DE102019210253A1

DE102019210253A1 - Reflector device for an optical analysis device and method for operating a reflector device

Info

Publication number: DE102019210253A1
Application number: DE102019210253.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Merz; Martin Husnik; Eugen Baumgart; Maximilian Busch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-01-14
Also published as: WO2021004984A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Reflektoreinrichtung (1) für eine optische Analyseeinrichtung umfassend zumindest eine Lichtquelle (3); eine Detektoreinrichtung (4); und ein Gehäuse (G) mit zumindest einer Lichtquellenfassung (3a), in welcher die Lichtquelle (3) angeordnet ist und mit einer Detektorfassung (4a), in welcher die Detektoreinrichtung (4) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (G) weiterhin einen planaren Bodenbereich (BB) und einen Seitenwandbereich (SB) umfasst, welcher für ein von der Lichtquelle (3) emittierten Lichts (3b) reflektierendes Material umfasst, wobei der Seitenwandbereich (SB) sich in einer Richtung vom Bodenbereich (BB) weg und in einer Lichtabstrahlrichtung (F) der Lichtquelle (3) erstreckt und zumindest bereichsweise zumindest eine Ellipse um den Bodenbereich (BB) beschreibt, in deren ersten Brennpunkt (BP1) die Lichtquellenfassung (3a) und in deren zweiten Brennpunkt (BP2) die Detektorfassung (4a) angeordnet ist.The present invention provides a reflector device (1) for an optical analysis device comprising at least one light source (3); a detector device (4); and a housing (G) with at least one light source holder (3a) in which the light source (3) is arranged and with a detector holder (4a) in which the detector device (4) is arranged, the housing (G) also being a planar one Base area (BB) and a side wall area (SB) which comprises material reflecting for a light (3b) emitted by the light source (3), the side wall area (SB) extending in a direction away from the base area (BB) and in a light emission direction (F) extends the light source (3) and at least partially describes at least one ellipse around the base area (BB), in whose first focal point (BP1) the light source holder (3a) and in whose second focal point (BP2) the detector holder (4a) is arranged .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflektoreinrichtung für eine optische Analyseeinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Reflektoreinrichtung zum Analysieren einer Probe.The present invention relates to a reflector device for an optical analysis device and a method for operating a reflector device for analyzing a sample.

Stand der TechnikState of the art

Beleuchtungsreflektoren können dazu genutzt werden Licht in einem breiten sichtbaren oder infraroten Wellenlängenbereich auf eine Probe zu strahlen, welches von dieser Probe nach einer Wechselwirkung auf einen Detektor zurückreflektiert oder gestreut werden kann und durch Absorption während der Wechselwirkung mit der Probe eine spektrale Information über die Probe enthält.Illumination reflectors can be used to radiate light in a broad visible or infrared wavelength range onto a sample, which light can be reflected back or scattered by this sample after an interaction to a detector and contains spectral information about the sample through absorption during the interaction with the sample .

Übliche Beleuchtungsreflektoren weisen eine Lichtquelle mit einem Abstrahlbereich zur Probe hin und einen Detektionsbereich mit einem bestimmten Sichtfeld auf. Der Abstrahlbereich der Lichtquelle, also eine Beleuchtungsrichtung, kann die Probe dabei in einem bestimmten Bereich bestrahlen. Da die Lichtquelle und die Detektoreinrichtung jedoch räumlich voneinander getrennt sein sollten, können sich meist der Beleuchtungsbereich und das Sichtfeld des Detektors nur teilweise überlappen. Um diesen Überlapp möglichst groß zu gestalten, ist üblicherweise eine bestimmte Distanz zwischen Beleuchtungsreflektor und der Probe nötig, was Streulicht aus der Umgebung im Beleuchtungsbereich zulassen kann. Übliche Beleuchtungsreflektoren können eine parabolische Grundform aufweisen um Licht in Richtung der Probe zu Kollimieren.Conventional illuminating reflectors have a light source with an emission area towards the sample and a detection area with a specific field of view. The emission area of the light source, that is to say a direction of illumination, can irradiate the sample in a specific area. However, since the light source and the detector device should be spatially separated from one another, the illumination area and the field of view of the detector can usually only partially overlap. In order to make this overlap as large as possible, a certain distance between the illumination reflector and the sample is usually necessary, which can allow for scattered light from the surroundings in the illumination area. Conventional illuminating reflectors can have a parabolic basic shape in order to collimate light in the direction of the sample.

Meist kann eine Kollimation erst bei einer 20-fachen Größe des Reflektors gegenüber der Lichtquelle erreicht werden, was durch eingeschränkte Bauraumsituationen bei Mikrospektrometern begrenzt sein kann. Übliche minimale Abstände zwischen Probe und Gehäuse, bei welchen ein Beleuchtungsfleck mit einem Intensitätsmaximum direkt im Sichtfeld des Detektors entstehen kann, können meist etwa 10 mm betragen.In most cases, collimation can only be achieved when the reflector is 20 times the size of the light source, which can be limited by the limited installation space for microspectrometers. Usual minimum distances between the sample and the housing, at which an illumination spot with an intensity maximum can arise directly in the field of view of the detector, can usually be around 10 mm.

In der EP 1508795 A1 wird ein Absorptionsspektrometer mit einem wellenlängendispersiven Element beschrieben. Eine wellenlängenabhängige Ablenkung kann Licht unterschiedlicher Wellenlängen auf unterschiedliche Bereiche eines Detektors ablenken und das Licht analysieren.In the EP 1508795 A1 describes an absorption spectrometer with a wavelength dispersive element. A wavelength-dependent deflection can deflect light of different wavelengths onto different areas of a detector and analyze the light.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Reflektoreinrichtung für eine optische Analyseeinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Reflektoreinrichtung zum Analysieren einer Probe nach Anspruch 15.The present invention provides a reflector device for an optical analysis device according to claim 1 and a method for operating a reflector device for analyzing a sample according to claim 15.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Reflektoreinrichtung für eine optische Analyseeinrichtung anzugeben, mit welcher eine Probe beleuchtet werden kann und ein von der Probe rückgestrahltes Licht an einer Detektorfassung gesammelt werden kann. Die Reflektoreinrichtung zeichnet sich durch eine gezieltere und somit verbesserte Beleuchtung der Probe in jenem Bereich aus, welcher von der Detektorfassung aus erfassbar ist. Dadurch kann ein Auseinanderliegen von Beleuchtungsbereich und Detektionsbereich an der Probe verringert oder vermieden werden.The idea on which the present invention is based consists in specifying a reflector device for an optical analysis device with which a sample can be illuminated and a light reflected from the sample can be collected at a detector mount. The reflector device is characterized by a more targeted and thus improved illumination of the sample in that area which can be detected by the detector mount. As a result, a spacing of the illumination area and the detection area on the sample can be reduced or avoided.

Erfindungsgemäß umfasst eine Reflektoreinrichtung für eine optische Analyseeinrichtung zumindest eine Lichtquelle; eine Detektoreinrichtung; und ein Gehäuse mit zumindest einer Lichtquellenfassung, in welcher die Lichtquelle angeordnet ist und mit einer Detektorfassung, in welcher die Detektoreinrichtung angeordnet ist, wobei das Gehäuse weiterhin einen planaren Bodenbereich und einen Seitenwandbereich umfasst, welcher für ein von der Lichtquelle emittierten Lichts reflektierendes Material umfasst, wobei der Seitenwandbereich sich in einer Richtung vom Bodenbereich weg und in einer Lichtabstrahlrichtung der Lichtquelle erstreckt und dessen Seitenwände zumindest bereichsweise zumindest eine Ellipse um den Bodenbereich beschreiben, in deren ersten Brennpunkt die Lichtquellenfassung und in deren zweiten Brennpunkt die Detektorfassung angeordnet ist.According to the invention, a reflector device for an optical analysis device comprises at least one light source; a detector means; and a housing with at least one light source holder in which the light source is arranged and with a detector holder in which the detector device is arranged, wherein the housing further comprises a planar bottom region and a side wall region which comprises a material that is reflective for a light emitted by the light source, wherein the side wall area extends in a direction away from the base area and in a light emission direction of the light source and whose side walls at least partially describe at least one ellipse around the base area, in whose first focal point the light source holder and in whose second focal point the detector holder is arranged.

Die Detektoreinrichtung kann einen optischen Sensor umfassen, beispielsweise zum Erzeugen eines Spektrums, also um beispielsweise Intensitäten über die Wellenlänge zu ermitteln. Die Detektorfassung kann vorteilhaft eine optische Apertur zum Beleuchtungsbereich auf der Probe darstellen.The detector device can comprise an optical sensor, for example to generate a spectrum, that is to say, for example, to determine intensities over the wavelength. The detector mount can advantageously represent an optical aperture to the illumination area on the sample.

Die Lichtquelle kann Licht in einem breiten sichtbaren oder infraroten Wellenlängenbereich emittieren. Das Licht kann mit den Materialien der Probe wechselwirken und als reflektiertes und/oder gestreutes Licht ein Absorptionsspektrum aufweisen, welches durch die Detektoreinrichtung und durch eine etwaige weitere Auswerteeinrichtung einer Analyseeinrichtung ausgewertet werden kann. Folglich kann eine Materialzusammensetzung der Probe ermittelt werden.The light source can emit light in a wide range of visible or infrared wavelengths. The light can interact with the materials of the sample and, as reflected and / or scattered light, have an absorption spectrum which can be evaluated by the detector device and by any further evaluation device of an analysis device. Consequently, a material composition of the sample can be determined.

Der planare Bodenbereich kann eine Vorderseite der Reflektoreinrichtung definieren und der Probe beim Auflegen auf dieser oder beim Annähern an diese zugewandt sein.The planar floor area can define a front side of the reflector device and face the sample when it is placed on it or when it approaches it.

Die Seitenwände des Seitenwandbereichs können direkt an den Bodenbereich anschließen und zumindest bereichsweise senkrechte Innenwände des Seitenwandbereichs umfassen, welche sich vertikal vom Bodenbereich wegerstrecken können. Die elliptische Form der vertikalen Innenwände des Seitenwandbereichs kann hierbei als Reflektor für das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht wirken und ist vorteilhaft an jener Vorderseite aus Richtung der Probe aus sichtbar. Das Licht von der Lichtquelle kann teilweise direkt auf die Probe gestrahlt werden und teilweise auch auf die vertikalen Innenwände treffen, von welchen aus es unter dem Bezug von gleichem Einfalls- und Ausfallswinkel betreffend dessen vertikaler und horizontaler Komponente reflektiert werden kann. In vertikaler Richtung zum Bodenbereich wird das Licht zur Probe hin gelenkt und in horizontaler Richtung fokussiert die Ellipsenform das Licht vorteilhaft im zweiten Brennpunkt. Da sich die Lichtquelle vertikal versetzt bezüglich der Innenwände befinden kann, kann somit eine Komponente des abgestrahlten Lichts in einer Richtung vertikal, also senkrecht zum Bodenbereich, auf die Probe gestrahlt werden und die horizontale Komponente eine Fokussierung am oder um den zweiten Brennpunkt der Ellipse erhalten. Folglich kann eine Konzentration des abgestrahlten Lichts auf einem Bereich der Probe über dem zweiten Brennpunkt erfolgen, welcher sich mit dem Sichtfeld der Detektoreinrichtung decken kann. Der planare Bodenbereich kann somit im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Probe liegen. Durch eine derartige seitliche Lichtführung, also der Reflexion an den elliptischen Wänden, und durch die zusätzliche vertikale Komponente kann die Probe also verstärkt im Sichtfeld der Detektoreinrichtung bestrahlt werden und ein Abstand zwischen dem Gehäuse, vorteilhaft einer Stirnfläche des Gehäuses zur Probe hin, reduziert werden und das Gehäuse vorteilhaft nah an der Probe oder direkt auf dieser aufliegend angeordnet werden. Ein Abstand zwischen Probe und Gehäuse (deren Oberseite kann einer Stirnfläche entsprechen) kann von üblichen 10 mm auf etwa 2 mm oder weniger reduziert werden.The side walls of the side wall area can directly adjoin the bottom area and at least in some areas comprise vertical inner walls of the side wall area which can extend vertically away from the bottom area. The elliptical shape of the vertical inner walls of the side wall area can act as a reflector for the light emitted by the light source and is advantageously visible on that front side from the direction of the sample. The light from the light source can partly be radiated directly onto the sample and partly also hit the vertical inner walls, from which it can be reflected with reference to the same angle of incidence and reflection of its vertical and horizontal components. The light is directed towards the sample in the vertical direction towards the bottom area and the elliptical shape focuses the light advantageously in the second focal point in the horizontal direction. Since the light source can be located vertically offset with respect to the inner walls, a component of the emitted light can be radiated onto the sample in a vertical direction, i.e. perpendicular to the base area, and the horizontal component can be focused at or around the second focal point of the ellipse. As a result, the emitted light can be concentrated on a region of the sample above the second focal point which can coincide with the field of view of the detector device. The planar bottom area can thus lie essentially parallel to the surface of the sample. Through such a lateral light guide, i.e. the reflection on the elliptical walls, and through the additional vertical component, the sample can be irradiated to a greater extent in the field of view of the detector device and a distance between the housing, advantageously an end face of the housing towards the sample, can be reduced and the housing can advantageously be arranged close to the sample or directly resting on it. A distance between the sample and the housing (the top of which can correspond to an end face) can be reduced from the usual 10 mm to about 2 mm or less.

Auch der planare Bodenbereich kann ein reflektierendes Material umfassen. Die Lichtquellenfassung und Detektorfassung kann eine Struktur, eine Halterung, eine Schacht, einen Montagesockel, eine Ausnehmung oder weiteres umfassen um die Lichtquelle und Detektoreinrichtung jeweils darin anzuordnen, zu fixieren oder zu montieren.The planar floor area can also comprise a reflective material. The light source holder and detector holder can comprise a structure, a holder, a shaft, a mounting base, a recess or others in order to arrange, fix or mount the light source and detector device therein.

Das Gehäuse kann dabei kostengünstig und einfach hergestellt werden, beispielsweise mit einem Spritzgussverfahren. Die Reflektoreinrichtung kann beispielsweise aus Spritzgussteilen oder aus Vollmaterial, vorteilhaft aus reflektiv beschichteten oder geprägten, gefräst werden. Das Beschichtungsmaterial kann Gold, Silber oder Aluminium umfassen. Des Weiteren kann eine Schutzschicht auf der Beschichtung aufgebracht sein, um das Beschichtungsmaterial vor Oxidation zu schützen.The housing can be manufactured inexpensively and easily, for example with an injection molding process. The reflector device can be milled, for example, from injection molded parts or from solid material, advantageously from reflective coated or embossed parts. The coating material can comprise gold, silver or aluminum. Furthermore, a protective layer can be applied to the coating in order to protect the coating material from oxidation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung erstreckt sich der Seitenwandbereich in einer Richtung senkrecht vom Bodenbereich weg und in einer Lichtabstrahlrichtung der Lichtquelle.According to a preferred embodiment of the reflector device, the side wall area extends in a direction perpendicularly away from the base area and in a light emission direction of the light source.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung erstreckt sich der Seitenwandbereich in einer Richtung abweichend von einer senkrechten Richtung auf den Bodenbereich weg von diesem und in einer Lichtabstrahlrichtung der Lichtquelle, wobei die zumindest bereichsweise Ellipsenform der Seitenwände mit einem Abstand über dem Bodenbereich variiert.According to a preferred embodiment of the reflector device, the side wall area extends in a direction deviating from a perpendicular direction to the floor area away from it and in a light emission direction of the light source, the at least regionally elliptical shape of the side walls varying at a distance above the floor area.

Die Werte der großen (a) und kleinen Halbachse (b) der Ellipse in einer jeden Ebene über dem Bodenbereich können entlang der Höhe der Seitenwand variieren, vorteilhaft derart dass die Seitenwand von einer senkrechten Ausrichtung auf den Bodenbereich abweichen kann. Beispielsweise kann die große Halbachse a durch eine lineare Beziehung ersetzt werden, also etwa a = m*SB-h + a0 mit der Höhe SB-h der Seitenwand über dem Bodenbereich und einer Steigung m, etwa im Bereich zwischen 0,25 bis 1, und einem Grundwert für die große Halbachse a0 der Ellipse am Bodenbereich. Mit steigendem Abstand der Seitenwandhöhe vom Bodenbereich kann die Länge der großen Halbachse a zunehmen, oder auch abnehmen. Durch Umformen der Gleichung erhält man den Ausdruck für die kleine Halbachse nach b²= (m*SB-h + a0)² - e². Die Position e der Lichtquelle zum Mittelpunkt der Ellipse kann dabei konstant bleiben, die Ellipse selber kann dann mit steigendem Abstand immer größer werden und nähert sich asymptotisch einem Kreis an.The values of the major (a) and minor semiaxis (b) of the ellipse in each plane above the floor area can vary along the height of the side wall, advantageously such that the side wall can deviate from a perpendicular orientation to the floor area. For example, the major semi-axis a can be replaced by a linear relationship, i.e. approximately a = m * SB-h + a0 with the height SB-h of the side wall above the floor area and a slope m, approximately in the range between 0.25 to 1, and a basic value for the semi-major axis a0 of the ellipse at the bottom. As the distance between the height of the side wall and the floor area increases, the length of the major semi-axis a can increase or decrease. By transforming the equation, one obtains the expression for the minor semi-axis according to b ² = (m * SB-h + a0) ² - e ² . The position e of the light source to the center of the ellipse can remain constant, the ellipse itself can then become larger and larger with increasing distance and approaches a circle asymptotically.

In jeder zum Bodenbereich parallelen Ebene können die Seitenwände durch eine Ellipsengleichung mit konstantem e (Exzentrizität) beschrieben werden, wodurch die fokussierende Eigenschaft des Reflektors in jeder zum Bodenbereich parallelen Ebene erhalten bleiben kann. Ein Abschrägen der Seitenwände kann Vorteile hinsichtlich der Fertigung mitbringen, etwa mit einem Diamantfräskopf. Der Verlauf der Halbachsen ist dabei nicht auf eine lineare Beziehung beschränkt sondern kann auch eine quadratische oder beliebige andere mathematische Beziehung bilden, die etwa eine nicht hinterschnittene Form erzeugen kann.In every plane parallel to the floor area, the side walls can be described by an elliptical equation with constant e (eccentricity), whereby the focusing property of the reflector can be retained in every plane parallel to the floor area. Bevelling the side walls can bring advantages in terms of production, for example with a diamond milling head. The course of the semi-axes is not limited to a linear relationship but can also form a quadratic or any other mathematical relationship that can produce a non-undercut shape, for example.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung weist der Seitenwandbereich an einer dem Bodenbereich abgewandten Seite eine planare Oberseite auf, auf welcher ein transparenter Deckel angeordnet ist, der den Bodenbereich überspannt, und wobei die planare Oberseite parallel zu einer Ebene des planaren Bodenbereichs ist.According to a preferred embodiment of the reflector device, the side wall area has a planar top side on a side facing away from the base area, on which a transparent cover is arranged, which covers the base area spanned, and wherein the planar top is parallel to a plane of the planar bottom region.

Die planare Oberseite kann die Stirnfläche des Gehäuses bilden, parallel zum planaren Bodenbereich sein und auf die Probe aufgesetzt werden oder dieser zumindest zugewandt sein.The planar top side can form the end face of the housing, be parallel to the planar bottom area and be placed on the sample or at least face it.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung ist das Gehäuse von einer dem planaren Bodenbereich und dem Seitenwandbereich abgewandten Unterseite als TO-Gehäuse ausgeformt.According to a preferred embodiment of the reflector device, the housing is shaped as a TO housing from an underside facing away from the planar bottom area and the side wall area.

Das TO-Gehäuse (transistor oriented) kann ein für das abgestrahlte Licht reflektierendes Material, beispielsweise ein Metall, umfassen oder an dem Bodenbereich und den Innenwänden des Seitenwandbereichs eine reflektierende Beschichtung umfassen. Das TO-Gehäuse kann weiterhin einen Sockel und/oder Leiteranschlüsse für die Lichtquelle und den Detektor und/oder weitere Anschlüsse für ein Messsignal aufweisen.The TO housing (transistor oriented) can comprise a material that reflects the emitted light, for example a metal, or it can comprise a reflective coating on the bottom area and the inner walls of the side wall area. The TO housing can furthermore have a base and / or conductor connections for the light source and the detector and / or further connections for a measurement signal.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung umfasst die Lichtquelle eine thermische Glühbirne oder eine LED.According to a preferred embodiment of the reflector device, the light source comprises a thermal light bulb or an LED.

Des Weiteren kann auch eine Infrarot-Lichtquelle eingesetzt werden.An infrared light source can also be used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung ist bereichsweise auf dem planaren Bodenbereich und lateral um die Detektorfassung herum eine kegelstumpfförmige Erhebung ausgeformt, welche sich in der Lichtabstrahlrichtung über dem planaren Bodenbereich und höchstens bis zu einer planaren Oberseite des Seitenwandbereichs erhebt.According to a preferred embodiment of the reflector device, a frustoconical elevation is formed on the planar floor area and laterally around the detector socket, which rises in the light emission direction above the planar floor area and at most up to a planar top side of the side wall area.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung ist in der kegelstumpfförmigen Erhebung eine rotationssymmetrische Ausnehmung eingebracht, welche einen Rotationsellipsoid um eine Rotationsachse beschreibt, in dessen ersten Brennpunkt sich die Lichtquelle befindet und in dessen zweiten Brennpunkt sich ein Schnittpunkt der Rotationsachse mit einer Normalen durch die Detektorfassung befindet.According to a preferred embodiment of the reflector device, a rotationally symmetrical recess is made in the frustoconical elevation, which describes an ellipsoid of rotation about an axis of rotation, in whose first focal point the light source is located and in whose second focal point there is an intersection of the axis of rotation with a normal through the detector socket.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung befindet sich der Schnittpunkt an einer Schnitthöhe über einer planaren Oberseite des Seitenwandbereichs.According to a preferred embodiment of the reflector device, the point of intersection is located at a cutting height above a planar top side of the side wall region.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung umfasst die kegelstumpfförmige Erhebung eine konische Ausnehmung lateral um die Detektorfassung herum, welche eine Öffnung zum planaren Bodenbereich hin aufweist und Seitenwände umfasst, auf welchen eine absorbierende Beschichtung aufgebracht istAccording to a preferred embodiment of the reflector device, the frustoconical elevation comprises a conical recess laterally around the detector mount, which has an opening towards the planar bottom area and comprises side walls on which an absorbent coating is applied

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung weist die Lichtquelle an deren Oberseite eine reflektierende Beschichtung und/oder der Deckel in einem Bereich über der Lichtquelle bereichsweise die reflektierende Beschichtung auf.According to a preferred embodiment of the reflector device, the light source has a reflective coating on its upper side and / or the cover has the reflective coating in some areas in an area above the light source.

Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Kuppe mit der Metallisierung auf der Oberseite (In Abstrahlrichtung) aufweisen, vorteilhaft einfach bei einer Glühbirne.The light source can, for example, have a dome with the metallization on the top (in the direction of radiation), advantageously simple in the case of a light bulb.

Die reflektierende Beschichtung kann eine Metallisierung umfassen.The reflective coating can comprise a metallization.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung umfasst diese zwei oder mehrere Lichtquellenfassungen mit jeweils einer Lichtquelle, wobei jeweils eine der Lichtquellenfassungen und die Detektorfassung in dem ersten und zweiten Brennpunkt einer jeweiligen Ellipse angeordnet sind, wobei sich die Ellipsen um die Detektorfassung herum teilweise überlappen.According to a preferred embodiment of the reflector device, it comprises two or more light source sockets, each with a light source, one of the light source sockets and the detector socket being arranged in the first and second focal point of a respective ellipse, the ellipses partially overlapping around the detector socket.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Reflektoreinrichtung umfasst der Deckel über der Detektorfassung eine zylindrische Ausnehmung, in welcher ein Schutzglas eingesetzt ist, durch welches mittels Lichtbrechung eine Normale durch die Detektorfassung, entlang welcher Licht von einer Probe in die Detektorfassung einstrahlbar ist, parallel zu dieser Normalen verschiebbar ist.According to a preferred embodiment of the reflector device, the cover over the detector mount comprises a cylindrical recess in which a protective glass is inserted, through which a normal through the detector mount, along which light from a sample can be radiated into the detector mount, can be displaced parallel to this normal by means of light refraction is.

Erfindungsgemäß umfasst eine optische Analyseeinrichtung eine erfindungsgemäße Reflektoreinrichtung und weiterhin eine Auswerteeinrichtung, welche zum Auswerten eines Messsignals von der Detektoreinrichtung eingerichtet ist.According to the invention, an optical analysis device comprises a reflector device according to the invention and furthermore an evaluation device which is set up to evaluate a measurement signal from the detector device.

Die optische Analyseeinrichtung kann vorteilhaft als ein Spektrometer, beispielsweise als ein miniaturisiertes oder Mikrospektrometer, ausgebildet sein, wobei die Auswerteeinrichtung und die Detektoreinrichtung dazu eingerichtet sind ein Spektrum des detektierten Lichts von der Probe zu erzeugen. Das von der Auswerteeinrichtung verarbeitete Messsignal kann beispielsweise mit bekannten Datensätzen verglichen werden und die Probe identifiziert und deren Materialien bestimmt werden, beispielsweise durch chemometrische Verfahren.The optical analysis device can advantageously be designed as a spectrometer, for example as a miniaturized or microspectrometer, the evaluation device and the detector device being set up to generate a spectrum of the detected light from the sample. The measurement signal processed by the evaluation device can, for example, be compared with known data records and the sample can be identified and its materials determined, for example by means of chemometric methods.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer Reflektoreinrichtung zum Analysieren einer Probe ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Reflektoreinrichtung; ein Aufsetzen der Reflektoreinrichtung auf die Probe, derart dass die Detektorfassung und der Bodenbereich mit der Lichtquellenfassung der Probe zugewandt sind und ein zu analysierender Bereich der Probe sich über der Detektorfassung oder über einem Einstrahlbereich der Detektorfassung befindet; ein Beleuchten der Probe durch die Lichtquelle; ein Detektieren eines von der Probe reflektierten Lichts durch die Detektoreinrichtung und ein Erzeugen eines Spektrums; und ein Auswerten des Spektrums durch eine Auswerteeinrichtung und ein Ermitteln eines in der Probe vorhandenen Materials.According to the invention, in the method for operating a reflector device for analyzing a sample, a reflector device according to the invention is provided; placing the reflector device on the sample in such a way that the detector holder and the base area with the light source holder face the sample and close to the analyzing area of the sample is located above the detector mount or above an irradiation area of the detector mount; illuminating the sample with the light source; detecting a light reflected from the sample by the detector device and generating a spectrum; and evaluating the spectrum by an evaluation device and determining a material present in the sample.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse direkt auf die Probe aufgesetzt.According to a preferred embodiment of the method, the housing is placed directly on the sample.

Das Gehäuse kann direkt auf die Probe aufgelegt werden, um so Bewegungsartefakte zu verringern oder sogar zu vermeiden und Umgebungslicht besser oder gänzlich vom zu bestrahlenden und analysierenden Bereich der Probe abzuschirmen zu können.The housing can be placed directly on the sample in order to reduce or even avoid movement artifacts and to be able to better or completely shield ambient light from the area of the sample to be irradiated and analyzed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gehäuse um eine Distanz beabstandet über der Probe angeordnet.According to a preferred embodiment of the method, the housing is arranged at a distance above the sample.

Das Verfahren kann sich auch durch die in Verbindung mit der Reflektoreinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The method can also be distinguished by the features mentioned in connection with the reflector device and their advantages, and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand den in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1a - c schematische Seitenansichten der Reflektoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2a - b eine schematische Draufsicht der Reflektoreinrichtung aus der 1;
3 eine schematische Draufsicht der Reflektoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Seitenansicht einer optischen Analyseeinrichtung mit der Reflektoreinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3;
5 eine schematische Seitenansicht der Reflektoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6a - b schematische Draufsichten der Reflektoreinrichtung gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;
7 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben einer Reflektoreinrichtung zum Analysieren einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Draufsicht auf einen Seitenwandbereich einer Reflektoreinrichtung gemäß eine weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
9 eine Draufsicht auf einen Seitenwandbereich einer Reflektoreinrichtung gemäß eine weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments specified in the schematic figures of the drawing. Show it:

1a - c schematic side views of the reflector device according to an embodiment of the present invention;
2a - b a schematic plan view of the reflector device from FIG 1 ;
3 a schematic plan view of the reflector device according to a further embodiment of the present invention;
4th a schematic side view of an optical analysis device with the reflector device according to the embodiment of FIG 3 ;
5 a schematic side view of the reflector device according to a further embodiment of the present invention;
6a - b schematic top views of the reflector device according to further exemplary embodiments of the present invention;
7th a block diagram of method steps of a method for operating a reflector device for analyzing a sample according to an embodiment of the present invention;
8th a plan view of a side wall area of a reflector device according to a further embodiment of the present invention; and
9 a plan view of a side wall area of a reflector device according to a further embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote identical or functionally identical elements.

1a - c zeigen schematische Seitenansichten der Reflektoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1a - c show schematic side views of the reflector device according to an embodiment of the present invention.

Die 1a, 1b und 1c zeigen alle die gleiche Ausführung der Reflektoreinrichtung 1, jedoch aus unterschiedlichen perspektivischen Blickrichtungen.The 1a , 1b and 1c all show the same design of the reflector device 1 , but from different perspectives.

Die Reflektoreinrichtung 1 für eine optische Analyseeinrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle 3; eine Detektoreinrichtung 4; und ein Gehäuse G mit zumindest einer Lichtquellenfassung 3a, in welcher die Lichtquelle 3 angeordnet ist und mit einer Detektorfassung 4a, in welcher die Detektoreinrichtung 4 angeordnet ist, wobei das Gehäuse G weiterhin einen planaren Bodenbereich BB und einen Seitenwandbereich SB umfasst, welcher für ein von der Lichtquelle 3 emittierten Lichts reflektierendes Material umfasst, wobei der Seitenwandbereich SB sich in einer Richtung, etwa senkrecht, vom Bodenbereich BB weg und in einer Lichtabstrahlrichtung F der Lichtquelle 3 erstreckt und dessen Seitenwände zumindest bereichsweise zumindest eine Ellipse um den Bodenbereich BB beschreiben, in deren ersten Brennpunkt die Lichtquellenfassung 3a und in deren zweiten Brennpunkt die Detektorfassung 4a angeordnet ist.The reflector device 1 for an optical analysis device comprises at least one light source 3 ; a detector device 4th ; and a housing G with at least one light source holder 3a in which the light source 3 is arranged and with a detector socket 4a in which the detector device 4th is arranged, wherein the housing G further a planar bottom region BB and a side wall region SB includes which for one of the light source 3 comprises emitted light reflective material, wherein the side wall region SB in one direction, approximately perpendicular, away from the floor area BB and in a light emission direction F of the light source 3 extends and its side walls at least partially describe at least one ellipse around the bottom area BB, in whose first focal point the light source holder 3a and the detector socket in its second focal point 4a is arranged.

Das Gehäuse G kann von einer dem planaren Bodenbereich BB und dem Seitenwandbereich SB abgewandten Unterseite als TO-Gehäuse ausgeformt sein. Die Lichtquelle 3 kann eine thermische Glühbirne oder eine LED umfassen.The housing G can comprise one of the planar bottom area BB and the side wall area SB be formed as a TO housing facing away from the bottom. The light source 3 may include a thermal light bulb or an LED.

Auf dem planaren Bodenbereich BB und lateral um die Detektorfassung 4a herum kann bereichsweise eine kegelstumpfförmige Erhebung D ausgeformt sein, welche sich in der Lichtabstrahlrichtung F über dem planaren Bodenbereich BB und höchstens bis zu einer planaren Oberseite SB1 des Seitenwandbereichs SB erhebt. Hierbei kann die planare Oberseite SB1 des Seitenwandbereichs SB in allen Bereichen eine konstante Höhe über dem Bodenbereich BB aufweisen und als flache Auflagefläche (Stirnseite) des Gehäuses G dienen.On the planar floor area BB and laterally around the detector socket 4a around a frustoconical elevation can in some areas D. be formed, which is in the light emission direction F above the planar bottom area BB and at most up to a planar top side SB1 of the side wall area SB raises. Here, the planar top SB1 of the side wall area SB have a constant height above the bottom area BB in all areas and serve as a flat support surface (end face) of the housing G.

Die kegelstumpfförmige Erhebung D kann einem Kegel entsprechen, dessen Mittelachse einer Normalen durch die Detektorfassung entsprechen kann. Jener Teil des Bodenbereichs BB, welcher direkt an die Lichtquellenfassung 3a anliegt, ist vorzugsweise planar, mit anderen Worten erstreckt sich die kegelstumpfförmige Erhebung D nicht bis zur Lichtquellenfassung 3a. Durch die kegelstumpfförmige Erhebung D kann Licht, welches die Lichtquellenfassung verlässt, teilweise auf die kegelstumpfförmige Erhebung D auftreffen und vertikal in Richtung der Probe angestrahlt werden, so dass weniger Licht der Lichtquelle in die Detektorfassung gelangen kann. Die kegelstumpfförmige Erhebung D kann vorteilhaft dann zum Einsatz kommen, wenn auf der planaren Oberseite SB1 ein Deckel aufliegt, also von diesem ein Teil des Lichts von der Lichtquelle zurück zum Bodenbereich gestreut werden kann. Durch eine Anwendung der kegelstumpfförmigen Erhebung D kann ein direktes Einfallen von Licht vom Deckel auf die Detektoreinrichtung verringert oder verhindert werden.The frustoconical elevation D. can correspond to a cone whose central axis can correspond to a normal through the detector socket. That part of the floor area BB which is directly connected to the light source holder 3a is preferably planar, in other words the frustoconical elevation extends D. not up to the light source holder 3a . Due to the frustoconical elevation D. light that leaves the light source holder can partially affect the frustoconical elevation D. impinge and are illuminated vertically in the direction of the sample, so that less light from the light source can get into the detector socket. The frustoconical elevation D. can be used advantageously when on the planar upper side SB1 a cover rests on it, so some of the light from the light source can be scattered back to the floor area by this. By using the frustoconical elevation D. direct incidence of light from the cover onto the detector device can be reduced or prevented.

Eine vertikale Höhe SB-h des Seitenwandbereichs SB, vorteilhaft der Innenwände des Seitenwandbereichs SB, kann beispielsweise 3 mm betragen.A vertical height SB-h of the side wall area SB , advantageously the inner walls of the side wall area SB , can for example be 3 mm.

2a - b zeigen jeweils eine schematische Draufsicht der Reflektoreinrichtung aus der 1. 2a - b each show a schematic plan view of the reflector device from FIG 1 .

In der 2a wird das Gehäuse G entgegen der Abstrahlrichtung des von der Lichtquelle und senkrecht zum Bodenbereich BB abgestrahlten Lichts gezeigt. Die kegelstumpfförmige Erhebung D kann beispielsweise nahezu den halben planaren Bodenbereich BB abdecken. Der Seitenwandbereich SB beschreibt anliegend an den Bodenbereich BB eine Ellipse und kann am Außenbereich eine Kreisform beschreiben.In the 2a the housing G is shown opposite to the direction of emission of the light emitted by the light source and perpendicular to the floor area BB. The frustoconical elevation D. can for example cover almost half the planar floor area BB. The sidewall area SB describes an ellipse adjacent to the floor area BB and can describe a circular shape on the outer area.

In der 2b wird die Ellipsengeometrie der Innenwände das Seitenwandbereichs SB in Draufsicht ähnlich der 2a gezeigt. Die Hauptachsen a (große Halbachse) und b (kleine Halbachse) der Ellipse sowie die Lichtquellenfassung 3 im ersten Brennpunkt BP1 und die Detektorfassung 4 im zweiten Brennpunkt BP2 werden gezeigt, wobei die Ellipse eine Exzentrizität e aufweisen kann. Die Exzentrizität e kann je nach Anwendung bei der Herstellung gewählt werden. Da die Lichtquellenfassung 3a eine räumliche Ausdehnung aufweist, kann zumindest ein Mittelpunkt dieser oder der Lichtquelle 3 im ersten Brennpunkt BP1 angeordnet sein. Hierbei kann der Zusammenhang: e² = a² - b² gelten. Das gleiche kann für die Detektorfassung 4a und die Lichtquelle 4 gelten. Ein Abstand I zwischen der Lichtquellenfassung 3a und der Detektoreinrichtung 4a (etwa zwischen deren Mittelpunkten), wie in der 2b gezeigt, kann beispielsweise 10 mm betragen.In the 2 B the elliptical geometry of the inner walls becomes the side wall area SB in plan view similar to 2a shown. The main axes a (major semiaxis) and b (minor semiaxis) of the ellipse and the light source holder 3 in the first focal point BP1 and the detector socket 4th in the second focal point BP2 are shown, wherein the ellipse can have an eccentricity e. The eccentricity e can be selected depending on the application during manufacture. As the light source holder 3a has a spatial extent, at least one center of this or the light source 3 be arranged in the first focal point BP1. The relationship: e ² = a ² - b ^{2 can} apply here. The same can be done for the detector mount 4a and the light source 4th be valid. A distance I between the light source socket 3a and the detector device 4a (roughly between their midpoints), as in the 2 B shown, can for example be 10 mm.

3 zeigt eine schematische Draufsicht der Reflektoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic plan view of the reflector device according to a further embodiment of the present invention.

Die Draufsicht bezieht sich entsprechend den 2a und 2b von einer Probe aus.The top view relates accordingly to 2a and 2 B from a sample.

Die Reflektoreinrichtung 1 umfasst hierbei zwei Lichtquellenfassungen 3a1 und 3a2, wobei auch mehrere möglich sein können, mit jeweils einer Lichtquelle. Hierbei kann eine erste Lichtquellenfassung 3a1 und die erste Lichtquelle in dem ersten Brennpunkt und die Detektorfassung 4a in dem zweiten Brennpunkt einer ersten Ellipse angeordnet sein. Die zweite Lichtquelle und zweite Lichtquellenfassung 3a2 kann in einem ersten Brennpunkt einer zweiten Ellipse und die gleiche Detektoreinrichtung 4 im zweiten Brennpunkt der zweiten Ellipse angeordnet sein, also mehrere Ellipsen sich eine Detektoreinrichtung und den zweiten Brennpunkt teilen, wobei sich die Ellipsen um die Detektorfassung 4a herum teilweise überlappen können. Die beiden Lichtquellen können mit der Detektorfassung dabei ein gleichschenkliges Dreieck mit einem Öffnungswinkel an der Detektorfassung von beispielsweise 30 ° formen. Je nach Anwendung, kann der Öffnungswinkel auch bis 180 ° betragen (6a).The reflector device 1 includes two light source sockets 3a1 and 3a2 , although several can be possible, each with a light source. A first light source holder can be used here 3a1 and the first light source at the first focus and the detector socket 4a be arranged in the second focal point of a first ellipse. The second light source and second light source socket 3a2 can be in a first focal point of a second ellipse and the same detector device 4th be arranged in the second focal point of the second ellipse, that is to say several ellipses share a detector device and the second focal point, the ellipses surrounding the detector socket 4a can partially overlap around. With the detector mount, the two light sources can form an isosceles triangle with an opening angle at the detector mount of, for example, 30 °. Depending on the application, the opening angle can also be up to 180 ° ( 6a) .

In der kegelstumpfförmigen Erhebung D kann eine rotationssymmetrische Ausnehmung EL1 (EL2) eingebracht sein, welche einen Rotationsellipsoid um eine Rotationsachse beschreiben kann, in dessen ersten Brennpunkt sich die Lichtquelle 3 (3-1, 3-2) befinden kann und in dessen zweiten Brennpunkt sich ein Schnittpunkt der Rotationsachse (RA1, RA2) mit einer Normalen ND durch die Detektorfassung 4a befinden kann. Für mehrere Ellipsen im Bodenbereich (Teilbereiche BB1 und BB2 werden gezeigt) kann die kegelstumpfförmige Erhebung D von jeder Lichtquellenfassung aus eine eigene rotationssymmetrische Ausnehmung EL1 (EL2) aufweisen, wobei sich die Rotationsachsen an dem Schnittpunkt treffen können. Die beispielhaften Dimensionen können D1 = 12 mm, D2 = 33 mm und D3 = 30 mm sein, wobei D1 eine Höhe des gleichschenkligen Dreiecks zwischen den Lichtquellen- und der Detektorfassung sein kann, D2 eine Außenbreite und D3 eine Außenlänge des Gehäuses sein kann.In the frustoconical elevation D. can be a rotationally symmetrical recess EL1 ( EL2 ), which can describe an ellipsoid of revolution around an axis of rotation, in whose first focal point the light source is 3 ( 3-1 , 3-2 ) and at the second focal point there is an intersection of the axis of rotation (RA1, RA2) with a normal ND through the detector socket 4a can be located. For several ellipses in the floor area (sub-areas BB1 and BB2 are shown) the frustoconical elevation D. each light source holder has its own rotationally symmetrical recess EL1 ( EL2 ), wherein the axes of rotation can meet at the intersection. The exemplary dimensions can be D1 = 12 mm, D2 = 33 mm and D3 = 30 mm, where D1 can be a height of the isosceles triangle between the light source and the detector socket, D2 can be an outer width and D3 can be an outer length of the housing.

Zusätzlich zu den beiden Ausnehmungen der Rotationsellipsoiden können noch weitere derartige Ausnehmungen (als Rotationsellipsoiden) vorhanden sein, etwa sogenannte N-Ellipsen bilden.In addition to the two recesses of the ellipsoids of revolution, other such recesses can also be used Recesses (as ellipsoids of revolution) may be present, for example forming so-called N-ellipses.

4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer optischen Analyseeinrichtung mit einer Reflektoreinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3. 4th FIG. 13 shows a schematic side view of an optical analysis device with a reflector device according to the exemplary embodiment of FIG 3 .

In der 4 wird eine Ausführungsform der Reflektoreinrichtung aus der 3 gezeigt, welche in einer optischen Analyseeinrichtung 2 umfasst sein kann. Die optischen Analyseeinrichtung 2 kann eine Auswerteeinrichtung AE umfassen, welche zum Auswerten eines Messsignals von der Detektoreinrichtung 4 eingerichtet ist.In the 4th an embodiment of the reflector device from the 3 shown, which in an optical analysis device 2 can be included. The optical analysis device 2 can comprise an evaluation device AE, which is used to evaluate a measurement signal from the detector device 4th is set up.

Die Steigung der Rotationsachse RA kann eine Distanz 10 bestimmen, um welche eine Probe (die Probe 20 wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt) von der Stirnseite, also der Oberseite des Seitenwandbereichs SB1, beabstandet werden kann. Dieser Abstand ist wichtig, da die Ellipsenwirkung das Licht der Lichtquellen in dem zweiten Brennpunkt des Rotationellipsoides EL konzentriert, zusätzlich zu den Ellipsen des Seitenwandbereichs. Die ellipsoidenförmigen Ausnehmungen können also mit einer eigenen Ellipsenreflexion auf deren jeweiligen zweiten Brennpunkt das Licht ihrer Lichtquelle zusätzlich auf das Sichtfeld (FOV) der gemeinsamen Detektoreinrichtung auf die Probe lenken. Im ersten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden (welcher durch die Ausnehmung beschrieben werden kann) kann sich dabei die Lichtquelle befinden. Eine kleine Hauptachse des Rotationsellipsoiden kann beispielsweise 2 mm betragen oder je nach Anwendung variieren. Danach kann ein reflektiertes Licht in die Detektoreinrichtung 4 eingestrahlt werden. Auch dadurch kann der Anteil von Licht auf die Probe vergrößert werden und der Anteil von nicht an der Probe reflektiertem Streulicht am Detektor verringert werden. Die Lichtquellen können unterschiedliche oder gleiche Wellenlängenbereiche abstrahlen. Die Steigungen aller Ellipsoiden sind vorteilhaft gleich, wenn die elliptischen Dimensionen gleich sind. Die Ellipsoiden können auch unterschiedliche Größen aufweisen, wobei der Schnittpunkt 9 dabei stets im zweiten Brennpunkt des jeweiligen Rotationsellipsoiden liegen soll. Die Rotationsellipsoiden können somit den Reflexionseffekt der Innenwände des zugehörigen Ellipsenbereichs des Seitenwandbereichs verstärken. Durch die Reflexionswirkung der Rotationsellipsoiden kann eine zusätzliche Steigerung an Beleuchtungsintensität der Probe über dem Sichtfeld der Detektoreinrichtung um bis zu 50 % erzielt werden, im Vergleich zu einem bekannten Reflektor ohne Ellipsenformen. Auch die Oberflächen der Rotationsausnehmungen können daher reflektierend sein. Die optische Analyseeinrichtung 2 kann als ein miniaturisiertes Spektrometer ausgeformt sein. Die Distanz 10 kann beispielsweise 3.5 mm betragen (Arbeitsabstand) oder variieren. Die Distanz 10 kann beispielsweise auch 2 mm oder 3 mm oder ähnlich, betragen, wobei je nach Ausrichtung der Rotationsachse RA eine Intensität der Beleuchtung auf der Probe mit steigender Abweichung von Schnittpunkt 9 deutlich abnehmen kann, da ein hoher Grad der Lichtkonzentration am Schnittpunkt 9, also an der Distanz 10, erzielt werden kann.The slope of the axis of rotation RA can be a distance 10 determine which a sample (the sample 20th is not shown for reasons of clarity) from the end face, that is to say the top of the side wall area SB1 , can be spaced. This distance is important because the elliptical effect causes the light from the light sources in the second focal point of the ellipsoid of revolution Tbsp concentrated, in addition to the ellipses of the side wall area. The ellipsoidal recesses can therefore also direct the light from their light source onto the field of view (FOV) of the common detector device on the sample with their own elliptical reflection on their respective second focal point. The light source can be located in the first focal point of the ellipsoid of revolution (which can be described by the recess). A small main axis of the ellipsoid of revolution can for example be 2 mm or vary depending on the application. A reflected light can then enter the detector device 4th be radiated. This can also increase the proportion of light on the sample and reduce the proportion of scattered light not reflected on the sample on the detector. The light sources can emit different or the same wavelength ranges. The slopes of all ellipsoids are advantageously the same if the elliptical dimensions are the same. The ellipsoids can also have different sizes, with the point of intersection 9 should always lie in the second focal point of the respective ellipsoid of revolution. The ellipsoids of revolution can thus intensify the reflection effect of the inner walls of the associated elliptical area of the side wall area. Due to the reflection effect of the ellipsoids of revolution, an additional increase in the illumination intensity of the sample over the field of view of the detector device by up to 50% can be achieved, compared to a known reflector without elliptical shapes. The surfaces of the rotary recesses can therefore also be reflective. The optical analysis device 2 can be shaped as a miniaturized spectrometer. The distance 10 can be, for example, 3.5 mm (working distance) or vary. The distance 10 can for example also be 2 mm or 3 mm or similar, depending on the orientation of the axis of rotation RA an intensity of the illumination on the sample with increasing deviation from the point of intersection 9 can decrease significantly because of a high degree of light concentration at the intersection 9 , so at the distance 10 , can be achieved.

Durch die Ausnehmungen mit den Rotationsellipsoiden kann des Weiteren eine höhere Stabilität des detektierten Messsignals des von der Probe zurückgestreuten (reflektierten) Lichts bezüglich kleiner Verschiebungen der Probe oder der Reflektoreinrichtung (Sensorsystems), welche etwa aus leichten Bewegungen einer händischen Messung resultieren können, erzielt werden. Der Grund hierfür liegt darin, dass ein Beleuchtungsbereich bei einer Bewegung der Reflektoreinrichtung relativ zur Probe im Sichtfeld des Detektors wandert und aus diesem herauswandern kann. Es kann sich auch die Größe des Beleuchtungsbereichs auf der Probe mit dem Abstand (Distanz 10 in der 4) zur Probe verändern. Bei einem stärker fokussierten und somit kleineren Beleuchtungsbereich kann das System unempfindlicher werden, da der Bereich der Abstandsvariation bei dem der Beleuchtungsbereich aus dem Sichtfeld herauswächst oder -wandert auch größer werden kann. Soll der Beleuchtungsbereich vergrößert oder diffuser werden, können die Rotationsellipsoiden zusätzlich Facetten aufweisen. Dadurch kann eine kontinuierlich abgerundete Form des Ellipsoiden diskretisiert und durch eine Vielzahl kleiner, aneinandergrenzenden quadratischen oder rechteckigen planen Flächen angenähert werden.Due to the recesses with the ellipsoids of rotation, a higher stability of the detected measurement signal of the light backscattered (reflected) from the sample can be achieved with regard to small displacements of the sample or the reflector device (sensor system), which can result from slight movements of a manual measurement. The reason for this is that when the reflector device moves relative to the sample, an illumination area moves in the field of view of the detector and can move out of it. The size of the illumination area on the sample can also vary with the distance (distance 10 in the 4th ) to test. With a more focused and thus smaller lighting area, the system can become less sensitive, since the area of the distance variation in which the lighting area grows or wanders out of the field of view can also become larger. If the illumination area is to be enlarged or more diffuse, the ellipsoids of revolution can additionally have facets. As a result, a continuously rounded shape of the ellipsoid can be discretized and approximated by a large number of small, adjacent square or rectangular planar surfaces.

5 zeigt eine schematische Seitenansicht der Reflektoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic side view of the reflector device according to a further embodiment of the present invention.

Die Ausführungsform der 5 unterscheidet sich durch ein Deckglas 5 von jener aus der 3, wobei auch bei der 3 ein transparenter Deckel 5 auf die Stirnseite SB1 des Gehäuses aufgesetzt werden kann. Der Deckel 5 über der Detektorfassung 4a kann eine zylindrische Ausnehmung ZA umfassen, in welcher ein Schutzglas 12 eingesetzt sein kann, durch welches mittels Lichtbrechung eine Normale ND durch die Detektorfassung 4a, entlang welcher Licht von einer Probe in die Detektorfassung 4a einstrahlbar sein kann, parallel zu dieser Normalen ND verschiebbar sein kann. Die Normale ND kann dabei lateral nach außen auf Position einer weiteren Normale ND' um einen Abstand d verschoben werden. Brechungsbedingt kann dies die Verschiebung des zweiten Brennpunkts auf der Probe und des Beleuchtungsbereichs auf der Probe bewirken und berücksichtigen. Der Abstand d kann beispielsweise 0.7 mm betragen. Die Rotationsachse RA, oder mehrere Rotationsachsen, kann hierbei auf einen Schnittpunkt mit der verschobenen Normalen ND' ausgerichtet werden und angenommen werden, dass die Oberfläche der Probe und die Oberseite des Schutzglases 12 im zweiten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden EL (EL1, EL2) und auf der weiteren Normale ND' liegen. Der Deckel 5 kann in einem Vorsprung im Seitenwandbereich SB eingesetzt oder eingefasst sein und an der Oberseite eben mit der Oberseite SB1 abschließen. Durch eine derartige Ausführung kann das Gehäuse mit dem Deckel 5 vorteilhaft direkt auf der Probe aufgelegt werden und in mechanischem Kontakt messen, was eine Stabilität der Messung verbessern kann. Das Schutzglas 12 kann in verschiedenen Dicken ausgeführt werden, so kann dieses planar mit der Oberseite des Deckels abschließen oder in der zylindrischen Ausnehmung ZA versenkt sein.The embodiment of the 5 differs by a cover slip 5 from that from the 3 , with the 3 a transparent lid 5 on the front SB1 of the housing can be placed. The lid 5 above the detector socket 4a can be a cylindrical recess ZA include, in which a protective glass 12 can be used, through which a normal by means of light refraction ND through the detector socket 4a along which light from a sample enters the detector mount 4a can be irradiated, parallel to this normal ND can be moved. The normal ND can move laterally outwards to the position of another normal ND ' be shifted by a distance d. As a result of the refraction, this can bring about and take into account the shift of the second focal point on the sample and the illumination area on the sample. The distance d can be 0.7 mm, for example. The axis of rotation RA , or several axes of rotation, can here to an intersection with the shifted normal ND ' be aligned and assumed to be the surface of the sample and the top of the protective glass 12 at the second focal point of the ellipsoid of revolution Tbsp ( EL1 , EL2 ) and on the other normal ND ' lie. The lid 5 can in a protrusion in the side wall area SB be inserted or bordered and at the top level with the top SB1 to lock. With such a design, the housing with the cover 5 are advantageously placed directly on the sample and measure in mechanical contact, which can improve the stability of the measurement. The protective glass 12 can be made in different thicknesses, this can be planar with the top of the cover or in the cylindrical recess ZA be sunk.

Die kegelstumpfförmige Erhebung D kann eine konische Ausnehmung lateral um die Detektorfassung 4a herum umfassen, welche eine Öffnung zum planaren Bodenbereich hin aufweisen kann und Seitenwände SW-KA umfassen kann, auf welchen eine absorbierende Beschichtung 11 aufgebracht sein kann, welche beispielsweise einen schwarzen Lack umfassen kann. Die Ausnehmung kann auch zylindrisch sein oder eine andere Form aufweisen.The frustoconical elevation D. can have a conical recess laterally around the detector socket 4a around, which can have an opening to the planar bottom area and can comprise side walls SW-KA on which an absorbent coating 11 can be applied, which can include, for example, a black paint. The recess can also be cylindrical or have a different shape.

Die Lichtquelle 3 kann an deren Oberseite eine reflektierende Beschichtung (nicht gezeigt) und/oder der Deckel 5 kann in einem Bereich über der Lichtquelle 3 bereichsweise die reflektierende Beschichtung 6 aufweisen, wodurch Licht von der Lichtquelle in die Kavität des Gehäuses zurückgestrahlt werden kann (mehr Licht zur Seite auf die Innenwände des Seitenwandbereichs und/oder den Rotationsellipsoid (dessen Ausnehmungsflächen) gestrahlt werden kann und durch die elliptische Reflexionswirkung eine größere Ausbeute an Licht auf das Sichtfeld des Detektors auf die Probe gestrahlt werden kann. Die Höhe des ersten Brennpunktes mit der Lichtquelle in einem der Rotationsellipsoiden kann beispielsweise 3.3 mm über einer Unterseite des Gehäuses betragen.The light source 3 can have a reflective coating (not shown) and / or the cover on its top 5 can be in an area above the light source 3 in some areas the reflective coating 6th have, as a result of which light from the light source can be reflected back into the cavity of the housing (more light can be radiated to the side onto the inner walls of the side wall area and / or the ellipsoid of revolution (its recess surfaces) and, due to the elliptical reflection effect, a greater yield of light onto the field of view The height of the first focal point with the light source in one of the rotational ellipsoids can be, for example, 3.3 mm above an underside of the housing.

6a - b zeigen jeweils eine schematische Draufsicht der Reflektoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6a - b each show a schematic top view of the reflector device according to a further exemplary embodiment of the present invention.

In der 6a wird eine Anordnung eines Seitenwandbereichs SB gezeigt, welcher den Bodenbereich in Draufsicht (aus der Richtung der Lichtreflexion von der Probe) als Überlapp von zwei Ellipsen zeigt. Eine erste Lichtquelle 3-1 kann in einer ersten Lichtquellenfassung 3a1 und eine zweite Lichtquelle 3-2 kann in einer zweiten Lichtquellenfassung 3a2 angeordnet sein. Die Reflektoreinrichtung 1 kann hierbei nur eine Detektoreinrichtung 4 in einer Detektorfassung 4a aufweisen, wobei die beiden Lichtquellenfassungen und die Detektorfassung sich entlang einer Geraden g angeordnet befinden können. Die erste Ellipse um die erste Lichtquellenfassung 3a1 kann mit der Detektorfassung einen ersten Bodenbereich BB1 bilden, die erste Lichtquellenfassung 3a1 sich in einem ersten Brennpunkt der ersten Ellipse befinden und die Detektorfassung 4a sich in einem zweiten Brennpunkt der ersten Ellipse befinden.In the 6a becomes an arrangement of a side wall portion SB shown, which shows the bottom area in plan view (from the direction of light reflection from the sample) as an overlap of two ellipses. A first source of light 3-1 can in a first light source holder 3a1 and a second light source 3-2 can in a second light source holder 3a2 be arranged. The reflector device 1 can only one detector device 4th in a detector socket 4a have, wherein the two light source sockets and the detector socket can be arranged along a straight line g. The first ellipse around the first light source mount 3a1 can form a first floor area BB1 with the detector mount, the first light source mount 3a1 are in a first focal point of the first ellipse and the detector socket 4a are at a second focal point of the first ellipse.

Die zweite Ellipse um die zweite Lichtquellenfassung 3a2 kann mit der Detektorfassung 4a einen zweiten Bodenbereich BB2 bilden, die zweite Lichtquellenfassung 3a2 sich in einem ersten Brennpunkt der zweiten Ellipse befinden und die Detektorfassung 4a sich in einem zweiten Brennpunkt der zweiten Ellipse befinden.The second ellipse around the second light source mount 3a2 can with the detector socket 4a a second floor area BB2 form the second light source socket 3a2 are in a first focal point of the second ellipse and the detector socket 4a are at a second focal point of the second ellipse.

Die Anordnung der Ellipsen in der Reflektoreinrichtung 1 der 6b unterschiedet sich dadurch von jener der 6a, dass die beiden Lichtquellenfassungen 3a1 und 3a2 zur Detektorfassung 4a hin auf zwei verschiedenen Geraden g1 und g2 liegen können, welche bei gleicher Ellipsengröße ein gleichschenkliges Dreieck bilden können. Hierbei kann es möglich sein, dass die beiden Ellipsen in der 6a und der 6b jeweils gleiche Dimensionen oder unterschiedliche Dimensionen aufweisen können.The arrangement of the ellipses in the reflector device 1 the 6b differs from that of the 6a that the two light source sockets 3a1 and 3a2 for detector acquisition 4a on two different straight lines g1 and g2 which can form an isosceles triangle with the same ellipse size. It may be possible that the two ellipses in the 6a and the 6b each can have the same dimensions or different dimensions.

Die Reflektoreinrichtung 1 kann auf diese Weise (nach der 6b) auch um weitere Ellipsen erweitert sein.The reflector device 1 can in this way (after the 6b) also be extended by further ellipses.

In allen genannten Ausführungsformen kann an der Lichtquelle, an der Detektoreinrichtung, oder an einem Deckel, eine Filtereinrichtung angeordnet oder integriert werden, beispielsweise ein Kurzpass-, ein Langpass- oder ein Bandpassfilter. Dieser kann beispielsweise eine Beschichtung auf dem Deckel umfassen, etwa direkt in einem Sichtfeld der Detektoreinrichtung, also der Detektionsapertur (nicht gezeigt).In all of the embodiments mentioned, a filter device, for example a short-pass, long-pass or band-pass filter, can be arranged or integrated on the light source, on the detector device, or on a cover. This can for example include a coating on the cover, for example directly in a field of view of the detector device, that is to say the detection aperture (not shown).

7 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben einer Reflektoreinrichtung zum Analysieren einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7th shows a block diagram of method steps of a method for operating a reflector device for analyzing a sample according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Reflektoreinrichtung zum Analysieren einer Probe erfolgt ein Bereitstellen S1 einer erfindungsgemäßen Reflektoreinrichtung; ein Aufsetzen S2 der Reflektoreinrichtung auf die Probe, derart dass die Detektorfassung und der Bodenbereich mit der Lichtquellenfassung der Probe zugewandt sind und ein zu analysierender Bereich der Probe sich über der Detektorfassung oder über einem Einstrahlbereich der Detektorfassung befindet; ein Beleuchten S3 der Probe durch die Lichtquelle; ein Detektieren S4 eines von der Probe reflektierten Lichts durch die Detektoreinrichtung und Erzeugen S5 eines Spektrums; und ein Auswerten S6 des Spektrums durch eine Auswerteeinrichtung und Ermitteln S7 eines in der Probe vorhandenen Materials.In the method for operating a reflector device for analyzing a sample, provision takes place S1 a reflector device according to the invention; a touchdown S2 the reflector device on the sample in such a way that the detector socket and the bottom area with the light source socket face the sample and a region of the sample to be analyzed is located above the detector socket or above an irradiation area of the detector socket; a lighting S3 the sample by the light source; a detecting S4 a light reflected from the sample through the Detector setup and generation S5 a spectrum; and an evaluation S6 of the spectrum by an evaluation device and determination S7 a material present in the sample.

8 zeigt eine Draufsicht auf einen Seitenwandbereich einer Reflektoreinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 8th shows a plan view of a side wall area of a reflector device according to a further exemplary embodiment of the present invention.

Der Seitenwandbereich aus der 8 zeigt eine Form sogenannter N-Ellipsen, wobei mehr als zwei Brennpunkte vorhanden sein können, nach ${(x, y) \in R^{2} : \sum_{i = 1}^{n} \sqrt{{(x - u_{i})}^{2} + {(y - v_{i})}^{2}} = d},$

wobei u_i und v_i die Brennpunkte und x und y die Koordinaten in der Ebene beschreiben. Eine solche Kurve für drei Brennpunkte ist in der 8 dargestellt, wobei eine solche Form mit n Brennpunkten genutzt werden kann, bei denen n-1 Punkte den Positionen von Lichtquellen entsprechen und ein Punkt der Position der Detektorfassung. Die 8 zeigt ein Beispiel einer 3- Ellipse mit 2 Lichtquellen 3-1, 3-2 bei beispielsweise -6 mm, 3.5 mm und -6 mm, -3.5 mm und einer Detektoreinrichtung 4 bei beispielsweise 6 mm, 3.5 mm. Die Positionen der Lichtquelle und der Detektionsapertur entsprechen denen der 3.The side wall area from the 8th shows a shape of so-called N-ellipses, in which there can be more than two focal points

{(x, y) \in {R.}^{2} : \sum_{i = 1}^{n} \sqrt{{(x - u_{i})}^{2} + {(y - v_{i})}^{2}} = d},

where u _i and v _{i describe} the focal points and x and y the coordinates in the plane. Such a curve for three focal points is shown in FIG 8th shown, wherein such a shape with n focal points can be used, in which n-1 points correspond to the positions of light sources and one point corresponds to the position of the detector mount. The 8th shows an example of a 3-ellipse with 2 light sources 3-1 , 3-2 for example -6 mm, 3.5 mm and -6 mm, -3.5 mm and a detector device 4th for example 6 mm, 3.5 mm. The positions of the light source and the detection aperture correspond to those of 3 .

9 zeigt eine Draufsicht auf einen Seitenwandbereich einer Reflektoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 shows a plan view of a side wall area of a reflector device according to a further exemplary embodiment of the present invention.

In der 9 wird eine Ellipse mit vier Brennpunkten gezeigt, wobei die Detektoreinrichtung 4 im Zentrum angeordnet sein kann und vier Lichtquellen 3-1, 3-2, 3-3. Und 3-4 außen herum angeordnet sein können.In the 9 an ellipse with four focal points is shown, the detector means 4th can be arranged in the center and four light sources 3-1 , 3-2 , 3-3 . And 3-4 can be arranged around the outside.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 1508795 A1 [0005]

Claims

Reflector device (1) for an optical analysis device comprising: - At least one light source (3); - a detector device (4); and - A housing (G) with at least one light source holder (3a) in which the light source (3) is arranged and with a detector holder (4a) in which the detector device (4) is arranged, the housing (G) also being a planar one Base area (BB) and a side wall area (SB) which comprises material reflecting for a light (3b) emitted by the light source (3), the side wall area (SB) extending in a direction away from the base area (BB) and in a light emission direction (F) extends the light source (3) and whose side walls at least partially describe at least one ellipse around the bottom area (BB), in whose first focal point (BP1) the light source holder (3a) and in whose second focal point (BP2) the detector holder (4a) is arranged.

Reflector device (1) Claim 1 , in which the side wall area (SB) extends in a direction perpendicular to the bottom area (BB) away and in a light emission direction (F) of the light source (3).

Reflector device (1) Claim 1 , in which the side wall area (SB) extends in a direction deviating from a perpendicular direction to the bottom area (BB) away from this and in a light emission direction (F) of the light source (3), the at least regionally elliptical shape of the side walls with a spacing varies over the floor area (BB).

Reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , in which the side wall area (SB) has a planar top side (SB1) on a side facing away from the bottom area (BB), on which a transparent cover (5) is arranged which spans the bottom area (BB), and wherein the planar top side ( SB1) is parallel to a plane of the planar floor area (BB).

Reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 4th , in which the housing (G) is shaped as a TO housing from an underside facing away from the planar bottom area (BB) and the side wall area (SB).

Reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , in which the light source (3) comprises a thermal light bulb or an LED.

Reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 6th , in which a frustoconical elevation (D) is formed in areas on the planar floor area (BB) and laterally around the detector socket (4a) which extends in the light emission direction (F) over the planar floor area (BB) and at most up to a planar Top (SB1) of the side wall area (SB) rises.

Reflector device (1) Claim 7 , in which in the frustoconical elevation (D) a rotationally symmetrical recess (EL) is made, which describes an ellipsoid of revolution around an axis of rotation (RA), in whose first focal point the light source (3) is located and in whose second focal point there is an intersection ( 9) the axis of rotation (RA) with a normal (ND) through the detector mount (4a).

Reflector device (1) Claim 8 , at which the point of intersection (9) is at a cutting height (10) above a planar upper side (SB1) of the side wall region (SB).

Reflector device (1) according to one of the Claims 7 to 9 , in which the frustoconical elevation (D) comprises a conical recess laterally around the detector mount (4a), which has an opening towards the planar base area (BB) and comprises side walls (SW-KA) on which an absorbent coating (11) is upset.

Reflector device (1) according to one of the Claims 5 to 10 , as far as referenced Claim 4 , in which the light source (3) has a reflective coating (6) on its upper side and / or the cover (5) has the reflective coating (6) in some areas in an area above the light source (3).

Reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 11 which comprises two or more light source sockets (3a1; 3a2; ...; 3an) each having a light source (3-1; 3-2; ...; 3-n), one of the light source sockets (3a1; 3a2; ...; 3an) and the detector mount (4a) are arranged in the first and second focal points of a respective ellipse, the ellipses partially overlapping around the detector mount (4a).

Reflector device (1) according to one of the Claims 5 to 12 , as far as referenced Claim 4 , in which the cover (5) over the detector socket (4a) comprises a cylindrical recess (ZA), in which a protective glass (12) is inserted, through which a normal (ND) through the detector socket (4a), along which Light from a sample can be irradiated into the detector mount (4a), is displaceable parallel to this normal (ND).

Optical analysis device (2) comprising a reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 13 , and further comprising an evaluation device (AE) which is set up to evaluate a measurement signal from the detector device (4).

A method for operating a reflector device (1) for analyzing a sample (20) comprising the steps: - providing (S1) a reflector device (1) according to one of the Claims 1 to 13 ; - Placing (S2) the reflector device (1) on the sample (20), in such a way that the detector mount (4a) and the floor area (BB) with the light source mount (3a) face the specimen (20) and an area to be analyzed (FOV) ) the sample (20) is located above the detector socket (4a) or above an irradiation area (4b) of the detector socket (4a); - Illuminating (S3) the sample (20) by the light source (3); - Detecting (S4) a light (LR) reflected from the sample (20) by the detector device (4) and generating (S5) a spectrum; and - evaluating (S6) the spectrum by an evaluation device and determining (S7) a material present in the sample (20).

Procedure according to Claim 15 , in which the housing (G) is placed directly on the sample (20).

Procedure according to Claim 15 , in which the housing (G) is arranged above the sample (20) at a distance (10).