DE2657156C3 - Remissionsdensitometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Remissionsdensitometer zur Messung der optischen Dichte von lichtempfindlichen Materialien mit einer Beleuchtungsoptik, die durch Abbildung einer Lichtquelle auf einem Teststreifen des lichtempfindlichen Materials bei annähernd senkrechtem Lichteinfall einen spaltförmigen Lichtfleck erzeugt und einem Lichtabnahmesystem, das einen Teil des von dem Teststreifen remittierten Lichtes unter einem Winkel von 45° erfaßt und einem lichtelektrischen Wandler zuleitet.

Dichtemessungen dieser Art sind in großem Umfang erforderlich bei der Ermittlung der Kenngrößen photographischer Materialien. Um zuverlässige Aussagen zu erhalten, ist eine hohe Reproduzierbarkeit der Messungen auch bei hohen Dichten erforderlich. Die Prüfungen müssen gewissen Bedingungen bezüglich der Geometrie der Meßanordnung genügen. Gemäß internationalen Normen wird im allgemeinen eine Geometrie zugrunde gelegt, bei der ein Teststreifen von allen Richtungen her unter einem Winkel von 45° zur Probenormale beleuchtet wird. Die Abnahme des Meßlichtes erfolgt in Richtung der Normale. Gleichwertig ist gemäß der Norm auch eine Anordnung, bei der der Teststreifen in der Normale beleuchtet und unter 45° in allen Richtungen abgefragt wird. Zur Veranschaulichung der Meßaufgabe ist in F i g. 1 ein Papierstreifen dargestellt, wie er im Prüfwesen für Photopapiere verwendet wird. Im Nullpunkt des x, y, z-Koordinatensystems liegt das Zentrum der Probenbeleuchtung. Die Abnahme der remittierten Strahlung erfolgt im Bereich des Abnahme- oder Meßspaltes (Spaltmittel M).

Die Ausdehnung des Papierstreifens in Richtung der x-Achse beträgt etwa 20 cm, in Richtung der y-Achse

ίο etwa 3 cm. Der Abfragespalt mißt z. B. 0,2x2 cm. Das Papier ist so belichtet, daß sich in Richtung der Ar-Achse eine kontinuierlich oder stufenweise ansteigende Dichte ergibt (Graukeil): In y-Richtung ist die Dichte im Idealfall konstant Die Ausdehnung des Meßspaltes von etwa 2 cm in /-Richtung ist erforderlich, wenn Messungen hoher Präzision ausgeführt werden sollen. Hierdurch werden die abweichend vom Idealfall aus verschiedenen Gründen in y-Richtung auftretenden Dichteschwankungen ausgemittelt. Die sinngemäße Anwendung der Norm erfordert für die in F i g. 1 dargestellte Anordnung, daß aus alien Richtungen unter 45° zur z-Richtung gleich viel Licht auf den Meßspalt fällt und daß der Meßspalt auf seiner gesamten Fläche gleichmäßig ausgeleuchtet ist.

2-3 Es sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, die oben beschriebene Meßaufgabe zu lösen. Bei der zur Zeit gängigsten Anordnung liegen Lichtquelle und Mitte des Abtastcpaltes in den Brennpunkten eines Ellipsoids. Ein Teil seiner Oberfläche ist als Spiegel ausgeführt. So

jo ergibt sich in der x, j-Ebene eine um den Nullpunkt symmetrische, von der Mitte nach außen abnehmende Beleuchtungsverteilung. Der Lichtfleck erhält aus allen Richtungen, wie es die Norm erfordert, gleiche Lichtleistung. Der Meßspalt erhält jedoch in der Regel weder aus allen Richtungen gleiche Lichtleistung, noch ist er in seiner Länge gleichmäßig ausgeleuchtet.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung ist die starke Beleuchtung der Umgebung des Meßspaltes. Ein Teil dieses Lichtes tritt immer in das Lichtabnahmesystem ein und verfälscht vor allem bei hohen Dichten die Meßwerte.

Nachteile zeigt auch die Verwendung spezieller optischer Teile, wie zum Beispiel in der DE-OS 26 00 604, in welcher der Meßkopf einem sphärischen Ringspiegel, eine Sammeloptik und einen oberen Ringspiegel sowie eine Verkleinerungsoptik enthält. Ein derartiger Meßkopf ist schwierig zu fertigen und seine justierung ist problematisch.

Eine andere Anordnung vermeidet den elliptischen

to Spiegel und verwendet statt dessen z. B. 7 getrennte Beleuchtungssysteme, die gleichmäßig über alle Azimute der Lichteinfallebene verteilt liegen. Jedes System hat seine besondere Lichtquelle. Der Hauptvorteil dieser Anordnungen besteht darin, daß jedes System für sich justiert und insbesondere so eingestellt werden kann, daß es zum Meßwert ebenso viel beiträgt wie jedes der übrigen Systeme. Ein Nachteil ist, daß jeweils geprüft werden muß, ob die Normbeleuchtung hinreichend gut erfüllt ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der Vielzahl der verwendeten Lichtquellen mit ihren Montierungseinrichtungen, Justiervorrichtungen, Schutzgehäusen usw. Nachteilig ist auch, daß alle Lichtquellen laufend in bezug auf ihre lichttechnischen Kennzahlen überwacht werden müssen.

Schließlich sind nur Systeme zur Ausleuchtung kleiner Flächenelemente (z. B. Kreis mit 3 mm 0) bekannt. Es ist zwar an sich nicht schwierig, auch spaltförmige Ausbuchtungen zu erzielen. Jedoch sind

hierfür weitere Elemente, wie Zwischenabbildungen mit Spaltblenden und dergleichen erforderlich. Eine weitere bekannte Einrichtung verwendet nur eine Lichtquelle und lenkt die Strahlung mit Spiegeln so, daß sie aus zwei um 90° versetzten Winkeln auf den Teststreifen fällt Hier ist jedoch die Abweichung von der Normalbeleuchtung sehr erheblich. Außerdem wi/d nur ein kleiner Teil der an sich verfügbaren Lichtleistung benutzt. Schließlich wird auch hier bei dem bekannten System nur ein kleiner Kreis beleuchtet

Die DE-OS 22 11 702 beschreibt ein Beleuchtungsund Betrachtungsgerät, bei welchem sowohl zur Lichtzufuhr als auch zur Betrachtung lichtleitende Fasern verwendet werden. Es ist ein lichtempfindliches Element 50 vorgesehen, welches auch zur Messung des reflektierenden Lichtes dient.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß aufgrund der verschiedenen Beaufschlagung der Lichtleitfasern mit Licht von der Lichtquelle und der verschieden langen Lichtleitfasern eine gleichmäßige Ausleuchtung der Probeoberfläche nicht möglich ist Die Intensität des Lichtfleckes fällt außerdem noch von innen nach außen hin ab.

Der Empfänger muß bei dieser Ausführung die gleiche Größe haben wie die reflektierende Fläche, wodurch ein schlechtes Signal/Rauschverhältnis erhalten wird. Außerdem nimmt der Empfänger aufgrund der unscharfen Ausbildung des beleuchteten Fleckes Streulicht auf. Diese Anordnung ist daher nicht geeignet, reproduzierbare Präzisionsmessungen durchzuführen.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE-GM 19 64^73 beschreibt ein Aufsichtsdensitometer, bei welchem der Meßfleck von einer Lichtquelle über zwei Spiegel unter 45° beleuchtet wird, wobei sich zwei übereinander projizierte Ellipsen abbilden, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen. Durch die in bezug auf die Meßebene senkrechte Sammelrichtung des reflektierten Lichtes soll das Streulicht weitgehend ausgeschaltet werden.

Auch bei dieser Anordnung nimmt die Intensität des Lichtes von innen nach außen hin ab. Die Sammellinse bildet die zwei Ellipsen auf dem Meßinstrument ab. Es ist so offensichtlich, daß auch hierbei Streulicht entsteht, welches zu Meßverfälschungen führt, zumal zu der Messung nur ein Teil des Leuchtfleckes verwendet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Normbedingungen für die Beleuchtung des Teststreifens und die Abtrage möglichst exakt einzuhalten und die Erfassung von Streulicht bei der Abfrage zu vermeiden. Außerdem sollte die Einhaltung der Normbedingungen leicht überprüfbar und die Anordnung bei Abweichungen von den Normbedingungen ohne großen Aufwand nachzujustieren sein.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Remissionsdensitometer erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lichtabnahmesystem aus n-unabhängigen Teilsystemen besteht, die rotationssymmetrisch um den spaltförmigen Lichtfleck angeordnet sind und miteinander jeweils den Azimut-Winkel ^2:T einschließen und

daß zu jedem Teilsystem ein Planspiegel gehört, der die von dem Teststreifen remittierte Strahlung in einer Richtung zurückwirft, die mit der negativen Flächennormale des Streifens einen Winkel zwischen 0 und 45° einschließt und diese Strahlung auf einen weiteren parallel zur Ebene des Teststreifens angeordneten Spiegel fällt, der die von dem ersten Planspiegel ausgehende Strahlung in Richtung auf den lichtelektrischen Wandler umlenkt und daß zwischen dem lichtelektrischen Wandler und dem zweiten Spiegel als abbildendes Element eine Linse angeordnet ist
Aufgrund der Symmetrie des Strahlenganges kann die Lichtquelle der Beleuchtungsoptik und der lichtelektrische Wandler im Abnahmesystem prinzipiell miteinander vertauscht werden.

Vorteilhafterweise besitzt die Anordnung mindestens iü sechs Teilsysteme. Bewährt hat sich ζ. Β. eine Anordnung mit insgesamt acht Teilsystemen.

Das erfindungsgemäße Remissionsdensitometer hat gegenüber den bisher bekannten Anordnungen folgende Vorteile:

υ 1. Durch den Einsatz entsprechend vieler Teilsysteme kann die optische Anordnung an alle praktisch interessierenden Meßaufgaben normgerecht angenähert werden. Bei der Benutzung von z. B. acht Teilsystemen sind keine Abweichungen festzustellen, wenn gängige lichtempfindliche Papiere gemessen werden.

2. Die Nonnbedingungen sind auch in dem oben erwähnten verschärften Sinne gut erfüllt; d. h. von dem gleichmäßig ausgeleuchteten Meßspalt gelangt über jedes Teilsystem gleich viel Licht in den Empfänger.

3. Das Gesamtsystem setzt sich aus einfachen Teilsystemen zusammen.

4. Die Lichtströme der Teilsysteme vereinigen sich im wesentlichen in einem gemeinsamen Lichtfleck.

Dies ermöglicht die Anwendung einer verhältnismäßig kleinen Empfängerfläche, was sich günstig auf das Signal-Rauschverhältnis auswirkt und die Streulichtempfindlichkeit vermindert
Yi 5. Jedes Teilsystem benutzt ein und dieselbe Lichtquelle. Dadurch werden die mit Anwendung vieler Lichtquellen verbundenen obenerwähnten Nachteile in bezug auf den mechanischen Aufbau, die Kontrolle der Lichtquellen, zu große Wärmeerzeugung etc. vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Meßobjekt (Teststreifen),
Fig.2 die Beleuchtungsoptik zur Erzeugung eines spaltförmigen Lichtfleckes mit konstanter Beleuchtungsstärke und

F i g. 3 eine schematische Ansicht des Lichtabnahmesystems.

Der in F i g. 1 dargestellte Teststreifen eines photographischen Materials wurde schon in der Einführung beschrieben. Es handelt sich z. B. um einen Teststreifen 1 eines Schwarz-Weiß-Photopapieres, auf dem ein Stufenkeil aufbelichtet wurde. Die einzelnen Stufen 2i bis 2„ wurden durch verschieden starke Belichtung erzeugt. Die Schwärzung nimmt hier von links nach rechts zu. Die Meßaufgabe besteht darin, die optische Dichte der einzelnen Stufen auf dem Wege einer Remissionsmessung zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird ein spaltförmiger Lichtfleck 3 konstanter Beleuchtungsstärke erzeugt und die remittierte Lichtintensität für jede Stufe 2i bis 2„ gemessen.

Zur Erzeugung des Lichtfleckes 3 wird die in F i g. 2 dargestellte Anordnung benutzt. Sie besteht im Prinzip aus einer Lichtquelle mit Kondensor zur Beleuchtung einer Spaltblende und einer Optik zur Abbildung der Spaltblende auf den Teststreifen. Als Lichtquelle dient eine Wolframbandlampe 4. Der Doppelkondensor 5

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sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung der Spaltblende 6. Das Objektiv 7 erzeugt zunächst paralleles Licht, das von einem zweiten Objektiv 8 auf den Teststreifen 1 fokussiert wird. Zwischen den beiden Objektiven 7 und 8 befindet sich ein 45°-Spiegel, der den Strahlengang um 90° umlenkt. Die Brennweiten der beiden Objektive sind so gewählt, daß auf dem Teststreifen 1 ein vergrößertes Bild 3 der Spaltblende 6 erzeugt wird. Der 45°-Spiegel 9 bewirkt, daß das Licht annähernd senkrecht auf den Teststreifen 1 fällt.

Mit diesem Beleuchtungssystem erhält man auf dem Teststreifen 1 einen spaltförmigen Lichtfleck 3 mit konstanter Leuchtdichte (Normbedingungen). In der Umgebung des Lichtfleckes 3 ist die Beleuchtungsstärke vernachlässigbar.

Das Abnahmesystem für das vom Spaltbild 3 remittierte Licht ist in Fig.3 dargestellt. Die Abfrage erfolgt hier in acht gleichmäßig über einen Kreis um den Mittelpunkt des spaltförmigen Lichtfleckes 3 verteilten gesonderten Abnahmesystemen lOj bis 10s, die die remittierte Strahlung in einem Winkel von 45° zur positiven z-Achse erfassen. Die Abnahmesysteme 1O₂-IO₈ sind hier schematisch als Pfeile dargestellt. Am Beispiel 10i wird die optische Anordnung eines Abnahmesystems stellvertretend für alle anderen Abnahmesysteme erläutert.

Die in Richtung des zu lOj gehörenden Pfeiles remittierte Strahlung gelangt auf den Spiegel 11. Von dort wird sie in einer Richtung zurückgeworfen, die mit der negativen z-Achse einen Winkel α = 30° bildet. Es können jedoch auch andere Winkel zwischen 0 und 45° gewählt werden. Der so zurückgeworfene Strahlengang wird an einem zweiten Planspiegel 12 erneut reflektiert und mit Hilfe der Sammellinse 13 auf die Photokathode des lichtelektrischen Wandlers 14 (Sekundärelektronenvervielfacher = SEV) fokussiert. Der S£V14 ist in Richtung der positiven z-Achse angeordnet (Ebene x'.

Der zweite Spiegel 12 liegt parallel zur A-. y-Ebene.

Die Schnittfigur des durch die Linse 13 gesammelten Lichtes mit der x', y-Ebene ist ein längliches Gebilde, dessen Längsausdehnungsrichtung mit der y-Achse einen gewissen Winkel einschließt. Dieser Winkel hängt > hauptsächlich vom Azimut-Winkel des Abnahmesystemes und geringfügig von der sonstigen Dimensionierung der Anordnung ab. Er kann durch eine elementare geometrische Konstruktion ermittelt werden. Die Konstruktion ergab, daß der Winkel maximal etwa 10°

κι erreichen kann. Die Schnittfigur der Abnahmesysteme vereinigen sich daher in guter Näherung in einem einzigen länglichen Lichtfleck in der x', y-Ebene. Der Größe und Form dieses Gebildes kann die lichtempfindliche Fläche des S£V14 angepaßt werden. In der Praxis

i) betrug z.B. die lichtempfindliche Fläche 2,5 χ lern. Hiermit wurde eine optimale Anpassung erzielt.

Der Winkel α, den der Strahlengang nach der Reflexion an dem ersten Planspiegel 11 mit der negativen z-Achse einschließt, muß in jedem Falle

2Ii zwischen 0 und 45° liegen. Würde man beispielsweise den Strahlengang 11 in Richtung der positiven z-Achse direkt auf den SEV i4 fallenlassen, so wurden die Schnittfiguren des Lichtbündels in der *' y-Ebene in Abhängigkeit von dem Azimut-Winkel der Abnahme-

2j ebene alle Winkel zwischen 0 und 90°C durchlaufen. Die Lichtbündel der Abnahmesysteme 10i — 10s würden daher nicht in eine gemeinsame Schnittfigur übergehen.

Der in F i g. 3 dargestellten Anordnung ist ein System

gleichwertig, bei dem der Spiegel 12 fehlt und der

i» zwischen dem Spiegel 12 und dem SEV14 liegende Teil des Strahlenganges an der Ebene des Spiegels 12 gespiegelt ist. Eine solche Anordnung ist allerdings selten praxisgerecht, weil in der Regel der Halbraum in der negativen z-Richtung für die Aufstellung optischer

i'> Elemente nicht verfügbar ist.

Zu einem optisch äquivalenten Strahlengang kommt man jedoch, wenn lediglich die Lichtquelle 4 (Fig. 2) und der 5£K14 (F i g. 3) miteinander vertauscht werden.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Remissionsdensitometer zur Messung der optischen Dichte von lichtempfindlichen Materialien mit einer Beleuchtungsoptik, die durch Abbildung einer Lichtquelle auf einem Teststreifen des lichtempfindlichen Materials bei annähernd senkrechtem Lichteinfall einen spaltförmigen Lichtfleck erzeugt und einem Lichtabnahmesystem, das einen Teil des von dem Teststreifen remittierten Lichtes unter einem Winkel von 45° erfaßt und einem lichtelektrischen Wandler zuleitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtabnahmesystem aus ^-unabhängigen Teilsystemen (1Oi — 1O_n) besteht, die rotationssymmetrisch um den spaltförmigen Lichtfleck (3) angeordnet sind und miteinander

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jeweils der. Azimut-Winkel -— einschließen und

daü zu jedem Teilsystem ein Planspiegel (11) gehört, der die von dem Teststreifen (1) remittierte Strahlung in einer Richtung zurückwirft, die mit der negativen Flächennormale des Streifens ζ einen Winkel zwischen 0 und 45° einschließt und diese Strahlung auf einen weiteren parallel zur Ebene des Teststreifens (1) angeordneten Spiegel (12) fällt, der die von dem ersten Planspiegel (11) ausgehende Strahlung in Richtung auf den lichtelektrischen Wandler (14) umlenkt und daß zwischen dem lichtelektrischen Wandler (14) und dem zweiten Spiegel (12) als abbildendes Element eine Linse (13) angeordnet ist.

2. Remissionsdensitometer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) der Deleuchtungsoptik und der lichtelektrische Wandler (14) des Abnahmesystems miteinander vertauscht sind.

3. Remissionsdensitometer nach Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl η der Teilsysteme mindestens 6, vorzugsweise 8, beträgt.