MicroscopeSpectroscopy

Imaging zu Dokumentation bei Spektroskopie Anwendungen

In der Qualitätskontrolle oder im laufenden Produktionsprozess erfordert die Prüfung von Werkstofftoleranzen neben der Zuordnung von Grenzwerten auch die Bilddokumentation darüber, an welchem Ort etwas erfasst wurde. Messtechnisch ist es hierfür ausreichend, einfache CMOS oder CCD Kameras bereitzustellen, die ihre Bilder in die Reportings eingliedern.

Ein Vorteil von A.S. & Co. ist hierbei die freie Kombinierbarkeit von Kamera und Spektrometer unter der Vorgabe, dass die Kamera eine externe Ansteuerungen erlaubt. Kameras mit unterschiedlichsten Sensoren, verschiedenen Auflösungen und Geschwindigkeiten werden von A.S. & Co. ausgewählt und eingebunden. Darüber hinaus integrieren wir auch Consumer Foto Kameras, denn diese sind mit ihren Bildprozessoren darauf ausgerichtet, gute Fotoqualität zu schaffen, was für eine Dokumentation förderlich ist.

PDA oder PMT System mit Kameras zur Arbeitsoptimierung

Ein Videobild im Live Modus, bei dem durch Mouseclick Messungen wie zum Beispiel Helligkeitsverteilungen entlang einer frei gezogenen Linie abgerufen werden können, hat einen gewissen Charme, wenn man die Arbeitsergonomie betrachtet. Es ist aber messtechnisch die Frage zu stellen, ob eine CCD TV Kamera eine vergleichbare Performance zu Photomultipliern oder Spektrometern liefern kann. Dies klärt eine Gegenüberstellung der erfassbaren optischen Dichten als Ergebnis der Sensordynamik. Grundsätzlich fallen Sensorkennlinien in der Regel S-förmig aus, und der interessanteste Bereich liegt in der Nähe des Wendepunktes. Er sollte einen möglichst langen linearen Verlauf aufweisen, was sich zum Beispiel mit Transmissionsmessungen von unterschiedlich dichten Graufiltern schnell belegen lässt. Die Vergleichstabelle zeigt die Dynamikunterschiede und belegt, dass Kameras im Vergleich zu den anderen Sensoren einen deutlich geringeren Umfang haben. Dies kann zu Problemen führen, wenn die Helligkeit beispielsweise als Kriterium für eine Konzentrationsmessung dienen soll.

Vergleich von Dynamik-Umfängen unterschiedlicher elektronischer Sensoren
12 BIT ein Chip SW o Color Kamera	ca. 1,5 OD
16 BIT Photo-Dioden Array Modul (PDA)	ca. 2,5 OD
16 BIT PMT Messkopf mit Nachverstärkungsmodul	≥ 3,0 OD

Es liegt daher auf der Hand, bei kritischen Messungen von optisch dichten Materialien ein PDA oder einen Photomultiplier als Sensor zu benutzen, und diesen mit einem Imaging System und einem motorisierten Tisch zur Beschleunigung der Versuchsdurchführung und für das Reporting zu kombinieren.

Das SpectraVison Mapping von A.S. & Co. setzt an der Kamera-Scanning-Tisch Synchronisation an, bei der im Initialisierungsprozess die Tischkoordinaten abgeglichen werden. Über einen Joystick können interessante Positionen in der Probe am Monitor angeschaut und über den Tisch in ihrer Lage markiert werden. Die Vermessung erfolgt anschließend automatisch und die Spektren der PDAs oder die Helligkeitswerte des PMT lassen sich in übersichtlichen Diagrammen zusammenfassen und darstellen.

Da der Kamera hier im Wesentlichen nur Beobachtungsfunktionen zugewiesen werden, können auch in dieser Konfiguration einfache, preiswerte CMOS Sensoren zum Einsatz kommen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Kamerabild mit den unterschiedlichsten Facetten bildanalytischer Funktionen zu interpretieren. Hierzu konfigurieren wir individuell

• eine Auswahl an Compact und SLR Kameras
• CMOS oder CCD Industrie Kameras auch mit UV oder NIR Empfindlichkeit oder
• Mikroskop Spezial Kameras mit hohem linearem Dynamikumfang
• mit motorisierten Tischen unterschiedlicher Auflösung und Positions-Reproduzierbarkeit
• mit PDA oder CCD Spektralsensoren oder
• mit PMT–Monochromator Lösungen
• und Dokumentations- und Archivsoftware
• Methoden grauwertbasierter Bildanalyse
• Datenbanken nach individuellen Kundenvorgaben

Echtfarbmessung mit Kamera-Monochromator-Systemen

Speziell ausgelegte Schwarz-Weiß Kameras zeichnen oft Einzelbilder aus eng begrenzten Anregungsbereichen mit hohem linearen Dynamikumfang auf. Dieses typische in der Fluoreszenz angewandte Verfahren lässt sich durch die Einbeziehung eines Monochromators dahingehend erweitern, dass Bildsequenzen als Funktion einer Wellenlängenänderung zu X/Y/λ-Bildwürfeln zusammengestellt werden. A.S. & Co konfiguriert die Aufbauten für diese direkte Erfassung spektraler Komponenten und synchronisiert die Koordination durch die SpectraVision Software.

Hierzu nutzen wir eine Auswahl an CCD Kameras

• mit verschiedenen Auflösungen
• spektralen Empfindlichkeitsbereichen von UV bis NIR und
• unterschiedlichem Signal/Rausch Verhältnis durch den Einsatz von Peltier Kühlungen in der Kombination
• mit Galvanometer- oder Stepper Monochromatoren.

Aus den X/Y/λ Bildwürfel lassen sich an beliebigen Stellen im Bild Spektren mit der Auflösung der Monochromator Schrittweite darstellen. Vorteile dieses spektralen Mappings sind

• das Vermessen von Farbveränderungen in nah angrenzenden Arealen
• die Erfassung von Diffusion durch Farbbestimmungen entlang vordefinierter Linien
• Mikro-Homogenitätserfassungen unter statistisch relevanten Prüfungsrastern
• die Farbanalyse von Partikel Verteilungen und Pigmentgemischen

Dieses Verfahren der direkten Farbmetrik weicht deutlich von dem Ansatz ab, über eine RGB Kamera die spektrale Verteilung mit Hilfe von mathematischen Algorithmen zu errechnen. Durch den Schwarz-Weiß-Sensor ergibt sich im Vergleich zur 1-Chip Farbkamera eine wesentlich höhere Auflösung, und auch bei der Gegenüberstellung mit 3-Chip CCDs überwiegen die Vorteile der effizienteren Lichtführung. Dabei hängt die Auflösung grundsätzlich auch vom Einsatz der genutzten Objektive ab, und kann den Bereich von einem Mikrometer durchaus unterschreiten.