PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69735565T2 24.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001447651
Titel Optisches Messgerät mit wellenlängenselektiver Lichtquelle
Anmelder ARKRAY, Inc., Kyoto, JP
Erfinder Matsuoka, Koji, Minato-ku Kyoto-shi Kyoto 601, JP;
Ohtsuka, Kazushi, Minato-ku Kyoto-shi Kyoto 601, JP;
Fukada, Keiichi, Minato-ku Kyoto-shi Kyoto 601, JP;
Kexin, Xu, Minato-ku Kyoto-shi Kyoto 601, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 69735565
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 29.07.1997
EP-Aktenzeichen 040047300
EP-Offenlegungsdatum 18.08.2004
EP date of grant 29.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse G01J 3/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01J 1/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01J 1/44(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung zum optischen Messen einer spezifischen Substanz, wie z. B. Glukose oder Hämoglobin in Blut oder Urin oder Zucker in einer Frucht, die in einer Streusubstanz, wie z. B. einer Flüssigkeit, einem Nahrungsmittel oder einem menschlichen Körper, enthalten ist, eine spektroskopische Lichtausrüstung, die zum Erzeugen des Lichts einer spezifischen Wellenlänge bei einer derartigen Messvorrichtung verwendet wird, und eine Photoerfassungsvorrichtung zum Durchführen einer spektroskopischen Analyse, insbesondere eine Photoerfassungsvorrichtung, die eine Drift oder eine Weißrauschkomponente von einem schwachen Messsignal beseitigen und das Signal mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis verstärken kann.

Beschreibung des Stands der Technik

In den letzten Jahren wurde eine optische Messung durch ein Bestrahlen eines Zielobjekts mit Licht und dann ein Verwenden von Ausgangslicht von dem Zielobjekt durchgeführt. In der Beschreibung bezeichnet der Begriff „Ausgangslicht" jedes Licht, das in ein Lichtstreuzielobjekt eintritt und aus diesem Zielobjekt austritt, einschließlich einem so genannten Durchlicht (das in der Richtung des Einfalls des Lichts austritt) sowie einem so genannten reflektierten Licht (das in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung des Einfalls austritt).

Bei einer derartigen Messung wird die Intensität des Ausgangslichts, das durch das Bestrahlen des Zielobjekts erhalten wird, für jede Wellenlänge gemessen, um Informationen bezüglich des Zielobjekts zu erhalten. Deshalb ist es notwendig, das Licht, das an das Zielobjekt angelegt ist, oder das Ausgangslicht in seine Spektralkomponenten zu zerlegen.

Verschiedene Systeme werden als spektroskopische Einrichtung verwendet. Ein allgemein verwendetes System zum Zerlegen von Licht einer kontinuierlichen Wellenlänge in seine Spektralkomponenten durch ein FTIR (Fourier-Transformations-Infrarot-Spektralphotometer) oder Bewegung eines Teiles, wie zum Beispiel eines optischen Gitters, weist das Problem auf, das die Messzeit verlängert wird, und etwas wie eine Drift der Lichtmenge tritt mit großer Wahrscheinlichkeit auf, was die Genauigkeit beeinflusst. Eine Spektralzerlegung bei einer zerlegten Wellenlänge, die ein Filter als ein spektroskopisches Element oder eine LD (Laserdiode) oder eine LED (Licht emittierende Diode) als eine Lichtquelle verwendet, beansprucht viel Zeit, wenn die Wellenlängenanzahl erhöht wird, was nicht nur die Kosten erhöht, sondern auch einen Wechsel bei der verwendeten Hardware, wie zum Beispiel dem Filter oder der Lichtquelle selbst, nötig macht, was zu einer Zunahme der Anzahl notwendiger Teile führt.

Andererseits wird eine akustooptische Vorrichtung (akustooptisches abstimmbares Filter: AOTF) als ein Spektroskop in Kombination mit einer kontinuierlichen Lichtquelle und dem Spektroskop verwendet. Die akustooptische Vorrichtung wird erhalten durch ein Befestigen eines Akustikwellenwandlers an einem akustooptischen Kristall, um eine Wellenlänge, die durch den Kristall transmittiert wird, durch eine Akustikwellenfrequenz (Hochfrequenz (HF)) auszuwählen. Die akustooptische Vorrichtung weist keine sich mechanisch bewegenden Teile auf und ist zu einem Wellenlängenabtasten mit einer hohen Geschwindigkeit in der Lage. Ein Spektralphotometer, das die akustooptische Vorrichtung verwendet, ist im Handel erhältlich.

Bezüglich eines Messverfahrens, das die akustooptische Vorrichtung als ein spektroskopisches Element verwendet, gibt es z. B. ein Verfahren zum Messen des Absorptionsunterschieds zweier Wellenlängen (EP401453A1) und ein Verfahren zum Messen des abweichenden Spektrums eines Gewebes eines Zielobjekts in Zuständen mit unterschiedlichem Blutvolumen (USP5,372,135).

Während das Relativmessverfahren, wie zum Beispiel die Zwei-Wellenlängen-Messung, eine Komponente in einem einfachen System, wie zum Beispiel einem System einer wässrigen Lösung, das nur eine einzige Komponente enthält, mit hoher Genauigkeit messen kann, ist es extrem schwierig, jeweilige Komponenten im Hinblick auf komplizierte Systeme, wie zum Beispiel Nahrungsmittel oder einen menschlichen Körper, die aus einer Anzahl von Komponenten zusammengesetzt sind, genau zu messen. Wenn sich Zielobjekte unterscheiden, können Veränderungen bei einer einzigen Komponente gleich bleiben, aber die verbleibenden Komponenten verändern sich in unterschiedlichen Verhältnissen, und daher ist es schwierig, eine Veränderung einer beobachteten Komponente lediglich aus dem Unterschied zwischen Werten, die bei zwei Wellenlängen gemessen werden, zu extrahieren. Außerdem ist es notwendig, extrem schwache Signale zu extrahieren, während sich Fehler aus einer Veränderung der Bedingungen, wie zum Beispiel Drücke, Oberflächenreflexionsgrade, Weglängen usw., für die Blutvolumina der gemessenen Teile ergeben, und daher ist es auch schwierig, ein einziges Signal einer beobachteten Komponente aus Signalen zu extrahieren, die derartige Schwankungsfehler enthalten.

Wenn das Ausgangslicht von einer Probe gemessen wird, und das gemessene Licht so extrem schwach ist, dass das Erfassungssignal und die Rauschintensität zueinander äquivalent sind, kann ein Ausgangssignal mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis nicht durch einen allgemeinen Verstärker erhalten werden. Zum Beispiel veranschaulicht 1 ein Absorptionsspektrum von Wasser, und, wie aus diesem Spektrum zu entnehmen ist, variiert die Absorbanz beträchtlich mit der Spektralwellenlänge. Im Allgemeinen variiert die Erfassungsintensität von Ausgangslicht von einer Probe ebenfalls beträchtlich mit der Wellenlänge. Wenn ein Messsignal von einem Detektor sich über einen großen Bereich verändert, ist das Messsignal in einer schwachen Wellenlängenregion in einem Verstärker, der seinen Verstärkungsgrad konstant hält, und das Signal genügt eventuell nicht einer Auflösung, wenn dasselbe in einem Computer durch einen A-D-Wandler wiedergewonnen wird, was eine Reduzierung der Messauflösung zur Folge hat.

Um die Reinheit einer Spektralwellenlänge bei einer akustooptischen Vorrichtung zu verbessern, muss der Einfall des Lichts auf diese akustooptische Vorrichtung konstanten optischen Bedingungen genügen. Bei einem herkömmlichen Spektralphotometer ist jedoch eine Einstellung eines Lichtflusses, der auf eine akustooptische Vorrichtung von einer Lichtquelle einfällt, unzureichend, da die Rate von Licht nullter Ordnung, das in Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung enthalten ist, groß ist, und es lässt sich nicht sagen, dass die Reinheit der Spektralwellenlänge ausreichend groß ist.

Außerdem unterscheidet sich Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung, das aus der akustooptischen Vorrichtung austritt, in der Richtung von dem Licht nullter Ordnung, ist jedoch ähnlich genug, dass das Licht nullter Ordnung ohne Weiteres in das extrahierte Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung gemischt wird.

Um ein Messsignal zu messen, wo sich die Intensität über einen großen Bereich verändert, während eine Auflösung beibehalten wird, muss der Verstärkungsgrad umgeschaltet werden. Im Fall eines Messens eines Spektrums mit einem großen dynamischen Bereich (wie zum Beispiel in 1 gezeigt) ist es notwendig, den Verstärkungsgrad umzuschalten, wobei derselbe für ein Signal mit geringer Stärke erhöht wird und für ein Signal mit großer Stärke verringert wird, sodass der gemessene Wert nicht durch eine Halbleiterrelaisschaltung, wie zum Beispiel ein Multiplexer, gesättigt wird. Bei der Messung ergibt sich ein Pulsrauschen aus einer derartigen Umschaltoperation und beeinflusst den gemessenen Wert, was Fehler verursacht.

In dem Fall eines Verstärkens eines extrem schwachen Signals, wie zum Beispiel der Messsignalspannung eines Rauschpegels, der wenig höher als das Hitzerauschen eines Schaltungselements ist, wird das Rauschen auch gleichzeitig bei einem Verstärkungsverfahren durch eine Rückkopplungsverstärkerschaltung verstärkt, die eine Transistorschaltung oder eine Differenzverstärkerschaltung, die einen Operationsverstärker verwendet, verwendet, und somit kann das Messsignal nicht von dem Rauschen unterschieden werden. Somit wird eine Schaltungsstruktur zum Unterdrücken des Rauschens, das sich aus der Schaltung selbst ergibt, sowie zum Beseitigen des Einflusses von einer Störung außerhalb der Vorrichtung unter dem Pegel des Messsignals benötigt.

Zumindest 100.000 sind für das Signal-Rausch-Verhältnis notwendig. Bei einer herkömmlichen Vorrichtung liegt das Signal-Rausch-Verhältnis bei dem FTIR jedoch bei einem Grad, der 10.000 nicht überschreitet.

Um einen Einfluss durch Rauschen (weißes Rauschen), dessen Frequenzband gleichmäßig verteilt ist, zu beseitigen, ist es notwendig, den gemessenen Wert durch ein wiederholtes Durchführen einer Messung und einer Integrationsverarbeitung bei dem Messwellenlängeband zu mitteln.

Selbst wenn mehr als eine Messwellenlänge vorliegen, wird ein Einfluss ausgeübt durch eine Langperiodenschwankung (Drift) des Messsignals, außer die Messung wird in einer kurzen Zeit durchgeführt.

Die WO 91 14157 A1 offenbart ein akustooptisches abstimmbares Zweistrahlspektrometer, das ein Optikeinrichtungssystem verwendet, um die zwei Strahlungsstrahlen, die durch ein akustooptisches Filter abgestimmt werden, zu isolieren, von denen einer verwendet wird, um eine Probe zu analysieren, wobei der andere derselben als eine Referenz verwendet wird. Das Abstimmen des Filters und der Analyse der Signale wird durch einen Mikroprozessor durchgeführt, der die vielen möglichen Rauschquellen korrigiert.

Die US-A-5,444,528 offenbart ein abstimmbares Spektrometer, das ein akustooptisches abstimmbares Filter umfasst, das zum Filtern von Licht von einer diskreten Lichtquelle angeordnet ist, wobei das Licht von dem Filter in einer gleichzeitigen Mehrzahl von einzelnen Strahlen, die unterschiedliche Beugungsordnungen aufweisen, austritt, wobei unterschiedliche Beugungsordnungen unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, und wobei komplementäre Paare der einzelnen Strahlen, die die gleiche Beugungsordnung aufweisen, jeweils im Wesentlichen die gleichen Wellenlängenbereiche aufweisen. Das Filter ist abgestimmt, um Licht in einer gleichzeitigen Mehrzahl von einzelnen Strahlen zu beugen, die unterschiedliche vorbestimmte Beugungsordnungen aufweisen, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, die Wellenlängen umfassen, die für ein Spektrum für eine gegebene Substanz charakteristisch sind; und ein Satz einer gegebenen Mehrzahl von Detektoren erfasst jeweils das gefilterte Licht, das durch das Filter gebeugt wird, um dadurch gleichzeitig Testsignale zu liefern, die ein Spektrum in einer interessierenden räumlichen Region anzeigen, mit Wellenlängen, die für das Spektrum für die gegebene Substanz charakteristisch sind. Ein weiteres Spektrometer, das Licht mit einer Wellenlänge erfasst, die für ein Raman-Streuungsspektrum für eine gegebene Substanz charakteristisch ist, umfasst eine Testzelle, die in der interessierenden räumlichen Region angeordnet ist und eine Mehrzahl von Spiegeln umfasst, die in der Zelle angeordnet sind, zum Reflektieren des Lichts, um eine Mehrzahl von Umläufen zwischen den Spiegeln zu durchlaufen, bevor dasselbe aus der interessierenden räumlichen Region austritt, um dadurch die Raman-Streuung des Lichts durch irgendwelche Moleküle der gegebenen Substanz in der Zelle zu verstärken, während das Licht durch die interessierende räumliche Region hindurchgeht.

Die US-A-5,040,889 offenbart eine Faseroptiksonde bei einem optischen Instrument, die bereitgestellt ist, um eine Probe mit sichtbarem NIR- und ultraviolettem Licht zu bestrahlen. Glasfasern tragen das sichtbare und das NIR-Licht von einer Quelle von sichtbarem und NIR-Licht zu der Sonde, und Quarzfasern tragen ultraviolettes Licht von einer ultravioletten Quelle zu der Sonde. Glasfasern tragen sichtbares und NIR-Licht, das von der Probe ausgeht, zu einem Spektrometer, das ein festes Gitter und ein Array von Photodetektoren aufweist, um das Spektrum zu empfangen, das durch das Gitter in dem Spektrometergehäuse dispergiert wird. Verstärker sind ebenfalls in dem Spektrometergehäuse enthalten, einzeln mit den Photodetektoren verbunden, um die Ausgangssignale der Photodetektoren zu verstärken. Die Sonde ist mit einer Standardweißprobe ausgestattet, die in Position schwenkbar ist, um das Licht von der Quelle sichtbaren Lichts zu empfangen. Ein Computer ist programmiert, um eine automatische Kalibrierung immer dann zu liefern, wenn die Temperatur in dem Gehäuse sich um mehr als einen vorbestimmten kleinen Betrag verändert. Die automatische Kalibrierung wird durch ein Schwenken des Weißstandards in Position und ein Berechnen von Kalibrierungswerten aus den sich ergebenden Photodetektorausgangssignalen durchgeführt. Eine automatische Kalibrierung wird auch geliefert, wenn sich das Verhältnis von Ausgangssignalen von ausgewählten der Photodetektoren um mehr als einen vorbestimmten geringen Prozentsatz verändert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Messvorrichtung zu schaffen, die ein Hochgeschwindigkeitswellenlängenabtasten durch ein Verwenden einer akustooptischen Vorrichtung als ein spektroskopisches Element ermöglichen, die Reinheit einer Spektralwellenlänge bei der akustooptischen Vorrichtung verbessern und eine Messgenauigkeit beim Messen von schwachen Signalen durch ein nicht invasives Messen einer spezifischen Substanz in einer Streusubstanz mit hoher Genauigkeit verbessern kann.

Diese Aufgabe wird durch eine optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Zusammenfassung der Erfindung

Die optische Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Lichtausrüstung, die ein Zielobjekt mit Licht bestrahlt, eine Photoerfassungsvorrichtung, die ein Ausgangslicht von dem Zielobjekt als Messlicht empfängt und erfasst, und ein Steuerteil, das Operationen der Lichtausrüstung und der Photoerfassungsvorrichtung steuert, auf. Die Lichtausrüstung moduliert, wie es im Folgenden beschrieben ist, das Ausgangslicht der akustooptischen Vorrichtung durch eine Stärkemodulation eines Treibersignals für den Akustikwellenwandler oder ein mechanisches Zerhacken des Lichts, das auf die akustooptische Vorrichtung einfällt. Die Photoerfassungsvorrichtung ist im Folgenden beschrieben.

Die spektroskopische Lichtausrüstung der vorliegenden Erfindung weist eine Lichtquelle, eine akustooptische Vorrichtung auf, die einen Akustikwellenwandler an einem akustooptischen Kristall aufweist, der als ein spektroskopisches Element dient, das Licht durch ein Verändern der Akustikwellenfrequenz, die dem akustooptischen Kristall geliefert wird, in seine Spektralkomponenten zerlegt. Dieselbe umfasst auch ein optisches Lichtquellensystem, um Licht von der Lichtquelle in die akustooptische Vorrichtung in einem Lichtfluss einzubringen, der kleiner als die Größe eines Fensters der akustooptischen Vorrichtung ist, als einen Strahl mit einem Ausbreitungswinkel (Parallelitätsgrad), der kleiner als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung ist. Ebenfalls enthalten ist ein optisches Kondensiersystem, das Licht nullter Ordnung, Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung, das jeweils von der akustooptischen Vorrichtung ausgeht, an Positionen kondensiert, die sich räumlich voneinander unterscheiden, und ein optisches Bestrahlungssystem, das ein Zielobjekt mit entweder dem Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung bestrahlt, das durch das optische Kondensiersystem kondensiert wird.

Die Photoerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist angepasst, um eine Messgenauigkeit durch ein Beeinflussen des Grads eines Verstärkungsgrads ansprechend auf die Stärke eines Signals zu verbessern. Die Photoerfassungsvorrichtung verstärkt gleichzeitig Signalwerte von einem Erfassungselement durch einen Verstärker mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Verstärkungsgraden, A-D-wandelt die Ausgangssignale desselben und wählt ein Signal aus, das maximal verstärkt ist ohne eine Sättigung unter den Signalen, wodurch das Auftreten eines Pulsrauschens unterdrückt wird, das sich ergeben hätte können, wäre eine Schaltvorrichtung, wie zum Beispiel eine Relaisschaltung oder ein Multiplexer, verwendet worden. Die Photoerfassungsvorrichtung moduliert ein Messsignal und führt eine synchrone Signalverarbeitung durch, die einem Lock-In-Verarbeiten bei seiner Modulationsfrequenz entspricht, wodurch nur eine Modulationsfrequenzkomponente zum Beseitigen von weißem Rauschen genau extrahiert wird.

Zu diesem Zweck umfasst die Photoerfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Modulationseinrichtung, die das Messlicht moduliert, ein Erfassungselement, das ein Signal ansprechend auf das Messlicht ausgibt, einen Verstärker, der das Ausgangssignal des Erfassungselements eingibt und gleichzeitig eine Mehrzahl von Signalen mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden ausgibt, einen A-D-Wandler, der die Mehrzahl von Ausgangssignalen mit unterschiedlichem Verstärkungsgrad von dem Verstärker in digitale Signale umwandelt, und ein Datenverarbeitungsteil. Das Datenverarbeitungsteil umfasst eine Kanalauswähleinrichtung, die die Mehrzahl von Ausgangssignalen des A-D-Wandlers eingibt und einen nicht gesättigten Wert des Verstärkers oder des A-D-Wandlers mit dem größten Verstärkungsgrad von diesen Signalen auswählt, eine synchrone Signalverarbeitungseinrichtung, die das ausgewählte Signal mit einem Oszillationssignal überlagert, das synchron zu der Modulationsfrequenz ist, die das Messlicht moduliert, und eine Integrationseinrichtung, die einen gemessenen Wert durch Integration des Signals, das einer synchronen Signalverarbeitung unterzogen wird, erhält.

Der Begriff „Ausbreitungswinkel" bezeichnet einen Winkel, der durch eine optische Achse des Lichtflusses und die Ausbreitungsrichtung des Strahls in dem Lichtfluss, der im Raum ausgebreitet ist, gebildet wird. Wenn die optische Achse des Lichtflusses senkrecht in die akustooptische Vorrichtung eingebracht wird, trägt nur ein Strahl mit einem Ausbreitungswinkel, der kleiner ist als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung, zu Beugungslicht erster Ordnung bei. Deshalb erhöht sich die Intensität des Beugungslichts erster Ordnung, wenn die Anzahl von Strahlen mit Ausbreitungswinkeln, die kleiner sind als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung, in dem Lichtfluss, der senkrecht in die akustooptische Vorrichtung eintritt, zunimmt. Bevorzugt sollten die Ausbreitungswinkel aller Strahlen, die in die akustooptische Vorrichtung eintreten, kleiner sein als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung.

Während die optische Achse des Lichtflusses, der in die akustooptische Vorrichtung eintritt, bevorzugt senkrecht zu einer Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung ist, kann die Richtung der optischen Achse des Lichtflusses, der in die akustooptische Vorrichtung eintritt, auch nicht streng senkrecht zu der Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung sein, falls die Bedingung erfüllt ist, dass ein Winkel, der durch den Strahl, der in dem Lichtfluss enthalten ist, und die senkrechte Richtung bezüglich der Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung gebildet ist, kleiner ist als der zulässige Bereich der akustooptischen Vorrichtung.

Das optische Lichtquellensystem ist eingestellt, um das Licht von der Lichtquelle in die akustooptische Vorrichtung einzubringen, in dem Lichtfluss, der kleiner ist als die Größe des Fensters der akustooptischen Vorrichtung, als den Strahl mit einem Ausbreitungswinkel, der kleiner ist als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung, wodurch die Reinheit des Beugungslichts erster Ordnung verbessert und seine Intensität erhöht wird. Außerdem kann die Mischung des Lichts nullter Ordnung in das Beugungslicht erster Ordnung durch ein Kondensieren des Lichts nullter Ordnung, des Beugungslichts positiver erster Ordnung und des Beugungslichts negativer erster Ordnung jeweils an Positionen, die sich räumlich voneinander unterscheiden, unterdrückt werden. Folglich kann Licht einer gewünschten Wellenlänge genau aus der Lichtquelle extrahiert werden.

Ein Wellenlängenabtasten kann mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden durch ein Verändern der Akustikwellenfrequenz, die durch den Akustikwellenwandler zu dem akustooptischen Kristall geliefert wird, um das Licht in seine Spektralkomponenten zu zerlegen. Folglich kann die Messzeit verkürzt werden, und jede Drift der Lichtmenge in der Messzeit usw. kann unterdrückt werden.

Das Ausgangslicht von der akustooptischen Vorrichtung kann durch eine Stärkemodulation des Treibersignals für den Akustikwellenwandler oder ein mechanisches Zerhacken des Lichts, das in die akustooptische Vorrichtung eintritt, moduliert werden. Eine modulationssynchrone Erfassung (Wellenerfassung) ermöglicht eine Erfassung eines Lichtsignals durch die Stärkemodulation. Deshalb wird das Ausgangslicht von der akustooptischen Vorrichtung, um weißes Rauschen zu beseitigen, moduliert, wobei das Messsignal moduliert wird, und die synchrone Signalverarbeitung, die einer Lock-In-Verarbeitung entspricht, wird bei der Modulationsfrequenz durchgeführt, wo nur eine Modulationsfrequenzkomponente genau extrahiert werden kann.

Messgenauigkeit kann durch ein Beeinflussen des Verstärkungsgrades ansprechend auf die Stärke des Signals verbessert werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Auftreten von Pulsrauschen, das verursacht hätte werden können, wenn eine Schaltvorrichtung, wie zum Beispiel eine Relaisschaltung oder ein Multiplexer, verwendet worden wären, durch ein gleichzeitiges Verstärken der Signalwerte von dem Erfassungselement durch den Verstärker mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Verstärkungsgraden, ein A-D-Wandeln der Ausgangssignale desselben und ein Auswählen eines Signals, das maximal verstärkt ist ohne eine Sättigung, von den Signalen, unterdrückt werden.

Bei der optischen Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die Lichtquelle, die das Zielobjekt bestrahlt, die Reinheit des Beugungslichts positiver erster Ordnung und des Beugungslichts negativer erster Ordnung, das von der akustooptischen Vorrichtung ausgeht, und führt eine Spektralzerlegung und Modulation des Ausgangslichts durch. Während die Erfassungsseite, die das Ausgangslicht von dem Zielobjekt erfasst, die synchrone Signalverarbeitung entsprechend einer Lock-In-Verarbeitung bei der Modulationsfrequenz des Messlichts durchführt zum genauen Extrahieren nur der Modulationsfrequenzkomponente, verstärkt dieselbe gleichzeitig die Erfassungssignale mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Verstärkungsgraden und wählt von diesen Signalen ein Signal aus, das maximal verstärkt ist ohne Sättigung, wodurch ein Pulsrauschen unterdrückt wird. Somit kann eine spezifische Substanz in einer Streusubstanz nicht-invasiv mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Ein exemplarisches optisches System, das das Licht von der Lichtquelle einstellt, um auf die akustooptische Vorrichtung als ein Lichtfluss, der kleiner als die Größe des Fensters der akustooptischen Vorrichtung ist, und ein Strahl mit einem Ausbreitungswinkel, der kleiner als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung ist, einzufallen, ist ein Vorspiegel, der an einem vorderen Abschnitt an der optischen Achse der Lichtquelle angeordnet ist, um das Licht von der Lichtquelle zu der akustooptischen Vorrichtung zu reflektieren, und ein optisches System, das eine Spiegeloberfläche des Vorspiegels in eine konjugierte Beziehung mit der Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung bringt. Falls die Größe des Fensters der akustooptischen Vorrichtung klein ist, ist eine Maske bereitgestellt, um den Lichtfluss zu verringern.

Ein Nachspiegel, der an einem hinteren Abschnitt der optischen Achse der Lichtquelle angeordnet ist, um das Licht von der Lichtquelle zu dem Vorspiegel zu reflektieren, kann des Weiteren bereitgestellt sein. Somit wird der Ausnutzungswirkungsgrad von Lichtquellenenergie zu Einfall auf die akustooptische Vorrichtung von der Lichtquelle verbessert.

Ein bevorzugtes Beispiel des optischen Bestrahlungssystems ist ein optisches System, das aus Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung zusammengesetzt ist, das durch das optische Kondensiersystem an der gleichen optischen Achse kondensiert wird und das Zielobjekt bestrahlt. Somit wird der Ausnutzungswirkungsgrad der Lichtquellenenergie durch ein Verwenden sowohl des Beugungslichts positiver erster Ordnung als auch des Beugungslichts negativer erster Ordnung verbessert.

Ein bevorzugtes Beispiel des optischen Bestrahlungssystems, das das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung an der gleichen optischen Achse zusammensetzt, ist ein verzweigtes Optikfaserbauglied mit zumindest zwei verzweigten ersten Endabschnitten und einem einzigen verbundenen zweiten Endabschnitt. Das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem kondensiert wird, wird jeweils in die verzweigten Endabschnitte des verzweigten Optikfaserbauglieds eingebracht, so dass das Zielobjekt mit Licht bestrahlt wird, das von dem verbundenen zweiten Endabschnitt ausgeht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Endabschnitt, der das Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung empfängt, in dem optischen Bestrahlungssystem bevorzugt auf eine Brennebene des optischen Kondensiersystems gesetzt.

Ein bevorzugteres Beispiel des optischen Bestrahlungssystems, das das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung an der gleichen optischen Achse zusammensetzt, ist ein verzweigtes Optikfaserbauglied mit drei verzweigten ersten Endabschnitten und einem einzigen verbundenen zweiten Endabschnitt. Das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem kondensiert wird, wird jeweils in zwei der drei verzweigten ersten Endabschnitte des verzweigten Optikfaserbauglieds eingebracht, während das Ausgangslicht durch das Ziellicht von ausgehendem Licht von dem verbunden zweiten Endabschnitt in den zweiten Endabschnitt eingebracht wird und durch den verbleibenden verzweigten ersten Abschnitt zu der Photoerfassungsvorrichtung geführt wird. Die Struktur wird durch ein Verwenden eines derartigen verzweigten Optikfaserbauglieds vereinfacht.

Eine Mehrzahl von akustooptischen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Spektralwellenlängenregionen kann seriell an einem optischen Weg des optischen Lichtquellensystems angeordnet sein, so dass eine beliebige der akustooptischen Vorrichtung ausgewählt und getrieben werden kann. Somit werden verwendbare Wellenlängenbereiche erweitert.

Um stabilere Ausgabeergebnisse zu erhalten, wird es bevorzugt, das Licht nullter Ordnung in dem Ausgangslicht von der akustooptischen Vorrichtung oder Lichtquellenlicht von einer Lampenquelle so zu empfangen, dass jegliche Schwankung bei der Intensität der Lichtquelle korrigiert werden kann.

Ein bevorzugtes Beispiel des Verstärkers, der gleichzeitig eine Mehrzahl von Signalen mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden ausgibt, ist einer, der eine Eingabepufferschaltung, die ein moduliertes Ausgangssignal des Erfassungselements eingibt, eine Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung, die eine Ausgangsspannungsschwankung der Eingabepufferschaltung durch ein resistives Element in eine Stromschwankung umwandelt, eine Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung, die die Stromschwankung durch die Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung in eine Spannungsschwankung umwandelt, die in einer vorgeschriebenen Vergrößerung bzw. Verstärkung mittels eines resistiven Elements verstärkt wird, und eine Verstärkerschaltung, die ein Spannungsschwankungsausgangssignal der Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung durch eine Ausgabepufferschaltung eingibt und eine Mehrzahl von Signalen unterschiedlicher Vergrößerungen ausgibt, aufweist. Die Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung und die Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung bilden einen Vorverstärker, während die Verstärkerschaltung, die eine Mehrzahl von Signalen verschiedener Vergrößerungen ausgibt, einen Verstärker bildet. Die Verstärkungsgrade werden durch eine Kombination eines Verstärkens der Signale bei einer Spannung-zu-Strom-Umwandlung in dem Vorverstärker und eines weiteren Verstärkens der Signale zum Zeitpunkt einer Strom-zu-Spannung-Umwandlung bestimmt. Die Signale des Vorverstärkers können gleichzeitig von dem Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden ausgegeben werden.

Das Datenverarbeitungsteil weist bevorzugt ferner eine Tiefpassfiltereinrichtung, die eine Hochfrequenzkomponente, die für die synchrone Signalverarbeitung unnötig ist, von dem Signal, das durch die Kanalauswähleinrichtung ausgewählt wurde, beseitigt, und eine Datenüberspringungseinrichtung, die einen Wert, der von einer Signalfolge extrahiert wird, die durch die Tiefpassfiltereinrichtung durchgeleitet wird, in einem konstanten Intervall jede Einheitsnummer, als einen Signalwert betrachtet, zwischen der Kanalauswähleinrichtung und der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung auf. Daten, die bei einer hohen Abtastfrequenz gemessen werden, haben eine große Nyquist-Bandbreite, und somit können Charakteristika eines Tiefpassfilters zum Verhindern von Aliasing-Rauschen gelockert werden. Wenn eine Überspringungsverarbeitung durchgeführt wird, um eine Verarbeitung mit einer kleinen Datenmenge zu ermöglichen, wird eine erscheinende Abtastfrequenz durch die Überspringungsverarbeitung reduziert, und damit ergibt eine Überlagerung Frequenzspektren gemessener Werte. Ein Einfluss durch Rauschen kann durch ein Durchführen der Verarbeitung durch das Tiefpassfilter vor einem Durchführen der Überspringungsverarbeitung beseitigt werden.

Eine Bandpassfilterverarbeitung mit einem Durchlassband in der Nähe der Modulationsfrequenz wird bevorzugt durchgeführt, bevor die synchrone Signalverarbeitung durchgeführt wird.

Die Frequenz des Signals kann von der Modulationsfrequenz verschoben werden, bevor die synchrone Signalverarbeitung durchgeführt wird, und somit kann die Genauigkeit der synchronen Signalverarbeitung durch ein Korrigieren einer derartigen Verschiebung verbessert werden. Somit weist die optische Messvorrichtung bevorzugt ferner eine Frequenzverschiebungskorrektureinrichtung auf, die eine Frequenzverschiebung zwischen der Frequenz des Signals, das in die synchrone Signalverarbeitungseinrichtung eingegeben wird, und der Modulationsfrequenz, die mit Bezug auf ein Taktsignal eines Computers erzeugt wird, misst, und die Synchronisierfrequenz der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung auf der Grundlage von erhaltenen Ergebnissen korrigiert.

Das Signal, das durch die synchrone Signalverarbeitung moduliert wird, erreicht einen konstanten Wert (Gleichstromkomponente), und damit wird eine Hochfrequenzkomponente bevorzugt durch ein Tiefpassfilter beseitigt. Deshalb weist die optische Messvorrichtung bevorzugt zwischen der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung und der Integrationseinrichtung ferner eine Tiefpassfiltereinrichtung auf, die die Hochfrequenzkomponente, die für die synchrone Signalverarbeitung unnötig ist, beseitigt.

Eine digitale Integrationsverarbeitung ist in ihrer Genauigkeit größer, wenn die Zeitkonstante für die Integration erhöht wird. Deshalb kann die Berechnungsgeschwindigkeit durch ein vorhergehendes Konvergieren der Berechnung an einem Wert, der nahe dem echten Wert ist, mit einer kleinen Zeitkonstante und dann ein Konvergieren des Wertes als einem Anfangswert mit einer großen Zeitkonstante verbessert werden.

In dem Fall eines Erzeugens einer Mehrzahl von Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade von dem Verstärker ergeben sich Fehler bei Vergrößerungen zwischen Verstärkern mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden. Zum Beispiel ist ein Ausgangssignal mit einem ×100 Verstärkungsgrad nicht unbedingt korrekt das Fünffache von dem mit einem ×20 Verstärkungsgrad. Instrumentenfehler zwischen Signalen mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden können durch ein Eingeben eines konstanten Signals und ein Ausgeben von Signalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade beseitigt werden, wobei Verhältnisse zu einem bestimmten Bezugsausgangssignal genommen werden, wobei dieselben als Korrekturdaten betrachtet werden und dies verwendet wird, um Fehler zwischen den jeweiligen Verstärkungsgraden während der Durchführung eines digitalen Verarbeitens zu korrigieren. Somit weist die optische Messvorrichtung bevorzugt ferner eine Instrumentenfehlerbewahrungseinrichtung, die eine Mehrzahl von Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade des Verstärkers, der ein Signal einer konstanten Amplitude empfängt, vergleicht und die Ergebnisse als Instrumentenfehler zwischen Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade bewahrt, und eine Verstärker-Ausgangssignal-Korrektureinrichtung auf, die die Ausgangssignale des Verstärkers mit den Instrumentenfehlern, die in der Instrumentenfehlerbewahrungseinrichtung bewahrt wurden, korrigiert.

Wenn die Leistungsversorgungsspannung des Verstärkers durch ein Messinstrument gemessen wird, um Korrekturen vorzunehmen, indem ein Verhältnis zu einer voreingestellten Bezugsspannung genommen wird, kann eine Verschiebung des absoluten Wertes des gemessenen Wertes korrigiert werden. Somit weist die optische Messvorrichtung bevorzugt ferner eine Messungsergebniskorrektureinrichtung auf, die die Leistungsversorgungsspannung des Verstärkers misst und das Messergebnis durch ein Verhältnis zu einer voreingestellten Bezugsspannung korrigiert.

In dem Fall eines gleichzeitigen Messens des Messlichtes und des Bezugslichtes (Licht nullter Ordnung von der akustooptischen Vorrichtung oder Lichtquellenlicht) ist die vorliegende Erfindung bevorzugt so strukturiert, dass das Erfassungselement und der Verstärker sowohl für eine Messlichterfassung als auch eine Bezugslichterfassung vorgesehen sind, der A-D-Wandler angepasst ist, um sowohl ein Messlichterfassungssignal als auch ein Bezugslichterfassungssignal in digitale Signale umzuwandeln, während das Datenverarbeitungsteil eine ähnliche Datenverarbeitung für das Bezuglichterfassungssignal durchführt, wobei das Datenverarbeitungsergebnis des Messlichterfassungssignals durch dasjenige des Bezugslichterfassungssignals geteilt und korrigiert wird.

Die im Vorhergehenden genannten und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn dieselbe im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 veranschaulicht ein Absorptionsspektrum von Wasser durch ein FTIR;

2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Ausführungsbeispiel einer optisches Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 ist eine schematische Grundrissansicht, die eine Lichtquellenkammer und eine akustooptische Vorrichtung bei einem Ausführungsbeispiel eines Stücks einer spektroskopischen Lichtausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

4A und 4B sind eine Grundrissansicht und eine Vorderauf rissansicht, die ein optisches System in der Lichtquellenkammer des Ausführungsbeispiels des Stücks der spektroskopischen Lichtausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;

5 ist eine schematische Grundrissansicht, die die Lichtquellenkammer, die akustooptische Vorrichtung und ein optisches Bestrahlungssystem bei dem Ausführungsbeispiel des Stücks der spektroskopischen Lichtausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

6A bis 6D sind eine schematische Vorderschnittansicht, die ein exemplarisches verzweigtes Optikfaserbauglied zeigt, das bei dem optischen Bestrahlungssystem bei dem Ausführungsbeispiel des Stücks der spektroskopischen Lichtausrüstung verwendet wird, eine Endansicht, die verzweigte Endabschnitte desselben zeigt, eine Endansicht, die einen verbundenen Endabschnitt zeigt, bzw. ein schematisches Diagramm, das seinen Betrieb zeigt;

7 ist eine schematische Grundrissansicht, die eine akustisch-optische Vorrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der spektroskopischen Lichtausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

8A und 8B sind Anordnungsdiagramme, die ein optisches Sys tem zur Charakteristikmessung bei einem Ausführungsbeispiel einer optischen Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und dasjenige bei einem herkömmlichen AOTF zeigen, das ein Spektralphotometer ist;

9 veranschaulicht ein Spektrum, das durch ein Verwenden des Ausführungsbeispiels der Messvorrichtung, die in 8A gezeigt ist, und ein Einbringen von nur Beugungslicht negativer erster Ordnung gemessen wurde;

10 zeigt das Spektrum von 9 mit einer verbesserten Photoempfindlichkeit an der vertikalen Achse;

11 veranschaulicht ein Spektrum, das durch ein Verwenden des Ausführungsbeispiels der Messvorrichtung, die in 8A gezeigt ist, und ein Einbringen von sowohl Beugungslicht negativer erster Ordnung als auch Beugungslicht positiver erster Ordnung gemessen wurde;

12 veranschaulicht ein Spektrum von Beugungslicht erster Ordnung des herkömmlichen Spektralphotometers, das in 8B gezeigt ist;

13 zeigt das Spektrum von 12 mit einer verbesserten Photoempfindlichkeit an der vertikalen Achse;

14 veranschaulicht und vergleicht die Spitzenenergie von Beugungslicht positiver erster Ordnung und diejenige von Beugungslicht positiver/negativer erster Ordnung bei einem Ausführungsbeispiel;

15 veranschaulicht die Spitzenenergie von Beugungslicht positiver erster Ordnung bei einem Ausführungsbeispiel und vergleicht dieselbe mit derjenigen von Beugungslicht erster Ordnung bei einem vergleichbaren Beispiel;

16 veranschaulicht und vergleicht die Spitzenenergie von Beugungslicht positiver/negativer erster Ordnung bei einem Ausführungsbeispiel und diejenige von Beugungslicht erster Ordnung bei einem vergleichbaren Beispiel;

17 veranschaulicht die Spitzenbereichsverhältnisse von Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht positiver/negativer erster Ordnung zu Ausgangslicht bei einem Ausführungsbeispiel;

18 veranschaulicht Spitzenbereichsverhältnisse von Beugungslicht positiver erster Ordnung bei einem Ausführungsbeispiel und Beugungslicht erster Ordnung eines Vergleichsbeispiels zu Ausgangslicht;

19 veranschaulicht die Spitzenbereichsverhältnisse von Beugungslicht positiver/negativer erster Ordnung bei einem Ausführungsbeispiel und Beugungslicht erster Ordnung zu Ausgangslicht bei einem vergleichbaren Beispiel;

20 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein Photoerfassungsvorrichtungsteil bei einem Ausführungsbeispiel einer optischen Messvorrichtung zeigt;

21 ist ein Blockdiagramm, das einen Verstärker bei einem Ausführungsbeispiel der optischen Messvorrichtung zeigt;

22 ist ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Vorspannungsschaltung eines PbS-Elements bei einem Ausführungsbeispiel der optischen Messvorrichtung zeigt;

23 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Funktion des Datenverarbeitungsteils zeigt; und

24 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Betriebs des Datenverarbeitungsteils zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

2 veranschaulicht schematisch eine optische Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die eine Lichtausrüstung 202, die ein Zielobjekt 200 mit Licht bestrahlt, eine Photoerfassungsvorrichtung 204, die Ausgangslicht (Durchlicht/Streulicht) durch das Zielobjekt 200 als Messlicht empfängt und erfasst, und ein Steuerteil 206, das die Operationen der Lichtausrüstung 202 und der Photoerfassungsvorrichtung 204 steuert, aufweist.

Die Lichtausrüstung 202 ist ein Stück einer spektroskopischen Lichtausrüstung, die eine Lichtquelle 6, eine akustooptische Vorrichtung 4, die einen Akustikwellenwandler an einem akustooptischen Kristall aufweist, der als ein spektroskopisches Element dient, eine Akustooptikvorrichtungstreibereinheit 214, die Licht durch ein Verändern der Akustikwellenfrequenz, die von dem Akustikwellenwandler an den akustooptischen Kristall geliefert wird, in seine Spektralkomponenten zerlegt und ein Ausgangslicht von der akustooptischen Vorrichtung 4 durch eine Stärkemodulation eines Treibersignals für den Akustikwellenwandler moduliert, ein optisches Lichtquellensystem 216, das das Licht von der Lichtquelle 6 senkrecht in einem Lichtfluss, der kleiner als die Größe eines Fensters der akustooptischen Vorrichtung 4 ist, von einem Strahl, der einen Ausbreitungswinkel aufweist, der kleiner als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung 4 ist, in die akustooptische Vorrichtung 4 einbringt, ein optisches Kondensiersystem 20, das Licht nullter Ordnung, Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung, das von der akustooptischen Vorrichtung 4 ausgeht, an Positionen kondensiert, die sich räumlich voneinander unterscheiden, und ein optisches Bestrahlungssystem 220 aufweist, das ein Zielobjekt 200 mit entweder dem Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung bestrahlt, das durch das optische Kondensiersystem 20 kondensiert wird.

Die Photoerfassungsvorrichtung 204 weist ein Photoempfangsteil 230 und ein Datenverarbeitungsteil 107 auf. Das Photoempfangsteil 230 weist ein Erfassungselement, das ein Signal ansprechend auf das modulierte Messlicht ausgibt, einen Verstärker, der ein Ausgangssignal des Erfassungselements eingibt und gleichzeitig eine Mehrzahl von Signalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade ausgibt, und einen A-D-Wandler auf, der die Mehrzahl von Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade von dem Verstärker in digitale Signale umwandelt. Das Datenverarbeitungsteil 107 weist eine Kanalauswähleinrichtung, die die Mehrzahl von Ausgangssignalen von dem A-D-Wandler eingibt und einen nichtgesättigten Wert des Verstärkers oder des A-D-Wandlers auswählt, während der größte Verstärkungsgrad von diesen Signalen aufrechterhalten wird, eine synchrone Signalverarbeitungseinrichtung, die das ausgewählte Signal mit einem Oszillationssignal überlagert, das zu der Modulationsfrequenz synchron ist, die das Messlicht moduliert, und eine Integrationseinrichtung auf, die durch ein Integrieren des Signals, das der synchronen Signalverarbeitung unterzogen wird, einen gemessenen Wert erhält.

Das optische Bestrahlungssystem 220 ist ein verzweigtes Optikfaserbauglied mit ersten Endabschnitten, die in zwei verzweigt sind, und einem verbundenen zweiten Endabschnitt. Das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem 20 kondensiert wird, tritt in die verzweigten ersten Endabschnitte dieses verzweigten Optikfaserbauglieds ein, so dass das Zielobjekt 200 mit Licht bestrahlt wird, das von dem verbundenen zweiten Endabschnitt ausgeht. Das Optikfaserbauglied 222 führt das Ausgangslicht von dem Zielobjekt 200 zu dem Photoempfangsteil 230.

Sowohl die Optikfaserbauglieder, die das optische Bestrahlungssystem 220 bilden, als auch das Optikfaserbauglied 222 zum Empfangen des Ausgangslichts sind bevorzugt ein verzweigtes Optikfaserbauglied mit einem einzigen Endabschnitt, der dem Zielobjekt 200 zugewandt ist, und drei verzweigten anderen Endabschnitten. In diesem Fall wird das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung in zwei der drei verzweigten Endabschnitte eingebracht, während der verbleibende eine Endabschnitt der drei verzweigten Endabschnitte zu dem Photoempfangsteil 230 geführt werden kann, was die Struktur vereinfacht.

Um das Licht nullter Ordnung von der akustooptischen Vorrichtung 4, eine korrekte Schwankung einer Lichtquellenintensität zu empfangen und auch ein stabiles Ausgabeergebnis zu erhalten, führt ein Optikfaserbauglied 224 das Licht nullter Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem 20 kondensiert wird, zu dem Photoempfangsteil 230.

Zahlzeichen 240 bezeichnet ein Berechnungsteil, das die Konzentration eines Zielobjekts bei dem Zielobjekt 200 von dem gemessenen Wert, der in dem Datenverarbeitungsteil 107 erhalten wird, berechnet, und Zahlzeichen 242 bezeichnet eine Ausgabeeinheit, wie z. B. einen Drucker, ein Aufnahmegerät oder eine CRT, die das Ergebnis der Messung ausgibt.

Der akustooptische Kristall der akustooptischen Vorrichtung 4 ist aus Tellurdioxid (TeO2) hergestellt, und der Akustikwellenwandler ist an einer Seite befestigt. Eine Wellenlänge wird in dem Bereich von 800 bis 2.400 nm durch eine Frequenz ausgewählt, die von dem Akustikwellenwandler an den Kristall geliefert wird, und abgetastet. Das Ausgangslicht der akustooptischen Vorrichtung 4 wird durch eine Stärkemodulation des Treibersignals für den Akustikwellenwandler moduliert. Das Steuerteil 206 steuert die Akustooptikvorrichtungstreibereinheit 214 zum Durchführen derartiger Wellenlängenabtastung und -modulation.

Wenn eine vorgeschriebene Akustikwellenfrequenz von dem Wandler der akustooptischen Vorrichtung 4 geliefert wird, tritt gebeugtes Licht ansprechend auf diese Frequenz getrennt als Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung aus, und das Licht der verbleibenden Wellenlänge wird als Licht nullter Ordnung gesendet. Das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung werden an der gleichen optischen Achse durch das optische Bestrahlungssystem 220 zusammengesetzt, um an das Zielobjekt 200 angelegt zu werden. Das Licht nullter Ordnung wird nicht an das Zielobjekt 200 angelegt, sondern wird, da dasselbe die Lichtquellenintensität ausdrückt, zur Korrektur des Messlichts verwendet.

3 bis 6B zeigen ein konkretes Beispiel einer Lichtausrüstung 202 bei dem Ausführungsbeispiel.

3 zeigt eine Lichtquellenkammer 2 und eine akustooptische Vorrichtung 4, die Licht kontinuierlicher Wellenlänge von der Lichtquellenkammer 2 in seine Spektralkomponenten zerlegt. Die Lichtquelle 2 ist mit einer Halogenlampe, die als Lichtquelle 6 dient, und einem optischen Lichtquellensystem 216 ausgestattet, das Licht von der Lichtquelle 6 sammelt und dasselbe in die akustooptische Vorrichtung 4 im Wesentlichen als paralleles Licht einbringt. Ein Vorspiegel 10 und ein Nachspiegel 12 sind vor bzw. hinter der Lichtquelle 6 auf einer optischen Achse 8 angeordnet. Eine Linse 14 und Spiegel 16 und 18 sind an einem optischen Weg zwischen dem Vorspiegel 10 und der akustooptischen Vorrichtung 4 angeordnet, zum Umwandeln des Lichts von der Lichtquelle 6, das durch den Vorspiegel 10 und den Nachspiegel 12 gesammelt wird, in paralleles Licht, so dass das Lichtquellenlicht durch diese optischen Systeme in die akustooptische Vorrichtung 4 eingebracht wird.

Die 4A und 4B veranschaulichen das optische System in der Lichtquellenkammer 2 im Detail. Der Vorspiegel 10 und der Nachspiegel 12 sind sphärische Spiegel mit der gleichen Brennweite. Der Abstand zwischen einem Faden der Lichtquelle 6 und dem Nachspiegel 12 ist eingestellt, um im Wesentlichen das Doppelte der Brennweite zu betragen, während die Richtung der optischen Achse des Nachspiegels 12 so eingestellt ist, dass ein Fadenbild der Lichtquelle 6, das durch den Nachspiegel 12 erzeugt wird, von dem Faden selbst leicht versetzt ist. Ein derartiger Entwurf ist angepasst, um einen Ausnutzungswirkungsgrad der Lichtquellenenergie zu verbessern.

Das Licht von der Lichtquelle 6 wird primär an der Rückseite einer konvexen Linse 14 durch den Vorspiegel 10 und die konvexe Linse 14 abgebildet. Eine Maske 15, die den Lichtfluss begrenzt, kann an dieser Position nach Bedarf angeordnet sein. Der sphärische Spiegel 18 bildet sekundär das primär erzeugte Lichtbild auf einer Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung 4 ab. Der Spiegel 16 ist ein Planspiegel, der den optischen Weg nur beugt. Das optische System, das den Vorspiegel 10, den Nachspiegel 12, die Linse 14 und die Spiegel 16 und 18 umfasst, bringt das Lichtquellenlicht senkrecht als paralleles Licht bezüglich seiner Einfallsebene in die akustooptische Vorrichtung 4 ein. Der akustooptische Kristall der akustooptischen Vorrichtung 4 bestimmt zulässige Werte eines Ausbreitungswinkels und einen Punktdurchmesser des Lichtflusses, der sekundär abgebildet und in die akustooptische Vorrichtung 4 eingebracht wird. Zum Beispiel beträgt ein zulässiger Wert für den Ausbreitungswinkel etwa 6°, und derjenige für den Punktdurchmesser beträgt nicht mehr als 10 mm. Die Krümmungsradien der Spiegel 10, 12 und 18, die Brennweite der Linse 14 und die Größen, Positionen und Winkel derselben sind so eingestellt, dass der Ausbreitungswinkel und der Punktdurchmesser des Lichtflusses, der in die akustooptische Vorrichtung 4 eintritt, sich innerhalb der Toleranzbereiche befinden, die durch die akustooptische Vorrichtung 4 bestimmt sind.

Falls der zulässige Wert für den Ausbreitungswinkel z. B. ist, wird das optische System so eingestellt, dass Ausbreitungswinkel aller Strahlen in dem Lichtfluss, der senkrecht in die Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung 4 eingebracht wird, sich innerhalb des Bereichs von 0 bis ±6° befinden.

Falls der Punktdurchmesser des Lichts, das in die akustooptische Vorrichtung 4 eingebracht wird, den zulässigen Wert überschreitet, wird eine Maske 15 bereitgestellt, um dies zu beschränken.

Der Vorspiegel 10 und der Nachspiegel 12 sind nicht auf sphärische Spiegel beschränkt, sondern können z. B. alternativ dazu durch Parabolspiegel gebildet sein. Die Spiegel 10 und 12 können ansprechend auf die zulässigen Bereiche für den Parallelitätsgrad und den Punktdurchmesser des Lichts, das auf die akustooptische Vorrichtung 4 einfällt, entworfen werden.

5 veranschaulicht ein Beispiel des optischen Bestrahlungssystems 220. Die Lichtquellenkammer 2 und die akustooptische Vorrichtung 4 sind diejenigen, die in 3 gezeigt sind. Eine Linse 20, die als das optische Kondensiersystem dient, kondensiert jeweils Licht nullter Ordnung 26, Beugungslicht positiver erster Ordnung 22 und Beugungslicht negativer erster Ordnung 24 von der akustooptischen Vorrichtung 4. Das Beugungslicht positiver erster Ordnung 22, das Beugungslicht negativer erster Ordnung 24 und das Licht nullter Ordnung 26 weisen unterschiedliche optische Achsen auf, und Prismen 28 und 30 sind an optischen Wegen des Beugungslichts positiver erster Ordnung 22 und des Beugungslichts negativer erster Ordnung 24 angeordnet, um die Richtungen der optischen Wege zu verändern, während verzweigte Endabschnitte 32 und 34 eines verzweigten Optikfaserbauglieds an den optischen Wegen als Einfallsenden angeordnet sind. Das Licht nullter Ordnung 26, das Beugungslicht positiver erster Ordnung 22 und das Beugungslicht negativer erster Ordnung 24, die von der akustooptischen Vorrichtung 4 erzeugt werden, von denen jedes im Wesentlichen paralleles Licht ist, werden auf einer Brennebene der Linse 20 kondensiert. Die verzweigten Endabschnitte 32 und 34 des verzweigten Optikfaserbauglieds sind jeweils auf der Brennebene der Linse 20 angeordnet. Die optischen Wege des Beugungslichts positiver erster Ordnung 22 und des Beugungslichts negativer erster Ordnung 24 werden durch Prismen 28 bzw. 30 so gebeugt, dass die räumlichen Positionen derselben voneinander getrennt sind, und die verzweigten Endabschnitte 32 und 34 des verzweigten Optikfaserbauglieds des optischen Bestrahlungssystems 220 sind jeweils an den gebeugten optischen Wegen angeordnet. Das Beugungslicht positiver erster Ordnung 22 und das Beugungslicht negativer erster Ordnung 24, die in die verzweigten Endabschnitte 32 und 34 des verzweigten Optikfaserbauglieds eintreten, werden an der gleichen optischen Achse an noch einem weiteren Ende des verzweigten Optikfaserbauglieds zusammengesetzt und dann an das Zielobjekt 200 angelegt.

Das Beugungslicht positiver erster Ordnung 22, das Beugungslicht negativer erster Ordnung 24 und das Licht nullter Ordnung 26 nähern sich einander räumlich, obwohl sich ihre optischen Achsen unterscheiden, und somit werden die Prismen 28 und 30 verwendet, um die optischen Wege des Beugungslichts positiver erster Ordnung 22 und des Beugungslichts negativer erster Ordnung 24 zu verändern, wodurch verhindert wird, dass das Licht nullter Ordnung 26 in die jeweiligen optischen Wege gemischt wird. Die Prismen 28 und 30 können durch Spiegel ersetzt werden, um die optischen Wege des Beugungslichts positiver erster Ordnung 22 und des Beugungslichts negativer erster Ordnung 24 zu verändern.

6A veranschaulicht ein exemplarisches verzweigtes Optikfaserbauglied, das bei dem optischen Bestrahlungssystem 220 verwendet wird. Die 6B und 6C sind Endansichten, die verzweigte Endabschnitte bzw. einen verbundenen Endabschnitt des verzweigten Optikfaserbauglieds zeigen. Dieses verzweigte Optikfaserbauglied weist drei verzweigte erste Endabschnitte 32, 34 und 36 und einen einzigen verbundenen zweiten Endabschnitt 38 auf. Das Optikfaserbauglied, das hier verwendet wird, ist aus einem Kernmaterial von GeO2-enthaltendem SiO2 mit einem Kerndurchmesser von 127 ± 7 &mgr;m und einem Mantelmaterial aus fluorenthaltendem SiO2 mit einem Manteldurchmesser von 140 ± 5 &mgr;m hergestellt. Das primäre Beschichtungsmaterial für jedes Einkernoptikfaserbauglied ist aus Silikonharz hergestellt, und der primäre beschichtete Körper weist einen Durchmesser von 165 ± 5 &mgr;m auf, und eine numerische Apertur NA ist 0,35. Derartige Optikfaserbauglieder werden in gebündelte Faserbauglieder an verzweigten Endabschnitten 32, 34 und 36 gebündelt, und jedes Bündelfaserbauglied weist einen Durchmesser von 5 mm auf, während das Beschichtungsmaterial für das Bündelfaserbauglied einen äußeren Durchmesser von 12 mm aufweist. Der Füllfaktor der Optikfaserbauglieder bei den Bündelfaserbaugliedern beträgt etwa 90%.

Der Bündelfaserbauglieddurchmesser an dem verbundenen zweiten Endabschnitt 38 beträgt 8,7 mm, und der äußere Durchmesser des Beschichtungsmaterials beträgt 19 mm.

6D ist ein Modelldiagramm desselben, und die Optikfaserbauglieder der drei verzweigten gebündelten Optikfaserbauglieder werden willkürlich an dem verbundenen Endabschnitt 38 gesammelt. Beugungslicht positiver erster Ordnung 22 und Beugungslicht negativer erster Ordnung 24, das jeweils in die verzweigten Endabschnitte 32 und 34 eintritt, werden an dem verbundenen Endabschnitt 38 vereint. Der verbleibende verzweigte Endabschnitt 36 wird verwendet, um das Ausgangslicht von dem Zielobjekt 200 zu einem Detektor zu führen.

7 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der akustooptischen Vorrichtung.

Zwei akustooptische Vorrichtungen 4a und 4b mit den optischen Charakteristika einer Spektralwellenlängenregion für eine Messung sind seriell an einem optischen Weg eines optischen Lichtquellensystems angeordnet, so dass jede ausgewählt und getrieben werden kann. Akustooptische Kristalle, die in unterschiedlichen Wellenlängenregionen gebeugt sind, werden für die akustooptischen Vorrichtungen 4a und 4b ausgewählt und verwendet. Wird z. B. angenommen, dass die akustooptische Vorrichtung 4a gebeugtes Licht einer Region nahe Infrarot emittiert und dass die akustooptische Vorrichtung 4b gebeugtes Licht einer sichtbaren Region emittiert, kann die Infrarot- oder sichtbare Region durch ein Treiben einer der akustooptischen Vorrichtungen 4a oder 4b ausgewählt werden. Wellenlängen, die einen breiten Wellenlängenbereich von der Infrarot- zu der sichtbaren Region abdecken, können durch ein Auswählen von Akustikwellenfrequenzen von Wandlern in den jeweiligen Wellenlängenregionen ausgewählt werden.

Jedes von Licht nullter Ordnung, Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erstere Ordnung des gebeugten Lichts, das von jeder der akustooptischen Vorrichtungen 4a und 4b erzeugt wird, ist im Wesentlichen paralleles Licht, und somit können das gebeugte Licht von der akustooptischen Vorrichtung 4a und das von der akustooptischen Vorrichtung 4b auf der Brennebene einer gemeinsamen Kondensierlinse durch ein Anordnen der gemeinsamen Kondensierlinse darauf kondensiert werden. Wenn verzweigte Endabschnitte eines verzweigten Optikfaserbauglieds, wie z. B. desjenigen, das in 5 gezeigt ist, auf der Brennebene angeordnet sind, können das gebeugte Licht von der akustooptischen Vorrichtung 4a sowie dasjenige von der akustooptischen Vorrichtung 4b in das gleiche verzweigte Optikfaserbauglied eingebracht werden.

Die 8A und 8B zeigen Messsysteme zum Vergleichen von Charakteristika eines Ausführungsbeispiels und eines herkömmlichen Spektralphotometers, die als Lichtquellen dienen.

8A zeigt die Anordnung eines Ausführungsbeispiels, bei dem Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung von der akustooptischen Vorrichtung 4 in die jeweiligen Einfallsenden 32 und 34 eines verzweigten Optikfaserbauglieds eintritt und ferner von einem verbundenen Ende 38 in ein FTIR 40 eintritt, um in Spektralkomponenten desselben zerlegt zu werden. Das Licht, das in dem FTIR 40 in die Spektralkomponenten zerlegt wird, wird durch einen Detektor (Indiumantimonid: InSb) erfasst, der bei dieser Messung in dem FTIR 40 enthalten ist. Andererseits tritt Licht nullter Ordnung in ein Ende 42 eines weiteren Optikfaserbauglieds ein und tritt von einem weiteren Ende 44 dieses Optikfaserbauglieds in ein PbS-Element 48 ein, um als Überwachungslicht erfasst zu werden, das die Schwankung der Intensität der Lichtquelle überwacht.

Nur das eine oder das andere von entweder dem Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung von der akustooptischen Vorrichtung 4 kann verwendet werden, und das Verbleibende kann blockiert werden.

Andererseits weist das herkömmliche Spektralphotometer, das in 8B gezeigt ist, eine Photoerfassungsvorrichtung darin auf. Ausgehendes Licht von einem spektroskopischen Teil (Körper) 50 tritt in ein verzweigtes Ende 52 eines verzweigten Optikfaserbauglieds ein und tritt ferner von einem verbundenen Ende 56 in das FTIR 40 ein, um in seine Spektralkomponenten zerlegt zu werden. Das Licht, das in dem FTIR 40 in seine Spektralkomponenten zerlegt wird, wird durch einen Detektor, der in dem FTIR 40 enthalten ist, erfasst, so dass seine Lichtintensität bei dieser Messung erfasst wird.

9 veranschaulicht ein Anfangsspektrum durch ein Ausführungsbeispiel, das durch ein Durchführen eines Wellenlängenabtastens durch ein Verändern der akustischen Frequenz der akustooptischen Vorrichtung 4 bei dem Messsystem, das in 8A gezeigt ist, erhalten wird, wobei das Beugungslicht negativer erster Ordnung in ein Einfallsende 34 eingebracht wird, während gebeugtes Licht daran gehindert wird, in das andere Einfallsende 32 einzutreten. Die vertikale Achse von 9 zeigt Energie.

10 veranschaulicht das Spektrum von 9 mit verbesserter Photoempfindlichkeit an der vertikalen Achse. Was als ein kontinuierliches Spektrum an einem unteren Abschnitt erscheint, ist eine Lichtkomponente nullter Ordnung.

11 zeigt ein zweites Spektrum eines Ausführungsbeispiels, das bei dem Messsystem von 8A durch ein Einbringen sowohl des Beugungslichts positiver erster Ordnung als auch des Beugungslichts negativer erster Ordnung erhalten wird. Verglichen mit dem Spektrum, das in 9 gezeigt ist, ist ersichtlich, dass die Energieintensität erhöht ist. Im Prinzip ist die Spektralintensität in 11 in etwa doppelt so hoch wie diejenige in 9.

12 veranschaulicht ein herkömmliches Beispiel eines Spektrums von Beugungslicht erster Ordnung, d. h. das im Handel erhältliche Spektralphotometer, das in 8B gezeigt ist. Bei einem Vergleichen der Skala auf der vertikalen Achse mit denjenigen der Ausführungsbeispiele, die in den 9 und 11 gezeigt sind, ist ersichtlich, dass die Energieintensität klein ist.

13 ist ein Spektrum, das durch ein Erhöhen der Photoempfindlichkeit auf der vertikalen Achse für das Spektrum, das in 12 gezeigt ist, auf den gleichen Betrag wie diejenige des Ausführungsbeispiels, das in 10 gezeigt ist, gemessen wurde. Es ist auch ersichtlich, dass die Mischung von Licht nullter Ordnung bei einem Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel bemerkenswert ist.

14 vergleicht die Spitzenergie (Spitzenhöhe) von Beugungslicht positiver erster Ordnung mit derjenigen von Positiv/Negativ-(Summe von Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung)Spitzenenergie bei dem Ausführungsbeispiel. Es ist ersichtlich, dass die Spitzenenergie des Beugungslichts positiver/negativer erster Ordnung, das durch ein Zusammensetzen des Beugungslichts positiver erster Ordnung mit dem Beugungslicht negativer erster Ordnung erhalten wird, in etwa das Doppelte derjenigen des Beugungslichts positiver erster Ordnung beträgt.

15 veranschaulicht und vergleicht die Spitzenenergie von Beugungslicht positiver erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel und diejenige von Beugungslicht erster Ordnung bei dem Herkömmlichen. Es ist ersichtlich, dass die Spitzenenergie des Beugungslichts erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel viel größer als diejenige des Vergleichsbeispiels ist.

16 veranschaulicht und vergleicht die Spitzenenergie des Beugungslichts positiver/negativer erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel und diejenige von Beugungslicht erster Ordnung der herkömmlichen Vorrichtung. Es ist ersichtlich, dass die Spitzenenergie des Beugungslichts erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel noch größer als diejenige des Vergleichsbeispiels ist.

17 veranschaulicht die Spitzenbereichsverhältnisse von Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht positiver/negativer erster Ordnung zu Ausgangslicht bei dem Ausführungsbeispiel. Das Spitzenbereichsverhältnis zeigt ein Verhältnis der Energie des Beugungslichts erster Ordnung, die bei der Gesamtenergie des Ausgangslichts belegt ist (einschließlich sowohl des Beugungslichts erster Ordnung als auch des gemischten Lichts nullter Ordnung), das von der akustooptischen Vorrichtung ausgeht, im Verhältnis der Spitzenbereiche bei jeder Wellenlänge innerhalb der Region von 1.000 bis 2.400 nm. Die Bedeutung des Spitzenbereichsverhältnisses bei den im Folgenden erwähnten 18 und 19 ist die gleiche wie diejenige in 17. Die Reinheit des Beugungslicht erster Ordnung wird erhöht, wenn Beugungslicht positiver erster Ordnung und Beugungslicht negativer erster Ordnung miteinander kombiniert werden, verglichen mit dem Fall des Verwendens von Beugungslicht nur positiver oder nur negativer erster Ordnung.

18 veranschaulicht die Spitzenbereichsverhältnisse von Beugungslicht positiver erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel und Beugungslicht erster Ordnung der herkömmlichen Vorrichtung bei dem Vergleichsbeispiel zu Ausgangslicht. Es ist ersichtlich, dass die Reinheit des Beugungslichts erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel höher ist.

19 veranschaulicht die Spitzenbereichsverhältnisse von Beugungslicht positiver/negativer erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel und Beugungslicht erster Ordnung bei der herkömmlichen Vorrichtung des Vergleichsbeispiels zu Ausgangslicht. Es ist ersichtlich, dass die Reinheit des Beugungslichts erster Ordnung bei dem Ausführungsbeispiel verglichen mit dem Vergleichsbeispiel weiter erhöht ist.

20 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Photoerfassungsvorrichtung 204. Erfassungselemente 101 bzw. 102 empfangen Messlicht A von Beugungslicht erster Ordnung, das durch eine akustooptische Vorrichtung 4 moduliert wird, und Bezugslicht B von Licht nullter Ordnung, das ähnlich moduliert wird. Die Erfassungselemente 101 und 102 sind PbS-Elemente. Erfassungsausgangssignale der Erfassungselemente 101 und 102 werden in Verstärker 103 und 104 eingegeben und durch dieselben verstärkt, wobei jeder eine Mehrzahl von Signalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade ausgibt. Die Mehrzahl von Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade von jedem der Verstärker 103 und 104 werden in einem Computer, dem Datenverarbeitungsteil 107, durch einen A-D-Wandler 106 wiedergewonnen. Zahlzeichen 105 bezeichnet die Leistungsquelle für die Verstärker 103 und 104.

Das Datenverarbeitungsteil 107 weist eine Kanalauswähleinrichtung, die eine Mehrzahl von Ausgangssignalen von dem A-D-Wandler 106 empfängt und nichtgesättigte Werte der Verstärker 103 und 104 oder des A-D-Wandlers 106 auswählt, während der größte Verstärkungsgrad von diesen Signalen aufrechterhalten wird, eine synchrone Signalverarbeitungseinrichtung, die synchron das ausgewählte Signal bei einer Modulationsfrequenz, die das Messlicht moduliert, signalverarbeitet, und eine Integrationseinrichtung auf, die das Signal, das der synchronen Signalverarbeitung unterzogen wird, integriert.

21 veranschaulicht den Fluss einer Signalverarbeitung für ein Signal, das durch die Erfassungselemente 101 oder 102, die in 20 gezeigt sind, erfasst wird, von der Erfassung bis zur Datenverarbeitung in dem Datenverarbeitungsteil 107. Die Schaltungsstruktur, die durch das Erfassungselement 101, den Verstärker 103 und die Leistungsquelle 105 gebildet wird, ist identisch mit derjenigen, die durch das Erfassungselement 102, den Verstärker 104 und die Leistungsquelle 105 gebildet wird, ein PbS-Element 111, das in 21 gezeigt ist, entspricht dem Erfassungselement 101 oder 102 in 20, während eine PbS-Element-Vorspannungsschaltung 110 und ein Strukturteil von einer Eingabepufferschaltung 112 zu einem Operationsverstärker 122 in 21 den Verstärkern 3 oder 4 in 20 entsprechen. Die PbS-Element-Vorspannungsschaltung 110 ist bereitgestellt, um einen konstanten Strom an das PbS-Element 111 zu liefern. Eine Ausgangsspannungsschwankung des PbS-Elements 111, das moduliertes Licht empfängt, wird in die Eingabepufferschaltung 112 eingegeben. Eine Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung 114 wandelt die Ausgangsspannungsschwankung der Eingabepufferschaltung 112 mittels eines resistiven Elements in eine Stromschwankung um. Eine Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung 118 gibt die Stromschwankung von der Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung 114 durch eine Stromspiegelschaltung 116 ein und wandelt dieselbe mittels eines resistiven Elements in eine Spannungsschwankung um, die mit einer vorgeschriebenen Vergrößerung verstärkt ist. Der Operationsverstärker 122 gibt ein Spannungsschwankungsausgangssignal der Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung 118 durch eine Ausgabepufferschaltung 120 ein und gibt eine Mehrzahl von Signalen unterschiedlicher Vergrößerungen an den A-D-Wandler 106 aus, während das Datenverarbeitungsteil 107 einen gemessenen Wert berechnet.

Die jeweiligen Teile dieses Verstärkers werden nun genauer beschrieben. Die Vorspannungsschaltung 110 ist als eine konstante Stromquelle wirksam, die eine Vorspannungsspannung von maximal 14 V an das PbS-Element 111 liefert. Ein Beispiel einer Vorspannungsschaltung 110 ist eine konstante Stromspiegelstromschaltung 132, deren Strom durch einen Stromeinstellwiderstand 130 eingestellt wird, und liefert einen konstanten Biasstrom an das PbS-Element 111, wie es in 22 gezeigt ist. Der Biasstrom, der zu dem PbS-Element 111 fließt, wird durch einen Stromeinstellwiderstandswert Rs zum Beispiel wie folgt eingestellt: Biasstrom = 14,0/Rs [A] wobei Rs > PbS-Element-Dunkelwiderstand.

Weitere Bezugnahme auf 21. Wenn Licht in das PbS-Element 111 eintritt, wird sein Widerstandswert geändert und ein Spannungsabfall entsprechend dem Widerstandswert des Elements tritt über das PbS-Element 111 auf.

Die Eingabepufferschaltung 112 empfängt den Spannungsabfall des PbS-Elements 111 als ein Eingangssignal. Eingabe- und Ausgabeteile der Eingabepufferschaltung 112 sind eine Sourcefolgerschaltung durch einen N-Kanal-FET und eine Emitterfolgerschaltung durch einen bipolaren Transistor, die Hocheingabe- und Niedrigausgabeimpedanzschaltungen bei einem Verstärkungsgrad von 1 sind.

Die Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung 114 wird nur durch einen festen Widerstand gebildet. Wird angenommen, dass Vo eine Ausgangsspannung der Eingabepufferschaltung 112 darstellt, Rio einen Ausgangswiderstandswert der Eingabepufferschaltung 112 darstellt, Rci einen Eingangswiderstandswert der Stromspiegelschaltung 116 darstellt, und Rvi den Widerstandswert der Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung 114 darstellt, ist der Eingangsstrom für die Stromspiegelschaltung 116 wie folgt: Stromspiegelschaltungseingangsstrom = Vo/(Rio + Rvi + Rci)

Die Stromspiegelschaltung 116 ist als ein Strompuffer einer Niedrigeingabeimpedanz und einer Hochausgabeimpedanz bei einem Stromverstärkungsgrad von 1 wirksam.

Die Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung 118 wird nur durch einen festen Widerstand gebildet, und unter der Annahme, dass Io einen Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung 116 darstellt, Roi einen Eingangswiderstandswert der Ausgabepufferschaltung 120 darstellt und Riv den Widerstandswert der Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung 118 darstellt, ist die Eingangsspannung der Ausgabepufferschaltung 120 wie folgt: Ausgabepuffereingangsspannung = Io·Riv·Roi/(Riv + Roi)

Die Ausgabepufferschaltung 120 ist eine Emitterfolgerschaltung durch einen bipolaren Transistor und weist eine Hocheingabeimpedanz und eine Niedrigausgabeimpedanz bei einem Verstärkungsgrad von 1 auf.

Die Ausgabe von der Ausgabepufferschaltung 120 ist verzweigt und wird in vier Operationsverstärker 122 eingegeben. Die Operationsverstärker 122 werden als nicht-invertierende Verstärker verwendet und bilden eine Verstärkerschaltung, die Ausgangssignale mit vier Verstärkungsfaktoren des Einfachen, Fünffachen, Fünfundzwanzigfachen und Hundertfachen erzeugt.

Eine Gleichstromservoschaltung 124 legt die negative Rückkopplung eines Gleichstrombereichs an, um einen Bruch der Elemente, die die Schaltung bilden, zu verhindern, wenn ein übermäßiger Gleichstromversatz oder eine -Drift in der Ausgabepufferschaltung 120 verursacht wird.

Bei dem Verstärker, der in 21 gezeigt ist, werden Ausgangsspannungen (Verstärkerausgangsspannungen) von den Operationsverstärkern 122 mit Bezug auf den Widerstandswert Rd des PbS-Elements 111 in der folgenden Gleichung ausgedrückt: Verstärkerausgangsspannung

= (Vb·Rd/Rs)[{Riv·Roi/(Riv + Roi)}/(Rio + Rvi + Rci)]

× (Operationsverstärkerverstärkungsgrad)
wobei Vb eine Vorspannungsschaltungsspannung (Spannung über den Biasstromeinstellwiderstand) darstellt, Rd einen PbS-Elementwiderstandswert (&OHgr;) darstellt, Rs einen Biasstromeinstellwiderstandswert (&OHgr;) darstellt, Rio einen Eingabepufferausgangswiderstandswert (&OHgr;) darstellt, Rvi einen Spannung-zu-Strom-Umwandlungswiderstandswert (&OHgr;) darstellt, Rci einen Stromspiegelschaltungseingangswiderstandswert (&OHgr;) darstellt, Riv einen Strom-zu-Spannung-Umwandlungswiderstandswert (&OHgr;) darstellt und Roi einen Ausgabepuffereingangswiderstandswert (&OHgr;) darstellt.

Allgemein Rvi >> (Rio + Rci) und Riv << Roi, und somit ist die Verstärkerausgangsspannung wie folgt: Verstärkerausgangsspannung

= (Vb·Rd/Rs)(Riv/Rvi) × (Operationsverstärkerverstärkungsgrad)

23 ist ein Blockdiagramm, das die Funktion des Datenverarbeitungsteils 107 zeigt. Das Datenverarbeitungsteil 107 führt eine synchrone Signalverarbeitung an PbS-Elementausgangsdaten, die in einer Datendatei gespeichert sind, durch, wobei das Ergebnis in der Datendatei gespeichert wird. Mit Bezugnahme auf 20 wird eine ähnliche Datenverarbeitung bei den beiden Systemen der Erfassungselemente 101 und 102 durchgeführt.

Eine Kanalauswähleinrichtung 140 wählt Daten des Maximalanalogeingangskanals ohne ein Sättigen des Signals von den Verstärkern 103 oder 104, die in 20 gezeigt sind, aus einer Mehrzahl von Analogeingangskanälen bei jedem System für ein Messsignal und ein Bezugssignal aus, wandelt dieselben in eine reelle Zahl um, die dieselbe dann in einer spezifischen Pufferschaltung speichert. Bei der Kanalauswahl werden A-D-Daten einer 16-Bit-Auflösung als gesättigt bestimmt, wenn dieselben „8000H" oder „7FFFH" sind. Die Umwandlung von einem Ganzzahltyp zu einem reellen Zahltyp von A-D-Daten wird gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt: Reelle Zahldaten

= (Ganzzahldaten) × (10,0/32768) × (Korrigierter Verstärkungsgrad)

× (Kalibrierungsdaten).

Unter der Annahme, dass es vier Analogeingangskanäle von den Operationsverstärkern 122 zu dem A-D-Wandler 106, der in 21 gezeigt ist, für jedes System für Messsignale und Bezugssignale gibt, und dass Verstärkerverstärkungsgrade bei jedem System an Kanälen 0, 1, 2 bzw. 3 das Einhunderttausendfache, Fünfundzwanzigtausendfache, Fünftausendfache und Eintausendfache betragen, betragen die korrigierten Verstärkungsgrade 0,01, 0,04, 0,2 bzw. 1,0.

Die Kalibrierungsdaten werden angepasst, um Fehler zwischen den Verstärkungsgraden der jeweiligen Eingangssignale zu korrigieren. Das Datenverarbeitungsteil 107 weist eine Instrumentenfehlerbewahrungseinrichtung auf, die eine Mehrzahl von Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade von dem Verstärker in dem Fall eines Eingebens eines Signals einer konstanten Amplitude in den Verstärker vergleicht und Instrumentenfehler zwischen den Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade als die Kalibrierungsdaten bewahrt. Das Datenverarbeitungsteil 107 weist auch eine Verstärker-Ausgangssignal-Korrektureinrichtung auf, die das Ausgangssignal des Verstärkers unter Verwendung der Instrumentenfehler, die in der Instrumentenfehlerbewahrungseinrichtung bewahrt sind, korrigiert.

Die Datenmenge, die bei einer hohen Abtastfrequenz pro Zeiteinheit gemessen wird, ist aufgrund der hohen Abtastfrequenz erhöht. Deshalb weist das Datenverarbeitungsteil 107 eine Tiefpassfiltereinrichtung 142, die eine Hochfrequenzkomponente von dem Signal, das durch die Kanalauswähleinrichtung 140 ausgewählt wurde, beseitigt, und eine Datenüberspringungseinrichtung 144 auf, die einen Wert, der von einer Signalfolge extrahiert wird, die durch die Tiefpassfiltereinrichtung 142 durchgeleitet wird, jede Einheitsnummer als einen Signalwert betrachtet. Eine Verarbeitung mit einer kleineren Datenmenge wird durch eine Überspringungsverarbeitung ermöglicht.

Die erscheinende Abtastfrequenz wird durch die Überspringungsverarbeitung verringert und somit wird ein Spektrum von Aliasing-Rauschen, das der Abtastfrequenz entspricht, auf einem Frequenzspektrum des gemessenen Wertes überlagert. Das Frequenzspektrum unmittelbar nach einer A-D-Umwandlung wird periodisch um eine Frequenz eines ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz Fs in der Periode der Abtastfrequenz Fs verteilt. Wenn zum Beispiel 1/2 Überspringungsverarbeitung bei diesem Signal durchgeführt wird, ändert sich ein Spektrum um die Abtastfrequenz Fs zu einem Spektrum um Fs/2. Folglich erscheint ein Aliasing-Rauschen um Fs/2 bei einem Signalband als eine Rauschkomponente, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verringern. Die Tiefpassfilterverarbeitung wird vor der Überspringungsverarbeitung durchgeführt, um dies zu verhindern.

Um nur eine Modulationsfrequenzkomponente des Signals von den übersprungenen Daten zu extrahieren, führt eine synchrone Signalverarbeitungseinrichtung 148 eine synchrone Signalverarbeitung zum genauen Extrahieren nur der Modulationsfrequenzkomponente durch. Ein Bandpassfilter mit einem Durchlassband bei der Modulationsfrequenz wird zum Verbessern des Signal-Rausch-Verhältnisses der synchronen Signalverarbeitung vor der synchronen Signalverarbeitung verwendet.

Die Frequenz des Signals kann von der Modulationsfrequenz vor der synchronen Signalverarbeitung verschoben werden, und somit kann die Genauigkeit der synchronen Signalverarbeitung durch ein Korrigieren dieser Verschiebung verbessert werden. Eine Frequenzverschiebungskorrektureinrichtung 150 misst die Verschiebung zwischen der Frequenz des Signals, das in die synchrone Signalverarbeitungseinrichtung 148 eingegeben wird, und der Modulationsfrequenz und korrigiert die Synchronisierfrequenz der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung 148 auf der Grundlage des Ergebnisses. Bei dieser Korrektur wird ein Punkt erhalten, bei dem das Eingangssignal von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv wechselt (Nullkreuzungspunkt), und die Frequenz des Eingangssignals wird aus der Entfernung des Nullkreuzungspunktes erhalten. Eine synchrone Signalverarbeitung mit hervorragender Synchronisationsgenauigkeit wird implementiert durch ein Bestimmen dieser Frequenz als einer Lokaloszillationsfrequenz.

Ein konstanter Wert (Gleichsignalkomponente) wird von dem Signal, das durch die synchrone Signalverarbeitung moduliert wird, benötigt, die Hochfrequenzkomponente wird durch eine Tiefpassfiltereinrichtung 152 beseitigt.

Die Daten, die durch die Tiefpassfiltereinrichtung 152 durchgeleitet werden, werden durch eine digitale Integrationseinrichtung 154 integriert. Ein Amplitudenwert des Messsignals wird durch die Integration erhalten. Die Genauigkeit der Integration wird verbessert, wenn ihre Zeitkonstante erhöht wird. Deshalb wird eine Berechnung vorhergehend an einem Wert, der nahe dem wirklichen Wert ist, mit einer kleinen Zeitkonstante konvergiert, und der Wert wird dann mit einer großen Zeitkonstante als ein Anfangswert konvergiert, wodurch die Berechnungsgeschwindigkeit verbessert wird. Die integrierten Daten werden in einer Speichervorrichtung 156 bewahrt.

Wenn die Leistungsversorgungsspannung des Verstärkers tatsächlich mit einer Messvorrichtung gemessen wird und korrigiert wird, indem ein Verhältnis zu einer voreingestellten Bezugsspannung genommen wird, kann eine Verschiebung des absoluten Wertes des gemessenen Wertes korrigiert werden. Deshalb weist das Datenverarbeitungsteil 107 ferner eine Messungsergebniskorrektureinrichtung auf, die die Leistungsversorgungsspannung des Verstärkers misst und das Ergebnis der Messung durch ein Verhältnis zu der voreingestellten Bezugsspannung korrigiert.

Diese Datenverarbeitung wird bezüglich des Messlichts und des Bezugslichts unabhängig voneinander durchgeführt. Eine Driftkomponente des gemessenen Wertes wird durch ein Teilen und Korrigieren des Datenverarbeitungsergebnisses eines Messlichterfassungssignals durch dasjenige eines Bezugslichterfassungssignals beseitigt.

24 ist ein Flussdiagramm, das die Operation in dem Datenverarbeitungsteil 107 zeigt. Eine Mehrzahl von Ausgangssignalen unterschiedlicher Verstärkungsgrade von dem Verstärker werden A-D-gewandelt zum Auswählen einer Nicht-Sättigung von Signalen, während der maximale Verstärkungsgrad aufrechterhalten wird. Das ausgewählte Signal wird einer Tiefpassfilterverarbeitung unterzogen und danach der Datenüberspringungsverarbeitung des Betrachtens eines Wertes, der pro Einheitsnummer extrahiert wird, als einen Signalwert unterzogen. Um weißes Rauschen von den übersprungenen Daten zu beseitigen, wird eine synchrone Signalverarbeitung durch eine Bandpassfilterverarbeitung durchgeführt. Bei der synchronen Signalverarbeitung wird eine Verschiebung zwischen der Frequenz des Signals und der Modulationsfrequenz zum Korrigieren der Synchronisierfrequenz gemessen. Eine Hochfrequenzkomponente wird von dem Signal, das der synchronen Signalverarbeitung unterzogen wird, durch eine Tiefpassfilterverarbeitung entfernt, und danach wird eine Integrationsverarbeitung zum Bewahren der Daten durchgeführt.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und veranschaulicht worden ist, ist klar ersichtlich, dass dies nur zur Veranschaulichung und zu Beispielszwecken geschehen ist und nicht als Einschränkung aufzufassen ist, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur hinsichtlich der angehängten Ansprüche eingeschränkt ist.


Anspruch[de]
  1. Eine optische Messvorrichtung, die eine Lichtausrüstung (202), die ein Zielobjekt (200) mit Licht bestrahlt, eine Photoerfassungsvorrichtung (204), die Ausgangslicht durch das Zielobjekt (200) als Messlicht empfängt und erfasst, und ein Steuerteil (206) zum Steuern von Operationen der Lichtausrüstung (202) und der Photoerfassungsvorrichtung (204) aufweist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Lichtausrüstung (202) folgende Merkmale aufweist:

    eine Lichtquelle (6),

    eine akustooptische Vorrichtung (4), die einen Akustikwellenwandler an einem akustooptischen Kristall aufweist, der als ein spektroskopisches Element dient,

    eine Akustooptikvorrichtungstreibereinheit (214), die eine Akustikwellenfrequenz verändert, die von dem Akustikwellenwandler zu dem akustooptischen Kristall geliefert wird, und Licht in seine Spektralkomponenten zerlegt,

    ein optisches Lichtquellensystem (216), das Licht von der Lichtquelle (6) in die akustooptische Vorrichtung (4) in einem Lichtfluss einbringt, der kleiner als die Größe eines Fensters der akustooptischen Vorrichtung (4) ist, als einen Strahl mit einem Ausbreitungswinkel, der kleiner als der zulässige Winkel der akustooptischen Vorrichtung (4) ist,

    ein optisches Kondensiersystem (20), das ein Beugungslicht positiver erster Ordnung und ein Beugungslicht negativer erster Ordnung, das von der akustooptischen Vorrichtung (4) ausgeht, an Positionen kondensiert, die sich räumlich voneinander unterscheiden,

    ein optisches Bestrahlungssystem (220), das das Zielobjekt (200) mit zumindest entweder dem Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem (20) kondensiert wird, bestrahlt, und

    eine Modulationseinrichtung (206, 214), die Ausgangslicht von der akustooptischen Vorrichtung (4) moduliert, und

    wobei die Photoerfassungsvorrichtung (204) folgende Merkmale aufweist:

    ein Erfassungselement (101, 102), das ansprechend auf die Schwankung des modulierten Messlichts ein Signal ausgibt,

    einen Verstärker (103, 104), der ein Ausgangssignal des Erfassungselements (101, 102) eingibt und gleichzeitig eine Mehrzahl von Signalen mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden ausgibt,

    einen A-D-Wandler (106), der die Mehrzahl von Ausgangssignalen mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden (103, 104) von dem Verstärker jeweils in digitale Signale umwandelt, und

    ein Datenverarbeitungsteil (107), das zumindest eine Kanalauswähleinrichtung (140), die die Mehrzahl von Ausgangssignalen von dem A-D-Wandler (106) eingibt und einen nichtgesättigten Wert des Verstärkers (103, 104) oder des A-D-Wandlers (106) auswählt, während der größte Verstärkungsgrad von den Signalen aufrechterhalten wird, eine synchrone Signalverarbeitungseinrichtung (148), die das ausgewählte Signal mit einem Oszillationssignal überlagert, das synchron zu einer Modulationsfrequenz ist, die das Messlicht moduliert, und eine Integrationseinrichtung (154) aufweist, die einen gemessenen Wert durch die Integration des Signals erhält, das einer synchronen Signalverarbeitung unterzogen wird.
  2. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Modulationseinrichtung durch die Akustooptikvorrichtungstreibereinheit (214) implementiert ist und das Ausgangslicht von der akustooptischen Vorrichtung (4) durch eine Stärkemodulation eines Treibersignals für den Akustikwellenwandler moduliert wird.
  3. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Modulationseinrichtung ein Zerhacker ist, der das Licht, das in die akustooptische Vorrichtung (4) eintritt, mechanisch zerhackt.
  4. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das optische Lichtquellensystem (216) einen Vorspiegel (10), der an einem vorderen Abschnitt an einer optischen Achse der Lichtquelle (6) angeordnet ist, zum Reflektieren des Lichts von der Lichtquelle (6) zu der akustooptischen Vorrichtung (4), und ein optisches System (14, 16, 18) aufweist, das eine Spiegeloberfläche des Vorspiegels (10) in eine konjugierte Beziehung zu einer Einfallsebene der akustooptischen Vorrichtung (4) bringt.
  5. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der das optische Lichtquellensystem (216) ferner einen Nachspiegel (12) aufweist, der an einem hinteren Abschnitt an der optischen Achse der Lichtquelle (6) angeordnet ist, zum Reflektieren des Lichts von der Lichtquelle (6) zu dem Vorspiegel (10).
  6. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das optische Bestrahlungssystem (220) ein optisches System ist, das das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem (20) kondensiert wird, an der gleichen optischen Achse zusammensetzt und das Zielobjekt (200) mit demselben bestrahlt.
  7. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der

    ein verzweigtes Optikfaserbauglied mit ersten Endabschnitten, die in zumindest zwei verzweigt sind, und einem verbundenen zweiten Endabschnitt als das optische Bestrahlungssystem (220) verwendet wird, und

    das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem (20) kondensiert wird, in die jeweiligen verzweigten Endabschnitte (32, 34) des verzweigten Optikfaserbauglieds eintritt, so dass das Zielobjekt (200) mit Licht bestrahlt wird, das von dem verbundenen zweiten Endabschnitt (38) ausgeht.
  8. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der

    ein verzweigtes Optikfaserbauglied mit drei verzweigten ersten Endabschnitten und einem einzigen verbundenen zweiten Endabschnitt als das optische Bestrahlungssystem (220) verwendet wird, und

    das Beugungslicht positiver erster Ordnung und das Beugungslicht negativer erster Ordnung, das durch das optische Kondensiersystem (20) kondensiert wird, in zwei (32, 34) der drei verzweigten Endabschnitte des verzweigten Optikfaserbauglieds eintritt, so dass ein Ausgangslicht von ausgehendem Licht von dem verbundenen zweiten Endabschnitt (38) durch das Zielobjekt (200) erneut in den verbundenen zweiten Endabschnitt (38) eintritt und durch den verbleibenden (36) der drei verzweigten Endabschnitte zu einer Photoerfassungsvorrichtung geführt wird.
  9. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Endabschnitt (32, 34) des optischen Bestrahlungssystems (220), der das Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung empfängt, auf eine Brennebene des optischen Kondensiersystems (20) gesetzt ist.
  10. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine Mehrzahl von akustooptischen Vorrichtungen (4a, 4b) mit unterschiedlichen Spektralwellenlängenregionen seriell auf einem optischen Weg des optischen Lichtquellensystems (216) angeordnet ist, so dass eine beliebige akustooptische Vorrichtung (4a, 4b) ausgewählt und getrieben wird.
  11. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der

    der Verstärker (103, 104) folgende Merkmale aufweist:

    eine Eingabepufferschaltung (112), die ein moduliertes Ausgangssignal des Erfassungselements (111) eingibt,

    eine Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung (114), die eine Ausgangsspannungsschwankung der Eingabepufferschaltung (112) mittels eines resistiven Elements in eine Stromschwankung umwandelt,

    eine Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung (118), die die Stromschwankung durch die Spannung-zu-Strom-Umwandlungsschaltung (114) in eine Spannungsschwankung umwandelt, die in einer vorgeschriebenen Vergrößerung verstärkt ist, mittels eines resistiven Elements, und

    eine Verstärkerschaltung (122), die ein Spannungsschwankungsausgangssignal der Strom-zu-Spannung-Umwandlungsschaltung (118) durch eine Ausgabepufferschaltung (120) eingibt und eine Mehrzahl von Signalen unterschiedlicher Vergrößerungen ausgibt.
  12. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Datenverarbeitungsteil (107) ferner eine Tiefpassfiltereinrichtung (142), die eine Hochfrequenzkomponente, die für die synchrone Signalverarbeitung unnötig ist, von dem Signal beseitigt, das durch die Kanalauswähleinrichtung (140) ausgewählt wurde, und eine Datenüberspringungseinrichtung (144), die einen Wert, der von einer Signalfolge extrahiert wird, die durch die Tiefpassfiltereinrichtung (142) durchgeleitet wird, jede Einheitsnummer in einem konstanten Intervall, als einen Signalwert betrachtet, zwischen der Kanalauswähleinrichtung (140) und der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung (148) aufweist.
  13. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die synchrone Signalverarbeitungseinrichtung (148) ferner eine Bandpassfiltereinrichtung (146) aufweist, die die Modulationsfrequenz an einer Front-Stufe derselben durch dieselbe durchleitet.
  14. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Frequenzverschiebungskorrektureinrichtung (150) aufweist, die eine Verschiebung zwischen der Frequenz eines Signals, das in die synchrone Signalverarbeitungseinrichtung (148) eingegeben wurde, und der Modulationsfrequenz misst und die Synchronisierfrequenz der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung (148) auf der Basis des Ergebnisses korrigiert.
  15. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Tiefpassfiltereinrichtung (152) zum Beseitigen einer Hochfrequenzkomponente, die für das Integrationsverarbeiten unnötig ist, zwischen der synchronen Signalverarbeitungseinrichtung (148) und der Integrationseinrichtung (154) aufweist.
  16. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Integrationseinrichtung (154) angepasst ist, um eine Integrationsverarbeitung eines ordnungsgemäßen Zeitpunkts mit einer ordnungsgemäßen Integrationszeitkonstante zum Betrachten des Ergebnisses als Anfangswert und zum nochmaligen Durchführen einer Integrationsverarbeitung mit einer Integrationszeitkonstante, die größer ist als die Integrationszeitkonstante, durchzuführen.
  17. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Instrumentenfehlerbewahrungseinrichtung, die eine Mehrzahl von Ausgangssignalen des Verstärkers (122) mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden in dem Fall eines Eingebens eines Signals mit einer konstanten Amplitude in den Verstärker (122) miteinander vergleicht und die Ergebnisse als Instrumentenfehler zwischen den Ausgangssignalen mit unterschiedlichen Verstärkungsgraden bewahrt, und eine Verstärker-Ausgangssignal-Korrektureinrichtung aufweist, die die Ausgangssignale des Verstärkers (122) durch die Instrumentenfehler korrigiert, die in der Instrumentenfehlerbewahrungseinrichtung bewahrt wurden.
  18. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Messungsergebniskorrektureinrichtung aufweist, die die Leistungsversorgungsspannung des Verstärkers (122) misst und das Messungsergebnis durch sein Verhältnis zu einer zuvor eingestellten Bezugsspannung korrigiert.
  19. Die optische Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Erfassungselement (101, 102) und der Verstärker (103, 104) sowohl für eine Messlichterfassung als auch eine Bezugslichterfassung vorgesehen sind, der A-D-Wandler (106) angepasst ist, um sowohl ein Messlichterfassungssignal als auch ein Bezugslichterfassungssignal in digitale Signale umzuwandeln, und das Datenverarbeitungsteil (107) angepasst ist, um ebenfalls eine ähnliche Datenverarbeitung bezüglich des Bezugslichterfassungssignals durchzuführen, zum Teilen und Korrigieren eines Datenverarbeitungsergebnisses des Messlichterfassungssignals durch das des Bezugslichterfassungssignals.
Es folgen 23 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com