DE102010061182B4

DE102010061182B4 - Sensoranordnung, Verfahren und Messsystem zur Erfassung der Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts

Info

Publication number: DE102010061182B4
Application number: DE102010061182A
Authority: DE
Inventors: Achim Stangelmayer
Original assignee: Presens Precision Sensing GmbH
Current assignee: Presens Precision Sensing GmbH
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: US9759660B2; US20120145882A1; DE102010061182A1

Abstract

Sensoranordnung (1) zur bildhaften Erfassung der Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) mindestens ein Sensorelement (10) aus mindestens zwei einander zugeordneten, bezüglichnten (11, 12, 13, 15, 17) umfasst, wobei mindestens ein erstes Sensorsubelement (15, 17) für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und wobei mindestens ein zweites Sensorsubelement (11, 12, 13) auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung der Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts, sowie ein hierzu vorgesehenes Verfahren und ein hierzu vorgesehenes Mess-System. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung, ein Verfahren, und ein Mess-System, mit dem die Verteilung der wenigstens einen Veränderlichen bildhaft erfasst werden kann.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2005 036 410 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der Sauerstoffpartialdruckverteilung in zumindest einem Gewebeflächenabschnitt. Dazu wird ein Fluoreszenzfarbstoff auf den Gewebeflächenabschnitt aufgebracht, und zur Erzeugung von Fluoreszenz mit Anregungslicht beleuchtet. In der Anklingphase der Fluoreszenz wird mittels eines Kamerasystems zumindest ein erstes Fluoreszenzbild und in der Abklingphase mittels eines Kamerasystems mindestens ein zweites Fluoreszenzbild aufgenommen. Anschließend werden die Fluoreszenzintensitäten in der An- und Abklingphase anhand der aufgenommenen ersten und zweiten Fluoreszenzbilder ermittelt und durch Verhältnisbildung der ermittelten Fluoreszenzintensitäten die Sauerstoffpartialdruckverteilung in dem zumindest einen Gewebeflächenabschnitt bestimmt.
Der Artikel „Functional and structural imaging of phototrophic microbial communities and symbioses” von Michael Kühl und Lubos Polerecky, Aquat Microb Ecol 53 (2008), 99, doi 10.3354/ame01224, beschreibt die Abbildung einer Zellanhäufung bei gleichzeitiger Darstellung der Sauerstoffverteilung durch einen transparenten Sensor. Der transparente Sensor ist dabei als homogene Schicht auf einem Träger aufgebracht.
Bei der Untersuchung von Objekten wie Gewebeproben auf die Verteilung eines dann enthaltenen Stoffes ist es vorteilhaft, die Gewebeprobe selbst und die Verteilung des Stoffes in einem einzigen Bild darzustellen. Gibt es für den fraglichen Stoff geeignete transparente Sensoren, wie im oben genannten Fall des Sauerstoffs, so ist eine Bildaufnahme durch den Sensor hindurch möglich. Solche transparenten Sensoren sind aber nicht für alle interessanten Stoffe verfügbar.
Die internationale Patentannmeldung WO 2002/056023 A1 offenbart einen optischen Sensor zur Bestimmung zumindest eines Parameters in einer Probe. Der Sensor enthält ein auf den Parameter ansprechendes Indikatormaterial mit kurzer Abklingzeit und ein auf den Parameter nicht ansprechendes Referenzmaterial mit langer Abklingzeit und dient zur Erfassung eines den zu bestimmenden Parameter anzeigenden Messsignals. Die Messung erfolgt auf der Basis der gemeinsam erfassten Lumineszenzantworten des Indikator- und Referenzmaterials. Das Indikator- und das Referenzmaterial sind auf einem gemeinsamen Träger immobilisiert.
Die internationale Patentanmeldung WO 2002/103334 A1 bezieht sich auf einen Sensortyp, in dem Mikrotiterplatten oder Träger, die Vertiefungen zur Probenaufnahme enthalten, verwendet werden, um Sauerstoff zu bestimmen. In den Vertiefungen der Mikrotiterplatten sind lumineszierende oder fluoreszierende Farbstoffe enthalten (z. B. Platin-, Palladium- oder Ruthenium-Komplexe mit Phenanthrolin-, Porphyrin- oder Pyridin-Liganden), die in Partikel einer gasdurchlässigen aber wasserundurchlässigen Matrix eingebettet sind. Die Matrix ist ein Polystyrolderivat oder ein Polystyrol-Copolymer. Die Partikel sind ihrerseits in einer zweiten, wasserdurchlässigen Matrix dispergiert, die aus einem hydrophilen Polymer besteht, wie z. B. Polyhydroxymethacrylat, Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon.
Die Europäische Patentschrift EP 1 414 336 B1 dient zur Visualisierung von Fluoreszenzfarbstoffen zur Fluoreszenzdiagnostik u. a. von humanen Tumoren und ist speziell auch für eine hochsensitive, quantitative Früherkennung einer Vielzahl von präkanzerosen/dysplastischen Veränderungen geeignet.
Ein digitales Kamerasystem mit einem 3-CCD-Chip (auch RGB-Chip) ist als optoelektrischer Bildwandler vorgesehen. Eine Steuerelektronik ist für eine gepulste Lichtquelle 7 vorgesehen, die das Anregungslicht liefert.
Die Europäische Patentschrift EP 1 130 382 B1 offenbart eine Vorrichtung für mehrfache Parameter in einer Flüssigkeit gleichzeitig zu analysieren. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl der Sensoren, eine Lichtquelle für das Liefern des Lichts, um die Sensoren anzuregen. Jeder Sensor in jeder Gruppe hat eine andere Chemikalie, die spezifisch mit dem Parameter wechselwirkt. Die Unterschiede bezüglich der Sensoren führen zu den Unterschieden bezüglich der Licht-Wechselwirkung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung zu schaffen, mit der die Verteilung mindestens einer Veränderlichen eines Objekts bildhaft dargestellt werden kann, wobei eine Darstellung des Objekts im selben Bild zur Zuordnung zwischen Positionen in der Verteilung und Positionen am Objekt möglich sein soll.
Die Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Verteilung mindestens einer Veränderlichen eines Objekts bildhaft dargestellt werden kann, wobei eine Darstellung des Objekts im selben Bild zur Zuordnung zwischen Positionen in der Verteilung und Positionen am Objekt möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren entsprechend Anspruch 18 gelöst.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist, ein Mess-System bereitzustellen, mit dem die Verteilung mindestens einer Veränderlichen eines Objekts bildhaft dargestellt werden kann, wobei eine Darstellung des Objekts im selben Bild zur Zuordnung zwischen Positionen in der Verteilung und Positionen am Objekt möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Mess-System entsprechend Anspruch 25 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst eine Sensoranordnung zur bildhaften Erfassung der Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts mindestens ein Sensorelement, das mindestens zwei, einander zugeordnete Sensorsubelemente aufweist. Die Sensorsubelemente sind dabei bezüglich der Sensoranordnung ortsfest. Ferner ist wenigstens ein erstes Sensorsubelement für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig, und wenigstens ein zweites Sensorsubelement ist auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird ein optisches Verhalten des mindestens einen zweiten Sensorsubelements bestimmt, wobei das optische Verhalten von der mindestens einen Veränderlichen herrührt. Das optische Verhalten kann darin bestehen, dass das mindestens eine zweite Sensorsubelement in Abhängigkeit von mindestens einer Veränderlichen seine Farbe ändert, oder eine Veränderung eines Lumineszenzverhaltens in Abhängigkeit von der mindestens einen Veränderlichen zeigt. Lumineszenz umfasst mindestens Phosphoreszenz und Fluoreszenz; eine Veränderung des Lumineszenzverhaltens kann sich beispielsweise in einem Auftreten oder einem Ausbleiben der Lumineszenz, oder in einer Veränderung der An- und/oder Abklingzeiten der Lumineszenz, oder in einer Veränderung der Farbe der Lumineszenz, jeweils in Abhängigkeit von der mindestens einen Veränderlichen, zeigen. Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung kann dabei verschiedenartige zweite Sensorsubelemente enthalten, welche sich in der Art des sich in Abhängigkeit von der mindestens einen Veränderlichen ändernden optischen Verhaltens unterscheiden.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist das mindestens eine erste Sensorsubelement, also das für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässige Sensorsubelement, des mindestens einen Sensorelements auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet. Über die Art der sensitiven Ausbildung des mindestens einen ersten Sensorsubelements gelten die entsprechenden Ausführungen zu dem mindestens einen zweiten Sensorsubelement analog.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung umfasst das mindestens eine Sensorelement mindestens ein erstes Sensorsubelement und mindestens zwei zweite Sensorsubelemente, wobei sich die mindestens zwei zweiten Sensorsubelemente hinsichtlich mindestens einer Veränderlichen, auf die sie sensitiv ausgebildet sind, unterscheiden.
Bei der mindestens einen Veränderlichen, auf die das mindestens eine zweitte Sensorsubelement oder in Ausführungsformen mitunter auch das mindestens eine erste Sensorsubelement eines Sensorelements sensitiv ausgebildet ist, kann es sich um eine beliebige Messgröße handeln, beispielsweise die Konzentration oder die bloße Anwesenheit oder Abwesenheit eines Stoffes, den Partialdruck eines Stoffes (Sauerstoff, CO₂, H₂S, SO₂, etc.), einen pH-Wert, eine Temperatur oder einen Druck. Die vorstehende Auflistung ist nicht abschließend; dem Fachmann ist klar, dass jede Veränderliche, für die ein geeigneter Sensor existiert, durch Verwendung dieses Sensors in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung erfasst werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Sensoranordnung eine Vielzahl von Sensorelementen umfasst, die regelmäßig nach Art einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die regelmäßige Anordnung erleichtert die systematische Bilderfassung und Bildauswertung.
In jedem Fall müssen die Sensorelemente der Sensoranordnung in derartigem Kontakt mit dem Objekt stehen, dass die Sensorsubelemente der Sensorelemente auf die jeweilige mindestens eine Veränderliche, auf die sie sensitiv ausgebildet sind, reagieren können. Handelt es sich bei der Veränderlichen beispielsweise um eine Temperatur, so muss ein Wärmeübergang zwischen Sensorsubelement und Objekt möglich sein. Handelt es sich bei der Veränderlichen beispielsweise um die Konzentration, Anwesenheit oder Abwesenheit, oder den Partialdruck eines Stoffes, so muss ein Stoffkontakt zwischen Sensorsubelement und Objekt gegeben sein.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist das mindestens eine Sensorelement auf einem Träger lokalisiert. Der Träger kann aus starrem oder biegsamem Material gefertigt sein, es kann sich beispielsweise um eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte handeln. Insbesondere kann der Träger auch eine flexible Folie sein. Die Sensorelemente können dabei auf einer Oberfläche des Trägers angeordnet oder in den Träger eingebettet sein. Der oben angesprochene Kontakt zwischen den Sensorelementen und dem Objekt muss jedenfalls gewährleistet sein.
Bevorzugt ist das Trägermaterial für alle bei der Bilderfassung relevanten Lichtwellenlängen durchlässig, also zumindest für Beleuchtungslicht und für die Lichtwellenlängenbereiche, welche der Lumineszenz und/oder den auftretenden Farben der Sensorsubelemente entsprechen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass unter dem Begriff Licht in dieser Anmeldung elektromagnetische Strahlung jeglicher Frequenz zu verstehen ist.
Ist das mindestens eine Sensorelement auf einem Träger lokalisiert, so kann eine Ausführungsform der Erfindung derart ausgestaltet sein, dass das mindestens eine erste Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements eine Öffnung bzw. eine Durchbrechung im Träger umfasst. Somit ist das mindestens eine ersten Sensorsubelement für die für die Messung verwendeten Lichtwellenlängenbereiche durchlässig.
Alternativ kann das mindestens eine erste Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements aus einem für den wenigstens einen für die Messung verwendeten Lichtwellenlängenbereich transparenten Material bestehen. Es kann sich beispielsweise um einen Filter handeln, der zumindest für den einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist. Es ist auch möglich, dass das zumindest eine erste Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements dadurch gebildet ist, dass ein dem mindestens einen zweiten Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements zugeordneter Bereich des Trägers ausgespart ist. Das bedeutet, dass in diesem Bereich kein anderweitiges Sensorsubelement aufgebracht ist. In diesem Fall muss der Träger zumindest in dem ausgesparten Bereich aus einem Material bestehen, das für den mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist.
Die Sensorelemente der erfindungsgemäßen Sensoranordnung können in einer anderen Ausführungsform auch ohne Träger auf das Objekt aufbringbar sein. Beispielsweise ist es denkbar, die Sensorsubelemente auf das Objekt tröpfchenweise nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers aufzubringen. Nach demselben Prinzip ließen sich die Sensorsubelemente übrigens auch auf einen Träger aufbringen. Bei der Aufbringung der Sensorelemente ohne Träger auf das Objekt kann in Ausführungsformen das mindestens eine erste Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements durch einen dem mindestens einen zweiten Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements zugeordneten, bei der Aufbringung des mindestens einen Sensorelements auf eine Oberfläche des Objekts ausgesparten Bereich gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung unterscheiden sich mindestens zwei Sensorelemente hinsichtlich ihrer jeweiligen Sensorsubelemente. Die Unterschiede in den Sensorsubelementen können dabei beispielsweise darin bestehen, dass ein Sensorelement ein Sensorsubelement aufweist, das auf eine bestimmte Veränderliche sensitiv ausgebildet ist, während ein weiteres Sensorelement kein Sensorsubelement aufweist, das auf diese bestimmte Veränderliche sensitiv ausgebildet ist. So ist es beispielsweise denkbar, das in einer Sensoranordnung nur ein einziges zweites Sensorsubelement vorkommt, das sensitiv auf eine Temperatur ausgebildet ist, während alle übrigen zweiten Sensorsubelemente beispielsweise auf die Konzentration eines Stoffes sensitiv ausgebildet sind.
Weitere Kombinationsmöglichkeiten dieser Art sind dem Fachmann offensichtlich.
Auch ist es möglich, dass zwei Sensorelemente jeweils ein Sensorsubelement aufweisen, das auf eine gemeinsame Veränderliche sensitiv ausgebildet ist, wobei sich diese Sensorsubelemente jedoch hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit und/oder eines Wertebereichs der gemeinsamen Veränderlichen, auf den sie jeweils ansprechen, unterscheiden.
Die Unterscheidung der Sensorelemente hinsichtlich ihrer Sensorsubelemente kann auch so getroffen sein, dass in der Sensoranordnung ein erster Bereich und ein zweiter Bereich gebildet sind, wobei sich die Sensorelemente des ersten Bereichs von den Sensorelementen des zweiten Bereichs hinsichtlich ihrer Sensorsubelemente unterscheiden. So kann die Sensoranordnung auf die Untersuchung von Objekten zugeschnitten sein, bei denen das Vorliegen unterschiedlicher Bereiche von Interesse bekannt ist, beispielsweise eine abgelagerte Sandschicht mit darüber stehendem Wasser in einem Aquarium. Dabei wäre dann beispielsweise der erste Bereich der Sensoranordnung dazu vorgesehen, mit der Sandschicht in Kontakt gebracht zu werden, während der zweite Bereich der Sensoranordnung dazu vorgesehen wäre, mit dem darüber stehenden Wasser in Kontakt gebracht zu werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung weisen unterschiedliche Sensorelemente auf eine gemeinsame Veränderliche sensitive Sensorsubelemente auf, die sich hinsichtlich ihrer Querempfindlichkeit bezüglich wenigstens jeweils einer weiteren Veränderlichen unterscheiden. Aus der Auswertung einer Sensorantwort aller dieser Sensorsubelemente können die involvierten Veränderlichen bestimmt werden. So kann beispielsweise von zwei jeweils auf Sauerstoff sensitiven Sensorsubelementen eines eine Abhängigkeit seiner Sensorantwort auf Sauerstoff von Schwefelwasserstoff zeigen, während das andere eine Abhängigkeit seiner Sensorantwort auf Sauerstoff von SO₂ zeigt.
Zur Auswertung der Sensorantwort der Sensoranordnung wird mindestens ein Bild der Sensoranordnung aufgezeichnet. Um die korrekte Ausrichtung des mindestens einen Bildes bei der Auswertung zu erleichtern, sind in der Sensoranordnung vorteilhaft Referenzmarkierungen vorgesehen. Diese Referenzmarkierungen können als Sensorsubelemente oder als separate Markierungen in der Sensoranordnung ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung der zweidimensionalen Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts wird wie folgt durchgeführt:
Es wird eine Sensoranordnung auf eine Oberfläche des Objekts aufgebracht, wobei die Sensoranordnung eine Vielzahl matrixartig angeordneter Sensorelemente umfasst. Dabei weist jedes Sensorelement mindestens ein erstes Sensorsubelement, das für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und mindestens ein zweites Sensorsubelement, das auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist, auf. Die Sensoranordnung wird dabei mit Licht aus wenigstens einem Wellenlängenbereich beleuchtet. Je nach Messaufgabe und Ausgestaltung der Sensorsubelemente kann die Beleuchtung mit eigens vorgesehenen Lichtquellen oder durch Umgebungslicht, beispielsweise Tageslicht, erfolgen.
Es wird wenigstens ein Bild einer die Verteilung der mindestens einen Veränderlichen repräsentierenden Sensorantwort der Sensoranordnung auf die Beleuchtung aufgezeichnet. Es wird ferner wenigstens ein Bild der Oberfläche des Objekts durch die ersten Sensorsubelemente hindurch aufgezeichnet. Dies geschieht in wenigstens einem Lichtwellenlängenbereich, für welchen die ersten Sensorsubelemente durchlässig sind. Aufgrund dieser Durchlässigkeit ist eine Aufzeichnung eines Bildes der Oberfläche des Objekts möglich, obwohl die Oberfläche von der Sensoranordnung bedeckt ist. Der große Vorteil hierbei ist, dass man in der Auswahl der zweiten Sensorsubelemente nicht auf lichtdurchlässige Ausgestaltungen beschränkt ist.
Aus den aufgezeichneten Bildern wird ein Gesamtbild ermittelt. Dieses Gesamtbild kann in Ausführungsformen eine einfache Überlagerung des Bildes der Oberfläche und des Bildes der Sensorantwort sein, so dass sich innerhalb eines einzigen Bildes eine unmittelbar erfassbare Zuordnung zwischen Sensorantwort und Positionen auf der Oberfläche des Objekts ergibt. Ebenso kann das mindestens eine Bild der Sensorantwort durch Rechenprozesse ausgewertet werden, und die Ergebnisse dieser Auswerteprozesse können mit dem Bild der Oberfläche des Objekts überlagert bildhaft dargestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Sensoranordnung mit einem Lichtpuls aus mindestens einem Lichtwellenlängenbereich beleuchtet, und zeitlich nacheinander eine Vielzahl von Bildern der Sensoranordnung aufgenommen. Die Aufnahme der Bilder kann dabei noch während der Dauer des Lichtpulses beginnen. Auf diese Weise können aus den aufgezeichneten Bildern der Sensoranordnung ortsbezogene Informationen über das Ankling- und/oder das Abklingverhalten der Antwort, zum Beispiel in Form einer Lumineszenzerscheinung, bestimmter Sensorsubelemente auf den Lichtpuls gewonnen werden, aus denen Rückschlüsse auf wenigstens eine Veränderliche, auf die die beteiligten Sensorsubelemente sensitiv ausgebildet sind, möglich sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Sensoranordnung zeitlich nacheinander mit einer Vielzahl von Lichtpulsen aus jeweils mindestens einem Lichtwellenlängenbereich beleuchtet und zu jedem Lichtpuls wenigstens ein Bild der Sensoranordnung aufgenommen. Auch hier kann die Aufnahme der Bilder noch während der Dauer eines jeweiligen Lichtpulses beginnen. Die Auswertemöglichkeiten entsprechen jeweils den vorstehend für einen Lichtpuls beschriebenen. Durch die zeitliche Abfolge der Lichtpulse können nacheinander unterschiedliche Sensorsubelemente angeregt werden, und so Informationen über eine größere Anzahl von Veränderlichen oder genauere Informationen über bestimmte Veränderliche erhalten werden. Die Lichtwellenlängenbereiche der jeweiligen Lichtpulse sind dabei auf die jeweils anzuregenden Sensorsubelemente abzustimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Sensoranordnung mit Dauerlicht beleuchtet. Die Bilder der Sensoranordnung werden in diesem Fall hinsichtlich ihrer spektralen Zusammensetzung und spektralen Intensitätsverteilung ortsbezogen ausgewertet. Von Interesse ist hier also, ob, und wenn ja wie stark, ein bestimmtes Sensorsubelement an einem bestimmten Ort auf das Anregungslicht anspricht. Auch auf diese Weise kann die Verteilung der mindestens einen Veränderlichen bestimmt werden. Das zur Beleuchtung verwendete Dauerlicht kann ein breites Frequenzspektrum aufweisen, z. B. weißes Licht sein, oder aus einem eng begrenzten Spektralbereich stammen.
Führt man die beschriebenen Beleuchtungs- und Bildaufzeichnungsschritte der jeweiligen Ausgestaltungen mehrmals zeitversetzt aus, so kann die Zeitentwicklung der Verteilung der mindestens einen Veränderlichen verfolgt werden.
Beim dem Verfahren kann das Aufbringen der Sensoranordnung auf die Oberfläche des Objekts durch das separate Aufbringen der einzelnen Sensorsubelemente auf die Oberfläche des Objekts erfolgen, beispielsweise nach Art eines Tintenstrahldruckers. Die Sensoranordnung kann aber auch dadurch auf die Oberfläche des Objekts aufgebracht werden, dass ein die Sensorelemente der Sensoranordnung aufweisender Träger auf die Oberfläche des Objekts aufgebracht wird, beispielsweise indem eine die Sensorelemente tragende Folie auf die Oberfläche des Objekts aufgebracht wird. Eine weitere Möglichkeit des Aufbringens der Sensorelemente auf die Oberfläche des Objekts besteht darin, dass die Sensorelemente zunächst auf einem Zwischenmedium angebracht sind, das derart mit der Oberfläche des Objekts in Kontakt gebracht wird, dass die Sensorelemente an der Oberfläche des Objekts haften. Daraufhin wird das Zwischenmedium entfernt, wobei sich die Sensorelemente vom Zwischenmedium lösen und somit auf der Oberfläche des Objekts angeordnet sind.
Ein Mess-System zur bildhaften Erfassung der zweidimensionalen Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts umfasst eine Detektionsvorrichtung und eine Beleuchtungseinrichtung, und umfasst erfindungsgemäß ferner eine Sensoranordnung mit matrixartig angeordneten Sensorelementen, wobei jedes Sensorelement mindestens ein erstes Sensorsubelement aufweist, das für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und mindestens ein zweites Sensorsubelement aufweist, das auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist. Die Sensoranordnung ist auf das Objekt aufbringbar, die Sensoranordnung und das Objekt sind durch die Beleuchtungseinrichtung mit Licht wenigstens einer Lichtwellenlänge beleuchtbar. Durch die Detektionsvorrichtung sind wenigstens ein Bild der Sensoranordnung und wenigstens ein Bild des Objekts aufzeichenbar.
In einer Ausgestaltung des Mess-Systems umfasst die Detektionsvorrichtung mindestens einen Detektor und eine zugeordnete Abbildungsoptik, wobei jeder Detektor in wenigstens einem Lichtwellenlängenbereich empfindlich ist. In Weiterbildungen wird Licht aus einem Lichtwellenlängenbereich, in dem sich Empfindlichkeitsbereiche eines Detektors überlappen, durch ein optisches Kerbfilter (Notch-Filter) unterdrückt. Weist ein Detektor etwa Empfindlichkeiten im roten, im grünen, und im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums auf, und überlappen die Empfindlichkeitskurven beispielsweise für Rot und für Grün des Detektors in einem Lichtwellenlängenbereich der dem gelben Bereich des sichtbaren Spektrums entspricht, so kann gelbes Licht aus dem entsprechenden Überlappungsbereich durch ein geeignet gewähltes Kerbfilter unterdrückt werden.
Der Fachmann kennt, neben Tages- oder Umgebungslicht, welches in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung Anwendung findet, viele Möglichkeiten, eine geeignete Beleuchtung der Sensoranordnung zu realisieren. Als Lichtquellen können beispielsweise konventionelle Lampen oder Blitzlampen, LEDs, OLEDs, oder Laser Verwendung finden. Je nach Erfordernis der Messaufgabe und der Ausgestaltung der Sensoranordnung können diese Lichtquellen zur Beleuchtung von Objekt und Sensoranordnung mit Filtern oder Filtersystemen kombiniert werden. Die Filter oder Filtersysteme können dabei schaltbar ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mess-Systems beruht die Funktionsweise der Beleuchtungseinrichtung auf einem Lumineszenzeffekt. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Lumineszenz in einem für die jeweiligen Messungen besonders geeigneten Lichtwellenlängenbereich erfolgt.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung auf einem Träger;
2a eine Ausgestaltung der schematischen Anordnung der Sensorsubelemente eines Sensorelements;
2b eine weitere Ausgestaltung der schematischen Anordnung der Sensorsubelemente eines Sensorelements;
2c eine weitere Ausgestaltung der schematischen Anordnung der Sensorsubelemente eines Sensorelements;
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mess-Systems;
4 eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mess-Systems;
5 eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mess-Systems, bei der die Beleuchtung durch Lumineszenz erfolgt;
6 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung, welche ohne Träger auf eine Oberfläche eines Objekts aufgebracht ist;
7a eine Ausgestaltung der schematischen Anordnung der Sensorsubelemente eines Sensorelements, wobei kein Träger vorgesehen ist;
7b eine weitere Ausgestaltung der schematischen Anordnung der Sensorsubelemente eines Sensorelements, wobei kein Träger vorgesehen ist;
7c eine weitere Ausgestaltung der schematischen Anordnung der Sensorsubelemente eines Sensorelements, wobei kein Träger vorgesehen ist;
8 ein Prinzip des Anbringens der Sensoranordnung auf einem Objekt;
In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Sensoranordnung, das erfindungsgemäße Mess-System und das Verfahren ausgestaltet sein können, und sind nicht als abschließende Begrenzung zu verstehen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 auf einem Träger 3. In dieser Ausgestaltung umfasst die Sensoranordnung 1 eine Vielzahl von Sensorelementen 10, welche regelmäßig in Zeilen und Spalten nach Art einer Matrix angeordnet sind. Die regelmäßige Anordnung der Sensorelemente 10 ist bei der bildhaften Darstellung der Verteilung mindestens einer Veränderlichen besonders vorteilhaft, die Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf regelmäßige Anordnungen von Sensorelementen beschränkt.
Um die Ausrichtung aufgezeichneter Bilder der Sensoranordnung 1 bei der Auswertung zu erleichtern, sind in dieser Ausführungsform der Sensoranordnung zwei Referenzmarkierungen 20 vorgesehen, die zwischen den Sensorelementen angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass in anderen Ausführungsformen zumindest eine Referenzmarkierung Bestandteil eines Sensorelementes ist. Auch können mehr als zwei Referenzmarkierungen oder nur eine einzige Referenzmarkierung vorgesehen sein.
2a zeigt ein Beispiel einer Ausgestaltung eines Sensorelements 10 auf einem Träger 3 (siehe 1), welches ein erstes Sensorsubelement 15 und drei zweite Sensorsubelemente 11, 12, 13 umfasst. Erfindungsgemäß ist das erste Sensorsubelement 15 für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ausgebildet. Es kann sich dabei in Ausführungsformen um ein optisches Filter handeln, dass in dem mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist. Ebenso ist es möglich, dass das erste Sensorsubelement 15 durch einen auf dem Träger 3 ausgesparten Bereich gebildet ist, wobei dann der Träger 3 zumindest in dem Bereich des ersten Sensorsubelements 15 für den mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ausgebildet ist. Eine weitere grundsätzliche Möglichkeit besteht darin, dass das erste Sensorsubelement 15 eine Öffnung oder eine nachträglich eingebrachte Durchbrechung im Träger 3 umfasst, wodurch dann die Durchlässigkeit des ersten Sensorsubelements 15 für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich oder den gesamten für die Messung verwendeten Lichtwellenlängenbereich gegeben ist.
Die zweiten Sensorelemente 11, 12, 13 sind erfindungsgemäß auf jeweils mindestens eine Veränderliche eines Objekts 2 (siehe 3, 4, 5, 6, 8) sensitiv ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Sensorsubelement 1 zusätzlich zu seiner Durchlässigkeit für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich auch auf wenigstens eine Veränderliche des Objekts 2 sensitiv ausgebildet sein. Dabei ist es auch möglich, dass mindestens zwei Sensorsubelemente 11, 12, 13, 15 auf zumindest eine gemeinsame Veränderliche sensitiv ausgebildet sind. Die Sensorelemente 10 einer Sensoranordnung 1 können sich hinsichtlich ihrer Sensorsubelemente voneinander unterscheiden.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass ein Sensorelement 10 nur ein erstes Sensorsubelement 15 umfasst. Es können auch mehrere Sensorsubelemente für jeweils mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ausgebildet sein.
2b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 10, das ein erstes Sensorsubelement 15 und zwei zweite Sensorsubelemente 11, 12 umfasst. Bezüglich der Ausgestaltungsmöglichkeiten des ersten Sensorsubelements 15 und der zweiten Sensorsubelemente 11, 12 gelten die zu 2a diesbezüglich gemachten Ausführungen. Das gezeigte Beispiel verdeutlicht, dass sich die einzelnen Sensorsubelemente 11, 12, 15 eines Sensorelements 10 hinsichtlich Größe und Form unterscheiden können. Obwohl die Beschreibung sich im Wesentlichen auf Sensorsubelemente 11, 12, 15 beschränkt, die eine rechtwinklige Form besitzen, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass sie Sensorsubelemente 11, 12, 15 die unterschiedlichsten Formen annehmen können.
Durch die unterschiedlichen Größen der Sensorsubelemente 11, 12, 15 kann bestimmten Anforderungen bei der Messung mittels der Sensoranordnung 1 (siehe 1) Rechnung getragen werden. Im Falle lumineszenzbasierter zweiter Sensorsubelemente 11, 12 wird durch ein größeres zweites Sensorsubelement 11, 12 beispielsweise die Lumineszenzlichtausbeute bei ansonsten gleichen Gegebenheiten, also zumindest gleichen Werten der Veränderlichen und gleichen Umgebungsbedingungen, erhöht. Auf diese Weise können Eigenschaften der für die ersten und zweiten Sensorsubelemente 11, 12, 15 verwendeten Materialien bei der Ausgestaltung der Sensorelemente 10 hinsichtlich bestimmter Mess-Aufgaben berücksichtigt werden.
2c zeigt ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel eines Sensorelements 10, mit einem ersten Sensorsubelement 15 und drei zweiten Sensorsubelementen 11, 12, 13. Wiederum weisen erstes Sensorsubelement 15 und zweite Sensorsubelemente 11, 12, 13 unterschiedliche Größen auf.
Bei der Ausgestaltung der Sensorelemente 10 bezüglich der Anordnung und Verteilung der Sensorsubelemente 11, 12, 13, 15 ist zum einen zu berücksichtigen, dass kein Stoffkontakt zwischen den einzelnen Sensorsubelementen 11, 12, 13, 15 stattfindet, zumindest falls ein solcher Stoffkontakt die Funktionsweise des Sensorelements 10 beeinträchtigen würde. Andererseits sind durch eine besonders effiziente und platzsparende Anordnung der Sensorsubelemente 11, 12, 13, 15 in einem Sensorelement 10 geringere Größen der Sensorelemente 10 möglich. So kann bei vorgegebener Gesamtfläche der Sensoranordnung 1 (siehe 1) eine höhere Ortsauflösung der Verteilung der mindestens einen Veränderlichen erzielt werden. Es ist durchaus möglich, dass sich die Sensorelemente 10 einer Sensoranordnung 1 hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mess-Systems 100, das eine Sensoranordnung 1 umfasst, welche mit einem Träger 3 auf eine Oberfläche 4 eines Objekts 2 aufgebracht ist. Die Sensoranordnung 1 weist hier nicht dargestellte matrixartig angeordnete Sensorelemente 10 (siehe 1) auf, wobei jedes Sensorelement 10 mindestens ein erstes Sensorsubelement 15 (siehe 2a, 2b, 2c) aufweist, das für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und mindestens ein zweites Sensorsubelement 11, 12, 13 (siehe 2a, 2b, 2c) aufweist, das auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist. Nähere Ausgestaltungsformen der Sensoranordnung 1 können beispielsweise den 1 und 2a, 2b, 2c entnommen werden.
Das Mess-System 100 umfasst eine Detektionsvorrichtung 102 und eine Beleuchtungseinrichtung 130. Die Beleuchtungseinrichtung 130 kann als Lichtquelle beispielsweise LEDs, OLEDs, Laser, oder diverse Lampen umfassen. Auch ist es denkbar, dass die Lichterzeugung in der Beleuchtungseinrichtung auf einer Lumineszenzerscheinung beruht. Die Detektionsvorrichtung 102 weist einen Detektor 120 und eine Abbildungsoptik 110 auf. Vorteilhaft, wie in der Zeichnung angedeutet, sind Detektor 120 und Abbildungsoptik 110 gegen Streulicht geschützt, so dass sie eine Kamera bilden. Zur Durchführung bestimmter Beleuchtungsarten, wie Dauerlicht, Einzelpulsen, oder Pulssequenzen ist die Beleuchtungsvorrichtung 130 durch eine Steuereinheit 140 steuerbar. Ebenso durch die Steuereinheit 140 steuerbar sind eine Auswerteeinheit 150 und die Detektionsvorrichtung 102. Das Mess-System 100 kann ferner optische Filter oder Filtersysteme 135 zwischen der Sensoranordnung 1 und der Detektionsvorrichtung 102 umfassen, sowie optische Filter oder Filtersysteme 136 zwischen der Beleuchtungseinrichtung 130 und der Sensoranordnung 1 aufweisen. Beide Filter oder Filtersysteme 135, 136 können schaltbar oder steuerbar sein, so dass beispielsweise der Lichtwellenlängenbereich, für den ein Filter oder Filtersystem 135, 136 durchlässig ist, verändert werden kann, vorzugsweise gesteuert durch die Steuereinheit 140.
Beispielsweise kann im Mess-System 100 die Sensoranordnung 1, gesteuert durch die Steuereinheit 140, mit einer Serie von Lichtpulsen beleuchtet werden. Die Detektionsvorrichtung 102 zeichnet zu jedem Lichtpuls wenigstens ein Bild der Sensoranordnung 1 auf, außerdem wird mindestens ein Bild des Objekts 2 durch die ersten Sensorsubelemente 15 der Sensorelemente 10 der Sensoranordnung 1 hindurch aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Bilder der Sensoranordnung 1 werden in der Auswerteeinrichtung 150 hinsichtlich der Verteilung wenigstens einer Veränderlichen ausgewertet, und das Ergebnis der Auswertung wird in der Auswerteeinheit 150 mit dem Bild des Objekts 2 zu einem Gesamtbild verrechnet.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass mit dem Mess-System 100 auch andere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur bildhaften Erfassung der zweidimensionalen Verteilung wenigstens einer Veränderlichen des Objekts 2 durchgeführt werden können.
4 zeigt eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Mess-Systems 100. Im Unterschied zur in 3 gezeigten Ausführungsform, wo schon die wesentlichen Elemente beschrieben worden sind, weist die Ausgestaltung des Mess-Systems 100 der 4 ein Detektionssystem 102 auf, das mehrere Kameras 115, hier drei, bestehend jeweils aus einem Detektor 120 und einer zugeordneten Abbildungsoptik 110, umfasst. Die Detektoren 120 können sich dabei hinsichtlich des Lichtwellenlängenbereichs, auf den sie sensitiv ausgelegt sind, unterscheiden. Bei einer Anordnung der Kameras 115 in der gezeigten Art wird vorteilhaft der unterschiedliche Winkel, unter dem die Kameras 115 auf die Sensoranordnung 1 gerichtet sind, durch die jeweilige Abbildungsoptik 110 und/oder durch die Auswerteeinheit 150 ausgeglichen. Nur dadurch ist es möglich, dass die aufgenommenen Bilder zur Auswertung oder visuellen Betrachtung überlagert werden können. Selbstverständlich können auch in einer Ausführungsform dieser Art Filter oder Filtersysteme wie in der 3 gezeigt vorgesehen sein.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mess-Systems 100. Das Objekt 2 ist hier eine Flüssigkeit in einem Behälter 5. Auf der Innenseite des Behälters 5 ist eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 auf einem Träger 3 aufgebracht. Durch eine Detektionsvorrichtung 102 können Bilder der Sensoranordnung 1 und des Objekts 2 aufgezeichnet werden. Die Bilder können analog den zuvor beschriebenen Ausführungsformen durch eine Auswerteeinheit 150 verarbeitet werden, welche durch eine Steuereinheit 140 steuerbar ist. Die Beleuchtung der Sensoranordnung erfolgt hier durch im Objekt 2, also der Flüssigkeit, ausgelöste Lumineszenz. In der Zeichnung ist angedeutet, dass in Weiterbildungen auch das Auslösen der Lumineszenz durch die Steuereinheit 140 gesteuert sein kann. Bei der benutzten Lumineszenzerscheinung kann es sich beispielsweise um Photolumineszenz, Chemolumineszenz, oder Elektrolumineszenz handeln.
6 zeigt eine weitere prinzipielle Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 mit einer Vielzahl von Sensorelementen 10. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Sensoranordnung 1 hier direkt auf eine Oberfläche 4 eines Objekts 2, von der hier ein Ausschnitt dargestellt ist, aufgebracht. Das bedeutet, ein Träger 3 wie in 1 findet hier keine Anwendung. Dabei ist, ebenso wie bei jeder anderen Ausgestaltung der Sensoranordnung 1, jedoch nicht ausgeschlossen, dass vor dem Aufbringen der Sensoranordnung 1 auf die Oberfläche 4 des Objekts 2 die Oberfläche 4 des Objekts 2 in geeigneter Weise vorbehandelt wird. Zum Aufbringen der Sensoranordnung 1 auf die Oberfläche 4 des Objekts 2 können die Sensorsubelemente 11, 12, 13 (siehe 7a, 7b, 7c) der Sensorelemente 10 beispielsweise einzeln nach Art eines Tintenstrahldruckers auf die Oberfläche 4 aufgebracht werden. In der Sensoranordnung 1 sind außerdem zwei Referenzmarkierungen 20, analog zur Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, vorgesehen.
7a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 10 im Falle einer Sensoranordnung 1 wie in der 6. Das Sensorelement weist ein zweites Sensorsubelement 11 auf, welches auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist. Das zweite Sensorsubelement 11 ist hier kreisförmig ausgebildet, was jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung aufzufassen ist. Die im Zusammenhang mit den 2a, 2b, und 2c gemachten Ausführungen hinsichtlich Form und Größe der Sensorsubelemente lassen sich auf die 7a, und ebenso auf die 7b und 7c übertragen. Das Sensorelement 10 weist ferner ein erstes Sensorsubelement auf, welches für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Sensorsubelement durch einen auf der Oberfläche 4 des Objekts 2 bei der Aufbringung der Sensorelemente 10 ausgesparten Bereich 17 gebildet.
7b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sensorelements 10 für eine Sensoranordnung 1 der in 6 beschriebenen Art. Das Sensorelement 10 weist ein erstes Sensorsubelement auf, welches für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Sensorsubelement durch einen auf der Oberfläche 4 des Objekts 2 bei der Aufbringung der Sensorelemente 10 ausgesparten Bereich 17 gebildet. Ferner weist das Sensorelement 10 zwei zweite Sensorsubelemente 11, 12 auf, welche auf jeweils mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet sind.
7c zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sensorelements 10 für eine Sensoranordnung 1 der in 6 beschriebenen Art. Das Sensorelement 10 weist ein erstes Sensorsubelement auf, welches für mindestens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Sensorsubelement durch einen auf der Oberfläche 4 des Objekts 2 bei der Aufbringung der Sensorelemente 10 ausgesparten Bereich 17 gebildet. Ferner weist das Sensorelement 10 drei zweite Sensorsubelemente 11, 12, 13 auf, welche auf jeweils mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet sind.
8 illustriert eine Möglichkeit, die Sensorelemente 10 einer Sensoranordnung 1 der in 6 gezeigten Art auf eine Oberfläche 4 eines Objekts 2 aufzubringen. Die hier nicht gezeigten Sensorsubelemente der Sensoranordnung 1 sind zunächst auf einem Zwischenmedium 9 aufgebracht, mittels dessen sie in Kontakt mit der Oberfläche 4 des Objekts 2 gebracht werden. Die Sensorsubelemente sind dabei so ausgebildet, dass sie auf der Oberfläche 2 des Objekts stärker haften als an dem Zwischenmedium 9. Das Zwischenmedium 9 wird daraufhin entfernt; dabei lösen sich die Sensorsubelemente von dem Zwischenmedium 9 und verbleiben auf der Oberfläche 4 des Objekts 2 in einer Anordnung, welche durch ihre vorherige Anordnung auf dem Zwischenmedium 9 wesentlich mitbestimmt ist.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Sensoranordnung (1) zur bildhaften Erfassung der Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) mindestens ein Sensorelement (10) aus mindestens zwei einander zugeordneten, bezüglich der Sensoranordnung (1) ortsfesten Sensorsubelementen (11, 12, 13, 15, 17) umfasst, wobei mindestens ein erstes Sensorsubelement (15, 17) für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und wobei mindestens ein zweites Sensorsubelement (11, 12, 13) auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei ein optisches Verhalten des mindestens einen zweiten Sensorsubelements (11, 12, 13) von der mindestens einen Veränderlichen bestimmt ist.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem optischen Verhalten um eine Farbänderung oder ein Lumineszenzverhalten handelt.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine erste Sensorsubelement (15) des mindestens einen Sensorelements (10) außerdem auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Sensorelement (10) mindestens ein erstes Sensorsubelement (15, 17) und mindestens zwei zweite Sensorsubelemente (11, 12) umfasst, wobei sich die mindestens zwei zweiten Sensorsubelemente (11, 12) hinsichtlich mindestens einer Veränderlichen, auf die sie sensitiv ausgebildet sind, unterscheiden.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei wenigstens einer Veränderlichen um eine Konzentration eines Stoffes oder einen Partialdruck eines Stoffes oder um einen pH-Wert des Objekts (2) oder um die Anwesenheit eines Stoffes oder um eine physikalische Größe wie Temperatur oder Druck handelt.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1) eine Vielzahl von Sensorelementen (10) umfasst, und wobei die Sensorelemente (10) regelmäßig nach Art einer Matrix angeordnet sind.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Sensorelement (10) auf einem Träger (3) lokalisiert ist.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine erste Sensorsubelement (15) des mindestens einen Sensorelements (10) eine Öffnung im Träger (3) umfasst.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine erste Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements (10) aus einem für den wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich transparenten Material besteht, oder durch einen dem mindestens einen zweiten Sensorsubelement (11, 12, 13) des mindestens einen Sensorelements (10) zugeordneten, auf dem Träger (3) ausgesparten Bereich (17) gebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei es sich bei dem Träger (3) um eine Folie handelt.
Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sensorelemente (10) der Sensoranordnung (1) ohne Träger (3) auf das Objekt (2) aufbringbar sind.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 12, wobei das mindestens eine erste Sensorsubelement des mindestens einen Sensorelements (10) durch einen dem mindestens einen zweiten Sensorsubelement (11, 12, 13) des mindestens einen Sensorelements (10) zugeordneten, bei der Aufbringung des mindestens einen Sensorelements (10) auf eine Oberfläche (4) des Objekts (2) ausgesparten Bereich (17) gebildet ist.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich mindestens zwei Sensorelemente (10) hinsichtlich ihrer jeweiligen Sensorsubelemente (11, 12, 13, 15, 17) voneinander unterscheiden.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 14, wobei ein erster Bereich der Sensoranordnung (1) Sensorelemente (10) aufweist, welche sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Sensorsubelemente (11, 12, 13, 15, 17) von den Sensorelementen (10) in einem zweiten Bereich der Sensoranordnung (1) unterscheiden.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 14, wobei auf eine gemeinsame Veränderliche sensitive Sensorsubelemente (11, 12, 13, 15) unterschiedlicher Sensorelemente (10) sich hinsichtlich ihrer Querempfindlichkeit auf wenigstens jeweils eine weitere Veränderliche unterscheiden.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Sensoranordnung (1) Referenzmarkierungen (20) zur Unterstützung der Ausrichtung eines aufgenommenen Bildes der Sensoranordnung (1) bei der Auswertung vorgesehen sind.
Verfahren zur bildhaften Erfassung der zweidimensionalen Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts (2), umfassend die folgenden Schritte: a) Aufbringen einer Sensoranordnung (1) auf eine Oberfläche (4) des Objekts (2), wobei die Sensoranordnung (1) eine Vielzahl matrixartig angeordneter Sensorelemente (10) umfasst, und wobei jedes Sensorelement (10) mindestens ein erstes Sensorsubelement (15, 17) aufweist, das für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und mindestens ein zweites Sensorsubelement (11, 12, 13) aufweist, das auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist. b) Beleuchten der Sensoranordnung (1) mit Licht aus wenigstens einem Lichtwellenlängenbereich; c) Aufzeichnen wenigstens eines Bildes einer die Verteilung der mindestens einen Veränderlichen repräsentierenden Sensorantwort der Sensoranordnung (1) auf die Beleuchtung; d) Aufzeichnen wenigstens eines Bildes der Oberfläche (4) des Objekts (2) durch die ersten Sensorsubelemente (15, 17) hindurch; und e) Ermitteln wenigstens eines Gesamtbildes aus den in den Schritten c und d aufgenommenen Bildern.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Sensoranordnung (1) mit einem Lichtpuls aus mindestens einem Lichtwellenlängenbereich beleuchtet wird, und zeitlich nacheinander eine Vielzahl von Bildern gemäß Schritt c aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Sensoranordnung (1) zeitlich nacheinander mit einer Vielzahl von Lichtpulsen aus jeweils mindestens einem Lichtwellenlängenbereich beleuchtet wird und zu jedem Lichtpuls wenigstens ein Bild der Sensoranordnung (1) gemäß Schritt c aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Sensoranordnung (1) mit Dauerlicht beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das Aufbringen einer Sensoranordnung (1) auf die Oberfläche (4) des Objekts (2) durch das Aufbringen der einzelnen Sensorsubelemente (11, 12, 13, 15) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das Aufbringen einer Sensoranordnung (1) auf die Oberfläche (4) des Objekts (2) durch Aufbringen eines die Sensorelemente (10) aufweisenden Trägers (3) auf die Oberfläche (4) des Objekts (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das Aufbringen der Sensoranordnung (1) auf die Oberfläche (4) des Objekts (2) dadurch erfolgt, dass ein die Sensorelemente (10) tragendes Zwischenmedium (9) mit der Oberfläche (4) des Objekts (2) in Kontakt gebracht wird, die Sensorelemente (10) an der Oberfläche (4) des Objekts (2) haften, und das Zwischenmedium (9) vor der Durchführung von Bildaufnahmen entfernt wird, wobei sich die Sensorelemente (10) vom Zwischenmedium (9) lösen.
Mess-System (100) zur bildhaften Erfassung der zweidimensionalen Verteilung wenigstens einer Veränderlichen eines Objekts (2) mit einer Detektionsvorrichtung (102) und einer Beleuchtungseinrichtung (130), dadurch gekennzeichnet, dass das Mess-System (100) eine Sensoranordnung (1) mit matrixartig angeordneten Sensorelementen (10) umfasst, wobei jedes Sensorelement (10) mindestens ein erstes Sensorsubelement (15, 17) aufweist, das für wenigstens einen Lichtwellenlängenbereich durchlässig ist, und mindestens ein zweites Sensorsubelement (11, 12, 13) aufweist, das auf mindestens eine Veränderliche sensitiv ausgebildet ist, und wobei die Sensoranordnung (1) auf das Objekt (2) aufbringbar ist, die Sensoranordnung (1) und das Objekt (2) durch die Beleuchtungseinrichtung (130) mit Licht wenigstens einer Lichtwellenlänge beleuchtbar sind, und durch die Detektionsvorrichtung (102) wenigstens ein Bild der Sensoranordnung (1) und wenigstens ein Bild des Objekts (2) aufzeichenbar sind.
Mess-System (100) nach Anspruch 25, wobei die Detektionsvorrichtung (102) mindestens einen Detektor (120) und eine zugeordnete Abbildungsoptik (110) umfasst, wobei jeder Detektor (120) in wenigstens einem Lichtwellenlängenbereich empfindlich ist.
Mess-System (100) nach Anspruch 26, wobei Licht aus einem Lichtwellenlängenbereich, in dem sich Empfindlichkeitsbereiche eines Detektors (120) überlappen, durch ein optisches Kerbfilter unterdrückbar ist.
Mess-System (100) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei die Funktion der Beleuchtungseinrichtung (130) auf einem Lumineszenzeffekt beruht.