DE4103429A1 - Photometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Photometer entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Praxis sind Photometer entsprechend dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 bekannt, die nach dem Dreibe­ reichsverfahren (DIN 5033) arbeiten. Bei diesen sog. Dreibereichsphotometern wird in einer Strahlungsein­ richtung Strahlung erzeugt, die auf eine zu untersu­ chende Probe gerichtet wird. Die von dieser Probe re­ flektierte oder durch die Probe transmittierte Strah­ lung wird nach Passieren eines geeignet ausgebildeten Lichtfilters einem lichtelektrischen Sensor zugeführt. Der Sensor muß hierbei eine bestimmte spektrale Vertei­ lung der Empfindlichkeit aufweisen, wobei die als Norm­ spektralwert-Funktionen bezeichnete Empfindlichkeits­ verteilung mit Hilfe von drei speziell dimensionierten Lichtfiltern, den sog. Farbmeßfiltern, verwirklicht wird. Es gibt drei Normspektralwert-Funktionen, welche dem Normalbeobachter entsprechen. Demzufolge werden bei dem Dreibereichsverfahren drei verschiedene Farbmeßfil­ ter zeitlich nacheinander in den Strahlengang vor den lichtelektrischen Sensor geschaltet.

Bei diesem bekannten Photometer wird demnach die Probe zunächst einer Strahlung in einem breiten Spektralbe­ reich ausgesetzt. Mit Hilfe der Farbmeßfilter wird die den Sensor erreichende Strahlung in mehrere spektrale Bewertungsbereiche unterteilt.

Die Herstellung von in bestimmter Weise vorgegebenen spektralen Lichtfiltern ist oft sehr aufwendig. Hierbei müssen insbesondere die spektralen Eigenschaften von drei Komponenten berücksichtigt werden, nämlich die spektrale Strahlungsverteilung der Strahlungs­ einrichtung, die spektrale Empfindlichkeit der Meßein­ richtung (lichtelektrischer Sensor) und die spektrale Durchlässigkeit des Lichtfilters.

Besonders problematisch ist in diesem Zusammenhang die Filterdurchlässigkeit, da die Benutzung von Filtern im­ mer mit einer mehr oder weniger hohen Absorption ver­ bunden ist und somit zu einem Energieverlust und einer unerwünschten Wärmeentwicklung führt.

Für die exakte Durchführung einer Farbmessung nach dem Dreibereichsverfahren sind ferner eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Filtern notwendig, sofern man mit einer kleinen Probenfläche auskommen will. Dies hat jedoch einen erheblichen Energieverlust an der Meß­ einrichtung (lichtelektrischer Sensor) zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Photometer entsprechend dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1 zu schaffen, das sich mit vergleichsweise gerin­ gem Aufwand herstellen läßt und bei kleinem Energiever­ lust eine genaue Messung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strahlungseinrichtung eine der Anzahl der spektra­ len Bewertungsbereiche entsprechende Anzahl von Strah­ lern enthält, deren jeweiliges Strahlungsmaximum zumin­ dest annähernd mit der Schwerpunktswellenlänge des zu­ gehörigen Bewertungsbereiches zusammenfällt.

Hierdurch kann auf die oben genannten Filter zur Unter­ teilung der Strahlung in mehrere spektrale Bewertungs­ bereiche grundsätzlich verzichtet werden, so daß nur für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere bei sehr hohen Anforderungen an die Selektivität, materielle Filter zur kleinen zusätzlichen Korrektur der Selekti­ vität vorzusehen sind.

Ein erfindungsgemäßes Photometer läßt sich mit einem wesentlich verringerten technischen Aufwand auch mit kleinen Abmessungen herstellen. Da ferner Energieverlu­ ste durch Filter vermieden werden, ergibt sich eine verbesserte photometrisch-optische Messung mit höherer Meßgenauigkeit.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden anhand der Zeichnung und der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele näher er­ läutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemä­ ßen Ausführungsbeispieles längs der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Aus­ führungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Dreibereichsphotometer 1 dargestellt, das im wesentlichen eine durch Leuchtdi­ oden 2 gebildete Strahlungseinrichtung sowie eine Meß­ einrichtung 3 enthält, die beispielsweise durch einen Festkörperempfänger gebildet wird.

Das Dreibereichsphotometer 1 enthält ferner ein Ge­ häuse 4, das aus einer unteren, zylindrischen Gehäuse­ wand 4a, einer oberen, gegenüber der unteren 45° nach innen geneigten Gehäusewand 4b, einem Boden 4c sowie einer Deckplatte 4d besteht.

In dieser Deckplatte 4d ist in der Mitte eine Öff­ nung 4e vorgesehen, über der die Meßeinrichtung 3 außen am Gehäuse 4 angebracht ist. Gegenüber ist im Boden 4c eine weitere Öffnung 4f mittig vorgesehen, die durch die zu untersuchende Probe 5 abgedeckt wird.

Die obere Gehäusewand 4b weist gleichmäßig über den Um­ fang verteilte Öffnungen 4g auf. Im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel sind zwölf derartige Öffnungen 4g vorgesehen, in die abwechselnd jeweils eine rote, grüne und blaue Leuchtdiode 2 eingesetzt ist.

Der Innenraum des Gehäuses 4 wird etwa am Übergang zwi­ schen unterer und oberer Gehäusewand 4a, 4b durch eine Aperturblendenplatte 6 in eine untere Hälfte 7 und eine obere Hälfte 8 unterteilt. In der Aperturblenden­ platte 6 sind entsprechend der Anzahl der Öffnungen 4g Langlöcher 6a vorgesehen, deren Mittelpunkte etwa auf den Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der Öffnungen 4g mit der Öffnung 4f liegen. Ferner ist in der Aperturblendenplatte 6 eine mittige Bohrung 6b vor­ gesehen, wobei die Öffnung 4f im Boden 4c, die Boh­ rung 6b der Aperturblendenplatte 6 und die Öffnung 4e in der Deckplatte 4d in einer Achse 9 übereinander an­ geordnet sind, und die Achse 9 gleichzeitig die Symme­ trieachse des Dreibereichsphotometers 1 bildet.

Im Betrieb werden die verschiedenen Leuchtdioden 2 zeitlich nacheinander eingeschaltet, so daß beispiels­ weise zur Messung im roten spektralen Bewertungsbereich alle roten Leuchtdioden ihre Strahlung erzeugen. Die Strahlung wird dabei durch die entsprechenden Langlö­ cher 6a und die Öffnung 4f im Boden 4c auf die Probe 5 gerichtet. Die von der Probe reflektierte Strahlung ge­ langt durch die Bohrung 6b und die Öffnung 4e in die Meßeinrichtung 3. Die die obere Hälfte 8 des Innenrau­ mes begrenzenden Flächen sind innen völlig geschwärzt, so daß insbesondere für den Fall der Messung glänzender Proben die obere Hälfte 8 des Innenraumes als Glanz­ falle wirkt. Im Gegensatz dazu sind die die untere Hälfte 7 des Innenraumes begrenzenden Flächen in Weiß gehalten. Dadurch wirkt die untere Hälfte 7 des Innen­ raumes näherungsweise wie eine Ulbrichtsche Kugel, in dem durch Mehrfachreflexion an den weißen Flächen eine höhere Intensität an der Meßeinrichtung 3 erfaßt wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 arbeitet somit nach dem Dreibereichsverfahren, ohne daß kom­ pliziert zu berechnende Lichtfilter notwendig sind.

Erfindungsgemäß können jedoch auch mehr als drei spek­ trale Bewertungsbereiche vorgesehen werden. So hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Empfindlichkeiten im blauen Spektralbereich niedriger liegen als im lang­ welligeren Spektralbereich. Ist beispielsweise die Intensität der Emission eines blauen Strahlers klein, so kann als Ergänzung ein blau-grüner, hellerer Strah­ ler hinzugenommen werden. Beide gemeinsam - im ge­ wünschten Prozentsatz miteinander gemischt - können dann als Blau-Komponente verwendet werden. Dieses Prin­ zip kann in entsprechend umgekehrter Weise auch zur Er­ zeugung von schmalbandigen spektralen Bewertungsberei­ chen angewendet werden, um so insbesondere Überlappun­ gen mehrerer Bereiche zu vermindern.

Bei einer Verwendung des Photometers mit drei Strahlern für drei spektrale Bewertungsbereiche kann neben der Anwendung des Dreibereichsverfahrens auch die Messung der Farbdichte einer Probe vorgenommen werden.

Für das Photometer kommen Strahler in Betracht, deren Strahlung in einem spektralen Bewertungsbereich zwi­ schen der UV- und der IR-Strahlung liegt. Zur Erzeugung einer derartigen Strahlung kommen beispielsweise Leuchtdioden, Fluoreszenzlampen (Leuchtstofflampen), Spektrallampen oder Elektrolumineszenzplatten in Frage.

Bei der Anwendung zur Kontrolle und Steuerung der Farbe und der Materialeigenschaften von Substanzen mit vari­ ablen photometrischen Eigenschaften, wie Farbe, Fär­ bung, Absorption, Reflexion, hat die Verwendung von Leuchtdioden zusätzlich zu der sinnvollen Energieaus­ beute auch den großen Vorteil, daß sich dadurch sehr kleine Photometer herstellen lassen (siehe hierzu Fig. 1 und 2).

In Fig. 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt, bei dem nicht die an der Probe reflektierte, sondern die durch die Probe trans­ mittierte Strahlung 10′ in eine Meßeinrichtung 3′ ge­ langt. Wie aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 ersichtlich wird, ist zu diesem Zweck eine Probe 5′ zwischen einer Strahlungseinrichtung 2′ und der Meß­ einrichtung 3′ angeordnet.

Lediglich bei bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei hohen Anforderungen an die Selektivität, können im Strahlengang vor oder nach der Probe materielle Filter zur kleinen zusätzlichen Korrektur der Selektivität vorgesehen werden. Da diese Filter lediglich kleine zu­ sätzliche Korrekturen der Selektivität vornehmen sol­ len, wird auch nur ein entsprechend geringer, zu ver­ nachlässigender Teil der Strahlungsenergie (der Leucht­ dioden 2 bzw. der Strahlungseinrichtung 2′) absorbiert.

Claims (9)

1. Photometer, enthaltend

• a) eine Strahlungseinrichtung (Leuchtdioden 2; 2′) zur Erzeugung von auf eine zu untersuchende Probe (5) gerichteter Strahlung,
• b) eine Meßeinrichtung (3; 3′) zur Messung der von der Probe (5) reflektierten oder durch die Probe (5) transmittierten Strahlung, die in mehrere spektrale Bewertungsbereiche unterteilt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• c) die Strahlungseinrichtung eine der Anzahl der spektralen Bewertungsbereiche entsprechende An­ zahl von Strahlern (Leuchtdioden 2; 2′) enthält, deren jeweiliges Strahlungsmaximum zumindest an­ nähernd mit der Schwerpunktswellenlänge des zu­ gehörigen Bewertungsbereiches zusammenfällt.

2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere bei hohen Anforderungen an die Selektivität, materielle Filter zur kleinen zusätzlichen Korrektur der Selek­ tivität vorgesehen sind.

3. Photometer nach Anspruch 1 für die Anwendung des Dreibereichsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß drei Strahler (Leuchtdioden 2) für drei Spektralbe­ reiche vorgesehen sind.

4. Photometer nach Anspruch 1 zur Messung der Farb­ dichte einer Probe (5), dadurch gekennzeichnet, daß drei Strahler (Leuchtdioden 2) für drei spektrale Bewertungsbereiche vorgesehen sind.

5. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Strahler (Leuchtdioden 2; 2′) vorgesehen sind, deren Strahlung in einem spektralen Bewertungsbe­ reich zwischen der UV- und der IR-Strahlung liegt.

6. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler als Leuchtdioden (2) ausgebildet sind.

7. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler als Strahler mit angeregten Leucht­ stoffen, insbesondere als Elektrolumineszenzplatten, ausgebildet sind.

8. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler als Strahler mit angeregten Leucht­ stoffen, insbesondere als Fluoreszenzlampen, ausge­ bildet sind.