DE4013421A1 - Beleuchtungsoptik fuer ein remissionsmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik fur ein Remissionsgerät mit einer Lampe, deren Licht unter einem Winkel von 45° auf einen Meßfleck aufgestrahlt wird, und mit einer das vom Meßfleck remittierte Licht in der 0°-Achse aufnehmenden Auskoppeloptik.

Zur Unterbindung von Fehlmessungen durch Spiegelungen sieht die DIN-Norm (DIN 5033/Tei1 7 und DIN 16536) für Remissions­ messungen eine Beleuchtungsgeometrie vor, bei welcher die Beleuchtung des Meßfleckes unter 45° erfolgt und die Auskop­ pelung des Meßstrahls unter 0° erfolgt bzw. umgekehrt: Man mißt dann reines Streulicht unter definierten Bedingungen. Bei einer 0°-Beleuchtung und Messung des unter 45° gestreuten Lichtes bereitet es Schwierigkeiten, einen möglichst großen Teil dieses rundum gestreuten Lichtes zu erfassen, so daß das zur Auswertung verfügbare Signal nur relativ klein ist. Es ist daher zweckmäßig, die Beleuchtung des Meßfleckes mit Licht unter 45° vorzunehmen und den Meßstrahl aus der 0°- Achse auszukoppeln. Dabei wird aber die Beleuchtungseinrich­ tung relativ groß, wenn man eine möglichst rundum erfolgende Einstrahlung im Sinne einer großen Helligkeit auf dem Meß­ fleck erreichen will, so daß man solche Anordnungen nur da benutzen kann, wo genügend Platz vorhanden ist.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsoptik für ein Remissionsgerät mit 45° Beleuchtungseinstrahlung und 0°-Auskopplung des Meß­ strahls anzugeben, die bei kleinen Geräteabmessungen eine helle Beleuchtung auch eines kleinen Meßfleckes mit hoher Lichtausbeute und gleichmäßiger Ausleuchtung erlaubt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Umwandlung des von einer üblichen Projektionsoptik gelieferten parallelen Lichts in einen Lichtmantel, also einen zylinder- oder kegelförmigen "Hohl­ körper", in dessen endlich dicker Wandung die Lichtstrahlen verlaufen und dessen Inneres praktisch lichtleer ist, erhält man die Möglichkeit, mit Hilfe eines innen verspiegelten Ringspiegels die diese Wandung bildenden Lichtstrahlen all­ seitig unter 45° auf den Meßfleck zu projizieren, der also praktisch von einem sich über 360° erstreckenden Lichtkegel­ mantel beleuchtet wird, an dessen Spitze er sich befindet. Der lichtfreie Innenraum erlaubt die Unterbringung der Aus­ koppeloptik in der optischen Achse, ohne ein Hindernis im Nutzlichtstrahlengang zu bilden, so daß das Beleuchtungslicht ohne Einbuße auf den Meßfleck gelangt. Eine solche Optik läßt sich mit relativ geringem Durchmesser realisieren, so daß man sie auch bei beengten Platzverhältnissen noch unterbringen kann. Infolge des ungehinderten Strahlungsgangs für das Be­ leuchtungslicht erhält man ferner eine hohe Lichtausbeute, so daß sich Erwärmungsprobleme durch Verwendung leistungs­ armer Lampen in Grenzen halten lassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nach­ folgend anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, die eine Schnittdarstellung durch die Beleuchtungsoptik zeigt.

Man erkennt eine Halogenlampe 1, die als Lichtquelle dient und in einer Meßfassung zentriert und verkittet ist, so daß sich die Lampenwendel 2 an einem definierten Ort des opti­ schen Systems befindet. Von der Lampenwendel 2 kann wahl­ weise mit Hilfe eines sphärischen Hilfsspiegels 3 ein Wendel­ bild 4 erzeugt werden, dessen einzelne Wendeln zwischen den­ jenigen der tatsächlichen Lampenwendel 2 liegen.

Das von der Lampenwendel 2 und dem Wendelbild 4 abgestrahlte Licht wird mittels mechanischer Blenden begrenzt, wobei seine Randstrahlen mit 5 und 8 bezeichnet sind. Als erstes treffen die Begrenzungsstrahlen auf eine asphärische Kollektorlinse 9 mit großem Öffnungsverhältnis, durch die sie parallel zur opti­ schen Achse 10 ausgerichtet werden. Die nachfolgende asphäri­ sche Feldlinse 11 hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Neben einer Fokussierung des parallelen Strahlengangs hat diese Linse durch ihre Form auch eine prismatische Wirkung, wodurch sämt­ liche Strahlen zur optischen Achse hin gebrochen werden. Eine Ausgleichslinse 12 bringt die beiden Randstrahlen 5 und 8 jeweils mit einem weiteren zunächst zwischen den Randstrah­ len 5 und 8 verlaufendem Strahl 6 bzw. 7 zum Schneiden.

An den Schnittpunkten der Strahlen 5 und 6 bzw. der Strahlen 7 und 8 sind nun jeweils die freien Durchmesser 13 und 14 der Doppelblende 15 angeordnet, welche dazu dient, die geo­ metrischen Abbildungsfehler des Ringspiegels 16 auszugleichen.

Zwischen der Doppelblende 15 und dem Ringspiegel 16 befindet sich eine Tubuslinse 17, welche die die Doppelblende durch­ laufenden Strahlen zur optischen Achse hin bricht, so daß der Durchmesser des nachfolgenden Ringspiegels 16 klein ge­ halten werden kann. Die Reflektorfläche des Ringspiegels 16 ist als Teil eines Ellipsoids ausgebildet, wobei sich das Zentrum des Meßfleckes 18 im unteren Brennpunkt der Ellipse befindet. Zwischen Ringspiegel 16 und Meßfleck 18 ist noch eine Schutzscheibe 19 vorgesehen, welche die Spiegelfläche des Ringspiegels vor Verschmutzung schützt.

Die sich jeweils in der Doppelblende schneidenden Strahlen 5 und 6 sowie 7 und 8 schneiden sich nochmals in der Ebene des Meßobjektes und bilden mit diesen weiteren Schnittpunkten die Begrenzung des Meßfleckes. Verfolgt man nun die beiden den Meßfleck definierenden Strahlenpaare 5 und 6 sowie 7 und 8 wieder zurück nach oben zur Halogen-Lampenwendel hin, so sieht man, daß beide Begrenzungspunkte und somit auch alle dazwischenliegenden Punkte des Meßfleckes Licht von der ge­ samten Wendelfläche erhalten. Damit wird zweierlei erreicht: erstens ist eine hohe Lichtausbeute des Beleuchtungssystems sichergestellt, was bedeutet, daß mit einer Halogenlampe relativ kleiner elektrischer Leistung eine hohe Beleuchtungs­ stärke des Meßfleckes erzielt wird; zweitens wird auch eine hohe Gleichmäßigkeit der Meßfleckausleuchtung erreicht, was für die Genauigkeit der Remissionsmessungen von großer Bedeu­ tung ist.

Das vom Meßobjekt, welches mit Licht unter 45° beleuchtet wird, remittierte Licht wird durch eine Empfangsoptik unter 0° aufgenommen. Als erstes optisches Glied dieser Optik dient ein zweilinsiges Objektiv 23, das durch seine Öffnungsblende das bewertbare Lichtbündel durch die beiden Strahlen 27 und wieder zurück nach oben zur Halogen-Lampenwendel hin, so sieht man, daß beide Begrenzungspunkte, und somit auch alle dazwischenliegenden Punkte des Meßfleckes Licht von der ge­ samten Wendelfläche erhalten. Damit wird zweierlei erreicht: erstens ist eine hohe Lichtausbeute des Beleuchtungssystems sichergestellt, was bedeutet, daß mit einer Halogenlampe relativ kleiner elektrischer Leistung eine hohe Beleuchtungs­ stärke des Meßfleckes erzielt wird; zweitens wird auch eine hohe Gleichmäßigkeit der Meßfleckausleuchtung erreicht, was für die Genauigkeit der Remissionsmessungen von großer Bedeu­ tung ist.

Das vom Meßobjekt, welches mit Licht unter 45° beleuchtet wird, remittierte Licht wird durch eine Empfangsoptik unter 0° aufgenommen. Als erstes optisches Glied dieser Optik dient ein zweilinsiges Objektiv 23, das durch seine Öffnungsblende das bewertbare Lichtbündel durch die beiden Strahlen 27 und 28 begrenzt. Nach dem Objektiv ist ein unter 45° stehender Auskoppelspiegel 24 angeordnet, der das Meßlicht zur Seite umlenkt. Im folgenden durchläuft es eine Blende 25, die so angeordnet ist, daß das Objektiv das Blendenbild scharf in die Meßebene abbildet. Ist dieses Blendenbild in der Meßebene nun kleiner als der Durchmesser des beleuchteten Meßfleckes, so erreicht man ein gutes Tiefenschärfeverhalten des Meß­ kopfes, d. h. Veränderungen des Meßabstandes wirken sich nur gering auf das Meßsignal aus. Nach der Blende 25 folgt noch eine Kollimatorlinse 26. Der objektseitige Brennpunkt dieser Linse liegt in der Blendenebene, wodurch sich ein parallel zur optischen Achse der Auskoppeloptik verlaufendes Strahlen­ bündel mit einem kleinen Durchmesser ergibt. Dieses Strahlen­ bündel kann dann je nach Anwendungsfall einer Densitometer­ oder Farbmeßgerätauswerteeinheit zugeführt werden.

Zwischen den beiden asphärischen Linsen 9 und 11 verlaufen die für die Beleuchtung des Meßfleckes benötigten Strahlen in einem Hohlzylinder. Die Strahlen in der näheren Umgebung der optischen Achse werden für die Meßfleckbeleuchtung nicht benötigt. Deshalb ist es möglich, an dieser Stelle durch einen Umlenkspiegel 20 ein Strahlenbündel auszukoppeln, das durch die beiden Randstrahlen 21 und 22 begrenzt wird. Mit Hilfe dieses Strahlenbündels kann die Farbtemperatur über­ wacht und konstant geregelt werden.

Claims (7)

1. Beleuchtungsoptik für ein Remissionsmeßgerät mit einer Lampe, deren Licht unter einem Winkel von 45° auf einen Meß­ fleck aufgestrahlt wird, und mit einer das vom Meßfleck remittierte Licht in der 0°-Achse aufnehmenden Auskoppel­ optik, gekennzeichnet durch einen das von der Lampe (1) kommende Licht in einen rotationssymmetrischen Lichtmantel lenkenden Lichtformer (9-17) und einen derart angeordneten Ringspiegel (16), daß der Lichtmantel auf seine spiegelnde Innenfläche fällt und unter 45° auf den Meßfleck (18) reflektiert wird.

2. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lampenlicht durch eine Kollektorlinse (9) in paralleles Licht umgewandelt wird und daß der Lichtformer eine asphärische Feldlinse (11), welche das parallele Licht zur optischen Achse des Systems hinlenkt und fokussiert, eine auf die Feldlinse (11) folgende Doppelblende (15) mit einer der Feldlinse zugewandten kleineren Öffnung und einer der Feldlinse abgewandten größeren Öffnung sowie eine auf die Doppelblende (15) folgende Tubuslinse (17), welche die von der Doppelblende kommenden Lichtstrahlen auf den Ring­ spiegel (16) lenkt, aufweist.

3. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Feldlinse (11) und der Doppel­ blende (15) eine Ausgleichslinse (12) angeordnet ist.

4. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Kollektorlinse (9) und der Peld­ linse (11) ein um 45° gegen die optische Achse geneigter Ausblendspiegel (20) für einen zur Lampenregelung ausge­ blendeten Lichtstrahl (21, 22) angeordnet ist.

5. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Ringspiegel (16) und dem Meßfleck (18) eine Schutzscheibe (19) angeordnet ist.

6. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auskoppeloptik ein innerhalb des Ring­ spiegels in der optischen Achse angeordnetes Ausblend­ objektiv (23) mit nachgeschaltetem, unter 45° zur optischen Achse angeordneten Auskoppelspiegel (24) für den Meßstrahl aufweist.

7. Beleuchtungsoptik nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Auskoppelspiegel (24) eine Blende (25) und eine Kollimatorlinse (26) für den Meßstrahl nachge­ schaltet sind.