DE3546056C2

DE3546056C2 - Vorrichtung zur Messung der integralen Extinktion einer Probe

Info

Publication number: DE3546056C2
Application number: DE3546056A
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Ohkubo; Shunichiro Sasaki
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1984-12-26
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2005-12-25
Also published as: US4762412A; CN1021370C; DE3546056A1; CN85109758A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der integralen Extinktion einer Probe.

Die DE-OS 25 37 343 offenbart ein Densitometrieverfahren zur densitometrischen Messung eines Meßflecks, der auf einem Trägermedium entwickelt ist. Als Mittel zur Erzeugung der für den Meßvorgang erforderlichen Relativbewegung zwischen dem zur Messung verwendeten Lichtfleck und dem Trägermedium dient dabei in verhältnismäßig trägheitsbehafteter Weise ein Kreuzschlitten, auf dem das Trägermedium angeordnet ist.

Die DE-OS 19 03 524 betrifft eine Vorrichtung zum Aufspüren von Fremdstoffen in pulvrigem oder granulärem Material mittels Lichtreflexionen eines Laserstrahles. Die Abtastbewegung des Laserstrahles wird dabei mittels eines umlaufenden Spiegels erzeugt, wobei eine ebenfalls umlaufende Blende den Meßstrahl außerhalb des Meßvorganges periodisch unterbricht. Auch in diesem Falle beschränkt das Trägheitsmoment des umlaufenden Spiegels den oberen Grenzwert für die Abtastgeschwindigkeit.

Gemäß der US-PS 3,768,913 wird die Dichte einer fotografischen Filmschicht innerhalb eines linienförmigen Meßfeldes gemessen. Die linienförmige Auslenkung des Meßstrahles wird mittels einer umlaufenden Scheibe bewerkstelligt, die geradlinige Schlitze aufweist, welche vor einem feststehenden, geradlinigen Schlitz umlaufen.

Es ist im Prinzip auch schon bekannt, zur optischen Abtastung eines Objektes eine sogenannte Nipkow-Scheibe zu verwenden, die spiralförmige Schlitze aufweist.

Bei Benutzung der bekannten Abtast- bzw. Meßanordnungen zur Messung der integralen Extinktion einer Probe ergibt sich, abgesehen von den bei einigen dieser Anordnungen auftretenden störenden Trägheitskräften, die Schwierigkeit, daß der Meßvorgang jeweils nach Durchlaufen des Meßgeldes periodisch unterbrochen wird, wodurch sich die Beleuchtungsstärke an dem zur Lichtmessung verwendeten Photomultiplier in einer seine Meßgenauigkeit in nachteiliger Weise beeinflussenden Weise ändert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise weiter zu entwickeln, daß bei der optischen Abtastung der Probe keine störenden Trägheitskräfte auftreten und daß eine optimale Meßgenauigkeit des zur Extinktionsmessung verwendeten Photomultipliers erhalten wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung, teilweise in Form eines Blockdiagramms, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel einer Schlitzscheibe in der optischen Abtast vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein Demonstrationsdiagramm zur Beschreibung der Bewegung einer Lichtstrahlbeleuchtungs position auf der Probenoberfläche in der Vor richtung von Fig. 1;

Die Fig. 4 und 5 zeigen Flußdiagramme zur Erläuterung einer Lagenkorrektur in der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht von einem zweiten Beispiel einer Schlitzscheibe zur Verwendung in der opti schen Abtastvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 7 zeigt ein Demonstrationsdiagramm zur Erläuterung einer Bewegung der Lichtstrahlenbeleuchtungs position auf einer Probe während eines Abtastvorgangs;

Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines dritten Beispiels von einer optischen Scheibe zur Ver wendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der sich die ersten und zweiten Schlitze wahlweise an den Enden überlappen; und

Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Meßsystems in der optischen Abtastvorrichtung von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Densitometers, bei dem ein Farbscanner mit einer optischen Abtastvorrich tung gemäß der Erfindung verwendet ist. In Fig. 1 bedeuten die Bezugszeichen 2 und 4 Lichtquellen. Um einen weiten Wellenlängenbereich für die Messungen zu schaffen, sind zwei Arten von Lichtquellen vorgesehen, welche beispielsweise aus der Gruppe von Lichtquellen von Xenon-, Wolfram- und schweren Wasserstoff-Lampen ausgewählt sind. Ein sphärischer Spiegel 6 wählt eine der Lichtquellen 2 und 4 aus, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle 2 bzw. 4 zu einem Spektroskop 8 zu lei ten. Ein in Form eines Spektrums aufgeteilter Lichtstrahl tritt aus dem Auslaßspalt 10 des Spektroskops 8 aus.

Eine Schlitzscheibe 12 ist vor dem Ausgangsspalt 10 des Spektroskops 8 angeordnet. Man erkennt aus Fig. 2, daß die Schlitzscheibe 12 beispielsweise drei Schlitze 14-1, 14-2 und 14-3 aufweist. Die Schlitze 14-1, 14-2 und 14-3 sind derart gestaltet, daß der Abstand R von der Mitte 0 sich gemäß folgendem Ausdruck ändert:

R=R₀+k_R

wobei R der Drehwinkel ist und R₀ der Abstand zwi schen der Mitte 0 und dem innersten Punkt von jedem Schlitz.

Die Schlitzscheibe 12 ist fest auf der sich drehenden Welle eines Motors 16 montiert, so daß die Schlitzschei be direkt durch den Motor 16 in Umdrehung gesetzt wird. Die relative Lage zwischen der Schlitzscheibe 12 und dem Ausgangsspalt 10 des Spektroskops ist in Fig. 2 gezeigt. Dies bedeutet, daß der Ausgangsspalt 10 sich radial zu der Schlitzscheibe 12 erstreckt. Die Schlitzscheibe 12 hat eine Bohrung 18, welche dazu dient, den Ausgangspunkt der Schlitze 14-1, 14-2 und 14-3 zu ermitteln. Die Ermittlung erfolgt über einen Detektor 20, der in Fig. 1 dargestellt ist.

Der Lichtstrahl, welcher durch das Loch hindurchtritt, welches gebildet wird, wenn einer der Schlitze 14-1, 14-2 oder 14-3 der Schlitzscheibe 12 über den Ausgangs spalt 10 zu liegen kommt, wird über einen sphärischen Spiegel 22 und einen Planspiegel 24 einer Proben platte 26 zugeführt. Die Probenplatte 26 ist von einem nicht gezeigten Objekttisch gehaltert, der in X- und Y-Richtungen beweglich ist. Ein halbdurchlässiger Spiegel 23 ist derart angeordnet, daß er einen Teil des vorstehend erwähnten Lichtstrahls auf einem Überwachungs photomultiplier 27 für den Beleuchtungslichtstrahl ablenkt.

Zur Ermittlung des durch die Probenplatte 26 hin durchtretenden Lichtstrahls dient ein Detektor 28-1, beispielsweise ein Photomultiplier. Der Detektor 28-1, empfängt den Lichtstrahl über eine Strahlplatte 29, wie beispielsweise eine Polytetrafluorethylenplatte.

Ein Photomultiplier 28-2 ermittelt das von der Pro benplatte 26 reflektierte Licht. Ein Vorverstärker 30 verstärkt das Ausgangssignal des Detektors 28-1 und einen Verstärker mit logarithmischer Kennlinie (logarithmic conversion amplifier) 32 wandelt das Aus gangssignal des Vorverstärkers 30 um. Ein A/D (analog to-digital) Verstärker 34 formt das Ausgangssignal des Verstärkers 32 in ein digitales Signal um, und ein CPU (Zentralrechner) 36 empfängt das digitale Signal, um die Extinktion zu berechnen und um den Impulsmotor 16 zu steuern. Der CPU verwendet das Ausgangssignal des Detektors 20 (wie beispielsweise eines Photokopplers) und den Drehwinkel der Schlitzscheibe 12 um eine Strahl beleuchtungsposition auf der Probenplatte zu bestimmen und um eine Lagenkorrektur durchzuführen.

Wenn gemäß Fig. 2 die Schlitzscheibe 12 in Richtung des Pfeiles gedreht wird, bewegt sich das an dem Schnittbereich des Ausgangsspalts 10 und des Schlitzes 14-1 erzeugte Loch längs des Ausgangsspalts 10 in der artiger Weise, daß es sich von der Mitte der Schlitz scheibe 12 hinwegbewegt. Auf diese Weise wird die Position, mit dem der Beleuchtungsstrahl auf die Probenplatte 26 auftrifft verschoben, wie dies durch die Darstellungen (a), (b), (c) . . . . . (n) in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn die Schlitzscheibe 12 weiter ge dreht wird, so daß der nächste Schlitz 14-2 den Aus gangsspalt 10 überlagert, kehrt die Position mit dem der Lichtstrahl die Probenplatte 26 beleuchtet in die in Fig. 3 mit (a) bezeichnete Position zurück. Immer wenn die Abtastung der Probenplatte 26 mit je einem der Schlitze 14-1, 14-2 und 14-3 durchgeführt wird, erfolgt eine Verschiebung des Objekttisches und damit der Probenplatte 26 um eine vorbestimmte Strecke in Y-Richtung. Wenn in der vorstehend beschriebenen Weise eine gesamte Spur in der Y-Richtung abgetastet worden ist, wird der Objekttisch in die X-Richtung bewegt, um den nächsten Abtastvorgang zu beginnen.

Der Vorgang für die Lagenkorrektur, wie sie bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 be schrieben.

Zunächst wird als Ausgangsroutine der Objekttisch der art verschoben, daß keine Probenplatte im Densitometer ist, wobei unter dieser Bedingung die Schlitzscheibe 12 gedreht wird, um die Extinktionen a₁, a₂, a₃ . . . . . und a_n an den Lagen X₁, X₂, X₃ . . . . und X_n zu messen und es werden die gemessenen Daten gespeichert. Die zentrale Recheneinheit 36 verwendet das Ausgangssignal des Ausgangspunktdetektors 20 und den Drehwinkel des Impulsmotors 16, d. h. die Anzahl der Antriebsimpulse des Impulsmotors 16′ um die Lagen X₁ bis X_n zu be stimmen.

Als nächstes wird der Objekttisch in dem Densitometer derart verschoben, daß die Probenplatte 26 in die Meß position gerät und die Messung wird für die Lagenkorrek tur durchgeführt. Der Vorgang ist in Fig. 5 gezeigt. Wenn die Messung für einen Punkt Xi auf der Probenplatte 26 durchgeführt wird, liest die zentrale Recheneinheit 36 die Extinktion Ai von dem A/D-Wandler 34 (Stufe S1) und ruft die Extinktion ai für die Lagen Xi ab, welches bei der Ausgangsroutine gespeichert worden war, um die Differenz zwischen den beiden Extinktionen Ai und ai zu berechnen (Schritte S2 und S3). Dies ist die Lagen korrektur.

Nachdem die derart berechnete Differenz gespeichert ist (Stufe S4), wird ein Antriebsimpuls (oder eine vorbestimmte Anzahl von Antriebsimpulsen) dem Impuls motor 16 zugeführt, um die Beleuchtungsposition des Lichtstrahls auf der Probenplatte 26 zu verschieben Stufe (S5). Die Lagenkorrektur wird für alle Meßpunkte in der gleichen Weise durchgeführt.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist lediglich eine Bohrung 18 in der Schlitzscheibe 12 ge bildet, um den Schlitzausgangspunkt festzulegen. Es können jedoch so viele Bohrungen wie Schlitze (14-1 bis 14-3) vorgesehen sein.

Bei der Ausführungsform sind drei Schlitze in der Schlitzscheibe 12 gebildet. Es können natürlich auch zwei oder mehr als drei Schlitze in der Schlitzscheibe 12 gebildet sein.

In Fig. 1 ist die Schlitzscheibe 12 über bzw. vor dem Ausgangsspalt 10 angeordnet. Der gleiche Effekt läßt sich jedoch auch durch ein Verfahren erzielen, bei dem die Bilderzeugung in der X-Richtung auf dem Aus gangsspalt 10 durchgeführt wird, während die Bilder zeugung in der Y-Richtung auf der Schlitzscheibe 12 er folgt. In alternativer Ausgestaltung kann die Schlitz scheibe 12 in einer Lage angeordnet sein, wo ein Bild des Ausgangsspalts 10 erzeugt wird. Es ist darüber hinaus möglich, die Schlitzscheibe 12 bis zu einem derartigen Grad in einem Abstand von dem Ausgangsspalt 10 anzuordnen, daß keine Probleme bei der Messung ent stehen.

Anstelle eines Impulsmotors kann ein Synchronmotor zur Drehung der Schlitzscheibe 12 verwendet werden. In die sem Falle kann der Drehwinkel der Schlitzscheibe 12 ermittelt werden, indem man die zeitliche Periode er mittelt, die seit der Feststellung des Ausgangspunktes vergeht.

Bei der vorstehend beschriebenen Meßvorrichtung werden keine Daten während der Periode gelesen während die Ab tastlinie oder -spur in der X- oder Y-Richtung auf der Probenplatte geändert werden, so daß die Schlitzschei be Winkelbereiche haben kann, welche nicht von den Schlitzen abgedeckt sind. Es treten jedoch bestimmte Schwierigkeiten in dem Falle auf, bei dem der Photo multiplier einen Teil des Lichtstrahles empfängt, der durch den Schlitzmechanismus hindurchtritt, um die Intensität der Lichtquelle zu ermitteln, und das Aus gangssignal des Photomultipliers dient zur Anlegung einer Dynodenrückkopplung an einen anderen Photomultiplier, der so angepaßt ist, daß er dem von der Pro benplatte reflektierten oder durch diese hindurch gehenden Lichtstrahl abtastet, zwecks automatischer Korrektur der negativen Hochspannung. Da beispielsweise kein Überwachungslichtstrahl für die zeitliche Periode vorgesehen ist, welche dem Winkelbereich entspricht, tritt augenblicklich ein spitzenförmiger Peak mit der negativen Hochspannung auf, d. h. die angelegte nega tive Hochspannung nimmt ein Maximum ein. Des weiteren wird, da kein Lichtstrahl zu dem Photomultiplier ge langt, welcher so ausgebildet ist, daß er den an der Probenplatte reflektierten oder durch diesen hindurch gelassenen Lichtstrahl abtastet, das Ausgangssignal des die Extinktion berechnenden Verstärkers abnormal.

Der augenblickliche Anstieg der negativen Hochspannung läßt sich verhindern, indem man eine geeignete Reaktionszeitschaltung in den negativen Hochspannungs schaltkreis einbringt. Dieses Verfahren beeinflußt jedoch das Ausgangssignal des Abtastphotomultipliers nachteilig, mit dem Ergebnis, daß die Stabilität des Lichtmeßsystems und des Signalaufbereitungssystems her abgesetzt wird. Diese Probleme werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den Lichtstrahl auf die Probe auch für die Zeitperiode auffallen läßt, bei der die Daten für die Extinktion der Probe nicht gelesen werden. Dies be deutet, daß sich eine Lösung für das Problem ergibt durch Verwendung einer Schlitzscheibe, welche dann, wenn der durch den Schlitzmechanismus hindurchtreten de Lichtstrahl von dem Photomultiplier überwacht wird, die abrupte Änderung in der negativen Hochspannung aus schaltet, d. h. das Auftreten eines Peaks mit der negati ven Hochspannung aufgrund der Dynodenrückkopplung während der Abtastperiode, so daß die negative Hoch spannung im wesentlichen gleichmäßig aufrechterhalten wird.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht von einem Beispiel der vor stehend erläuterten Schlitzscheibe im Detail. Man er kennt aus Fig. 6, daß die rotierende Schlitz scheibe 12 erste Schlitze 14-1 und 14-2 aufweist, bei denen der Abstand von der Mitte sich mit dem Drehwin kel ändert. Es sind zweite Schlitze 15-1 und 15-2 vorge sehen, die von den ersten Schlitzen 14-1 und 14-2 be abstandet sind, die jedoch bezüglich der Drehwinkel kontinuierlich an die ersten Schlitze anschließen. Die Schlitzscheibe 12 ist in ähnlicher Weise wie die Schlitzscheibe von Fig. 2 auf der Drehachse des Motors 16 gehaltert. Die ersten Schlitze 14-1 und 14-2 dienen zum Lesen der Daten wie im Falle der Schlitzscheibe von Fig. 2. Dies bedeutet, daß die ersten Schlitze spiral förmig ausgebildet sind, so daß bei einer Drehung der Schlitzscheibe 12 der Abstand R von der Mitte von R₀ auf R₂ zunimmt. Der Schlitz 14-1 erfaßt einen Winkel bereich R₁-R₂ und der Schlitz 14-2 einen Winkelbe reich R₃-R₄.

Die zweiten Schlitze 15-1 und 15-2, die zwischen den ersten Schlitzen 14-1 und 14-2 angeordnet sind, befinden sich in einem Abstand R₁ (R₁=(R₀+R₂)/2) von der Mitte und verlaufen gekrümmt. Der Schlitz 15-1 deckt einen Winkelbereich R₂-R₃ und der Schlitz 15-2 einen Winkelbereich R₄-R₁ ab. Auf diese Weise be decken die Schlitze 14-1, 15-1, 14-2 und 15-2 den ge samten Winkelbereich von 360° der Schlitzscheibe 12. Die Schlitzscheibe ist darüber hinaus derart konstruiert, daß der Bereich des Lochs, das von dem rechteckförmigen Spalt 10 und jedem der Stütze gebildet wird, im wesent lichen während der Drehung der Schlitzscheibe 12 unver ändert bleibt.

Während der Drehung der Schlitzscheibe 12 in Richtung des Pfeiles wird der Lichtstrahl verschoben, um die Probenplatte 26 abzutasten. Dies wird im folgenden unter Bezugnahmne auf die Fig. 7 und 8 beschrieben.

Es sei angenommen, daß dann, wenn die Linie R₁ auf der Schlitzscheibe 12 den rechteckförmigen Spalt 10 erreicht, der Punkt, mit dem der Lichtstrahl die Pro benplatte 26 erreicht, an der Position 30 von Fig. 7 liegt. Bei einer Drehung der Schlitzscheibe 12 während gleichzeitig die Probenplatte 26 angehalten ist, wird die an dem Schnittbereich des ersten Schlitzes 14-1 mit dem Spalt 10 gebildete Öffnung derart bewegt, daß sie von der Mitte weggleitet, während der Punkt, mit dem der Lichtstrahl die Probenplatte 26 beleuchtet, von der Position 30 in die Position 31 von Fig. 7 bewegt wird. Sobald die Schlitzscheibe 12 weiter über einen vorbestimmten Winkel von dem Schrittmotor 16 gedreht wird, wird der Beleuchtungspunkt um eine vorbestimmte Strecke verschoben. Sobald die Linie R₂ auf der Schlitz scheibe den rechteckförmigen Spalt 12 erreicht, kommt es zu einer Überlagerung des Spalts 10 mit dem zweiten Schlitz 15-1. Aus diesem Grunde wird der Punkt an dem die Probenplatte 26 beleuchtet wird, in eine Position 32 verschoben. Gleichzeitig verschiebt der Probentisch die Probenplatte 26 um eine vorbestimmte Strecke in Y-Richtung. Dies bewirkt, daß der Beleuchtungspunkt auf der Probenplatte entsprechend der strichlierten Linie von Fig. 7 verschoben wird.

Wenn die Linie R₃ den rechteckigen Spalt 10 erreicht, überschneidet der Spalt 10 den Schlitz 14-2, so daß der Beleuchtungspunkt auf der Probenplatte 26 an einer Lage 34 liegt. Wenn die Schlitzscheibe 12 in Richtung des Pfeiles gedreht wird, während die Probenplatte 26 angehalten ist, verschiebt sich der Beleuchtungspunkt zu der Stelle 35. Die Schlitzscheibe 12 wird wiederholt in der vorstehend beschriebenen Weise gedreht. Wenn der Beleuchtungspunkt die in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 36 versehene Position erreicht, ist der Abtastvorgang von einer Spur beendet.

Unter der Bedingung, daß der rechteckförmige Spalt 10 sich mit den Schlitzen 15-1 oder 15-2 überschneidet, wird die Schlitzscheibe 12 angehalten und die Spur ge ändert. In diesem Falle ist der Beleuchtungspunkt auf der Probenplatte 26 an der in Fig. 7 mit dem Bezugs zeichen 37 bezeichneten Position. Die Probenplatte 26 wird um eine vorbestimmte Strecke in die X-Richtung bewegt sowie eine vorbestimmte Strecke in die Y-Richtung, so daß der Beleuchtungspunkt in der durch die strich lierte Linie 38 von Fig. 7 angedeuteten Weise verscho ben wird. Unter dieser Betriebsbedingung wird die Schlitzscheibe 12 wieder in Umdrehung versetzt. Wenn der erste Schlitz 14-1 oder 14-2 sich mit dem rechteck förmigen Spalt 14 überschneidet, wird der Beleuchtungs punkt zu einer Abtaststartposition 40 verschoben. Auf diese Weise kann eine neue Spur in der gleichen Weise abgetastet werden.

Während die Daten gelesen werden, bewegt sich die Öffnung an dem Überschneidungsbereich des ersten Schlitzes 14-1 oder 14-2 und des rechteckförmigen Spalts 10 radial zu der Schlitzscheibe in derartiger Weise, daß sich der Abstand von der Mitte R₀ auf R₂ ändert. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die tatsächliche Periode) während der Daten gelesen werden, auf einem Winkelbe reich beschränkt ist, welcher durch zwei Punkte in den Schlitzen 14-1 oder 14-2 festgelegt ist, die etwas von beiden Enden des Schlitzes entfernt sind, d. h. um einen Winkelbereich R₅-R₆ im Falle der Schlitzscheibe 14-1 und einem Winkelbereich R₇-R₈ im Falle der Schlitz scheibe 14-2. Dies erfolgt, da in Winkelbereichen ΔR an beiden Enden jedes Schlitzes Probleme auftreten können; so können beispielsweise Daten fehlerhafter weise gelesen und die Meßschaltung überempfindlich wer den.

Selbst für die durch die strichlierte Linie 33 ange deutete Wechselperiode für die Abtastzeile und die durch die strichlierte Linie 38 angedeutete Wechselperiode für die Abtastzeile verbleibt die Probenplatte 26 be leuchtet, so daß die Photomultiplier 28-1 und 28-2 Aus gangssignale liefern. Diese Ausgangssignale werden jedoch nicht als Daten gelesen.

Man erkennt aus der vorstehenden Beschreibung, daß der von der im Überschneidungsbereich des rechteckförmigen Spalts mit jedem der Schlitze 14-1, 14-2, 15-1 und 15-2 gebildeten Öffnung ausgehende Lichtstrahl kontinuier lich der Probenplatte mit einer im wesentlichen konstan ten Intensität zugeführt wird. Aus diesem Grunde ist auch der dem Überwachungsphotomultiplier 27 zugeführte Lichtstrahl bezüglich seiner Intensität im wesentlichen konstant. Selbst wenn daher das Ausgangssignal des Photomultipliers 27 für eine Dynodenrückkopplung zu den anderen Photomultipliern 28-1 und 28-2 zwecks auto matischer Korrektur der negativen Hochspannung verwendet wird, tritt kein abrupter Peak mit der negativen Hoch spannung auf, so daß die Messung mit einer negativen Hochspannung durchführbar ist, die im wesentlichen ein gleichförmiges Niveau aufweist. Da der Lichtstrahl, welcher der Probenplatte 26 zugeführt ist, wie vorste hend erwähnt, ebenfalls im wesentlichen eine konstante Intensität aufweist, ist darüber hinaus das Ausgangs signal des Rechenverstärkers zur Bestimmung der Extinktion, welcher die Ausgangssignale der Photomulti plier 28-1 und 28-2 aufnimmt zu allen Zeiten normal.

Es empfiehlt sich, daß nach Durchführung der Abtast operation die Schlitzscheibe 12 in einer Lage ange halten wird, bei der die Schlitze 15-1 oder 15-2 sich mit dem rechteckförmigen Spalt 10 überschneiden, um in einfacher Weise die Mitte des Strahlenabtastbe reiches zu ermitteln.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Krümmungsradius R₁ der zweiten Schlitze 15-1 und 15-2 durch die Beziehung (1/2(R₂+R₀))bestimmt, wobei R₀ und R₂ der Ausgangspunktkrümmungsradius und der Endpunktkrümmungsradius der ersten Schlitze 14-1 und 14-2 sind. Auf diese Weise wird eine hohe mechani sche Festigkeit für den Mittelteil der Schlitzscheibe 12 beibehalten und die Schlitzscheibe 12 hat eine hohe Steifheit.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel des optischen Koppler teils der in der Schlitzscheibe 12 gebildeten ersten und zweiten Schlitze. In der in Fig. 6 gezeigten Schlitzscheibe 12 sind die ersten Schlitze 14-1 und 14-2 optisch mit den zweiten Schlitzen 15-1 und 15-2 ge koppelt, wobei die Schlitzenden an den entsprechenden Linien R₁, R₂, R₃ und R₄ angeordnet sind. Bei der Schlitzscheibe von Fig. 8 sind die Schlitze 14-1 und 14-2 optisch mit den Schlitzen 15-1 und 15-2 derart ge koppelt, daß die Enden der ersteren sich mit den Enden der letzteren überlappen. In diesem Falle sollten die sich überlappenden Teile a₁, a₂, b₁, b₂ einander flächenmäßig gleich sein.

Bei der Schlitzscheibe von Fig. 8 treten die Schwierig keiten nicht auf, daß die Kopplungsteile der ersten und zweiten Schlitze den Beleuchtungslichtstrahl im Falle von Herstellungsfehlern unterbrechen.

Die Zahl und Konfiguration der in der Schlitzscheibe erzeugten Schlitze sind nicht auf die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Beispiele beschränkt.

Im folgenden soll das in Fig. 1 durch die Bauelemente 27 bis 36 angedeutete Meßsystem detailliert unter Be zugnahme auf Fig. 9 beschrieben werden.

In Fig. 9 ist mit dem Bezugszeichen 30-3 ein Vorver stärker wiedergegeben, der eine Vorverstärkung des Signales von dem Photomultiplier 27 liefet, welcher die Lichtquelle überwacht. Eine Einrichtung 41 zur An legung einer negativen Hochspannung legt eine vorbe stimmte negative Hochspannung an die Photomultiplier 27, 28-1 und 28-2 an entsprechend dem Ausgangssignal des Vorverstärkers 30-3. Die Einrichtung 41 enthält beispielsweise einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 30-3 erfährt eine logarithmische Umformung durch den Verstärker 42 mit logarithmischer Kennlinie.

Das Ausgangssignal des Photomultipliers 28-1 zur Messung des reflektierten Strahls wird über einen Vorverstärker 30-1, einem Verstärker 45-1 mit logarithmischer Kenn linie zugeführt. Die Differenz zwischen dem Ausgangs signal der Verstärker 45-1 und 42 wird bei einem Ver stärker 46-1 gebildet und weitergeleitet, wobei dieses Signal von einem Analog/Digital-Wandler 47-1 in ein digitales Signal umgewandelt wird.

In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal des Photo multipliers 28-2, das den durchgelassenen Strahl mißt, über einen Vorverstärker 30-2 einem Verstärker 45-2 mit logarithmischer Kennlinie zugeführt, wo aus ihm ein logarithmischer Wert gebildet wird. Die Differenz zwi schen den Ausgangssignalen der Verstärker 45-2 und 42 mit logarithmischer Kennlinie wird über einen Verstärker 46-2 weitergeleitet und mittels eines Analog/Digital- Wandlers 47-2 in ein digitales Signal umgewandelt. Auf diese Weise werden die Werte für die Extinktion in digitale Signale von den Analog/Digital-Wandlern 47-1, 47-2 umgewandelt. Die digitalen Daten werden zu sammen mit den Daten über die Position auf der Proben platte, welche von einer Positionsermittelungsein richtung 52 zugeführt wurde, in Speichern (RAMs) 48-1 und 48-2 gespeichert.

Die Positionsdaten werden von der Positionsermittlungs einrichtung 52 wie folgt gewonnen. Das Ausgangssignal des Detektors 20, wie beispielsweise eines Photokopplers, der so ausgebildet ist, daß er den Ausgangspunkt des Drehwinkels auf der Schlitzscheibe 12 ermittelt, dient als Bezug. Der Ausgangsimpuls einer Impulsgenerator schaltung 53, welche den Impulsmotor 16 antreibt, ist derart angeschlossen, daß die Positionsdaten von der Positionsermittlungseinrichtung 52 ausgegeben werden.

Das in Fig. 9 gezeigte Meßsystem enthält des weiteren Datenleseeinrichtungen 49-1 und 49-2, welche dazu dienen, die in den Speichereinrichtungen 48-1 und 49-2 gespeicherten Daten der Extinktion auszulesen. Die Bereiche der von den Datenleseeinrichtungen 49-1 und 49-2 ausgelesenen Daten werden durch ein Signal spezifiziert, das von einer Datenlesebreitekontroll einrichtung 50 geliefert wird. Die Datenlesebreite kontrolleinrichtung 50 legt das Signal an die Daten leseeinrichtung 49-1 und 49-2 entsprechend dem mit einer Tastatur 51 eingestellten Wert an, wobei die Tastatur 51 eine Datenlesebreiteeinstelleinrichtung ist.

Die von den Datenleseeinrichtungen 49-1 und 49-2 ge lesenen Daten werden einer Lagenkorrektur durch Lagen korrektureinrichtungen 54-1 und 54-2 unterzogen. Die Ausgangssignale der Lagenkorrektureinrichtungen 54-1 und 54-2 werden analytischen Kurvenlinearisierungsein richtungen 55-1 und 55-2 angelegt, wo sie in Dichten umgewandelt werden. Die Ausgangssignale der analyti schen Kurvenlinearisierungseinrichtungen 55-1 und 55-2 werden nach einer Integration durch Integrationsein richtungen 56-1 und 56-2 ausgegeben. Mit der Bezeichnung "Lage" wird die lagenabhängige Änderung in der Empfind lichkeit des Detektors bezeichnet und die lagenabhängige Änderung in der Helligkeit des optischen Systems. Mit der Bezeichnung "analytische Kurvenlinearisierung" wird eine Korrektur der Beziehung zwischen der Extinktion und der Dichte zu einer linearen Beziehung bezeichnet.

Der von der strichpunktierten Linie in Fig. 9 um randete Bereich entspricht dem zentralen Rechner 36 von Fig. 1.

Der Betrieb des in Fig. 9 gezeigten Meßsystems soll im folgenden beschrieben werden. Bei dem Lichtstrahlab tastvorgang, der mit der sich drehenden, in Fig. 2 ge zeigten Schlitzscheibe 12 durchgeführt wird, ist die Abtastbreite A (Fig. 7) konstant, wobei diese von der Konfiguration der Schlitze 14-1 bis 14-3 bestimmt ist. Die Daten bezüglich der Extinktion an verschiedenen Datenermittlungspositionen im Bereich der Abtastbreite A werden in den Speichereinrichtungen 48-1 und 48-2 ge meinsam mit den entsprechenden Positionsdaten ge speichert. Von den derart gespeicherten Daten über die Extinktion wird lediglich derjenige Bereich, der durch den Bereich B (Fig. 7) festgelegt ist und der durch die Tastatur 51 eingestellt wurde als effektive Daten von den Datenleseeinrichtungen 49-1 und 49-2 ausgelesen. Dies bedeutet, daß das Meßsystem von Fig. 9 lediglich die effektiven Daten verarbeitet.

Die Schlitzscheibe der Fig. 6 ist mechanisch derart ausgebildet, daß bei der Überwachung der Intensität der Lichtquelle zur Anwendung einer Dynodenrückkopplung zu den Photomultipliern zwecks automatischer Korrektur der negativen Hochspannung der Überwachungslichtstrahl nicht aufgenommen werden kann. Andererseits wer den bei dem Meßsystem von Fig. 9 diejenigen Daten, die dann geliefert werden, wenn der Überwachungslichtstrahl aufgenommen wird, elektrisch unwirksam gemacht, so daß lediglich effektive Daten für den photometrischen Be trieb für die Überwachung der Lichtquellenintensität und für die Dynodenrückkopplungssteuerung verwendet werden.

Obwohl die Lagenkorrektur vor stehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 bereits beschrieben worden war, soll sie im folgenden nochmals unter Bezugnahme auf die Fig. 9 sowie Fig. 4 und 5 diskutiert werden.

Bei der Anfangsroutine wird der Objekttisch derart be wegt, daß keine Probenplatte in dem Densitometer ist und unter dieser Bedingung wird die Schlitzscheibe 12 gedreht, um die Extinktionen a₁, a₂, a₃, . . . und a_n an den entsprechenden Lagen X₁, X₂, X₃, . . . X_n der selben zu messen und diese gemessenen Daten abzu speichern. Die Positionen X₁ bis X_n werden durch die Lagenermittlungseinrichtung 52 festgestellt, unter Verwendung des Ermittlungssignals des Photokopplers 20 und des Drehwinkels des Impulsmotors 16, d. h. der An zahl der Antriebsimpulse des Impulsmotors 16.

Als nächstes wird der Objekttisch verschoben, um die Probe 26 in die Meßposition zu bringen und es wird die Messung zur Lagenkorrektur durchgeführt.

Das Vorgehen zur Lagenkorrektur erfolgt wie in Fig. 5 dargestellt. Wenn die Datenleseeinrichtungen 49-1 und 49-2 aus den Speichereinrichtungen 48-1 und 48-2 eine Extinktion Ai am Punkt Xi auf der Probenplatte 26 lesen (Stufe S1), wird Zugriff zu der Extinktion ai an der Stelle Xi genommen, welcher in der Ausgangsroutine ge messen und gespeichert worden war, so daß die Differenz zwischen den beiden Extinktionen berechnet wird (Stufen S2 und S3). Die Lagenkorrektur wird in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Die derart berechnete Differenz wird in einer anderen Speichereinrichtung gespeichert (Stufe S4). Anschließend wird ein Antriebs impuls oder es wird eine vorbestimmte Zahl von Antriebs impulsen an den Impulsmotor 16 angelegt, um die Be leuchtungsposition des Strahls auf der Probenplatte 26 zu verschieben (Stufe S5). Die Lagenkorrektur wird für alle Meßpunkte in der gleichen Weise durchgeführt.

Die analytische Kurvenlinearisierung wird mit einem analytischen Kurvenlinearisierungsprogrammsystem durch geführt, unter Verwendung eines Mikrocomputers ent sprechend der Kubelka-Munk′schen theoretischen Formel, welche die Extinktion mit der Materialdichte angibt. Die analytische Kurvenlinearisierung ist allgemein be kannt und beispielsweise in "Journal of Chromatography" Band 116, Seiten 22 bis 41 beschrieben.

Wie bereits beschrieben worden war, wird in der Abtast breite A auf der Probenplatte 26 der Bereich B als der Bereich ausgewählt, bei dem die Daten effektiv sind. Die Daten außerhalb des Bereichs B können als Hinter grundabsorptionsdaten für die Probenplatte verwendet werden, um die Extinktionsdifferenz von den anderen effektiven Daten zu erhalten.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden sowohl die Extinktion des von der Probenplatte re flektierten Lichts als auch die Extinktion des durch die Probenplatte hindurchgehenden Lichts gemessen. Es läßt sich jedoch im wesentlichen der gleiche Effekt er halten, indem man lediglich einen der beiden Extinktionen mißt.

Man ersieht aus der vorstehenden Beschreibung, daß auf grund der vorliegenden Erfindung die Probenplatte mit dem Lichtstrahl abgetastet werden kann, indem man die kompakte Schlitzscheibe in einer Richtung oder alter nierend im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn dreht. Der Farbscanner ist daher einfach in seinem Aufbau und ermöglicht eine hohe Abtastge schwindigkeit. Wenn die Schlitzscheibe direkt durch den Impulsmotor oder einen Synchronmotor angetrieben wird, weist die Schlitzscheibe eine hohe Haltbarkeit auf. Darüber hinaus läßt sich eine Lagenkorrektur einfach und rasch durchführen, da die Position der Beleuchtung der Probenplatte mittels des Strahles von dem Drehwinkel des Motors bestimmt werden kann.

Wenn der Farbscanner mit einer hohen Abtastgeschwindigkeit arbeitet, wird der beleuchtende Lichtstrahl nicht unterbrochen, obwohl die in der Schlitzscheibe erzeugten Schlitze nicht miteinander verbunden sind. Wenn daher das Überwachungssystem oder das Ermittlungssystem einen Photomultiplier von einer Dynodenrückkopplungsbauart enthält, wird ein abruptes Ansteigen der negativen Hochspannung vermieden. Dies bedeutet, daß die Intensität des an dem Über wachungsphotomultiplier angelegten Lichtstrahls im wesentlichen konstant gehalten wird, was bewirkt, daß die negative Hochspannung wesentlich konstant gehal ten wird und daß die Meßempfindlichkeit ebenfalls im wesentlichen konstant bleibt.

Die Verwendung der Schlitzscheibe erlaubt es, daß der Photomultiplier kontinuierlich das Ausgangssignal liefert. Es ist daher nicht notwendig, das photometrische Signalermittlungssystem zu modifi zieren und es werden jeweils korrekte Extinktionswerte erhalten. Wenn darüber hinaus die Abtastung der Proben platte unterbrochen wird, kann der Abtaststrahl auf die Mitte der Abtastbreite eingestellt werden. Auf diese Weise läßt sich der Abtaststrahl einfach be züglich der Probenplatte positionieren.

Des weiteren erreicht man, wenn der Flying-Spot-Farb scanner mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben wird, daß es lediglich eine Abtastbreite gibt. Aus diesem Grund ist der Strahlab tastmechanismus einfach in seiner Konstruktion und da die Abtastbreite vorbestimmt ist, wird es möglich, lediglich den angepeilten Probenpunkte zu messen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der integralen Extinktion einer Probe mit folgenden Merkmalen:

a) Mittel zur Erzeugung eines relativ zur Probe beweglichen, von monochromatischem Meßlicht wählbarer Wellenlänge gebildeten Meßfleckes, welche eine geschlitzte, umlaufende Scheibe (12) und eine Einrichtung (8) zur Erzeugung des Meßlichtes umfassen,
b) mit den Antriebsmitteln (16) der umlaufenden Scheibe (12) verbundene Lagenermittlungseinrichtungen zur Feststellung des jeweils vom Meßfleck überstrichenen diskreten Ortes der Probe durch Messung des Drehwinkels der Scheibe (12),
c) Mittel zur Erzeugung von Extinktionsdaten für jeden dieser diskreten Orte durch Messung des Transmissionsgrades des die Probe durchsetzenden Meßlichtes an jedem dieser Orte,
d) eine zentrale Recheneinheit (36) zur Speicherung und Integration der für die diskreten Orte ermittelten Extinktionsdaten,
e) ein im Meßstrahlengang vor der umlaufenden Scheibe (12) angeordneter, rechteckförmiger, sich radial bezüglich der Scheibe (12) erstreckender Auslaßspalt (10) der Einrichtung (8) zur Erzeugung des Meßlichtes,
f) mindestens ein auf der Scheibe (12) angeordneter Leseschlitz (14-1, 14-2, 14-3), der in einem Abstand (R₀) von der Mitte (0) der Scheibe (12) beginnt, wobei dieser Abstand mit zunehmendem Drehwinkel (6) der Scheibe (12) zunimmt, und
g) eine Mehrzahl von auf der Scheibe (12) angeordneten Beleuchtungsschlitzen (15-1, 15-2), die einzeln zwischen benachbarten Leseschlitzen (14-1, 14-2, 14- 3) angeordnet sind, in radialer Richtung von diesen getrennt sind, und die zusammen mit den Leseschlitzen (14-1, 14-2, 14-3) den gesamten Winkelbereich von 360° der umlaufenden Scheibe (12) bedecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Beleuchtungsschlitze (15-1, 15-2) mit seinen Enden unter gleichen Winkeln endet, wie die Enden benachbarter Leseschlitze (14-1, 14-2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Beleuchtungsschlitze (15-1, 15-2) und die Leseschlitze (14-1, 14-2) im Bereich ihrer Enden winkelmäßig überlappen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahles ein Spektroskop (8) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (12) nach dem Auslaßspalt (10) in der Lage einer Bild- oder Zwischenbildebene einer Abbildungsanordnung (22) für die Scheibe (12) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (51) für eine selektive Einstellung des Meßbereiches (A, B) der Extinktionsdaten.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (16) einen Impulsmotor enthalten und daß die Lagenermittlungseinrichtungen (18, 20, 52) so ausgebildet sind, daß sie die Lagendaten entsprechend der Anzahl der dem Impulsmotor zugeführten Impulse erzeugen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (16) einen Synchronmotor enthalten und daß die Lagenermittlungseinrichtungen (18, 20, 52) so ausgebildet sind, daß sie die Lagendaten entsprechend der Dauer des Betriebes des Synchronmotors erzeugen.