DE947752C - Vorrichtung zur Bestimmung der an einem Koerper diffus in den Halbraum reflektierten Strahlung in beliebigen optischen Spektralbereichen - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der an einem Koerper diffus in den Halbraum reflektierten Strahlung in beliebigen optischen Spektralbereichen

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DE947752C
DE947752C DEB22147A DEB0022147A DE947752C DE 947752 C DE947752 C DE 947752C DE B22147 A DEB22147 A DE B22147A DE B0022147 A DEB0022147 A DE B0022147A DE 947752 C DE947752 C DE 947752C
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DEB22147A
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Dr Werner Bruegel
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BASF SE
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Bestimmung der an einem Körper diffus in den Halbraum reflektierten Strahlung in beliebigen optischen Spektralbereichen Die Kennzeichnung des Rüclcstrahlvermögens diffus reflektierender Substanzen, wie Lacke, Farbanstriche, Gewebe usw., erfordern neben derKenntnis der Winkelabhängigkeit der Reflexion bei gegebenem Einfallswinkel, des sogenannten Teilreflexionsvermögens, vor allem die Kenntnis der Albedo, d. h. der in den Hohlraum insgesamt diffus reflektierten Strahlung (vgl. M ü 11 e r - Po u i 11 e t s Lehrbuch der Physik, II. Auflage, 2. Band, 2. Hälfte, I. Teil, S. II23). Im Bereich der Wellenlängen von etwa 200 bis 1200 m,a wird die Albedo einer Substanz üblicherweise durch Vergleich mit einer Substanz bekannten Rückstrahlvermögens (Standard) in einer Ulbrichtschen Kugel bestimmt, wobei diese die Integration der reflektierten Strahlung über den Hohlraum übernimmt. Die tbertragung dieser Methode auf noch längere Wellen, also den eigentlichen Ultrarotbereich, scheitert daran, daß die üblichen, möglichst ideal diffus und stark reflektierenden Auskleidungen der Ulbrichtkugel im Ultrarotbereich unbrauchbar sind, weil ihre Albedo als Funktion. der Wellenlänge teils ausgeprägte Maxima und Minima zeigt, teils sehr schnell kleine Werte annimmt. Zwar scheint sandgestrahltes Aluminium ein in dieser Hinsicht geeignetes Material darzustellen, jedoch liegen darüber noch keine ausführlichen Erfahrungen vor.
  • Anderseits wird in Ulbrichtschen Kugeln im diffusen Strahlungsstrom gemessen; dafür brauchbare Empfänger müssen also bei großer Fläche eine so hohe Wirksamkeit besitzen, wie sie von Empfängern, die für den Ultrarotbereich geeignet sind, bei weitem nicht erreicht wird. Als Ausweg bleibt daher nur, vom Prinzip der Ulbrichtschen Kugel abzugeben und einen Hohlraumintegrator mit anderer Wirkungsweise in Verbindung mit der Herstellung einer die Energieflächendichte der Strahlung stark erhöhenden optischen Abbildung auf den Strahlungsempfänger anzustreben.
  • Bei dem bekannten, aus einer innen verspiegelten hohlen Halbkugel bestehenden Integrator befinden sich Probe und Empfänger in zwei bezüglich der Kugelinnenfläche konjugierten Punkten in der Nähe, aber auf verschiedenen Seiten des Kugelmittelpunktes und fällt die Strahlung durch ein kleines Loch in der Kugelwand auf die Probe.
  • Diese Anordnung ist mit erheblichen sphärischen Aberrationen in der optischen Abbildung der Probe auf den Empfänger durch die an der Probe diffus in den Hohlraum reflektierte Strahlung behaftet.
  • Diese Aberrationen sind so groß, daß im allgemeinen nur Proben gleicher oder ähnlicher Winkelverteilung der diffusen Reflexion miteinander verglichen werden können.
  • Es sind ferner Anordnungen zur Strarhlungsmessung bekannt, bei denen in Zylindern mit elliptischem Querschnitt ein Teil der zur Anregung erforderlichen Strahlungsquelle in einem Brennpunkt des elliptischen Querschnitts untergebracht ist und bei denen im anderen Brennpunkt dieses Querschnittes ein Teil des Streustrahlers angeordnet ist.
  • Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß bei ihnen zur optischen Abbildung eines Linienelements in ein zugeordnetes Linienelement nur jeweils in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Strahlen benutzbar sind und die gegen diese Ebene geneigten Strahlen hierfür nicht verwandt werden können. Diese Anordnungen sind zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht geeignet.
  • In der erfindungsgemäßen Anordnung werden diese Nachteile vermieden, indem an Stelle des hohlen, innen verspiegelten Halbkugelintegrators ein innen verspiegeltes hohl es Halb ellipsoid verwendet wird, das in der Halbierungsschnittebene durch eine Platte für die Aufnahme von Probe und Strahlungsempfänger abgedeckt ist und in dessen einem Brennpunkt die Probe der zu untersuchenden Substanz angeordnet ist, auf die Strahlung einer gewünschten Wellenlänge durch eine im Vergleich zur Gesamtfläche des Holhlellipsoids vernachlässigbar -kleine Öffnung fällt, und in dessen anderem Brennpunkt sich ein Strahlungsempfänger befindet, in dem alle in den Hohlraum diffus reflek tierte Strahlung gesammelt wird. In seinerFlächenausdehnung muß dieser Strahlungsempfänger mindestens dem entstehenden Bild einschließlich der kleinen unvermeidbaren Aberrationen entsprechen.
  • Durch geeignete Halterung des Empfängers kann man erreichen, daß er aus jederRichtung des Hohlraums Strahlung ohne Abschirmung erhält. Die Probe der zu untersuchenden Substanz ordnet man gegen andere Proben oder die Standardsubstanz leicht und schnell auswechselbar, beispielsweise durchUnterlaringung in einerSteckfassung od. dgl., an. Im Prinzip ist jedes in geeigneter Weise geschnittene und innen auf irgendeine Weise verspiegelte Hohlellipsoid als Halbellipsoidintegrator brauchbar. Mit llücksicht auf die leichtere Herstelibarkeit ist es jedoch zweckmäßig, ein durch Rotation einer Ellipse geeigneter Exzentrizität um eine ihrer Achsen entstandenes Ellipsoid zu verwenden. Dieses wird durch einen Meridianschnitt halbiert und in der Schnittebene durch eine Platte aus beliebigem Material abgedeckt, die an den Orten der Brennpunkte des Ellipsoids Bohrungen genügender Größe zur Aufnahme von Probe und Strahlungsempfänger in definierter, reproduzierbarer Lage enthält.
  • Die Herstellung von elliptischen Hohlspiegeln der benötigten Dimensionen nach dem optischen Schleifverfahren ist langwierig und kostspielig. Es wird daher die Verwendung eines halben hohlen Rotationsellipsoides aus einem thermoplastischen Kunststoff vorgeschlagen, dessen Herstellung im Preß-, Tiefzieh-.oder Gußverfahren in oder über einer genau gearbeiteten und dem gewählten Verfahren angepaßten hochpolierten Form des halben Rotationsellipsoids erfolgen kann. Das so hergestellte Halbellipsoid wird anschließend verspiegelt. Die optische Güte dieser Hohlellipsoide erreicht zwar nicht diejenige von nach den Regeln der Feinoptik aus Glas usw. geschliffenen, übertrifft jedoch den Halbkugelintegrator beträchtlich.
  • Mit dem beschriebenen Integrator kann man nicht nur die diffus reflektierte Gesamtstrahlung, sondern ebenso auch die diffuse-Durchlässigkeit von Stoffen der eingangs erwähnten Art messen. Zu diesem Zweck läßt man die Strahlung nicht durch das Loch in der verspiegelten Wand innehalb des Hohlellipsoids, sondern von außen auf die für den Strahlengang allseits durchlässig angeordnete Probe fallen und mißt die im Empfängerbreunpunkt gesammelte Strahlungsenergie. In der Figur ist das hohle, innen verspiegelte Halbellipsoid A mit der in dem einen Brennpunkt B angeordneten Probe und dem im anderen Brennpunkt C befindlichen Strahlungsempfänger schematisch dargestellt. Durch den AustrittsspaltD eines Monochromators fällt Strahlung einer gewünschten Wellenlänge über einen Planspiegel E auf den Hohlspiegel F und von da durch eine Öffnung G des Hohlellipsoids auf die in B angeordnete Probe. Die von ihr diffus reflektierte Strahlung wird in dem in C befindlichen Strahlungsempfänger gesammelt und bestimmt.
  • Für die Messung der diffusen Durchlässigkeit der Probe für die von dem Monochromator ausgehende Strahlung bringt man den Planspiegel E in die gestrichelt angedeutete Lage, wodurch die Strahlung auf den Hohlspiegel F' und von da, die Probe durchdringend, auf die verspiegelte Wand des Hohlellipsoids fällt. Ihre Messung erfolgt wiederum in dem in C angeordneten Strahlungsempfänger.

Claims (2)

  1. PATENTANS PRÜCHE: I. Vorrichtung zur Bestimmung der an einem Körper diffus in den Halbraum reflektierten Strahlung in beliebigen optischen Spektral- bereichen, gekennzeichnet durch ein innen verspiegeltes hohles Halbellipsoid, das in der Halbierungsschnittebene durch eine Platte für die Aufnahme von Probe und Strahlungsempfänger ahgedeckt ist und in dessen einem Brennpunkt die Probe der zu untersuchenden Substanz angeordnet ist, auf die Strahlung einer gewünschten Wellenlänge durch eine im Vergleich zur Gesamtfläche des Hohlellipsoids vernachlässigbar kleine Öffnung fällt, und in dessen anderem Brennpunkt sich ein Strahlungsempfänger befindet, in dem alle in den Hohlraum diffus reflektierte Strahlung gesammelt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Halbellipsoid aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Kohlrausch, »Praktische Physik«, I8. Auflage, Bd. I, S. 457, Zeile I6 bis I9; F. Matossi, »Raman-Effekt«, I94X, 5.29, Zeile I5, I6.
DEB22147A 1952-09-24 1952-09-24 Vorrichtung zur Bestimmung der an einem Koerper diffus in den Halbraum reflektierten Strahlung in beliebigen optischen Spektralbereichen Expired DE947752C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3091154A (en) * 1961-01-06 1963-05-28 Barnes Eng Co Reflectometer
US3244061A (en) * 1960-08-19 1966-04-05 Gen Aniline & Film Corp Direct reading tri-stimulus color analyzer
US3246561A (en) * 1960-08-19 1966-04-19 Gen Aniline & Film Corp Catoptric illumination means
US3504983A (en) * 1966-05-31 1970-04-07 Nasa Ellipsoidal mirror reflectometer including means for averaging the radiation reflected from the sample

Non-Patent Citations (1)

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