Lichtstrahl sich senkrecht im kugelförmigen Raum schneiden und eine Öffnung des ersten Paars (W₁, W_?) so angeordnet ist, daß entweder der erste oder zweite Lichtstrahl senkrecht auf das Muster (S) oder Bezugsmuster (R). in dieser Öffnung auftrifft, während die andere Öffnung des ersten Paars so angeordnet ist, daß der andere der beiden Lichtstrahlen schräg auf das Bezugsmuster oder Muster in der anderen Öffnung auftrifft.

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