DE3827457A1 - Method and device for the relative quantitative determination of chromophores in surface layers - Google Patents
Method and device for the relative quantitative determination of chromophores in surface layersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vor richtung zur relativen, quantitativen Bestimmung von Farb trägern in optisch zugänglichen Oberflächenschichten von Meßobjekten, insbesondere der menschlichen Haut, des mensch lichen Haares oder dergleichen, auf der Basis der optischen Reflexion, Rückstreuung und Absorption der zu ermittelnden Farbträger. Ganz generell können das Verfahren und die Vor richtung nach der Erfindung zu medizinischen Zwecken, ins besondere bei Bestrahlungstherapien oder der messenden Ver folgung der kapillaren Durchblutung oder auch zur quantita tiven Charakterisierung von Haarfarben Anwendung finden. Jedoch sind auch weitere Anwendungsmöglichkeiten in Verbin dung mit speziellen Klassen von Gegenständen gegeben, wel che remissionsfähige Oberflächen haben. Hierbei können das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung zur quanti tativen Kontrolle sowie als Mittel zur Steuerung von Prozeß abläufen genutzt werden.The invention relates to a method and a front Direction for the relative, quantitative determination of color carriers in optically accessible surface layers from Objects to be measured, in particular human skin, humans union hair or the like, based on the optical Reflection, backscattering and absorption of those to be determined Color carrier. In general, the procedure and the pre direction according to the invention for medical purposes, ins especially with radiation therapies or measuring ver follow capillary blood flow or quantitatively tive characterization of hair colors find application. However, there are other possible uses in Verbin given with special classes of items, wel surfaces with reflective surfaces. Here you can Method and the device according to the invention for quanti tative control and as a means of controlling processes processes are used.
Aus DE-PS 35 06 690 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung einer jeweils akuten Sonnenschutzfaktorzahl bekannt, welche derart beschaffen und ausgelegt sein soll, daß in Abhängigkeit von den individuellen Eigenschaften der Haut und ihren jeweili gen Zuständen die erforderliche Sonnenschutzfaktorzahl er mittelt werden kann, die die Auswahl des richtigen Sonnen schutzmittels ermöglicht, wobei eine individuelle, lokale Hautbräunung und der Sonnenschutzfaktor unter sommerlichen, mediterrareen Mittagsbedingungen ermittelt wird. Das Ar beitsprinzip dieser Vorrichtung beruht auf der Farbdensito metrie unter Verwendung von lediglich roter Beleuchtung. Hier bei werden der Schichtaufbau der Haut und ihre Streuverhältnisse nicht berücksichtigt, sondern es wird von einem proportio nalen Zusammenhang von Farbdichte und Melaninpigmentierung ausgegangen. Versuche haben jedoch gezeigt, daß dieser Zu sammenhang nicht linear ist. Ferner wird bei dieser bekann ten Vorrichtung von heuristisch gewählten Minimal- und Maxi malwerten ausgegangen. Das Ergebnis, das bei dieser Vor richtung angezeigt wird, sind lediglich qualitative Braun- Skalenwerte. Ein Rot-Anteil der Hautfarbe kann bei dieser Vorrichtung nicht berücksichtigt werden. Die Rötung einer Hautstelle (Erythem) wird nämlich durch die (vermehrte) kapillare Durchblutung hervorgerufen und erscheint rot, weil das Hämoglobin als Farbträger erst bei Wellenlängen unterhalb 600 nm merklich zu absorbieren beginnt. Bei der Vorrichtung ist ein Wellenlängenbereich von größer als 600 nm angegeben, so daß hiermit weder eine Bewertung eines Sonnen brandes vorgenommen, noch bei eingetretenem Sonnenbrand zu treffende Angaben zum notwendigen erhöhten Strahlungsschutz erhalten werden können. Da die Vorrichtung nur ein Meßlicht nutzt, können die Rötung und Bräunung der Haut nicht vonein ander getrennt werden. Wegen fehlender Abschirmung der Meß fläche gegen Umgebungslicht ist die Reproduzierbarkeit der Messung äußerst zweifelhaft. Die Transparenz von mittel- oder sogar stark-gebräunter Haut ist so hoch, daß Umgebungslicht über Zentimeter in der Hautoberfläche weitergeleitet werden und hierdurch erhebliche Meßwertverfälschungen verursacht werden können. Auch lassen sich hieraus keine Hinweise im Hinblick auf die individuelle Empfindlichkeit, nämlich dem Zusammenhang zwischen Pigmentierung, Rötung und entsprechendem Schutzfaktor entnehmen.From DE-PS 35 06 690 a device for determining a each acute sun protection factor number known, which such procured and designed to be dependent on the individual properties of the skin and their respective the required sun protection factor number can be averaged by choosing the right sun means of protection, being individual, local Skin tanning and the sun protection factor under summer, Mediterranean midday conditions is determined. The Ar principle of this device is based on the color density metry using only red lighting. Here at the layer structure of the skin and its scattering conditions not taken into account, but it is done by a proportio correlation between color density and melanin pigmentation went out. However, tests have shown that this zu is not linear. Furthermore, this is known device of heuristically chosen minimum and maxi based on values. The result of this before direction is displayed, only qualitative brown Scale values. A red portion of the skin color can be seen in this Device are not taken into account. The redness of one Skin area (erythema) is namely through the (increased) capillary blood flow and appears red, because the hemoglobin as a color carrier only occurs at wavelengths begins to absorb noticeably below 600 nm. In the Device is a wavelength range greater than 600 nm indicated, so that neither an evaluation of a sun brandes made, even if sunburn occurred appropriate information on the necessary increased radiation protection can be obtained. Since the device is only a measuring light uses, the reddening and tanning of the skin cannot go hand in hand be separated. Because of the lack of shielding of the measuring surface against ambient light is the reproducibility of the Measurement extremely doubtful. The transparency of medium or even heavily-tanned skin is so high that ambient light be passed on over centimeters in the skin surface and this causes considerable falsifications of measured values can be. There are also no indications from this in With regard to individual sensitivity, namely the Relationship between pigmentation, redness and the like Remove protection factor.
Aus DE-OS 30 42 084 ist ein UV-Strahlungsmesser bekannt, der in Miniaturausführung ausgelegt ist und zur Anzeige der Strahlungsintensität der Sonne im UV-Bereich zum Zwecke des Hautschutzes dient. Hierbei erfolgt eine elek tronische Umrechnung der UV-Strahlenstärke und es kann unter Berücksichtigung des Faktors Hauttyp und Strahlungs stärke der jeweils erforderliche Sonnenschutzfaktor in Abhängigkeit von der festgelegten Zeot ermittelt werden. Die Einflußgröße Hauttyp wird mit Hilfe einer beigefüg ten Tabelle berücksichtigt, so daß man die Verweildauer oder gegebenenfalls den Sonnenschutzfaktor eines Sonnen schutzmittels bestimmen kann. Dieser UV-Strahlungsmesser kann in Artikeln des täglichen Bedarfs, wie Feuerzeug, Armbanduhr, Taschenrechner, Kugelschreiber usw. eingebaut werden. Dieses bekannte Gerät gestattet lediglich die Mes sung der UV-Strahlung, wobei die Auswirkung derselben auf die menschliche Haut lediglich mit Hilfe von Tabel len berücksichtigt werden kann. Daher ist die Gefahr vorhanden, daß es dennoch zu einer Rötung der Haut oder zu einem Sonnenbrand kommen kann, wenn die den UV-Strah lungsmesser nutzende Person ihre eigene Sonnenempfindlich keit unrichtig einschätzt. Zum anderen bedarf es relativ viel Erfahrung im Umgang mit diesem Gerät, wobei insbe sondere ein gewisser bereits vorhandener Bräunungsgrad der Haut nicht objektiv berücksichtigt werden kann.A UV radiation meter is known from DE-OS 30 42 084, which is designed in miniature version and for display the radiation intensity of the sun in the UV range Serves the purpose of skin protection. This is an elec tronic conversion of the UV radiation intensity and it can taking into account the factor skin type and radiation strengthen the required sun protection factor in Depending on the Zeot determined. The influencing factor skin type is added with the help of an ten table is taken into account, so that the residence time or possibly the sun protection factor of a sun protective agent can determine. This UV radiation meter can be found in everyday items like lighter, Wristwatch, calculator, pen, etc. built in will. This known device only allows measurement solution of UV radiation, the impact of which on human skin only with the help of Tabel len can be taken into account. Hence the danger present that there is still redness of the skin or sunburn may result if the UV rays person using their own measuring device is sensitive to their own sun incorrectly assessed. On the other hand, it needs relative a lot of experience in using this device, especially in particular a certain degree of browning already present Skin cannot be considered objectively.
Aus DE-OS 29 37 598 sind ein Verfahren und eine Vorrich tung zur vorprogrammierbaren Bestrahlung von Personen be kannt. Hierbei handelt es sich um ein Bestrahlungsgerät mit ultraviolettes Licht abgebenden Lampen. Dieses Gerät dient Therapiezwecken und es enthält einen optischen Auf nehmer, insbesondere einen Dosimeter mit zugehörigem Inte grator, die mit der Auswertelogik verbunden sind, so daß die hiermit gemessene Bestrahlungsdosis einem Rechner als zentraler Steuereinheit zugeführt werden kann. Wenn die gewünschte anzuwendende Strahlungsdosis erreicht ist, kann das Bestrahlungsgerät abgeschaltet werden oder es kann eine Warnung erfolgen. Hierbei handelt es sich um ein Großge rät, das nicht im täglichen Leben eingesetzt werden kann und zudem bedarf es auch hier der Eingabe von Vorgabein formationen hinsichtlich der Strahlungsempfindlichkeit der menschlichen Haut. Diese werden extern vorgegeben. Die Hautreaktion wird hierbei nicht erfaßt.DE-OS 29 37 598 discloses a method and a device treatment for pre-programmable radiation of people knows. This is a radiation device with lamps emitting ultraviolet light. this device serves therapy purposes and it contains an optical up subscriber, in particular a dosimeter with associated integer grator, which are connected to the evaluation logic, so that the radiation dose measured hereby as a computer central control unit can be supplied. If the the desired radiation dose to be applied has been reached the radiation device can be switched off or it can be a Warning. This is a large ge advises that can not be used in everyday life and also here you have to enter default values Radiation sensitivity formations of human skin. These are specified externally. The skin reaction is not recorded here.
Aus DE-OS 30 16 773 ist eine Einrichtung zur Erhöhung der Sicherheit bei der Behandlung von Personen mit ultravio letter Strahlung bekannt, die eine Zusatzanmeldung zu DE-OS 29 43 674 ist. Diese Einrichtung verfolgt den Zweck, die Intensität von ultraviolettem Licht, das von der Sonne oder mit Ultraviolettlampen künstlich erzeugt worden ist, genau zu messen und die augenblickliche, durch ultraviolet tes Licht erzeugte Energiemenge fortlaufend zu erfassen, die von einer Flächeneinheit der Haut eines Patienten aufgenommen wird. Wenn eine vorbestimmte Menge an Strah lungsenergie aufgenommen worden ist, wird automatisch ein akustischer oder optischer Alarm abgegeben oder bei einer künstlichen Erzeugung werden die Ultraviolettlampen abgeschaltet. Auch hierbei handelt es sich um eine kompli ziert aufgebaute Einrichtung, die relativ große Abmessun gen hat. Insbesondere lassen sich auch bei diesen Einrich tungen die Empfindlichkeiten gegenüber der Strahlung und Abhängigkeit vom Haupttyp nur extern durch entsprechende Erfahrungswerte vorgeben. DE-OS 30 16 773 is a device for increasing the Safety when treating people with ultravio letter radiation known to have an additional application DE-OS 29 43 674 is. The purpose of this facility is the intensity of ultraviolet light from the sun or has been artificially created with ultraviolet lamps, to measure accurately and the instantaneous, by ultraviolet continuously record the amount of energy generated by light, that of a unit area of a patient's skin is recorded. If a predetermined amount of beam energy has been absorbed automatically issued an acoustic or visual alarm or at The ultraviolet lamps become an artificial production switched off. This is also a complete decorated structure, the relatively large dimensions gen has. In particular, even with these devices the sensitivity to radiation and Dependency on the main type only externally by appropriate Specify empirical values.
Aus DE-OS 29 43 117 ist ein Gerät zur Lichttherapie be kannt, das für eine lichtdichte Kabine bestimmt ist. Die ses Gerät soll ermöglichen, daß einerseits geprüft werden kann, auf welche Lichtwellen oder Lichtwellenmischung der einzelne Patient im jeweiligen Krankheitsfall reagiert, um dann die entsprechende Therapie hierauf abzustellen. Hierbei ist eine Meßeinrichtung vorhanden, die die Reaktion des Patienten auf das jeweilige auf ihn einwirkende Licht anzeigt. Aufgrund von physikalischen Gesetzen lassen sich die Reiz-Farben ermitteln, so daß dann die Bestrahlungs therapie in entsprechender Weise vorgenommen werden kann. Das Meßgerät ist mit einem Rezeptor verbunden, der eventuell auch in Form von Elektroden unmittelbar mit dem Patienten verbunden werden kann, so daß dessen Reaktion auf die je weiligen Lichtwellen an ein entsprechendes Meßgerät abge geben wird. Dieser Rezeptor nimmt zu Vergleichszwecken die von der Bestrahlungseinrichtung abgegebene Strahlungsener gie auf. Auch hierbei können nur empirisch ermittelte Werte, die auf Erfahrungen beruhen, berücksichtigt werden, wenn man die individuelle Strahlungsempfindlichkeit jeder Haut bei der Therapie mitberücksichtigen möchte. Zudem ist dieses Gerät hinsichtlich der Ausbildung speziell für die Licht therapie bestimmt und daher für die Einzelanwendung beispiels weise zum Schutz gegen zu starke Bestrahlungen auch im Freien ungeeignet.From DE-OS 29 43 117 a device for light therapy be knows that is intended for a light-tight cabin. The This device is intended to enable testing on the one hand to which light waves or light wave mixture the individual patient reacts in the respective case of illness, to then base the appropriate therapy on this. Here there is a measuring device which measures the reaction of the patient on the respective light acting on him displays. Due to physical laws determine the stimulus colors so that the radiation therapy can be carried out in a corresponding manner. The measuring device is connected to a receptor, which may also in the form of electrodes directly with the patient can be connected so that its response to the ever abge light waves to a corresponding measuring device will give. This receptor takes the for comparison purposes Radiation generators emitted by the irradiation device pour on. Here, too, only empirically determined values, which are based on experiences are taken into account when one the individual radiation sensitivity of each skin who wants to take therapy into account. In addition, this is Device in terms of training specifically for the light Therapy determined and therefore for individual use, for example as protection against excessive radiation even outdoors not suitable.
Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten ein Verfahren und eine Vor richtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die auf zuverlässige Weise ohne externe Vorgabewerte die Auswir kungen einer Strahlenexposition erfassen und berücksich tigen können. Auch soll die Auslegung so getroffen wer den, daß eine Farbveränderung messend verfolgt werden kann.The invention aims to overcome the previously difficulties described a procedure and a pre to provide direction of the generic type on reliable way without external default values Record and consider the effects of radiation exposure can do. The interpretation should also be made in this way that a change in color can be tracked.
Nach der Erfindung zeichnet sich ein Verfahren zur relati ven, quantitativen Bestimmung von Farbträgern in optisch zugänglichen Oberflächenschichten von Meßobjekten, insbe sondere der menschlichen Haut, des menschlichen Haares oder dergleichen dadurch aus, daß mit wenigstens zwei spezifi schen Anteilen des optischen Spektrums wenigstens zwei Re missionsmessungen der Oberfläche des Meßobjektes durchge führt werden und aus diesen Meßwerten auf der Grundlage der optischen Eigenschaften der Oberflächenschichten des Meßobjektes Farbträgerdichten ermittelt werden.According to the invention, a method for relati ven, quantitative determination of color carriers in optical accessible surface layers of measurement objects, esp special of the human skin, the human hair or the like characterized in that with at least two specifi portions of the optical spectrum at least two Re mission measurements of the surface of the measurement object be performed and based on these measurements the optical properties of the surface layers of the Object of measurement ink carrier densities can be determined.
Bei dieser Verfahrensweise kann man in Verbindung mit der Remissionsmessung und des Bezugs auf die Farbträgerdichten und ihrer Einzelspektren eine zuverlässige und genaue, re lative, quantitative Bestimmung von Farbträgern erreichen. Hierbei ist eine analytische Bestimmung und zuverlässige Erfassung auch der quantitativen Veränderung der Farbträger beispielsweise in zeitlicher Abhängigkeit möglich, so daß auch eine zeitliche Überwachung der quantitativen Verände rung der Farbträger vorgenommen werden kann. In Anwendung auf die menschliche Haut können somit die Auswirkungen der natürlichen oder künstlichen Bestrahlung auch unter Berück sichtigung des Pigmentierungsgrades und der Durchblutung (Erythem) der Haut und deren Empfindlichkeit sowie unter Berücksichtigung eines Ausgangszustandes zuverlässig direkt bestimmt und ermittelt werden, so daß eine zuverlässige Aussage hinsichtlich der Strahlungsbelastungsfähigkeit er möglicht wird. Ebenfalls kann auf dieses Weise eine relative, quantitative Charakterisierung der Haarfarben durch die durch die Farbträgerdichten erreicht werden.This procedure can be used in conjunction with the Remission measurement and the reference to the ink carrier density and their individual spectra a reliable and accurate, right achieve relative, quantitative determination of color carriers. Here is an analytical determination and reliable Acquisition of the quantitative change in the color carrier possible, for example, as a function of time, so that also a temporal monitoring of the quantitative changes tion of the ink carrier can be made. In use on human skin can thus affect the effects of natural or artificial radiation also under consideration visualization of the degree of pigmentation and blood circulation (Erythema) of the skin and its sensitivity as well as under Reliable consideration of an initial state be determined and determined directly, so that a reliable Statement regarding the radiation exposure capacity is possible. A relative, quantitative characterization of the hair colors by the can be achieved by the ink carrier densities.
Bei der Erfindung wird ein Bezug zwischen den Remissions messungen der Schicht und den Farbträgern über die opti schen Eigenschaften und die Verteilung der Farbträger der Schicht hergestellt.In the invention, a relationship between the remissions measurements of the layer and the color carriers via the opti properties and the distribution of the color carriers of the Layer.
Aus der Kenntnis des Schichtaufbaus und des Absorptions- und Streuverhaltens der beteiligten Substanzen lassen sich unter Berücksichtigung des verwendeten Meßlichtes numerisch oder analytisch Rückschlüsse auf die Dichte der Farbträger ziehen. Bei der Erfindung dienen als Grundlage die optischen Eigen schaften der Oberflächenschichten des Meßobjektes (z.B. der menschlichen Haut). Hieraus erfolgt eine Auswertung für die Meßwertverarbeitung. Damit wird auch die Unabhängigkeit von externen, heuristischen Daten erreicht.From knowledge of the layer structure and the absorption and Scattering behavior of the substances involved can be under Consideration of the measuring light used numerically or draw analytical conclusions about the density of the ink carrier. The basis of the invention is based on the optical properties properties of the surface layers of the measurement object (e.g. the human skin). This results in an evaluation for the Processing of measured values. This also means independence from external, heuristic data reached.
Insbesondere für den Fall zweier Farbträger x, y in einer Dop pelschicht ergibt sich folgende Beziehung:The following relationship results in particular in the case of two ink carriers x , y in a double layer:
R = δ + (1-δ) · (α A x + (1-α) ² · β · A x ²B y ) + Terme höherer Ordnung in A, B R = δ + (1- δ ) · (α A x + (1- α) ² · β · A x ² B y ) + higher-order terms in A, B
wobei bedeutet:where means:
R: Remissionsspektrum,
δ: reguläre Oberflächenreflexion,
α, β: experimentell oder theoretisch bestimmte Schichtparameter,
A x B y : von den Dichten x und y der beiden Farbträger abhängige
Absorptionsspektren. R : reflectance spectrum,
δ : regular surface reflection,
α, β : experimentally or theoretically determined layer parameters,
A x B y : absorption spectra dependent on the densities x and y of the two color carriers.
Durch Integration über das optische Spektrum des Produktes aus R und den normierten spektralen Meßlichtverteilungen er geben sich im allgemeinen nur numerisch behandelbare Funktio nen der Farbträgerdichten, aus denen mit den jeweiligen Mes sungen die jeweiligen Farbträgerdichten bestimmt werden.By integration over the optical spectrum of the product of R and the standardized spectral measuring light distributions, there are generally only numerically treatable functions of the ink carrier densities, from which the respective ink carrier densities are determined with the respective measurements.
Als Farbträgerdichten werden insbesondere die Dichte von Me lanin und die Dichte von kapillarem Hämoglobin (oder gege benenfalls Bilirubin) oder auch die Melaninkomplexe, die die Haarfarbe bestimmen, berücksichtigt.In particular, the density of Me lanin and the density of capillary hemoglobin (or opp also bilirubin) or also the melanin complexes that the Determine hair color, considered.
Eine Vorrichtung zur relativen, quantitativen Bestimmung von Farbträgern in optisch zugänglichen Oberflächenschich ten von Meßobjekten, insbesondere der menschlichen Haut, des menschlichen Haares oder dergleichen, mit einer Be leuchtungseinrichtung, die mindestens zwei Strahlen alter nativ auf eine Meßfläche richtet, und optischen Sensoren sowie einer Meßwertverarbeitungseinrichtung und einer Anzei geeinrichtung zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß ein Remissionssensor vorgesehen ist, der wenigstens zwei Remissionswerte liefert, und daß die Meßwertverarbei tungseinrichtung dem Remissionssensor nachgeschaltet ist und auf der Grundlage der optischen Eigenschaften der Ober flächenschichten des Meßobjekts aus den Remissionsmeßwerten Farbträgerdichten ermittelt, wobei der Ausgang der Meßwert verarbeitungseinrichtung mit der Anzeigeeinrichtung verbunden ist.A device for relative, quantitative determination of color carriers in optically accessible surface layers objects, especially human skin, of human hair or the like, with a loading lighting device that is at least two rays old natively aimed at a measuring surface, and optical sensors and a measured value processing device and a display device is characterized according to the invention in that that a reflectance sensor is provided, which at least provides two remission values, and that the measured value processing device is connected downstream of the reflectance sensor and based on the optical properties of the waiters surface layers of the measurement object from the reflectance measurements Ink carrier densities are determined, the output being the measured value processing device connected to the display device is.
Bei einer derartigen Auslegung der erfindungsgemäßen Vor richtung wird in möglichst gedrängter Bauweise eine zuver lässige, quantitative Bestimmung der Farbträger ermöglicht. Die so relativ und quantitativ bestimmten Farbträger geben einen zuverlässigen Aufschluß über den Färbungsgrad im Be reich der Meßfläche, um Farbveränderungen oder dergleichen, insbesondere im Hinblick auf die Bräunung der Haut und ihres lokalen kapillaren Durchblutungszustandes, feststellen und erkennen zu können.With such an interpretation of the invention direction is a verver in the most compact construction allows casual, quantitative determination of the color carrier. Give the so determined relative and quantitative ink carriers reliable information about the degree of coloration in the Be range of the measuring surface, for color changes or the like, especially with regard to tanning the skin and its local capillary blood flow condition, determine and to be able to recognize.
Bei einer medizinischen Anwendung der Vorrichtung sollten ins besondere kleine Meßflächen, vorzugsweise in der Größenordnung von einigen mm2 vorgesehen werden, so daß man eine hohe Auf lösung und daher eine hohe Genauigkeit erhalten kann. Bei allgemeinen Anwendungsarten und im Zusammenhang mit einem persönlichen Gebrauch können Durchschnittsmessungen aus reichen, um eine entsprechende Strahlungsbelastung und deren Auswirkungen erfassen zu können.In a medical application of the device, in particular small measuring areas, preferably in the order of a few mm 2 , should be provided, so that a high resolution and therefore high accuracy can be obtained. For general types of use and in connection with personal use, average measurements may be sufficient to be able to record a corresponding radiation exposure and its effects.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 bis 23 wiedergegeben.Further advantageous embodiments of the device according to the Invention are set out in claims 4 to 23.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch so beschaffen sein, daß sie als Sonde ausgelegt ist, welche an eine ent sprechende Überwachungsanlage angeschlossen werden kann.The device according to the invention can also be obtained in this way be that it is designed as a probe which is connected to an ent speaking monitoring system can be connected.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezug nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:The invention is illustrated below by examples took explained in more detail on the accompanying drawing. In this shows:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des prinzipiellen Aufbaus und der Verfahrens führung zur relativen, quantitativen Bestim mung von Farbträgern, Fig. 1 is a schematic view showing the fundamental structure and the method for implementing relative quantitative Bestim mung of color beams,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur relativen, quantitativen Be stimmung von Farbträgern, Fig. 2 is a side view of an embodiment of a device for relative quantitative Be humor of color beams,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 2, und Fig. 3 is a plan view of the device of FIG. 2, and
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Schal tungsauslegung für eine Vorrichtung zur rela tiven, quantitativen Bestimmung von Farb trägern. Fig. 4 is a block diagram of an exemplary circuit design for a device for rela tive, quantitative determination of color carriers.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, the same or similar Provide parts with the same reference numerals.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 gibt eine Beleuchtungseinrich tung 3 Lichtstrahlen zu einer insgesamt mit 4 bezeichne ten Lichtführung ab, die beispielsweise mehrere halbdurch lässige Spiegel und an ihrer einer Meßfläche 1 zugewandten Seite eine nicht gezeigte Linse oder eine Glasfaseroptik zur Fokussierung enthalten kann. Über diese Lichtführung 4 wird das Licht von der Beleuchtungseinrichtung 3 auf die Meßfläche 1 gerichtet, und die Remission, d.h. die Rück strahlung, von der Meßfläche 1 wird über die Lichtführung 4 zu einem Remissionssensor 7 geleitet, dem eine Meßwert verarbeitungseinrichtung nachgeschaltet ist, die insgesamt mit 8 bezeichnet ist. Diese Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 stellt einen Bezug zwischen den gemessenen Remissionswer ten und den optischen Eigenschaften der Oberflächenschichten zur Ermittlung der Farbträgerdichten her. Die Meßwertver arbeitungseinrichtung 8 umfaßt eine Signalnormierungsein richtung 12 und eine nachgeschaltete Auswerteeinrichtung 13. In der Signalnormierungseinrichtung 12 erfolgt eine Normie rung des Signals mittels Referenzpegel, Regelung oder Quo tientenbildung. Mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 13 erfolgt die relative, quantitative Bestimmung des oder der Farbträ ger (s), und vorzugsweise erhält man am Ausgang der Auswer teeinrichtung 13 digitale Signale, die einer Anzeigeeinrich tung 9 zugeleitet werden. Zur Steuerung der so prinzipiell im Aufbau ausgelegten Vorrichtung A zur relativen, quanti tativen Bestimmung von Farbträgern ist eine Steuereinrich tung 14 vorgesehen, die taktgesteuert den Verfahrensablauf durch entsprechende Aktivierung der Beleuchtungseinrichtung 3, der Signalnormierungseinrichtung 12, der Auswerteeinrichtung 13 und der Anzeigeeinrichtung 9 bestimmt. Die Steuerein richtung 14 arbeitet derart, daß für wenigstens einen spezi fischen Spektralanteil des optischen Spektrums zwei Remis sionsmessungen über das Schichtspektrum durchgeführt und diese in Bezug zu der oder den Dichten des oder der Farb träger (s) gesetzt werden.With reference to FIG. 1, a lighting device 3 emits light beams to a total of 4 designated light guide, which may contain, for example, several semitransparent mirrors and, on its side facing a measuring surface 1 , a lens (not shown) or a glass fiber optic for focusing. About this light guide 4 , the light from the illuminating device 3 is directed onto the measuring surface 1 , and the reflectance, ie the back radiation, from the measuring surface 1 is passed via the light guide 4 to a reflectance sensor 7 , which is followed by a measured value processing device, the total is designated by 8. This measured value processing device 8 establishes a relationship between the measured reflectance values and the optical properties of the surface layers for determining the ink carrier densities. The Meßwertver processing device 8 comprises a Signalnormierungsein device 12 and a downstream evaluation device thirteenth In the signal normalization device 12 , the signal is normalized by means of reference level, regulation or quotient formation. With the help of the evaluation device 13 , the relative, quantitative determination of the color carrier ( s ) is carried out, and preferably one obtains at the output of the evaluation device 13 digital signals which are fed to a display device 9 . In order to control the device A, which is designed in principle in the construction, for the relative, quantitative determination of color carriers, a control device 14 is provided, which controls the process cycle in a clock-controlled manner by corresponding activation of the lighting device 3 , the signal normalization device 12 , the evaluation device 13 and the display device 9 . The Steuerein device 14 works in such a way that two remission measurements are carried out over the layer spectrum for at least one speci fi c spectral component of the optical spectrum and these are set in relation to the density or densities of the color carrier ( s ).
Anhand den Fig. 2 und 3 wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung A zur relativen, quantitativen Bestimmung von Farbträgern erläutert. In einem als Träger dienenden Gehäu se 11 ist eine Energieversorgungseinrichtung 10 unterge bracht, die die Energie für das Arbeiten der Meßwertverar beitungseinrichtung 8, die ebenfalls im Gehäuse 11 unter gebracht ist, und gegebenenfalls für die Beleuchtungseinrich tung 3 liefert. Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 3 und der beispielsweise auf der Haut liegenden Meßfläche 1 ist die Lichtführung 4 vorgesehen. Die Lichtwege sind in den Fig. 2 und 3 schematisch mit Pfeilen eingetragen. Die Remis sion von der Meßfläche 1 geht ebenfalls durch die Lichtfüh rung 4 und sie wird mit Hilfe eines Remissionssensors 7 er faßt. Um Umgebungseinflüsse weitgehend minimal zu halten, wird die Meßfläche 1 von einer Abdeckung 2 begrenzt, die bei spielsweise auf der Haut derart aufliegt, daß nur die Meß fläche 1 der Haut beispielsweise freiliegt. Durch die entspre chende Wahl der Größe der Meßfläche und der Lichtführung wer den die Auflösung und die Genauigkeit der Vorrichtung A be stimmt. Bei einer kleinen Meßfläche 1 erhält man eine hohe Auflösung und eine entsprechend hohe Genauigkeit. Insbesondere für medizinische Anwendungszwecke werden eine hohe Auflösung und hohe Genauigkeiten bevorzugt. Die Strahlrichtung von der Lichtführung 4 zu dem Remissionssensor 7 ist in Fig. 3 mit 5 bezeichnet. Der Lichtführung 4 ist auch ein Primärsensor 6 zugeordnet, mittels dem eine Beleuchtungsregelung der Be leuchtungseinrichtung 3 zur Erzielung optimaler Ergebnisse durchgeführt werden kann. Auf der Oberseite des Gehäuses 11 ist die Anzeigeeinrichtung 9 angeordnet. An embodiment of the device A for the relative, quantitative determination of color carriers is explained with reference to FIGS. 2 and 3. In a serving as a carrier housing 11 , an energy supply device 10 is brought under, which supplies the energy for working the measured value processing device 8 , which is also accommodated in the housing 11 , and, if appropriate, for the lighting device 3 . The light guide 4 is provided between the illuminating device 3 and the measuring surface 1 lying, for example, on the skin. The light paths are shown schematically with arrows in FIGS. 2 and 3. The Remis sion from the measuring surface 1 also goes through the Lichtfüh tion 4 and it is with the help of a reflectance sensor 7 he summarizes. In order to keep environmental influences to a minimum, the measuring surface 1 is limited by a cover 2 which, for example, rests on the skin in such a way that only the measuring surface 1 of the skin is exposed, for example. By the appropriate choice of the size of the measuring surface and the light guide who determines the resolution and accuracy of the device A be. With a small measuring area 1 , a high resolution and a correspondingly high accuracy are obtained. High resolution and high accuracies are preferred, in particular for medical applications. The beam direction from the light guide 4 to the reflectance sensor 7 is denoted by 5 in FIG. 3. The light guide 4 is also assigned a primary sensor 6 , by means of which a lighting control of the lighting device 3 can be carried out in order to achieve optimal results. The display device 9 is arranged on the top of the housing 11 .
Die Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 umfaßt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, eine Signalnormierungseinrichtung 12 und die Auswerteeinrichtung 13. Die Steuereinrichtung 14 ist zweckmäßigerweise in die Meßwertverarbeitungseinrich tung 8 insgesamt integriert. Die Anzeigeeinrichtung 9, die die Ausgangssignale von der Meßwertverarbeitungseinrich tung 8 vorzugsweise in digitaler Form erhält, wird zweck mäßigerweise von einer LCD-Anzeigeeinrichtung gebildet.As shown in FIG. 1, the measured value processing device 8 comprises a signal normalization device 12 and the evaluation device 13 . The control device 14 is expediently integrated into the device 8 as a whole in the measured value processing device 8 . The display device 9 , which preferably receives the output signals from the measured value processing device 8 in digital form, is expediently formed by an LCD display device.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 kann alternierend Licht zwei er verschiedener Farben abgeben. Die Beleuchtungseinrichtung 3 kann beispielsweise von Leuchtdioden als intern angeordnete Beleuchtungseinrichtung gebildet werden, deren Energiever sorgung über die Energieversorgungseinrichtung 10 erfolgt. Alternativ kann die Beleuchtungseinrichtung 3 die Umgebungs beleuchtung für das auf die Meßfläche 1 über die Lichtfüh rung 4 zu richtende Licht nutzen. Die Beleuchtungseinrich tung 3 kann gemäß zweckmäßigen Ausgestaltungsformen ein getaktetes Licht oder eine Dauerbeleuchtung liefern. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung zwei oder mehrere spektral unterschiedliche Strahlen liefern. Ferner kann die Beleuch tungseinrichtung 3 spektral unterschiedliche Beleuchtungs quellen umfassen, die über eine Umlaufeinrichtung steuerbar sind.The lighting device 3 can alternately emit light of two different colors. The lighting device 3 can be formed, for example, by light-emitting diodes as an internally arranged lighting device whose energy supply takes place via the energy supply device 10 . Alternatively, the lighting device 3 can use the ambient lighting for the light to be directed onto the measuring surface 1 via the light guide 4 . The illuminating device 3 can deliver a clocked light or permanent lighting according to expedient embodiments. Furthermore, the lighting device can deliver two or more spectrally different beams. Furthermore, the lighting device 3 can comprise spectrally different lighting sources which can be controlled via a circulation device.
Grundsätzlich ist jede Beleuchtung geeignet, deren spektrale Zusammensetzung bekannt ist. Sie kann durch eng- oder breit bandige Filter aus kontinuierlichen Lichtquellen oder durch Lichtquellen mit spezifischer Emission erzeugt werden. Sie muß derart ausgeprägt sein, daß eine Fluoreszenzanregung des Meßobjekts vermieden wird.Basically any lighting is suitable, its spectral Composition is known. It can be narrow or wide banded filter from continuous light sources or through Light sources with specific emissions are generated. they must be so pronounced that a fluorescence excitation of the test object is avoided.
Anstelle des in den Fig. 2 und 3 gezeigten Primärsensors 6 kann eine Beleuchtungsregelung für die Beleuchtungseinrich tung vorgesehen sein, die gegebenenfalls in die Meßwert verarbeitungseinrichtung 8 integriert sein kann.Instead of the primary sensor 6 shown in FIGS . 2 and 3, a lighting control for the illuminating device can be provided, which can optionally be integrated in the measured value processing device 8 .
Gemäß einer alternativen Ausbildungsform kann die Beleuch tungseinrichtung 3 polarisiertes Licht abgeben oder die Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 wertet polarisierte Meß lichtanteile aus.According to an alternative embodiment, the lighting device 3 can emit polarized light or the measured value processing device 8 evaluates polarized measuring light components.
Die Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 kann zwei oder mehrere Farbträger aus Messungen in zwei oder mehreren spezifischen Spektralbereichen bestimmen. Sie kann ferner auch so ausgelegt sein, daß die Meßwerte in zeitlichem Bezug zueinander insbesondere zur Reaktionserfassung gesetzt werden können. Die Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 ge stattet durch Einbeziehung von UV-Pegelmessungen, gegebenen falls, auch eine anwendungsbezogene Auswertung, so daß beispielsweise ein Lichtschutzfaktor bestimmt werden kann, der für die momentane Strahlungsbelastung geeignet ist.The measured value processing device 8 can determine two or more color carriers from measurements in two or more specific spectral ranges. It can also be designed so that the measured values can be related to one another in time, in particular for reaction detection. The measured value processing device 8 equips ge by including UV level measurements, if applicable, also an application-related evaluation, so that, for example, a sun protection factor can be determined which is suitable for the instantaneous radiation exposure.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Schaltplan für die Vor richtung A zur relativen, quantitativen Bestimmung von Farb trägern nach der Erfindung. Die Energieversorgungseinrich tung 10 steht in Verbindung mit einem zu einem Block zusam mengefaßten und insgesamt mit 15 bezeichneten Beleuchtungs- und Meßteil, das die Lichtführung 4, die Beleuchtungseinrich tung 3 und eine Sensorik 16 umfaßt. Fig. 4 shows a schematic circuit diagram for the device A before for the relative, quantitative determination of color carriers according to the invention. The Energieversorgungseinrich device 10 is connected to a combined and combined to a block and designated 15 lighting and measuring part comprising the light guide 4 , the illuminating device 3 and a sensor system 16 .
Die Sensorik 16 enthält den Remissionssensor 7 und den Primärsensor 6. Ferner steht die Energieversorgungseinrich tung 10 auch in Verbindung mit der Meßwertverarbeitungs einrichtung 8, die beim in Fig. 4 gezeigten Beispiel eine mit CPU bezeichnete zentrale Verarbeitungseinheit mit 8- Bit und einen integrierten Analog/Digital (A/D)-Wandler enthält. Zwischen der Sensorik 16 und der zentralen Ver arbeitungseinrichtung 17 ist ein Meßverstärker 18 zwischen geschaltet, dessen Ausgang an der zentralen Verarbeitungs einrichtung 17 als Eingang anliegt. Ferner enthält die Meß wertverarbeitungseinrichtung 8 einen Regelverstärker 19, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der Sensorik 16, d.h. dem Ausgang des Primärsensors 6, verbunden ist, während ein zweiter Eingang des Regelverstärkers 19 mit dem Aus gang der Taktgeber-Steuereinrichtung 14 verbunden ist. Die Taktgeber-Steuereinrichtung 14 ist mit der zentralen Verarbeitungseinrichtung 17 kommunizierend verbunden, d.h. ein Ausgang der zentralen Verarbeitungseinrichtung 17 ist mit einem Eingang der Taktgeber-Steuereinrichtung 14 und ein Ausgang der Taktgeber-Steuereinrichtung 14 ist mit einem Eingang der zentralen Verarbeitungseinrichtung 17 verbunden. Über die Taktgeber-Steuereinrichtung 14 im Zu sammenwirken mit der zentralen Verarbeitungseinrichtung 17 und über den Regelverstärker 19 wird die Beleuchtungsein richtung 3 in entsprechender Weise geregelt.The sensor system 16 contains the reflectance sensor 7 and the primary sensor 6 . Furthermore, the Energieversorgungseinrich device 10 is also in connection with the measured value processing device 8 , which in the example shown in FIG. 4 contains a central processing unit designated as a CPU with 8 bits and an integrated analog / digital (A / D) converter. Between the sensor system 16 and the central processing device 17 , a measuring amplifier 18 is interposed, the output of which is applied to the central processing device 17 as an input. Furthermore, the measurement processing device 8 contains a control amplifier 19 , one input of which is connected to the output of the sensor system 16 , ie the output of the primary sensor 6 , while a second input of the control amplifier 19 is connected to the output of the clock control device 14 . The clock control device 14 is communicatively connected to the central processing device 17 , ie an output of the central processing device 17 is connected to an input of the clock control device 14 and an output of the clock control device 14 is connected to an input of the central processing device 17 . About the clock control device 14 in cooperation with the central processing device 17 and the control amplifier 19 , the illuminating device 3 is regulated in a corresponding manner.
Mit der Energieversorgungseinrichtung 10 ist ferner die Anzeigeeinrichtung 9 verbunden, die beim in Fig. 4 ge zeigten Beispiel als LCD-Anzeige ausgebildet ist. Diese Anzeigeeinrichtung 9 wird über den Ausgang der zentralen Verarbeitungseinrichtung 17 angesteuert, um die jeweils in der Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 insgesamt zu er mittelnden Größen zur Anzeige zu bringen.With the power supply device 10 , the display device 9 is also connected, which in the example shown in FIG. 4 is designed as an LCD display. This display device 9 is controlled via the output of the central processing device 17 in order to display the quantities to be displayed in total in the measured value processing device 8 .
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voran gehend erläuterten Beispiele und deren Einzelheiten be schränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Mo difikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfalle treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Of course, the invention is not based on the previous one examples and their details limits, but there are numerous changes and Mon differences possible, which the specialist in case of need will meet without leaving the inventive concept.
Insbesondere kann die Vorrichtung A zur relativen, quanti tativen Bestimmung von Farbträgern nach der Erfindung so gestaltet sein, daß das als Träger dienende Gehäuse 11 in Mi niaturbauweise ausgeführt ist. Als Anzeigeeinrichtung 9 kommt nicht nur eine digitale Anzeige, wie eine LCD-Anzeige, in Betracht, sondern die Anzeigeeinrichtung 9 kann auch auf analoge Weise arbeiten. Selbstverständlich kann dann ein Ana log/Digital-Wandler entfallen, der bei dem Beispiel nach Fig. 4 in die Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 integriert ist. Ge gebenenfalls kann die Sensorik 16 auch für die jeweils zu analysierenden und zu bestimmenden Spektralbereiche, wie Rot färbung oder Gelbfärbung, gesonderte Remissionssensoren um fassen, die dann in entsprechender Weise schaltungstechnisch mit der Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 verbunden sind. Auch kann die Sensorik 16 derart ausgelegt sein, daß sie medi zinisch diagnostischen Zwecken dient, wobei auch beispiels weise das Bilirubin oder der momentane Grad, oder der zeit liche Verlauf eines Erythems, oder Anomalien der kapillaren Durchblutung oder Mikrozirkulation in der Haut, oder lokale Melaninanomalien bestimmt und berücksichtigt werden können.In particular, the device A for the relative, quantitative determination of color carriers according to the invention can be designed so that the housing 11 serving as a carrier is designed in miniature. The display device 9 is not only a digital display, such as an LCD display, but the display device 9 can also operate in an analog manner. An ana log / digital converter can of course then be omitted, which is integrated in the measured value processing device 8 in the example according to FIG. 4. If necessary, the sensor system 16 can also contain separate reflectance sensors for the spectral ranges to be analyzed and determined, such as red coloring or yellow coloring, which are then connected in a corresponding manner in terms of circuitry to the measured value processing device 8 . Also, the sensor system 16 can be designed in such a way that it serves medical diagnostic purposes, for example the bilirubin or the current degree, or the temporal course of an erythema, or abnormalities of capillary blood flow or microcirculation in the skin, or local melanin abnormalities can be determined and taken into account.
Auch können hierdurch nicht-farbvalenzmetrische Kennzahlen zur Beschreibung der menschlichen Haarfarbe bestimmt werden.This also enables non-color valence metrics to describe the human hair color.
In gleicher oder ähnlicher Weise können auch Farbtöne von tierischen Haaren ermittelt werden.In the same or a similar way, shades of animal hair can be determined.
Die Anzeigeeinrichtung 9 läßt sich ferner so auslegen, daß eine Warnung für kritische Strahlbelastungszustände ausge geben wird, um einen Anwender vor einer möglicherweise be vorstehenden Verbrennungsgefahr zu warnen, so daß sich dieser rechtzeitig von der Bestrahlungsquelle entfernen kann. In Abhängigkeit von dem gewünschten elektronischen Integrationsgrad kann die Meßwertverarbeitungseinrichtung 8 auch als Mikroprozessor in Modulbauweise ausgelegt werden, wobei dann nur noch die Verbindung mit der Beleuchtungseinrich tung 3, der Sensorik 16 und der Anzeigeeinrichtung 9 herge stellt zu werden braucht. Hierbei ist auch eine in entspre chender Weise programmierbare Mikroprozessoreinrichtung an wendbar, die durch ihre entsprechende Programmierung an den jeweils gewünschten Anwendungszweck auf einfache Weise angepaßt werden kann.The display device 9 can also be designed in such a way that a warning for critical radiation exposure states is issued in order to warn a user of a possible risk of burns, so that the user can remove the radiation source in good time. Depending on the desired degree of electronic integration, the measured value processing device 8 can also be designed as a microprocessor in a modular design, in which case only the connection with the lighting device 3 , the sensor system 16 and the display device 9 needs to be established. In this case, a microprocessor device which can be programmed in a corresponding manner can also be used, which can be adapted in a simple manner by its corresponding programming to the desired application.
Bezugszeichen:Reference number:
A Vorrichtung zur relativen, quantitativen Bestimmung
der Farbträger insgesamt
1 Meßfläche
2 Lichtabdeckung
3 Beleuchtungseinrichtung
4 Lichtführung
5 Strahlrichtung
6 Primärsensor
7 Remissionssensor
8 Meßwertverarbeitungseinrichtung
9 Anzeigeeinrichtung
10 Energieversorgungseinrichtung
11 Gehäuse oder Träger
12 Signalnormierungseinrichtung
13 Auswerteeinrichtung
14 Steuereinrichtung
15 Beleuchtungs- und Meßteil
16 Sensorik
17 zentrale Verarbeitungseinrichtung (CPU)
18 Meßverstärker
19 Regelverstärker A device for the relative, quantitative determination of the color carriers as a whole
1 measuring surface
2 light cover
3 lighting device
4 light control
5 beam direction
6 primary sensor
7 reflectance sensor
8 measured value processing device
9 display device
10 energy supply device
11 housing or carrier
12 signal normalization device
13 evaluation device
14 control device
15 lighting and measuring part
16 sensors
17 central processing device (CPU)
18 measuring amplifier
19 control amplifier
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