DE4027454A1 - Flaechenlichtquelle - Google Patents
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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 (12)
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.
Priority Applications (3)
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Legal Events
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