DE2222852A1

DE2222852A1 - Feldbeleuchtung fuer die bildanalyse

Info

Publication number: DE2222852A1
Application number: DE19722222852
Authority: DE
Inventors: Michael Richard Soames
Original assignee: Image Analysing Computers Ltd
Current assignee: Image Analysing Computers Ltd
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1973-12-13
Also published as: US3835247A; FR2139434A5

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom £_{# Ma±} ^j₂ Ώφ / / Name d. Anm. I_mage Analysing Computers

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Feldbeleuchtung fürdie Bildanalyse

Die Erfindung bezieht sich auf die Analyse einer Probe, die optisch unterscheidbare Bildpunkte enthält, bei welcher durch Abtastung des von einer Abbildungsvorrichtung erzeugten Bildes eines Bereichs der Probe ein Videosignal erzeugt wird.

Unter der Bezeichnung Probe ist irgendein einzelner Gegenstand zu verstehen, wie zum Beispiel der Objektträger eines Mikroskops oder eine Probe polierten Stahls (für die Analyse des Gehalts 6En Einschlüssen) oder ein Film, in welchem jedes Bild für die Analyse der Reihe nach dargeboten wird, oder eine Reihe ähnlicher Gegenstände (zum Beispiel auf einem Förderband), welche hintereinander in das Blickfeld der Abbildungsvorrichtung bewegt werden.

Wenn verschiedene Teile der Probe getrennt analysiert werden müssen, entweder weil die ganze Probe nicht gleichzeitig analysiert werden kann oder weil die getrennten Teile nacheinander dargeboten werden, ist eine relative Bewegung zwischen der Probe und der Abbildungsvorrichtung erforderlich. Die Probe kann relativ zu einer ortsfesten Abbildungsvorrichtung bewegt werden oder umgekehrt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Bewegung in kleinen einzelnen Schritten in einer Richtung (wie bei einem Film) oder in zwei Richtungen unter einem rechten Winkel (wie beim Objektträger eines Mikroskops) auszuführen, so dass die ganze Fläche einer Probe erfasst werden kann. Bei einerÄolchen intermittierenden Bewegung entweder der Probe oder der Abbildungsvorrichtung muss am Ende jedes Schrittes eine Einstellzeit gelassen werden, bevor von der Abbildungsvorrichtung ein brauchbares Signal erhalten werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn

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auch eine kontinuierliche Beleuchtung verwendet wird und das Videosignal von einer Fernsehkamera erhalten wird. In der Praxis ist meist eine einzige Bildabtastung der Kamera ausreichend, um die ganze Information aus jedem der für die Analyse dargebotenen Bereiche abzuleiten. Eine Zeitperiode, welche einer oder mehreren Bildabtastungen gleich ist, wird gewöhnlich zwischen den Ableseabtastungen gelassen, um eine vollständige Löschung des unerwünschten restlichen Ladungsbildes auf der Fotokatode der Kamera zu ermöglichen. Die hierfür erforderliche Zeit ist jedoch gewöhnlich viel kürzer als die oben erwähnte Einstellzeit und die Geschwindigkeit der Analyse ist daher von den durch die Einstellzeit bewirkten Verzögerungen abhängig.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Verzögerungen zwischen jeder Äbleseabtastung (oder Reihen von Ableseabtastungen) bei der Analyse aufeinander folgender verschiedener Bereiche einer Probe zu verringern.

Ein Verfahren sum Analysieren einer Probe, die optisch unterscheidbare Bildpunkte enthält ₉ ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche relative Bewegung zwischen, der Probe und einer Abtildungsvorrichtung in einerÄu der optischen Achse der Abbildungsvorrichtung senkrechten Ebene bewirkt wird, dass mindestens ein Bereich der Probe in mit dieser Bewegung synchronisierten Zeitintervallen durch Lichtblitze beleuchtet wird, dass jedes Bild eines beleuchteten Bereichs der Probe abgetastet wird, um ein demselben entsprechendes Videosignal zu erzeugen, das relativ zu einer Bezugsspannung jene Amplitudenschwankungen erfasst werden, welche sich auf die Bildpunkte beziehen, und dass an denselben Messungen ausgeführt werden.

Aus den erfassten Amplifcuiienschwenkungen werden vorzugsweise Impulse mit konstanter Amplitude erzeugt; deren Dauer den erfassten Schwankungen gleich ist, und an den Impulsen werden Messungen ausgeführt.

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Die Geschwindigkeit der relativen Bewegung und die Dauer jeder Lichtblitzbeleuehtung werden vorzugsweise so gewählt, dass die Bewegung der Probe relativ zu der Abbildungsvorrichtung während eines Beleuchtungsintervalls kleiner ist als die Auflösung des Systems in der Richtung der relativen Bewegung.

Wenn die Bilder auf einer Fernsehkameraröhre erzeugt werden, sind sowohl die relative Bewegung zwischen der Probe und der Abbildungsvorrichtung als auch das Auftreten der Beleuchtungslichtblitze mit der Abtastung der Kameraröhre synchronisiert.

Wenn die Fotokatode der Kamera abgetastet wird, um das Videosignal in einer einzigen Ableseabtastung nach jedem Beleuchtungslichtblitz zu erzeugen, ist der letztere vorzugsweise der B.ildrücklaufperiode unmittelbar vor der Ableseabtastung angepasst.

Um eine gute Ladungsbildlöschung zu erzeugen, wenn eine Plumbicon-Röhre (eingetragenes Warenzeichen) verwendet wird, werden zwischen jeder Ableseabtastung η Abtastungen der Fotokatode der Kamera ausgeführt, um das restliche Ladungsbild auf der Fotokatode der Kameraröhre zu löschen. In diesem Fall wird der Beleuchtungslichtblitz während der Bildrüeklaufperiode der letzten der η Löschabtastungen vor jeder Ableseabtastung zur Einwirkung gebracht. -

Um das LöschzeitIntervall weiter zu verringern, kann die Abtastgeschwindigkeit für die Löschabtastungen ein Vielfaches der Abtastgeschwindigkeit für eine Ableseabtastung betragen, wie in der britischen Patentanmeldung Nr. 53^02/69 beschrieben ist.

Vorzugsweise wird als Lichtquelle eine Gasentladungsröhre verwendet, zum Beispiel eine Xenon-Lichtbogenlampe.

Die üngleichmässigkeit der Beleuchtungscharakteristik von Gasentladungsröhren-Lichtquellen und die Bewegung des Schattierungsmusters, welches durch die Bewegung des Lichtbogens erzeugt wird,

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werden vorzugsweise durch Zerstreuung des Lichts der Quelle verringert, bevor dasselbe auf die Probe auftrifft.

Die Gesamtempfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung wird vorzugsweise durch eine Rückkopplungsschleife geregelt, in welcher der Spitzenwelsswert des Videosignals während jeder Ableseabtastung abgetastet und der abgetastete Wert während einer genügenden Zeit zurückgehalten wird, um aus demselben die Erzeugung einer Steuerspannung für die Helligkeit der Lampe zu ermöglichen. Der Spitzenweisswert wird vorzugsweise mit oberen und unteren vorher eingestellten Spannungen verglichen und ein Warnsignal wird erzeugt, wenn dieser Wert die beiden Spannungen überschreitet oder unter denselben liegt.

Der Wert der Lichtausbeute der Lichtquelle kann aber auch durch eine Fotozelle abgetastet werden,deren Ausgangsspannung eine Lampensteuerspannung bildet. Letztere wird mit oberen und unteren Spannungen vergleichen und ein Warnsignal wird erzeugt, wenn die Ausgangsspannung der Fotozelle die obere der beiden Spannungen überschreitet oder unter die niedrigere derselben absinkt.

Wenn als Lichtquelle eine Gasentladungsröhre verwendet wird, liefert die Stromquelle derselben vorzugsweise zwei Impulse, nämlich einen Zündimpuls, uact jeden Lichtblitz einzuleiten, und einen zweiten Impuls von regelbarer Grosse, um den Lichtblitz während einer bestimmten Dauer aufrechtzuerhalten. Die Zündimpulse werden zweckmässig durch die Bildsynchronisierungsimpulse geregelt und die Grosse der zweiten Impulse wird durch den Wert der Steuerspannung-für die Helligkeit der Lampe geregelt. Vorzugsweise wird der Durchschnitt der Steuerspannung fürßie Helligkeit der Lampe ermittelt, so dass keine plötzlichen Veränderungen der Lichtausbeute auftreten. '

Vorzugsweise ist ein Grenzwert für die maximale Energie festgesetzt, welche der Lichtquelle auferlegt werden kann, um eine Beschädigung derselben zu verhindern.

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Die Lichtausbeute einer Blitzröhre ist nicht immer konstant und kann sich von Lichtblitz zu Lichtblitz verändern. Dementsprechend wird gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung der Wert der Bezugsspannung, mit welcher die Amplitudenschwankungen des Videosignals zum Zwecke der Erfassung verglichen werden, in Übereinstimmung mit Veränderungen der Lichtausbeute pro Lichtblitz verändert. Vorzugsweise wird die Bezugsspannung selbst von der Spitzenweissamplitude des Videosignals abgeleitet, wie B beispielsweise in den britischen Patentanmeldungen Nr.53405/69 und 10560*70 oder 5390/71 beschrieben ist. Die so abgeleitete Spannung wird in einem entsprechenden Ausmass vergrössert oder verkleinert, um eine grössere oder kleinere Lichtausbeute zu kompensieren.

Die Probe kann reflektierend sowie durchsichtig oder halbdurchsichtig sein,oder dieselbe kann aus einer Vielzahl ähnlicher Gegenstände bestehen, welche der Abbildungsvorrichtung hintereinander dargeboten werden, wie zum Beispiel serienmässig hergestellte Artikel auf einem Förderband. Die Bewegung der letzteren kann kontinuierlich sein und ein Bild jedes Artikels wird durch einen denselben beleuchtenden Lichtblitz erhalten, wenn sich der Artikel im Blickfeld der Abb£ldungsvorrichtung befindet. Vorzugsweise sind die Bewegung und die den Lichtblitz erzeugende Einrichtung synchronisiert und eine das Vorhandensein anzeigende Einrichtung ist vorgesehen, um abzutasten, wenn ein Artikel eine bestimmte Stellung in dem Blickfeld einnimmt.

Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils eines Bildanalysiersystems gemäss der Erfindung.

Figur 2 ist eine teilweise schematische Darstellung und ein teilweises Blockdiagramm eines anderen Teils des Bildanatysiersystems der Figur 1.

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Figur 3 veranschaulicht Wellenformen von Signalen, die an verschiedenen Stellen in dem Stromkreis .der Pigur 1 erhältlich sind.

Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Stromquelle für eine Blitzröhre und

Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Abänderung, welche in ein Beleuchtungssystem eingeschaltet werden kann, um Veränderungen der Lichtausbeute aufeinanderfolgender Lichtblitze einer Blitzröhre zu kompensieren.

In Figur 1 ist eine Probe 10 auf einem beweglichen Objektträger 12 angeordnet, der einen Teil eines Mikroskops bildet, dessen Objektiv mit I²J bezeichnet ist. Das vergrösserte Bild des Blickfeldes wird durch eine Fernsehkamera 16 gesehen und das Licht vom Objektiv 14 geht durch einen halbreflektierenden Sp-iegel hindurch, durch welchen Licht von einer Gasentladungsröhre 20 zugeführt wird, um die Probe 10 zu beleuchten.

Die dargestellte Anordnung liefert auffallendes Licht für eine reflektierende Probe 10. Wenn die Probe halb durchsichtig ist und unter durchgelassanem Licht betrachtet werden soll,ist der halbreflektierende Spiegel überflüssig und die Lichtquelle 20 führt Licht stattdessen einem üblichen Kondensorlinsensystem zu, das unterhalb von Probe und Objektträger 10,12 angeordnet ist.

Irgendeine Ungleichmässigkeit der Beleuchtung der Probe kann durch einen (nicht dargestellten)Schattierungskorrekturstromkreis von der Art kompensiert werden, die in der britischen Patentanmeldung Nr. 55269/69 beschrieben ist. Der Korrektur werdendie Signale der Kamera 16 unterworfen, bevor dieselben dem Knotenpunkt 22 zugeführt werden.

Die Bewegung des Lichtbogens von Lichtblitz zu Lichtblitz bewirkt, dass sich das durch die ungleichmässige Beleuchtung erzeugte

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Schattierungsmuster relativ zu der Fotokatode der Kamera bewegt. Um dies zu vermeiden, ist zwischen der Entladungsröhre und der Optik des Mikroskops ein Diffusor 21 angeordnet.

Das Videosignal vom.Ausgang der Kamera 16, das am Knotenpunkt 22 erscheint, wird einem Spitzenweiss-Abtaststromkreis 24 zugeführt, welcher beispielsweise aus einem Spitzengleichrichterstromkreis besteht. Der Spitzeni^^ewert wird mindestens am Beginn jeder (nachstehend definierten) Ableseabtastung abgetastet und der Wert wird für die Dauer der Ableseabtastungsperiode durch einen Haltestromkreis 26 festgehalten, so dass die Spitzenweiss-Spannung für die Abtasdtung am Knotenpunkt 28 erscheint.

Das Signal am Knotenpunkt 28 wird mit zwei Bezugsspannungen Vl und V2 in zwei Vergleichseinrichtungen 30 bzw, 32 verglichen und die Ausgangssignale der beiden Vergleichseinrichtungen erscheinen gemeinsam am Knotenpunkt 3^, wo sie den Eingang zum Einstellen einer bistabilen Einrichtung 36 bilden. Die Vergleichseinrichtungen 30 und 32 sind so angeordnet, dass sie ein Ausgangssignal erzeugen, wenn das Signal am Knotenpunkt 28 die Bezugsspannung Vl überschreitet oder unter die Bezugsspannung V2 absinkt. Wenn das Signal am Knotenpunkt 28 zwischen Vl und V2 liegt, erscheint kein Signal am Knotenpunkt J>k. _t

Das Signal am Knotenpunkt 28 wird auch überfeinen (nicht dargestellten) Durchschnittbestimmungs- oder Glättungsstromkreis einem Stromverstärker 38 zugeführt, welcher zur Regelung des der Entladungsröhre 20 zugeführten Stromes dient. Der (nicht dargestellte) Durchschnittsbestimmungs- oder Glättungs±romkreis kann aus einem Widerstands-Kapazitäts-oder einem Induktivitäts-Kapazitäts-Stromkreis oder einer Kombination derselben bestehen. Der Strom von einer (nicht dargestellten) Quelle wird dem Verstärker 38 über einen einstellbaren Schalter kO zugeführt. Derselbe wird in entsprechenden Intervallen des Fortgangs der Analyse durch Signale geöffnet, welche von den Bildsynchronisierungsimpulsen abgeleitet werden (siehe Figur 3)·

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Das Signal am Knotenpunkt 28 dient zurRegelung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 38. Die Regelung des Verstärkungsfaktors folgt einem reziproken Gesetz, indem eine Zunahme des Spitzenweisswertes den der Lampe zugeführten Strom verringert. Wenn die am Knotenpunkt 28 erscheinende Spannung so gering ist, dass sie unter die Bezugsspannung V2 absinkt, wird angenommen, dass wahrscheinlich irgendetwas mit der Probe oder mit der Entladungsröhre oder mit der Kameraröhre nicht in Ordnung ist. Das Ausgangssignal Q der eingestellten bistabilen Einrichtung, das am Knotenpunkt erscheint, dient als ein Warnsignal G.

Wenn die Spannung am Knotenpunkt 28 die Bezugsspannung V 1 überschreitet, wird ebenfalls angenommen, dass wegen des erhaltenen sehr hohen Spitzenweisswertes irgendetwas nicht in Ordnung ist, und die bistabile Einrichtung 36 wird wieder eingestellt, so dass wieder ein Warnsignal am Knotenpunkt 42 erscheint.

In dem dargestellten System wird ein einziges Warnsignal erhalten, ohne Rücksicht darauf, ob der Spltzenweisswert den durch Vl und V2 bestimmten annehmbaren Bereich überschreitet oder darunter liegt Zwei getrennte Warnsignale können erhalten werden, wenn das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 30 einer (nicht dargestellten) zweiten bistabilen Einrichtung statt der Einrichtung 36zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal der eingestellten zweiten bistabilen Einrichtung das zweite Warnsignal bildet.

Da wahrscheinlich irgendetwas nicht in Ordnung ist, wenn ein Warnsignal erzeugt wird, dient das Signal am Knotenpunkt 42 zum Schliessen eines Tores 44 im Signalweg vom Knotenpunkt 22. Auf diese Weise wird das Videosignal von der Kamera 16 in dem Fall unterdrückt, dass der Spitzenweisswert am Knotenpunkt 28 ausserhalb des durch V 1 und V2 bestimmten Bereiches liegt.

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Das über das Tor 44 freigegebene Videosignal wird mit einer z.B. von einem Potentiometer 45 herkommenden Bezugsspannung durch die Vergleichseinrichtung 47 verglichen, um für jede Amplitudenschwankung des Videosignals, welche die Bezugsspannung überschreitet, einen Impuls mVt konstanter Amplitude und mit einer Dauer zu eazeugen, die jener der erfassten Schwankung gleich ist. Die Impulse werden durch einTor 49 zerhackt, das relativ zu der Durchschnittsdauer eines Impulses mit konstanter Amplitude mit einer Hochfrequenz betätigt wird, und die so erzeugten Impulsreihen werden einem Berechnungsstromkreis 51 zugeführt, durch den Messungen an den Signalen ausgeführt werden können} welche sich auf die erfassten Teile des das Videsignal erzeugenden Bildes beziehen.

Die Steuersignale für das Tor 40 werden von einer, g Zweiteilungseinrichtung 46 erhalten, welche als ein Impulsschaltstromkreis wirkt, dem-als Eingang die Bildsynchronisierungsimpulse zugeführt werden, die gewöhnlieh zum Synchronisieren der Bildabtastungs-Ablenkungsströme für die Kamera 16 verwendet werden. Diese Synchronisierungsimpulse treten üblicherweise während der Bildrücklaufperiode jeder normalen Bildabtastperiode der Kamera auf. Die normalen Bildsynchronisierungsimpulse erscheinen am Knotenpunkt 48. Infolge der Wirkung des Zweiteilungsstromkreises 46 wird jedoch das am Knotenpunkt 50 erscheinende Signal diesem E entsprechen, wie in Figur 3 (c).gezeigt ist. Die fehlenden Bildsynchronisierungsimpulse erscheinen in dem anderen Ausgangssignal der Einrichtung 46 am Knotenpunkt 52. Diese Impulse sind in Figur 3(b) dargestellt.

Das Signal am Knotenpunkt 50 löst einen ersten Bildabtastungs-Ablenkungsstromgenerator 54 aus, der am Knotenpunkt 56 einen Bildabtastungs-Ablenkungsstrom mit normaler Frequenz erzeugt, welcher den (nicht dargestellten) Bildabtastungswicklungen der Kamera 16 zugeführt wird. Ein auf die Zählung, von 1 eingestelltes Zählwerk 58 zählt die Anzahl der Ablenkungsstromimpulse vom Generator 54 und unterdrückt die Erzeugung irgendwelcher nachfolgender Impulse nach der ersten 1.

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Das Signal am Knotenpunkt 52 treibt einen zweiten Bildabtastungs-Ablenkungsstromgenerator 60 an, welcher mit der doppelten Frequenz des Generators 54 arbeitet. Diese Ablenkungsströme mit doppelter Frequenz erscheinen am Knotenpunkt 62 und werden den Bildabtastungswieklungen der Kamera 16 am Ende jedes einzelnen Bildabtastungs-Äblenkungsstromes vom Generator 54 zugeführt.Ein auf die Zählung vonzwei eingestelltes zweites Zählwerk 64 zählt die Ablenkungsstromsignale am Knotenpunkt 62 und unterdrückt die Erzeugung irgendwelcher nachfolgender Ablenkungssignale durch den Generator 6o, nachdem zwei AblenkungsStromsignale am Knotenpunkt 62 erschienen sind.

Jedem der Zählwerke 58 und 64 wird ein Rückstellsignal zugeführt, um jedes Zählwerk auf 0 zurückzustellen beim Eintreffen eines Impulses am Knotenpunkt 50 oder 52 , welcher für den mit dem anderen Zählwerk verbundenen Generator bestimmt ist. Auf diese Weise ist jedes der Zählwerke 58 und 64 bereit, 1 beziehungsweise 2 zu zählen in den entsprechenden Intervallen der Reihenfolge .

Die beiden Signale an den Knotenpunkten 50 und 52 dienen auch als Einstell- und Rückstellsignale für eine bistabile Einrichtung 66, deren Ausgangssignal als ein öffnungssignal für das Tor 68 dient, das zum Tor 44 in Reihe geschaltet ist. Auf diese Weise wird das Videosignal vom Ausgang der Kamera 16 während aller Ableseabtastungen unterdrückt mit Ausnahme jener, welche durch die Abtastungs-Ablenkungsströme am Knotenpunkt 56 erzeugt werden.

Für die bistabile Einrichtung 36 ist ein Rückstellsignal dargestellt, durch welches die Einrichtung zurückgestellt werden kann, um das Ausgangssignal Q zu unterdrücken, nachdem ein Warnsignal erzeugt und irgendetwas unternommen worden ist, um den das Warnsignal erzeugenden Fehler zu korrigieren. Zweckmässig wird das Rückstellsignal durch manuelle Betätigung eines Schalters oder dergleichen zur Einwirkung gebracht.

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Die beiden Bildabtastungen, welche durch den mit der doppelten Bildabtastgeschwindigkeit arbeitenden Generator 60 erzeugt werden, dienen als Löschabtastungen fürdie Kamera 16. Da die doppelte der normalen Bildabtastgeschwiridigkeit verwendet wird, werden zwei vollständige Löschabtastungen in der Zeit erhalten, die gewöhnlich für eine Bildabtastung erforderlich ist. Dies erzeugt eine vollständige Löschung des restlichen Ladungsbildes auf der Potokatode der Kamera am Ende einer Ableseabtastung. Ausserdem kann der Strahl defokussiert und der Strahlstrom verstärkt werden, um das Ladungsbild wirksamer zu entfernen, wie in der britichen Patentanmeldung Nr. 53402/69 beschrieben ist. ' - ■

Wie Figur 2 zeigt, ist der Objektträger 12, auf dem die Probe angeordnet ist, in zwei im rechten Winkel stehenden Richtungen be^ weglich durch eine erste Antriebseinrichtung 70, welche den Objektträger in einer sogenannten Richtung X bewegt, und durch eine zweite Antriebseinrichtung 72, welche den Objektträger 12 in einer sogenannten Richtung Y bewegt, die zu der Richtung X senkrecht steht.

Zweckmässig ist die eine der Antriebseinrichtungen 7O₅72 ein kontinuierlich laufender Umkehrmotor und die andere ein fortschaltender Elektromotor. Die Drehzahl undder Schaltabstand der beiden Motoren werden durch ein synchronisierendes Steuersystem 74 gesteuert, welches das Steuersignal vom Knotenpunkt 48 in Figur 1 empfängt. Der kontinuierliche Umkehrmotor bewirkt, dass sich die Probe quer zum Blickfeld in der für die kontinuierliche Bewegung gewählten besonderen Richtung X oder Y bewegt und am Ende einer vollständigen überquerung umkehrt, während der fortschaltende Motor die Probe verschiebt, um je-nachdem eine neue Zeile oder Spalte erzeugen, in welcher die Probenoberfläche dem optischen System des Mikroskops dargeboten wird.

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Figur 3 veranschaulicht Wellenformen, welche an bestimmten Stellen des Stromkretes der Figur 1 erhältlich sind. In Figur 3(a) erscheinen daher die auf die Abt as tungs wicklungen zur Einwirkung kommenden Bildablenkungssignale abwechselnd als langsam ansteigende Rampen 76, welche durch Paare von schnell ansteigenden Rampen 78 getrennt sind, deren Anstiegzeit gleich eier Hälfte jener der Rampen 76 ist.

Die Bildablenkungsströme werden durch einen (nicht dargestellten) Steueroszillator synchronisiert, der ein Impulssignal erzeugt, welches eine Wiederholungsfrequenz aufweist, die doppelt so gross wie jene eines Signals ist, das nur die Wellenformen der langsam ansteigenden Rampe 76 enthält. Dieses (nicht dargestellte) Signal wird dem Knotenpunkt 48 in Figur i zugeführt und durch die Wirkung des Zweiteilungsstromkreises 46 erscheinen die aufeinanderfolgenden Impulse abwechselnd an den Knotenpunkten 50 und 52. Das Signal am Knotenpunkt 52 ist in Figur 3(b) und das Signal am Knotenpunkt 50. in Figur 3(c) dargestellt.

Die Impulse am Knotenpunkt 50 werden in der erforderlichen Weise gestreckt oder geschrumpft, um einen Impuls von entsprechender Dauer zu erzeugen, der das Tor 40 öffnet, um den Strom für die έ Entladungsröhre 20 zum Verstärker 38 durchzulassen. Auf diese Weise wird ein Lichtblitz erzeugt, während des RücklaufIntervalls der zweiten Ablenkungsspannungen jeder schnell ansteigenden Rampe 78. Wie Figur 3(d) zeigt, wird die Breite dieser Impulse verringert, um einen Lichtblitz zu erzeugen, der bei einer bevorzugten Ausführungsform nur 50 Mikrosekunden dauert.

Die Signale am Knotenpunkt 50 dienen auch zum Einstellen der bistabilenEinrichtung 66 und zweckmässig ist eine (nicht dargestellte) kurze Verzögerung zwischen dem Knotenpunkt 50 und dem Eingang der eingestellten bistabilen Einrichtung 66 vorgesehen, um sicherzustellen, dass die letztere in dem Augenblick des Beginns der langsam ansteigenden Rampe 76 wirksam ist.

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Das Ausgangssignal Q der eingestellten bistabilen Einrichtung 66 öffnet das Tor 68, um das Videosignal aus der Kamera 16 freizugeben, und ein Rilckstellsignal für die bistabile Einrichtung 66 wird vom Knotenpunkt 52 abgeleitet. Die Wellenform des Ausgangssignals Q der eingestellten bistabilen Einrichtung 66 ist in Figur 3(e) dargestellt.

Figur 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Stromquelle der Blitzröhre und des Steuerstromkreises und ersetzt die Stromkreiselemente 38 und 40 der Figur 1. Zwecks Einleitung eines Lichtblitzes werden der Blitzröhre 20 Auslöseimpulse von einem Aus- . löseimpulsgenerator zugeführt, der allgemein mit 102 bezeichnet ist, und jeder Lichtblitz wird für eine bestimmte Dauer durch, einen Haltestromkreis aufrechterhalten, der allgemein mit 104 bezeichnet ist.

Jeder Zündimpuls wird durch die Wirkung eines Impulstransformators 106 mit einer hohen Aufwärtstransformierungsgeschwindigkeit erzeugt, dessen Primärwicklung 108 zu einem Kondensator 110 in Reihe geschaltet ist. Der Reihenstromkreis ist zu einem Siliziumgleichrichter 112 parallel geschaltet. Die -Signale vom Knotenpunkt 50 (Figur 1) werden der Zündelektrode des Siliziumgleichrichters 112 zugeführt (erforderlichenfalls nach der Verstärkung durch einen nicht dargestellten Verstärker), um den Siliziumgleichrichter zu zünden.

Der Strom fuß den Siliziumgleichrichter 112 wird von dem Kondensator 110 abgeleitet, der über einen Widerstand Ho von einer Gleichstromquelle 118 aufgeladen wird.

Die Grosse des Widerstandes 116 wird so gewählt, dass der Siliziumgleichrichter 112 ausgeschaltet wird, nachdem der Kondensator im wesentlichen entladen ist.

Die hhe Sekundärspannung des Transformators 106 wird auf eine Funkenstrecke 120 zur Einwirkung gebracht und die Polarität der

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Verbindungen des Transformators ist so gewählt, dass der Impuls, der am Knotenpunkt 122 erscheint, wenn die Funkenstrecke leitet, die richtige Polarität aufweist, um die Blitzröhre 20 zu zünden. Wenn die letztere zündet, wirkt sie als Entladungsweg von geringem Widerstand für den Kondensator 124 und die Strombegrenzungsinduktivität 126, welche einen gedämpften Resonanzstromkreis bilden. Die Werte von 124 und 126 sind so gewählt, dass mit einem vollständig aufgeladenen Kondensator 124 ein einziger Lichtblitz von entsprechender Dauer erhalten wird, so dass der Kondensator im wesentlichen entladen wird.

Der Kondensator 124 wird Über den Brücl^leichrichter 128 und die Diode*130 von einer Wechselstromquelle 132 aufgeladen.

Die Stromquelle und der Brück^gleichrichter sind durch einen Transformator gekuppelt. Eine Strombegrenzungsinduktivität 134 und ein Stromfaktor-Korrekturkondensator 136 sind ebenfalls dargestellt. Ein Belastungswiderstand 138 ist zwischen den Knotenpunkten l40, 142 zum Kondensator 124 parallel geschaltet. Ein aus den beiden Widerständen 144 und 146 gebildetes Potentiometer-Widerstandsnetz 1st zwischen dem Knotenpunkt 148 und dem Knotenpunkt 150 eingeschaltet. Dem Knotenpunkt 150 wird die Ausgangsspannung eines Verstärke»s 151 zugeführt, dessen Eingang mit dem Knotenpunkt 28 des Stromkreises der Figur 1 verbunden ist.

Der Knotenpunkt 152 der beiden Widerstände 144 und 146 ist mit dem einen Eingang eines Differentialverstärkers 154 verbunden, dessen anderer Eingang beispielsweise geerdet ist. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 154 liefert die Spannung für die Zündelektrode eines zweiten Siliziumwiderstandes 156. Wenn die Spannung am Kondensator 124 den erforderlichen Wert erreicht, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 154 ausreichend, um den Siliziumwiderstand 156 zu zünden, so dass die Diode 130 ausgeschaltet wird. Der Kondensator 124 kann nicht weiter aufgeladen werden. Wenn daher die dem Knotenpunkt 150 zugeführte Steuerspannung zunimmt, kann die sSonnung am Knotenpunkt 148 auf einen höheren Wert ansteigen,

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bevor die Diode 130 ausgeschaltet wird und umgekehrt.

Die Dauer des Lichtblitzes wird durch den Wert des Kondensators 12¹I und der Induktivität 126 sowie den Lichtbogenwiderstand der Blitzröhre 20 bestimmt.

Die Induktivität 126 dient im wesentlichen dazu, die Übertragung eines Zündimpulses vom Knotenpunkt 122 auf den Kondensator 124 zu verhindern, sowie zusätzlich den Stromstoss vom Kondensator 124 zu regeln, wenn die Entladung in der Blitzröhre 20 erfolgt.

In Figur 5 bewirkt die Blitzröhre 20 die Beleuchtung einer (nicht dargesteilten)Probe, welche durch eine Fernsehkamera 156 betrachtet wird. Das Licht der Blitzröhre 20 wird teilweise reflektiert (um die Probe zu beleuchten) und teilweise von einem halbreflektierenden Spiegel 158 durchgelassen. Das durchgelassene Licht wird auf einer lichtempfindlichen Einrichtung scharf# eingestellt ₃ wie zum Beispiel einer Fotodiode oder einer Fotozelle l60, und das von derselben erhaltene Signal wird durch den Verstärker 162 verstärkt.Der Durchschnitt des Ausgangssignals des Verstärkers üb'er eine Zeitperiode wird in einem Durchschnittsbestimmungs- oder Glättungsstromkreis ermittelt, welcher sweckmässig aus einem Widerstands-Kapazität s-Stromkreis mit einer langen Zeitkonstante besteht. Das augenblickliche Ausgangssignal^ des Verstärkers 162 wird mit dem Durchschnittswert in einem Differentialverstärker 166 verglichen, der als Vergleichseinriehtung dienti

Das System der Figur 5 ist dazu bestimmt, in ein Bildanalysiersystem eingeschaltet zu werden, in welchem die Kamera 156 jedes Feld einer Aufeinanderfolge von Feldern abtastet und ein Videosignal liefert, welches verarbeitet wird und an welchem Messungen ausgeführt werden. Die Aufeinanderfolge von Feldern kann von einer einzigen

Probe erhalten werden, indem eine relative Bewegung zwischen der Probe und der Kamera erzeugt wird, oderiann sich aus der Anordnung einer Aufeinanderfolge ähnlicher Objekte in dem Blickfeld der Kamera ergeben. In jedem Fall wird jedes Feld durch einen Lichtblitz M 70/36 ι·.''.

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der Blitzröhre 20 beleuchtet und das so auf der Fotokatode der Kameraröhre erzeugte Bild wird später während einer Ableseabtastung in der oben beschriebenen Weise abgetastet. Zu diesem Zweck wird der Durchschnittsbestimmungsstromkreis 164 eingestellt, um den Durchnitt des Lichtausbeutewertes vom Verstärker 162 über eine Anzahl von Feldabtastungen zu ermitteln.

Der dem Differentialverstärker I66 zugeführte Durchschnittswert besteht daher aus einem Signal, welches die mittlere Lichtausbeute der Blitzröhre 20 darstellt und das positive oder negative Differenzsignal, das am Ausgang des Differentialverstärkers I66 nach irgendeinem besonderen Lichtblitz erhalten wird, stellt die Divergenz der Lichtausbeute dieses Lichtblitzes von dem mittleren Wert dar. Dieses Differenzsignal wird für die Dauer der nachfolgenden Ableseabtastung in einem Haltestromkreis I68 festgehalten, welcher am Ende der Ableseabtastung zurückgestellt wird. Der so festgehaltene Wert kann verwendet werden, um die Veränderung in der Lichtausbeute der Blitzröhre 20 zu kompensieren.

Das Ausgangssignal der Kamera 156 wird einem Eingang einer Vergleichseinrichtung 170 zugeführt, welche den Teil eines Detektors für das Bildanalysiersystem bildet. Der andereEingang wird von der Anzapfung eines Potentiometers 172 abgeleitet. Die Vergleichseinrichtung 170 soll dem Knotenpunkt 174 ein Signal binärer Art zuführen, welches einen Zustand 1 aufweist, wenn die augenblickliche Amplitude des Videosignals der Kamera 156 die auf dem Potentiometer 172 eingestellte Bezugsspannung überschreitet,und einen Zustand 0, wenn die augenblickliche Amplitude unter diese Bezugsspannung-absinkt. Die Bezeichnung überschreiten soll eine relative 1 bedeuten und umfasst sowohl positiv gerichtete Schwankungen, welche übereine Bezugsspannung hinausgehen, als auch negativ gerichtete Schwankungen, welche unter eine Bezugsspannung abnehmen.

Die Impulse der Vergleichseinrichtung 170 werden für die Analyse einem Berechnungsstromkreis 51 (Figur 1) zugeführt,Die Impulse können elektrisch zerhackt werden, zum Beispiel durch ein Tor

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(Pigur 1), das in Figur 5 nicht dargestellt ist. Die Kompensation der veränderlichen Lichtausbeute wird durch Veränderung des Potentials erzielt, das dem Potentiometer 172 zugeführt wird. Zu diesem Zweck enthält die Stromzuführung für das Potentiometer einen Verstärker I76 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, der durch das Ausgangssignal des Differentialverstärkers I66 geregelt wird, welches für jede Ableseabtastung aufrechterhalten wird, und dessen Eingang eine entsprechende Spannung von einer.(nicht dargestellten) Quelle zugeführt wird, die mit dem Knotenpunkt 177 verbunden ist, und welche beispielsweise der Spitzenweissamplitude des Videosignals der Kamera 156 äquivalent ist. Der Verstärker 176 hat die Aufgabe, die Spannung am Potentiometer 172 bei einer Zunahme der Lichtausbeute am Ausgang des Verstärkers 162 zu vergrössern und die Spannung in dem Fall zu verringern, dass ein Absinken der Lichtausbeute am Ausgang des Verstärkers I62 relativ zu dem vom Durchschnittsbestimmungsstromkreis l64 erhaltenen mittleren Wert der Lichtausbeute er—· folgt.

Ein Bildanalysiersystem, welches die in Figur 5 gezeigte Abänderung enthält, kann eine Aufeinanderfolge von Feldern analysieren, von welchen jedes.einen ähnlichen, aber verschiedenenArtikel einer Reihe von beispielsweise serienmässig erzeugten Artikeln enthält, bei welchen sich das von den getrennten Artikeln reflektierte oder durchgelassene Licht von Feld zu Feld verändern kann und bei welchen sich die Lichtausbeute der Quelle 20 ebenfalls von Feld zu Feld verändern kann.

PATENTANSPRÜCHE.

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 9. Mai 1972 my// Name d. Anm. image Analysing Computers

Limited

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Analysieren einer Probe, die optisch unterscheidbare Bildpunkte enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche relative Bewegung zwischen der Probe und einer Abbildungsvorrichtung in einer zu der optischen Achse der Abbildungsvorrichtung senkrechten Ebene bewirkt wird, dass mindestens ein Bereich der Probe in mit dieser Bewegung synchronisierten Zeitintervallen durch Lichtblitze beleuchtet wird, dass jedes Bild eines beleuchteten Bereichs der Probe abgetastet wird, um ein demselben entsprechendes Videosignal zu erzeugen, dass relativ zu einer Bezugsspannung ei jene Amplitudenschwankungen erfasst werden, welche sich auf die Bildpunkte beziehen, und dass an denselben Messungen.ausgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus jeder erfassten Amplitudenschwankung ein Impuls mit konstanter Amplitude und mit einer Dauer erzeugt wird, welche jener der erfassten Schwankung gleich ist, und dass an den Impulsen mit konstanter Amplitude Messungen ausgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer hohen Frequenz mindestens jeder Impuls mit konstanter Amplitude gesperrt wird, um denselben durch eine Vielzahl kurzer Impulse zu ersetzen, deren Anzahl zu der Dauer des Impulses mit konstanter Amplitude proportional ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der relativen Bewegung und die Dauer jedes Beleuchtungslichtblitzes so gewählt werden, dass die Bewegung der Probe relativ zu der Abbildungsvorrichtung während eines Beleuchtungsintervalls kleiner ist als die Auflösung des Abtastungssystems in der Richtung .der relativen Bewegung.
5. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsvorrichtung das Bild des beleuchteten Bereichs auf einer Fernsehkameraröhre erzeugt und dass die relative Bewegung zwischen der Probe und der Ab- · bildungsvorrichtung sowie das Auftreten der Beleuchtungslichtblitze mit der Abtastung der Kameraröhre synchronisiert sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Potokatode der Kameraröhre mindestens einma-1 nach jedem Beleuchtunglichtblitz abgetastet wird, um das Videosignal zu erzeugen.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das.Videosignal, das sich während der ersten Bildabtastung der Fotokathode der Kameraröhre nach jedem Liehtblitz ergibt, als das Videosignal zugeführt wird.
8. Verfahren nachAnspruch 7» dadurch gekenn r zeichnet, dass der Bereich der Probe mindestens während eines Teils der Bildrücklaufperiode beleuchtet wird, welche jeder ersten Bildabtastung unmittelbar vorangeht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kameraröhre eine sogenannte Plurabicon-Röhre ist. ■

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10. Verfahren nach· Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ende jeder ersten Bildabtastung und dem nächsten Beleuchtungslichtblitz η Bildabtastungen der Potokatode der Kameraröhre ausgeführt werden, um dadurch das restliche Ladungsbild auf der Fotokatode der Kameraröhre vollständiger zu löschen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadu rch gekennzeichnet, dass die Abtastgeschwindigkeit für jede Löschabtastung ein Vielfaches der Abtastgeschwindigkeit beträgt, die bei jeder ersten Bildabtastung verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle für die Beleuchtung eine Gasentladungsröhre verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht zerstreut wird, bevor dasselbe zum Beleuchten eines Bereichs der Probe verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenweissamplitude des Videosignals mindestens während eines Teils jeder ersten Bildabtastung abgetastet wird, dass eine Spannung erzeugt wird, deren Wert zu der abgetasteten Amplitude proportional ist, und dass die Lichtausbeute pro Lichtblitz in Abhängigkeit von dem Wert der erzeugten Spannung geregelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Lichtausbeute während jedes Lichtblitzes durch eine Fotozelle abgetastet wird, dass eine Spannung aus der Ausgangsspannung der Fotozelle erzeugt wird, welche zu der Grosse der letzteren proportional ist, und dass die Lichtausbeute pro Liehtblitz in Abhängigkeit von dem Wert der erzeugten Spannung geregelt wird.

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16. Verfahren nach Anspruch 12, d adurch gekennzeichnet , dass ein Zündimpuls erzeugt wird, um die Entladung einzuleiten, und dass ein Halteimpuls von regelbarer Grosse erzeugt wird, um jede Entladung'und daher-den Lichtblitz während einer vorherbestimmten Dauer aufrechtzuerhalten.
17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündimpuls durch jeden m.ten Bildsynchronisierungsimpuls er^zeugt wird, wobei m grosser oder gleich 1 ist. , .
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtausbeute während jedes Lichtblitzes abgetastet wird, dass eine Spannung erzeugt wird, deren Grosse zu der abgetasteten Lichtausbeute proportional ist, und.dass die Grosse jedes Halteimpulses durch den überwiegenden Wert der erzeugten Spannung geregelt wird.
19. Verfahren nachAnspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchschnitt der erzeugten Spannung ermittelt oder dass dieselbe geglättet wird, um plötzliche Veränderungen der Grosse derselben zu vermeiden.
20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtausbeute pro Lichtblitz abgetastet wird, dass eine Spannung erzeugt wird, deren Grosse zu der Lichtausbeute jedes Lichtblitzes proportional ist, dass der Durschnitt der so erzeugten Spannungen ermittelt wird, um eine Durchschnittsspannung zu erhalten, dass der Wert der für jeden Lichtblitz erzeugten Spannung mit der Durchschnittsspannung verglichen wird und dass eine Spannungsdifferenz erfizeugt wird, welche den Wert einer weiteren Spannung entsprechend einer Veränderung der Grosse der Spannungsdifferenz regelt, sowie dass als die Bezugsspannung für das Videosignal entweder die weitere Spannung oder eine von derselben abgeleitete Spannung verwendet wird.

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21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe aus einer Vielzahl ähnlicher Objekte besteht, von denen jedes durch die relative Bewegung zu der Abbildungsvorrichtung der Reihe nach dargeboten wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gegenstand abgetastet wird, welcher der Reihe nach eine bestimmte Stellung relativ zu der Abbildungsvorrichtung einnimmt, dass ein Spannungsimpuls erzeugt wird, wenn jeder Gegenstand dsr Reihe nach die bestimmte Stellung einnimmt, undflass ein Beleuchtungslichtblitz entsprechend der Erzeugung jedes Spannungsimpulses ausgelöst wird.8
23· Vorrichtung zum Analysieren einer Probe, welche optisch unterscheidbare Bildpunkte enthält, gekennzeichnet durch eine Äbbildungsvorrichtung (I¹I), durch Einrichtungen (70*72), welche eine kontinuierliche relative Bewegung zwischen der Probe (10) und der Abbildungsvorrichtungin einer zu der optischen Achse der Abbildungsvorrichtung senkrechten Ebene bewirken₃ durch eine Blitzröhre (20), welche einen Lichtblitz zum Beleuchten mindestens eines Bereichs der Probe erzeugt, durch eine Stromkreiseinrichtung (38), welche die Blitzröhre synchron mit der relativen Bewegung regelt, durch eine Einrichtung (16) zum elektronischen Abtasten jedes von der Abbildungs'/orriöhtung erzeugten Bildes, um ein Videosignal zu erzeugen, welches sich auf dasBild bezieht, durch eine Vergleichsainrichtung (47) zum Vergleichen der Amplitudenschwankungen des Videosignals mit einer Bezugsspannung (45), um für öjj· jede Schwankung, welche die Bezugs spannung überschreitet, Impulse mit konstanter Amplitude und mit einer Dauer zu erzeugen, die jener jeder erfassten Schwankung gleich ist, und durch eine Einrichtung (51) zum Ausführen von Messungen an den so erzeugten Impulsen.

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24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichn et d u r eh eine Sperreinrichtung (49), welche die Impulse mit konstanter Amplitude bei einer hohen Frequenz zerhackt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzröhre (20) eine Gasentladungsröhre ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet d u r ch eine Lichtdiffusionseinrichtung (21), welche das Licht zerstreut, bevor dasselbe auf die Probe auftrifft.

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