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Technischer Hintergrund
der Erfindung
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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades
des Oberflächen-Reflexionslichtes
bei Spiegeln, Filtern, Linsen und dergleichen, welche für optische
Geräte
verwendet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur
Messung des spektralen Reflexionsgrades.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Bei
einer optischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Belichtungsvorrichtung,
einer Lichtbestrahlungsvorrichtung, werden optische Elemente wie
Reflektoren, verschiedene Filter oder Linsen, verwendet. Bei diesen
optischen Elementen ist, es häufig
erforderlich, den spektralen Reflexionsgrad zu messen. Der Begriff "spektraler Reflexionsgrad" ist als der Reflexionsfaktor
von Licht einer bestimmten Wellenlänge zu verstehen. Bei einem
Spiegel beispielsweise mit einem auf seine Oberfläche aufgedampften
Film, welcher zur Reflexion von Licht nur einer bestimmten Wellenlänge hergestellt
ist, sowie bei einer Linse oder einem Filter mit einem Antireflexfilm,
ist es häufig
erforderlich, den spektralen Reflexionsgrad zu messen, um zu bestätigen, dass
die optischen Eigenschaften des gebildeten aufgedampften Films oder
des Antireflexfilms den berechneten Werten entsprechen.
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Eine
herkömmliche
Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors der Reflexionsfläche eines Spiegels,
einer Linse, oder eines Filters, ist in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
JP 55-21088 gezeigt. 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung
der Anordnung der Vorrichtung von JP 55-21088 zur Messung des Reflexionsfaktors.
Diese Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors umfasst einen
käfigartigen
Körper 71,
ein Lichtquellenteil 72 sowie ein Lichtaufnahmeteil 73. Der
Seitenquerschnitt des käfigartigen
Körpers 71 ist fünfeckig
und der käfigartige
Körper 71 weist
eine gewinkelte obere Platte 75 sowie eine Bodenplatte 77 auf,
in welcher eine Lichtdurchlassöffnung 76 gebildet
ist.
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Eine
der schrägen
Wände der
gewinkelten oberen Platte 75 ist mit dem Lichtquellenteil 72 versehen,
während
die andere schräge
Wand mit dem Lichtaufnahmeteil 73 versehen ist. Der Winkel
des obersten Teils der gewinkelten oberen Platte 75 wird durch
die Größe des Kreuzungswinkels
definiert, bei welchem die optische Achse La des Lichtquellenteils 72 und
die optische Achse Lb des Lichtaufnahmeteils 73 auf der
Oberfläche
S des Messobjektes M kreuzen. Ein Schenkel 78, welcher
einer von mehreren Schenkeln ist, steht über die Bodenplatte 77 vor
und grenzt an die Oberfläche
S.
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Der
Kreuzungswinkel zwischen der optischen Achse La des Lichtquellenteils 72 und
der optischen Achse Lb des Lichtaufnahmeteils 73 wird entsprechend
dem Einfallswinkel des auf die Oberfläche S einfallenden Lichtes
festgelegt. Im Fall beispielsweise, dass die Oberfläche S der
Reflexionsfläche
eines Spiegels zum Reflektieren von Licht dient, welches mit einem
Einfallswinkel von 30 Grad einfällt,
ist es erforderlich, den Reflexionsfaktor in dem Zustand zu messen,
in welchem das Licht mit einem Einfallswinkel von 30 Grad in die
Oberfläche
S einfällt.
Der Kreuzungswinkel zwischen der optischen Achse La und der optischen
Achse Lb liegt deshalb bei 60 Grad in der Nähe der Oberfläche S.
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Der
Reflexionsfaktor einer Reflexionsfläche ist im allgemeinen das
Verhältnis
der Veränderung des
Reflexionsfaktors zur Differenz des Einfallswinkels, welches umso
größer wird,
je größer der
Einfallswinkel des Lichtes wird. Der vorstehend beschriebene Kreuzungswinkel
bei einer Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors wird aus
den folgenden Gründen
normalerweise im Bereich von 0 Grad bis 120 Grad festgelegt:
- – Viele
praktische Reflektoren werden mit einem Einfallswinkels des Lichtes
im Bereich von 30 Grad bis 60 Grad verwendet.
- – Zur
Ermittlung der Charakteristik des Antireflexfilms einer Linse oder
eines Filters wird in dem Zustand, in welchem der Einfallswinkel
bei 0 Grad liegt, eine Messung durchgeführt.
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In
dem Lichtquellenteil 72 befinden sich eine Lichtquellenlampe 81 sowie
ein Diffusor 83. Die Lichtquellenlampe 81 ist
eine kleine Halogenlampe. In dem Lichtaufnahmeteil 73 befinden
sich eine Linse 84, in welche das von der Oberfläche S reflektierte Licht
einfällt,
sowie ein aus einer Photozelle bestehender Lichtaufnahmeapparat 85 angeordnet.
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Bei
dieser Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors wird das Licht
aus der Lichtquellenlampe 81 des Lichtquellenteils 72 mittels
des Diffusors 83 zerstreut, und dann wird nach vorne Licht
mit einer in allen Richtungen gleichmäßigen Bestrahlungsdichte ausgestrahlt
und über
die Lichtdurchlassöffnung 76 der
Bodenplatte 77 des käfigartigen
Körpers 71 auf
die Oberfläche
S ausgestrahlt. Das von der Oberfläche S reflektierte Licht fällt wieder über die
Lichtdurchlassöffnung 76 in
den Lichtaufnahmeteil 73 ein und wird über die Linse 84 auf
die Lichtaufnahmefläche
des Lichtaufnahmeapparates 85 projiziert. Aufgrund der
Helligkeit des vorstehend beschriebenen Reflexionslichtes wird der
Reflexionsfaktor der Oberfläche
S ermittelt.
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In
dem Lichtaufnahmeteil 73 ist ein Zustand realisiert, in
welchem über
den gesamten Bereich des Raumwinkels, welcher von der Lichtaufnahmefläche des
Lichtaufnahmeapparates 85 über die Linse 84 betrachtet
wird, das Bild des Diffusors 83 mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsdichte
verbreitert vorhanden ist. Die Menge des von dem Lichtaufnahmeapparat 85 aufgenommenen
Lichtes ist deshalb von der Form des Messobjektes nicht abhängig, sondern
ist nur proportional zum Reflexionsfaktor der Oberfläche S.
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Bei
der Messung des Reflexionsfaktors durch die vorstehend beschriebene
Vorrichtung ist es erforderlich, einen Bezugswert zu erhalten, welcher für diese
Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors charakteristisch ist.
Unter Verwendung dieses Bezugswertes wird in der nachstehend beschriebenen
Weise der Reflexionsfaktor ermittelt.
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Die
Ermittlung des Bezugswertes erfolgt vor der Messung des Reflexionsfaktors
des Messobjektes oder nach der Messarbeit. Konkret wird ein Normalspiegel
mit einem bekannten Reflexionsfaktor verwendet, um den Bezugswert
zu ermitteln. Konkret wird auf die Reflexionsfläche des Normalspiegels Licht
ausgestrahlt mittels der Vorrichtung von 6 zur Messung
des Reflexionsfaktors und der Bestrahlungsdichte des Reflexionslichtes.
Dadurch wird ein Bezugswert bei der Vorrichtung zur Messung des
Reflexionsfaktors des Messobjekts ermittelt.
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Der
Reflexionsfaktor der Oberfläche
S kann durch die gleiche Berechnung erhalten werden, welche eingesetzt
wird, um den Quotienten (a/b) und den spektralen Reflexionsgrad α des vorstehend
beschriebenen Normalspiegels zu berechnen. Das heißt, für die Oberfläche S wird
der Quotient (a/b) durch Dividieren des Wertes a der Bestrahlungsdichte
des Reflexionslichtes, welcher bezüglich der Oberfläche S des
tatsächlichen
Messobjektes erhalten wurde, durch den Wert b der Bestrahlungsdichte
des Reflexionslichtes vom Normalspiegel (Bezugswert) erhalten.
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Im
Fall beispielsweise, dass der Wert a der Bestrahlungsdichte des
Reflexionslichtes, welcher bezüglich
der Oberfläche
S gemessen wurde, bei 7 mW/cm2 liegt, und
dass der Wert b der Bestrahlungsdichte des Reflexionslichtes bei
10 mW/cm2 liegt, der vom Normalspiegels
mit einem spektralen Reflexionsgrad α von 80% erhalten wurde, wird
der Reflexionsfaktor der Oberfläche
S folgendermaßen
berechnet: (7/10) × 80 (%) = 56 (%)
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Bei
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors
hat man jedoch folgende Nachteile:
- (1) Im Hinblick
auf die Messwellenlänge
ist es der Messung des Reflexionsfaktors erforderlich, dass das
auf die Messfläche
des Messobjektes ausgestrahlte Messlicht dieselbe Wellenlänge aufweist wie
das Licht, welches das vorstehend beschriebene Messobjekt zum eigentlichen
Verwendungszweck optisch behandelt.
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Im
Fall beispielsweise, dass der Reflexionsfaktor eines optischen Elementes,
wie beispielsweise eines Spiegels, welcher für eine UV-Belichtungsvorrichtung
verwendet wird, gemessen wird, kann man das gewünschte Ergebnis nicht erhalten,
wenn man nicht den Reflexionsfaktor des UV-Lichtes mit derselben Wellenlänge wie
das UV-Licht misst, welches das optische Element optisch behandeln
soll. Die Wellenlänge
des Lichtes zur Behandlung des optischen Elements kann ferner in
Abhängigkeit
von der beabsichtigten Verwendung unterschiedlich sein. Dieses Licht
kann beispielsweise Licht im UV-Bereich über einen bestimmten Wellenlängenbereich sein,
oder es kann alternativ bei einer Vorrichtung zur Belichtung eines
Schaltkreismusters Licht mit einer streng vorbestimmten Wellenlänge von
365 nm sein, welche der Wellenlänge
entspricht, bei welcher der Resist seine Empfindlichkeit aufweist.
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Es
ist deshalb erforderlich, zu bestätigen, dass der Reflexionsfaktor
des Lichtes in einem bestimmten UV-Bereich hoch und bezüglich des
Lichtes im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich niedrig ist,
um die optische Charakteristik eines Spiegels zu überprüfen, welcher
mit einem aufgedampften Film versehen ist, welcher nur zum Reflektieren
des UV-Lichtes dient, während
die sichtbare Strahlung und das Infrarotlicht durchgelassen werden.
Ferner ist es im Hinblick auf eine Linse oder einen Filter, welche
mit einem Antireflexfilm versehen sind, erforderlich zu bestätigen, dass
der Reflexionsfaktor des Lichtes über den gesamten breiten Wellenlängenbereich
niedrig ist.
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Bei
einer herkömmlichen
Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors wird ein Verfahren verwendet,
bei welchem die Lichtquellenlampe 81 eine Halogenlampe
ist und eine Photozelle als Lichtaufnahmeapparat 85 benutzt
wird. Deshalb wird nur der Reflexionsfaktor für das gesamte Licht über einen breiten
Wellenlängenbereich
gemessen, dessen Mitte aus dem sichtbaren Bereich besteht, und man kann
den spektralen Reflexionsgrad, welcher der Reflexionsfaktor des
Lichtes innerhalb einer bestimmten Wellenlänge ist, nicht messen. Da eine
Halogenlampe im UV-Bereich keine große Emissionsintensität aufweist,
kann man den Reflexionsfaktor im UV-Bereich nicht messen.
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Das
vorstehend beschriebene Beispiel, in welchem die Menge des von dem
Lichtaufnahmeapparat 85 aufgenommenen Lichtes unabhängig von der
Form der Oberfläche
S nur zu ihrem Reflexionsfaktor proportional ist, bedeutet, dass
es einen Zustand gibt, in welchem über den gesamten Bereich des
Raumwinkels, welcher von dem das Reflexionslicht aufnehmenden Lichtaufnahmeapparat 85 betrachtet
wird, eine Reflexionsfläche
mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsdichte
gebildet wird. Um eine derartige Reflexionsfläche mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsdichte
zu bilden, ist es erforderlich, dass der Diffusor 83 eine
Flächenlichtquelle
mit einer gleichmäßigen Helligkeit
bildet.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung der Wirkung eines idealen Diffusors
P1. Unabhängig von
der Richtung des einfallenden Lichtes L1 wird das durchgelassene
Licht L2 an der jeweiligen Stelle dieses Diffusors P1 in alle Richtungen
auf gleichmäßige Weise
zerstreut. Durch diesen Diffusor P1 wird ein Zustand erzielt, in
welchem eine Flächenlichtquelle
mit einer gleich mäßigen Bestrahlungsdichte gebildet
wird, wenn man von der Richtung der Vorderseite auf der Austrittsseite
des Lichtes her betrachtet, wie anhand des Pfeils V gezeigt wird.
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Als
Diffusoren mit dieser idealen Lichtstreuungsfunktion im sichtbaren
Bereich und im Infrarot-Wellenlängenbereich
sind Platten aus Materialien wie Opalglas oder dergleichen bekannt.
Diese absorbieren zwar etwas Licht. Da jedoch eine Halogenlampe
im vorstehend beschriebenen Wellenlängenbereich eine große Strahlungsintensität aufweist,
hat man in der Praxis kein Problem.
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Wenn
andererseits als Lichtquellenlampe eine Xenonlampe verwendet wird,
um Licht im UV-Bereich zu erhalten, und wenn man versucht, nur bezüglich bestimmter
Wellenlängen
Messungen zu machen, wird die Strahlungsintensität niedrig. Wenn man einen Diffusor
aus einem UV-Licht absorbierenden Material verwendet, wird die Intensität des Reflexionslichtes
von der Messfläche
bis zum "noise level" verringert. Es gibt
deshalb Fälle,
in welchen die Messung unmöglich
wird.
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Aufgrund
dieses Sachverhaltes ist es notwendig, einen Diffusor aus einem
Material zu verwenden, welches bezüglich des UV-Lichtes einen
hohen Durchlassgrad aufweist und welches UV-Licht auch zerstreuen
kann. Im Moment gibt es jedoch außer Quarz-Mattglas keinen Diffusor
mit dieser Eigenschaft.
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Leider
weist das Mattglas aus Quarz weist keine ausreichende Lichtstreuungswirkung
auf. Wie in 8 gezeigt ist, sind in der Situation,
bei welcher ein Diffusors P2 aus Quarz-Mattglas verwendet wird, die
Hauptstreuungsrichtungen unterschiedlich, wenn das einfallende Licht
L1 Streulicht ist. Man kann deshalb nicht über die Gesamtfläche des
Diffusors P2, wenn von einer Position auf der Vorderseite (Richtung
des Pfeils n her betrachtet wird, eine Flächenlichtquelle mit einer Bestrahlungsdichte
erhalten, welche in allen Richtungen eine hohe Gleichmäßigkeit
aufweist. Als Folge davon kann man die Messung des Reflexionsfaktors
nicht mit hoher Genauigkeit durchführen.
- 2)
Im Hinblick auf die Verkleinerung weist die vorstehend beschriebene
frühere
Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors eine Anordnung auf,
bei welcher eine Verkleinerung beabsichtigt wird. Der Querschnitt
ihres käfigartigen
Körpers 71 weist
jedoch eine große
fünfeckige
Form auf, und der obere Bereich, in welchem der Lichtquellenteil 72 sowie
der Lichtaufnahmeteil 73 angeordnet sind, weist eine große Breite
auf. Wenn der spektrale Reflexionsgrad eines kleinen ovalen Fokussierspiegels
mit einem kleinen Krümmungsradius
gemessen wird, gibt es Situationen, in welchen der obere, breite
Bereich des käfigartigen Körpers 71,
der breite Lichtquellenteil 72 oder der breite Lichtaufnahmeteil 73 teilweise
mit dem Messobjekt interferieren, wenn der Krümmungsradius des gebogenen
Messobjektes M kleiner ist als in dem in der Zeichnung anhand der
gestrichelten Linie dargestellten Zustand. Es gibt deshalb auch
Fälle,
in welchen die mit der Lichtdurchlassöffnung 76 versehene
Bodenplatte 77 der vorstehend beschriebenen Messvorrichtung
nicht in der richtigen Position ist und keine exakte Messung durchgeführt werden
kann.
- 3) Im Hinblick darauf, den Bezugswert zu erhalten, ist es bei
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors
erforderlich, einen Normalspiegel mit einem bekannten Reflexionsfaktor
bereitzustellen, um einen Bezugswert zu erhalten. Man muß den Normalspiegel
sorgfältig
aufbewahren und behandeln, damit sein spektraler Reflexionsgrad
im Lauf der Zeit sich nicht verändert.
Wenn sich jedoch der spektrale Reflexionsgrad des Normalspiegels
verändert,
kann man diese Veränderung
nicht ermitteln, was dazu führt,
dass beim Messen des spektralen Reflexionsgrades des Messobjektes
Fehler entstehen.
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EP 0335192 A2 offenbart
ein optisches Instrument zum Messen der Farbe und des Glanzes einer
Probenoberfläche.
Das Instrument besitzt eine Lichteinfallsseite und eine Lichtaustrittsseite
und umfasst eine Lichtquelle auf der Einfallsseite und eine Halterung
mit einer ersten Installationsröhre
und einer zweiten Installationsröhre,
wobei jede Röhre
eine optische Achse aufweist. Die erste Installationsröhre schließt eine
konvergente Linse ein, sowie an einem Ende ein Faseranschlussteil
zum Anschluss einer Faser auf der Einfallsseite, und an einem anderen Ende
eine Lichtdurchlassöffnung.
Die zweite Installationsröhre
schließt
an einem Ende eine Linse und an einem anderen Ende ein Anschlussteil
für eine
Faser auf der Austrittsseite ein. Die Faser auf der Einfallsseite überträgt Licht
von der Lichtquelle zur Halterung, und die Faser auf der Austrittsseite überträgt reflektiertes
Licht von der Oberfläche
der Probe zu einem Spektrometer.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend beschriebenen Nachteile
beim Stand der Technik zu beseitigen. Die Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades
anzugeben, bei welcher man Licht im UV-Bereich als Messlicht verwenden
kann, bei einem Diffusor eine gleichmäßige Bestrahlungsdichte erhalten
kann und in einem breiten Wellenlängenbereich einschließlich des
UV-Bereiches mittels des Messlichtes mit einer bestimmten Wellenlänge den Reflexionsfaktor
messen kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur
Messung des spektralen Reflexionsgrades anzugeben, bei welcher man
den an das Messobjekt angrenzenden Kopfteil in ausreichendem Maß verkleinern
kann, so dass selbst bei Verwendung eines ovalen Fokussierspiegels
mit einem kleinen Krümmungsradius
der spektrale Reflexionsgrad der Reflexionsfläche auf seiner Innenseite gemessen
werden kann.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades anzugeben, bei welcher
man den Bezugswert auf einfache Weise erhalten kann, ohne einen
Normalspiegel mit einem bekannten spektralen Reflexionsgrad zu verwenden.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades mittels der vorstehend
beschriebenen Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades
anzugeben.
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Diese
Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zur Messung des spektralen
Reflexionsgrades, wie in Ansprüchen
1 und 2 beansprucht, sowie durch ein Verfahren zur Messung des spektralen
Reflexionsgrades, wie in Ansprüchen
3 und 4 beansprucht, gelöst.
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Die
Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades weist die
folgenden Merkmale auf:
- – einen Lichtquellenteil mit
einer Xenonlampe;
- – eine
optische Faser auf der Einfallsseite, welche Licht aus dem vorstehend
beschriebenen Lichtquellenteil überträgt;
- – einen
Messkopf, welcher das durch die optische Faser auf der Einfallsseite übertragene
Licht über eine
Sammellinse und einen Diffusor auf die Messfläche des Messobjektes ausstrahlt
und das von der vorstehend beschriebenen Fläche reflektierte Licht empfängt;
- – eine
optische Faser auf der Austrittsseite, welche das durch den Messkopf
hindurch gegangene Reflexionslicht überträgt; sowie
- – ein
Spektroradiometer, welches das durch die optische Faser auf der
Austrittsseite übertragene Licht
empfängt.
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Im
Rahmen der Erfindung bezeichnen die Begriffe "optische Faser" oder "Faser" sowohl eine einzelne Faser als auch
ein Faserbündel,
welches aus mehreren Fasern besteht.
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Bei
der Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades weist
der Messkopf eine Lichteinfalls-Haltevorrichtung sowie eine Lichtaustritts-Haltevorrichtung
auf, welche von der Lichteinfalls-Haltevorrichtung unabhängig und
getrennt ist. Die Lichteinfalls-Haltevorrichtung weist an einem Ende
ein Faser-Anschlussteil auf, an welchen die Faser auf der Einfallsseite
angeschlossen ist, während das
andere Ende der Lichteinfalls-Haltevorrichtung mit einer Lichtdurchlassöffnung versehen
ist. Ausgehend von der Seite des Faser-Anschlussteils sind die Sammellinse
und der Diffusor nacheinander in der Lichteinfalls-Haltevorrichtung
angeordnet. Bei der Lichtaustritts-Haltevorrichtung ist eine Linse
zur Aufnahme des von der Fläche
reflektierten Lichts angeordnet zwischen einem Ende, welches der
Fläche
S gegenüberliegt,
und dem anderen Ende, welches mit dem Faser-Anschlussteil versehen
ist, an welchen die Faser auf der Austrittsseite angeschlossen ist. Ferner
sind die Lichteinfalls-Haltevorrichtung und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung
trennbar miteinander einteilig gekoppelt, so dass sich die jeweiligen
optischen Achsen auf der Oberfläche
S des Messobjektes M oder in der Nähe hiervon kreuzen, oder die Lichteinfalls-Haltevorrichtung
und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung des Messkopfes können auf eine
solche Weise miteinander gekoppelt sein, dass die optischen Achsen
der beiden Haltevor richtungen übereinstimmen,
und in einem solchen Kopplungszustand kann hinsichtlich des Bezugslichtes
eine Messung des Bezugslichtes durchgeführt werden. Bei dieser Anordnung
werden die Lichteinfalls-Haltevorrichtung und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung
mittels einer Schablone zur Messung des Bezugslichtes miteinander
gekoppelt.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden ferner durch ein Ausführungsbeispiel
gelöst,
in welchem in der Lichtaustritts-Haltevorrichtung des Messkopfs
ein Reflektor angeordnet ist, welcher das von der Oberfläche reflektierte
Licht so reflektiert, dass die Richtung, in welcher die Lichtaustritts-Haltevorrichtung sich
erstreckt, im Wesentlichen identisch ist mit der Richtung, in welcher
sich die Lichteinfalls-Haltevorrichtung erstreckt, dergestalt, dass
ihre Achsen im Wesentlichen parallel sind.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden ferner durch ein Verfahren zur Messung
des spektralen Reflexionsgrades gelöst, bei welchem die vorstehend beschriebene
Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades verwendet
wird, bei welcher die Lichteinfalls-Haltevorrichtung und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung
auf eine Weise miteinander gekoppelt sind, bei welcher die optischen
Achsen der beiden miteinander übereinstimmen,
d. h. im Wesentlichen parallel zueinander, so dass das Bezugslicht
gemessen wird, und bei welcher die Lichteinfalls-Haltevorrichtung und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung
des Messkopfes auf eine Weise miteinander gekoppelt sind, bei welcher
sich die jeweiligen optischen Achsen der beiden auf der Oberfläche des Messobjekts
oder in der Nähe
so kreuzen, dass der spektrale Reflexionsgrad der Oberfläche des
Messobjekts gemessen wird. Basierend auf dem Verhältnis zwischen
der spektralen Bestrahlungsdichte des Bezugslichtes und der spektralen
Bestrahlungsdichte des Reflexionslichtes wird daher der spektrale
Reflexionsgrad der Oberfläche
ermittelt.
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In
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
umfasst die Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades
einen Messkopf, welcher das durch die Faser auf der Einfallsseite übertragene
Licht über
eine Sammellinse, einen Diffusor sowie einen halbdurchlässigen Spiegel
auf die Oberfläche
des Messobjektes ausstrahlt und darüber hinaus das von der vorstehend
beschriebenen Oberfläche
reflektierte Licht über
den halbdurchlässigen Spiegel
empfängt.
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Für die Vorrichtung
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades mit der vorstehend beschriebenen
Anordnung wird eine Xenonlampe als Lichtquellenlampe und außerdem ein
Spektroradiometer zur Ermittlung der Beleuchtungsintensität des Reflexionslichtes
verwendet. Man kann deshalb in einem breiten Wellenlängenbereich
vom UV-Bereich bis zum sichtbaren Bereich und zum Infrarotbereich
den spektralen Reflexionsgrad bei der jeweiligen Wellenlänge messen.
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Ferner
sind der Lichtquellenteil und der Messkopf über die optischen Fasern aneinander
optisch angeschlossen. Der Messkopf und das Spektroradiometer sind
auf ähnliche
Weise über
die optischen Fasern aneinander optisch angeschlossen. Der Freiheitsgrad
im Hinblick auf die jeweilige Anordnung des Lichtquellenteils, des
Messkopfs sowie des Spektroradiometers ist des halb groß.
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Zusätzlich kann
die Anordnung des Messkopfs verkleinert werden, da es bei der Messung
des spektralen Reflexionsgrades ausreicht, nur den Spitzenbereich
des kleinen Messkopfs der Oberfläche anzunähern, dergestalt
dass eine Messung des spektralen Reflexionsgrades bei einem Fokussierspiegel
mit einem kleinen Krümmungsradius
und in einem engen Bereich möglich
ist.
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Es
wird angemerkt, dass man mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades den Bezugswert auf einfache
Weise unmittelbar erlangen kann, wenn der Messkopf in den Zustand
für eine
Bezugslicht-Messung versetzt wird. Folglich ist ein Normalspiegel
mit einem bekannten Reflexionsfaktor nicht erforderlich. Ferner
kann auch im herkömmlichen
Fall einer Bezugswertmessung unter Verwendung eines Normalspiegels
die Veränderung
des Reflexionsfaktors der Normalspiegels gemessen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Messung des spektralen Reflexionsgrades;
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer konkreten Anordnung
eines erfindungsgemäßen Messkopfs;
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3 zeigt
eine schematische Seitenansicht, welche den Messkopf zeigt, wenn
er für
eine Bezugslicht-Messung angeordnet ist;
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4 zeigt
eine Vorderansicht des Ausführungsbeispiels,
bei welchem eine Schablone zur Bezugslicht-Messung gemäß 3 verwendet
wird;
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5 zeigt
eine schematische Darstellung der Wirkung des Diffusors bei einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen
Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors;
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7 zeigt
eine schematische Darstellung der Wirkung eines idealen Diffusors;
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8 zeigt
eine schematische Darstellung der Wirkung des Diffusors bei der
Vorrichtung zur Messung des Reflexionsfaktors gemäß 6;
und
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9 zeigt
eine schematische Darstellung der Anordnung des Messkopfs zur Messung
des Reflexionsfaktors, wenn der Einfallswinkel bei 0 Grad liegt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades, bei welcher das Messobjekt
M, das im Querschnitt gezeigt wird, aus einem konkaven Reflektor
besteht. Die Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades bei
diesem Beispiel besteht aus einem Lichtquellenteil 10,
einem Messkopf 14, welcher an ein Ende einer Faser 12 auf
der Einfallsseite angeschlossen ist, deren anderes Ende mit dem
Lichtquellenteil 10 verbunden ist, sowie aus einem Spektroradiometer 18, welches
an ein Ende der Faser 16 mit einer geeigneten Länge angeschlossen
ist, welche auf der Austrittsseite vom Messkopf 14 ausgeht.
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Der
Lichtquellenteil 10 besteht aus einer Xenonlampe 20 als
Lichtquelle sowie einem ovalen Fokussierspiegel 22, welcher
das aus dieser Xenonlampe 20 ausgetretene Licht bündelt. Das
eine Ende der Faser auf der Einfallsseite 12 befindet sich
an der Fokusposition des Lichtes vom ovalen Fokussierspiegel 22.
Hierbei ist die Xenonlampe 20 eine Entladungslampe, welche
in einem Wellenlängenbereich
von größer/gleich
200 nm bis 800 nm kontinuierliches Licht ausstrahlt.
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2 ist
eine Querschnittsdarstellung der konkreten Anordnung des Messkopfs 14.
In diesen Messkopf 14 fällt
das von den Fasern 12 auf der Einfallsseite übertragene
Messlicht (Licht vor dem Erreichen der Oberfläche S) ein. Der Messkopf 14 umfasst
eine Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30,
aus welcher das Messlicht in Richtung auf die Oberfläche S austritt
sowie eine Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40, in welche
das Reflexionslicht von der Oberfläche S (das von der Oberfläche S reflektierte
Licht) einfällt und
welche wiederum Licht in die Faser 16 auf der Austrittsseite
einfallen lässt.
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Die
Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 weist an einem Ende ein
Anschlussteil 30A auf, an welchem das Austrittsende der
Faser 12 angeschlossen ist. Am anderen Ende der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 ist
entlang einer Fläche,
welche die optische Achse Lx der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 schräg kreuzt,
eine Vorderplatte 32 angeordnet, in deren Mitte eine Lichtdurchlassöffnung 33 gebildet ist,
durch welche das Messlicht und das Reflexionslicht hindurch gehen.
Im Mittelbereich dieser Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 befinden
sich ein Kollimator, welche eine Sammellinse 36 umfasst,
und danach ein aus Quarz-Mattglas bestehender Diffusor 38. Hierbei
ist die Sammellinse 36 ausgelegt, um das einfallende Licht
in paralleles Licht umzuwandeln, während der Diffusor 38 die
Bestrahlungsdichte vergleichmäßigt. Überstandschenkel 39 stehen über die Vorderplatte 32 vor.
Beim Betrieb wird der Messkopf 14 über diese Überstandschenkel 39 auf
die Oberfläche
S aufgesetzt.
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Zusätzlich ist
die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 vorhanden, welche
von der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 trennbar und
unabhängig
ist. An einem Ende weist die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 eine Linse 42 auf,
welche das Reflexionslicht von der Oberfläche S empfängt und einstellt, und am anderen
Ende ein Anschlussteil 40A auf der Austrittsseite, an welchen
das Ende der Faser 16 angeschlossen wird. Ferner ist ein
Reflektor 46 vorhanden, welcher den opti schen Weg des Reflexionslichtes
von der Linse 42 umlenkt in eine Richtung, welche im Wesentlichen
dieselbe Richtung wie die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 hat,
d. h. die Richtung des Reflexionslichts nähert sich der Haltevorrichtung 30 allmählich an.
Somit ermöglicht
der Reflektor das Einfallen des Reflexionslichts in das Einfallsende
der Faser 16. Bei dieser Anordnung kreuzt die Richtung, in
welcher sich die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 erstreckt,
die Richtung, in die sich die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 erstreckt,
mit einem kleinen Winkel, wie beispielsweise von 10 Grad.
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Die
Außenumfangsfläche des
Endes der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 sowie die Außenumfangsfläche des
Endes der Lichtaustritts-Haltevorrichtungs 40 sind mit
einem Eingriffsflächenteil 34 versehen,
welcher, wenn er in der Anordnung gezeigt wird, dazu führt, dass
die beiden Umfangsflächen
ineinander eingreifen. Im diesem Eingriffszustand, das heißt, in dem
Zustand, in welchem die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 sich in einem bestimmten
Lagenverhältnis
befinden, werden die Haltevorrichtungen trennbar einteilig gekoppelt.
In einem derartigen befestigen Zustand kreuzen sich die optische
Achse Lx der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die
optische Achse Ly der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 auf der
Oberfläche
S oder an einer Stelle in der Nähe
der Oberfläche
S mit einem vorgegebenen Winkel, beispielsweise mit einem Winkel
von 60 Grad, wie in 2 gezeigt wird. Dieser Zustand
des Messkopfs 14 ist ein Zustand für eine genaue Messung. Der
Einfallswinkel des Messlichts bezüglich der Oberfläche S liegt
bei diesem Beispiel bei 30 Grad.
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Um
die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 aneinander
zu befestigen, kann man ein geeignetes Befestigungsmittel benutzen.
Man kann beispielsweise im Zusammenhang mit dem Eingriffsflächenteil 34 eine
Einfügvorrichtung
bilden, welche die beiden Haltevorrichtungen ineinander mechanisch
einfügt.
Ferner kann man auch ein Befestigungsbauteil, wie beispielsweise
ein Kopplungsbauteil, einen Schraubstock oder dergleichen, verwenden,
um die Haltevorrichtungen zu befestigen.
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Beim
Spektroradiometer 18 ist ein optischer Sensor 50 angeordnet,
welcher das von der Faser 16 übertragene Reflexionslicht über ein
spektrales Element 48 aufnimmt, welches aus einem Prisma
oder einem Gitter oder dergleichen besteht.
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Der
vorstehend beschriebene Messkopf 14 weist eine Anordnung
auf, bei welcher man von der in 2 gezeigten
Anordnung zu einer Anordnung für
eine Bezugslicht-Messung zum Erlangen des Bezugswertes übergehen
kann. Dies geschieht dadurch, dass die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die
Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 voneinander getrennt
werden und ihr Lagenverhältnis
zueinander verändert
wird.
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3 ist
eine schematische Seitenansicht einer Anordnung, bei welcher die
Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 des Messkopfs 14 mittels
einer Schablone 60 für eine
Bezugslicht-Messung miteinander gekoppelt sind. 4 ist
eine Vorderan sicht der Anordnung, bei welcher die Schablone 60 zur
Bezugslicht-Messung gemäß 3 von
links her betrachtet wird.
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In 3 befinden
sich die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 in
einer Anordnung, in welcher die Haltevorrichtungen ausgehend von
der in 2 gezeigten Anordnung ganz um die optische Achse
Lx herum um 180 Grad gedreht wurden, und in welcher die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 um
eine zum Zeichnungsblatt senkrechte Achse herum um 60 Grad nach
rechts gedreht wurde.
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Wenn
beim Messkopf 14 die Anordnung für die echte Messung gewünscht wird,
werden die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 durch
Lösen des
Eingriffs des Eingriffsflächenteils 34 voneinander
getrennt. Ferner wird die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 gedreht,
und eine ihrer Enden steht dem anderen Ende der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 unmittelbar
gegenüber.
Ferner sind die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die
Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 so angeordnet, dass
die optische Achse Ly der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 mit der
Verlängerung
der optischen Achse Lx der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 übereinstimmt.
Zusätzlich
sind die beiden über
einen Spalt 65 mit einer geeigneten Länge mittels der Schablone 60 befestigt,
welche dazu dient, die beiden Haltevorrichtungen zu befestigen. Bei
dieser Konstruktion sind die beiden Haltevorrichtungen in der Weise
befestigt, dass die Länge
des optischen Wegs zwischen dem Diffusor 38 der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
der Linse 42 der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 mit
der für
die echte Messung erforderlichen Länge identisch ist.
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Konkret
sind in der Schablone 60 ein erster Eingriffsteil 62A,
welcher mit der Außenseite
des anderen Endes der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 zusammengefügt ist,
sowie ein zweiter Eingriffsteil 62B vorgesehen, der mit
der Außenseite
eines Endes der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 zusammengefügt ist.
Ferner weist die Schablone 60 einen Teil 62 zur Regelung
der Mittelposition, in welchem eine Lichtdurchlass-Durchgangsöffnung 63 gebildet
ist, sowie ein Paar Einspannplatten 64 auf, welche gegenüberliegend
angeordnet sind und an die beiden Seiten des Teils 62 angrenzen,
so dass der Teil 62 und die Platten 64 mittels
eines Schraubstocks 66 miteinander gekoppelt werden.
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Bei
der Konstruktion, bei welcher in den ersten Eingriffsteil 62A bzw.
in den zweiten Eingriffsteil 62B des Teils 62 zur
Regelung der Mittelposition das andere Ende der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
ein Ende der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 angrenzend
eingefügt
sind, befinden sich die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 in einem Lageverhältnis zueinander
für eine
Bezugslicht-Messung.
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Durch
die Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung wird der spektrale Reflexionsgrad
bezüglich
der Oberfläche
S des Messobjektes M auf die nachstehend beschriebene Weise ermittelt.
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Wenn
der Messkopf 14 sich im in 2 gezeigten
Zustand für
eine echte Messung befindet und wenn die Xenonlampe 20 des
Lichtquellenteils 10 betrieben wird, wird das Licht aus
dieser Xenonlampe 20 mittels des ovalen Fokussierspiegels 22 gebündelt und
fällt in
das eine Ende der Faser 12 mit einem Einfallswinkel ein,
welcher durch die numerische Apertur (NA) der Faser 12 auf
der Einfallsseite festgelegt wird. Dieses Licht wird unter Konstanthaltung des
Einfallswinkels durch die Faser 12 auf der Einfallsseite übertragen
und fällt
an deren anderem Ende in die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 des Messkopfs 14 als
Messlicht ein.
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Bei
der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 fällt das Messlicht von der Faser 12 in
einem Zustand in die Kollimationslinse 36 ein, in welchem
es sich mit einem dem vorstehend beschriebenen Einfallswinkel entsprechenden
Winkel ausbreitet, wird mittels der Kollimationslinse 36 in
paralleles Licht umgewandelt und tritt aus. Das Messlicht, welches
in dieses parallele Licht umgewandelt wurde, geht durch den Diffusor 38 hindurch.
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Der
Diffusor 38 besteht aus Mattglas aus Quarz, wie vorstehend
beschrieben wurde, welches keine ausreichende Lichtstreuungseigenschaft
aufweist. Da die Richtfähigkeit
des einfallenden Lichtes einheitlich ist, weist jedoch das Messlicht
aus diesem Diffusor 38 an allen Stellen der Gesamtfläche des Diffusors 38 eine
hohe Gleichmäßigkeit
der Helligkeit auf, wenn man von der anhand des Pfeils V gezeigten
Richtung der Vorderseite (d. h., Vorderseite auf der Austrittsseite
des Lichtes) aus betrachtet, wie in 5 gezeigt
wird. Dieses Messlicht mit der vergleichmäßigten Helligkeit wird von
der Lichtdurchlassöffnung 33 der
Vorderplatte 32 in Richtung auf die Oberfläche S des
Messobjekts M ausgestrahlt.
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Dieses
ausgestrahlte Messlicht wird von der Oberfläche S reflektiert. Dieses Reflexionslicht
fällt in einem
Zustand, in welchem die Bestrahlungsdichte gleichmäßig ist,
in die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 ein
und von dort über
die Linse 42 und den Reflektor 46 in die Faser 16 auf
der Austrittsseite.
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Der
Einfallswinkel des in die Faser 16 auf der Austrittsseite
einfallenden Reflexionslichtes wird durch die numerische Apertur
(NA) der Faser 16 auf der Austrittsseite festgelegt. Wenn
der Winkel, beim Betrachten des Bereiches mit der gleichmäßigen Strahlungsintensität auf der
Oberfläche
S von dem Einfallsende des Reflexionslichtes der Faser 16 auf der
Austrittsseite her, größer ist
als die vorstehend beschriebene numerische Apertur, fällt in die
Faser 16 auf der Austrittsseite das Reflexionslicht mit
einer gleichmäßiger Bestrahlungsdichte
ein.
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Das
von den Faser 16 auf der Austrittsseite übertragene
Reflexionslicht fällt
in das Spektroradiometer 18 ein, welches an das andere
Ende der Faser 16 angeschlossen ist, und das Reflexionslicht
wird im Spektroradiometer 18 mittels des spektralen Elementes 48 einer
spektralen Diffraktion unterzogen. Die Menge des Lichtes mit der
jeweiligen Wellenlänge wird
mittels des optischen Sensors 50 ermittelt. So wird die
Spektral-Bestrahlungsdichte gemessen.
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Die
Spektral-Bestrahlungsdichte bezüglich der
Oberfläche
S wird in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge gemessen. Um
den spektralen Reflexionsgrad hiervon zu ermitteln, muß man jedoch den
Bezugswert erhalten, was in der nachstehend beschriebenen Reihenfolge
erfolgt.
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Die
Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 des
Messkopfs 14 werden unter Verwendung der Schablone 60 für eine Bezugslicht-Messung
miteinander in der Weise gekoppelt und befestigt, dass sie sich
im in 3 gezeigten Zustand für eine Bezugslicht-Messung
befinden.
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Wenn
in diesem Zustand für
eine Bezugslicht-Messung das Licht aus dem Lichtquellenteil 10 über die
Faser 12 auf der Einfallsseite in die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 einfällt, wird
das Licht in derselben Weise wie vorstehend beschrieben mittels des
Kollimators 36 in paralleles Licht umgewandelt, die Bestrahlungsdichte
wird mittels des Diffusors 38 vergleichmäßigt, und
es tritt dann von der Lichtdurchlassöffnung 33 der Vorderplatte 32 aus.
Dieses ausgetretene Licht geht durch die Lichtdurchlass-Durchgangsöffnung 63 des
Teils 62 zur Regelung der Mittelposition sowie durch den
Spalt 65 hindurch und fällt
in die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 ein.
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Das
in diese Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 eingefallene
Licht fällt,
wie im Fall des Zustandes für
die echte Messung, über
die Linse 42 sowie den Reflektor 46 in die Faser 16 auf
der Austrittsseite ein und wird in das Spektoradiometer 18 eingeleitet, durch
welches die Spektral-Bestrahlungsdichte
des Lichtes gemessen wird; dies wird als Bezugswert gespeichert.
Der hierbei erhaltene Bezugswert ist mit dem bei einem Normalspiegel
mit einem Reflexionsfaktor von 100% erhaltenen Wert identisch.
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Der
Messwert bei dem tatsächlichen
Messobjekt im bereits beschriebenen Zustand für die echte Messung bezüglich des
Lichtes mit einer vorgegebenen Wellenlänge wird durch den Bezugswert
bezüglich
des Lichtes mit dieser Wellenlänge
dividiert, wodurch ein Quotient erhalten wird. Dadurch wird der spektrale
Reflexionsgrad bezüglich
dieses Messobjektes ermittelt.
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Durch
die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Messung des spektralen
Reflexionsgrades werden folgende Wirkungen erhalten:
- (1) Man kann in einem breiten Wellenlängenbereich vom UV-Bereich
bis zum sichtbaren Bereich und zum Infrarotbereich den Reflexionsfaktor
des Lichtes bei der vorgegebenen Wellenlänge, das heißt, den
spektralen Reflexionsgrad, messen. Der Grund hierfür liegt
darin, dass in dem Lichtquellenteil 10 die Xenonlampe 20,
welche in einem kontinuierlich breiten Wellenlängenbereich vom UV-Bereich
bis zum Infrarotbereich einschließlich des sichtbaren Bereiches
ausstrahlt, als Lichtquellenlampe verwendet wird, und dass die Bestrahlungsdichte
des Lichtes bei der jeweiligen Wellenlänge durch das Spektroradiometer 18 gemessen
wird, welches Bestrahlungsdichten mit einer bestimmten Wellenlänge messen
kann.
- (2) Da der Lichtquellenteil 10 an den Messkopf 14 und
der Messkopf 14 an das Spektroradiometer 18 jeweils über die
Faser 12 auf der Einfallsseite sowie die Faser 16 auf
der Austritts seite optisch angeschlossen sind, kann man den Lichtquellenteil 10,
den Messkopf 14 sowie das Spektroradiometer 18 ohne
größere gegenseitige
Beschränkung
frei anordnen. Da der Messkopf 14 von dem Lichtquellenteil 10 und
dem Spektroradiometer 18 im Wesentlichen unabhängig ist,
kann man ihn verkleinern. Es wird deshalb möglich, den Reflexionsfaktor
bei einem Fokussierspiegel mit einem kleinen Krümmungsradius sowie in einem
schmalen Bereich zu messen.
- (3) Da man in der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 das
Messlicht mittels des Kollimators 36 in paralleles Licht
umwandelt und dieses parallele Licht ferner mittels des Diffusors 38 aus
Quarz-Mattglas zerstreut wird, weist das aus dem Diffusor 38 austretende
Licht eine Bestrahlungsdichte auf, welche in einer bestimmten Richtung
eine hohe Gleichmäßigkeit
aufweist. Man kann deshalb die Oberfläche S mit Licht mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsdichte
bestrahlen, ohne die Lichtmenge zu verringern, auch wenn das Licht UV-Licht
ist. Als Folge davon kann man auch bei einem optischen Element für eine Behandlung
mit UV-Licht dessen spektralen Reflexionsgrad mit hoher Zuverlässigkeit
messen.
- (4) Durch die Anordnung bei dem in den Zeichnungen dargestellten
Beispiel werden die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
die Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 trennbar aneinander
gefügt,
indem sie an den Eingriffsflächenteil 34 angrenzend
angeordnet werden, welcher sich an ihren Außenumfangsflächen befindet.
Sie werden in diesem Zustand miteinander gekoppelt und in einen
Zustand für
eine echte Messung versetzt. Man kann deshalb den vorderen Bereich
des Messkopfs 14 verkleinern, während dieser vordere Bereich
gleichzeitig gewinkelt gebildet ist. In der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 wird
der optische Weg des Reflexionslichtes mittels des Reflektors 46 umgelenkt
und verläuft
im Wesentlichen in derselben Richtung wie die Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30.
Dadurch hat man eine Gestaltung, bei welcher ein vom Messkopf 14 nach
vorne überstehender
Bereich nicht vorhanden ist. Deshalb kann man beispielsweise bei
einer Reflexionsfläche
auf der Innenseite eines ovalen Fokussierspiegels mit einem kleinen
Krümmungsradius
den Messkopf 14 zuverlässig
und auf einfache Weise bezüglich
des Messobjektes in den richtigen Zustand versetzen. Man kann deshalb
den spektralen Reflexionsgrad exakt messen.
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Da
die Richtungen der Lichteinfalls-Haltevorrichtung 30 und
der Lichtaustritts-Haltevorrichtung 40 einheitlich
sind, ist die Richtung, in welcher die Faser 12 auf der
Einfallsseite verläuft,
mit der Richtung, in der die Faser auf der Austrittsseite verläuft, im
Wesentlich einheitlich und identisch. Dadurch kann man die beiden
Fasern zusammenfassen und somit den Bereich des Messkopfs 14 verkleinern.
Zugleich wird eine sehr leichte Bedienung ermöglicht.
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Dadurch,
dass der Messkopf 14 unter Verwendung der Schablone 60 für eine Bezugslicht-Messung in einen
Zustand für
eine Bezugslicht-Messung versetzt werden kann, kann man durch diese
Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades auf einfache
Weise den Bezugswert erhalten. Es ist deshalb nicht erforderlich,
einen Normalspiegel mit einem bekannten Reflexionsfaktor bereitzustellen.
Man kann deshalb auf eine umständliche
Aufbewahrung und Pflege des Normalspiegels verzichten. Selbst im
Fall einer Verwendung eines Normalspiegels zum Erhalt des Bezugswertes
kann man jedoch die Veränderung
des spektralen Reflexionsgrades des Normalspiegels ermitteln, wodurch die
Gefahr, dass beim Messwert des spektralen Reflexionsgrades ein Fehler
auftritt, nicht mehr besteht.
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Vorstehend
wurde die Erfindung anhand einer Ausführungsform konkret beschrieben.
Erfindungsgemäß kann man
jedoch zahlreiche Änderungen
durchführen.
Man kann beispielsweise bei der Lichteinfalls-Haltevorrichtung im
Wesentlichen parallel gemachtes Licht in den Diffusor 38 einfallen
lassen, welches unter Verwendung einer anderen Sammellinse statt
eines Kollimators erhalten wird, welcher das Messlicht in paralleles
Licht umwandelt. In diesem Fall wird jedoch am Diffusor 38 die
Gleichmäßigkeit
der Helligkeit des Lichtes in geringem Maß verringert. Die Messgenauigkeit
wird entsprechend diesem Maß verringert.
Man kann auch einen Diffusor aus einem anderen Material als Mattglas
aus Quarz verwenden, wenn die Intensität des Reflexionslichtes für eine Ermittlung
relativ groß ist.
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Um
den Reflexionsfaktor in einem relativ engen Bereich der Oberfläche S zu
messen, gibt es Fälle,
in welchen der mit dem Messlicht zu bestrahlende Bereich enger gemacht
wird. In dieser Situation gibt es jedoch Fälle, in welchen der Winkel
beim Betrachten des Bereiches mit der gleichmäßigen Bestrahlungsdichte auf
der Oberfläche
S vom Einfallsende des Reflexionslichtes der Faser auf der Austrittsseite her
kleiner ist als die numerische Apertur der Faser 16 auf
der Austrittsseite. In einem derartigen Fall wird auf der Einfallsseite
der Linse 42 eine Blende 51 angeordnet. Dadurch
soll erreicht werden, dass nur das Reflexionslicht mit einer gleichmäßigen Verteilung der
Bestrahlungsdichte in die Faser 16 auf der Austrittsseite
einfällt.
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9 ist
eine schematische Darstellung des Messkopfs bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Messung des spektralen Reflexionsgrades im Fall einer Messung des
Reflexionsfaktors bei einem Einfallswinkel von 0 Grad. Ein solches
Beispiel dieser Situation tritt auf, wenn es erforderlich ist, die
Reflexionscharakteristik eines Antireflexfilms zu messen, welcher
in einer Linse oder einem Filter angeordnet ist.
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Bei
dieser Anordnung wird das Licht von der Faser 12 auf der
Einfallsseite mittels des Kollimators 36 in paralleles
Licht umgewandelt und fällt
in den Diffusor 38 ein. Die Oberfläche S wird über einen halbdurchlässigen Spiegel
HM mit dem Messlicht mit einer gleichmäßigen Bestrahlungsdichte bestrahlt. Das
von der Oberfläche
S reflektierte Licht wird von dem halbdurchlässigen Spiegel HM reflektiert,
wird nach dem Hindurchtreten durch die Linse 42 durch den
Reflektor 46 umgelenkt und fällt in die Faser 16 auf
der Austrittsseite ein.
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Der
spektrale Reflexionsgrad einer Oberfläche S kann durch diese Anordnung
gemessen werden, wenn der Einfallswinkel 0 Grad beträgt.
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Es
ist vorteilhaft, dass an ein Einlassende der Lichteinfalls-Haltevorrichtung
sowie an das Austrittsende der Lichtaustritts-Haltevorrichtung jeweils die
Fasern auf der Einfallsseite und die Fasern auf der Austrittsseite
lösbar
angeschlossen werden. Dadurch wird eine Bewegung oder ein Transport
der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Messung des spektralen
Reflexionsgrades vereinfacht. Ferner wird auch die Montage der Vorrichtung
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades vereinfacht.
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Das
Mittel zum Erreichen der Konstruktionen für eine Bezugslicht-Messung
kann verschiedene Anordnungen aufweisen. Es ist sicherlich erwünscht, eine
unabhängige
Schablone für
eine Bezugslicht-Messung zu verwenden. Wenn man jedoch beispielsweise
ein geeignetes Einfügmittel
in der Lichteinfalls-Haltevorrichtung sowie de Lichtaustritts-Haltevorrichtung
bildet, braucht man die Schablone für eine Bezugslicht-Messung
nicht unbedingt.
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Wirkung der
Erfindung
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Bei
der Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflexionsgrades mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung wird als Lichtquellenlampe
eine Xenonlampe und außerdem
zur Ermittlung der Beleuchtungsintensität des Reflexionslichtes ein
Spektroradiometer verwendet. Man kann deshalb in einem breiten Wellenlängenbereich
vom UV-Bereich bis zum sichtbaren Bereich und zum Infrarotbereich
den spektralen Reflexionsgrad bei der jeweiligen Wellenlänge messen.
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Da
der Lichtquellenteil an den Messkopf und der Messkopf an das Spektroradiometer
jeweils durch optische Fasern optisch, lösbar, angeschlossen sind, ist
der Freiheitsgrad im Hinblick auf die jeweilige Anordnung des Lichtquellenteils,
des Messkopfs sowie des Spektroradiometers groß. Man kann den Messkopf verkleinern,
so dass es bei der Messung des spektralen Reflexionsgrades ausreicht,
nur den Spitzenbereich dieses kleinen Messkopfs der Messfläche anzunähern, und
daher eine Messung des spektralen Reflexionsgrades bei einem Fokussierspiegel
mit einem kleinen Krümmungsradius
sowie in einem engen Bereich ermöglicht
wird.
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Ferner
kann man den Bezugswert mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
zur Messung des spektralen Reflexionsgrades auf einfache Weise unmittelbar
erlangen, indem Bauteile des Messkopfs eingesetzt werden, welche
in die für
eine Bezugslicht-Messung erforderliche Anordnung versetzt werden
können.
Man muss deshalb keinen Normalspiegel mit einem bekannten Reflexionsfaktor
bereitstellen.