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WO2008043383A1 - Arrangement for imaging particles for automatic recognition - Google Patents

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WO2008043383A1
WO2008043383A1 PCT/EP2006/009880 EP2006009880W WO2008043383A1 WO 2008043383 A1 WO2008043383 A1 WO 2008043383A1 EP 2006009880 W EP2006009880 W EP 2006009880W WO 2008043383 A1 WO2008043383 A1 WO 2008043383A1
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WO
WIPO (PCT)
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led
particles
camera
arrangement
arrangement according
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2006/009880
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German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Dirk Bettenhausen
Tarik Krami
Hubert Müller
Herbert Schorb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2006/009880 priority Critical patent/WO2008043383A1/en
Publication of WO2008043383A1 publication Critical patent/WO2008043383A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01N2015/1497—Particle shape

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for image recording of particles according to the preamble of claim 1, comprising a camera for receiving the particles and a lighting device for illuminating the particles.
  • an arrangement for imaging of particles with a camera for receiving the particles and a lighting device for illuminating the particles is characterized in that the lighting device is designed as a light-emitting diode (LED).
  • LED light-emitting diode
  • the lighting device is designed as a light-emitting diode, the cost of controlling the light source is reduced considerably. To operate the LED only one power source is required, which emits correspondingly short current pulses with sufficiently large amplitude. The required for operating a laser typical circuit complexity is completely eliminated. This has a significant impact on costs.
  • a control for operating the LED by means of which a current pulse is applied to the LED for emitting a light flash which is approximately 5 to 20 times, preferably 7.5 to 15 times, in particular 10 times the permissible continuous operating current and its Pulse width about 0.5 microseconds to 2 microseconds, preferably 0.75 microseconds to 1.5 microseconds, in particular 1 microsecond at a duty cycle of about 1: 50,000 to 1: 200,000, in particular 1: 66,000 to 1: 133,000, preferably 1: 100,000 is.
  • a locally very bright flash of light is generated in a simple manner, which has the light energy required for image control despite its short pulse duration. Due to the extreme duty cycle, commercially available LEDs can be operated heavily overdriven without being damaged. Due to the brevity of the extreme duty cycle
  • Lightning is on the one hand ensures that the LED is not thermally overloaded, and on the other hand, that at high speed moving particles are sharply displayed.
  • the multiple exposure technique can also be used to advantage for the shape and size measurement of the particles themselves. Since a two-dimensional shadow of the real three-dimensional shape of a particle is displayed in a flash of light, at least two shadows can be produced by multiple exposure. The shadow throws can be used for more objective assessment of particle size values in image processing due to random particle rotation.
  • the arrangement according to the invention is suitable for particle measurement in both gaseous and liquid medium.
  • an LED is used which has a highly concentrated emission characteristic.
  • the viewing angle should be ⁇ 18 degrees, preferably ⁇ 12 degrees, in particular 6 degrees.
  • When using such an LED can be dispensed with a further optics for shaping the light field. This also has a very beneficial effect on the costs.
  • a single LED without additional optics is sufficient for shaping the light.
  • particles with a size distribution between 5 and 100 microns can be easily reproduced.
  • the LED is arranged behind the measuring region from the perspective of the camera and represents a backlight (also called transmitted-light or shadow-light illumination) without intermediate optics. It should be ensured here that the illuminated area imaged in the measuring region completely illuminates the image of the camera. The complete illumination can be achieved for example by means of a zoom of the lens of the camera.
  • the camera is set such that an overdrive (White saturation) of the camera image over the entire illuminated area is present, with the override may be locally up to 50%.
  • the override can be easily achieved by adjusting the illumination intensity and camera sensitivity in the composite.
  • the above-mentioned measures advantageously achieve that the measuring region can be enlarged by arranging several LEDs close to one another; Because the brightness fluctuations inevitably present at the LED borders become largely meaningless due to the blurred and overdriven image of the illuminated area. It is particularly advantageous for the arrangement of several LEDs close together, if the LEDs have a rectangular shape.
  • the measuring region or the measuring volume is located exactly in the focal plane of the lens of the camera. Particles in this plane appear as high-contrast shadows in the camera image. Particles that lie in front of or behind the focal plane, but still in the depth of field, show a slight but unproblematic loss of contrast at the edges.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first arrangement according to the invention with a light emitting diode and
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second inventive arrangement with two LEDs.
  • an arrangement for imaging of particles 3 has a camera 1 and an illumination device formed by an LED 2.
  • the particles 3 are in an air flow or liquid flow and are moved through a pipe 9 in a direction represented by an arrow 3a.
  • the image pickup device comprises a megapixel camera 1 with an image sensor element 7 and a lens.
  • the image sensor element 7 of the camera 1 is preferably of the CCD type and provided with an electronic shutter.
  • the pixel resolution is at least 1000 by 1000 pixels.
  • the optical system consists of a zoom lens with a light inlet 5, behind which is a lens set 6a, 6b shown here only schematically.
  • the lens set 6a, 6b is arranged so that the focus of the arrangement is approximately located on the center axis of the tube 9. Accordingly, a measuring volume 3b, which is imaged sharply on the image sensor 7, lies on the center axis of the tube 9.
  • the LED 2 which can be a modern super-bright LED from the Sun Power series from Agilent Technologies, has a viewing angle 8 of six degrees. To operate the LED 2, which is designed for a maximum continuous operating current of fifty milli-ampere, this is connected to a controller 4.
  • the controller 4 provides current pulses having an amplitude of five hundred milliamps and a pulse width of one microsecond at a duty cycle of 1: 100,000. It takes 10 pictures per second.
  • the sensitivity of the camera 1 is set so that in a flash of light, the image sensor 7 is overridden over its entire surface by up to fifty percent, d. H. a white saturation is present.
  • Fig. 2 corresponds substantially to the arrangement shown in Fig. 1.
  • the same elements are therefore provided with the same reference numerals.
  • the arrangement shown in FIG. 2 has two LEDs 2 a, 2 b, which are rectangular in shape and tightly packed, ie. H. close together, are arranged. This increases the measurement volume 3b.
  • the lenses 6a, 6b of the camera 1 are arranged at a different distance from one another.
  • the arrangement or configuration of the optical objective is selected such that the enlarged measurement volume 3b completely fills the image sensor 7.

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Abstract

The invention relates to an arrangement for imaging particles (3) comprising a camera (1) for recording the particle (3) and an illuminating device (2; 2a, 2b) for illuminating the particle (39), characterised in that the illuminating device (2; 2a, 2b) has the form of a Light Emitting Diode (LED).

Description

Beschreibungdescription

Anordnung zur Bildaufnahme von Partikeln für die automatische ErkennungArrangement for imaging particles for automatic detection

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bildaufnahme von Partikeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einer Kamera zur Aufnahme der Partikel und einer Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung der Partikel.The invention relates to an arrangement for image recording of particles according to the preamble of claim 1, comprising a camera for receiving the particles and a lighting device for illuminating the particles.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus dem Internet (http: //www. oxfordlasers . com/systems/particle_sizing. htm) bekannt .Such an arrangement is known, for example, from the Internet (http://www.oxfordlasers.com/subsystems/particle_sizing.html).

Sowohl in der Prozesstechnik als auch in der Biotechnologie sind Partikelformen neben der Volumengröße von zunehmendem Interesse für die Regelung von Herstellungsprozessen. Elektronische Bildkameras in Verbindung mit einem passend ausgelegten Objektiv bieten sich als ideale Basissensoren für die optische Aufnahme von Einzelpartikeln oder Partikelsystemen an. Diese Bilder können anschließend beispielsweise auf einem Monitor zur interaktiven Form-/Größenermittlung angezeigt oder von einem spezifischen Computerprogramm automatisch analysiert werden.In process technology as well as in biotechnology, particle shapes are of increasing interest in addition to the volume size for the regulation of manufacturing processes. Electronic image cameras in conjunction with a suitably designed lens are ideal base sensors for the optical recording of single particles or particle systems. These images can then be displayed, for example, on an interactive shape / size determination monitor or automatically analyzed by a specific computer program.

Befinden sich die interessierenden Partikel in Bewegung, so sind geeignete Maßnahmen erforderlich, um Bewegungsunschärfen weitgehend zu vermeiden. Bei kleinen Geschwindigkeiten und/oder kleinen Vergrößerungsfaktoren reichen die Möglichkeiten konventioneller elektronischer Kamerashutter oder ersatzweise konventioneller Blitztechnik aus, um dieses Ziel zu erreichen.If the particles of interest are in motion, appropriate measures are required to largely avoid motion blur. At low speeds and / or small magnification factors, the possibilities of conventional electronic camera shutter or alternatively conventional flash technology are sufficient to achieve this goal.

Für den alternativen Fall hoher Geschwindigkeiten und/oder großer Vergrößerungsfaktoren muss derzeit jedoch auf aufwändige Beleuchtungstechnik mit extrem kurzen Blitzimpulsen zurückgegriffen werden. Daher wird bei der bekannten Anord- nung als Lichtquelle eine Laserdiode verwendet. Durch die Verwendung einer Laserdiode erhält man zwar Blitzimpulse mit einer Dauer von weniger als einer Mikrosekunde, jedoch sind die elektronische Schaltung zum Betreiben des Lasers sowie die erforderliche Optik zur Formung des Leuchtfeldes aufwändig und teuer.For the alternative case of high speeds and / or large magnification factors, however, complicated lighting technology with extremely short flash pulses must be used at the moment. Therefore, in the known arrangement tion as a light source uses a laser diode. Although the use of a laser diode gives rise to lightning pulses having a duration of less than one microsecond, the electronic circuit for operating the laser and the required optics for shaping the illuminated field are complicated and expensive.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur qualitativ hochwertigen Bildaufnahme von mikroskopisch kleinen Partikeln bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit anzugeben, welche einen einfachen Aufbau hat.It is an object of the invention to provide an arrangement for high-quality image recording of microscopic particles at high speed of movement, which has a simple structure.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung er- geben sich aus den Unteransprüchen.The solution to this problem results from the features of claim 1. Advantageous developments of the invention emerge from the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung zur Bildaufnahme von Partikeln mit einer Kamera zur Aufnahme der Partikel und einer Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung der Partikel dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung als Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet ist.According to the invention, an arrangement for imaging of particles with a camera for receiving the particles and a lighting device for illuminating the particles is characterized in that the lighting device is designed as a light-emitting diode (LED).

Dadurch, dass die Beleuchtungsvorrichtung als Licht emittierende Diode ausgebildet ist, reduziert sich der Aufwand zur Ansteuerung der Lichtquelle erheblich. Zum Betreiben der LED ist lediglich eine Stromquelle erforderlich, welche entsprechend kurze Stromimpulse mit genügend großer Amplitude abgibt. Der zum Betreiben eines Lasers erforderliche typische Schaltungsaufwand entfällt vollkommen. Dies wirkt sich er- heblich auf die Kosten aus.The fact that the lighting device is designed as a light-emitting diode, the cost of controlling the light source is reduced considerably. To operate the LED only one power source is required, which emits correspondingly short current pulses with sufficiently large amplitude. The required for operating a laser typical circuit complexity is completely eliminated. This has a significant impact on costs.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Steuerung zum Betreiben der LED vorhanden ist, mittels der an die LED zur Abgabe eines Lichtblitzes ein Stromimpuls angelegt wird, der etwa dem 5- bis 20fachen, vorzugsweise dem 7,5- bis 15fachen, insbesondere dem lOfachen des zulässigen Dauerbetriebsstroms entspricht und dessen Impulsbreite etwa 0,5 Mikrosekunden bis 2 Mikrosekunden, vorzugsweise 0,75 Mikrosekunden bis 1,5 Mikrosekunden, insbesondere 1 Mikrosekunde bei einem Tastverhältnis von etwa 1 : 50.000 bis 1 : 200.000, insbesondere 1 : 66.000 bis 1 : 133.000, vorzugsweise 1 : 100.000 beträgt. Hierdurch wird auf einfache Weise ein lokal sehr heller Lichtblitz erzeugt, der die zur Bildaussteuerung erforderliche Lichtenergie trotz seiner kurzen Impulsdauer hat. Durch das extreme Tastverhältnis können handelsübliche LEDs stark übersteuert betrieben werden, ohne dass sie Schaden nehmen. Durch die Kürze desParticularly advantageous is an embodiment of the invention, in which there is a control for operating the LED, by means of which a current pulse is applied to the LED for emitting a light flash which is approximately 5 to 20 times, preferably 7.5 to 15 times, in particular 10 times the permissible continuous operating current and its Pulse width about 0.5 microseconds to 2 microseconds, preferably 0.75 microseconds to 1.5 microseconds, in particular 1 microsecond at a duty cycle of about 1: 50,000 to 1: 200,000, in particular 1: 66,000 to 1: 133,000, preferably 1: 100,000 is. As a result, a locally very bright flash of light is generated in a simple manner, which has the light energy required for image control despite its short pulse duration. Due to the extreme duty cycle, commercially available LEDs can be operated heavily overdriven without being damaged. Due to the brevity of the

Lichtblitzes ist einerseits gewährleistet, dass die LED thermisch nicht überlastet wird, und andererseits, dass sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Partikel scharf abgebildet werden.Lightning is on the one hand ensures that the LED is not thermally overloaded, and on the other hand, that at high speed moving particles are sharply displayed.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn mittels der Steuerung innerhalb der Belichtungszeit der Kamera zwei Stromimpulse an die LED angelegt werden. Bei mindestens zwei kurz nacheinander ausgelösten Belichtungsblitzen, die gemeinsam innerhalb des Be- lichtungsintervalls (Open-Shutter-Zeit ) der Kamera erfolgen, lassen sich neben der einfachen Form- und Größenanalyse auch Partikeltrajektorien abtasten und somit eine Analyse der Strömungsverhältnisse mittels Bildverarbeitung vornehmen.It is very advantageous if two current pulses are applied to the LED by means of the control within the exposure time of the camera. In the case of at least two exposure flashes triggered shortly after one another, which take place together within the exposure interval (open shutter time) of the camera, particle trajectories can be scanned in addition to the simple shape and size analysis and thus an analysis of the flow conditions by means of image processing.

Die mehrfache Belichtungstechnik kann auch für die Form- und Größenmessung der Partikel selbst vorteilhaft genutzt werden. Da bei einem Lichtblitz ein zweidimensionaler Schattenwurf der real dreidimensionalen Form eines Partikels dargestellt wird, lassen sich durch Mehrfachbelichtung wenigstens zwei Schattenwürfe erzeugen. Die Schattenwürfe lassen sich aufgrund der zufällig vorhandenen Rotation der Partikel für eine objektivere Beurteilung von Partikelgrößenwerten im Rahmen der Bildverarbeitung verwenden.The multiple exposure technique can also be used to advantage for the shape and size measurement of the particles themselves. Since a two-dimensional shadow of the real three-dimensional shape of a particle is displayed in a flash of light, at least two shadows can be produced by multiple exposure. The shadow throws can be used for more objective assessment of particle size values in image processing due to random particle rotation.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist für die Partikelmesstechnik sowohl im gasförmigen als auch im flüssigen Medium geeignet . In vorteilhafter Weise wird eine LED verwendet, welche eine stark gebündelte Abstrahlcharakteristik aufweist. So sollte der Abstrahlwinkel (Viewing-Angel) beispielsweise < 18 Grad, vorzugsweise < 12 Grad, insbesondere 6 Grad, betragen. Bei Verwendung einer derartigen LED kann auf eine weitere Optik zur Formung des Leuchtfeldes verzichtet werden. Dies wirkt sich ebenfalls sehr vorteilhaft auf die Kosten aus.The arrangement according to the invention is suitable for particle measurement in both gaseous and liquid medium. Advantageously, an LED is used which has a highly concentrated emission characteristic. For example, the viewing angle should be <18 degrees, preferably <12 degrees, in particular 6 degrees. When using such an LED can be dispensed with a further optics for shaping the light field. This also has a very beneficial effect on the costs.

Bei einer kleinen physikalischen Messregion in der Größenord- nung von beispielsweise 1 Quadratmillimeter ist eine einzelne LED ohne zusätzliche Optik zur Lichtformung ausreichend. In Verbindung mit einer Megapixelkamera sind damit beispielsweise Partikel mit einer Größenverteilung zwischen 5 und 100 Mikrometer problemlos abbildbar.With a small physical measuring region of the order of magnitude, for example, 1 square millimeter, a single LED without additional optics is sufficient for shaping the light. In conjunction with a megapixel camera, for example, particles with a size distribution between 5 and 100 microns can be easily reproduced.

Die LED ist aus Sicht der Kamera hinter der Messregion angeordnet und stellt ohne Zwischenoptik eine Hintergrundbeleuchtung (auch Durchlicht- oder Schattenbildbeleuchtung genannt) dar. Hierbei ist darauf zu achten, dass die in die Messregion abgebildete Leuchtfläche das Bild der Kamera vollständig ausleuchtet. Die vollständige Ausleuchtung lässt sich beispielsweise mittels eines Zooms des Objektivs der Kamera erreichen.The LED is arranged behind the measuring region from the perspective of the camera and represents a backlight (also called transmitted-light or shadow-light illumination) without intermediate optics. It should be ensured here that the illuminated area imaged in the measuring region completely illuminates the image of the camera. The complete illumination can be achieved for example by means of a zoom of the lens of the camera.

Dadurch, dass die LED deutlich außerhalb der Messregion angeordnet ist, erscheinen Details in der Leuchtfläche der LED im Bild der Kamera unscharf. Daher können Details in der Leuchtfläche und insbesondere gegebenenfalls durch die innere Konstruktion der LED hervorgerufene Helligkeitsfluktuationen innerhalb der Leuchtfläche der LED mittels Bildverarbeitungsverfahren im Vergleich mit den scharf abgebildeten Partikeln auf einfache Weise unterdrückt werden.Due to the fact that the LED is arranged clearly outside the measuring region, details in the illuminated area of the LED in the image of the camera appear blurred. Therefore, details in the luminous area and, in particular, brightness fluctuations within the luminous area of the LED caused by the internal construction of the LED can easily be suppressed by means of image processing methods in comparison with the sharply imaged particles.

Zur weiteren Unterdrückung eventuell vorhandener Helligkeits- fluktuationen innerhalb der Leuchtfläche der LED ist bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kamera derart eingestellt ist, dass eine Übersteuerung (Weiß-Sättigung) des Kamerabildes über die gesamte Leuchtfläche vorliegt, wobei die Übersteuerung lokal bis zu 50 % betragen darf. Hierdurch liegen Helligkeitsschwankungen im Sättigungsbereich und bleiben somit für die Kamera unsicht- bar. Die Übersteuerung lässt sich auf einfache Weise durch eine Einstellung von Beleuchtungsintensität und Kameraempfindlichkeit im Verbund erreichen.For further suppression of possibly existing brightness fluctuations within the luminous area of the LED, it is provided in a particular embodiment of the invention that the camera is set such that an overdrive (White saturation) of the camera image over the entire illuminated area is present, with the override may be locally up to 50%. As a result, brightness fluctuations are in the saturation range and thus remain invisible to the camera. The override can be easily achieved by adjusting the illumination intensity and camera sensitivity in the composite.

Neben der Eliminierung der Auswirkungen der Helligkeits- fluktuationen bzw. Helligkeitsschwankungen wird durch die hierzu zuvor genannten Maßnahmen in vorteilhafter Weise noch erreicht, dass die Messregion vergrößert werden kann, indem mehrere LEDs eng nebeneinander angeordnet werden; denn die an den LED-Grenzen zwangsläufig vorhandenen Helligkeitsfluktua- tionen werden durch die unscharfe und übersteuerte Abbildung der Leuchtfläche weitgehend bedeutungslos. Besonders vorteilhaft für die Anordnung mehrerer LEDs eng beieinander ist es, wenn die LEDs eine rechteckige Bauform haben.In addition to the elimination of the effects of the brightness fluctuations or fluctuations in brightness, the above-mentioned measures advantageously achieve that the measuring region can be enlarged by arranging several LEDs close to one another; Because the brightness fluctuations inevitably present at the LED borders become largely meaningless due to the blurred and overdriven image of the illuminated area. It is particularly advantageous for the arrangement of several LEDs close together, if the LEDs have a rectangular shape.

Die Messregion bzw. das Messvolumen befindet sich exakt in der Fokusebene des Objektivs der Kamera. Partikel in dieser Ebene erscheinen als kontrastreicher Schattenwurf im Kamerabild. Partikel, die vor oder hinter der Fokusebene liegen, aber noch im Tiefenschärfenbereich, zeigen an den Rändern einen leichten, aber unproblematischen Kontrastverlust.The measuring region or the measuring volume is located exactly in the focal plane of the lens of the camera. Particles in this plane appear as high-contrast shadows in the camera image. Particles that lie in front of or behind the focal plane, but still in the depth of field, show a slight but unproblematic loss of contrast at the edges.

Weiter weg liegende Partikel können aufgrund des messbaren Kontrastverlustes mit Mitteln der Bildverarbeitung von der Größen- oder Formbestimmung ausgenommen werden.Further away particles can be excluded from the size or shape determination by means of image processing due to the measurable loss of contrast.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von modernen Leuchtdioden zur Hintergrundbeleuchtung von mikroskopisch kleinen Partikeln eines Messvolumens bei gleichzeitigen sehr kurzen Blitzen bei nicht vernachlässigbarer Bewegungsgeschwindigkeit erübrigt sich die Anwendung teuerer Lasertechnologie. Innere LED-Strukturen oder Grenzbereiche von eng nebeneinander angeordneten LEDs werden aufgrund des großen Abstands der Leuchtfläche vom Messvolumen im Vergleich zur begrenzten Tiefenschärfe des Objektivs unscharf, d. h. stark verwaschen abgebildet, so dass Helligkeitsfluktuationen in der Leuchtfläche unwesentlich sind. Durch die Platzierung mehrerer Beleuchtungsimpulse innerhalb eines Belichtungsintervalls der Kamera kann sich die Partikelvermessung dadurch verbessern, dass sich der dreidimensionale Charakter eines Partikels durch die aufeinander folgenden Aufnahmen aufgrund der willkürlichen dreidimensionalen Rotation des Partikels sichtbar machen lässt.The use according to the invention of modern light-emitting diodes for backlighting microscopically small particles of a measuring volume with simultaneously very short flashes at a non-negligible movement speed makes it unnecessary to use expensive laser technology. Internal LED structures or border areas of closely juxtaposed LEDs are compared to the limited due to the large distance of the illuminated area from the measured volume Selective focus of the lens out of focus, that is shown very washed out, so that brightness fluctuations in the luminous area are negligible. By placing multiple illumination pulses within an exposure interval of the camera, the particle measurement can be improved by allowing the three-dimensional character of a particle to be visualized by the successive images due to the arbitrary three-dimensional rotation of the particle.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of particular embodiments with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Leuchtdiode undFig. 1 is a schematic representation of a first arrangement according to the invention with a light emitting diode and

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten erfin- dungsgemäßen Anordnung mit zwei Leuchtdioden.Fig. 2 is a schematic representation of a second inventive arrangement with two LEDs.

Wie Fig. 1 entnommen werden kann, weist eine Anordnung zur Bildaufnahme von Partikeln 3 eine Kamera 1 sowie eine durch eine LED 2 gebildete Beleuchtungsvorrichtung auf. Die Par- tikel 3 befinden sich in einem Luftstrom oder Flüssigkeitsstrom und werden in eine durch einen Pfeil 3a dargestellte Richtung durch ein Rohr 9 bewegt.As can be seen in FIG. 1, an arrangement for imaging of particles 3 has a camera 1 and an illumination device formed by an LED 2. The particles 3 are in an air flow or liquid flow and are moved through a pipe 9 in a direction represented by an arrow 3a.

Die Bildaufnahmevorrichtung umfasst eine Megapixelkamera 1 mit einem Bildsensorelement 7 und einem Objektiv. Das Bildsensorelement 7 der Kamera 1 ist vorzugsweise vom Typ CCD und mit einem elektronischen Verschluss (Shutter) versehen. Die Pixelauflösung beträgt mindestens 1000 mal 1000 Pixel. Das optische System besteht aus einem Zoom-Objektiv mit einem Lichteinlass 5, hinter dem sich ein hier nur schematisch dargestellter Linsensatz 6a, 6b befindet. Der Linsensatz 6a, 6b ist so angeordnet, dass sich der Fokus der Anordnung etwa auf der Mittenachse des Rohres 9 befindet. Entsprechend liegt ein scharf auf den Bildsensor 7 abgebildetes Messvolumen 3b auf der Mittenachse des Rohres 9.The image pickup device comprises a megapixel camera 1 with an image sensor element 7 and a lens. The image sensor element 7 of the camera 1 is preferably of the CCD type and provided with an electronic shutter. The pixel resolution is at least 1000 by 1000 pixels. The optical system consists of a zoom lens with a light inlet 5, behind which is a lens set 6a, 6b shown here only schematically. The lens set 6a, 6b is arranged so that the focus of the arrangement is approximately located on the center axis of the tube 9. Accordingly, a measuring volume 3b, which is imaged sharply on the image sensor 7, lies on the center axis of the tube 9.

Die LED 2, welche eine moderne superhelle LED aus der Sun- Power-Serie der Firma Agilent Technologies sein kann, hat einen Abstrahlwinkel (Viewing-Angel) 8 von sechs Grad. Zum Betreiben der LED 2, welche für einen maximalen Dauerbetriebsstrom von fünfzig Milli-Ampere ausgelegt ist, ist diese mit einer Steuerung 4 verbunden. Die Steuerung 4 liefert Stromimpulse mit einer Amplitude von fünfhundert Milli-Ampere und einer Pulsbreite von einer Mikrosekunde bei einem Tastverhältnis von 1 : 100.000. Es werden 10 Bilder je Sekunde aufgenommen.The LED 2, which can be a modern super-bright LED from the Sun Power series from Agilent Technologies, has a viewing angle 8 of six degrees. To operate the LED 2, which is designed for a maximum continuous operating current of fifty milli-ampere, this is connected to a controller 4. The controller 4 provides current pulses having an amplitude of five hundred milliamps and a pulse width of one microsecond at a duty cycle of 1: 100,000. It takes 10 pictures per second.

Die Empfindlichkeit der Kamera 1 ist so eingestellt, dass bei einem Lichtblitz der Bildsensor 7 auf seiner gesamten Fläche um bis zu fünfzig Prozent übersteuert ist, d. h. eine Weiß- Sättigung vorliegt.The sensitivity of the camera 1 is set so that in a flash of light, the image sensor 7 is overridden over its entire surface by up to fifty percent, d. H. a white saturation is present.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung entspricht im Wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Gleiche Elemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen.The arrangement shown in Fig. 2 corresponds substantially to the arrangement shown in Fig. 1. The same elements are therefore provided with the same reference numerals.

Zum Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung weist die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zwei LEDs 2a, 2b auf, welche rechteckförmig ausgebildet sind und dichtgepackt, d. h. eng nebeneinander, angeordnet sind. Hierdurch vergrößert sich das Messvolumen 3b. Andere Anordnungen, z. B. vier LEDs als Quadrat, können ebenfalls zweckmäßig sein.In contrast to the arrangement shown in FIG. 1, the arrangement shown in FIG. 2 has two LEDs 2 a, 2 b, which are rectangular in shape and tightly packed, ie. H. close together, are arranged. This increases the measurement volume 3b. Other arrangements, eg. B. four LEDs as a square, may also be appropriate.

Entsprechend dem vergrößerten Messvolumen 3b sind die Linsen 6a, 6b der Kamera 1 in einem anderen Abstand zueinander angeordnet. Die Anordnung bzw. Konfiguration des optischen Objektivs wird so gewählt, dass das vergrößerte Messvolumen 3b den Bildsensor 7 vollständig ausfüllt. Corresponding to the enlarged measuring volume 3b, the lenses 6a, 6b of the camera 1 are arranged at a different distance from one another. The arrangement or configuration of the optical objective is selected such that the enlarged measurement volume 3b completely fills the image sensor 7.

Claims

Patentansprüche claims 1. Anordnung zur Bildaufnähme von Partikeln (3) mit einer Kamera (1) zur Aufnahme der Partikel (3) und einer Beleuch- tungsvorrichtung (2; 2a, 2b) zur Beleuchtung der Partikel1. Arrangement for image recording of particles (3) with a camera (1) for receiving the particles (3) and a lighting device (2, 2a, 2b) for illuminating the particles (3) , dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (2; 2a, 2b) als Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet ist.(3), characterized in that the lighting device (2; 2a, 2b) is designed as a light-emitting diode (LED). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (4) zum Betreiben der LED (2; 2a, 2b) vorhanden ist, mittels der in die LED (2; 2a, 2b) zur Abgabe eines Lichtblitzes ein Stromimpuls einspeisbar ist, der etwa dem 5- bis 20fachen, vorzugsweise dem 7,5- bis 15fachen, ins- besondere dem lOfachen des zulässigen Dauerbetriebsstromes entspricht und dessen Pulsbreite etwa 0,5 Mikrosekunden bis 2 Mikrosekunden, vorzugsweise 0,75 Mikrosekunden bis 1,5 Mikrosekunden, insbesondere 1 Mikrosekunde bei einem Tastverhältnis von etwa 1 : 50.000 bis 1 : 200.000, vorzugs- weise 1 : 66.000 bis 1 : 133.000, insbesondere 1 : 100.000 beträgt .2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a controller (4) for operating the LED (2, 2a, 2b) is present, by means of which in the LED (2, 2a, 2b) for emitting a flash of light, a current pulse can be fed which corresponds to approximately 5 to 20 times, preferably 7.5 to 15 times, in particular 10 times the permissible continuous operating current and whose pulse width is approximately 0.5 microseconds to 2 microseconds, preferably 0.75 microseconds to 1.5 microseconds, in particular 1 microsecond at a duty cycle of about 1: 50,000 to 1: 200,000, preferably 1: 66,000 to 1: 133,000, in particular 1: 100,000. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (7) der Bildaufnahmevorrichtung (1) einen elektronischen Verschluss (Shutter) besitzt und dass die Steuerung (4) derart ausgebildet ist, dass innerhalb des Zeitintervalls, in dem der Verschluss offen ist, mittels der Steuerung (4) zwei Stromimpulse an die LED (2; 2a; 2b) angelegt werden.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the image sensor (7) of the image pickup device (1) has an electronic shutter and that the controller (4) is designed such that within the time interval in which the shutter is open in that two current pulses are applied to the LED (2; 2a; 2b) by means of the controller (4). 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (2; 2a, 2b) einen Abstrahlwinkel von < 18 Grad, vorzugsweise < 12 Grad, insbesondere 6 Grad, aufweist .4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the LED (2, 2a, 2b) has a radiation angle of <18 degrees, preferably <12 degrees, in particular 6 degrees. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) derart eingestellt ist, dass eine Übersteuerung (Weiß-Sättigung) des Kamerabildes über die gesamte Leuchtfläche vorliegt, wobei der Grad der Übersteuerung bis zu 50 % beträgt.5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the camera (1) is set such that an override (white saturation) of the camera image is present over the entire luminous area, wherein the degree of overdriving is up to 50%. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (2a, 2b) aus mehreren LEDs (2a, 2b) besteht, welche eine rechteckige Bauform haben. 6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lighting device (2a, 2b) consists of a plurality of LEDs (2a, 2b), which have a rectangular shape.
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