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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Identifizierung eines Leuchtmaterial enthaltenden oder tragenden Körpers, wobei eine Erregerstrahlung auf den Körper gerichtet und so das Leuchtmaterial zur Aussendung von Leuchtstrahlen erregt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandte Leuchtstrahlung durch gleichzeitiges Leiten der Leuchtstrahlung durch eine Mehrzahl von optischen Lichtübertragungssystemen Photodetektoren zugeführt wird, dass jedem optischen Lichtübertragungssystem ein Filter zugeordnet wird, um den einzelnen Photodetektoren unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aus dem Spektrum der Leuchtstrahlung zuzuführen, dass jeder Photo detektor ein der Intensität der empfangenen Strahlung proportionales Ausgangssignal erzeugt, dass der Signalpegel eines Photodetektors durch Dämpfung oder Verstärkung ge ändert wird,
dass dieser Signalpegel mit dem eines anderen Photo detektors verglichen wird, und dass festgestellt wird, ob dieses Pegelverhältnis in einem bestimmten Sollbereich liegt.
2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Erregerstrahlungsquelle zum Richten einer Erregerstrahlung auf den in einer Teststation befindlichen Körper, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von optischen Lichtübertragungssystemen (24, 25, 26) zum gleichzeitigen Empfang der vom Leuchtmaterial ausgesandten Leuchtstrahlung, die die Leuchtstrahlung Photodetektoren (18, 19, 20) zuführen, durch eine Mehrzahl optischer Filter (21,22,23).
von denen jedes einem optischen Lichtübertragungssystem (24, 25,26) zugeordnet ist und Strahlung einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereiches zum zugeordneten Photodetektor (18, 19, 20) durchlässt, durch einen elektrischen Stromkreis (28, 29, 30, 36, 46, 40, 49) der die von den Photodetektoren abgeleiteten elektrischen Ausgangssignale empfängt, den Signalpegel eines der Photodetektoren durch Dämpfung oder Verstärkung verändert, und den ver änderten Signalpegel mit dem von einem anderen Photodetektor abgeleiteten Signalpegel vergleicht, und durch Mittel, die anzeigen, ob dieses Pegelverhältnis in einem bestimmten Sollbereich liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Lichtübertragungssysteme (24, 25, 26) durch optische Fasern gebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes optische Lichtübertragungssystem (24, 25, 26) ein Bündel optischer Fasern umfasst, wobei ein Ende jedes dieser Bündel zum Richten von Licht auf einen zugehörigen Photodetektor (18, 19, 20) angeordnet ist und die anderen Enden der Fasern eine oder mehrere Gruppen bilden, wobei die Fasern jeder Gruppe einander eng benachbart in einer gemeinsamen Ebene liegen und die Fasern aller Bündel an diesem Ende gleichmässig verteilt sind, um einen Ausgleich der Leuchtdichteverteilung der Leuchtstrahlung zu bewirken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lichttrichter (27, 77, 78) vorgesehen ist, um die Leuchtstrahlung zu empfangen und sie auf ein Ende der Faserbündel (24, 25, 26) zu richten.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerstrahlungsquelle (12, 74) benachbart zu den Enden der Faserbündel angeordnet ist, die zum Empfang der Leuchtstrahlung vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel (24, 25, 26) mit zwei Lichttrichtern (77, 78) verbunden sind, die in einem Abstand voneinander und geneigt zueinander so angeordnet sind, dass die Leuchtstrahlung vom gleichen Teil des Körpers (11) empfangen wird, wobei die Erregerstrahlungsquelle (74) derart angeordnet ist, dass die Erregerstrahlung symmetrisch zwischen den zwei Lichttrichtern (77, 78) auf den Körper gerichtet wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel (36, 37, 38, 39), um aus dem von einem Photodetektor (18) abgeleiteten Signal zwei proportional zur Intensität der auf diesen Photodetektor gerichteten Strahlung abgeschwächte Signale mit bestimmter Pegeldifferenz zu erzeugen, welche einem bestimmten Intensitätsbereich entspricht, durch Mittel (40, 43, 49, 50), um diese Signale mit den von einem anderen Photo detektor (19, 20) abgeleiteten Signal zu vergleichen, und durch Mittel (41, 44, 51, 52), die anzeigen, ob der dem anderen Photo detektor abgeleitete Signalpegel innerhalb der genannten Pegeldifferenz liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerstrahlungsquelle eine UV-Strahlungsquelle (12) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregersrahlungsquelle (12) eine Blitzlampe umfasst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transportsystem (70) zur Bewegung aufeinanderfolgender Körper durch eine Teststation vorgesehen ist, dass die Vorrichtung eine Abtasteinrichtung (82) zum Abtasten des Ankommens der Körper in der Teststation umfasst, und dass eine Synchronisationsvorrichtung (83, 84, 85, 86, 87) vorgesehen ist, um das Einschalten der Blitzlampe (74) mit der Ankunft der Testkörper (11) in der Teststation zu synchronisieren.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifizierung eines Leuchtmaterial enthaltenden oder tragenden Körpers, wobei eine Erregerstrahlung auf den Körper gerichtet und so das Leuchtmaterial zur Aussendung von Leuchtstrahlung erregt wird.
Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, mit einer Erregerstrahlungsquelle zum Richten einer Erregerstrahlung auf den in einer Teststation befindlichen Körper.
Es ist bekannt, dass die Emissionsspektren von leuchtendem (fluoreszierendem) Material häufig eigenartig in einer besonderen Zusammensetzung sind.
Aus den britischen Patentschriften Nr. 1 143 362 und 1 170 965 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Fluoreszenzstrahlung, die von codierten Tintenzeichen emittiert wird, bekannt. Dabei fluoresziert die codierte Tinte bei verschiedenen Wellenlängen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von Gegenständen oder Körpern durch Überprüfung der Intensitäts-Wellenlängen-Verteilung im Emissionsspektrum zu schaffen, das von dem in einem Versuchs- oder Testkörper enthaltenen oder von diesem getragenen Leuchtmaterial abgeleitet wird.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die ausgesandte Leuchtstrahlung durch gleichzeitiges Leiten der Leuchtstrahlung durch eine Mehrzahl von optischen Licht übertragungssystemen Photodetektoren zugeführt wird, dass jedem dieser optischen Lichtübertragungssysteme ein Filter zugeführt wird, um den einzelnen Photodetektoren unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aus dem Spektrum der Leuchtstrahlung zuzuführen, dass jeder Photodetektor ein der Intensität der empfangenen Strahlung proportionales Ausgangssignal erzeugt, dass der Signalpegel eines Photodetektors durch Dämpfung oder Verstärkung geändert wird, dass dieser Signalpegel mit dem eines anderen Photodetektors verglichen wird, und dass festgestellt wird, ob dieses Pegelverhältnis in einem bestimmten Sollbereich liegt.
Vorzugsweise umfasst jedes optische Lichtübertragungssystem ein Bündel optischer Fasern, wobei ein Ende jedes
diesser Bündel zum Richten von Licht auf einen zugehörigen Photodetektor angeordnet ist und die anderen Enden der Fasern eine oder mehrere Gruppen bilden, wobei die Fasern jeder Gruppe einander eng benachbart in einer gemeinsamen Ebene liegen und die Fasern aller Bündel an diesem Ende gleichmässig verteilt sind, um einen Ausgleich der Leuchtdichteverteilung der Leuchtstrahlung zu bewirken.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Lichttrichter zum Empfang der Leuchtstrahlung vorgesehen und richtet sie auf ein Ende der Faserbündel. Vorzugsweise sind die Fasern aller Bündel an einem Ende zu einem oder mehreren, allen Bün dem gemeinsamen Lichttrichtern verbunden, wobei die Fasern verschiedener Bündel eine gleichmässige Verteilung in der Grenzfläche mit dem oder jedem Lichttrichter haben.
Es kann eine langgestreckte Erregerstrahlungsquelle verwendet werden. Das Licht von der Erregerstrahlungsquelle kann auf den Versuchs- oder Testkörper unter Verwendung geeigneter optischer Mittel, wie z. B. eines Lichttrichters, optischen Fasern, Linsen oder Spiegeln gerichtet werden.
Zusätzliche optische Fasern können zum Richten der Erregerstrahlung von der Erregerstrahiungsquelle auf das Leuchtmaterial vorgesehen sein, wobei diese zusätzlichen Fasern zwischen den das optische System bildenden Fasern verteilt angeordnet sind.
Die Verwendung einer oder mehrerer gemeinsamer Lichttrichter zum Richten des vom Leuchtmaterial ausgesandten Lichtes auf die Faserbündel ist besonders vorteilhaft für die gleichmässige Übertragung der ausgesandten Strahlung aller Bündel. Dies vermeidet Probleme, die sonst beim Erzielen einer gleichmässigen Übertragung auf die verschiedenen Bündel von Fasern auftreten könnten, insbesondere in Fällen, bei welchen eine ungleichmässige Intensität der Beleuchtung über das Leuchtmaterial von den Fasern abgetastet wird. Der Lichttrichter oder die Lichttrichter sammeln die gesamte Strahlung, die in jedem Augenblick von der Fläche des betrachteten Leuchtmaterials ausgesandt wird. Dieses Licht wird dann zu den Enden der Faserbündel in gleicher Weise übertragen, unabhängig von der Intensitätsverteilung über die Fläche des Leuchtmaterials.
Vorzugsweise ist die Erregerstrahlungsquelle derart angeordnet, dass Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgesandt wird, obwohl in manchen Fällen sichtbares Licht verwendet werden könnte.
Die Erregerstrahlungsquelle kann zweckmässigerweise in der Art einer Blinklampe, wie z. B. mit Xenon gefüllte Blitzlampe ausgebildet sein, die von einer pulsierenden Energiequelle betätigt wird. Wahlweise kann auch eine Niederdruckquecksilberdampflampe verwendet werden, die kontinuierlich arbeitet und einzelne Quecksilberlinien vorsieht. Es kann eine Phosphorummantelung für die Lampe vorgesehen sein, um breitere Spektrallinien auszubilden. Die Erregerstrahlung kann eine einzelne Wellenlänge aufweisen oder isolierte Bereiche von Wellenlängen.
Die vorliegende Erfindung schliesst die Erfassung der ausgesandten Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen ein und bildet eine Abschätzung der relativen Intensitäten der ausgesandten Leuchtstrahlung bei verschiedenen Wellenlängen. Dies ermöglicht die positive Charakterisierung oder Identifizierung von Gegenständen oder Körpern, die leuchtendes oder fluoreszierendes Material tragen. Dies ist auf die eindeutigen Emissionsspektren besonderer leuchtender Bestandteile zurückzuführen. Die Form des Wellenlängen-Intensitäts-Emissions-Spektrums ist bedeutend und durch Vergleich der relativen Intensitäten bei getrennten ausgewählten Wellenlängen sind die erhaltenen Ergebnisse unabhängig von der Gesamtintensität der ausgesandten Strahlung.
Die Körper oder Gegenstände, die das Leuchtmaterial tragen, können irgendein geeignetes Material umfassen, sowie z. B. Papier, Pappe, Karton, Metall, Kunststoff oder Gewebe, vorausgesetzt, dass die Eigenarten des Leuchtmaterials nicht bedeutsam beeinflusst werden, wenn die genannten Materialien darin enthalten sind.
Das Leuchtmaterial kann im Körper enthalten oder von diesem getragen sein und zwar während oder nach seiner Herstellung. Wenn der Körper z. B. ein thermoplastisches Material umfasst, kann das Leuchtmaterial während der Herstellung des Körpers durch Extrusion oder Ausformen darin eingebracht sein. Wenn der Körper ein Fasermaterial wie z. B.
Papier, Pappe, Karton oder Textilgewebe umfasst, kann das Leuchtmaterial während der Herstellung des Körpers darin eingebracht sein gewöhnlich in Form einer Faser oder eines Fadens, der das Leuchtmaterial umfasst. Alternativ kann das Leuchtmaterial auch auf den Körper durch Druck, Schreibmaschine- oder Handschrift oder dgl. aufgebracht werden.
Das Leuchtmaterial kann farbig sein oder nicht. Wahlweise kann es alleine oder in Verbindung mit gefärbten Färbemitteln oder Pigmenten verwendet werden.
Durch die Wahl eines oder mehrerer geeigneter Leuchtmaterialien ist es möglich, einen besonderen Gegenstand auf der Basis seines charakteristischen Emissionsspektrums zu bezeichnen. Z. B. Etiketten für antibiotische Präparate, die nähere Angaben über Dosierung, Wirksamkeit oder Alter usw.
enthalten, oder photografische Chemikalien von begrenzter Haltbarkeit können mit geeigneten Leuchtmaterialien markiert und positiv identifiziert werden unter Verwendung der vorliegenden Erfindung. Die Etiketten können auch auf der Basis ihrer fluoreszierenden Signale sortiert werden.
Zusätzlich zum Erkennen und Sortieren der Etiketten ist es möglich, Alterungs- oder chemische Veränderungen zu erkennen, so wie Lichtschwund, durch Verwendung von Materialien, die spezifisch schlechte chemische Beständigkeit haben.
Vier Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielsweise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein charakteristisches Strahlungsspektrum eines Leuchtmaterials (fluoreszierendes Material), wobei die Ordinate die leucht- oder fluoreszierende Intensität und die Abszisse die Wellenlänge zeigen;
Fig. 2 eine prinzipielle Ansicht des ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung;
Fig. 3 die Anordnung optischer Fasern beim ersten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2;
Fig. 4 einen Steuer-Stromkreislauf für das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2;
Fig. 5 die optische Anordnung des alternativen, zweiten Ausführungsbeispieles;
Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 5;
Fig. 7 die optische Anordnung eines weiteren, dritten Ausführungsbeispieles der Erfindung;
;
Fig. 8 das bevorzugte vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 9 einen Steuerkreislauf zum Gebrauch bei der Vorrichtung gemäss Fig. 8.
Die nachstehend beschriebenen Beispiele beziehen sich alle auf die Identifizierung von Gegenständen oder Körpern, die leuchtendes, fluoreszierendes Leuchtmaterial tragen, welches ein charakteristisches Emissionsspektrum aufweist.
Die Fig. 1 zeigt diagramm artig eine einfache Form eines Strahlungsspektrums, welches von einem Leuchtmaterial erhalten werden kann. Die mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Leuchtmaterialien sind so ausgewählt, dass die Form des Wellenlänge-Intensität-Spektrums charakteristisch für das Leuchtmaterial und eindeutig für dieses Material ist.
Die Strahlungsintensität, die vom Leuchtmaterial ausgesandt wird, wird bei ausgewählten Wellenlängen erfasst, so wie es mit den Marken A, B und C in Fig. 1 angegeben ist. Die relativen Intensitäten dieser ausgewählten Wellenlängen werden verglichen und der Vergleich kann einen Aufschluss iiber die Art des untersuchten Leuchtmateriales dahingehend geben, ob dieses ein besonders ausgeprägtes Leuchtmaterial ist oder nicht, das imVersuch untersucht worden ist. DurchVergleich der relativen Intensitäten bei ausgewählten Wellenlängen sind die sich ergebenden Resultate unabhängig vom gesamten Intensitätsniveau der ausgesandten Strahlung.
Auf diese Weise können Veränderungen in der verwendeten Erregungsstrahlung oder irgendwelche anderen variablen Faktoren, wie die genaue Lokalisierung oder Menge des Leuchtmateriales oder Veränderungen in dem verwendeten optischen Erfassungssystem Änderungen in der Gesamtintensität der ausgesandten Strahlung bewirken, aber diese Anderungen haben keinen Einfluss auf die relative Grösse der Intensität und der ausgewählten Wellenlängen.
Eine erste optische Anordnung, welche zur Ausführung der Erfindung verwendet werden kann, ist in der Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall ist ein Testkörper als Papierblatt oder Kartonstück 11 dargestellt. Der Testkörper 11 trägt auf einer oberen Oberfläche eine ausgewählte Fläche eines Leuchtmaterials, das ein charakteristisches Emissionsspektrum hat. Eine Strahlungsquelle 12 ist vorgesehen, um eine Erregungsstrahlung zu erzeugen, welche durch einen Filter 13 geleitet wird, der zum Richten der Strahlung auf einen ausgewählten Bereich des Testkörpers 11 unterhalb eines Lichttrichters 27 angeordnet ist. In diesem besonderen Fall ist die Erregungsstrahlungsquelle 12 eine Niederdruckquecksilberdampflampe mit einer Phosphorummantelung, die ein Breitband-Ultraviolettlicht erzeugt, das auf etwa 350 nm zentriert ist.
Der Filter 13 dient zur Absonderung des ultravioletten Lichtes und scheidet Quecksilberemissionslinien im sichtbaren Bereich aus. Es können auch andere Erregungsstrahlungs-Lichtquellen verwendet werden, wie z. B. eine kapillare Blitzlampe, welche z. B. mit 50 Hz arbeitet. Wenn die Fläche des Leuchtmaterials auf dem Testkörper 11 unter dem Lichttrichter 27 angeordnet ist, antwortet das Leuchtmaterial auf die Erregungsstrahlung durch Aussendung einer Leuchtstrahlung in alle Richtungen. Ein Teil der ausgesandten Leuchtstrahlung wird vom Lichttrichter 27 gesammelt, welcher die Leuchtstrahlung durch drei separate optische Systeme zu betreffenden Lichtverstärkern 18, 19 und 20 überträgt, die jeweils zugeordnete Filter 21, 22 und 23 aufweisen.
Die drei getrennten optischen Systeme, welche Licht gleichzeitig zu den Photodetektoren vom Leuchtmaterial übertragen, umfassen in diesem Falle getrennte Bündel optischer Fasern 24, 25 und 26. Jedes dieser Bündel von Fasern 24, 25 und 26 enthält eine gleiche Anzahl von Fasern. Die äusseren Enden der Fasern enden an den jeweiligen Filtern 21, 22, 23. Am anderen Ende sind die Fasern jedes Bündels 24, 25, 26 alle vermengt mit einer gleichmässigen Verteilung an der Grenzfläche mit dem gemeinsamen Lichttrichter 27. In diesem Falle umfasst der Lichttrichter 27 einen kompakten Block transparenten Materiales, wie z. B. Glas oder Kunststoff, und weist abgeschrägte Seiten auf, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, so dass das Ende des Lichttrichters 27, das an den Testkörper 11 angrenzt, wesentlich breiter als das andere Ende ist, welches eine Grenzfläche mit den Faserenden bildet.
Der Lichttrichter 27 ist, wie es in Figur 2 dargestellt ist, abgeschrägt, so dass der Trichter das Licht über einen wesentlichen Bereich des Testkörpers sammelt und, zurückzuführen auf eine totale innere Reflektion, das ausgesandte Licht zu den Faserenden führt. Der Lichttrichter 27 ist ähnlich den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Lichttrichtern und, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, zwei Seitenflächen des Lichttrichters 27 sind parallel zueinander. Der Gebrauch eines Lichttrichters 27 vermeidet, dass die Fasern nicht zugehörige, von aussen kommende Strahlung sammeln und ermöglicht weiterhin eine gleichmässige Lichtintensität für alle Faserenden. Wie es aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Fasern jedes Bündels derart angeordnet, dass eine gleiche räumliche Verteilung in der Grenzfläche mit dem Ende des Lichttrichters 27 erreicht wird.
In der Fig. 3 sind den Fasern Bezugszahlen zugeteilt, die den Bezugszahlen entsprechen, die für die jeweiligen Faserbündel verwendet werden, von denen die Fasern einen Teil bilden.
Die Filter 21, 22 und 23 sind Band-Pass-Filter, die so ausgewählt sind, dass ihre Durchlässigkeiten sich nicht in einem wesentlichen Grad überlappen und dass das Durchlassmaximum des einen Filters näherungsweise einem Maximum der Leuchtemissions-Spektralkurve des Leuchtmaterials entspricht, während die Durchlassmaxima der anderen beiden Filter zu irgendeiner anderen geeigneten Wellenlänge im Spektrum des Leuchtmaterials entsprechen und vorzugsweise derart gewählt sind, dass diese auf beiden Seiten des Emissionsmaximums liegen, welchem ein Filter näherungsweise entspricht. Dies ist in der Fig. 1 dargestellt, in welcher die drei Filter so ausgewählt sind, dass sie den Wellenlängen A bzw. B bzw. C entsprechen.
Die Photodetektoren 18, 19 und 20 geben jeweils ein elektrisches Ausgangssignal ab, welches in Abhängigkeit von der Intensität der ausgesandten, darauf einfallenden Strahlung linear variiert. Die elektrischen Ausgänge der drei Photodetektoren 18, 19, 20 sind mit einem Steuerkreis verbunden, welcher entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ausgebildet sein kann und der nachfolgend beschrieben werden wird. Der Steuerkreislauf ist angeordnet, um das Signal von einem der Photodetektoren durch Bedämpfung oder Verstärkung abzuwandeln und das abgewandelte Signalniveau mit dem Signalniveaus zu vergleichen, die von den anderen beiden Photodetektoren abgeleitet sind.
Die Ergebnisse des Vergleiches werden gebraucht, um zu bestimmen, ob das getestete Leuchtmaterial ein besonderes Leuchtmaterial ist, das gesucht worden ist, oder ob das Leuchtmaterial eines aus einer gewählten Zahl möglicher Leuchtmaterialien ist
Der in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verwendete Steuerkreislauf ist in Fig. 4 dargestellt. Die Photodetektoren 18, 19 und 20 weisen jeweils einen Lichtverstärker auf, der elektrische Ausgänge 28 bzw. 29 bzw. 30 aufweist. Das von jedem Verstärker abgeleitete Signalniveau kann durch eine zugeordnete Verstärkungsregelung 31 gesteuert werden, die an jeden Photodetektor 18, 19, 20 angeschlossen ist.
Jeder Photodetektor hat einen zugehörigen Maximal-Folge-Stromkreis 32, der als ein Verstärker für den Ausgang des zugeordneten Lichtverstärkers dient und der die Wechselstromkomponente des Ausgangssignales des Lichtverstärkers gleichrichtet. In diesem Falle werden Gleichstromausgangsspannungssignale in den Leitungen 33, 34 und 35 erhalten, welche repräsentativ für die Intensität der Beleuchtung sind, die vom jeweiligen Photodetektor abgetastet worden ist. In diesem besonderen Fall entspricht das Signal 28 demjenigen für die in Fig. 1 mit A markierte Wellenlänge, das Signal 29 entspricht der Intensität der Wellenlänge B und das Signal 30 entspricht der Intensität, die abgetastet worden ist bei der Wellenlänge C.
Die relativen Intensitäten, die auf den Wellenlängen A, B und C beruhen, sind durch vorhergehende Eichung bekannt, wobei ein Bezugsmaterial verwendet worden ist, und die Vorrichtung gemäss dem Beispiel ist gebraucht worden, um zu ermitteln, ob der Testkörper ein Leuchtmaterial aufweist, das demjenigen entspricht, das vorher während der Eichung benutzt worden ist.
Es wird deshalb erwartet, dass dann, wenn das Testmaterial das Leuchtmaterial ist, das vorher bei der Eichung verwendet worden ist, das Signal 28 grösser ist als die Signale 29 und 30, da die Intensität der Wellenlänge, die vom Photodetektor 18 abgetastet worden ist, die grösste sein sollte. Folglich wird das Signal der Leitung 33 einem Potentiometer 36 zugeführt, welcher einen Ausgang 37 aufweist, der einem ausgewählten Bruchteil des Spannungsniveaus in der Leitung 33 entspricht. Das verminderte Ausgangssignal 37 wird selbst einem weiteren Potentiometer 38 zugeführt, um ein weiterhin vermindertes Ausgangs signal 39 zu erhalten, Ein Komparator 40 hat zwei Eingänge, von denen einer mit dem Signal 37 und der andere mit der Leitung 34 verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 40 ist mit einer Licht aussendenden Diode 41 und mit einem AND-Gatter 42 verbunden.
Der Komparator ist so angeordnet, dass die Diode 41 aufleuchtet, wenn das Signal in der Leitung 34 kleiner ist als das gedämpfte Signal 37, das vom Photodetektorausgang 28 abgeleitet worden ist. Ein weiterer Komparator 43 hat einen Eingang, der mit der Leitung 34 verbunden ist, und einen zweiten Eingang, der zum Empfang des zweiten gedämpften Signals 39 dient. Der Ausgang des Komparators 43 ist mit eine lichtemittierenden Diode 44 und dem AND-Gatter 42 verbunden. Der Komparator 43 ist derart angeordnet, dass die Diode 44 aufleuchtet, wenn das Signal in der Leitung 34 grösser ist als das zweite gedämpfte Signal 39.
Bei Verwendung der Komparatoren 40 und 43 werden zwei gedämpfte Signale, die von dem Ausgang des Photodetektors 18 abgeleitet sind, verglichen mit dem Ausgang des Photodetektors 19 und die lichtemittierenden Dioden 41 und 44 geben eine Anzeige über die relative Grösse des Signals der Photodetektoren 18 und 19. Eine gleiche zusätzliche Schaltung ist vorgesehen, um einen ähnlichenVergleich zwischen dem Ausgangssignal 28 und dem Ausgangssignal 30 durchzuführen, das vom Photodetektor 20 abgeleitet ist. Das Signal in der Leitung 33 wird zu einem Potentiometer 45 geführt, der ein erstes gedämpftes Ausgangssignal 46 abgibt. Das gedämpfte Ausgangssignal 46 wird selbst zu einem Potentiometer 47 geführt, welches Anlass zu einem zweiten abgeschwächten Ausgangssignal 48 gibt.
Die abgeschwächten Ausgangssignale 46 und 48 werden jeweils zu Eingängen zusätzlicher Komparatoren 49 bzw. 50 geführt, die jeweils angeordnet sind, um an ihren anderen Eingängen das unge änderte Signal aus der Leitung 35 zu empfangen. Jeder der Komparatoren 49 und 50 ist mit dem AND-Gatter 42 verbunden und diese haben entsprechende lichtemittierende Dioden 51 und 52 in ihren Ausgangskreisen. Auf diese Weise leuchtet die Diode 51 auf, wenn das abgedämpfte Signal 46 grösser als das Signal in der Leitung 36 ist, und die lichtemittierende Diode 52 leuchtet auf, wenn das Signal in der Leitung 35 grösser ist als das zweite gedämpfte Signal 48.
Das AND-Gatter ist mit einer lichtemittierenden Diode 53 verbunden, welche aufleuchtet, wenn die Ausgänge aller vier Komparatoren 40, 43, 49 und 50 anzeigen, dass das getestete
Leuchtmaterial relative Intensitäten bei den Wellenlängen A, B und C hat, welche mit denjenigen des Bezugsmate rials übereinstimmen, das beim Eichen der Vorrichtung be nutzt worden ist. Wenn aus irgendeinem Grunde das auf dem Testkörper ermittelte Leuchtmaterial nicht mit dem vor hergehend beim Eichen der Vorrichtung gebrauchten über einstimmt, dann sind die relativen Grössen der Signale der
Photodetektoren, entsprechend den Wellenlängen A, B und C, nicht derart, um die Komparatoren 40, 43, 49 und 50 zu sättigen, und folglich leuchten einige der Licht aussendenden
Dioden nicht auf.
Die Leitung 33, die das stärkste Ausgangs signal hat, ist mit einer Überlasteinrichtung 55 verbunden, welche einen Komparator umfasst, der von einem geeigneten
Bezugseingang 56 gespeist wird. Der Ausgang der Überlast einrichtung 55 ist mit einer Licht aussendenden Diode 57 so verbunden, dass ein Warnsignal abgegeben werden kann, wenn der Ausgang vom Photodetektor 18 zu gross ist.
Es ist verständlich, dass die Einstellungen der Potentio meter 36, 38, 45 und 47 von der früheren Eichung der Vorrichtung abgeleitet sind, wobei Referenz-Leuchtmaterial verwendet worden ist, und dies kann von Zeit zu Zeit geändert werden, wenn der Apparat benutzt wird, um verschiedene Arten von Leuchtmaterial zu untersuchen. Obwohl die beschriebenen Beispiele drei Photodetektoren mit einer entsprechenden Anzahl von Bauteilen im Steuerstromkreis umfassen, können weiterhin mehr als drei Photodetektoren mit einer entsprechenden Zahl zusätzlicher Potentiometer und Komparatoren im Steuerstromkreis verwendet werden. Eine Erhöhung der Anzahl der Photodetektoren erhöht die Sicherheit der Identifizierung des Testmaterials. Es kann dadurch auch die Vielseitigkeit der Vorrichtung erhöht werden.
Wenn zum Beispiel zwei fluoreszierende Materialien Emissionskurven haben, welche teilweise übereinstimmen und teilweise unter sichiedlich sind, kann die Vorrichtung verwendet werden, um zwischen den beiden Emissionskurven zu unterscheiden, und um das Vorliegen oder das Nichtvorliegen einer von beiden anzugeben.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere alternative optische Anordnung. Diese ist insgesamt ähnlich der Anordnung, die in der Fig. 2 dargestellt ist, in dem wiederum die Photodetektoren 18, 19 und 20 verwendet werden, die jeweils ein zugeordnetes Bündel von Lichtfasern 24, 25 und 26 aufweisen, die zu einem gemeinsamen Lichttrichter 27 führen. Jedoch ist im Falle der Fig. 2 die Erregerstrahlungsquelle eine einzelne Erregerstrahlungsquelle (nicht dargestellt), wobei bei den Fig. 5 und 6 die Erregerstrahlungsquelle aus zwei Lampen 12 besteht, die an beiden Seiten des Lichttrichters 27 angeordnet sind. Jede Lampe erstreckt sich entlang eines horizontalen Gehäuses 60, das ein geneigtes langgestrecktes Fenster aufweist, das nach unten gegen den Testkörper 12 gerichtet ist.
Der Lichttrichter 27 verläuft vertikal zwischenden beiden benachbarten Kanten der Lampengehäuse 60 unddie untere Kante des Lichttrichters ist nach unten bis unterhalb der Lampengehäuse geführt.
Bei beiden Ausführungsformen gemäss den Fig. 2 und 5 ist es möglich, die Vorrichtung abzuändern, um die Verwendung des Lichttrichters zu vermeiden. In diesem Falle enden die Enden der Fasern selbst kurz oberhalb des Testkörpers und die Faserenden haben dann die gleichförmige Verteilung, wie sie in der Fig. 3 dargestellt ist, unmittelbar oberhalb des Testkörpers. Eine Anordnung dieser Art ist in der Fig. 7 in Kombination mit einem alternativen Weg zur Lieferung der Erregungsstrahlung dargestellt. In diesem Falle hat jeder der Photodetektoren 18, 19 und 20 sein zugeordnetes Faserbündel 24, 25 und 26, wobei die Enden der Fasern kurz oberhalb des Testkörpers 11 enden. Jedoch sind in diesem Falle die Enden der Abtastfasern gleichförmig verteilt in einer ringförmigen Anordnung rund um ein zusätzliches Bün del von Fasern, das die Erregungsstrahlung leitet.
Dieses zu sätzliche Bündel von Fasern 62 bildet einen zentralen Kern der Fasern und ist von den Abtastfasern 24, 25 und 26 an deren dem Testkörper gegenüberliegenden Ende umgeben.
Das Bündel 62 ist mit einem Lichttrichter 63 verbunden, der insgesamt ähnlich dem Lichttrichter 27 ist, sowie dieser vor her beschrieben worden ist. In diesem Falle ist das breitere
Ende des Lichttrichters einer Lichtquelle 12 zugekehrt, die mit einem geeigneten Filter 64 versehen ist.
Es ist in manchen Fällen wünschenswert, Testkörper zu untersuchen, welche auf einem Transportsystem gefördert werden. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das für diesen Zweck ausgebildet ist, ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. In diesem Falle werden die Testkörper auf einem
Transportsystem 70 mit motorisch angetriebenen Rollen 71 gefördert. Das Transportsystem ist angeordnet, um unter halb einer schlitzartigen Öffnung 72 in einer Platte 73 hin durchzugehen. In ein Gehäuse 76 oberhalb der Öffnung 72 ist eine Blinklampe 74 eingesetzt, die eine Erregerstrahlungs quelle bildet. Ein Ultraviolett-Filter 75 und eine zylindrische Linse 79 sind unmittelbar unterhalb der Lampe 74 angeordnet. Das durch den Filter 75 hindurchgehende Licht wird mittels der Linse 78 durch ein unteres offenes Ende des Gehäuses 76 gegen die schlitzartige Öffnung 72 gerichtet.
Benachbart zum Äusseren des Gehäuses 76 sind zwei Lichttrichter 77, 78, die ähnlich dem vorher beschriebenen Lichttrichter 27 ausgebildet sind. Jeder der Lichttrichter 77, 78 ist mit den Faserbündeln 24, 25 und 26 verbunden, die zu den Photodetektoren 18, 19 und 20 führen. Die Fasern jedes Bündels sind in zwei Gruppen geteilt, wobei eine Gruppe mit dem Lichttrichter 77 und die andere Gruppe mit dem Lichttrichter 78 verbunden ist. Jede Gruppe enthält eine gleiche Verteilung von Fasern von jedem der Bündel. Die Lichttrichter 77 und 78 sind gegen die Vertikale geneigt, so dass die unteren Flächen der beiden Lichttrichter gegen die Oberfläche des Transportsystemes unterhalb der schlitzartigen Öffnung 72 gerichtet sind.
Die Längsrichtung der Lichttrichteröffnungen läuft parallel zur Längsrichtung der schlitzartigen Öffnung 72 und diese ist quer zur Bewegungsrichtung des Transportsystems 70 gerichtet. Die Blinklampe 74 ist mit einem Steuerkreislauf gekoppelt, der zur Synchronisierung der Betätigung der Blinklampe mit der Ankunft jedes Testkörpers an der Teststation vorgesehen ist, wobei ein kurzdauernder Lichtblitz auf den Testkörper gerichtet wird, während dieser auf dem Transportsystem bewegt wird, wodurch die Bewegung des Testkörpers scheinbar erstarrt.
Die Tätigkeit der Vorrichtung ist ansonsten ähnlich wie die vorherbeschriebene. Die Synchronisation der Lampe 74 mit der Ankunft jedes Testkörpers wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 9 beschrieben.
Die Fläche des fluoreszierenden Materials auf dem Testkörper ist vorzugsweise so klein wie möglich gehalten, so dass die Lichttrichter 77 und 78 nur fluoreszierendes Material abtasten, welches durch die schlitzartige Öffnung 72 hindurchstrahlt. Die Fläche des fluoreszierenden Materials kann leicht grösser als die Fläche der schlitz artigen Öffnung 72 gehalten werden, aber eine genaue Synchronisation der Tätigkeit der Blitzlampe 74 ist notwendig, um eine ausreichende Wirkung zu erhalten. Bei der in der Fig. 9 dargestellten Anordnung ist der Testkörper 11 in einer Bewegung entlang dem Transportsystem 70 zwischen einer Lampe 81 und einem Lichtabtaster 82 dargestellt.
Dieser ist in einer zweckdienlichen Anordnung in Beziehung auf die in der Fig. 8 dargestellte Vorrichtung angeordnet, so dass der Detektor 82 die Kante des Testkörpers abtasten kann, sobald der Testkörper sich der Teststation nähert. Wenn die Kante des Testkörpers in einer vorher bestimmten Position ankommt, wird das normalerweise vom Detektor 82 abgetastete Licht unterbrochen und dies ruft ein Signal an einem Bistable 83 hervor. Der Ausgang des Bistables 83 wird zusammen mit dem Ausgang eines kristallgesteuerten Zeitmessers 84 zu einemAND-Gatter 85 geführt. Der Ausgang des AND-Gatters 85 wird zu einem Zähler 86 geführt, der angeordnet ist, um dem Bistable 83 ein Auslösesignal zu geben. Der Zähler 86 ist wiederum mit einem Komparator 87 gekoppelt, welchem ein einstellbares Verzöge rungssignal über die Leitung 88 zugeführt wird.
Der Komparator 87 ist angeordnet, um einen Ausgangsimpuls in der Leitung 89 vorzusehen, um so die Blink-Blitzlampe 74 auszulösen.
Der Ausgangsimpuls in der Leitung 89 wird dabei zu einer genau bestimmten Zeitverzögerung nach Abtastung der Kante des Testkörpers 11 ausgelöst. Die gesamte Tätigkeit wird zu genau bestimmten Zeitpunkten durch den Zeitmesser 84 aufrechterhalten.
Auf diese Weise kann der Testkörper mit hoher Geschwindigkeit auf dem Transportsystem bewegt werden, so wie z. B. 250 Inch/sec. Die Blink/Blitz-Lampe kann mit einer Zeitverzögerung von 14 ms betätigt werden, nachdem die Position des Testkörpers vom Detektor 82 abgetastet worden ist.
In einer alternativen Ausführungsform zum Gebrauch der Lampe 81 und des Photodetektors 82 kann die Position des sich der Teststation nähernden Testkörpers durch Verwendung eines einzelnen Lichttrichters und eines Photodetektors abgetastet werden, um die fluoreszente Fläche auf dem Testkörper abzutasten. Der Detektor kann benutzt werden, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die fluoreszente Wirkung einen bestimmten Wert übersteigt. In diesem Falle kann der Lichttrichter benachbart zu einer Kante der schlitzartigen Öffnung 72 angeordnet werden und Licht vom Lichttrichter kann zu einem Detektor an der Stelle des Detektors 82 in Fig. 9 geführt werden.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Details der vorstehenden Beschreibung beschränkt ist. Verschiedene Änderungen können in der Lichtquelle und in der Zahl der angewendeten Photodetektoren gemacht werden, sowie auch im gebrauchten Steuerkreislauf zum Vergleich der Ausgangssignale der Photodetektoren. Weiterhin kann die Erfindung für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt werden. Die Erfindung ist besonders geeignet für die Prüfung von Etiketten von pharmazeutischen Produkten und auch für die Prüfung und Sortierung von Behältern, an welchen geeignete Etiketten angebracht sind, wenn die Behälter transportiert, sortiert oder verpackt werden. Weiterhin kann eine Vielzahl von Artikeln, denen Leuchtmaterial zugeordnet ist, geprüft und/oder sortiert werden unter Verwendung der Vorrichtung und des vorher beschriebenen Verfahrens.
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PATENT CLAIMS
1. A method for identifying a body containing or carrying luminescent material, wherein an excitation radiation is directed onto the body and the luminescent material is thus excited to emit luminous rays, characterized in that the emitted luminous radiation is supplied to photodetectors by simultaneously guiding the luminous radiation through a plurality of optical light transmission systems is that a filter is assigned to each optical light transmission system in order to supply the individual photodetectors with different wavelengths or wavelength ranges from the spectrum of the luminous radiation, that each photo detector generates an output signal proportional to the intensity of the received radiation, that the signal level of a photodetector is reduced by attenuation or amplification will change
that this signal level is compared with that of another photo detector, and that it is determined whether this level ratio is in a certain desired range.
2. Device for carrying out the method according to claim 1, with an excitation radiation source for directing excitation radiation onto the body located in a test station, characterized by a plurality of optical light transmission systems (24, 25, 26) for simultaneous reception of the luminous radiation emitted by the luminous material, the supply the luminous radiation to photodetectors (18, 19, 20) through a plurality of optical filters (21, 22, 23).
Each of which is assigned to an optical light transmission system (24, 25, 26) and transmits radiation of a specific wavelength or a specific wavelength range to the assigned photodetector (18, 19, 20), through an electrical circuit (28, 29, 30, 36, 46 , 40, 49) which receives the electrical output signals derived from the photodetectors, changes the signal level of one of the photodetectors by attenuation or amplification, and compares the changed signal level with the signal level derived from another photodetector, and by means which indicate whether this Level ratio is in a certain target range.
3. Device according to claim 2, characterized in that the optical light transmission systems (24, 25, 26) are formed by optical fibers.
4. The device according to claim 3, characterized in that each optical light transmission system (24, 25, 26) comprises a bundle of optical fibers, one end of each of these bundles being arranged to direct light onto an associated photodetector (18, 19, 20) and the other ends of the fibers form one or more groups, the fibers of each group lying closely adjacent to one another in a common plane and the fibers of all bundles being evenly distributed at this end in order to balance the luminance distribution of the luminous radiation.
5. The device according to claim 4, characterized in that at least one light funnel (27, 77, 78) is provided to receive the luminous radiation and to direct it to one end of the fiber bundle (24, 25, 26).
6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the excitation radiation source (12, 74) is arranged adjacent to the ends of the fiber bundles which are provided for receiving the luminous radiation.
7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the fiber bundles (24, 25, 26) are connected to two light funnels (77, 78) which are arranged at a distance from one another and inclined to one another so that the luminous radiation is received by the same part of the body (11), the excitation radiation source (74) being arranged such that the excitation radiation is directed symmetrically between the two light funnels (77, 78) onto the body.
8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized by means (36, 37, 38, 39) in order to attenuate from the signal derived from a photodetector (18) two signals proportional to the intensity of the radiation directed to this photodetector with a certain level difference to generate, which corresponds to a certain intensity range, by means (40, 43, 49, 50) to compare these signals with the signal derived from another photo detector (19, 20) and by means (41, 44, 51 , 52), which indicate whether the signal level derived from the other photo detector lies within said level difference.
9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the excitation radiation source is a UV radiation source (12).
10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that the excitation radiation source (12) comprises a flash lamp.
11. The device according to claim 10, characterized in that a transport system (70) is provided for moving successive bodies through a test station, that the device comprises a scanning device (82) for scanning the arrival of the bodies in the test station, and that a synchronization device ( 83, 84, 85, 86, 87) is provided in order to synchronize the switching on of the flash lamp (74) with the arrival of the test body (11) in the test station.
The invention relates to a method for identifying a body containing or carrying luminous material, wherein an excitation radiation is directed onto the body and thus the luminous material is excited to emit luminous radiation.
The invention further relates to a device for carrying out this method, with an excitation radiation source for directing excitation radiation onto the body located in a test station.
It is known that the emission spectra of luminous (fluorescent) material are often peculiar in a special composition.
British Patent Nos. 1 143 362 and 1 170 965 disclose methods and devices for detecting fluorescent radiation emitted from coded ink characters. The coded ink fluoresces at different wavelengths.
It is an object of the present invention to provide an improved method and a device for identifying objects or bodies by checking the intensity wavelength distribution in the emission spectrum which is derived from the luminous material contained in or carried by a test or test body.
According to the invention, this is achieved in that the emitted luminous radiation is supplied to photodetectors by simultaneously guiding the luminous radiation through a plurality of optical light transmission systems, in that a filter is supplied to each of these optical light transmission systems in order to supply the individual photodetectors with different wavelengths or wavelength ranges from the spectrum of the luminous radiation that each photodetector generates an output signal proportional to the intensity of the received radiation, that the signal level of one photodetector is changed by attenuation or amplification, that this signal level is compared with that of another photodetector, and that it is determined whether this level ratio is within a certain desired range .
Preferably, each optical light transmission system comprises a bundle of optical fibers, one end of each
this bundle for directing light is arranged on an associated photodetector and the other ends of the fibers form one or more groups, the fibers of each group being closely adjacent to one another in a common plane and the fibers of all bundles being evenly distributed at this end to compensate for the luminance distribution of the luminous radiation.
At least one light funnel is preferably provided for receiving the luminous radiation and directs it towards one end of the fiber bundle. The fibers of all bundles are preferably connected at one end to one or more, all buns of the common light funnel, the fibers of different bundles having a uniform distribution in the interface with the or each light funnel.
An elongated source of excitation radiation can be used. The light from the excitation radiation source can be applied to the test or test body using suitable optical means, such as. B. a light funnel, optical fibers, lenses or mirrors.
Additional optical fibers can be provided for directing the excitation radiation from the excitation radiation source onto the luminous material, these additional fibers being arranged distributed between the fibers forming the optical system.
The use of one or more common light funnels for directing the light emitted by the luminous material onto the fiber bundle is particularly advantageous for the uniform transmission of the emitted radiation from all bundles. This avoids problems that might otherwise occur when achieving uniform transmission to the various bundles of fibers, particularly in cases in which an uneven intensity of the illumination is sensed by the fibers via the luminous material. The light funnel or the light funnels collect all the radiation which is emitted at any moment from the surface of the luminous material under consideration. This light is then transmitted to the ends of the fiber bundles in the same way, regardless of the intensity distribution over the surface of the luminous material.
The excitation radiation source is preferably arranged such that radiation in the ultraviolet wavelength range is emitted, although visible light could be used in some cases.
The excitation radiation source can expediently in the manner of a flashing lamp, such as. B. be designed with xenon-filled flash lamp, which is actuated by a pulsating energy source. A low-pressure mercury vapor lamp can also be used, which works continuously and provides for individual mercury lines. Phosphor cladding may be provided for the lamp to form wider spectral lines. The excitation radiation can have a single wavelength or isolated regions of wavelengths.
The present invention includes the detection of the emitted radiation at different wavelengths and an estimate of the relative intensities of the emitted luminous radiation at different wavelengths. This enables the positive characterization or identification of objects or bodies that carry luminous or fluorescent material. This is due to the clear emission spectra of special luminous components. The shape of the wavelength intensity emission spectrum is significant and by comparing the relative intensities at separate selected wavelengths, the results obtained are independent of the total intensity of the radiation emitted.
The bodies or objects that carry the luminescent material can comprise any suitable material, such as e.g. B. paper, cardboard, cardboard, metal, plastic or tissue, provided that the characteristics of the lighting material are not significantly affected if the materials mentioned are included.
The luminous material can be contained in or carried by the body during and after its manufacture. If the body e.g. B. comprises a thermoplastic material, the luminescent material can be introduced by extrusion or molding during the manufacture of the body. If the body is a fibrous material such as. B.
Paper, cardboard, cardboard or textile fabric, the luminescent material can be incorporated therein during the manufacture of the body, usually in the form of a fiber or a thread, which comprises the luminescent material. Alternatively, the luminous material can also be applied to the body by printing, typewriter or handwriting or the like.
The luminous material may or may not be colored. Optionally, it can be used alone or in combination with colored colorants or pigments.
By choosing one or more suitable luminescent materials, it is possible to designate a special object based on its characteristic emission spectrum. For example, labels for antibiotic preparations, the details of dosage, effectiveness or age, etc.
contain, or photographic chemicals of limited shelf life can be labeled with suitable illuminants and positively identified using the present invention. The labels can also be sorted based on their fluorescent signals.
In addition to recognizing and sorting the labels, it is possible to detect aging or chemical changes, such as light fading, by using materials that have specifically poor chemical resistance.
Four embodiments of the invention will now be explained in more detail, for example, and with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 shows a characteristic radiation spectrum of a luminous material (fluorescent material), the ordinate showing the luminous or fluorescent intensity and the abscissa showing the wavelength;
Fig. 2 is a schematic view of the first embodiment of the invention;
3 shows the arrangement of optical fibers in the first exemplary embodiment according to FIG. 2;
FIG. 4 shows a control circuit for the exemplary embodiment according to FIG. 2;
5 shows the optical arrangement of the alternative, second exemplary embodiment;
Fig. 6 is a view in the direction of arrow A in Fig. 5;
7 shows the optical arrangement of a further, third exemplary embodiment of the invention;
;
Fig. 8 shows the preferred fourth embodiment of the invention, and
9 shows a control circuit for use in the device according to FIG. 8.
The examples described below all relate to the identification of objects or bodies which carry luminous, fluorescent luminous material which has a characteristic emission spectrum.
1 shows diagrammatically a simple form of a radiation spectrum which can be obtained from a luminous material. The luminescent materials used with the present invention are selected so that the shape of the wavelength-intensity spectrum is characteristic of the luminescent material and is unique to this material.
The radiation intensity emitted by the luminescent material is detected at selected wavelengths, as indicated by the marks A, B and C in FIG. 1. The relative intensities of these selected wavelengths are compared and the comparison can provide information about the type of luminescent material examined, whether or not it is a particularly pronounced luminescent material that has been examined in the experiment. By comparing the relative intensities at selected wavelengths, the resulting results are independent of the overall intensity level of the emitted radiation.
In this way, changes in the excitation radiation used or any other variable factors such as the exact location or amount of the luminescent material or changes in the optical detection system used can cause changes in the overall intensity of the emitted radiation, but these changes have no influence on the relative magnitude of the radiation Intensity and the selected wavelengths.
A first optical arrangement which can be used to implement the invention is shown in FIG. 3. In this case, a test body is shown as a paper sheet or piece of cardboard 11. The test body 11 carries on a top surface a selected area of a luminescent material that has a characteristic emission spectrum. A radiation source 12 is provided in order to generate an excitation radiation which is passed through a filter 13 which is arranged below a light funnel 27 for directing the radiation onto a selected area of the test body 11. In this particular case, the excitation radiation source 12 is a low-pressure mercury vapor lamp with a phosphor sheath that produces a broadband ultraviolet light centered at about 350 nm.
The filter 13 serves to secrete the ultraviolet light and eliminates mercury emission lines in the visible range. Other excitation radiation light sources can also be used, such as e.g. B. a capillary flash lamp, which z. B. works with 50 Hz. If the surface of the luminous material is arranged on the test body 11 under the light funnel 27, the luminous material responds to the excitation radiation by emitting luminous radiation in all directions. A part of the emitted luminous radiation is collected by the light funnel 27, which transmits the luminous radiation through three separate optical systems to the relevant light amplifiers 18, 19 and 20, which each have associated filters 21, 22 and 23.
The three separate optical systems which transmit light simultaneously to the photodetectors from the luminescent material in this case comprise separate bundles of optical fibers 24, 25 and 26. Each of these bundles of fibers 24, 25 and 26 contains an equal number of fibers. The outer ends of the fibers end at the respective filters 21, 22, 23. At the other end, the fibers of each bundle 24, 25, 26 are all mixed with a uniform distribution at the interface with the common light funnel 27. In this case, the light funnel comprises 27 a compact block of transparent material, such as. As glass or plastic, and has beveled sides, as shown in Fig. 2, so that the end of the light funnel 27, which is adjacent to the test body 11, is much wider than the other end, which is an interface with the Forms fiber ends.
As shown in FIG. 2, the light funnel 27 is chamfered, so that the funnel collects the light over a substantial area of the test body and, owing to total internal reflection, the light emitted leads to the fiber ends. The light funnel 27 is similar to the light funnels shown in FIGS. 5 and 6 and, as shown in FIG. 6, two side surfaces of the light funnel 27 are parallel to one another. The use of a light funnel 27 prevents the fibers from collecting non-associated radiation coming from outside and furthermore enables a uniform light intensity for all fiber ends. As can be seen from FIG. 3, the fibers of each bundle are arranged in such a way that an equal spatial distribution in the interface is achieved with the end of the light funnel 27.
In Fig. 3, the fibers are assigned reference numerals which correspond to the reference numerals used for the respective fiber bundles, of which the fibers form part.
The filters 21, 22 and 23 are band-pass filters which are selected so that their transmissions do not overlap to a substantial degree and that the transmission maximum of one filter approximately corresponds to a maximum of the luminous emission spectral curve of the luminous material, while the transmission maxima of the other two filters correspond to any other suitable wavelength in the spectrum of the luminous material and are preferably selected such that they lie on both sides of the emission maximum to which a filter approximately corresponds. This is shown in FIG. 1, in which the three filters are selected so that they correspond to the wavelengths A or B or C.
The photodetectors 18, 19 and 20 each emit an electrical output signal which varies linearly as a function of the intensity of the emitted radiation incident thereon. The electrical outputs of the three photodetectors 18, 19, 20 are connected to a control circuit, which can be designed as shown in FIG. 4 and which will be described below. The control circuit is arranged to modify the signal from one of the photodetectors by attenuation or amplification and to compare the modified signal level with the signal levels derived from the other two photodetectors.
The results of the comparison are used to determine whether the luminescent material under test is a particular luminescent material that has been searched or whether the luminescent material is one of a selected number of possible luminescent materials
The control circuit used in connection with the exemplary embodiment according to FIG. 2 is shown in FIG. 4. The photodetectors 18, 19 and 20 each have a light amplifier which has electrical outputs 28, 29 and 30, respectively. The signal level derived from each amplifier can be controlled by an associated gain control 31, which is connected to each photodetector 18, 19, 20.
Each photodetector has an associated maximum follower circuit 32 which serves as an amplifier for the output of the associated light amplifier and which rectifies the AC component of the output signal of the light amplifier. In this case, DC output voltage signals are obtained in lines 33, 34 and 35 which are representative of the intensity of the illumination which has been scanned by the respective photodetector. In this particular case, the signal 28 corresponds to that for the wavelength marked with A in FIG. 1, the signal 29 corresponds to the intensity of the wavelength B and the signal 30 corresponds to the intensity which has been sampled at the wavelength C.
The relative intensities based on the wavelengths A, B and C are known from previous calibration using a reference material and the device according to the example has been used to determine whether the test body has a luminescent material which corresponds to that which was previously used during the calibration.
Therefore, if the test material is the luminescent material previously used in the calibration, it is expected that the signal 28 will be larger than the signals 29 and 30 because the intensity of the wavelength scanned by the photodetector 18 should be the largest. Consequently, the signal on line 33 is fed to a potentiometer 36 which has an output 37 which corresponds to a selected fraction of the voltage level in line 33. The reduced output signal 37 is itself fed to a further potentiometer 38 in order to obtain a further reduced output signal 39. A comparator 40 has two inputs, one of which is connected to the signal 37 and the other to the line 34. The output of the comparator 40 is connected to a light-emitting diode 41 and to an AND gate 42.
The comparator is arranged so that the diode 41 lights up when the signal in line 34 is smaller than the attenuated signal 37, which has been derived from the photodetector output 28. Another comparator 43 has an input which is connected to line 34 and a second input which is used to receive the second attenuated signal 39. The output of the comparator 43 is connected to a light emitting diode 44 and the AND gate 42. The comparator 43 is arranged such that the diode 44 lights up when the signal in line 34 is greater than the second damped signal 39.
Using comparators 40 and 43, two attenuated signals derived from the output of photodetector 18 are compared to the output of photodetector 19 and light emitting diodes 41 and 44 provide an indication of the relative magnitude of the signal from photodetectors 18 and 19 A similar additional circuit is provided to perform a similar comparison between output signal 28 and output signal 30 derived from photodetector 20. The signal in line 33 is fed to a potentiometer 45, which emits a first damped output signal 46. The damped output signal 46 itself is led to a potentiometer 47, which gives rise to a second attenuated output signal 48.
The attenuated output signals 46 and 48 are each fed to the inputs of additional comparators 49 and 50, respectively, which are each arranged to receive the unchanged signal from line 35 at their other inputs. Each of the comparators 49 and 50 is connected to the AND gate 42 and these have corresponding light emitting diodes 51 and 52 in their output circuits. In this way, the diode 51 lights up when the attenuated signal 46 is greater than the signal in line 36, and the light-emitting diode 52 illuminates when the signal in line 35 is greater than the second attenuated signal 48.
The AND gate is connected to a light emitting diode 53 which lights up when the outputs of all four comparators 40, 43, 49 and 50 indicate that the one under test
Luminous material has relative intensities at the wavelengths A, B and C, which correspond to those of the reference material that has been used in calibrating the device. If for some reason the luminous material determined on the test specimen does not agree with that previously used in calibrating the device, then the relative magnitudes of the signals are
Photodetectors, corresponding to wavelengths A, B and C, do not so as to saturate comparators 40, 43, 49 and 50, and consequently some of the light emitting emit light
Diodes not on.
The line 33, which has the strongest output signal, is connected to an overload device 55, which comprises a comparator, which is of a suitable type
Reference input 56 is fed. The output of the overload device 55 is connected to a light-emitting diode 57 so that a warning signal can be issued if the output from the photodetector 18 is too large.
It is understood that the settings of the potentiometers 36, 38, 45 and 47 are derived from the previous calibration of the device using reference illuminant and this can be changed from time to time when the device is used, to examine different types of lighting material. Although the examples described comprise three photodetectors with a corresponding number of components in the control circuit, more than three photodetectors with a corresponding number of additional potentiometers and comparators can still be used in the control circuit. Increasing the number of photodetectors increases the security of the identification of the test material. It can also increase the versatility of the device.
For example, if two fluorescent materials have emission curves that are partially identical and partially different, the device can be used to distinguish between the two emission curves and to indicate the presence or absence of either.
5 and 6 show a further alternative optical arrangement. Overall, this is similar to the arrangement shown in FIG. 2, in which the photodetectors 18, 19 and 20 are used, each of which has an associated bundle of light fibers 24, 25 and 26, which lead to a common light funnel 27 . However, in the case of FIG. 2, the excitation radiation source is a single excitation radiation source (not shown), and in FIGS. 5 and 6 the excitation radiation source consists of two lamps 12 which are arranged on both sides of the light funnel 27. Each lamp extends along a horizontal housing 60 that has an inclined elongated window that faces downward against the test body 12.
The light funnel 27 extends vertically between the two adjacent edges of the lamp housing 60 and the lower edge of the light funnel is guided down to below the lamp housing.
In both embodiments according to FIGS. 2 and 5, it is possible to modify the device in order to avoid the use of the light funnel. In this case, the ends of the fibers themselves end just above the test body and the fiber ends then have the uniform distribution, as shown in FIG. 3, immediately above the test body. An arrangement of this type is shown in FIG. 7 in combination with an alternative way of delivering the excitation radiation. In this case, each of the photodetectors 18, 19 and 20 has its associated fiber bundle 24, 25 and 26, the ends of the fibers ending just above the test body 11. However, in this case the ends of the scanning fibers are uniformly distributed in an annular arrangement around an additional bundle of fibers which conducts the excitation radiation.
This additional bundle of fibers 62 forms a central core of the fibers and is surrounded by the scanning fibers 24, 25 and 26 at their end opposite the test body.
The bundle 62 is connected to a light funnel 63, which is similar overall to the light funnel 27, as has been described before. In this case, the wider one
End of the light funnel facing a light source 12 which is provided with a suitable filter 64.
In some cases it is desirable to examine test specimens that are transported on a transport system. A preferred embodiment of the invention, which is designed for this purpose, is shown in FIGS. 8 and 9. In this case, the test specimens are placed on a
Transport system 70 promoted with motor-driven rollers 71. The transport system is arranged to pass under half of a slit-like opening 72 in a plate 73. In a housing 76 above the opening 72, a flashing lamp 74 is used, which forms a source of excitation radiation. An ultraviolet filter 75 and a cylindrical lens 79 are arranged immediately below the lamp 74. The light passing through the filter 75 is directed against the slit-like opening 72 by means of the lens 78 through a lower open end of the housing 76.
Adjacent to the exterior of the housing 76 are two light funnels 77, 78 which are designed similarly to the light funnel 27 described above. Each of the light funnels 77, 78 is connected to the fiber bundles 24, 25 and 26, which lead to the photodetectors 18, 19 and 20. The fibers of each bundle are divided into two groups, one group being connected to the light funnel 77 and the other group being connected to the light funnel 78. Each group contains an equal distribution of fibers from each of the bundles. The light funnels 77 and 78 are inclined against the vertical, so that the lower surfaces of the two light funnels are directed against the surface of the transport system below the slot-like opening 72.
The longitudinal direction of the light funnel openings runs parallel to the longitudinal direction of the slot-like opening 72 and this is directed transversely to the direction of movement of the transport system 70. The flashing lamp 74 is coupled to a control circuit that is provided to synchronize the actuation of the flashing lamp with the arrival of each test specimen at the test station, with a brief flash of light being directed at the test specimen as it is moved on the transport system, thereby causing the test specimen to move apparently frozen.
The operation of the device is otherwise similar to that previously described. The synchronization of the lamp 74 with the arrival of each test body will now be described with reference to FIG. 9.
The area of the fluorescent material on the test body is preferably kept as small as possible so that the light funnels 77 and 78 only scan fluorescent material which shines through the slit-like opening 72. The area of the fluorescent material can be kept slightly larger than the area of the slit-like opening 72, but a precise synchronization of the action of the flash lamp 74 is necessary in order to obtain a sufficient effect. In the arrangement shown in FIG. 9, the test body 11 is shown moving along the transport system 70 between a lamp 81 and a light scanner 82.
This is arranged in a suitable arrangement in relation to the device shown in FIG. 8, so that the detector 82 can scan the edge of the test body as soon as the test body approaches the test station. When the edge of the test specimen arrives at a predetermined position, the light normally sensed by the detector 82 is interrupted and this produces a signal on a bistable 83. The output of the bistable 83 is fed to an AND gate 85 together with the output of a crystal controlled timer 84. The output of the AND gate 85 is fed to a counter 86 which is arranged to give the bistable 83 a trigger signal. The counter 86 is in turn coupled to a comparator 87, to which an adjustable delay signal is fed via the line 88.
The comparator 87 is arranged to provide an output pulse on line 89 so as to trigger the flashing flash lamp 74.
The output pulse in line 89 is triggered at a precisely determined time delay after the edge of the test body 11 has been scanned. The entire activity is maintained by the timer 84 at precisely determined times.
In this way, the test body can be moved at high speed on the transport system, such as. B. 250 inches / sec. The flashing / flashing lamp can be actuated with a time delay of 14 ms after the position of the test body has been scanned by the detector 82.
In an alternative embodiment to using lamp 81 and photodetector 82, the position of the test body approaching the test station can be sensed using a single light funnel and a photodetector to scan the fluorescent area on the test body. The detector can be used to determine the point in time at which the fluorescent effect exceeds a certain value. In this case, the light funnel can be placed adjacent to an edge of the slit-like opening 72 and light from the light funnel can be directed to a detector at the location of the detector 82 in FIG. 9.
It is obvious that the invention is not limited to the details of the above description. Various changes can be made in the light source and in the number of photodetectors used, as well as in the used control circuit to compare the output signals of the photodetectors. Furthermore, the invention can be used for a variety of purposes. The invention is particularly suitable for the testing of labels of pharmaceutical products and also for the testing and sorting of containers to which suitable labels are attached when the containers are being transported, sorted or packaged. Furthermore, a large number of articles, to which lighting material is assigned, can be checked and / or sorted using the device and the previously described method.