DE3338203A1

DE3338203A1 - Geraet zur messung des absoluten reflexionsgrades

Info

Publication number: DE3338203A1
Application number: DE19833338203
Authority: DE
Inventors: Osamu Kyoto Akiyama
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1984-05-03
Also published as: US4575252A; JPS6355020B2; JPS5979841A; CA1203399A

Description

Gerät zur Messung des absoluten Reflexionsgrades

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung des absoluten Reflexionsgrades einer Probe unter Verwendung einer Integrationskugel.

Es gibt zwei Verfahren den Reflexionsgrad einer Probe zu messen.Ein Verfahren besteht darin, den relativen Reflexionsgrad einer gegebenen Materialprobe zu messen, wobei der bekannte Reflexionsgrad eines Bezugsnormals oder eines Bezugsmaterials als 100% angenommen wird ; das.andere Verfahren besteht darin, den tatsächlichen oder absoluten Reflexionsgrad einer Materialprobe zu messen.

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Gewöhnlich wird der relative Reflexionsgrad einer gegebenen Materialprobe (im folgenden als Probe bezeichnet) zunächst gemessen und der gemessene Wert wird dann mit dem absoluten Reflexionsgrad eines Bezugsmaterials (als Bezugsgröße bezeichnet) multipliziert, um dadurch den absoluten Reflexionsgrad der zu messenden Probe zu erhalten. Der absolute Reflexionsgrad der Bezugsgröße ist jedoch lediglich als eine Information von verschiedenen Daten gegeben und wenn sich der Reflexionsgrad mit der Zeit ändert, so sind derartige Änderungen der betreffenden Person, welche die Messung vornimmt, nicht bekannt, so daß es unmöglich ist den absoluten Reflexionsgrad der Probe zu messen.

Das Prinzipien absoluten Reflexionsgrad zu messen,, ist zwar einfach/ es ergeben sich jedoch große Schwierigkeiten bei der praktischen Realisierung. Ein bekanntes Verfahren zur Messung des absoluten Reflexionsgrades einer Probe umfaßt die Verwendung einer Integrationskugel. Das Verfahren ist in der Theorie etwas kompliziert, jedoch läßt es sich leicht in der Praxis verwirklichen. Da es bei dem Verfahren, bei welchem eine Integrationskugel zur Anwendung gelangt, erforderlich ist, den Photodetektor oder den optischen Weg relativ zur Integrationskugel zu verschieben, erfordert dies einen komplizierten Mechanismus, um die relative Bewegung auszuführen, so daß die gesamte Konstruktion des Gerätes umfangreich wird bzw. viel Raum beansprucht. Obwohl dieses Gerät in einem Labor verwendet werden kann, ist es für den praktischen Gebrauch nicht geeignet und es ist noch schwieriger, das Gerät als Anpassungsstück (Adaptor) für die unmittelbare Verwendung in einem

Spektralphotometer auszuführen.

Das Prinzip der Messung des absoluten Reflexionsgrades
wird im folgenden zunächst unter Hinweis auf Fig.1 erläutert. Diese Figur zeigt eine Integrationskugel IS,
die ein Eintrittsfenster WI aufweist, durch welches ein Lichtstrahl Li von einer monochromatischen Lichtquelle MC in die Integrationskugel geschickt wird, um direkt eine Zone Wa an der Innenfläche der Integrationskugel zu beleuchten. Die Integrationskugel ist auch mit einem Probenfenster Ws und einem Paar von Austrittsfenstern WOs und WOr ausgestattet. Eine Probe SM wird im Probenfenster Ws so in Lage gebracht, daß diese Probe nach innen in die Integrationskugel weist, wobei ein Probenlichtstrahl Ls aus dem Fenster WOs austritt und ein Bezugslichtstrahl Lr
aus dem Fenster WOr austritt.

Innerhalb der Integrationskugel ist ein Schirm SC so
angeordnet, daß das Licht, welches durch das Fenster WI in die Integrationskugel gelangt und direkt von der
Zone Wa reflektiert wird, d.h. das erste Reflexionslicht von der Zone Wa daran gehindert wird_/zur Probe zu gelangen, die am Fenster Ws angeordnet ist. Der Schirm SC ist
in einer solchen Lage angeordnet, daß er von dem Lichtmeßsystem nicht "gesehen" werden kann_/ und zwar in
Bezug auf beide Austrittsfenster WOs und WOr. In Fig. 1 wird beispielsweise der Bezugslichtstrahl Lr gemessen,
wobei eine Linse LN ein Bild einer Zone Wr auf der Innenfläche der Integrationskugel IS diametral gegenüber
dem Austrittsfenster WOr an einer Öffnung AP abbildet, die

vor einem Photodetektor PD gelegen ist. Die Zone Wr ist mit der Öffnung AP konjugiert und der Schirm SC liegt vollständig außerhalb des optischen Weges des Lichtstrahls Lr, durch den das Bild der Zone Wr an der Öffnung AP abgebildet wird. Die Innenfläche der Integrationskugel IS besitzt einen einheitlichen hohen Reflexionsgrad r.Der Schirm SC ist so angestrichen, daß sein Reflexionsgrad ebenfalls gleich ist r_ .

Die Lichtmenge des Lichtstrahls Li, der in die Integrationskugel IS gelangt sei mit P bezeichnet; die Fläche der Innenfläche der Kugel sei mit S bezeichnet; die Fläche des Fensters WOr und die Fläche des Fensters WOs seien beide mit b bezeichnet; die Fläche des Probenfensters Ws und die Fläche der Zone Wr beide mit a; der Reflexionsgrad einer Probe sei mit r¹ bezeichnet; und es gelte a/S = k₁ und b/S = k«.

Die zuvor erwähnten Reflexionsgrade r und r¹ sind absolute Reflexionsgrade.

Wenn die zu messende Probe SM an dem Probenfenster Ws, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angebracht ist, wird das Licht des Lichtstrahls Lr, der die Integrationskugel IS über das Austrittsfenster WOr und die Linse LN verläßt, gemessen. Das in die Integrationskugel einfallende Licht Li wird von der Zone Wa einheitlich in alle Richtungen reflektiert und die gesamte Menge des reflektierten Lichtes ist gleich P.r, von welchem die Lichtmenge, die auf die Zone Wr trifft, gleich ist P;r.a/S = P.r.k., und wobei die Lichtmenge Ir₁,

die von der Zone Wr reflektiert wird und durch das Austrittsfenster WOr austritt_/gegeben ist als:

Ir₁ = ?.r.k_rr.k₂

Andererseits '. ist die Lichtmenge, die von der Zone Wa in die Richtungen reflektiert wird, die nicht zur Zone Wr verlaufen, gegeben als P-r(1 - k.,) . Das von der Zone Wa in andere Richtungen reflektierte Licht wird zum ersten Mal an der Innenfläche der Integrationskugel reflektiert und die Gesamtmenge des reflektierten Lichtes ist gegeben als P.r(1 - k..)r, von der diejenige Lichtmenge, die auf die Zone Wr trifft gegeben ist als P.r(1 - kjr.k., und die Lichtmenge Ir₂ des von der Zone Wr reflektierten Lichtes, welches durch das Austrittsfenster WOr austritt, gegeben ist als

Ir„ = P.r(1 - k₁)r.k₁-r.k₂

Das zum ersten Mal an der Innenfläche der Integrationskugel IS reflektierte Licht wird erneut an der Innenfläche der Integrationskugel reflektiert. Die Lichtmenge Ir-. des zum zweiten Mal reflektierten Lichtes, welches auf die Zone Wr trifft, von dort reflektiert wird und durch das Fenster WOr austritt, ist gegeben als

Ir₃ = P.r(1 -_k_l)r(1 - k^r.k^r.^

Die Reflexion des Lichtes wird auf ähnliche Weise wiederholt, so daß die gesamte Lichtmenge Ir des aus dem Fenster WOr austretenden Lichtes aus der Summe der Lichtmengen Ir₁, Ir„, Ir_, ... besteht und gegeben ist als

Ir = p.r².^·^ 1 + r(1 - k.,) + r²(1 - k^² + ... ^{= P}'^r2'^kr^k2 "

Es wird dann die Lichtmeßvorrichtung, bestehend aus der Linse LN, der öffnung AP und dem Photodetektor PD zum anderen Austrittsfenster WOs übertragen, so daß die Probe SM mit dem Fenster WOs und der Lichtmeßvorrichtung ausgerichtet ist.

Zu diesem Zeitpunkt ist auf ähnliche Weise, wie dies zuvor erläutert wurde, wobei die Lichtmenge Ir erhalten wurde, die Lichtmenge Is des Lichtes, welches durch das Probenlicht-Austrittsfenster WOs austritt, gegeben als

Is = P-r².k„-r'.k„ —

1 - r(1 - k.,)

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß das in die Integrationskugel IS einfallende Licht, welches zum ersten Mal von der Zone Wa reflektiert wird, von dem Schirm SC aufgefangen wird, so daß dieses Licht nicht auf die Probe SM auftreffen kann. Das auf die Probe zum ersten Mal auftreffende Licht besteht somit aus demjenigen Licht, welches von der Zone Wa reflektiert wurde und dann an der Innenfläche der Integrationskugel reflektiert wurde, wobei

2 die Lichtmenge dieses Lichtes gegeben ist als P«r -k.. ·

Von dieser Lichtmenge ist die Lichtmenge Is₁, die zum Austrittsfenster WOs gerichtet ist, gegeben als

Is = P-r² -Ic₁ -r¹ -k₂

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Diese Lichtmenge entspricht der Lichtmenge Ir₁ des Bezugslichtes, welche durch Gleichung (1) gegeben ist. Teilt man die Lichtmenge Is durch die Lichtmenge Ir, so erhält man den absoluten Reflexionsgrad r¹ .

Wenn daher die Lichtmenge Ir mit Hilfe der Lichtmeßvorrichtung gemessen wird, die gegenüber dem Austrittsfenster WOr angeordnet ist und wenn ferner die Lichtmenge Is mit Hilfe der Lichtmeßvorrichtung gemessen wird, die gegenüber dem Austrittsfenster WOs angeordnet ist, gibt das Verhältnis zwischen den zwei gemessenen Werten den absoluten Reflexionsgrad r_' der Probe an.

Wie sich leicht einsehen IaBt₇XSt es zur Messung der zwei Werte erforderlich, die Meßvorrichtung zwischen den zwei Austrittsfenstern WOr und WOs zu verschieben. Dies bedeutet jedoch nicht nur einen mühsamen Arbeitsgang, sondern führt auch dazu, daß die gesamte Konstruktion des Gerätes große Ausmaße erreicht, so daß es sehr schwierig ist, das Gerät als optische Zusatzeinrichtung für die Verwendung in einem Spektralphotometer auszuführen. Wenn eine eigene Lichtmeßvorrichtung vor jedem der zwei Austrittsfenstern angeordnet wird, so besteht nicht die Forderung_/die Lichtmeßvorrichtungen zu verschieben. Es sind jedoch keine besonderen Einrichtungen oder Maßnahmen vorgesehen eine inhärente Empfindlichkeitsdifferenz zwischen den zwei Meßvorrichtungen zu kompensieren, außer die relativen Positionen der zwei Vorrichtungen zu vertauschen, so daß der Austausch ihrer Positionen das Vorsehen von zwei Meßvorrichtungen bedeutungslos werden läßt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Gerät zum Messendes absoluten Reflexionsgrades einer Probe zu

schaffen, bei dem eine Integrationskugel zur Anwendung gelangt und welches mit geringerem Aufwand unter Beseitigung der zuvor erläuterten Probleme realisiert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist das Gerät mit einer Integrationskugel ausgestattet, die ein einziges Eintrittsfenster aufweist, durch welches ein Lichtstrahl von einer monochromatischen Lichtquelle in die Kugel eingeleitet wird, welche ferner ein Paar Austrittsfenster aufweist, durch die das Licht von innerhalb der Integrationskugel nach außen tritt, und mit einem Probenfenster, welches einem der Austrittsfenster diametral in der Integrationskugel gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in das Probenfenster eine zu messende Probe angeordnet wird, so daß die Probe zum Inneren der Integrationskugel weist. Das Eintrittsfenster, die Austrittsfenster und das Probenfenster sind in einer einzigen Ebene angeordnet, welche den Mittelpunkt der Integrationskugel enthält. Das Gerät ist ferner mit einer Lichtmeßvorrichtung ausgestattet, die einen Photodetektor umfaßt, der vor einem der Austrittsfenster angeordnet ist, so daß der Photodetektor das Licht empfängt, welches aus dem einen Austrittsfenster austritt, um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, welches beispielsweise die an früherer Stelle erwähnte Lichtmenge Ir des Bezugslichtes darstellt.

Die Lichtmeßvorrichtung wird stationär festgehalten, während die Integrationskugel um eine Achse drehbar angeordnet ist, die mit einer Diametral-Linie in der zuvor erwähnten einzigen Ebene koinzidiert, so daß das andere der zwei Austrittsfenster mit der Lichtmeßvorrichtung ausgerichtet

β et * B β

•13-

werden kann, so daß dann der Photodetektor das Licht auffängt, welches durch das andere Austrittsfenster austritt, um eän entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, welches beispielsweise die an früherer Stelle erwähnte Lichtmenge Is des Probenlichtes kennzeichnet.

Eine Signalverarbeitungsschaltung verarbeitet die zuvor erwähnten zwei elektrischen Signale, um ein Verhältnis von Is/Ir zu bilden, welches den absoluten Reflexionsgrad der gemessenen Probe angibt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung werden die Positionen der Lichtquelle und der Lichtmeßvorrichtung bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel vertauscht, so daß das Licht der Lichtquelle in die Integrationskugel über eines der Austrittsfenster eintritt und das Licht aus der Integrationskugel über das Eintrittsfenster austritt und von der Lichtmeßvorrichtung aufgefangen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine der Fig, 1 ähnliche Darstellung, bei der jedoch die Integrationskugel in einer unterschiedlichen Betriebslage um 180 aus der Position nach Fig.1 verdreht gezeigt ist;

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Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5 eine der Fig.4 ähnliche Darstellung, bei der jedoch die Integrationskugel in einer unterschiedlichen Betriebslage, um 180° aus der Position nach Fig.4 · verdreht , gezeigt ist;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf das Gerät, welches als optisches Zubehörgerät, in einem Spektralphotometer ausgeführt ist;

Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Integrationskugel mit einem Mechanismus zur drehbaren Halterung der Integrationskugel;

Fig. 9 eine vergrößerte vertikale Schnittdarstellung eines Abschnitts des Halterungsrahmens nach Fig.8; und

Fig. 10 eine Seitenansicht, teilweise in vertikalem Schnitt gehalten/einer Integrationskugel mit einem Mechanismus zur Drehung derselben.

Die Konstruktion des Gerätes gemäß Fig.1 wurde bereits zuvor beschrieben und zwar auch mit einer Erläuterung des Meßprinzips des absoluten Reflexionsgrades. Das Eintritts-

β * β

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fenster WI, die Austrittsfenster WOr und WOs und das
Probenfenster Ws sind in einer einzigen Ebene ausgebildet, welche den Mittelpunkt CN der Integrationskugel IS enthält und ferner ist die Integrationskugel um ihre Achse AX
drehbar, die mit einer diametral verlaufenden Linie zusammenfällt, welche in der zuvor erwähnten einzigen Ebene
liegt, so daß die Integrationskugel selektiv in symmetrische Positionen gebracht werden kann, die in den Figuren 1 und gezeigt sind.

Wenn sich die Integrationskugel IS in der in Fig.1 gezeigten Position befindet, wird die gesamte Lichtmenge Ir des durch das Austrittsfenster WOr austretenden Lichtes gemessen und es wird dann die Integrationskugel um 180 um die Achse AX in die in Fig. 2 gezeigte Position gedreht, in der die
gesamte Lichtmenge Is des durch das Austrittsfenster WOs
austretenden Lichtes gemessen wird. Eine Signalverarbeitungsschaltung CP verarbeitet die Ausgangsgrößen des Photodetektors PD, um ein Verhältnis von Is/Ir zu bilden, welches den absoluten Reflexionsgrad r¹ der Probe ausdrückt. Diese Daten werden durch ein Aufzeichnungsgerät RC aufgezeichnet.

Bei der Anordnung nach Fig.1 und nach Fig.2 wird die Probe SM durch diffuses Licht beleuchtet und es wird der Reflexionsgrad Rd/o in senkrechter Richtung zur Fläche der Probe gemessen.

Es besteht die Möglichkeit, eine Probe direkt mit dem Licht aus der monochromatischen Lichtquelle so zu beleuchten, daß das Licht senkrecht auf die Fläche der Probe auftrifft,und dann den Reflexionsgrad Ro/d der Probe dadurch zu ermitteln, indem das diffuse Licht gemessen wird, welches von der

Probenflache reflektiert wird. Die Anordnung nach Fig.3 dient dazu, den Reflexionsgrad Ro/d zu messen. In Fig.3 ist die Position der Lichtquelle (d.h. der Lampe LP und des Monochromators MC) und die Position des Lichtmeßsystems (d.h. der Linse LN, der öffnung AP und des Photodetektors PD) in den Figuren 1 und 2 vertauscht. Speziell wird das Licht aus der monochromatischen Lichtquelle (Monochromator) durch das Austrittsfenster WOs in die Integrationskugel IS eingeführt, während das Austrittslicht aus der Integrationskugel über das Eintrittsfenster WI abgegriffen wird, so daß die gesamte Lichtmenge Is des Austrittslichtes gemessen wird. Wenn die Integrationskugel IS in eine symmetrische Position gedreht wird, die nicht gezeigt ist, jedoch der Fig.1 entspricht, so wird das Licht aus der monochromatischen Lichtquelle über das andere Austrittsfenster WOr in'die Integrationskugel eingeführt und das Austrittslicht aus der Integrationskugel wird an dem Eintrittsfenster WI abgegriffen, so daß die gesamte Lichtmenge Ir des Austrittslichtes gemessen wird. Bei diesem zweiten Ausführungsbexspiel der Erfindung läßt sich aus dem Verhältnis der zwei gemessenen Werte Is und Ir der absolute Reflexionsgrad Ro/d der Probe wie bei dem früheren Ausführungsbexspiel erhalten.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein drittes Ausführungsbexspiel mit Merkmalen nach der Erfindung, bei dem die gerade Linie, die den Mittelpunkt der Zone Wr oder des Probenfensters Ws mit demjenigen des Austrittsfensters WOr oder WOs verbindet (wobei diese Linie mit der optischen Achse der Lichtmeßvorrichtung zusammenfällt), nicht durch den Mittelpunkt CN der Integrationskugel IS verläuft, sondern mit der diametral

verlaufenden Linie, die durch den Mittelpunkt der Zone Wr oder des Fensters Ws verläuft, einen Winkel θ einschließt. Bei dieser Anordnung besteht die Möglichkeit den Reflexionsgrad Rd/Θ der Probe gegenüber dem Licht zu messen, welches schräg von der Probenfläche, die durch diffuses Licht beleuchtet wird, reflektiert wird.

Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel mit Merkmalen nach der Erfindung, wobei die Position der Lichtquelle (der Lampe LP und des Monochromators MC) und diejenige der Lichtmeßvorrichtung (der Linse LN, der Öffnung AP und des Photodetektors PD) entsprechend den Figuren 4 und 5 vertauscht sind. Bei dieser Anordnung besteht die Möglichkeit, den Reflexionsgrad R_Q/d der Probe gegenüber dem diffusen Licht zu messen, welches von der Probenfläche reflektiert wird, die direkt durch das Licht von dem Monochromator bzw. der monochromatischen Lichtquelle beleuchtet wird, wobei dieses Licht schräg auf die Probenfläche auftrifft.

Fig. 7 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel mit Merkmalen nach der Erfindung, bei dem die Integrationskugel IS, die Linse LN zusammen mit einem Paar von ebenen Spiegeln MR₁ und MR» so angeordnet sind, um ein optisches Zubehörteil ACC für die Verwendung in der Probenkammer eines bestehenden Spektralphotometers SP zu bilden. Die Spiegel MR und MR« sind so angeordnet, daß das Austrittslicht aus der Integrationskugel IS mit der optischen Achse OA des Spektralphotometers zusammenfällt. Die Integrationskugel des optischen Zubehörteils ACC ist um ihre Achse AX wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen drehbar.

Die Figuren 8 bis 10 zeigen anhand von Ausführungsbeispielen

einen Mechanismus zur Drehung der Integrationskugel IS bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen. Ein Lagerring BR ist an der Integrationskugel IS befestigt und einstückig mit einem Flansch FL ausgestattet, an dessen Umfang mehrere Zahnradzähne GT ausgebildet sind, wie dies schematisch in Fig.8 veranschaulicht ist. Ein Halterungsrahmen SF umfaßt ein Basisteil PS und eine nach oben ragende Platte UP. Das Basisteil BS ist am Rahmen wie beispielsweise eines Spektralphotometers (nicht gezeigt) mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen (nicht gezeigt) befestigt, die in ein Paar von Bohrungen HL in der Basis eingesetzt sind. Die nach oben ragende Platte UP ist mit einer kreisrunden Lageröffnung BH ausgestattet, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Lagerrings BR.

Ein Paar von durchgehenden Bohrungen TB sind in der nach oben ragenden Platte UP des Halterungsrahmens SF an diametral gegenüberliegenden Seiten der kreisförmigen Lageröffnung BH und zueinander ausgerichtet ausgebildet. Eine Arretierkugel BL ist in jeder der durchgehenden Bohrungen TB vorhanden und eine Druckfeder SP wird mit Hilfe einer Feststellschraube SS in jeder durchgehenden Bohrung TB festgehalten bzw. abgestützt und drückt gegen die Kugel BL, so daß letztere teilweise über die innere Umfangsflache der Lageröffnung BH hinausragt. An der äußeren Umfangsfläche de.s Lagerringes BR der Integrationskugel sind an diametral gegenüberliegenden Seiten ein Paar von Vertiefungen DP ausgebildet.

Der Lagerring BR wird in die Lageröffnung BH des

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Halterungsrahmens SF von einer Seite der nach oben ragenden Platte UP eingeschoben, so daß ein axialer Endabschnitt des Lagerringes BR gegenüber dem Flansch FL an der gegenüberliegenden Seite der nach oben ragenden Platte UP des Halterungsrahmens SF vorragt. Ein Festhaltering RR wird auf den vorragenden axialen Endabschnitt des Lagerringes BR aufgesetzt und mit Hilfe von Einstellschrauben SS¹ an diesem Endabschnitt befestigt, so daß die Integrationskugel IS in der Lageröffnung BH des Halterungsrahmens SF derart gehalten wird, daß sie um ihre Achse AX gedreht werden kann, die durch den Mittelpunkt der Lageröffnung BH verläuft, wobei die Lageröffnung BH drehbar in dem Lagerring BR zusammen mit der Integrationskugel IS gehaltert ist.

Die Arretierkugeli BL an der inneren Umfangsflache der Lageröffnung BH greifen dann in die Vertiefungen DP an der äußeren Umfangsflache des Lagerringes BR ein und zwar bei einer Drehstellung der Integrationskugel IS relativ zur Halterung SF, daß das Austrittslicht der Integrationskugel am Austrittsfenster WOr oder WOs in den Photodetektor PD gelangt.

Für die Drehung der Integrationskugel IS um ihre Achse AX steht ein Antriebszahnrad PN in Eingriff mit den äußeren Zahnradzähnen GT des Flansches FL des Lagerringes BR. Das Antriebszahnrad PN wird von einem Motor MO angetrieben, um den äußeren Zahnkranz GT anzutreiben und demzufolge die Integrationskugel IS um ihre Achse AX zu drehen. Ein Regler CL erzeugt Steuersignale für den Motor MO.

Durch die vorliegende Erfindung werden die folgenden Vorteile realisiert: Da es nicht mehr erforderlich ist,, die Position der Lichtmeßvorrichtung zu ändern, wird der Vorgang der Messung einfach; da die Lichtmeßvorrichtung für den Betrieb keine zwei Positionen einzunehmen braucht, genügt ein kleinerer Raum für eine Installation als dies bei den bekannten derartigen Geräten der Fall war; da die Integrationskugel lediglich drehbar gehaltert werden braucht, ist auch der entsprechende Mechanismus einfach gestaltet; und da schließlich die Vorrichtung als optisches Zubehör zu einem bestehenden Spektralphotometer verwendet werden kann, besteht auch die Möglichkeit,den absoluten Reflexionsgrad einer Probe einfach und bei niedrigen Kosten zu messen.

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Leerseite

Claims

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Pellmann - Grams ■ StruYf ;". ". " SSAm.'eSng

Dipl.-lng. R. Kinne 3338203 Dipl.-lng R Grupe

Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

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

20. Oktober 1983

DE 3410 /

case ShimadEU-7]

PATENTANSPRÜCHE

/Ύ7) Gerät zur Messung des absoluten Reflexionsgrades
einer Probe, gekennzeichnet durch:

a) eine Integrationskugel (IS), die in ihrer Kugel wandung vier Fenster (WI, Ws, WOs, WOr) aufweist,
deren Mittelpunkte in einer einzigen Ebene gelegen sind, welche den Mittelpunkt der Kugel enthält, wobei der Mittelpunkt eines ersten der Fenster mit einer diametral verlaufenden Linie, die in der Ebene liegt, koinzidiert, während ein zweites und ein drittes
Fenster der vier Fenster symmetrisch zu der diametral verlaufenden Linie angeordnet sind und wobei das vierte

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der Fenster eine Probe (SM) derart aufnimmt, daß diese Probe zum Inneren der Integrationskugel (IS) zeigt;

b) eine Lichtquelle (LP, MC), die so angeordnet ist, daß sie einen Lichtstrahl in die Integrationskugel (IS) einführt;

c) eine Lichtauffangeinrichtung (SC) in der Integrationskugel (IS), die derart angeordnet ist, daß sie in Bezug auf die Probe (SM) einen Teil des Lichtes auffängt;

d) eine Lichtmeßeinrichtung (LN, SL, PD), die derart angeordnet ist, daß sie das vom Inneren der Integrationskugel (IS) austretende Licht empfängt;

e) eine Einrichtung (Fig.8, Fig.10) zum Drehen der Integrationskugel (IS) um eine Achse (AX), die mit der diametral verlaufenden Linie koinzidiert, so daß die Integrationskugel (IS) in eine erste und eine zweite um 180 voneinander verdrehte Position drehbar ist, um dadurch die Arbeitslage des ersten und des dritten Fensters relativ zur Lichtquelle (LP, MC) oder zu der Lichtmeßeinrichtung (LN, SL, PD) zu verändern ; und

f) eine Einrichtung (CP, RC) zum Verarbeiten der gemessenen Daten, die von der Lichtmeßeinrichtung (LN, SL, PD) dann erhalten werden, wenn die Integrationskugel (IS) sich jeweils in der ersten und der zweiten Position befindet, um dadurch den absoluten Reflexionsgrad der Probe (SM) zu e.rmitteln.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (LP, MC) so angeordnet ist, daß das Licht der Lichtquelle (LP, MC) in die Integrationskugel (IS) durch das erste Fenster (WI) eintritt, und daß die Lichtmeßeinrichtung (LN, LS, PD) so angeordnet ist, daß sie das Licht vom Inneren der Integrationskugel (IS) über das zweite Fenster (WOr) auffängt, oder alternativ dieses Licht über das dritte Fenster (WOs) auffängt, wenn sich die Integrationskugel (IS) in ihrer zweiten Position befindet.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (LP, MC) so angeordnet ist, daß das Licht dieser Lichtquelle in die Integrationskugel (IS) durch das zweite Fenster (WOs) gelangt, wenn die Integrationskugel sich in der ersten Position befindet, und alternativ durch das dritte Fenster (WOr), wenn sich die Integrationskugel (IS) in ihrer zweiten Position befindet, und daß die Lichtmeßeinrichtung (LN, SL, PD) so angeordnet ist, daß sie das Licht vom Inneren der Integrationskugel (IS) über das erste Fenster (WI) empfängt.
4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Fenster (Ws) symmetrisch zu dem zweiten oder dritten Fenster (WOs, WOr) hinsichtlich des Mittelpunktes (CN) der Integrationskugel (IS) angeordnet ist,
5. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Fenster (Ws) so angeordnet ist, daß eine gerade Linie, welche den Mittelpunkt des vierten Fensters (Ws) mit dem Mittelpunkt des zweiten oder

dritten Fensters (WOs, WOr) verbindet, welches auf der Seite der Achse gegenüber dem vierten Fenster (Ws) gelegen ist, nicht durch den Mittelpunkt (CN) der Integrationskugel (IS) verläuft{Fig. 5, Fig.6).
6. Gerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauffangeinrichtung aus einem Schirm (SC) besteht, der derart angeordnet ist, daß das zum ersten Mal von der Innenfläche der Integrationskugel (IS) reflektierte diffuse Licht nicht direkt auf die Probenfläche auffallen kann.
7. Gerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Integrationskugel einen Rahmen (SF) zur Halterung der Integrationskugel (IS) entsprechend einer Drehung um die Achse (AX), ferner ein Ringzahnrad (GT), welches an der Integrationskugel (IS) befestigt ist und äußere Zahnradzähne aufweist, ein Antriebszahnrad (PN), welches mit dem Ringzahnrad (GT) kämmt, eine Antriebseinrichtung (MO) zum Drehantrieb des Antriebszahnrades· (PN), und eine Einrichtung (CL) zur Regelung der Betriebsweise der Antriebseinrichtung (MO) aufweist..{Fig.
8, Fig. 10)