DD216323A1 - ELECTROMECHANIC LIGHT CHOPPER FOR FOUR DIFFERENT WAVE LENGTHS - Google Patents

ELECTROMECHANIC LIGHT CHOPPER FOR FOUR DIFFERENT WAVE LENGTHS Download PDF

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Abstract

Der elektromechanische Licht-Chopper fuer 4 verschiedene Wellenlaengen gestattet das Ausfiltern von Licht 4 verschiedener Wellenlaengen, wobei Licht von 2 verschiedenen Wellenlaengen der Beleuchtung des Messobjektes dient. Der Chopper steuert selbststaendig ohne weitere Hilfsmittel direkt 2 optoelektrische Wandler an, wodurch die Messung der Lichtintensitaeten des vom Messobjekt angenommenen Lichtes bei 2 ebenfalls verschiedenen Wellenlaengen moeglich ist. Dieser Effekt wird durch Schlitzblenden auf einer rotierenden optiche Filter tragenden Scheibe erreicht. Der Chopper arbeitet deshalb ohne aufwendige elektronische Ansteuerung der optoelektrischen Wandler oder der elektronischen Messwertverarbeitung und ist sehr einfach im Aufbau. Dieser elektromechanische Licht-Chopper eignet sich fuer die Vermessung von 2 optischen Parametern von biologischem Material besonders gut, da die Beleuchtung des Messobjektes nur jeweils waehrend der beiden Messcyclen erfolgt. Weiterhin erhalten die optoelektrischen Wandler vom Chopper nur waehrend d. entsprechenden Beleuchtung des Messobjektes einen vom Messobjekt abgenommenen Lichtimpuls.The electromechanical light chopper for 4 different wavelengths allows the filtering of light 4 different wavelengths, with light of 2 different wavelengths of the illumination of the measurement object is used. The chopper independently controls 2 optoelectrical transducers directly without additional aids, whereby the measurement of the light intensities of the light assumed by the test object is possible at 2 also different wavelengths. This effect is achieved by slit apertures on a rotating optiche filter-carrying disc. The chopper therefore works without complicated electronic control of the opto-electrical converter or the electronic measured value processing and is very simple in construction. This electromechanical light chopper is particularly suitable for the measurement of 2 optical parameters of biological material, since the illumination of the measurement object takes place only during each of the two measurement cycles. Furthermore, the optoelectric converters of the chopper receive only during d. corresponding illumination of the object to be measured, a light pulse picked up by the object to be measured.

Description

- Ί - £Ο\ UUU D- Ί - £ Ο \ UUU D

Elektromechanischer ücht-Chopper für 4 verschiedene WellenlängenElectromechanical chopper for 4 different wavelengths Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Chopper zum Ausfiltern von Licht 4 verschiedener Wellenlängen mittels optischer Filter. Dabei wird jeweils Licht der Wellenlängen λ, und A3 sowie A2 und A4 gemeinsam ausgefiltert. Dieser elektromechanische Chopper eignet sich speziell für den Einsatz in Meßgeräten, die eine kurzzeitig versetzte gemeinsame Bestimmung von zwei optischen Parametern vornehmen. Dabei sind die Wellenlängen A1 {Primärlicht 1)undA3(Secundärlicht 1) sowie A2 (Primärlicht 2) und A4 (Secundärlicht 2) die interessanten Wellenlängenkombinationen. Ein solches Chopperungssystem gestattet speziell optische Messungen am lebenden Organ oder an Mehrfachmeßeinrichtungen, da es für das Arbeiten mit Lichtkabeln ausgelegt ist und somit eine flexible Trennung Meßobjekt Meßeinrichtung ermöglicht. Der Chopper eignet sich für den Einsatz in 2-Kanal-Geräten z.B. a) 2-Kanal-Fluorimeter, b) 2-Kanal-Photometer, c) 1-Kanal-Fluorimeter plus 1-Kanal-Photometer sowie d) 1-Kanal-Fluorimeter plus 1-Kanal-Reflektometer. Speziell eignet sich der Chopper für den Einsatz in einem multifunktionellen 2-Kanal-Meßsystem, das in wenigen Minuten so umgerüstet werden kann, daß die Messung aller oben beschriebenen Funktionskombinationen (a, b, c und d) möglich ist.The invention relates to an electromagnetic chopper for filtering light 4 of different wavelengths by means of optical filters. In each case light of the wavelengths λ, and A 3 and A 2 and A 4 are filtered out together. This electromechanical chopper is particularly suitable for use in measuring instruments that perform a short offset common determination of two optical parameters. The wavelengths A 1 {primary light 1) and A 3 (secondary light 1) and A 2 (primary light 2) and A 4 (secondary light 2) are the wavelength combinations of interest. Such a chopper system specifically allows optical measurements on the living organ or at Mehrfachmeßeinrichtungen, since it is designed for working with light cables, thus enabling a flexible separation Meßobjekt measuring device. The chopper is suitable for use in 2-channel devices eg a) 2-channel fluorometer, b) 2-channel photometer, c) 1-channel fluorimeter plus 1-channel photometer and d) 1-channel Fluorimeter plus 1-channel reflectometer. Specifically, the chopper is suitable for use in a multifunctional 2-channel measuring system, which can be retrofitted in a few minutes so that the measurement of all the above-described combinations of functions (a, b, c and d) is possible.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bisherige mechanische Chopperfür Mehrkanalgeräte erforderten die elektronische Synchronisation der einzelnen Meßkanäle oder waren im mechanischen Aufbau kompliziert.Previous mechanical choppers for multi-channel devices required the electronic synchronization of the individual measuring channels or were complicated in mechanical structure.

Chance, B.; and LegallaisChance, B .; and legals

Inst. Electr. Electron eng. TransInst. Electr. Electron tight. trans

Biomed. eng. 10,(1963)40-47 ,Biomed. closely. 10, (1963) 40-47,

Chance, B.; Mayer, D.; Graham, N. and Legallais, V.Chance, B .; Mayer, D .; Graham, N. and Legallais, V.

Rev. Sei. Instr. 41, (1970) 111-115Rev. Sei. Instr. 41, (1970) 111-115

Chance, B.; Graham, N. and Mayer, D.Chance, B .; Graham, N. and Mayer, D.

Rev. Sei. Instr. 42, (1971) 951-957Rev. Sei. Instr. 42, (1971) 951-957

Konen, E.; Konen, C. andThorellKonen, E .; Konen, C. and Torel

Biochim. Biophys. Acta 1, (1972) 189-196Biochim. Biophys. Acta 1, (1972) 189-196

Chance, B.; Legallais, V.; Sorge, J. and Graham, N. .Chance, B .; Legallais, V .; Sorge, J. and Graham, N..

Anal. Biochem. 66, (1975) 489-514Anal. Biochem. 66, (1975) 489-514

Patentschriften: Patents:

in der Zentralen Patentbibliothek der DDR im Amt für Erfindungs- und Patentwesen ,in the Central Patent Library of the GDR in the Office of Inventions and Patents,

24 49244 BRD G 01 η 21/5224 49244 BRD G 01 η 21/52

2359688 BRD G 01 η 21/522359688 BRD G 01 η 21/52

4105333 USA G 01 η 21/524105333 USA G 01 η 21/52

3891853 USA G 01 η 21/523891853 USA G 01 η 21/52

3825762 USA G 01 η 21/52 .3825762 USA G 01 η 21/52.

27 48687 BRD G 21 K 1/0427 48687 BRD G 21 K 1/04

Bei dem neuen Chopper erfolgt aufgrund seiner speziellen, aber sehr einfachen Konstruktion die Synchronisation der beiden Wellenlängenkombinationen mechanisch. Eine elektronische Umschaltvorrichtung für die einzelnen Meßkanäle bei der nachfolgenden Informationsverarbeitung ist nicht erforderlich. Weiterhin wird bei den meisten bekannten Choppern das Versuchsobjekt ständig oder auch bei inverser Filterposition beleuchtet, wodurch speziell beim Bestrahlen von biologischem Material mit hochenergetischem Licht eine Zerstörung von optisch interessanten Bestandteilen möglich ist.Due to its special but very simple construction, the synchronization of the two wavelength combinations takes place mechanically with the new chopper. An electronic switching device for the individual measuring channels in the subsequent information processing is not required. Furthermore, in the case of most known choppers, the test object is illuminated continuously or even in the inverse filter position, which makes it possible to destroy visually interesting components, especially when irradiating biological material with high-energy light.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, einen sehr einfachen, nur aus einer rotierenden filtertragenden Scheibe bestehenden elektromechanischen Chopper einzusetzen. Durch geschicktes Anbringen von Schlitzblenden, die auf der rotierenden Scheibe fest verankert sind, ist in einfacher Weise sowohl die Trennung von Primärlicht als auch von Sekundärlicht in zwei separate optische Kanäle möglich. Dabei wird das Meßobjekt lediglich mit Licht von zwei erwünschten Wellenlängen (Ai und A2) beleuchtet. Befinden sich die Filter für die optische Trennung des Secundärlichtes (A3 und A4) in der Position, die zu einer Beleuchtung des Meßobjektes führen müßte, wird das System optisch verriegelt und somit eine zusätzliche unerwünschte Beleuchtung des Untersuchungsobjektes vermieden. Weiterhin gelangt das Secundärlicht (A3 und A4).lediglich bei der erwünschten Filterkombination (A1 und A3) sowie (A2 und A4) in zwei getrennt arbeitende optoelektrisch^ Wandler (SEVs).The object of the invention is to use a very simple electromechanical chopper consisting only of a rotating filter-carrying disc. By clever attachment of slit diaphragms, which are firmly anchored on the rotating disc, both the separation of primary light and secondary light in two separate optical channels is possible in a simple manner. In this case, the measured object is illuminated only with light of two desired wavelengths (Ai and A 2 ). If the filters for the optical separation of the secondary light (A 3 and A 4 ) are in the position which would lead to illumination of the measurement object, the system is optically locked and thus an additional unwanted illumination of the examination object is avoided. Furthermore, the secondary light (A 3 and A 4 ) arrives only in the desired filter combination (A 1 and A 3 ) and (A 2 and A 4 ) in two separately operating opto-electrical converters (SEVs).

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, mittels einer einzigen rotierenden Scheibe, in der optische Filter verankert sind, sowohl das Primärlicht (A1 und A2) als auch das zu messende Secundärlicht (A3 und A4) von zwei optischen Komponenten herauszufiltern. Dabei können alle 4 Wellenlängen unterschiedlich sein (A1 # A2 ^X3^ A4). Diese Vorrichtung gestattet es, ohne elektronische Schalter zwei getrennt arbeitende optoelektrisch^ Wandler anzusteuern. Dadurch wird der Aufwand für die elektronische Signalverarbeitung bedeutend verringert. Dieser Effekt wird durch Schlitzblenden vor den Filtern erreicht, die auf der filtertragenden Scheibe fest verankert sind (Fig. 1,2 und 3; A, B, C, D). Durch diese Schlitzblenden wird bei nicht geeigneter Filterposition der Durchtritt von Licht durch die Filter zum Meßobjekt sowie der Eintritt des Secundärlichtes in die optoelektrischen Wandler versperrt.The object of the invention is to filter out both primary light (A 1 and A 2 ) as well as the secondary light to be measured (A 3 and A 4 ) from two optical components by means of a single rotating disc in which optical filters are anchored. All 4 wavelengths can be different (A 1 # A 2 ^ X 3 ^ A 4 ). This device makes it possible to control two separately operating optoelectronic transducers without electronic switches. As a result, the cost of electronic signal processing is significantly reduced. This effect is achieved by slit diaphragms in front of the filters which are firmly anchored to the filter-bearing disc (Figures 1, 2 and 3, A, B, C, D). By means of these slit diaphragms, if the filter position is not suitable, the passage of light through the filters to the object to be measured and the entrance of the secondary light into the optoelectric converters are obstructed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Licht von einer polychromatischen Lichtquelle auf eine rotierende filtertragende Scheibe geleitet wird. Bei für die Messungen geeigneter Stellung der Filter kann das Licht der polychromatischen Lichtquelle durch die Aussparung in der Schlitzblende (A) (Fig. 1; A) der filtertragenden Scheibe auf das Filter treffen. Nach Passieren des Filters wird das Licht mit der Wellenlänge A1 zweckmäßig mittels eines Lichtleitkabels (1); Fig. 1; 1) und (Fig.4; 1) zum Versuchsobjekt geleitet. Das vom Versuchsobjekt abgeleitete Secundärlicht der Wellenlänge A3 gelangt durch die beiden Schenkel eines Lichtleitkabels mit Y-Verzweigung (2 und 3) zur rotierenden Filterscheibe (Fig. 1-4; 2 und 3). Die Lichtaustrittsöffnung der beiden rückführenden Schenkel des 2fach Leitkabels sind in ihrer Höhenanordnung versetzt im Gehäuse, das die filtertragende Scheibe umgibt, angeordnet (2 und 3); (Fig.4). Da ein Teil des Interferenzfilters zum Ausfiltern des Lichtes der Wellenlänge A3 durch die Schlitzblende (C); (Fig. 1; C) verdeckt wird, kann das Secundärlicht der Wellen-According to the invention this object is achieved in that light is passed from a polychromatic light source to a rotating filter-carrying disc. With the position of the filters appropriate for the measurements, the light from the polychromatic light source can strike the filter through the recess in the slit (A) (Figure 1 A) of the filter disk. After passing through the filter, the light with the wavelength A 1 is expediently by means of a light guide cable (1); Fig. 1; 1) and (Fig.4; 1) to the test object. The secondary light of the wavelength A 3 derived from the test object passes through the two limbs of a light guide cable with a Y branch (2 and 3) to the rotating filter disk (FIGS. 1-4, 2 and 3). The light exit opening of the two returning legs of the double guide cable are offset in their height arrangement in the housing, which surrounds the filter-carrying disc arranged (2 and 3); (Fig.4). Since a part of the interference filter for filtering the light of the wavelength A 3 through the slit (C); (Fig. 1; C), the secondary light of the wave-

-2- 251 000-2- 251 000

länge X3 nur durch den nicht abgedeckten Teil des Filters für λ3 hindurchtreten. Durch ein in gleicher Höhe angebrachtes Lichtleitkabel hinter der rotierenden Scheibe (Fig.4; A3) gelangt dieses Licht nun zu einem der optoelektrischen Wandler, während der zweite optoelektrische Wandler kein Lichtimpuls erhält, da die Schlitzblende (C) den Lichtweg versperrt. (Fig. 1; 2= verdeckt und 3 =; offen)Length X 3 pass only through the uncovered part of the filter for λ 3 . By means of a light guide cable mounted at the same height behind the rotating disk (Figure 4 A 3 ), this light now reaches one of the optoelectric transducers, while the second optoelectrical converter does not receive any light impulse since the slit diaphragm (C) obstructs the light path. (Figure 1, 2 = hidden and 3 = open)

Die Zuführung des Primärlichtes der Wellenlänge A2 erfolgt während einer Linksdrehung der Scheibe um ca. 90° durch die Schlitzblende (B), die den Weg durch das nur für die Wellenlänge A2 durchlässige Filter freigibt (Fig. 2; 1). Das vom Versuchsobjekt abgenommene Secundärlicht A4 gelangt nach Passieren des für diese Wellenlänge durchlässigen Filters vermittels eines ebenfalls in gleicher Höhe angebrachten Lichtleitkabels zum zweiten optoelektrischen Wandler (Fig.4; A4). In diesem Arbeitsregime ist der Zutritt von Licht zum ersten optoelektrischen Wandler durch die Schlitzblende (D) versperrt (Fig. 2; 3). Bei der weiteren Linksdrehung der rotierenden Filterscheibe bis zu 180° gelangt weder Licht zum Meßobjekt, noch gelangt Licht in die optoelektrischen Wandler, da die Schlitzblenden in diesem Arbeitstakt eine Lichtleitung verhindern (Fig. 3; 1 verdeckt durch C oder D sowie 2 oder 3 verdeckt durch A oder B).The supply of the primary light of wavelength A 2 takes place during a left-hand rotation of the disk by about 90 ° through the slit diaphragm (B), which clears the path through the filter permeable only to the wavelength A 2 (FIG. 2, 1). The secondary light A 4 removed from the test object, after passing through the filter which is permeable to this wavelength, reaches the second optoelectrical converter by means of a light guide cable which is likewise mounted at the same height (Figure 4 , A 4 ). In this operating regime, the access of light to the first opto-electrical converter is blocked by the slit (D) (Figure 2, 3). During the further left rotation of the rotating filter disc up to 180 ° neither light reaches the object to be measured, nor passes light into the opto-electrical converter, since the slit diaphragms in this working cycle prevent light conduction (Figure 3, 1 concealed by C or D and 2 or 3 hidden by A or B).

AusführungsbejspielAusführungsbejspiel

Die rotierende Filterscheibe, aus einer hochfesten Aluminium-Legierung gefertigt/ist 12 mm stark und hat einen Durchmesser von 150mm (Fig.3). In ihr sind 4 runde Ausfräsungen von 50,5mm Durchmesser und 10mm Tiefe angebracht, in denen 4 austauschbare Interferenzfilter eingesetzt sind (Fig.3A-,-A4). Aus dem verbleibenden Material der Ausfräsungen (2 mm) sind die Schlitzblenden (A), (B), (C) und (D) (Fig.3; A, B, C und D) herausgearbeitet. Diese Materialreste dienen gleichzeitig als vordere Begrenzung der Interferenzfilter. Die rotierende Scheibe befindet sich in einem Gehäuse von 190mm Durchmesser und 56mm Stärke (Fig.4). In dem Gehäuse befindet sich die Lichteintrittsöffnung für das polychromatische Licht λ poly. (Fig.4; A poly). Des weiteren dient das Gehäuse zur Halterung der Lichtleitkabel 1,2,3 A3 und A4 (Fig.4; 1,2,3,4A3 und A4).The rotating filter disc, made of a high-strength aluminum alloy / is 12 mm thick and has a diameter of 150mm (Figure 3). In it are 4 round cutouts of 50.5mm diameter and 10mm depth mounted in which 4 interchangeable interference filters are used (Figure 3A - A 4 ). The slit apertures (A), (B), (C) and (D) (Figs. 3, A, B, C and D) are machined out of the remaining material of the recesses (2 mm). These remnants of material also serve as the front boundary of the interference filters. The rotating disk is located in a housing of 190mm diameter and 56mm thickness (Fig.4). In the housing is the light entrance opening for the polychromatic light λ poly. (Figure 4, A poly). Furthermore, the housing serves to hold the optical fiber cables 1,2,3 A 3 and A 4 (Figure 4 , 1,2,3,4A 3 and A 4 ).

Die Antriebsachse der rotierenden Filterscheibe ist im Gehäuse kugelgelagert angebracht (nicht dargestellt) und gewährleistet das Betreiben der rotierenden Filterscheibe mit einigen 1000 U/min.The drive shaft of the rotating filter disc is mounted in the ball bearing (not shown) in the housing and ensures the operation of the rotating filter disc with some 1000 rev / min.

Claims (1)

-3- 251 000 6-3- 251 000 6 Erfindungsanspruchinvention claim Elektromechanischer Licht-Chopper für 4 verschiedene Wellenlängen,gekennzeichnet dadurch, daß durch eine einzige rotierende filtertragende Scheibe Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen λ, und X2 nach Passieren der Filter für X1 und X2 zum Meßobjekt geleitet wird, das Ansteuern von zwei optoelektrischen Wandlern zur Messung des vom Meßobjekt abgenommenen Lichtes der Wellenlänge X3 und X4 geschieht ohne weitere Hilfsmittel direkt durch die rotierende Scheibe, wobei die Zuführung des Lichtes vom Chopper zum Meßobjekt bzw. die Rückführung des zu messenden Lichtes zum Chopper zweckmäßig mittels Lichtleitkabel erfolgt, (die aber nicht notwendig sind), die Freigabe der Lichtleitwege zum Meßobjekt sowie zu den beiden getrennt arbeitenden optoelektrischen Wandlern nur bei geeigneter Stellung der Filter für X1 (Beleuchtung 1 des Meßobjektes) und X3 (vom Meßobjekt abgenommenes Licht 1) sowie bei geeigneter Stellung der Filter für X2 (Beleuchtung 2 des Meßobjektes) und X4 (vom Meßobjekt abgenommenes Licht) geschieht durch Schlitzblenden, die auf der rotierenden filtertragenden Scheibe fest verankert sind, wobei die Beleuchtung des Meßobjektes mit Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen erfolgen kann (X1 und X2) und das Ansteuern der optoelektrischen Wandler vermittels der rotierenden Scheibe kann ebenfalls mit dem Licht von zwei verschiedenen Wellenlängen (X3 und X4) erfolgen, woraus resultiert, daß Licht mit 4 verschiedenen Wellenlängen geschoppert werden kann.
Hierzu 4 Seiten Zeichnungen
Electromechanical light chopper for 4 different wavelengths, characterized in that by a single rotating filter-carrying disc light of two different wavelengths λ, and X 2 is passed after passing through the filters for X 1 and X 2 to the DUT, the driving of two opto-electrical converters to measure the light of the wavelength X 3 and X 4 removed from the object to be measured is done directly by the rotating disk without further aids, the supply of light from the chopper to the object to be measured or the return of the light to be measured to the chopper appropriately by means of fiber optic cable, (the but are not necessary), the release of Lichtleitwege to the DUT and the two separately operating opto-electrical converters only in a suitable position of the filter for X 1 (Illumination 1 of the DUT) and X 3 (light removed from the DUT 1) and in a suitable position of the Filter for X 2 (illumination 2 of the test object) and X 4 (light removed from the object to be measured) is effected by slit diaphragms which are firmly anchored on the rotating filter-carrying disk, the illumination of the object to be measured being able to take place with light of two different wavelengths (X 1 and X 2 ) and driving the opto-electrical converters The rotating disk can also be made with the light of two different wavelengths (X 3 and X 4 ), with the result that light with 4 different wavelengths can be chopped.
For this 4 pages drawings
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