DE4027454B4

DE4027454B4 - Zur Messung der Reflexionseigenschaften von Proben vorgesehene Flächenleuchte

Info

Publication number: DE4027454B4
Application number: DE19904027454
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr.-Ing. Fleischer
Original assignee: X Rite GmbH
Current assignee: X Rite GmbH
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2010-08-31
Also published as: WO1992004616A1; DE9100486U1; DE4027454A1

Abstract

Zur Messung der Reflexionseigenschaften von Proben (10) vorgesehene gepulste Flächenleuchte hoher Leuchtdichte mit einer Lichtquelle, mit einer das Licht der Lichtquelle abbildenden Linse (6), wobei die Lichtquelle als ringförmige Langbogenlampe (4) ausgebildet ist, die Langbogenlampe (4) in einem Gehäuse (1) mit einem dieses Gehäuse (1) abschliessenden Abschlussdeckel (2) vorgesehen und die Langbogenlampe (4) mit Abstand und parallel zum Abschlussdeckel (2) angeordnet ist, der Abschlussdeckel (2) eine Lichtaustrittsöffnung (3) aufweist und wobei vor der Lichtaustrittsöffnung (3) ausserhalb des Gehäuses (1) eine Kondensorlinse (5) angebracht ist, wobei die Langbogenlampe (4), die Lichtaustrittsöffnung (3) und die Kondensorlinse (5) so angebracht sind, dass auf die Kondensorlinse (5) kein direktes Licht der Langbogenlampe (4) fällt, das Gehäuse (1) kalottenförmig und halbkugelförmig und der Abschlussdeckel (2) rund ausgebildet sind, und der Abschlussdeckel (2) als Messeinrichtung zur Messung der Leuchtdichte des auf die Probe (10) projizierten Lichts der Langbogenlampe (4) eine Messöffnung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine gepulste Flächenlichtquelle.
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.
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 zu dem auf die Probe auffallendem 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 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.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Messen des von einer Probe reflektierten Lichtes bekennt ( DE 35 18 653 A1 und EP 0 177 861 A2 ), die ein von der Form einer Halbkugel abweichendes Gehäuse aufweisen. In keiner dieser Druckschriften sind eine Lichtaustrittsöffnung und eine Kondensorlinse so angeordnet, dass kein direktes Licht auf die Kondensorlinse fällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gepulste Flächenlichtquelle zur Messung der Reflexionseigenschaften von Proben kompakter, mit hohem Leuchtenwirkungsgrad und grosser Gleichmässigkeit der Nutzleuchtdichte bei zugleich einfacherer Messung des Nutzlichtstromes auszugestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäss ist in dem Hohlraum des Gehäuses eine ringförmige, vorzugsweise torusförmige Langbogenlampe, vorzugsweise Xenon-Langbogenlampe angeordnet, so dass die Lichtaustrittsöffnung nur mehrfach an der Innenseite des Gehäuses und des Abschlssdeckels 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.

Eine zweckmässige Ausführungsform 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

Zur Messung der Reflexionseigenschaften von Proben (10) vorgesehene gepulste Flächenleuchte hoher Leuchtdichte mit einer Lichtquelle, mit einer das Licht der Lichtquelle abbildenden Linse (6), wobei die Lichtquelle als ringförmige Langbogenlampe (4) ausgebildet ist, die Langbogenlampe (4) in einem Gehäuse (1) mit einem dieses Gehäuse (1) abschliessenden Abschlussdeckel (2) vorgesehen und die Langbogenlampe (4) mit Abstand und parallel zum Abschlussdeckel (2) angeordnet ist, der Abschlussdeckel (2) eine Lichtaustrittsöffnung (3) aufweist und wobei vor der Lichtaustrittsöffnung (3) ausserhalb des Gehäuses (1) eine Kondensorlinse (5) angebracht ist, wobei die Langbogenlampe (4), die Lichtaustrittsöffnung (3) und die Kondensorlinse (5) so angebracht sind, dass auf die Kondensorlinse (5) kein direktes Licht der Langbogenlampe (4) fällt, das Gehäuse (1) kalottenförmig und halbkugelförmig und der Abschlussdeckel (2) rund ausgebildet sind, und der Abschlussdeckel (2) als Messeinrichtung zur Messung der Leuchtdichte des auf die Probe (10) projizierten Lichts der Langbogenlampe (4) eine Messöffnung aufweist.
Flächenleuchte gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Langbogenlampe (4) torusförmig ausgebildet ist.
Flächenleuchte gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Langbogenlampe (4) konzentrisch zur Lichtaustrittsöffnung (3) angeordnet ist.
Flächenleuchte gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsöffnung (3) mittig im Abschlussdeckel (2) angeordnet ist.
Flächenleuchte gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) und/oder der Abschlussdeckel (2) in ihren Innenseiten allseitig mit einer weissen Schicht versehen sind, die Bariumsulfat (BaSO₄) aufweist.
Flächenleuchte gemäss Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass als Messeinrichtung ein Lichtleiter (8) bis in das Gehäuse (1) geführt ist, an dessen Ende ein Messgerät anschliessbar ist.
Flächenleuchte gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (8) bis durch die Langbogenlampe (4) hindurchgeführt ist.