DE4027454A1

DE4027454A1 - Flaechenlichtquelle

Info

Publication number: DE4027454A1
Application number: DE19904027454
Authority: DE
Inventors: Joannes Dr Ing Fleischer
Original assignee: Optronik Opto Elektronisc GmbH
Current assignee: X Rite GmbH
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2010-08-31
Also published as: WO1992004616A1; DE9100486U1; DE4027454B4

Description

Die Erfindung betrifft eine gepulste Flächenlichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Lichtquelle ist bekannt. Wegen der optischen Abbildung muß hierbei der gesamte Nutzlichtstrom sehr konzentriert sein, weswegen als Lichtquelle eine Kurzbogen-Entladungslampe mit sehr hoher Impulsbelastung von ca. 10 kW benötigt wird, ganz abgesehen davon, daß diese Lampen teuer sind.

Solche Flächenlichtquellen werden zur Messung der Reflexionseigenschaften einer Probe notwendig, die eine größere Entfernung zum Meßgerät aufweist. Die Messung muß aus Gründen der Genauigkeit von störendem Umfeld lichtfrei durchgeführt werden. Diese Forderungen werden beispielsweise dann gestellt, wenn die Meßprobe entweder nicht direkt berührt werden darf, oder wenn die Entfernung zur Meßprobe nicht konstant ist, wie es beispielsweise bei Online-Messungen der Fall ist. Außerdem müssen relativ große Flächen dergestalt gemessen werden, wie sie beispielsweise bei Granulaten vorliegen. Außerdem müssen derartige Messungen im Ex-Bereich durchgeführt werden.

In jedem Fall muß hierzu die zu messende Probe möglichst hell beleuchtet werden, was dadurch geschieht, daß die gepulste Flächenlichtquelle durch einen Projektor, das heißt zumindest eine Linse, angeleuchtet wird, so daß das umgebende Raumlicht möglichst keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Hierzu ist eine Lichtquelle möglichst hoher Leuchtdichte von Nöten, die mit einer Linse die Probe steuerbar beleuchtet. Das von der Probe reflektierte Licht wird gemessen und zudem auf die Probe auffallenden Licht ins Verhältnis gesetzt. Daher muß ein dem auffallenden Licht proportionaler Teil der Leuchtdichte der Lichtquelle exakt gemessen werden.

Abgesehen davon, daß die Kurzbogenlampen, beispielsweise Xenon-Kurzbogenlampen höchster Leistungen teuer sind, ergeben sie nur einen schlechten Leuchtenwirkungsgrad. Der gesamte Lichtstrom wird nur einseitig in einem relativ kleinen Raumwinkel zur Probenbeleuchtung als Nutzlichtstrom ausgenutzt. Der weitaus größere Teil erreicht nicht den Nutzraumwinkel. Ferner muß die notwendige Erfassung der Leuchtdichte der Lichtquelle durch die Meßeinrichtung in Form eines Strahlenteilers erfolgen, der den Nutzlichtstrom weiter abschwächt. Hierzu ist im übrigen ein hoher optischer Herstellungsaufwand nötig. Hinzu kommen die großen mechanischen Abmessungen bis zu 40 cm bei 10 kW der gattungsgemäßen Flächenlichtquelle. Außerdem ist die Leuchtdichte des Entladungsbogens nicht konstant. Außerdem wird bei dessen direkter Abbildung auch die Probe ungleichmäßig ausgeleuchtet werden. Es müssen daher weitere optische Vorkehrungen getroffen werden, um diese unerwünschten Eigenschaften zu vermindern, wodurch zwangsläufig eine weitere Herabsetzung des Nutzlichtstromes erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gepulste Flächenlichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs kompakter, mit hohem Leuchtenwirkungsgrad und größerer Gleichmäßigkeit der Nutzleuchtdichte bei zugleich einfacherer Messung des Nutzlichtstromes auszugestalten.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Flächenlichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden alle Nachteile dadurch behoben, indem der Hohlraum des Gehäuses eine ringförmige, vorzugsweise torusförmige Langbogenlampe, vorzugsweise Xenon-Langbogenlampe aufweist, so daß die Lichtaustrittsöffnung nur mehrfach an der Innenseite des Gehäuses und des Abschlußdeckels reflektiertes Licht der Langbogenlampe erhält. Somit wird ein hoher Leuchtenwirkungsgrad erhalten, da alle Lichtstromanteile der Langbogenlampe zum Nutzlichtstrom beitragen. Hinzu kommen der äußerst kompakte Aufbau und die geringen Abmessungen des Gehäuses in der Größenordnung von ca. 6 cm bei einer Impulslichtleistung von 500 kW, und zwar neben der hohen Gleichmäßigkeit der Nutzleuchtdichte der Hinterwand durch Vielfachreflektion innerhalb des Hohlraums, ganz abgesehen von den erheblich billigeren Anschaffungskosten der Langbogenlampe im Vergleich zu den äußerst teuren Kurzbogenlampen nach dem Stande der Technik.

In zweckmäßiger Ausführungsform und Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn der Innenraum und gegebenenfalls auch die Innenseite des Abschlußdeckels eine weiße Schicht mit hohem Reflexionsgrad aufweist und das Gehäuse vorzugsweise als hohle Halbkugel mit einem runden Abschlußdeckel ausgebildet ist, in dessen mittigem Bereich die Lichtaustrittsöffnung angeordnet ist. Eine unmittelbar davor angebrachte Kondensorlinse erlaubt es, daß Licht aus einem großen Raumwinkelbereich der hinteren Kalotte, vorzugsweise Halbkugel in dem Nutzraumwinkel der Linse zu sammeln und die Lichtaustrittsöffnung dadurch klein zu halten. Durch eine Meßöffnung in dem Abschlußdeckel wird die Leuchtdichte der Innenseite der Kalotte vorzugsweise mittels eines Lichtleiters gemessen, wodurch die Meßeinrichtung der Messung der Leuchtdichte der Lichtquelle besonders einfach ausgebildet ist.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine an sich bekannte Reflexionsmeßeinrichtung zur Messung des reflektierten Lichts der Probe mit einem an sich bekannten Entfernungsmeßgerät verbunden werden und die gemessenen spektralen Farbanteile entsprechend der Abstandsmessung umgerechnet werden, weil bekanntlich die spektralen Farbanteile mit zunehmendem Abstand abnehmen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die einen schematischen Querschnitt durch die gepulste Flächenlichtquelle mit einer Linse und einer Probe zeigt.

Das als hohle Halbkugel ausgebildete Gehäuse 1 ist mit einem runden Abschlußdeckel 2 versehen, in dessen Mitte eine Lichtaustrittsöffnung 3 vorgesehen ist. Im Bereich der Lichtaustrittsöffnung 3 ist ferner eine Kondensorlinse 5 vorgesehen, die in Verlängerung der optischen Achse der Linse 6 zum Abbilden des Lichtes auf die insgesamt mit 10 bezeichnete Probe vorgesehen ist. Die Innenseite des halbkugelförmigen Gehäuses 1 und des Abschlußdeckels 2 sind mit einer weißen Schicht mit einem sehr hohen Reflexionsgrad, beispielsweise BaSO⁴ versehen. Ferner ist in der Innenseite des Gehäuses als Lichtquelle eine torusförmige Langbogenlampe 4 vorgesehen, die parallel zu dem Abschlußdeckel 2 mit Abstand von diesem konzentrisch zu der Lichtaustrittsöffnung 3 angeordnet ist.

Ferner weist der Abschlußdeckel 2 eine Meßöffnung 7 auf, durch die hindurch ein Lichtleiter 8 bis nahe an die Innenseite des Gehäuses, jedenfalls bis durch die Ebene der torusförmigen Langbogenlampe 4 hindurchgeführt ist. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß das gesamte reflektierte Licht aus einem großen, schematisch mit 9 bezeichneten Raumwinkelbereich des Innenraums des halbkugelförmigen Gehäuses zu sammeln und über die Lichtaustrittsöffnung 3, die Kondensorlinse 5 sowie die Linse 6 auf die Probe 10 zu richten.

Claims

1. Gepulste Flächenlichtquelle mit hoher Leuchtdichte zur Messung der Reflexionseigenschaften von Proben mit einer Lichtquelle, mit einer deren lichtabbildenden Linse (6) und mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Leuchtdichte des auf die Probe projizierten Lichts der Lichtquelle (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) als torusförmige Langbogenlampe (4) ausgebildet ist, daß diese in einem Gehäuse mit einem Gehäuse (1) mit einem dieses abschließenden Abschlußdeckel (2) versehen Ist, daß die Langbogenlampe (4) mit Abstand und parallel zu dem Abschlußdeckel angeordnet ist, und daß dieser eine Lichtaustrittsöffnung (3) aufweist.

2. Flächenlichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Lichtaustrittsöffnung (3) außerhalb des Gehäuses (1) eine Kondensorlinse (5) angebracht ist.

3. Flächenlichtquelle nach Anspruch 1 der 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Langbogenlampe (4), die Lichtaustrittsöffnung (3) und die Kondensorlinse (5) so angebracht sind, daß auf diese kein direktes Licht der Langbogenlampe (4) fällt.

4. Flächenlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Langbogenlampe (4) konzentrisch zu der Lichtaustrittsöffnung (3) angeordnet ist.

5. Flächenlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsöffnung (3) mittig in dem Abschlußdeckel (2) angeordnet ist.

6. Flächenlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und/oder der Abschlußdeckel (2) in ihren Innenseiten allseitig mit einer weißen Schicht sehr hohen Reflexionsgrades versehen sind.

7. Flächenlichtquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Reflexionsschicht BaSO⁴, also Bariumsulfat, aufweist.

8. Flächenlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) kalottenförmig und der Abschlußdeckel (2) rund ausgebildet sind.

9. Flächenlichtquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) halbkugelförmig ausgebildet ist.

10. Flächenlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußdeckel (2) einem Meßöffnung zur Messung der Leuchtdichte des auf die Probe (10) projizierten Lichts der Langbogenlampe (4) aufweist.

11. Flächenlichtquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtung ein Lichtleiter (8) bis nahe an das Gehäuse (1) geführt ist, an dessen Ende ein Meßgerät anschließbar ist.

12. Flächenlichtquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Lichtleiter (8) bis durch die torusförmige Langbogenlampe (4) hindurchgeführt ist.