DE2423255A1

DE2423255A1 - Optisches geraet

Info

Publication number: DE2423255A1
Application number: DE2423255A
Authority: DE
Inventors: George Edward Sheldrick
Original assignee: Ilford Ltd
Current assignee: Ilford Imaging UK Ltd
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1974-05-14
Publication date: 1974-11-28
Also published as: GB1434304A; US3926525A; CH577676A5

Description

DR. BRRG DIPL.-iNG. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602

Anwaltsakte 24 955 1 i MAI 1974

Ilford Simited, Ilford, Essex/Großbritannien

Optisoh.es Gerät

Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät und insbesondere ein Photometer, bei dem zwei Lichtstrahlen, nämlich ein Meßstrahl und ein Vergleichs- oder Bezugsstrahl, vorgesehen sind, die abwechselnd auf eine lichtempfindliche Zelle fallen; das Verhalten bzw₀ das Ansprechen der Zelle in Bezug auf die unterschiedliche Intensität der Strahlen wird dazu verwendet, einen Servomotor anzutreiben; durch den Servo-

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P (0811) 98 82 72 8 München 80, MauerklrcherstraBe 45 Banken: Bayerische Verelnsbank München 453100

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983310 TELEX: 05 24 560 BERQd Postscheck München 653 43-808

motor wird mittels eines Graukeils der Dämpfungs- bzw. Sehwächungsgrad des Bezugsstrahls gesteuert, um so die geringere Intensität des Meßstrahls zu kompensieren.

Die Strahlen könnten von einer Prüflichtquelle und einer Bezugs- (Standard-) lichtquelle ausgehen. Wird ein geeichter, variabler Graukeil in den Bezugsstrahl eingeführt, so kann die relative Intensität der lichtquellen gemessen werden. Mit einem anderen Gerät können die Strahlen von der gleichen Lichtquelle ausgehen, wobei der variable Keil in dem Bezugsstrahl dazu verwendet würde ₉ die Abserption eines Prüflings im Meßstrahl zu bestimmen. Solche Prüflinge könnten z.B, eine photograph!sehe Platte, oder ein solcher Film sein, wie sie bei einem optischen Emissionsspektrographen, einem Massenapektrometer oder einer Röntgenbeugungskamera erhalten werden, wenn die photographische Abbildung eine dunkle Linie ist, deren optische Dichte oder Schwärzung von Bedeutung isto Außerdem könnten die Prüflinge Proben von gefärbten Lösungen sein, wie sie bei einem kolorimetrischen analytisohen Verfahren erzeugt werden, bei dem die Farb-Intensität bzw. -Tiefe oder die monochromatische optische Dichte in einer bekannten Beziehung zu der Konzentration steht. Weiterhin kann der Prüfling ein belichteter und verarbeiteter, beschichteter Streifen einer photοgraphischen Emulsion sein, der entsprechend präpariert ist, um die sensisometrischen Eigenschaften einer photοgraphischen zu erhalten.

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Ein solches Gerät hat jedoch den Nachteil, daß bei der Messung einer hohen optischen Dichte der Bereich der auf den Photodetektor fallenden Lichtintensitäten entsprechend dem Anti-Logarithmus des Dichtehereichs groß ist. So würde für eine optische Dichte von 1,0 der Intensitätsbereich an der Photozelle 10:1 und für eine Dichte von 2,0 100:1 sein; für eine Dichte vo& 5»0 würde jedoch der Intensitätsbereich 100.000:1 "betragen. Die Ausbildung eines Meßsystems, das so große Bereiche der Intensitätsmessung erfassen kann, ist jedoch sehr komplex und aufwendig, und es treten viele Probleme auf.

In der GB-PS 962 735 wird jedoch ein Photometer beschrieben, bei dem die Intensität eines BezugslichtStrahls mit der Intensität eines Meßlichtstrahls unter Verwendung eines Photodetektors verglichen wird, wobei der Bezugs- und der Meß-Lichtstrahl auf unterschiedlichen Wegen verlaufen, jedooh das gleiche Lichtmodulationssystem passieren«, Das Lichtmodulationssystem ist relativ zu den Lichtstrahlen bewegbar und so in dem Gerät angeordnet, daß die Bewegung des Systems in eine Richtung die optische Durchlässigkeit in der Bahn des Bezugsstrahls erhöht und die optische Durchlässigkeit in der Bahn des Meßstrahls herabsetzt, während eine Bewegung des Systems in die umgekehrte Richtung die optische Durchlässigkeit in der Bahn des BezugsStrahls verringert und die

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optische Durchlässigkeit in der Bahn des Meßstrahls erhöht. Uaeh der GB-PS 962 735 weist das Lichtmodulationssystem zwei variable Dämpfungs- oder Schwächungsglieder auf, die nach einer bevorzugten Ausführungsform die ¥orm einer Maske mit sich verjüngenden öffnungen haben₀ Die variablen Dämpfungsglieder bewegen sich synchron quer zu den Bahnen des Bezugs-Meßstrahls. In der G-B-PS 962 735 wird darauf hingewiesen, daß jedes der beiden Dämpfungsglieder nur einen Bereich von ■* haben muß; wird im Gegensatz hierzu, wie es bisher üblich war, nur ein Dämpfungsglied verwendet, so muß dieses den gesamten Bereich A haben. Deshalb ergibt das in der GB-PS 962 735 beschriebene Gerät eine wesentliche Verbesserung des brauchbaren Bereichs.

Mit dem Einsatz von zwei variablen Dämpfungsgliedern, die sich synchron bewegen müssen_p treten jedoch bestimmte Probleme auf. Z.B. ist ein komplizierter Getriebemechanismus erforderlich, um sicherzustellen, daß sie, wie erforderlich, synchron angetrieben werden; weiterhin sollten die beiden Beleuchtungsstrahlen räumlich gleichförmig sein, und die Form der beiden Masken- oder Blendenlamellen sollte gleich sein_e

Deshalb soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein Photometer des in der GB-PS 962 735 beschriebenen Typs geschaffen

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werden, wobei jedoch sowohl der Meßstrahl als auch der Bezugsstrahl durch ein einziges Dämpfungs- bzw. Schwächungsglied verlaufen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Photometer des Typs geschaffen, bei dem die Intensität eines Bezugslichtstrahls mit der Intensität eines Meßlichtstrahls mittels eines Photodetektors verglichen wird, wobei der Bezugsund der Meßstrahl auf unterschiedlichen Bahnen (im folgenden als Bezugsstrahlengang bzw«, Meßstrahlengang bezeichnet) laufen, beide jedoch durch das gleiche Mchtmodulationssystem verlaufen, das einen Graukeil mit parallelen Linien gleicher Durchsichtigkeit aufweist, die als Linien mit konstanter Dichte bzwo Schwärzung definiert sind, wobei das Lichtmodulationssystem um eine zu der Ebene des Keils senkrechte. Achse drehbar und so in dem Photometer angeordnet ist j, daß eine Drehung des Keils in eine Richtung die optische Durchlässigkeit des Bezugsstrahlengangs erhöht und die optische Durchlässigkeit des Meßstrahlengangs verringert, und eine Drehung des Keils in die andere Richtung die eptische Durchlässigkeit des BezugsStrahlengangs verringert und die optische Durchlässigkeit im Meßstrahlengang erhöht. Kach einer bevorzugten Ausführungsform hat der Keil die Form einer drehbaren Scheibe.

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Der Graukeil kann von Hand oder automatisch gedreht werden, um in Abhängigkeit von einem Ungleichgewichtssignal des Photodetektors den Ausgleich wieder herzustellen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch der Graukeil durch ein Servosystem gedreht, das auf ein Ungleichgewichtssignal von dem Photodetektor anspricht.

Das Photometer nach der vorliegenden Erfindung kann aufgrund des größeren Dämpfungsfaktors, der durch die Keildämpfung erreichbar ist, über einen sehr viel breiteren Intensitätsbereich betrieben werden,, Wird bei einer festen Öffnungsgröße gearbeitet, so besteht eine wesentlich geringere Abhängigkeit davon, daß über die öffnung eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke vorhanden ist.

Soll in dem in der G-B-PS 962 735 beschriebenen Öffnungssystem eine bestimmte Genauigkeit eingehalten werden, so erfordert dies, daß die beiden Öffnungsformen sehr präzise aufeinander abgestimmt werden und sorgfältig vor den Beleuchtungsöffnungen angeordnet werden₀ Das Gerät nach .der vorliegenden Erfindung erfüllt jedoch durch die Verwendung eines aus einem einzigen Bauteil bestehenden Dämpfungsgliedes automatisch die Anforderungen an die mechanische Stabilität, und während einer Messung muß von der Lage des Drehzentrums des Keils nur die Bedingung erfüllt werden,

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daß die Beleuchtungs öffnungen von dem Keil bedeckt "bleiben. Dabei ist der gemessene Wert nur eine Funktion der Winkeldrehung des Keils.

Bei dem Photometer nach der vorliegenden Erfindung ist der Bereich der auf die Photozelle fallenden Lichtintensitäten nur 316»1 bei einer Dichte bzw₀ Schwärzung von 5,0, verglichen mit 100.000:1 für einige der herkömmlichen Photometer, bei denen nur der Bezugsstrahl durch den Graukeil gedämpft bzw* geschwächt wird.

Weiterhin muß der Dichtebereich des linearen, sich drehenden Graukeils nur halb so groß wie die maximale Dichte sein, die das G-erät messen soll, so daß der Keil einen flachen Gradienten und damit eine größere Meßgenauigkeit haben kann. Außerdem werden aufgrund der geringeren Dämpfung in einem Strahlengang, die für das vorgeschlagene System erforderlich ist, die Schwierigkeiten, sehr stark verringert, die sich dann ergeben, wenn ein lichtausfall an dem Dämpfungskeil vorbei verhindert werden soll.

Das Photometer nach der vorliegenden Erfindung kann z.B. ein Kolorimeter oder ein Densitometer bzw₀ Schwärzungsmesser zur Messung von sensitometrischen Streifen, Spektral-Platten oder -Filmen bzw« von Röntgenbeugungsfilmen sein.

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Weiterhin kann das Photometer dazu verwendet werden, die Unterschiede in der Lichtintensität von zwei Lichtquellen zu ermitteln.

Wird das Photometer nach der vorliegenden Erfindung als Densitometer gebraucht, um belichtete, photographisohe Materialien Über den großen Densitäts- bzw« Schwärzungsbereioh und mit den Kontrastwerten zu vergleichen, wie sie erfahrungsgemäß bei der Messung der Charakteristiken von photographischen Materialien auftreten, bo ist bei der Auslegung des Servo-Ausgleichesystems ein Kompromiß erforderlich! denn es soll einmal bei niedrigen Dichten oder Densitäten eine adäquate Unterscheidung zwischen den ein·?· zelnen Positionen, also ein gutes Auflösungsvermögen erreicht werden, während andererseits das Servosystem in der Lage sein muß, den hohen Geschwindigkeiten zu folgen, mit denen sich die Dichte oder Densität üblicherweise bei höheren Dichten ändert.

Bei dem Photometer nach der vorliegenden Erfindung wird das Ausmaß dieses Kompromisses aufgrund der funktionalen Beziehung verringert, die zwischen der Winkellage des Graukeils und dem gemessenen Dichtewert bzwe der Graustufe existiert.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer "bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

o 1 und 2 Draufsichten eines linearen Graukeils, wie er hei der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Figo 3 ein Schaubild eines optischen Systems

für ein Densitometer, das ein Photometer gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

Gemäß der Pig. 1 und 2 ist der Graukeil in Porm einer Scheibe gezeigt, wobei nach der Darstellung in Mg. 1 die linien gleicher Durchsichtigkeit oder Transparenz vertikal und nach Pigο 2 horizontal verlaufen. Die Stellen, an denen der Meßstrahl bzw₀ der Vergleichsstrahl den Keil passieren würde, sind bei 1 bzw_e 2 angezeigt«, Der Graukeil ist in seiner eigenen Ebene um eine zentrale Achse drehbar. Wenn der Bereich auf der linken Seite von Fig. 1 eine hohe Dichte oder Schwärzung darstellt, und wenn die Dichte allmählich nach rechts hin abnimmt, so läßt sich folgendes erkennen: Wird der Keil um einen kleinen Winkel in Richtung des ühr-

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zeigersinns gedreht, so wird der Meßstrahl 1 gedämpft bzw. geschwächt, während der Bezugsstrahl 2 verstärkt wird} das umgekehrte gilt_? wenn der Keil in Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird.

Mg. 3 zeigt die optische Auslegung eines Densitometer, bei dem ein Graukeil nach Pig· 1 als Licht-Dämpfungsglied verwendet wird_o

Lichtstrahlen von einander entgegengesetzten Seiten einer !lichtquelle 3 werden von Heflektoren 4 und 5 auf den Meßstrahlengang bzwο Bezugsstrahlengang geführt· BIe Strahlen werden abwechselnd von einem lichtzerhacker 6 unterbrochen und verlaufen durch Stellen an dem Keil 7 (in Fig. 1 dargestellt), die nach einer beTorzugten Ausführungsform, jedoch nioht notwendigerweise, einander diametral entgegengesetzt sind; der Keil 7 kann mittels eines Servomotors 8 um einen Winkel gedreht werden· Eine Kodierscheibe 9 ist auf der Spindel oder Welle des Servomotors 8 befestigt; weiterhin sind Einrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Winkellage des Keils festzustellen und ein Ausgangesignal zu liefern, das in umgekehrter Beziehung zu der einem Kosinus-Gesetz folgenden Densität- Winkel-Beziehung des Keils steht und sich linear mit der gemessenen optischen Dichte oder Densität ändert. Der Meßetrahl wird von einem

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Reflektor 11 durch einen Filtnkeilteststreifen 12(als optischer Keil, vorzugsweise Graukeil ausgebildeter Teststreifen) geführt, dessen Dichte sich über Seine Länge ändert; anschließend tritt der Meßstrahl über einen Diffusor aus "pot-opal"-Glas (einer speziellen Sorte von Opal-Glas) in einen die Lichtmenge integrierenden Hohlraum 13 ein. Ein zur Nulleinstellung dienender Graukeil 10 ist lh dem Strahlengang des Bezugsstrahls angeordnet, der ebenfalls in den die Lichtmenge integrierenden Hohlraum 13 eintritt. Das aus dem Hohlraum austretenden Licht wird durch einen Filter geführt, der aus einer Reihe ausgewähltiist, die auf einer Scheibe befestigt ist, deren Position von Hand oder durch einen Schrittmotor in Abhängigkeit von einem Signal geändert werden kann. Das gefilterte Licht trifft auf einen Photovervielfacher oder Photomultiplier 15 auf. Sind die beiden Strahlen, ungleich, so erzeugt der Photovervielfacher ein Signal, das nach Verstärkung auf den Servomotor gegeben wird, der den Keil dreht, bis die Gleichheit der Beiden Strahlen wieder hergestellt ist.

Zwischen dem gemessenen . Wert der Dichte oder Schwärzung und der Winkellage des Graukeils besteht eine nicht-lineare Beziehung, im allgemeinen eine Kosinus-Beziehung',dadurch wird bei diesen geringen Dichten eine zusätzliche Empfindlichkeit des Instrumentes erreicht, so daß sich eine außergewöhnlich gute Stabilität der Nulleinstellung ergibt.

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Beim Betrieb wird der Teststreifen so angeordnet, daß sich ein belichteter Bereich oder der Bereich der geringsten Dichte in dem Meßstrahl befindet ο Der Keil 7 wird auf eine Position eingestellt, wie sie z.B_e in Figo 2 dargestellt ist, d.he, daß sich die geringere Dichte in dem Meßstrahl befindet? anschließend wird der Keil 10 für die Bulleinstellung, eingestellt, um die Strahlen gleichzumachen. Wird der Teststreifen quer zu dem Strahl bewegt, so wird der Meßstrahl gedämpft, und das Ungleichgewichtssignal von dem Photovervielfacher bewirkt, daß der Servomotor 8 den Keil 7 dreht, bis der Ausgleich wieder hergestellt ist« Die Winkeldrehung des Keils wird durch die Kodierscheibe mit Ausleseelementen angezeigt, die ein digitales, kodiertes Signal erzeugen, das für eine digitale Darstellung oder zur Eingabe in einen Rechner geeignet ist.

Bei der Ausführungsform des Photometers nach der vorliegenden Erfindung, die oben besehrieben wurde, kann sich der Graukeil in seiner eigenen Ebene um eine Achse drehen, die nicht genau in Bezug auf die beiden Strahlöffnungen definiert sein muß β Das System ermöglicht die Trennung von nahe beieinander liegenden Strahlen und einen geringen Durchmesser des Graukeils, so daß sich aufgrund der geringen mechanischen Trägheit der Anordnung ohne negative Auswirkungen auf die Wimke!empfindlichkeit des Meßsystems ein schnelles

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Ansprechen der Servo-Einrichtung ergibt. Bei gleichmäßiger lichtstarke über den Strahlöffnungen müssen bei diesem System die beiden öffnungen nicht von identischer Größe oder Form sein.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche :

⁴TIJ Photometer, bei dem die Intensität eines Bezugslichtstrahls mit der Intensität eines Meßlichtstrahls unter Verwendung eines Photodetektors verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlengänge des Bezugsstrahls und des Meßstrahls verschieden sind, beide jedoch durch das gleiche üchtmodulationssystem geführt werden, daß das Lichtmodulationssystem einen G-raukeil (7) mit parallelen linien gleicher Durchsichtigkeit oder Transparenz aufweist, die linien mit konstanter Dichte sind, daß der G-raukeil (7) um eine Achse drehbar ist, die senkrecht zu der Ebene des Keils (7) verläuft, und daß der G-raukeil (7) so in dem Photometer angeordnet ist, daß eine Drehung des Keils (7) in eine Richtung die optische Durchlässigkeit des Bezugsstrahlengangs erhöht und die optische Durchlässigkeit des Meßstrahlengangs herabsetzt und eine Drehung des Keils (7) in die andere Richtung die optische Durchlässigkeit des Bezugsstrahlengangs verringert und die optische Durchlässigkeit in dem Meßstrahlengang erhöht.

2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (7) die Porm einer drehbaren Scheibe hat.

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5. Photometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß der Graukeil (7) durch ein Servosystem gedreht wird, das auf ein Ungleichgewichtssignal von dem Photodetektor (15) anspricht.

4. Photometer naoh einem der Ansprüche 1 bis 3» daduroh gekennzeichnet, daß es als Kolorimeter, Densitometer oder Photometer verwendet wird, das die Differenz in der lichtintensität von zwei Lichtquellen mißt.

5« Graukeil, gekennzeichnet durch eine drehbare Scheibe mit parallelen linien gleioher Durchsichtigkeit, wie sie in den Zeichnungen gezeigt und hierin beschrieben ist.

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