DE2712590C2

DE2712590C2 - Optischer Dichte-Standard

Info

Publication number: DE2712590C2
Application number: DE2712590A
Authority: DE
Inventors: Gerald L. Orange Calif. Klein
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1977-03-22
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4059357A; DE2712590A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Dichte-Standard in Form eines Neutralgraufilters, dessen Dichte durch ein Streifenraster bestimmt ist, zur Eichung und Prüfung eines Instruments, in welchem der Standard mit einer beleuchteten Zone längs einer vorgegebenen Abtastachse abgetastet wird.

Die Verwendung von Geräten, wie beispielsweise Densitometern, zur Messung der optischen Dichte wird auf mannigfaltigen Gebieten immer gebräuchlicher. So hat beispielsweise die Anmelderin kürzlich ein Dosimeter zur Verwendung bei der Überwachung der Behandlung von Hyperbilirubinemia in Kindern mit phototherapeutischen Mitteln entwickelt Die optische Dichte (das heißt ein Maß für das Lichtdurchlaßvermögen eines Werkstoffs) des Dosimeters ändert sich in Abhängigkeit von der äquivalenten Zerstörung des Serums Bilirubin im Blutstrom des Kindes durch

ίο Lichtbestrahlung. Die Bestimmung der Menge an zersetztem Bilirubin hängt von einer genauen Messung der Änderung der optischen Dichte des Dosimeters ab. Zahlreiche Bundes- und einzelstaatliche Behörden verlangen für Geräte, die für derartige medizinische Diagnostik- oder sonstige Zwecke verwendet werden, Überwachungskriterien für die Funktionstüchtigkeit und Genauigkeit der Geräte.

Viele Stoffe vermögen bestimmte Lichtfreqnenzen durchzulassen oder zu absorbieren. Auf den Gebieten der Zusammensetzungsanalyse, zu welchen die klinische Medizin als ein bedeutender Teil gehört, hat man dieses Phänomen nutzbringend angewandt. Beim Durchtritt von weißem, das volle Spektrum der Lichtfrequenzen enthaltendem Licht durch eine Materialprobe ist das aus der Probe wieder austretende Licht in Abhängigkeit von dem Absorptionsvermögen des betreffenden Materials für jede (^r Lichtfrequenzen modifiziert Derartig »gefiltertes« Licht kann man sodann analysieren und durch Vergleich mit bekannten Standards die Zusammensetzung des Materials oder das Vorliegen spezieller Komponenten bestimmen. Bei einem typischen Abtastdensitometer, wie es für derartige Analysen verwendet wird, wird die als ein dünner Film auf einem durchsichtigen Substrat aufgebrachte Probe längs einer Abtastachse über eine Beleuchtungszone in dem Densitometer hinwegbewegt. Das von der Probe durchgelassene Licht wird gemessen und in ein Ausgangssignal umgewandelt, das gegebenenfalls integriert werden kann, um die Auswirkungen von örtlichen Anomalien in der Probe zu eliminieren. Auf diese Weise erzeugt das Densitometer während des Abtastvorgangs eine Registrierschreiberkurve des Ausgangsssignals, zusammen mit einer Liste von Integralwerten des Ausgangssignals, welche die jeweilige Fläche unter der Aufzeichnungskurve wiedergeben. Eine Information dieser Art ermöglicht einem erfahrenen Techniker, Schlußfolgerungen über die Art der abgetasteten Probe zu ziehen. Selbstverständlich ist es dabei von Wichtigkeit, daß derartige Densitometer genau kalibriert sind

)0 und daß diese Eichung während ihres Betriebs aufrechterhalten wird. Typischerweise wird zur Eichung und zur Prüfung in der Weise vorgegangen, daß man das Densitometer einen Eichstandard abtasten läßt, der ein bekanntes optisches Dichte-Äquivalent und eine be-

T) kannte Fläche besitzt. Das Ansprechverhalten eines korrekt geeichten und korrekt funktionierenden Densitometers bei der Abtastung des Standards kann vorhergesagt werden. Durch Vergleich der tatsächlichen Ausgangsgröße des Densitometer bei Abtastung

wi des Standards mit dem erwarteten Wert läßt sich die Funktionstüchtigkeit des betreffenden speziellen Densitometers bestimmen und gegebenenfalls können Instrumenteinstellungen vorgenommen werden, um das Densitometer-Verhalten in Übereinstimmung mit dem

»)') Eichstandard zu bringen.

Bisher waren derartige Densitometer-Eichstandards durch die darin verwendeten Filter begrenzt. In dieser Hinsicht sind verschiedene Filtertypen zur Einbezie-

hung in einen Eichstandard verfügbar. Jeder Typ unterliegt jedoch gewissen Beschränkungen hinsichtlich einem oder mehreren der Faktoren Genauigkeit, Linearität, Gestehungskosten, und zwar insbesondere wenn es um in Massenproduktion herzustellende Eichstandards zur Verwendung mit einer stark verbreiteten ganzen Produktlinie von Densitometem oder dergleichen geht

Aus der US-Patentschrift 22 02 737 ist ein Spezialfilter zur Verwendung bei der Kopierbelichtung für sogenannte Summationsfarbfilmbilder bekannt, bei denen jeweils jede Filmszene in zum Beispiel vier auf einem normalen Filmformat nebeneinander angeordneten Teilbildern (insbesondere Farbauszüge) repräsentiert ist; diesen vier Teilbildern des zu kopierenden Films sind entsprechende Teilbereiche einer Filteranordnung zugeordnet, welche voneinander unterschiedliche optische Dichten besitzen. Das bekannte Filter beziehungsweise dessen Teilfilterbereiche sind als homogene Filter ausgebildet, welche durch abgestufte Belichtung und Entwicklung einer homogenen photographischen Emulsion hergestellt werden, der?rt, daß in den einzelnen Teilbereichen unterschiedliche Schwärzungen entstehen, welche die. unterschiedliche Dichte bilden. Für die Herstellung von als Eichstandards dienenden Filtern wäre dieses Verfahren ungeeignet, da sich danach Filter mit genau vorgegebenen abgestuften Werten mit der erforderlichen Genauigkeit nicht oder nur mit einem ungewöhnlich hohen Aufwand herstellen ließen.

Aus der DE-AS 17 72 367 ist ein Verfahren zur feinstufig gerasterten Reproduktion von Halbtonbildern bekannt, bei welchem ein Reproduktionsraster verwendet wird, in welchem durch Rasterpunkte unterschiedlicher, abgestufter Größe Bereiche entsprechend abgestufter Dichte erzeugt sind. Hieraus ist zwar die Erzeugung von Bereichen unterschiedlicher optischer Gesamtdichte (äquivalenter optischer Dichte) durch die Anordnung von im wesentlichen lichtundurchlässigen Ras'^relementen im Wechsel mit im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereichen unter entsprechender Bemessung der relativen Flächenanteile von lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen bekannt. Ein zur Anwendung als Dichtestandard für die Eichung und Prüfung von Instrumenten wie beispielsweise den erwähnten Densitometem geeignet; Anordnung ist hieraus jedoch nicht zu entnehmen.

In der älteren DE-OS 26 23 714 ist es zur Korrektur der räumlichen Ungleichmäßigkeit der Lichtausbeule von optischen Bildern, beispielsweise auf dem Ausgangsschirm von Szintigraphiegeräten, vorgeschlagen, auf das zu korrigierende optische Bild, beispielsweise das auf dem Ausgangsschirm der Szintigraphievorrichtung erscheinende Bild, einen Korrekturfilm aufzulegen, der Bereiche unterschiedlicher vorgegebener optischer Dichte umgekehrt proportional zu den relativen Lichtausbeuten der verschiedenen Bereiche des optischen Bildes aufweist; dabei ist zur Verwirklichung der Bereiche unterschiedlicher optischer Dichte in dem Korrekturfilm die Anwendung von Streifenrastern aus einrm im wesentlichen lichtundurchlässigen Material auf einem im wesentlichen lichtdurchlässigen Filmträger vorgeschlagen, wobei die für die verschiedenen Bereiche gewünschten optischen Dichten durch entsprechende Bemessung der relativen Anteile von lichtundurchlässigen Streifen und lichtdurchlässigen Streifen realisiert werde;..

Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines optischen Dichtestandards in Form eines Neutralgraufilters zugrunde, das sich zur Eichung und Prüfung eines Instruments eignet, in welchem der Standard mit einrr beleuchteten Zone längs einer vorgegebenen Abtastachse abgetastet wird; der optische Dichtestandard soll in einfacher, den Bedingungen der Massenproduktion angepaßter Weise mit hoher Genauigkeit entsprechend einem vorgegebenen gewünschten Soll-Dichtewert herstellbar sein, wobei diese Genauigkeit für eine große

ίο Anzahl derartiger in Massenproduktion hergestellter Dichtestandards gewährleistet sein soll, derart daß diese innerhalb enger Toleranzen untereinander und mit dem vorgegebenen Soll-Wert übereinstimmen und zur Eichung beliebiger vorhandener Geräte dienen können; bei der Abtastung des Eichstandards in dem zu eichenden Gerät sollen sich aus der raschen Aufeinanderfolge praktisch vollständig lichtundurchlässiger und praktisch vollständig lichtdurchlässiger Elementarbereiche entsprechend der Feinstruktur des Dichtestandards beim Abtauten des Standards in den zu eichenden Geräten keine Unzuträglichkeiten L- Hinblick auf die endliche Ansprechempfindlichkeit der Registriersysteme der Geräte ergeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist zur Schaffung eines Dichtestandards der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Raster aus Streifen ein Band vorgegebener Dichte bildet, das einen zur vollständigen Überdeckung bzw. Abschattung der beleuchteten Zone ausreichenden Flächenbereich be-

jo sitzt, daß die das Band bildenden Einzelstreifen aus lichtschwächendem Material so orientiert sind, daß sie bei der Abtastung des Standards die beleuchtete Zone in einer Richtung senkrecht zur Abtastachse überstreichen und daß die Breite der lichtdurchlässigen Streifen zwischen den Einzelstreifen aus lichtschwächendern Material groß ist irn Vergleich zur Lichtwellenlänge und klein im Vergleich zur Breite der beleuchteten Zone.

Durch die Ausbildung des Dichiestandards als Streifenraster aus relativ lichtundurchlässigeii und relativ lichtdurchlässigen Streifen wird erreicht, daß sich in einfacher Weise durch entsprechende geometrische Bemessung der beiden Streifenarten und ihres relativen Anteils an der Gesamtfläche beliebige vorgegebene Soll-Dichtewerte als äquivalenter Gesamtdichtewert

4) des Bandes mit hoher Genauigkeit und in für Massenproduktion geeigneter Weise herstellen lassen. Durch die Ausbildung der Rasterbereiche als ein die beleuchtete Zone des zu eichenden Gerätes vollständig überdeckendes Band wird einerseits eine hohe Signalausbeute und damit ein hoher Eichwirkungsgrad gewährleistet, da bezogen auf eine vorgegebene Dichte die mit der Einbringung des Dichtestandards in den Meßstrahlengang verbundene Signaländerung einen maximalen Wert erhält; zum anderen wird hierdurch

r> gewährleistet, daß sämtliche, möglicherweise nicht ganz einheitlich beleuchteten Bereiche der beleuchteten Zone des zu eichenden Geräts für die Eichung mit erfaßt werden; eine noch weiter gehende Ausschaltung eines möglichen Fehler durch uneinheitliche Helligkeit der

ho beleuchteten Zone des zu eichenden Geräts wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Schräganordnung der Rasterstreifen bezüglich der Abtasirichtung gewährleistet, wodurch sich in Verbindung mit der Abtastbewegung eine aufeinanderfolgende Überstreift chung der gesamten beleuchteten Zone und Mittelung über deren möglicherweise nicht ganz einheitliche Helligkeit ergibt; ferner wird durch die Schräganordnung der Rasterstreifen bezüglich der Abtastrichtung

wird eine entsprechende Unempfindlichkeit der Meßanzeige gegenüber unterschiedlichen Ansprechgeschwindigkeiten der Registriersysteme der verschiedenen Geräte erreicht, indem die beleuchtete Zone bei der Abtastbewegung des Dichtestandards allmählich von den aufeinanderfolgenden lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Streifenbereichen in einer zur Abtastbewegung senkrechten Richtung überstrichen wird. Insgesamt wird durch die Erfindung somit ein welienlängenunabhängiger optischer Dichtestandard geschaffen, der bei einfacher Herstellharkeit eine hohe Genauigkeit der Reproduzierung vorgegebener Soll-Dichten gestattet und bei seiner Anwendung in Verbindung mit der Abtastbewegung in eiern Gerät relativ zur beleuchteten Zone eine optimale Eichgenauigkeit gewährleistet.

Die erwähnte Ausmittelung von unterschiedlichen Helligkeiten in der beleuchteten Zone und ßerücksichti-

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nachgeschalteten Registriersysteme der zu eichenden > Geräte kann noch zusätzlich dadurch unterstützt werden, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Band seinerseits so orientier! ist. daß es bei der Abtastung des Standards die beleuchtete Zone in einer Richtung senkrecht zur Abtastachsc überstreicht.

Der erfindungsgemäße Dichtestandard eignet sich insbesondere auch zur Ausbildung als Mehrfachanordnung mit mehreren, entsprechend gestuf'en vorgegebenen Dichtebereichen: zu diesem Zweck kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein, daß auf dem Substrat in Abständen voneinander entlang der Abtastachse mehrere jeweils aus einer Vielzahl lichtschwächender Einzelstreifen gebildeter Bänder angeordnet sind, deren jedes jeweils jeweils einen r· unterschiedlichen vorgegebenen äquivalenten Wert der [Dichte für hindurchtretendes Licht besitzt, und daß sowohl die Bänder als Ganzes w ie auch die sie bildenden iichtschwächenden Einzeistreifen jeweils unabhängig voneinander unter einem Winkel bezüglich der Abtast- μ achse orientiert sind, der genügend groß gewählt ist. um ipwf ils ein Überstreichen der beleuchteten Zone durch einen Teil jedes Einzelstreifens und jedes Bandes entlang einer zur Abtastachse senkrechten Linie zu gewährleisten. :'·

im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 die zeichnerische Darstellung eines Densitometer-Eichstandards gemäß einer Ausfuhrungsform der "." Erfindung, mit fvnf darauf befindlichen Bändern mit Werten der optischen Dichte von 1.0. 0.8. 0.6.0.4 und 0.2.

Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Teil des Densitometer-Eichstandards gemäß F i g. 3. im Schnitt längs der Linie 2-2 in Fi g. 3. i^;

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des Kreisausschnitts 3-3 aus dem Densitometer-Eichstandard in F i g. !.

F i g. 4 eine bildliche V'era'nschaulichung der Wirkungsweise der Bänder eines erfindungsgemäßen Eichstandards. κ

F i g. 5 eine Tabelle mit Bemessungswerten für einen geprüften Eichstandard gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 6 die Ausgangsgröße eines korrekt arbeitenden Densitometers in Abhängigkeit von der Abtastung eines ίί erfindungsgemäßen Eichstandards.

F i g. 7 die Ausgangsgröße eines inkorrekt arbeitenden Densitometers in Abhängigkeit von der Abtastung eines erfindungsgemäßen Eichstandards.

Ein als Ganzes mit 10 bezeichneter Densitometer-Eichstandard gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 1 gezeigt. Der Standard 10 weist eine Reihe von Bändern 12 mit unterschiedlichen vorgegebenen Werten der optischen Dichte, in Anordnung auf einem optisch durchlässigen Substrat 14 auf. Das Substrat 14 kann aus einem beliebigen geeigneten homogenen durchsichtigen Material wie beispielsweise Glas, Kunststoffilm usw. bestehen. Die Bänder 12 können photographisch entwickelte Emulsionen oder chemisch geätzte Filme, wie beispielsweise Chrom, sein und sollen idealerweise als dünner Film auf der Oberfläche des Substrats 14 ausgebildet sein, wie in Fig. 2 veranschaulicht.

Die Bänder 12 des Densitometer-Eichstandards 10 sind in Fig. 3 mit näheren Einzelheiten gezeigt. Die Bänder 12 sind Präzisions-Mikrobildcr von miteinander ^»K%»/o/>|-iciilnr]on Himlilpn hi-'h Kch wäi'hrmjpn Strrifpn 74 und klarsichtigen Streifen 26. Für optimale Wirkungsweise sollten die Lichlsohwächungsstrcifen 24 eine optische Dichte im Bereich von 3.3 oder mehr besitzen. Wird eine in einem Densitometer erzeugte Beleuchtungszonc so auf die Bänder 12 projiziert, daß die beleuchtete Zone vollständig innerhalb des Außcnumfangs eines Bandes 12 abgedeckt wird, so wird die von dem Band durchgelassene I.ichtmenge direkt p-oportional den· Wert des Verhältnisses der Breite bzw. fläche der Lichtsi-hvvächungsstreifen 24 zur Breite bzw. der Fläche der durchsichtig-klaren bzw. offenen Streifen 2b. Die Wirkungsweise der Bände- 12 im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung is; in F i g. 4 veranschaulicht. Beim Durchgang eines einfallenden Lichtbündels (A,) 16 durch ein Band 12 mit dunklen Streifen 24 und klarsichtigen Streifen 26 wird das einfallende Licht 16 in eine Anzahl kleiner Segmente 22 unterteilt, die mit /_: bis /- bezeichnet sind. Das effektive durchgelassenc Licht wird durch die Formel

wiedergegeben.

Die äquivalente optische Dichte wird dann vmo folgt ausgedrückt:

OD = LOCi-, —

Ist die Breite der durchsichtig-klaren Streifen . r groß im Vergleich zur Wellenlänge des durchgelassenen Lichtes und klein im Vergleich zur Breite der Beleuchtungszone entlang der Abtastungsachse, so läßt sich durch einfache mathematische Berechnung nach den vorstehenden Gleichungen das durchgelassene Licht in einen Prozentanteil des einfallenden Lichtes und weiterhin in eine äquivalente optische Dichte umwandeln. Die Abmessungen der in der nachfolgend beschriebenen Weise hergestellten und getesteten Bänder 12 sind sorgfältig so berechnet, daß sie die folgenden optischen Dichte-Äquivalente ergeben: 1.0. 0.8.0,6.0.4 und 02.

Wie am besten aus den F i g. 3 und 5 ersichtlich, ist es erwünscht die Bänder 12 unter einem Winkel (von vorzugsweise zwischen 30" und 60^c. in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gemessen) relativ bezüglich der Abtastachse des Densitometers anzuordnen und die

dunkien, undurchsichtigen Streifen 24 und die durchsichtig-klaren Streifen 26 ebenfalls unter einem Winkel im gleichen Bereich bezüglich derselben Abtastachse anzuordnen. Hierdurch kommt eine Abtastwirkung sowohl seitens der Bänder 12 wie seitens der Streifen 24, 26 über die beleuchtete Zone hin entlang einer zur Abtastachse senkrechten Linie zustande, wodurch die AuF.*irkungen von Unregelmäßigkeiten in der Beleuchtungszone neutralisiert werden und gewährleistet wird, daß die Ansprechzeit des Densitometers bei der Abtastung des erfindungsgemäßen Eichstandards nicht überschritten wird.

Im Hinblick auf diesen zuletzt erwähnten Aspekt isl es üblich, für Abtastdensitometer Verzögerungsschaltungen vorzusehen, um ihre Ausgangsgrößen zu stabilisieren. Unter diesen Bedingungen würde sich, falls in der optischen Dichte der abgetasteten Probe eine sehr rasche Änderung im Sinne einer Stufen- oder hervorgerufen würde, durch einen Änderungsgradienten der optischen Dichte innerhalb der Ansprechzeit des Densitometers. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Ansprechzeit des Densitometers nicht überschritten wird.

Im Hinblick auf mögliche Unregelmäßigkeiten in der Beleuchtungszone ist davon auszugehen, daß als Beleuchtungsquelle in einem Abtastdensitometer üblicherweise ein Glühlampenkolben mit einem wendeiförmigen Glühfaden verwendet wird. Dies kann zu kleinen Unterschieden in der Lichtmenge an verschiedenen Punkten in der Beleuchtungszone 28 führen. Auch Unregelmäßigkeiten in dem für die Beleuchtung der Zone 28 verwendeten optischen System können zu einer Inhomogenität der Beleuchtung über die Beleuchtungszone 28 hin führen. Falls die über die Beleuchtungszone 28 hinweg bewegten Bänder 12 eine Streifenanordnung 24, 26 parallel zur Abtastachse

tometers langsam über die Ansprechzeit der Verzögerungsschaltungen hin auf einen neuen, der neuen optischen Dichte der Probe entsprechenden Wert ändern. Falls dieser neue Wert erreicht wird, bevor sich die optische Dichte der in Abtastung befindlichen Probe wiederum ändert, so wäre die Densitometer-Ausgangsgröße dem Betrag nach korrekt, selbst wenn intern eine geringfügige Verzögerung zwischen der Änderung als solcher und der vollen Ansprechanzeige aufträte. Falls sich jedoch andererseits die optische Dichte der in Abtastung befindlichen Probe wieder ändert, bevor der ne'.j Wert erreicht ist, so würde die Ausgangsschaltung versuchen, den Wert der letzten Eingangsgröße anzunehmen, ohne zunächst den ersten Wert zu erreichen, und die auf diese Weise resultierende Densitometerausgangsgröße wäre inkorrekt. In diesem letzteren Fall wurde die Ansprechzeit des Densitometers überschritten.

In dem man bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eichstandards die Bänder 12 unter einem Winkel von 30 bis 60° bezüglich der Abtastachse anordnet, wird hierdurch ein Abtast- bzw. Üherstreich-Effekt der Bänder über die beleuchtete Zone entlang einer zur Abtastachse senkrechten Linie bewirkt, statt das Densitometer einer raschen, sprungartigen Änderung der optischen Dichte im Sinne einer Stufen- bzw. Sprungfunktion auszusetzen. Dieser Effekt läßt sich an Hand von F i g. 1 verstehen, in welcher eine typische Beleuchtungszone 28 in Beziehung zu dem Densitometer-Eichstandard 10 angedeutet ist. Wie ersichtlich, wandert bei der Vorschubbewegung des Densitometer-Eichstandards 10 über die Beleuchtungszone 28 jeweils jedes Band 12 entlang der Abtastachse. Falls die Beleuchtungszone 28 in der gezeigten Weise rechtwinklig zur Abtastachse angeordnet ist, wird die beleuchtete Zone 28 im Verlauf der Bewegung eines unter einem Winkel schräg angeordneten Bandes 12 von links nach rechts längs der Abtastachse über die Beleuchtungszone 28 allmählich durch das Band 12 von oben nach unten Oberdeckt Bei der weiteren Bewegung des Bandes 12 über die Beleuchtungszone 28 hin wird diese während einer bestimmten Zeitdauer vollständig abgeschattet verbleiben und sodann allmählich wiederum von oben nach unten aufgedeckt Diese allmähliche Oberdeckung und Aufdeckung oder Oberstreichung der Beleuchtungszone 28 längs einer zur Abtastachse senkrechten Linie ersetzt die sprunghafte Änderung der optischen Dichte gemäß einer Stufen- oder Sprungfunktion, wie sie von einem vertikal angeordneten Band

zone 28. welche unter den durchsichtigen Streifen 26 liegen, gemessen. Dies könnte eine geringfügige Verzerrung des Ansprechverhaltens in Abhängigkeit von der Natur der Beleuchtungszone 28 an diesen Stellen bewirken. Aus F i g. 1 ist nun ersichtlich, daß bei der Verschiebung des Densitometer-Eichstandards 10 von links nach rechts über die Beleuchtungszone 28 die Anordnung der Streifen 24, 26 unter einem Winkel ein Überstreichen der Streiten 24, 26 über die Zone 28 von unten nach oben längs einer zur Abtastachse senkrechten Linie bewirkt, in gleicher Weise, wie die Anordnung der Bänder 12 unter einem Winkel ein Überstreichen der Bänder 12 von unten nach oben bei der aufeinanderfolgenden Überdeckung und Aufdeckung der Beleuchtungszone 28 während des Abtastvorgangs bewirkt. Dieser scheinbare Abtast- bzw. Überstreif-Effekt gewährleistet, daß die Gesamtheit der Beleuchtungszone 28 von dem Abtastmechanismus des (nicht gezeigten) Densitometers vermessen wird, und nicht nur ausgewählte Bereiche. Auf dieser Weise werden durch die scheinbare Abtast- bzw. Überstreichbewegung de>Streifen 24,26 jegliche optischen und Beleuchtungs-Unregelmäßiekeiten über die beleuchtete Zone 28 hin ausgemittelt.

In einem Densitometer ist es üblich, den Umgebungsoder Ausgangszustand auf einen Null-Pegel einzustellen. Wenn dann die Abtastung einer Probe auf dem die Probe tragenden Substrat beginnt und endet, so wird die optische Dichte des Substrats als Umgebungswert angesehen und außer Betracht gelassen. Unter diesen Umständen ist dann jede Änderung während der Abtastung nur eine Funktion der Probe allein und das Substratmedium geht in die von dem Densitometer ausgeführten Berechnungen nicht ein. Bei dem erfindungsgemäßen Eichstandard 10 stellen die optischen Dichten der Bänder 12 die einzigen Änderungen der optischen Dichte auf dem Substrat 14 dar und sind ausschließlich eine Funktion der Geometrie. Bei der Abtastung des Eichstandards 10, beginnend und endend auf dem Substrat, stellt daher jedes Band 12 ein zwar verschiedenes, jedoch konstantes optisches Dichte-Äquivalent dar, unabhängig von der Wellenlänge des durchgelassenen Lichtes.

Aus den F i g. 3 und 5 ist der Aufbau der Bänder 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit näheren Einzelheiten ersichtlich. Dabei ist jedoch festzuhalten, daß die in F i g. 3 in Verbindung mit der zugehörigen Tabelle aus Fig.5 ersichtlichen und angegebenen Abmessungen und Winkel zwar bevor-

zugte Werte für eine spezielle Ausführungsform darstellen, daß jedoch für unterschiedliche spezielle Bedürfnisse bestimmter Densitometer, Spektralphotometer, Kolorimeter und dergleichen anderweitige Kombinationen von Winkeln und Abmessungen gewählt werden können. Insbesondere bestimmt die Abtastgeschwindigkeit des jeweiligen Instruments den Bereich von Winkeln für die Bänder «2, in dem ein Überschreiten der Ansprechzeit des zugehörigen Densitometers vermieden wird. Entsprechend bestimmen der jeweilige Winkel des Bandes 12 und die Abmessungen der beleuchteten Zone des Instruments den optimalen Winkel für die Streifen 24 und 26 beim Überstreichen über die beleuchtete Zone.

Des weiteren soll die Ganghöhe oder der Abstand zwischen den dunklen, undurchsichtigen Streifen 24 im Sinne einer möglichst geringen Verzerrung gewählt werden. Die Anwendung einer großen Ganghöhe bewirkt, daß sich eine Reihe von hellen und dunklen Streifen über die Abtastvorrichtung bewegt. Da ferner in Densitometern zumeist eine Glühwetidel-Lichtquelle verwendet wird, erscheint bei einer großen Ganghöhe die Glühwendel selbst als hellere und weniger helle Bereiche innerhalb der klarsichtigen Streifen 26. Falls andererseits die Ganghöhe zu klein ist, werden Beugungseffekte an den schmalen durchsichtigen Streifen 26 von Bedeutung. Mit anderen Worten, ein Teil der Lichtstrahlen wird von dem zur Abtastvorrichtung senkrechten Einfallwinkel teilweise abgelenkt, derart, daß das von der Abtastvorrichtung empfangene Licht nicht dem berechneten Wert entspricht. Im Idealfall soll die Ganghöhe nicht kleiner als etwa das Zehnfache der Wellenlänge des einfallenden Lichts sein, um nennenswerte Beugungseffekte zu eliminieren. Für Glühlicht bedeutet dies etwa 0,003 Zoll oder 333 Streifen pro Zoll.

Die Anwendung des Eichstandards 10 zum Testen des Verhaltens eines Abtastdensitometers wird am besten unter Bezugnahme auf die F i y. 6 und 7 verständlich, welche tatsächliche Densitometerausgangsgrößen bei Abtastung eines Densitometer-Eichstandards 10 der hier beschriebenen Art zeigen. In Fig.6 ist dabei die Linearität des Densitometers getestet werden. In den Registrieraufzeichn'ingen gemäß den Fig. 6 und 7 bedeutet 100% auf dem Registrierstreifen 1,0 O. D., 80% entsprechen 0,8 O. D., 60% entsprechen 0,6 O. D., 40% entsprechen 0,4 O. D. und 20% entsprechen 0,2 O. D. Wie ersichtlich, ergab das Densitometer, dessen Ausgangsgröße in Fig.δ dargestellt ist, bei Abtasten des erfindungsgemäßen Eichstandards 10aus Fig. 1 mit Bändern 12 der effektiven optischen Dichtewerte 1,0,

in 0,8, 0,6, 0,4 und 0,2 eine im wesentlichen lineare Ausgangsgröße, veranschaulicht durch die Scheitelwerte bei 100%, 80%, 60%, 40% und 20%.

Da ferner die Größe der Beleuchtungszone feststeht, werden, falls die Bänder 12 mit sehr genau gleicher

ι > Breite ausgeführt sind, die von der Zone überstrichenen Bereiche für jedes Band 12 gleich groß sein. Die Wichtung dieses Bereichs mit dem Optischen-Dichte-Äquivalent für jedes Band ergibt dann relative prozentuale Werte für die einzelnen Bänder. Diese

-'" relativen prozentualen w'erie werden uireki proportional den Flächen unterhalb den Kurven aus der Abtastaufzeichnung sein. So beträgt beispielsweise für den zur Erzeugung der Ausgangsaufzeichnung von F i g. 6 verwendeten Eichstandard aus F i g. 1 die Summe

_'-, der Optischen-Dichte-Äquivalente der Bänder (1,0 + 0,8 + 0,6 + 0,4 + 0,2) gleich 3,0. Somit beträgt der dem 1,0 O.-D.-Band zuzuordnende Anteil des integrierten Gesamtbetrags 1,0/3,0 oder 33,33%. Entsprechend beträgt dieser Wert für das 0,8 O.-D.-Band 0,8/3.0 oder

in 26,66%. In gleicher Weise repräsentieren die verbleibenden Bänder 20,00%, 1333% und 6.66%. Die ausgedruckten Werte 32,0, 26,7, 20,5, 13,8 und 06,9 sind die von dem Densitometer errechneten integrierten Werte und können als in annehmbaren Grenzen liegend

i-> angesehen werden.

Demgegenüber veranschaulicht die F i g. 7 eine mit dem gleichen Eichstandard erhaltene Densitometerausgangsgröße von fragwürdiger Brauchbarkeit. Die Änderung des Ausgangsverhaltens wurde durch Einfügen eines unsauberen optischen Filters verursacht. Fehlangepaßte oder nicht-funktionierende Teile können eine sogar noch ausgeprägtere Abweichung gegenüber

Funktionsweise gezeigt. Die Abtastung der Reihe von fünf Bändern 12 ergibt eine Registrieraufzeichnung von 5 Maxima mit abgeflachten Scheiteln. Der Aufzeichnungsverlauf zeigt den allmählichen Anstieg, die Periode der Ausblendung und den allmählichen Abfall, wie sie durch die Winkelanordnung der Bänder 12 erzeugt werden. Die kleinen Abschrägungen am jeweiligen oberen und unteren Ende der Vorder- und der Hinterflanken sind eine Funktion der weiter oben beschriebenen Ansprechzeit.

Da die optische Dichte (O. D.) der Logarithmus von 1/rist, wobei T die Lichtdurchlässigkeit bedeutet, kann bei Verwendung eines logarithmischen Registrierschreibers und bei Einstellung des 1,0-Bandes auf 100% die derart, daß diese Abweichung unschwer als nichtan-4> nehmbar erkannt wird und die Bedienungsperson auf die Notwendigkeit von Korrekturmaßnahmen vor weiterer Benutzung des Instruments hinweist.

Es sei noch betont, daß im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel die abwechselnden dunklen und v> hellen Streifen 24 und 26 als geradlinige parallele Streifen von gleichem Abstand gezeigt sind. Selbstverständlich könnten bei erfindungsgemäßen Eichstandards auch Bänder 12 verwendet werden, die aus kurvenförmig gebogenen oder anderweitig geformten abwechselnden dunklen und hellen Streifen bestehen, welche einen Abtast- bzw. Oberstreich-Effekt über die beleuchtete Zone gewährleisten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Dichtestandard in Form eines Neutralgraufilters, dessen Dichte durch ein Streifenraster bestimmt ist, zur Eichung und Prüfung eines Instruments, in welchem der Standard mit einer beleuchteten Zone längs einer vorgegebenen Abtastachse abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster aus Streifen (24) ein Band (12) vorgegebener Dichte bildet, das einen zur vollständigen Überdeckung bzw. Abschattung der beleuchteten Zone (28) ausreichenden Flächenbereich besitzt, daß die das Band bildenden Einzelstreifen (24) aus lichtschwächendem Material so orientiert sind, daß sie bei der Abtastung des Standards die beleuchtete Zone (28) in einer Richtung senkrecht zur Abtastachse überstreichen, und daß die Breite der lichtdurchlässigen Streifen (26) zwischen den Einzelstreifen (24) aus lichtschwächendem Material gfoß ist im Vergleich zur Lichtwellenlänge und klein im Vergleich zur Breite der beleuchteten Zone (28).

2. Standard nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (12) seinerseits so orientiert ist, daß es bei der Abtastung des Standards die beleuchtete Zone (28) in einer Richtung senkrecht zur Abtastachse überstreicht.

3. Standard nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (14) in Abständen voneinander entlang der Abtastachse mehrere jeweils aus einer Vielzahl lichtschwächender Einzelstr-sifen (24} gebibete Bänder (12) angeordnet sind, deren jeder, jeweils einen unterschiedlichen vorgegebenen äquiv. ienten Wert der Dichte für hindurchtretendes Licht besitzt, und daß sowohl die Bänder (12) als Ganzes wie auch die sie bildenden lichtschwächenden Einzelstreifen (24) jeweils unabhängig voneinander unter einem Winkel bezüglich der Abtastachse orientiert sind, der genügend groß gewählt ist, um jeweils ein Überstreichen der beleuchteten Zone durch einen Teil jedes Einzelstreifens und jedes Bandes entlang einer zur Abtastachse senkrechten Linie zu gewährleisten.

4. Standard gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (12) und die sie bildenden lichtschwächenden Einzelstreifen (24) jeweils unter voneinander unabhängigen spitzen Winkeln bezüglich der Abtastachse angeordnet sind.

5. Standard nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel, unter welchen die Bänder (12) bzw. die sie bildenden lichtschwächenden Einzelstreifen (24) bezüglich der Abtastachse angeordnet sind, im Bereich zwischen 30 und 60° liegen.