DE2907382A1

DE2907382A1 - Vorrichtung zur optischen messung einer eigenschaft eines objektes

Info

Publication number: DE2907382A1
Application number: DE19792907382
Authority: DE
Inventors: Akio Yamanishi
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1979-09-20
Also published as: GB2018420A; GB2018420B; DE2907382C2; US4236826A; JPS54118886A; JPS6016567B2

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E, HOFFMANN (1930-1976) · D I PL.-I NG. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HO FFMAN N · D 1 PL.-IN G. W. LEH N

DlPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEtLASTRASSE A (STERNHAUS) · D-8000 MON CHEN 81 · TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

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Minolta Camera Kabushiki Kaisha, Osaka / Japan

Vorrichtung zur optischen Messung einer Eigenschaft eines

Objektes ...

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur optischen Messung einer Eigenschaft eines Objektes durch fotoelektrische Aufnahme eines Lichtes der Lichtquelle über das Objekt, wobei das erhaltene fotoelektrische Signal als Information für die Eigenschaft des betrachteten Objektes verwendet wird.

Als Beispiel für diese Vorrichtung wird auf einen Dichtemesser hingewiesen. Der Dichtemesser ist ein Instrument zur Messung der optischen Dichte eines Objektes, indem ein Lichtstrahl gegen das Objekt geworfen und fotoelektrisch das durch das Objekt hindurchtretende oder von ihm reflektierte Licht gemessen wird, worauf das erhaltene elektrische Signal zur Verarbeitung kommt. In dem erwähnten Signalverarbeitungsvorgang des Dichtemessers ist im allgemeinen eine komplexe Einrichtung einschließlich einer logarithmischen Wandlervorrichtung erforderlich, da die optische Dichte bezogen auf den

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— ο —

Logarithmus des erhaltenen elektrischen Signals definiert ist.

Das japanische Gebrauchsmuster 48-11347 zeigt eine Bauart eines Dichtemessers mit einer Schaltung zur Erzeugung eines Spannungsausgangs 16 (Fig. 2 des japanischen Gebrauchsmusters), die ausgehend von einem Standardpegel U₁ zeitabhängig mit einer Exponentialfunktion abfällt, eine Einrichtung zur Messung des Lichtes einer Lichtquelle über ein Objekt zwecks Erzeugung eines Ausgangs signals 17 mit einem stationären Pegel U^/ welcher der gemessenen Lichtintensität entspricht, und einer Einrichtung zum Zählen der Zeit T zwischen dem Beginn des Abfalls der Ausgangsspannung und dem Erreichen des stationären Pegels U„ durch die abfallende Ausgangsspannung 16.

Bei dem erwähnten Dichtemesser entspricht die Schaltung zur Erzeugung einer abfallenden Ausgangsspannung der logarithmischen Wandlereinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und vorteilhafte Bauart einer Vorrichtung zur optischen Messung einer Eigenschaft eines Objektes zu schaffen, welche einen besonders vereinfachten Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Abgabe eines Blitzlichtes, dessen Intensität sich zeitabhängig mit einer Exponentialfunktion verringert, eine Einrichtung, welche unter Zwischenschaltung des Objektes das von der erstgenannten Einrichtung erzeugte Licht aufnimmt, um ein Ausgangssignal zu liefern,- dessen Höhe sich abhängig von der Intensitätsänderung des empfangenen Lichtes ändert, und eine Einrichtung zur Ermittlung eines Zeitpunktes, in dem das Ausgangssignal der Lichtaufnahmeeinrichtung, welches sich als Folge der Verringerung der Intensität des Blitzlichtes ändert, einen vorgegebenen Wert erreicht.

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Zweckmäßige Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 13.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine logarithmische Umwandlung ohne irgendeine logarithmische Wandlereinrichtung vorgenommen.

Die Erfindung erzielt eine Vorrichtung kompakter Größe, die eine Blitzlichtquelle ohne irgendeine Integrationseinrichtung verwenden kann, die in einem Lichtaufnahmeschaltkreis einer üblichen mit einer Blitzlichtquelle arbeitenden Vorrichtung erforderlich wäre.

Weiter wird durch die Erfindung eine Vorrichtung mit einem weiten dynamischen Meßbereich erhalten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Äusführungsformen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm mit der Zeit als Abszisse zur Erläuterung der Funktion der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 und 4 Kurvenscharen zur Erläuterung der Erfindung,

Fig» 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm bezüglich der Funktion der zweiten Äusführungsform,

Fig. 7 ein Diagramm mit der Zeit als Abszisse zur Erläuterung der Funktion der zweiten Äusführungsform,

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Fig. 8 ein Schaltbild,das eine Abänderung des Lichtquellenschaltkreises gemäß der Erfindung darstellt, und

Fig. 9 eine Kurvenschar zur Erläuterung eines der Vorteile der Erfindung.

Die Erfindung wird anschließend in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung angegeben, die als Dichtemesser ausgeführt ist und das Prinzip der Erfindung v/iedergibt. Eine Xenon-Blitzlichtröhre 1 oder ähnliche Vorrichtung wird als Lichtquelle verwendet, die ein Blitzlicht erzeugt. Wird ein Hauptschalter S geschlossen, so wird ein Kondensator C durch eine Hochspannungsleistungsquelle 2 aufgeladen. Die Ladung des Kondensators C wird abhängig von einem Triggersignal einer Triggerschaltung durch die Blitzlichtröhre 1 entladen, so daß die Blitzlichtröhre 1 ein Blitzlicht als Ausgangslicht für eine Meßvorrichtung erzeugt. Diese Bauelemente stellen die Lichtquellenanordnung dar.

Das interessierende, zu messende Objekt ist mit 4 bezeichnet, und das von der Blitzlichtröhre abgegebene Licht tritt durch das Objekt 4 und gelangt schließlich auf ein auf Licht ansprechendes Element 5, wie beispielsweise eine Fotodiode mit raschem Ansprechen. Das auf Licht ansprechende Element 5 gibt einen Strom iia Einklang mit der einfallenden Lichtmenge ab, der anschließend mittels eines Strom-Spannungs-Wandlers in ein-Spannungssignal umgewandelt wird,das sich als Funktion der Änderung der einfallenden Lichtmenge ändert. Ein Taktimpulsgenerator 7 liefert eine Reihe von Taktimpulsen. Ein Zähler 8 beginnt die Zählung der Taktimpulse synchron mit dem Triggersignal der Triggerschaltung 3. Der Zähler 8 kann voreinstellbar

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sein und führt selektiv Additionen oder Subtraktionen aus; beispielsweise besteht er aus einem voreinstellbaren,vorwärtsrückwärts zählenden/binären Zähler. Ein Bezugsspannungsgenerator 9 liefert eine bestimmte Bezugsspannung. Ein Komparator 10 vergleicht das Spannungssignal des Strom-Spannungs-Wandlers 6 mit der Bezugsspannung des Bezugsspannungsgenerators 9, wobei, wenn das Spannungssignal gedämpft wird und kleiner wird als der Bezugsspannungspegel,es den Zähler 8 am Zählen der Taktimpulse hindert. Ferner ist eine Zähleranzeigevorrichtung 11 und eine Rückstell- und Voreinstellvorrichtung 12 für den Zähler 8 vorhanden. Die gezeigte Ausführungsform arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise. Die Blitzlichtröhre 1 wird zunächst freigegeben, um ein Blitzlicht bei einem standardisierten Betriebszustand zu erzeugen, bei welchem kein Objekt 4 im optischen Strahlengang zwischen der Blitzlichtröhre 1 und dem auf Licht ansprechenden Element 6 liegt. In Fig. 2 zeigt (a) den Zeitpunkt des Triggersignals zur Triggerung des Blitzlichtes. Zur gleichen Zeit beginnt der Zähler 8 die Zählung der Taktimpulse gemäß Fig. 2 (d)„ Wie ersichtlich, führt der Zähler dabei eine Addition aus. Fig. 2 (b) zeigt die Beziehung zwischen der Signalspannung V₂ vom Strom-Spannungs-Wander 6 und der vom Bezugsspannungsgenerator gelieferten Bezugsspannung V . Da die Signalspannung V₂ sich entsprechend den Änderungen der von der Blitzlichtröhre abgegebenen Lichtmenge ändert und ferner entsprechend den Änderungen der Lichtmenge,die von dem auf Licht ansprechenden Element 5 aufgenommen wird, steigt die Signalspannung V₂ nach der Triggerung steil auf einen Scheitelwert an und fällt allmählich ab.

Fig. 2 (c) zeigt das Aus gangs signal des !Comparators, wobei ersichtlich ist, daß das Komparatorausgangssignal klein ist, während die Signalspannung V₂ höher als die Bezugsspannung V ist. Aus Fig. 2 (d) ergibt sich, daß der Zähler 8 das Zählen der Taktimpulse beendet, wenn das Ausgangssignal des !Comparators 10 sich bei t₂ von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel ändert.

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Auf diese Weise wird eine einleitende Messung ohne Objekt und somit eine Messung mit Bezugslicht beendet. Infolgedessen registriert der Zähler die Anzahl der Impulse, die der in Fig. 2 (d) angegebenen Zeitspanne entsprechen. Diese Impulszahl wird als Meßstandard verwendet. Das interessierende Objekt 4 wird anschließend in den optischen Strahlengang gemäß Fig. 1 zur Hauptmessung eingebracht, wobei die Blitzlichtröhre 1 freigegeben wird, um wie bei den einleitenden Messungen einen weiteren Blitz abzugeben. Aus Fig. 2 (b) geht hervor, daß sich die Signalspannung zeitabhängig entsprechend der Kurve V₁ ändert, da die Menge des Lichtes, die auf das auf Licht ansprechende Element 5 fällt, als Funktion des Lichtdurchlässigkeitsfaktors des interessierenden Objektes verringert wird.

Der Zähler beginnt die Zählung der Taktimpulse, wie aus Fig. (d) ersichtlich ist, wenn die Trlggerung der Blitzlichtröhre erfolgte. In diesem Falle führt der Zähler eine Subtraktion aus. Daher wird die Anzahl der im Zähler 8 vorliegenden Impulse, die durch die einleitende Messung erhalten wurde, während des Zählvorganges des Zählers 8 ständig verringert. Das Ausgangssignal des Zählers gemäß Fig. 2 (c) wird zum Zeitpunkt t. von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel negiert. Dabei beendet der Zähler 8 die subtraktive Impulszählung und führt somit eine Anzahl von Impulsen entsprechend der Zeitspanne von t₁ bis t₂ gemäß Fig. 2 (e). Diese restliche Impulszahl wird visuell als Meßwert an der Anzeigevorrichtung 11 angegeben.

Die Ergebnisse der Bezugslichtmessung oder einleitenden Messung bleiben unverändert, solange die Hochspannungsleistungsquelle spannungsstabilisiert ist und die von der Blitzlichtröhre bei jedem Blitz abgegebene Lichtmenge gleich groß bleibt. Wurde daher der benötigte Wert durch eine einleitende Messung bereits gemessen und ausgewerted, so kann dieser Wert in den Zähler 8 Über die Rückstell- und Voreinstelleinrichtung 12 eingegeben wer-

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den, um die Bezugsmessung zu ersetzen und die nachfolgende Anzahl der Hauptmessungen zu erleichtern.

Solange die Anzahl der Impulse während der in Fig. 2 (d) und (d¹) angegebenen Zeitspanne erhalten wird, kann die Anzahl der Impulse während der Zeit von t- bis t₂ leicht durch manuelle Subtraktion berechnet werden. Somit kann der Zähler 8 ein einfacher binärer Zähler anstelle des vorausgehend aufgeführten, voreinstellbaren^ vorwärts- und rückwärts zählenden Zählers sein. In diesem Falle können die Ergebnisse der Bezugslichtmessung und der Hauptmessung später berechnet werden.

Es ist offensichtlich, daß der Zählvorgang jederzeit beginnen kann, solange gewährleistet ist, daß die Zählung bei jeder Messung zum gleichen Zeitpunkt einsetzt.

Die Messungen mit logarithmischer Umwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung werden bezüglich ihrer Grundlage erläutert. Die Kurve gemäß Fig. 3 stellt die tatsächlich gemessenen Änderungen des von der Xenon-Blitzlichtröhre abgegebenen Lichtes als Funktion der Zeit dar, wobei I2 die Intensität des aufgenommenen Lichtes angibt, wenn der Lichtstrahlengang standardisiert ist, so daß das ausgestrahlte Licht bei der einleitenden Messung unmittelbar auf das auf Licht ansprechende Element fällt, und I\. gibt die Intensität des aufgenommenen Lichtes an, wenn ein Objekt mit dem Durchlässigkeitsfaktor T sich während der Hauptmessung vor dem auf Licht ansprechenden Element befindet. Fig. 4 stellt eine Abwandlung der Fig. 3 dar, wobei die Ordinate den natürlichen Logarithmus der empfangenen Lichtmenge angibt, woraus ersichtlich ist, daß eindeutig ein Linearitätsbereich im Laufe der Dämpfung der Intensität des empfangenen Lichtes vorhanden ist. Mit anderen Worten, es wird dabei nachgewiesen, daß die Intensität des ausgestrahlten Lichtes sich mit einer Exponentialfunktion innerhalb des Hauptteiles des Dämpfungsbereiches verringert, wie dies aus der Intensitätskurve der Fig. 3 hervorgeht.

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Es sei nun angenommen, daß gemäß Fig. 3 die Intensitäten des empfangenen Lichtes mit I₀₁ und I - zum jeweiligen Zeitpunkt t innerhalb des Bereiches bezeichnet werden, in welchem die Intensität des ausgestrahlten Lichtes zeitlich in einer Exponentialfunktion verringert wird, wobei die Änderungen der Intensitäten I. und I₂ des empfangenen Lichtes als Funktion der Zeit in folgender Weise dargestellt werden können:

- I₀₁ - .-"-V (D

wobei T die Zeitkonstante ist. Falls die Spannung der Hochspannungs-Leistungsquelle 2 während der Bezugslichtmessung und der Hauptmessung unverändert bleibt, ist die Intensität des ausgestrahlten Lichtes somit gleichförmig, so daß sich die folgende Beziehung für die Intensität des empfangenen Lichtes ergibt:

¹OI ^{β T} * ¹O₂ ^{3>

Andererseits wird ein vorgegebener Intensitätspegel des aufgenommenen Lichtes in Fig. 3 mit I bezeichnet.Falls I- und in ihrem Wert dem Pegel I zum Zeitpunkt t. und t₂ als Folge der Dämpfung der Intensität des abgegebenen Lichtes entsprechen, so wird durch die Formeln (1) und (2) folgende Beziehung erhalten:

- I₀₁ · β'VV^ (4)

I₀ - I₀₂ · .-«W* (5)

Aus den Formeln (4) und (5) ergibt sich

_ -<t -t

- ^Ί

-t ) 0

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Anders ausgedrückt, die Zeitspanne von t. bis t„ kann wie folgt wiedergegeben werden:

+· _+■ — f

1n	¹OI	= -r · ¹OI .	log f	01	1
	¹O₂ -log	¹O₂	log	¹O₂	log e
e

(7)

Da in der Formel (7) die Zeitkonstante '¥ durch die Kapazität des Kondensators C und die Art der verwendeten Blitzlichtröhre festgelegt wird und log e ein konstanter Wert ist, folgt daß (t₂-t.j) dem gewöhnlichen Logarithmus von ^q-i/^qo Proportional ist.

Mit anderen Worten, mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, unmittelbar eine Größe zu erhalten, die proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der Intensität I₀₁ des gemessenen Lichtes zur Intensität I₀₂ des Bezugslichtes ist, indem die Zeitspanne von t^ bis t₂ gemessen wird.

Bei der Messung der optischen Dichte wird die Beziehung zwischen der optischen Dichte D und dem Durchlässigkeitsfaktor T wie folgt wiedergegeben:

D = log 1 (8)

Die Formel (7) kann unter Berücksichtigung der Formeln (3) und (8) wie folgt geschrieben werden:

HS = ^D ·

Somit kann eine der Dichte D porportionale Größe direkt durch Messung von (t₂-t,,) ermittelt werden.

Die vorausgehende Erörterung wurde unter Bezugnahme auf die Intensität I des empfangenen Lichtes durchgeführt* Dabei ist eine

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der Dichte D proportionale Größe mittels der Ausführungsform nach Fig. 1 erhältlich, indem die Signalspannungen V-, V- und die Bezugsspannung V gemäß Fig. 2 mit den Intensitäten I.· , I„ des empfangenen Lichtes und der Intensität I des empfangenen Bezugslichtes jeweils korreliert werden, da der Strom-Spannungs-Wandler 6 nach Fig. 1 die Ausgangsspannung liefert, die sich im Verhältnis zu Intensitätsänderungen des empfangenen Lichtes verändert. Die Daten werden durch die Anzahl der Impulse in der Ausführungsform nach Fig. 1 dargestellt, so daß die Anzahl der Impulse gleich der Dichte D gemacht wird, indem die Pulsperiode der Taktimpulse entsprechend der Proportionalitätskonstante t /log e nach der Formel (9) eingestellt wird, womit die Notwendigkeit eines besonderen Rechenkreises für eine Anzeige eliminiert wird.

Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, in welcher die Bezugslichtmessung und die Hauptliehtmessung gleichzeitig ausgeführt werden. Die Bauelemente in der Schaltung nach Fig. 5 haben die gleiche Bezugsziffer wie in Fig. 1,wobei die Lichtquelle der Fig. 1 der Einfachheit halber weggelassen wurde. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß diese Ausführungsform ein Paar Kombinationsanordnungen aufweist, die aus dem auf Licht ansprechenden Element 5,dem Strom-Spannungs-Wandler 6 und dem Komparator 10 nach Fig. 1 bestehen. Ein zweites,auf Licht ansprechendes Element ist mit 13 bezeichnet, ein zweiter Strom-Spannungs-Wandler mit 14 und ein zweiter Komparator mit 15- Der Bezugsspannungsgenerator ist den Komparatoren 10 und 15 gemeinsam. Ausbeuteeinstellvorrichtungen 18 und 19 sind vorgesehen, um die richtige relative Ausbeute bezüglich der Ausgangsspannungen der Stromspannungswandler 6 und 14 zu erzielen. Filter 18 und 19 sind vor den auf Licht ansprechenden Elementen 5 und 13 angeordnet, wobei das Filter 18 eine Durchlässigkeit für Licht einer Wellenlänge Λ gemäß Fig. 6 und Filter 19 eine Durchlässigkeit für Licht einer Wellenlänge >- ~ aufweist. Die Kurven Cj, C₂ und C₃ gemäß Fig. 6 zeigen den Durchlässigkeitsfaktor, abhängig von

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der Wellenlänge von drei Objekten, beispielsweise Farbkompensationsfiltern mit verschiedenen optischen Dichten. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist der Durchlässigkeitsfaktor für Licht einer Wellenlänge λ ~ immer konstant, unabhängig von der Dichte des Objektes, so daß die am Objekt aufgenommene Lichtmenge sich unabhängig vom Objekt ändert. Dabei ist unterstellt, daß das auf Licht ansprechende Element 13 abhängig von seiner Form auf das durch das Objekt hindurchtretende Licht anspricht, und im wesentlichen das Bezugslicht aufnimmt. Die Kurve V^ gemäß Fig. 7 zeigt die Änderungen der Ausgangssignalspannung des Strom-£]pannungs-Wandlers 14. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ändert sich die Menge des vom auf Licht ansprechenden Element 5 aufgenommenen Lichtes in verschiedener Weise entsprechend dem gemessenen Objekt. Die Kurve V₁ gemäß Fig. 7 stellt die Änderungen der Ausgangssignal spannung des Stromspannungswandlers 6 dar, der mit dem auf Licht ansprechenden Element 5 verbunden ist. Fig. 7 gibt bei c und c¹ an, daß sich das Ausgangssignal des Komparators 15 bei t_ von einem niedrigen auf einen hohen Pegel ändert,während der entsprechende Wert des Komparators 10 bei t* sich von einem niedrigen auf einen hohen Pegel ändert.

Dabei wird ein Vergleich zwischen V« und V parallel mit einem Vergleich zwischen V₉ und V_ in dieser Ausführungsform erleichtert. Beginnt daher der Zählvorgang mittels eines einfachen Zählers 8¹ mit der Negation des Ausgangssignals des Komparators 10 zum Zeitpunkt t- und endet mit. der Negation des Ausgangssignals des Komparators 15 zum Zeitpunkt t-Yso entspricht die erhaltene Zählung genau der Zeitspanne von t.. bis t₂, wie dies in Fig. 7 durch die Kurve d angegeben ist.

Gemäß einer Alternative kann das Licht der Blitzlichtröhre unter Zwischenschaltung des Objektes nur auf das auf Licht ansprechende Element 5 auffallen, und Licht der Blitzlichtröhre unmittelbar auf das verbleibende,auf Licht ansprechende Element 13, ohne die Selektivfilter 18 und 19 ^ sofern die relative

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Stellung zwischen Blitzlichtröhre, Objekt und den beiden auf Licht ansprechenden Elementen und dergleichen dies gestattet. Ein Hauptmerkmal der Ausführungsform nach Fig. 5 liegt darin, daß die Beziehung"! .. = T · I „"konstant ohne nachteilige Wirkungen auf die Messung der Dichte D aufrechterhalten wird, selbst wenn die Menge des ausgesandten Lichtes sich bei jedem Blitz als Folge von Änderungen der Versorgungsspannung der Blitzlichtröhre ändert. Dies ist darin begründet, daß die Bezugslichtmessung und die Hauptmessung gemeinsam bei ein und demselben Blitz erfolgen. Die Ausführungsform nach Fig. 5 kann in ein medizinisches Instrument zur Messung von Gelbsucht abgeändert werden, falls der Filter 8 Licht mit einer Wellenlänge von ca. 460 nm durchläßt, bei welcher Wellenlänge die Absorption von Bilirubin ihren Scheitelwert besitzt, und Filter 19 Licht mit einer Wellenlänge von mehr als etwa 500 nm durchläßt, die nicht von Bilirubin absorbiert wird.

Fig. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Lichtquelle. Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre wird die Genauigkeit der Ermittlung des Zeitpunktes von t- und t„ umso größer,je größer die Zeitkonstante f bezüglich der Dämpfung der ausgesandten Lichtmenge ist, um einen Fehler in den Messungen so klein wie möglich zu halten. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 8 ein Widerstand R, der im wesentlichen den gleichen Widerstandswert (näherungsweise 1 Ohm) wie die Blitzlichtröhre hat, in Reihe mit der Blitzlichtröhre 1 verbunden ist, wobei eine entsprechende Erhöhung der Zeitkonstante T erhalten wird.

Es ist offensichtlich, daß sich die Erfindung gleichermaßen in Verbindung mit einer Meßvorrichtung eignet, bei welcher das von einer Lichtquelle ausgesandte und vom Objekt reflektierte Licht auf das auf Licht ansprechende Element fällt.

Wie bereits ausgeführt wurde, nützt die Erfindung die Tatsache aus, als Konsequenz der Analyse der Dämpfung der Menge des von

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der Blitzlichtröhre ausgesandten Lichtes, daß die Menge des ausgesandten Lichtes sich zeitabhängig mit einer Exponentialfunktion verringert. Daher werden durch die Erfindung die Messungen mit einer logarithmischen Umwandlung durchgeführt, indem ein Zeitpunkt ermittelt wird, wenn die Menge des empfangenen Lichtes sich auf einen vorgewählten Pegel verringert. Die Erfindung stellt eine neue Meßvorrichtung zur Verfügung, die Messungen mit logarithmischer Umwandlung mittels einer einfachen Schaltungsanordnung vornimmt, ohne Verwendung eines Integrationskreises und eines logarithmischen Wandlers.

Darüber hinaus ist die Erfindung sehr nützlich für eine handliche Meßvorrichtung, da mit einer Blitzlichtröhre oder dergleichen eine Lichtquelle zur Verringerung des Raumbedarfes auf ein Minimum und zur Gewährleistung einer ausreichenden abgegebenen Lichtmenge zur Verfügung steht.

Ferner können die folgenden erheblichen Vorteile erwartet werden, da die erfindungsgemäßen Messungen vom Augenblickswert Gebrauch machen, der sich jeweils entsprechend der Dämpfung der Intensität des ausgesandten Lichtes ändert, anstatt von einem integrierten Wert der Intensität des empfangenen Lichtes. Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Lichtempfangsvorrichtung nicht den Gesamtbereich schwankender Intensität abzudecken braucht, da dies bei der Ermittlung von t- und t~ keine Rolle spielt, selbst wenn die Lichtaufnahmevorrichtung mit der Menge I des aufgenommenen Lichtes gesättigt ist und daher keiner Intensitätsänderung gemäß Fig. 9 folgt.

Mit anderen Worten, dies ermöglicht es,eine Lichtquelle mit extrem hoher Intensität des ausgesandten Lichtes, im Vergleich mit dem Betriebsbereich der Lichtaufnahmevorrichtung,zu verwenden und erweitert den dynamischen Bereich der Messung, indem der Betriebsbereich der Lichtaufnahraevorrichtung derart ausgewählt wirds daß nur der benötigte Bereich abgedeckt wird, in

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welchem sich die Lichtmenge entsprechend einer Exponentialfunktion verringert. Im Gegensatz hierzu machte es
Schwierigkeiten, ein Licht zu verwenden, das stärker war
als durch die strichpunktierte Kurve I3 in Fig. 9 angegeben ist, um mit bekannten Vorrichtungen Messungen vorzunehmen,
in denen ein Blitzlicht als Lichtquelle verwendet wurde, und die Daten die gesamte Menge des empfangenen Lichtes darstellten und somit einen integrierten Wert, worauf anschließend eine logarithmische Umwandlung durchgeführt wurde.

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Leerseite

Claims

PAT Ii N TAN WAtT E

DB. ING. E, HOFFMANN Π?30-197ό) · DtPL-I N G.W.EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · D1PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RE R. N AT. B. H AN S E N ARABCLLASTRASSE '. (STERNHAUS) · D-8000 MO NCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE)

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Vorrichtung zur optischen Messung einer Eigenschaft eines

Objektes .

Patentansprüche

U Vorrichtung zur optischen Messung einer Eigenschaft eines Objektes, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1) zur Abgabe eines Blitzlichtes, dessen Intensität sich zeitabhängig mit einer Exponentialfunktion verringert, eine Einrichtung (5)_r welche unter Zwischenschaltung des Objektes das von der erstgenannten Einrichtung erzeugte Licht aufnimmt, um ein Ausgangssignai zu liefern, dessen Höhe sich abhängig von der Intensitätsänderung des empfangenen Lichtes ändert, und eine Einrichtung (7, 8, 9, 10) zur Ermittlung eines Zeitpunktes, in dem das Ausgangssignal der Lichtaufnahmeeinrichtung, welches sich als Folge der Verringerung der Intensität des Blitzlichtes ändert, einen vorgegebenen Wert erreicht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Blitzlichtes eine elektronische Blitzlichtröhre umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7, 8, 9, 10) zur Ermittlung des genannten Zeitpunktes eine Einrichtung enthält, die auf das Ausgangssignal der Einrichtung (5) zur Aufnahme des Lichtes anspricht, um ein Signal zu erzeugen, wenn das Ausgangssignal einen vorgegebenen Wert erreicht, sowie eine Zeitzähleinrichtung (8), die durch das Ausgangssignal der Signalerzeugereinrichtung gesteuert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitzähleinrichtung die Zeitzählung entsprechend der Triggerung der Einrichtung zur Erzeugung des Blitzlichtes einleitet und die Zeitzählung abhängig von dem Ausgangssignal der Signalerzeugereinrichtung beendet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitzähleinrichtung (8) einen Taktimpulsgenerator (7) und einen Zähler zum Zählen der Taktimpulse aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler ein binärer Zähler ist, in weichem die Impulse bei einer ersten Messung mit standardisiertem Lichtstrahlengang von der Einrichtung zur Erzeugung des Blitzlichtes zur Lichtaufnahmeeinrichtung additiv gezählt waxisn , und bei einer zweiten Messung, bei welcher der Lichtstrahlengang durch die Anwesenheit des Objektes beeinflußt wird, subtraktiv gezählt werden.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaufnahmeeinrichtung ein Paar lichtaufnehmender Elemente (5) aufweist und ein Paar Ausgangssignale erzeugt, die sich jeweils in ihrer Höhe ändern, abhängig von der Änderung der Intensität des von dem Paar der Lichtaufnahmeelemente empfangenen Lichtes.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugereinrichtung eine erste Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals aufweist, wenn ein Signal des Paars von Ausgangssignalen einen vorgegebenen Wert erreicht, sowie eine zweite Einrichtung, um ein zweites Signal zu erzeugen, wenn das andere Signal cfesPaares der Ausgangssignale einen vorgegebenen Wert erreicht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitzähleinrichtung (8) die Zeitzählung abhängig von dem ersten Signal der ersten Signalerzeugereinrichtung beginnt und die Zeitzählung abhängig von dem zweiten Signal der zweiten Signalerzeugereinrichtung beendet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Lichtaufnahmeelement (5) auf unterschiedliche Lichtwellenlängen ansprechen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e kenn zeichnet, daß der Lichtstrahlengang von der Blitzlichterzeugereinrichtung (1) zu einem Lichtaufnahmeelement (5) des genannten Paars von Lichtaufnahmeelementen standardisiert ist,und daß der Lichtstrahlengang von der Blitzlichterzeugereinrichtung zum anderen Lichtaufnahmeelement (13) des Paars von Lichtaufnahmeelementen durch die Anwesenheit des Objektes beeinflußt wird ο

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12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaufnahmeeinrichtung ferner ein Paar Filter (18, 19) aufweist, die jeweils vor dem Paar der Lichtaufnahmeelemente (5, 13) liegen, wobei ein Filter des Filterpaares selektiv Licht einer Wellenlänge durchläßt, das nicht auf die Eigenschaft des Objektes anspricht, während das andere Filter des Filterpaares selektiv eine Lichtwellenlänge durchläßt, die auf die Eigenschaft des Objektes anspricht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzlichterzeugereinrichtung (1) eine Einrichtung zur Erhöhung der Abklingzeit der Lichtintensität aufweist.

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