HU217741B - Készülék felületek optikai paramétereinek mérésére - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya készülék felületek optikai paramétereinek mérésére,amely egyik végén fényforrással (6) és fényérzékelővel (7) felszereltcsőszerű házzal (1) van kiképezve, ahol a csőszerű háznak (1) legalábba fényforrást (6) és a fényérzékelőt (7) befogadó végétárnyékolóköpeny (8) veszi körbe. Lényege, hogy az árnyékolóköpeny (8)rugóval (10) kialakított megvezetéssel a csőszerű ház (1) felületéneltolhatóan elrendezett, a mérendő optikai paramétereket mutatófelületre támaszkodó szélső helyzetében a fényforrást (6) és afényérzékelőt (7) a környezettől fényzáró módon elválasztó hengeresborításként van kialakítva. ŕ

Description

A találmány tárgya készülék felületek optikai paramétereinek mérésére, amely egyik végén fényforrással és fényérzékelővel felszerelt csőszerű házzal van kiképezve, ahol a csőszerű háznak legalább a fényforrást és a fényérzékelőt befogadó vége árnyékoló köpennyel van körbevéve. A találmány szerinti készülék mindenekelőtt orvosbiológiai diagnosztikai vizsgálatok végzésére szolgál, alapvetően immunobiológiai elemzések céljaira vett minták színének és/vagy fényintenzitásának meghatározására szolgál.

Az elmúlt években nagy számban fejlesztettek ki olyan eljárásokat, amelyeknél tesztlapok nyílásaiba, mérőhelyeibe kiosztott mintákat vizsgálnak például immunobiológiai szempontból. A nagyszámú minta elemzésére a leggyakrabban orvosbiológiai kutatásoknál van szükség. A tesztlapokat szokásosan nagyszámú vizsgálati bemélyedéssel, mérőhellyel alakítják ki, amelyekre a kis méretek jellemzőek, szélességük legfeljebb 5 mm körül van, belső terükbe pedig folyékony minta (például vér vagy szérum) kerül. A mérőhelyeket kitöltő anyag egy adott hozzáadott összetevő hatására színét vagy más optikai jellemzőjét megváltoztatja, vagyis például a folyékony mintába kerülő meghatározott protein jelenléte a szín vagy fényáteresztő képesség (az optikai abszorbancia) megváltozásával jár.

A szín megváltozását az emberi szem nyilvánvalóan képes észlelni, így az optikai vizsgálat elvileg szubjektív módszerekkel ugyancsak elvégezhető, amikor is a kezeléssel kapott anyagot például referencia-színkártyával hasonlítják össze. Ezek a vizuális technikák azonban megbízhatóság és sebesség szempontjából teljes mértékben elfogadhatatlanok, ha nagyszámú, diagnosztikai célokra szolgáló vizsgálati eredményt adó mérést kell elvégezni. A megbízható mérések csak az ember szubjektív közreműködését messzemenően kizáró módon végezhetők el.

A szín, a színspektrum és a színintenzitás mérése a biológiai mintákra jellemző felületeknél úgy végezhető, hogy a meghatározott hullámhosszú fény hatásának kitett felületről visszavert fényt spektrális összetétel szempontjából elemzik. Az elemzés megbízhatóságát csak az biztosíthatja, ha a mérések alatt a vizsgálandó felületet és a vizsgálatot végző eszközt a környezeti világítástól elszigetelik. Ez különösen akkor lényeges, ha kis intenzitású fénynyalábot generáló fényforrást, például fényemittáló diódát (LED-et) alkalmaznak, míg a nagy teljesítményű fényforrásoknál, mint a xenontöltetű ívlámpáknál ez a probléma szinte fel sem merül, bár ilyeneket immunobiológiai vizsgálatokhoz alig használnak. Az is fontos, hogy a fényforrás és a fényérzékelő a mérendő felülethez képest meghatározott helyzetet vegyen fel.

A felület színének elemzésére szolgáló hagyományos készülékek alapvető hátrányát nagy méreteik és tömegük jelenti, nehezen szállíthatók, vagy ha ez a nehézség nem áll fenn, használatuk során rugalmatlanok, bár a kis méretekkel járó előnyök biztosíthatók.

Az AT-B 348,802 lajstromszámú osztrák szabadalmi leírás olyan töltőtollhoz hasonló felépítésű csőszerű vizsgálólámpát ismertet, amelynél a felület megvilágítását a csőszerű elem egyik végébe beépített fényforrás biztosítja. A fényforrással szemben a csőszerű elemen belül fényérzékelő van elrendezve, a csőszerű elem felületét pedig ámyékolóköpeny veszi körbe, amely azonban nem mozgatható, sőt a csőszerű elem felületén az ámyékolóköpeny elmozdulását megakadályozó kiemelkedés van kiképezve. Ez a vizsgálólámpa a vizsgált felülethez nem illeszthető, ezért a külső (szórt) fény behatolásának kizárását igénylő megbízható mérések végzésére alkalmatlan.

A fentiek alapján megállapítható, hogy igény van olyan megoldás kidolgozására, amely a fény paramétereinek mérése útján a felület optikai paramétereinek megbízható értékelését teszi lehetővé.

Találmányunk feladata ennek az igénynek az eddigieknél jobb kielégítése.

A kitűzött feladat megoldásaként felületek optikai paramétereinek mérésére szolgáló készüléket dolgoztunk ki, amely egyik végén fényforrással és fényérzékelővel felszerelt, például töltőtollhoz hasonló alakú csőszerű házzal van kiképezve, ahol a csőszerű háznak legalább a fényforrást és a fényérzékelőt befogadó vége árnyékoló köpennyel van körbevéve, és a találmány értelmében az ámyékolóköpeny rugóval kialakított megvezetéssel a csőszerű ház felületén eltolhatóan elrendezett, a mérendő optikai paramétereket mutató felületre támaszkodó szélső helyzetében a fényforrást és a fényérzékelőt a környezettől elválasztó hengeres borításként van kialakítva.

Kis teljesítményigénye miatt különösen előnyös a találmány szerinti készüléknek az a kiviteli alakja, amelynél a fényérzékelő és a fényforrás közül bármelyik, célszerűen mindkettő fotoelektronikus eszközként van kiképezve. A javasolt készülék megvalósításához igen jól használható eszközök között vannak a fotodiódák és a fototranzisztorok, amelyek felhasználásával a csőszerű ház méretei csökkenthetők, vagyis a találmány szerinti készülék csúcsa a vizsgálatokhoz szükséges méretekre lecsökkenthető. Mivel az ámyékolóköpeny fényzáró felépítésű lehet, ezért a kis teljesítményű fényforrások, különösen a fénykibocsátó diódák (a LED-ek) felhasználása igen ajánlható.

A fénykibocsátó eszköz szükség szerint lehet széles sávú vagy korlátozott hullámhosszú fényforrás. A színképelemzés céljainak különösen megfelel a találmány szerinti készüléknek az az előnyös megvalósítása, amelynél a fényérzékelőhöz csatlakozóan két vagy több különböző hullámhosszú fényforrással vagy egyetlen, két vagy több átkapcsolható szűrővel ellátott fényforrással van kialakítva. Ez a kialakítás azért különösen javasolható, mert így a mérőhelyen egy vagy több összetevő koncentrációja, illetve koncentrációjának aránya a különböző hullámhosszú sugárzások abszorpciója alapján viszonylag nagy pontossággal mérhető. Nyilvánvaló, hogy ha két vagy több különböző fényforrást alkalmazunk, akkor két vagy több LED-et rendezhetünk el, vagy más megoldásként egyetlen fényforráshoz két vagy több kapcsolható módon állítható szűrőt illesztünk. Mivel a színes felületekről származó fény abszorpciós spektruma általában meglehetősen széles sávú su2

HU 217 741 Β gárzási tartományt fed le, ezért a jel/zaj viszony javítható, ha a mérésekhez széles hullámsávú fénynyalábot kibocsátó, az abszorpciós tartományban a szükséges intenzitású fényt biztosító fényforrást használunk.

A gyakorlati felhasználások szempontjából igen előnyös a találmány szerinti készüléknek az a megvalósítása, amelynél az ámyékolóköpeny fényzáró borítást lehetővé tevő egyik szélső helyzet és a fényforrást, valamint a fényérzékelőt befogadó vég felületét szabaddá tevő másik szélső helyzet között elcsúsztathatóan van megvezetve. Ez lehetővé teszi, hogy a javasolt készüléket igen kis felületű vizsgálóhelyekhez illesszük, majd utána az ámyékolóköpeny mozgatásával biztosítsuk a fényzáró elrendezést. Ennek a megoldásnak az előnyeit lehet még jobban kihasználni, ha az ámyékolóköpenyt előfeszítjük, vagyis például rugalmas eszközzel, adott esetben rugóval biztosítjuk a csőszerű ház végén elfoglalandó helyzetét. Ebből a szempontból igen előnyös, ha a találmány szerinti készülékben a csőszerű ház végéhez illeszkedő felületen az ámyékolóköpeny gyűrűje nemcsak előfeszítési feladatokat lát el, hanem az tömítésre alkalmasan van kiképezve.

Szintén a gyakorlati felhasználás követelményeinek kielégítése szempontjából igen előnyös a találmány szerinti készüléknek az a kiviteli alakja, amelynél a csőszerű ház a felületre merőleges hossztengely mentén van kiképezve, és az ámyékolóköpeny tömítőgyűrűje a felülethez szorosan illeszkedően van kialakítva.

Különösen nagyszámú vizsgálat, sorozatmérések elvégzése során célszerű, ha a találmány szerinti készüléket úgy hozzuk létre, hogy a csőszerű elemnek a fényforrást befogadó végében a fényzáró ámyékolóköpeny belső terében az ott uralkodó fényviszonyokat követő fényérzékelő elem, különösen fototranzisztor van elrendezve, és ez olyan kapcsolási elrendezésre csatlakozik, amely a mérést csak akkor engedélyezi, ha az ámyékolóköpenyen belüli fényviszonyok egy meghatározott megvilágítási szintet biztosítanak. Ennél a kiviteli alaknál a mérés központi vezérlés által kiadott parancsra végezhető, és a fényérzékelő úgy állítható be, hogy a mérést csak akkor végezzük el, amikor az ámyékolóköpenyen belül elegendően sötét van ahhoz, hogy az érzékelési viszonyok között a kívánt pontosságú mérés elvégezhető legyen.

Az ámyékolóköpeny a fentiek értelmében nemcsak fényzáró borítást tesz lehetővé, hanem felhasználása azzal az előnnyel is jár, hogy a találmány szerinti készülék megfelelő módon, a kívánt térbeli helyzetben, azaz a mérendő felületre merőleges helyzetben legyen felhasználható.

Egy további célszerű kialakításában a találmány szerinti készüléknek a fényforrás és a fényérzékelő eszköz a csőszerű ház hossztengelyéhez képest aszimmetrikusan van elrendezve. Ezzel a megoldással elkerülhetők a csillogó felületről közvetlenül visszavert fény miatt esetleg jelentkező problémák. Ezért általános felhasználásra különösen ajánlható a találmány szerinti készüléknek az az előnyös kialakítása, amelynél a fény paramétereinek, adott esetben a színnek és az intenzitásnak a mérésére a csőszerű elem egyik végén elrendezett fénykibocsátó és fényérzékelő elemet használunk, amelyek a csőszerű elem hossztengelyéhez képest aszimmetrikus helyzetben vannak.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra: a találmány szerinti készülék egy előnyös kiviteli alakjának oldalnézeti metszete, a

2. ábra: a találmány szerinti készülék egy további előnyös kiviteli alakjának keresztmetszete a fényforrást és a fényérzékelőt tartalmazó részben, a

3. ábra: a találmány szerinti készülék egy előnyös kiviteli alakjának a 2. ábrán bejelölt III—III metszete, míg a

4. ábra: a találmány szerinti készülék egy előnyös kiviteli alakjának a 2. ábrán bejelölt IV-IV metszete.

A találmány értelmében készüléket hoztunk létre célszerűen kisméretű vizsgálati felületeken végzendő optikai mérésekhez. Ez a készülék megnyújtott, töltőtollhoz hasonló 1 csőszerű házzal van kialakítva, amely 2 hengeres tokozást tartalmaz. A 2 hengeres tokozás egyik végén nyílás van kiképezve, amelyen át 3 kábel vezethető az 1 csőszerű ház belsejébe. Az említett nyíláson át fényérzékelő, fénykibocsátó és mérőeszközök tápegységhez, illetve távvezérlést biztosító egységhez, például mikroprocesszorhoz kapcsolhatók. Az említett optikai elemek elrendezésére, felépítésére még visszatérünk, a 3 kábelhez kapcsolódó mikroprocesszort a rajz nem mutatja, annak alkalmazása nyilvánvaló intézkedéseket igényel. A találmány szerinti készülék fényintenzitás vagy szín mérésére alkalmas, önmagukban ismert áramkörökkel egészíthető ki.

A 2 hengeres tokozásnak a 3 kábelt bevezető nyílásával átelleni végében 4 kúpos záróelem van elrendezve, amely egyúttal támaszt is biztosít. A 4 kúpos záróelemben 5 középponti üreges tér van kiképezve, amelyen belül 6 fényforrás, például fénykibocsátó dióda (LED) és 7 fényérzékelő, például fotodióda van elrendezve. Az 5 középponti üreges tér a 4 kúpos záróelem csúcsfelületének tartományában nyitott, a 2 hengeres tokozás középponti hossztengelye mentén a csúcsfelületnél elhelyezkedő mérési felületben végződik. A 6 fényforrás és a 7 fényérzékelő a 4 kúpos záróelemben kiképzett résekben helyezkedik el. Ezzel a megoldással biztosítható, hogy a 6 fényforrás és a 7 fényérzékelő véletlenszerű károsodás ellen védett legyen, illetve szórt fény az 5 középponti üreges térbe, a mérés helyéhez ne juthasson el.

A 2 hengeres tokozás alsó részét 8 ámyékolóköpeny borítja be, amely fényt nem áteresztő anyagból készült hengert képez. Ennek alsó vége 9 tömítőgyűrűvel van ellátva, amelyet megfelelő mértékben rugalmas műanyagból vagy hasonló anyagból képezünk ki. A 2 hengeres tokozás alsó végénél 11 gyűrűs váll van kiképezve, amelyre 10 rugó támaszkodik, és ez a 10 rugó a 8 ámyékolóköpeny felső végén elhelyezkedő 12 gyűrűs támasszal érintkezik. A 10 rugó alaphelyzetében a 8 árnyékolóköpenyt az 1. ábrán bemutatott helyzethez ké3

HU 217 741 Β pest felső állásban tartja meg, így a 4 kúpos záróelem láthatóvá válik.

A találmány szerinti készülék alkalmazása során a 4 kúpos záróelemet a mérendő felülethez illesztjük, és a 8 ámyékolóköpenyt lefelé mozgatjuk, a 10 rugóval a 9 tömítőgyűrűvel szembeni előfeszítést kihasználva a 8 ámyékolóköpenyt a felülettel érintkezésbe hozzuk, és ezzel a mérendő felületi tartományt körbevesszük. így fényzáró 8 ámyékolóköpeny jön létre, amelyen belül a vizsgálandó felület külső fényforrástól el van zárva, az a 6 fényforrás és a 7 fényérzékelő érzékelési tartományában helyezkedik el.

A 4 kúpos záróelemben célszerűen olyan 13 furat van kiképezve, amely a 2 hengeres tokozás alapjáig terjed, és ott benne 14 fototranzisztor van beépítve. A 13 fürat belső terében elrendezett 14 fototranzisztor feladata a fényviszonyok érzékelése. Kivezetése küszöbérték szerint működtetett kapcsolóra van vezetve, aminek révén meghatározható az a pillanat, amikor a 2 hengeres tokozáson belül létrejönnek azok az optikai feltételek, amelyek között a mérések kívánt pontossággal elérhetők. A 14 fototranzisztor jele alapján a rajzon nem ábrázolt vezérlőelrendezésben dönthető el, hogy a 6 fényforrás, adott esetben LED mikor gyulladjon fel a mérés elvégzése céljából.

A 2., 3. és 4. ábrán a találmány szerinti készülék egy előnyös kialakításának további részletei láthatók. A 2. ábra tanúsága szerint a 6 fényforrást alkotó LEDdióda és a 7 fényérzékelőként alkalmazott fotodióda a 2 hengeres tokozás hossztengelyéhez viszonyítva aszimmetrikusan helyezkedik el, és ez lehetővé teszi, hogy a találmány szerinti készüléket csillogó felületű objektumok vizsgálatára is használhassuk, mivel ennél a megoldásnál a 6 fényforrás által kibocsátott fény visszaverődés után nem tud közvetlenül a 7 fényérzékelőbe jutni.

A találmány szerinti készüléket az előzőekben mindenekelőtt a szín jellemzőinek megállapítására alkalmas felépítésében mutattuk be. Nyilvánvaló azonban, hogy a felépítés részletei nem különböznek akkor sem, ha a javasolt készüléket más alkalmazásokra szánjuk. így könynyen megállapítható, hogy az alkalmazott felépítés révén a találmány szerinti készülék alkalmassá tehető vonalkódok leolvasására, ha azt megfelelően programozott vezérlőelrendezéshez csatlakoztatjuk. Erre egyébként vizsgálati munkák során is szükség lehet, amikor új érzékelési adatokat kell adatfeldolgozó berendezésbe vinni.

A fentiekben végig a „fény” kifejezést használtuk, amelyet azonban messzemenően nem kívánunk egy adott optikai tartományra korlátozni. Ez annyit jelent, hogy a találmány szerinti készülék nemcsak látható fényben, hanem az elektromágneses spektrum minden olyan tartományában végzett vizsgálatoknál használható, ahol optikai elven működő sugárforrás működése mellett a sugárzás érzékelésére van szükség.

A találmány szerinti készüléket leginkább szilárd fázisú mintákra vonatkozó immunobiológiai vizsgálatok végzésére szolgáló tesztlapokhoz illesztve alkalmazzuk, alapvetően relatív színintenzitás mérésére, amikor is a tesztlapok előnyösen 5 mm széles vizsgálati nyílásokat tartalmaznak. A javasolt készülék immunobiológiai kutatásokban színváltozásokra épülő sorozatvizsgálatokra és elektroforézises elkenődések elemzésére ugyancsak felhasználható.

Claims (9)

1. Készülék felület optikai paramétereinek mérésére, amely egyik végén fényforrással (6) és fényérzékelővel (7) felszerelt csőszerű házzal (1) van kiképezve, ahol a csőszerű háznak (1) legalább a fényforrást (6) és a fényérzékelőt (7) befogadó vége árnyékoló köpenynyel (8) van körbevéve, azzaljellemezve, hogy az ámyékolóköpeny (8) rugóval (10) kialakított megvezetéssel a csőszerű ház (1) felületén eltolhatóan elrendezett, a mérendő optikai paramétereket mutató felületre támaszkodó szélső helyzetében a fényforrást (6) és a fényérzékelőt (7) a környezettől fényzáró módon elválasztó hengeres borításként van kialakítva.

2. Az 1. igénypont szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a fényérzékelő (7) fotodiódával van kiképezve.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a fényforrás (6) fénykibocsátó diódával (LED) van kiképezve.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a fényérzékelőhöz (7) csatlakozóan két vagy több, különböző hullámhosszú fényforrással (6) vagy egyetlen, két vagy több átkapcsolható szűrővel ellátott fényforrással (6) van kialakítva.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy az ámyékolóköpeny (8) fényzáró borítást lehetővé tevő egyik szélső helyzet és a fényforrást (6), valamint a fényérzékelőt (7) befogadó vég felületét szabaddá tevő, másik szélső helyzet között elcsúsztathatóan van megvezetve.

6. Az 5. igénypont szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a csőszerű ház (1) végéhez illeszkedő felületén az ámyékolóköpeny (8) tömítőgyűrűvel (9) van ellátva.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a csőszerű ház (1) a felületre merőleges hossztengely mentén van kiképezve, és az ámyékolóköpeny (8) tömítőgyűrűje (9) a felülethez szorosan illeszkedően van kialakítva.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a csőszerű elemnek a fényforrást (6) befogadó végében a fényzáró ámyékolóköpeny (8) belső terében az ott uralkodó fényviszonyokat követő fényérzékelő elem, különösen fototranzisztor (14) van elrendezve, amely a mérést az ámyékolóköpenyen (8) belüli fényviszonyok meghatározott értéke mellett engedélyező kapcsolásra van vezetve.

9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti készülék, azzal jellemezve, hogy a fényforrás (6) és a fényérzékelő (7) a csőszerű ház (1) hossztengelyéhez képest aszimmetrikusan van elrendezve.