DE3406175C2

DE3406175C2 - Spektralmeßkopf

Info

Publication number: DE3406175C2
Application number: DE19843406175
Authority: DE
Inventors: Ernst 6000 Frankfurt Schumacher
Original assignee: SCHUMACHER KG 6000 FRANKFURT DE
Current assignee: SCHUMACHER KG 6000 FRANKFURT DE
Priority date: 1984-02-21
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1985-12-19
Also published as: DE3406175A1; NL8500795A

Abstract

Die üblichen Spektralphotometer sind meist als Stand- oder Tischgeräte gebaut und arbeiten mit sukzessiver Erfassung der aufeinanderfolgenden spektralphotometrischen Werte. Der erfindungsgemäße, mit mindestens 8 Schmalband-Interferenzfiltern ausgerüstete Spektralmeßkopf ist vielseitig für Auflicht- und Durchlicht-Messung einsetzbar, wobei die spektralphotometrischen Werte simultan erfaßt werden. Die Simultanmessung bei hoher spektraler Auflösung wird durch ein Strahlenverzweigungssystem ermöglicht, das zur Erzielung eines hohen lichttechnischen Wirkungsgrads unter Mitverwendung von Interferenz-Farbteilern aufgebaut ist. Eine Beeinträchtigung der Funktion durch die bei Interferenz-Farbteilern auftretende nicht ausnutzbare spektrale Übergangszone zwischen maximaler Reflexion und maximaler Transmission wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß das von der achromatischen Lese-Optik kommende Lichtbündel zunächst durch einen aselektiven Strahlungsteiler in zwei Teilbündel vergabelt wird, denen die Farbteiler und Interferenzfilter wechselweise zugeordnet sind; innerhalb jedes Teilbündels ist daher ein für die Interferenz-Farbteiler ausreichendes spektrales Intervall von einer zur nächsten Meß-Wellenlänge gegeben.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

das spektrale Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Meß-Wellenlängen kleiner ist als das spektrale Intervall zwischen der Zone hoher Reflexion und der Zone hoher Transmission der Interfer2nz-Farbteiler(6,7,8,9,10,ll), eine aus mindestens zwei achromatischen Linsengliedern bestehende Lese-Optik (2) vorgesehen ist,

am Eingang des Strahlenverzweigungssystems ein aselektiver Strahlungsteiler (4) angeordnet ist, der das von der Lei^-Optik (2) gebildete Strahlenbündel in ein erstes Teilbündel (A) und ein zweites Teilbündel (B) aufteilt, das erste Teübündel (A) und das zweite Teilbündel (B) jeweils mit Hilfe von mehreren Interferenz-Farbteilern (6,7,8,9,10, ti) derart aufgeteilt werden, daß alle nicv.t ausnutzbaren spektralen Übergangszonen zwischen maximaler Reflexion und maximaler "Transmission der im zweiten Teilbündel (B) eingeschalteten Interferenz-Farbteüer (6, T) mit voii ausnutzbaren spektralen Reflexions- und Transmissions-Zonen der im ersten Teübündel (A) eingeschalteten Interferenz-Farbteiler (8, 9,10, 11) zusammenfallen und daß nicht ausnutzbare spektrale Übergangszonen der im ersten Teübündel (A) eingeschalteten Interferenz-Farbteiler (8,9,1&, 11) mit voll ausnutzbaren spektralen Reflexions- und Transmissions-Zonen der im zweiten Teübündel (B) eingeschalteten Interferenz-Farbteiler (6,7) übereinstimmen, und Interferenzfilter für aufeinanderfolgende Meßwellenlängen wechselweise dem ersten Teübündel (A) und dem zweiten Teübündel (B) zugeordnet sind.

Die Erfindung betrifft einen Spektralmeßkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Spektralphotometer dienen der Erfassung der Spektralcharakteristik der Meßobjekte. Die heute üblichen Geräte sind als Stand- oder Tischgeräte ausgeführt, vielfach mit integriertem Rechner und Plotter. Sie arbeiten vorzugsweise mit Prismen- oder Gitter-Monochromatoren, zum Teil jedoch auch mit Sätzen auswechselbarer Interferenz-Farbfilter oder mit Interferenz-Verlauffiltern. Die Meßwert-Erfassung erfolgt sukzessiv.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zum Zwekke der Simultan-Messung faseroptische Bauelemente, z. B. mehrteilige Glasfaser-Lichtleiter, einzusetzen, um den hinter Farbfiltern angeordneten Foto-Empfängern jeweüs Teile des von der Probe kommenden Meßhchts zuzuleiten; bei derartigen Anordnungen wird allerdings meist nur ein geringer lichttechnischer Wirkungsgrad erzielt

Außerdem ist es bekannt, z. B. bei Geräten für das »Dreibereichs-Meßverfahren« sowie bei Geräten für die Farbfernseh-Aufnahme Interferenz-Farbtcilerspiegel anzuwenden. In neuerer Zeit werden auch für Scanner, die zur Erzeugung von Farbauszügen verwendet werden, Interferenz-Farbteiler eingesetzt: so ist /- Ii. durch die US-PS 41 80 330 ein mit Intcrfercnz-Farbteilern arbeitender Scanner-Lesekopf (Spcktralmcßkopf) zur gleichzeitigen Beaufschlagung von 8 hinter Inlerrcrenzfiltem angeordneten Fotoempfängern bekanntgeworden; die Maximaltransmission dieser Filter liegt bei den Wellenlängen 420 nm, 460 nm. 500 nm. 540 η m. 580 nm, 620 nm, 660 nm, 700 nm; das Stufen-Intervall beträgt somit 40 nm; die Halbwertsbreite der Filter Μ wird mit ±20 nm angegeben. Dies bedeutet, daß die Transmissionsbereiche der Filter sich bereits bei der Hälfte der Maximahransmission zu überlappen beginnen.

Es ist klar, daß die zur Erfüllung von Meßaufgaben erforderliche hohe spektrale Auflösung die Anwendung entsprechend schmalbandiger Interferenzfilter erfordert. Sie werden z. B. für Anwendungen in der Drucktechnik sowie in der chemischen Analysetechnik bevorzugt Für solche Anwendungen stehen z. B. Interferenz-Linienfilter zur Verfügung, für die im Spektralbereich 400 nm—699 nrn eine Halbwertsbreite von 9—14 nm und eine Zehntelwertsbreite von maximal 25 nm angegeben wird, was Messungen mit Filtern, deren Wellenlängen-Intervall ca. 30 nm beträgt, ohne weiteres ermöglicht

Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei derart kleinen Wellenlängen-Intervallen bei Anwendung des bekannten Systems der Strahlengang-Verzweigung mit hintereinandergeschalteten Interferenz-Farbteilern: aus physikalischen Gründen hatr<ämlici> die nicht voll ausnutzbare spektrale Übergangszone zwischen maximaler Reflexion und maximaler Transmission eine bei einzelnen Farbteilern unterschiedliche spektrale Bandbreite von mindestens 35 nm. Mit Rücksicht auf die angestrebte hohe Lichtausbeute und mögliche Auswirkungen von Fertigungstoleranzen der Farbteiler erscheint die Anwendung des bekannten Farbteilersystems bei relativ geringen Wellenlängen-Intervallen der Tm_1x-Cebiete der Meßfilter 'inzweckmäßig, so Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen vielseitig einsetzbaren, sowohl selbständig für Auflicht-Mcssungen als auch in Verbindung mit Geräten und Maschinen für Auflicht- und Durchlicht-Messungen verwendbaren Spektralmeßkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, bei dem eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöhte spektrale Auflösung bei hohem lichttechnischem Wirkungsgrad erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Spektralmeßkopf gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Zur Realisierung der aselektiven, also Wellenlängenunabhängigen ersten Strahlungsteilung sind verschiedene Mittel einsetzbar: besonders vorteilhaft sind Neutral-Lichtteiler auf dünnen, rückseitig cntspiegeiten Glasplatten mit einem Verhältnis der Reflexion zur Transmission von 1 :1 bei Winkelstellung von 45° zur

optischen Achse der Lese-Optik. Auch sog. StrahlungsteiJer-WOrfei können eingesetzt werden. Es ist auch möglich, das Strahlenbündel durch ein unmittelbar hinter der Lese-Optik eingeschaltetes Spiegel- oder Prismensystem direkt zu vergabein.

Zur besseren Veranschaulichung wird nachstehend die Filteranordnung für eine als Beispiel angenommene Wellenlängenreihe in Tabellenform dargestellt:
Reihe der Meß-Wellenlängen:

10

440 nm 470 nm 500 tun 530 nm
5fiO nm 590 nm 620 nm 780 nm

Verteilung der Filter auf die beiden Teilbündel:

15

Teilbündel A Teilbündel B

Filter-Nr. MeB-Wellenlänge Filter-Nr. Meß-Wellenlänge

15	440 nm	12	470 nm	20

16	500 nm	13	530 nm

17	560 nm	14	590 nm
				25
18	620 nm

19 780 nm

Ein Beispiel für einen Spektralmeßkopf gemäß der Erfindung ist in der Figur dargestellt Hierin bedeutet:

1 den blockartigen Meßkopf-Körper mit der entspiegelten, aus zwei Achromaten bestehenden Lese-Optik 2, deren optische Achse mit 3 bezeichnet ist Das von der Lese-Optik ausgehende Lichtbündel trifft zuerst auf den aselektiven Strahlungsteiler (Neutral-Lichtteiler) 4, der die Vergabelung in das durchgelassene Teilbündel A und das reflektierte Teilbündel B bewirkt 5 ist ein Vollspiegel zur Umlenkung des Teilbündels B. 6 und 7 sind Interferenz-Farbteiler, von denen jeweils Spektralaniei-Ie des Teilbündels B auf die hinter den Interferenzfiltern 12,13,14 stirnseitig am Meßkopf-Körper angeordneten Fotoempfänger 20,21,22 gelenkt werden. Das Teilbündel A gelangt nacheinander zu den Interferenz-Farbteilern 8 und 9; der von beiden Farbteilern durchgelassene Spektralan ti il des Bündels A erreich», nach Passieren des Filters 19 den Fotoempfänger 27. Der vom Farbteiler 8 reflektierte Teil des Bündels A erreicht den Interferenz-Farbteiler 10, von dem aus das Licht in zwei Bündeln zu den Filtern 15 urni 16 und zu den Fotoempfängern 23 und 24 gelangt. Der vom Farbteiler 8 durchgelassene, jedoch vom Farbteiler 9 reflektierte Spektralanteil des Teilbündels A erreicht den Farbteiler 11, von dem aus das Licht zu den Filtern 17 und 18 und zu den Fotoempfängern 25 und 26 gelangt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Spektralmeßkopf zur simultanen Erfassung der von beleuchteten oder durchleuchteten Meßobjekten ausgehenden Strahlung in mindestens acht Wellenlängenbereichen mit Hilfe von

a) mindestens 8 Fotoempfängern und diesen vorgeschalteten Interferenzfiltern sowie

b) eines unter Mitverwendung von Interferenz-Farbteilern aufgebauten Strahlen-Verzweigungssystems,