Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines Objekts und eine Analysevorrichtung, die dazu eingerichtet ist ein Objekt zu analysieren.The invention relates to a method for analyzing an object and to an analysis device which is set up to analyze an object.
Stand der TechnikState of the art
In DE 10 2006 048 271 B3 ist ein Verfahren zur quantitativen Analyse pharmazeutischer Produkte beschrieben. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass elektromagnetische Strahlung auf das pharmazeutische Produkt eingestrahlt wird und die aus dem Produkt austretende Strahlung wellenlängenaufgelöst und ortsaufgelöst – jedoch explizit nicht zeitaufgelöst – gemessen wird, woraus die Konzentrationen der Inhaltsstoffe, z. B. der Wirkstoffe, des pharmazeutischen Produkts bestimmt werden können. Die Lichtquelle strahlt hierbei kontinuierlich Licht an einem Punkt der Probe ein. Es wird an verschiedenen Punkten der Probe, welche in unterschiedlichen Abständen zum Einstrahlort angeordnet sind, die dort austretende Strahlung gemessen. Dadurch werden Strahlungsanteile, die unterschiedliche Wegstrecken im Inneren der Probe zurückgelegt haben, gemessen. Aus diesen Messungen werden unter Verwendung von mathematischen Modellen für die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung in dem pharmazeutischen Produkt der effektive Streukoeffizient (auch reduzierter Streukoeffizient genannt) und der Absorptionskoeffizient wellenlängenaufgelöst bestimmt. Die Kenntnis des (absoluten) Absorptionskoeffizienten erlaubt die Bestimmung der absoluten Konzentration der Inhaltsstoffe, z. B. der Wirkstoffe, des pharmazeutischen Produkts.In DE 10 2006 048 271 B3 a method for the quantitative analysis of pharmaceutical products is described. The method is characterized in that electromagnetic radiation is irradiated onto the pharmaceutical product and the radiation emerging from the product is wavelength-resolved and spatially resolved - but not explicitly time-resolved - is measured, from which the concentrations of the ingredients, eg. As the active ingredients, the pharmaceutical product can be determined. The light source continuously emits light at one point of the sample. It is measured at different points of the sample, which are arranged at different distances to the Einstrahlort, the radiation exiting there. As a result, radiation components that have traveled different distances in the interior of the sample are measured. From these measurements, using mathematical models for the propagation of electromagnetic radiation in the pharmaceutical product, the effective scattering coefficient (also called reduced scattering coefficient) and the absorption coefficient are determined wavelength-resolved. The knowledge of the (absolute) absorption coefficient allows the determination of the absolute concentration of the ingredients, eg. As the active ingredients, the pharmaceutical product.
Kern und Vorteile der ErfindungCore and advantages of the invention
Zur Messung einer von einem Objekt kommenden Strahlung strahlt eine Lichtquelle elektromagnetische Strahlung auf das zu untersuchende Objekt ein. Eine Detektionseinheit nimmt die vom Objekt kommende Strahlung auf und analysiert dieses Licht bezüglich seiner spektralen Zusammensetzung. Aus dem Unterschied zwischen eingestrahlter Strahlung und vom Objekt kommender Strahlung wird auf das Absorptionsverhalten des Objekts geschlossen. Das Absorptionsverhalten kann dazu verwendet werden eine chemische Zusammensetzung oder eine physikalische Beschaffenheit des Objekts zu bestimmen. Die Detektionseinheit umfasst zumindest einen für die zu untersuchende Strahlung empfindlichen Detektor. Alternativ umfasst die Detektionseinheit ein Spektrometer. Hierzu sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Bauformen mit anwendungsspezifischen Vorteilen und Nachteilen bekannt. Ebenso sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lichtquellen, wie beispielsweise Laser, Leuchtdioden, Halogenlampen und Glühbirnen bekannt. Oftmals umfassen die Lichtquellen auch optische Elemente wie beispielsweise Linsen zur Strahlbündelung oder Reflektoren.To measure a radiation coming from an object, a light source emits electromagnetic radiation onto the object to be examined. A detection unit records the radiation coming from the object and analyzes this light with regard to its spectral composition. From the difference between incident radiation and radiation coming from the object, the absorption behavior of the object is deduced. The absorption behavior can be used to determine a chemical composition or a physical nature of the object. The detection unit comprises at least one detector sensitive to the radiation to be examined. Alternatively, the detection unit comprises a spectrometer. For this purpose, numerous designs with application-specific advantages and disadvantages are known from the prior art. Likewise, various light sources, such as lasers, light-emitting diodes, halogen lamps and light bulbs are known from the prior art. Often, the light sources also include optical elements such as lenses for beam focusing or reflectors.
Ein erster Anteil der auf das Objekt eingestrahlten Strahlung kann an der Oberfläche reflektiert werden, während ein zweiter Anteil der auf das Objekt eingestrahlten Strahlung zunächst in das Volumen des Objekts eindringt und nach mehrfacher Streuung im Inneren des Objekts an der Oberfläche des Objekts austreten. Für die Analyse ist insbesondere der zweite Anteil der Strahlung, der im Volumen gestreut wird, von Interesse. Das Spektrum der im Objekt gestreuten Strahlung hängt konkret von einem wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten μa(λ) und einem wellenlängenabhängigen Streukoeffizienten μs(λ). Diese Koeffizienten sind vom Material des Objekts abhängig.A first portion of the radiation radiated onto the object can be reflected at the surface, while a second portion of the radiation irradiated onto the object first penetrates into the volume of the object and after multiple scattering in the interior of the object at the surface of the object. For the analysis, in particular the second portion of the radiation which is scattered in volume is of interest. The spectrum of the radiation scattered in the object depends concretely on a wavelength-dependent absorption coefficient μ a (λ) and a wavelength-dependent scattering coefficient μ s (λ). These coefficients depend on the material of the object.
Für die Verwendung in Verbindung mit Detektionseinheiten zur Untersuchung von Objekten und deren Zusammensetzung werden häufig Lichtquellen eingesetzt, die Strahlung im Nahinfrarot-Bereich (600 nm–2500 nm) emittieren. Die vorstehend beschriebenen Systeme, umfassend mindestens eine Lichtquelle und mindestens eine Detektionseinheit, werden beispielsweise in der Qualitätskontrolle eingesetzt. Solche Systeme werden auch zunehmend für den Consumer-Bereich interessant.For use in connection with detection units for the examination of objects and their composition, light sources which emit radiation in the near-infrared range (600 nm-2500 nm) are frequently used. The systems described above, comprising at least one light source and at least one detection unit, are used for example in quality control. Such systems are also becoming increasingly interesting for the consumer sector.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Analyse eines Objekts und einer Analysevorrichtung, eingerichtet zur Analyse eines Objekts mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche aus.The invention is based on a method for analyzing an object and an analysis device, designed for the analysis of an object having the features of the independent patent claims.
Ein Vorteil der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche ist, dass an der Oberfläche eines Objekts reflektierte Strahlung und aus dem Volumen rückgestreute Strahlung jeweils separat voneinander betrachtet werden können und auch die jeweiligen Einflüsse des wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten μa(λ) und des wellenlängenabhängigen Streukoeffizienten μs(λ) separat bestimmt werden können.An advantage of the invention with the features of the independent claims is that radiation reflected on the surface of an object and radiation backscattered from the volume can each be viewed separately from each other and also the respective influences of the wavelength-dependent absorption coefficient μ a (λ) and the wavelength-dependent scattering coefficient μ s (λ) can be determined separately.
Beispielsweise kann der jeweilige Streukoeffizient μs(λ) von zwei chemisch identischen Objekten oder Stoffproben, beispielsweise Pulverproben, welche jeweils den gleichen Absorptionskoeffizienten μa(λ) aufweisen, je nach Größenverteilung der Körner und dem Kompaktierungsgrad der Pulverprobe stark variieren. Obwohl die Pulverproben chemisch identisch sind, haben beispielsweise Struktureigenschaften wie Körnergröße und Kompaktierungsgrad neben der chemischen Beschaffenheit der Pulverprobe Einfluss auf das Spektrum. Mittels der vorliegenden Erfindung können solche Effekte bei der Analyse der Probe unterschieden werden. Somit können beispielsweise die Informationen über die chemische Zusammensetzung des Objekts von den Informationen über die Struktureigenschaften, also die physikalische Beschaffenheit des Objekts, getrennt werden und damit eine separate Betrachtung ermöglicht werden.For example, the respective scattering coefficient μ s (λ) of two chemically identical objects or substance samples, for example powder samples which each have the same absorption coefficient μ a (λ), vary greatly depending on the size distribution of the grains and the degree of compaction of the powder sample. Although the powder samples are chemically identical, for example, structural properties such as grain size and degree of compaction have an influence on the spectrum in addition to the chemical nature of the powder sample. By means of the present invention, such effects can be distinguished in the analysis of the sample. Thus, for example, the information about the chemical composition of the object of the information about the structural properties, so the physical nature of the object, be separated and thus a separate viewing possible.
Dies wird erreicht mit einem Verfahren zur Analyse eines Objekts nach Anspruch 1, wobei eine Einzelmessung die nachfolgenden Schritte umfasst. Es erfolgt eine Bestrahlung eines Objekts mit elektromagnetischer Strahlung und eine spektrometrische Messung einer von dem Objekt kommenden Strahlung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Analyse des Objekts mindestens zwei Einzelmessungen durchgeführt werden, dass die vom Objekt kommende Strahlung eine Messpunkts-Strahlung ist, welche von einem Messpunkt des Objekts kommt, wobei der Messpunkt für alle Einzelmessungen ortsfest auf dem Objekt gewählt ist und dass die Bestrahlung des Objekts mit elektromagnetischer Strahlung für eine erste Einzelmessung an einem ersten Beleuchtungspunkt des Objekts erfolgt und die Bestrahlung des Objekts mit elektromagnetischer Strahlung für eine zweite Einzelmessung an einem zweiten Beleuchtungspunkt des Objekts erfolgt, wobei der erste Beleuchtungspunkt und der zweite Beleuchtungspunkt voneinander beabstandet sind, sodass die elektromagnetische Strahlung bei der ersten Einzelmessung und der zweiten Einzelmessung im Objekt unterschiedliche Wegstrecken zurücklegt. Eine Auswertung der mindestens zwei Einzelmessungen erfolgt unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wegstrecken. Ein Vorteil ist, dass bei geringem technischem Aufwand mittels einfacher Verfahrensschritte sehr zuverlässige Analyseergebnisse erzielt werden.This is achieved with a method of analyzing an object according to claim 1, wherein a single measurement comprises the subsequent steps. There is an irradiation of an object with electromagnetic radiation and a spectrometric measurement of a radiation coming from the object. The method is characterized in that for the analysis of the object at least two individual measurements are performed, that the radiation coming from the object is a measuring point radiation coming from a measuring point of the object, wherein the measuring point is selected stationary on the object for all individual measurements and that the irradiation of the object with electromagnetic radiation for a first individual measurement takes place at a first illumination point of the object and the irradiation of the object with electromagnetic radiation for a second individual measurement takes place at a second illumination point of the object, wherein the first illumination point and the second illumination point are spaced from each other are so that the electromagnetic radiation in the first individual measurement and the second single measurement in the object travels different distances. An evaluation of the at least two individual measurements takes place taking into account the different distances. One advantage is that with low technical effort by means of simple process steps very reliable analysis results can be achieved.
In einer Ausführungsform erfolgen die Bestrahlung eines Objekts mit elektromagnetischer Strahlung mittels einer Beleuchtungseinheit und die spektrometrische Messung der Messpunkts-Strahlung mittels einer Detektionseinheit, wobei ein erster Abstand zwischen der Beleuchtungseinheit und dem Objekt eingestellt wird und ein zweiter Abstand zwischen der Detektionseinheit und dem Objekt eingestellt wird. Somit ist es möglich den ersten Abstand und den zweiten Abstand auf optische Elemente der Detektionseinheit und/oder der Beleuchtungseinheit abzustimmen. Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass die Detektionseinheit die vom Objekt kommende Strahlung des Messpunkts detektiert, dass das auf die Probe gelenkte Licht einen eng begrenzten Beleuchtungspunkt beleuchtet und dass die Abstände zwischen Beleuchtungspunkt und Messpunkt auf dem Objekt wohldefiniert sind.In one embodiment, the irradiation of an object with electromagnetic radiation by means of a lighting unit and the spectrometric measurement of the measuring point radiation by means of a detection unit, wherein a first distance between the illumination unit and the object is set and a second distance between the detection unit and the object is set , Thus, it is possible to match the first distance and the second distance to optical elements of the detection unit and / or the illumination unit. This advantageously ensures that the detection unit detects the radiation coming from the object of the measuring point, that the light directed onto the sample illuminates a narrowly limited illumination point and that the distances between illumination point and measuring point on the object are well-defined.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine optische Abstandsmessung durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass der erste Abstand und der zweite Abstand gemessen werden können. Eine fehlerhafte Positionierung der Vorrichtung kann so erkannt werden. Das hat den Vorteil, dass durch weitere Vorrichtungsmerkmale die Durchführung und Auswertung der Messung unter falschen Annahmen bezüglich der Entfernungen erfolgt.According to another embodiment, an optical distance measurement is performed. This has the advantage that the first distance and the second distance can be measured. An incorrect positioning of the device can be detected. This has the advantage that through further device features, the implementation and evaluation of the measurement takes place under false assumptions regarding the distances.
Wird ein gemessener Abstand bei der Abstandsmessung ermittelt, der ungleich dem vorgegebenen Abstand ist, so kann in einer Ausführungsform eine Adaption von optischen Elementen der Beleuchtungseinheit und/oder der Detektionseinheit angesteuert werden. Somit kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass die Detektionseinheit die vom Objekt kommende Strahlung des Messpunkts detektiert, dass das auf die Probe gelenkte Licht einen eng begrenzten Beleuchtungspunkt beleuchtet und dass die Abstände zwischen Beleuchtungspunkt und Messpunkt auf dem Objekt wohldefiniert sind, obwohl der vorgegebene Abstand nicht eingehalten wird. Der Fehler im Abstand wird durch die Adaption der optischen Elemente kompensiert. Wird ein gemessener Abstand bei der Abstandsmessung ermittelt, der ungleich dem vorgegebenen Abstand ist, so kann in einer anderen Ausführungsform der Benutzer zur Korrektur aufgefordert werden.If a measured distance is determined during the distance measurement which is not equal to the predetermined distance, then in one embodiment an adaptation of optical elements of the illumination unit and / or the detection unit can be controlled. Thus, it can advantageously be ensured that the detection unit detects the radiation coming from the object of the measuring point, that the light directed onto the sample illuminates a narrowly limited illumination point and that the distances between illumination point and measuring point on the object are well defined, although the predetermined distance is not maintained becomes. The error in the distance is compensated by the adaptation of the optical elements. If a measured distance is determined during the distance measurement, which is not equal to the predetermined distance, then in another embodiment the user may be requested to correct.
Eine Analysevorrichtung, eingerichtet zur Durchführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren, hat als Vorteil, dass sie einen kompakten, kostengünstigen Aufbau und eine einfache Handhabung aufweist und dabei zuverlässige, verbesserte Analyseergebnisse bereitstellen kann. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Vorteilen der vorstehend beschriebenen Verfahren.An analysis device configured to perform any of the methods described above has the advantage of being compact, inexpensive in construction, and easy to use, while providing reliable, improved analysis results. Further advantages result from the advantages of the methods described above.
Wird ein gemessener Abstand bei der Abstandsmessung ermittelt, der gleich dem vorgegebenen Abstand ist, so kann in einer weiteren Ausführungsform auch ein bestätigendes Signal an den Nutzer ausgegeben oder auch die eigentliche spektroskopische Messung erst dann automatisch ausgelöst werden.If a measured distance is determined during the distance measurement which is equal to the predetermined distance, then in a further embodiment an affirmative signal can also be output to the user or else the actual spectroscopic measurement can only be triggered automatically.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Analysevorrichtung eine Beleuchtungseinheit zur Bestrahlung eines Objekts. Die Beleuchtungseinheit umfasst mindestens eine Lichtquelle und eine einstellbare Strahlablenkeinrichtung, wobei die einstellbare Strahlablenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, von der mindestens einen Lichtquelle kommende Strahlung auf verschiedene Beleuchtungspunkte des Objekts zu lenken. Die Analysevorrichtung umfasst des Weiteren eine Detektionseinheit, welche dazu eingerichtet ist eine Messpunkts-Strahlung zu detektieren. Die Messpunkts-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, welche von einem Messpunkt des Objekts kommt. Des Weiteren umfasst die Analysevorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung von mindestens zwei Einzelmessungen unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wegstrecken. Ein Vorteil ist, dass zum Einstellen der verschiedenen Beleuchtungspunkte lediglich die Strahlablenkeinheit verstellt wird. Ein Bewegen der gesamten Beleuchtungseinheit zur Einstellung der verschiedenen Beleuchtungspunkte ist nicht erforderlich. Dadurch werden die Benutzung und die Handhabung der Analysevorrichtung für einen Nutzer erleichtert.According to one embodiment, the analysis device comprises a lighting unit for irradiating an object. The illumination unit comprises at least one light source and an adjustable beam deflection device, wherein the adjustable beam deflection device is set up to direct radiation coming from the at least one light source to different illumination points of the object. The analysis device further comprises a detection unit, which is set up to detect a measuring point radiation. The measuring point radiation is electromagnetic radiation which comes from a measuring point of the object. Furthermore, the analysis device comprises an evaluation unit for the evaluation of at least two individual measurements taking into account the different distances. One advantage is that only the beam deflecting unit is used to set the different lighting points is adjusted. It is not necessary to move the entire lighting unit to set the different lighting points. This facilitates the use and handling of the analyzer for a user.
Die Strahlablenkeinrichtung umfasst in einer Gestaltungsform einen mikromechanischen Spiegel, welcher mit einer Spiegel-Steuereinheit verbunden ist. Somit können die verschiedenen Beleuchtungspunkte automatisiert eingestellt werden.The beam deflection device comprises in a design form a micromechanical mirror, which is connected to a mirror control unit. Thus, the different lighting points can be set automatically.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Detektionseinheit ein Miniaturspektrometer. Hierbei kann insbesondere bei Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle eine effiziente, kompakte Anordnung ermöglicht werden.According to one embodiment, the detection unit comprises a miniature spectrometer. In this case, in particular when using a broadband light source, an efficient, compact arrangement can be made possible.
Alternativ oder ergänzend kann an der Detektionseinheit eine erste optische Einheit angeordnet sein, welche dazu eingerichtet ist selektiv die Messpunkts-Strahlung in die Detektionseinheit zu leiten. Ein Vorteil ist, dass somit bei jeder Einzelmessung nur Strahlung von dem gewählten, ortsfesten Messpunkt in die Detektionseinheit gelangt, sodass die Messung nicht durch Strahlung, die von anderen Punkten des Objekts kommt, verfälscht wird.Alternatively or additionally, a first optical unit which is set up to selectively guide the measuring point radiation into the detection unit can be arranged on the detection unit. One advantage is that, therefore, for each individual measurement, only radiation from the selected fixed measuring point reaches the detection unit, so that the measurement is not distorted by radiation coming from other points of the object.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Analysevorrichtung eine Abstandsvorrichtung, welche ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Mit dem ersten Ende ist der die Abstandsvorrichtung an der Analysevorrichtung angebracht, sodass durch senkrechtes Aufsetzen des zweiten Endes auf das Objekt ein vorgegebener Abstand zwischen dem Objekt und der Analysevorrichtung eingestellt ist. Ein Vorteil ist, dass somit für alle Messungen der Abstand zwischen der Analysevorrichtung und dem Objekt konstant ist und somit Fehler bei der Messung durch Veränderungen des Abstands verringert bzw. vermieden werden können. Zudem wird somit eine sehr einfache und einfach anwendbare Korrekturvorrichtung für die Analysevorrichtung bereitgestelltAccording to one embodiment, the analysis device comprises a spacer device which has a first end and a second end. With the first end of the distance device is attached to the analysis device, so that by perpendicular placement of the second end on the object, a predetermined distance between the object and the analyzer is set. One advantage is that thus for all measurements the distance between the analysis device and the object is constant and thus errors in the measurement due to changes in the distance can be reduced or avoided. In addition, a very simple and easily applicable correction device for the analysis device is thus provided
Alternativ oder ergänzend umfasst die Analysevorrichtung eine optische Abstandsmessvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, einen Abstand zwischen der Analysevorrichtung und dem Objekt zu bestimmen. Vorteilhaft ist, dass somit bei allen Messungen der Abstand zwischen der Analysevorrichtung und dem Objekt überprüft werden kann und somit Fehler bei der Messung durch Veränderungen des Abstands verringert bzw. vermieden werden können, indem der Nutzer über einen Rückmeldemechanismus, beispielsweise durch ein akustisches Signal oder durch eine Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung, Anweisungen bekommt, den Abstand zu korrigieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass Kenntnisse über den Abstand bei den jeweiligen Einzelmessungen bei der Auswertung berücksichtigt werden können.Alternatively or additionally, the analysis device comprises an optical distance measuring device, which is set up to determine a distance between the analysis device and the object. It is advantageous that the distance between the analysis device and the object can thus be checked in all measurements and thus errors in the measurement can be reduced or avoided by changing the distance by the user via a feedback mechanism, for example by an acoustic signal or by a display on a display device gets instructions to correct the distance. Another advantage is that knowledge of the distance between the individual measurements can be taken into account in the evaluation.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Analysevorrichtung eine Rückmeldeeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Adaption von optischen Elementen der Beleuchtungseinheit und/oder der Detektionseinheit anzusteuern, wenn ein gemessener Abstand nicht mit dem vorgegebenen Abstand übereinstimmt. Somit kann die Analysevorrichtung automatisiert einen falsch eingestellten Abstand kompensieren. Ein Vorteil ist, dass somit auch Messungen aus einer konstanten Entfernung möglich sind. Zudem können vorteilhafterweise auch Objekte analysiert werden, die für den Nutzer nicht oder nur erschwert zugänglich sind. Ein Beispiel hierfür sind Objekte, denen sich der Nutzer nicht ausreichend nähern kann, um den vorgegebenen Abstand einzustellen. Es wird somit die Benutzerfreundlichkeit erhöht.According to one embodiment, the analysis device comprises a feedback unit which is set up to control an adaptation of optical elements of the illumination unit and / or of the detection unit if a measured distance does not coincide with the predetermined distance. Thus, the analyzer can automatically compensate for a misadjusted distance. One advantage is that measurements from a constant distance are possible. In addition, it is also advantageously possible to analyze objects which are not or only with difficulty accessible to the user. An example of this are objects that the user can not approach sufficiently to set the given distance. It thus increases the user-friendliness.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements.
Es zeigenShow it
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Objekts, 1 shows a flowchart of a method for analyzing an object,
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Weiterbildung des Verfahrens zur Analyse eines Objekts, 2 shows a flowchart of a development of the method for analyzing an object,
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Einstellung eines Abstands im Rahmen eines Verfahrens zur Analyse eines Objekts. 3 shows a flowchart of setting a distance in the context of a method for analyzing an object.
4 zeigt eine Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und 4 shows an analysis device according to an embodiment and
5 zeigt eine Analysevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 5 shows an analysis device according to another embodiment.
1. zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zur Analyse eines Objekts 1000. Das Objekt 1000, welches mittels des Verfahrens 100 untersucht werden soll, kann beispielsweise ein Festkörper, eine Flüssigkeit ein Gasgemisch oder eine Mischung der vorstehend Genannten sein. Das Objekt 1000 kann des Weiteren mehrteilig ausgebildet sein. So kann das Objekt 1000 beispielsweise mehrere Festkörper umfassen. Im Allgemeinen wird zur Durchführung einer spektrometrischen Messung 3 das Objekt 1000, welches untersucht werden soll, mit einer elektromagnetischen Strahlung bestrahlt. Die vom Objekt kommende Strahlung kann beispielsweise eine vom Objekt 1000 emittierte, transmittierte, reflektierte oder remittierte Strahlung sein. Die vom Objekt kommende Strahlung wird detektiert. Hierbei kann eine wellenlängenselektive Messung durchgeführt werden. Das heißt es wird beispielsweise die Intensität der vom Objekt kommenden Strahlung pro Wellenlänge oder pro gewähltem Wellenlängenintervall, also die spektrale Zusammensetzung des Objekts 1000, detektiert. Eine Analyse der Messung 3 kann wie folgt durchgeführt werden. Durch eine Auswertung 5 der detektierten spektralen Zusammensetzung der vom Objekt kommenden Strahlung 1000' im Vergleich zu einer Strahlung 1000'', mit der das Objekt 1000 bestrahlt wurde, können Rückschlüsse auf das Absorptionsverhalten des Objekts 1000 gezogen werden. Aus dem Absorptionsverhalten des Objekts 1000 können Informationen über eine chemische Zusammensetzung und/oder eine physikalische Beschaffenheit des Objekts 1000 gewonnen werden. 1 , shows a flowchart of a method 100 to analyze an object 1000 , The object 1000 which by means of the method 100 For example, a solid, a liquid may be a gas mixture or a mixture of the above. The object 1000 may further be formed in several parts. So can the object 1000 For example, include more solids. In general, to perform a spectrometric measurement 3 the object 1000 which is to be examined, irradiated with electromagnetic radiation. For example, the radiation coming from the object can be one from the object 1000 be emitted, transmitted, reflected or remitted radiation. The radiation coming from the object is detected. This can be a wavelength-selective measurement be performed. That is to say, for example, the intensity of the radiation coming from the object per wavelength or per selected wavelength interval, ie the spectral composition of the object 1000 , detected. An analysis of the measurement 3 can be done as follows. By an evaluation 5 the detected spectral composition of the radiation coming from the object 1000 ' in comparison to a radiation 1000 '' with which the object 1000 irradiated, conclusions can be drawn on the absorption behavior of the object 1000 to be pulled. From the absorption behavior of the object 1000 can provide information about a chemical composition and / or a physical nature of the object 1000 be won.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 zur Analyse eines Objekts 1000 gezeigt. In einem ersten Verfahrensteil 100' erfolgt eine Auswahl 1 eines Messpunkts 1001. Ein Messpunkt 1001 bezeichnet einen Ort oder einen Bereich des Objekts 1000, welches untersucht werden soll. Insbesondere bezeichnet der Messpunkt 1001 einen gewählten Punkt oder Bereich auf einer Objektoberfläche 1003. Der Messpunkt 1001 sollte vorzugsweise einen möglichst kleinen Bereich der Objektoberfläche 1003 umfassen. Es wird die Strahlung, die vom Messpunkt 1001 kommt, das heißt die Messpunkts-Strahlung 1000', detektiert. In einem zweiten Verfahrensteil 100'' erfolgen mindestens zwei Einzelmessungen 101, welchejeweils eine Bestrahlung 2 des Objekts 1000 mit elektromagnetischer Strahlung und eine spektrometrische Messung 3 der vom Messpunkt 1001 kommenden Strahlung umfassen, und die Auswertung 5. Bei einer ersten Einzelmessung 101 erfolgt die Bestrahlung 2 des Objekts 1000 an einem ersten Beleuchtungspunkt 1002'. Ein Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' bezeichnet einen Ort oder einen Bereich des Objekts 1000 auf den eine Strahlung auftrifft, wobei die Strahlung beispielsweise von einer Beleuchtungseinheit 202 ausgesandt wird. Der Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' sollte vorzugsweise ein möglichst eng begrenzter Punkt des Objekts 1000 sein. Ein erster Teil der Strahlung kann direkt an der Objektoberfläche 1003 reflektiert werden. Dieser erste Teil wird in den Figuren nicht dargestellt. Am ersten Beleuchtungspunkt 1002' tritt zumindest ein zweiter Teil der von einer Beleuchtungseinheit 202 kommenden Strahlung 1000'' in das Objekt 1000 ein. Im Volumen des Objekts wird die Strahlung 1000'' mehrfach gestreut. Am Messpunkt 1001 tritt zumindest ein Teil dieser im Volumen gestreuten Strahlung wieder aus und wird mittels einer spektrometrischen Messung 3 detektiert. Die Strahlung hat vom ersten Beleuchtungspunkt 1002' zum Messpunkt 1001 eine erste Wegstrecke zurückgelegt. Die Wegstrecke wird durch den Abstand zwischen dem ersten Beleuchtungspunkt 1002' und dem Messpunkt 1001 charakterisiert. In einem weiteren Schritt erfolgt die Einstellung 4 eines zweiten Beleuchtungspunkts 1002'', der von dem ersten verschieden ist. Das heißt, der erste Beleuchtungspunkt 1002' und der zweite Beleuchtungspunkt 1002'' sind beabstandet zueinander angeordnet. In einer zweiten Einzelmessung erfolgt die Bestrahlung 2 des Objekts 1000 an dem zweiten Beleuchtungspunkt 1002''. Ein erster Teil der Strahlung kann direkt an der Objektoberfläche 1003 reflektiert werden (in den 1 bis 5 nicht dargestellt). Am zweiten Beleuchtungspunkt 1002'' tritt zumindest ein zweiter Teil der von einer Beleuchtungseinheit 202 kommenden Strahlung 1000'' in das Objekt 1000 ein. Im Volumen des Objekts 1000 wird die Strahlung 1000'' mehrfach gestreut. Am Messpunkt 1001 tritt zumindest ein Teil dieser im Volumen gestreuten Strahlung wieder aus und wird mittels einer spektrometrischen Messung 3 detektiert. Die Strahlung hat vom zweiten Beleuchtungspunkt 1002'' zum Messpunkt 1001 eine zweite Wegstrecke zurückgelegt, die von der ersten Wegstrecke verschieden ist, da der erste Beleuchtungspunkt 1002' und der zweite Beleuchtungspunkt 1002'' verschieden, das heißt beabstandet voneinander, sind. Der Messpunkt 1001 ist ortsfest, das heißt er stimmt für alle Einzelmessungen 101 überein. Die Ergebnisse der spektrometrischen Messungen 3 der ersten Einzelmessung 101 und der zweiten Einzelmessung 101 werden für die Auswertung 5 unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wegstrecken verwendet. Die Wegstrecken, die die Strahlung im Objekt 1000 zurückgelegt hat, sind unbekannt, jedoch sind die Abstände zwischen den Beleuchtungspunkten 1002', 1002'' zum Messpunkt 1001 bekannt, welche die unterschiedlichen Wegstrecken charakterisieren. Das heißt die Auswertung 5 erfolgt unter Kenntnis und Berücksichtigung der Abstände von den Beleuchtungspunkten 1002', 1002'' zum Messpunkt 1001 und damit indirekt unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wegstrecken. Anstatt nur zwei Einzelmessungen 101 durchzuführen können weitere Einzelmessungen 101 durchgeführt werden, indem vor jeder Einzelmessung 101 die Einstellung 4 des Beleuchtungspunkts 1002', 1002'' erfolgt, sodass für die Auswertung 5 weitere voneinander verschiedene Wegstrecken berücksichtigt werden können. Damit steigt die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens 100 zur Analyse des Objekts 1000. Bei der Auswertung 5 werden die Ergebnisse der spektrometrischen Messungen 3 der Einzelmessungen 101 verwendet. Die spektrometrische Messung 3 der ersten Einzelmessung 101 detektiert eine erste Strahlung, die die erste Wegstrecke im Objekt 1000 zurückgelegt hat, die spektrometrische Messung 3 der zweiten Einzelmessung 1101 detektiert eine zweite Strahlung, die die zweite Wegstrecke, welche nicht mit der ersten übereinstimmt, zurückgelegt hat. Das heißt, die erste Strahlung und die zweite Strahlung hängen aufgrund der unterschiedlichen Wegstrecken in unterschiedlicher Weise von dem wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten μa(λ) und dem wellenlängenabhängigen Streukoeffizienten μs(λ) ab. Mittels mathematischer Modelle zur Strahlungstransporttheorie kann bei der Auswertung 5 ein Algorithmus angewendet werden, um aus den detektierten Messpunkts-Strahlungen 1000' der Einzelmessungen 101 den Absorptionskoeffizienten μa(λ) und den Streukoeffizienten μs(λ) separat voneinander zu bestimmen. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten mit unterschiedlicher mathematischer und physikalischer Komplexität. Im Folgenden wird hierzu ein einfaches Beispiel angegeben. Es sei ρ die Distanz zwischen Messpunkt 1001 und Beleuchtungspunkt 1002' und R die vom Messpunkt 1001 rückgestreute Intensität. Sowohl stark streuende, als auch stark absorbierende Objekte 1000 werden zu einem steilen Abfall der Kurve R(ρ) führen. Wie in M. Jäger et al. (Phys. Med. Biol., 58: N211 2013) gezeigt, würde ein schwach streuendes Material jedoch einen eher geraden, ein stark streuendes einen deutlich gekrümmten Kurvenverlauf verursachen. Ein einfacher Algorithmus kann zunächst aus der Krümmung (zweite Ableitung der rückgestreuten Intensität nach der Distanz d2R/dρ2) den Streukoeffizienten ermitteln. Die Steigung der Kurve (erste Ableitung der rückgestreuten Intensität nach der Distanz dR/dρ) hängt von beiden Koeffizienten, also dem Absorptionskoeffizienten μa(λ) und dem Streukoeffizienten μs(λ) ab, aber unter Berücksichtigung des im ersten Schritt ermittelten Streukoeffizienten μs kann dann auch der Absorptionskoeffizienten μr berechnet werden. Jäger et al. haben hierzu aus Monte-Carlo-Simulationen Kennlinien ermittelt.In 1 is an embodiment of the method 100 to analyze an object 1000 shown. In a first part of the procedure 100 ' a selection is made 1 of a measuring point 1001 , A measuring point 1001 denotes a location or area of the object 1000 which should be examined. In particular, the measuring point designates 1001 a selected point or area on an object surface 1003 , The measuring point 1001 should preferably a smallest possible area of the object surface 1003 include. It gets the radiation coming from the measuring point 1001 comes, that is the measuring point radiation 1000 ' , detected. In a second part of the process 100 '' at least two individual measurements take place 101 , which in each case an irradiation 2 of the object 1000 with electromagnetic radiation and a spectrometric measurement 3 from the measuring point 1001 Coming radiation, and the evaluation 5 , For a first single measurement 101 the irradiation takes place 2 of the object 1000 at a first illumination point 1002 ' , An illumination point 1002 ' . 1002 ' denotes a location or area of the object 1000 on which a radiation impinges, wherein the radiation, for example, from a lighting unit 202 is sent out. The lighting point 1002 ' . 1002 ' should preferably be as narrow as possible a point of the object 1000 be. A first part of the radiation can be directly at the object surface 1003 be reflected. This first part is not shown in the figures. At the first illumination point 1002 ' occurs at least a second part of a lighting unit 202 coming radiation 1000 '' in the object 1000 one. In the volume of the object becomes the radiation 1000 '' scattered several times. At the measuring point 1001 occurs at least a portion of this scattered in volume radiation again and is determined by means of a spectrometric measurement 3 detected. The radiation has from the first illumination point 1002 ' to the measuring point 1001 a first distance covered. The distance is determined by the distance between the first illumination point 1002 ' and the measuring point 1001 characterized. In a further step, the adjustment takes place 4 a second illumination point 1002 ' which is different from the first one. That is, the first illumination point 1002 ' and the second illumination point 1002 ' are spaced from each other. In a second single measurement, the irradiation takes place 2 of the object 1000 at the second illumination point 1002 ' , A first part of the radiation can be directly at the object surface 1003 be reflected (in the 1 to 5 not shown). At the second illumination point 1002 ' occurs at least a second part of a lighting unit 202 coming radiation 1000 '' in the object 1000 one. In the volume of the object 1000 becomes the radiation 1000 '' scattered several times. At the measuring point 1001 occurs at least a portion of this scattered in volume radiation again and is determined by means of a spectrometric measurement 3 detected. The radiation has from the second illumination point 1002 ' to the measuring point 1001 a second distance covered, which is different from the first distance, since the first illumination point 1002 ' and the second illumination point 1002 ' different, that is spaced apart from each other, are. The measuring point 1001 is stationary, which means that it is correct for all individual measurements 101 match. The results of the spectrometric measurements 3 the first single measurement 101 and the second single measurement 101 be for the evaluation 5 taking into account the different distances used. The distances that the radiation in the object 1000 are unknown, but are the distances between the lighting points 1002 ' . 1002 ' to the measuring point 1001 known, which characterize the different routes. That is the evaluation 5 takes place with knowledge and consideration of the distances from the illumination points 1002 ' . 1002 ' to the measuring point 1001 and thus indirectly, taking into account the different distances. Instead of just two individual measurements 101 To carry out further individual measurements 101 be carried out before each individual measurement 101 the attitude 4 of the illumination point 1002 ' . 1002 ' done so for the evaluation 5 further different distances can be considered. This increases the accuracy and reliability of the process 100 to analyze the object 1000 , In the evaluation 5 become the results of the spectrometric measurements 3 the individual measurements 101 used. The spectrometric measurement 3 the first single measurement 101 detects a first radiation, which is the first path in the object 1000 has covered, the spectrometric measurement 3 the second single measurement 1101 detects a second radiation that has traveled the second distance, which does not coincide with the first. That is, the first radiation and the second radiation depend on the different distances in different ways from the wavelength-dependent absorption coefficient μ a (λ) and the wavelength-dependent scattering coefficient μ s (λ). through Mathematical models for radiative transfer theory may be used in the evaluation 5 an algorithm can be applied to from the detected measurement point radiations 1000 ' the individual measurements 101 the absorption coefficient μ a (λ) and the scattering coefficient μ s (λ) separately to determine. There are several possibilities for this with different mathematical and physical complexity. In the following a simple example is given. Let ρ be the distance between the measurement point 1001 and lighting point 1002 ' and R from the measuring point 1001 backscattered intensity. Both strongly scattering and strongly absorbing objects 1000 will lead to a steep drop in the curve R (ρ). As in M. Jäger et al. (Phys. Med. Biol., 58: N211 2013) However, a weakly scattering material would cause a rather straight, a strongly scattering a clearly curved curve. A simple algorithm can first determine the scattering coefficient from the curvature (second derivative of the backscattered intensity according to the distance d 2 R / dρ 2 ). The slope of the curve (first derivative of the backscattered intensity according to the distance dR / dρ) depends on both coefficients, ie the absorption coefficient μ a (λ) and the scattering coefficient μ s (λ), but taking into account the scattering coefficient μ determined in the first step s then the absorption coefficient μ r can be calculated. Jäger et al. have determined characteristic curves from Monte Carlo simulations.
Für die mathematischen Modelle zur Beschreibung der Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung im Objekt 1000 kann die Transporttheorie (z. B. durch numerische Lösungen wie die Monte Carlo Methode) bzw. Näherungen dazu (z. B. die Diffusionstheorie) verwendet werden. Aus dem Absorptionskoeffizienten μa(λ) können Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung des Objekts 1000 gezogen werden, das heißt welche Stoffe oder Stoffgemische das Objekt 1000 umfasst. Diese Information kann auch dazu verwendet werden das Objekt zu identifizieren, indem die Ergebnisse der Analyse bezüglich der chemischen Zusammensetzung des Objekts 1000 mit einer Datenbank abgeglichen werden, in der beispielsweise die chemischen Zusammensetzungen bekannter Objekte gespeichert ist. Aus dem Streukoeffizienten können beispielsweise Informationen über die physikalische Beschaffenheit des Objekts 1000 gewonnen werden. Handelt es sich bei dem Objekt um eine Pulverprobe, so können die chemischen Bestandteile der Pulverprobe unter Zuhilfenahme einer Datenbank, in der Spektren bekannter Stoffe oder Stoffgemische gespeichert sind, bestimmt werden. Zudem können beispielsweise Informationen zur Größenverteilung der Pulverkörner und dem Kompaktierungsgrad der Pulverprobe angegeben werden, da der Absorptionskoeffizient μa(λ) und der Streukoeffizienten μs(λ) separat voneinander bestimmt werden können. Dies ist insbesondere nützlich, wenn verschiedene Chargen desselben Produkts oder unterschiedlicher Hersteller derselben Substanz zu leicht unterschiedlicher Struktur führen.For the mathematical models describing the propagation of electromagnetic radiation in the object 1000 The transport theory can be used (eg by numerical solutions like the Monte Carlo method) or approximations (eg the diffusion theory). From the absorption coefficient μ a (λ) conclusions can be drawn on the chemical composition of the object 1000 be drawn, that is what substances or mixtures of substances the object 1000 includes. This information can also be used to identify the object by analyzing the chemical composition of the object 1000 be compared with a database in which, for example, the chemical compositions of known objects is stored. From the scattering coefficient, for example, information about the physical nature of the object 1000 be won. If the object is a powder sample, the chemical constituents of the powder sample can be determined with the aid of a database in which spectra of known substances or substance mixtures are stored. In addition, for example, information on the size distribution of the powder grains and the Kompaktierungsgrad the powder sample can be given, since the absorption coefficient μ a (λ) and the scattering coefficient μ s (λ) can be determined separately. This is particularly useful when different batches of the same product or different manufacturers of the same substance lead to slightly different structure.
Das in 1 beschriebene Verfahren 100 basiert auf einem Grundprinzip, bei welchem mehrere Einzelmessungen 101 durchgeführt werden, die sich darin unterscheiden, dass die Bestrahlung 2 mit elektromagnetischer Strahlung an voneinander beabstandeten Beleuchtungspunkten 1002', 1002'' erfolgt, während der Messpunkt 1001 für alle Einzelmessungen ortsfest ist, das heißt zwischen den Einzelmessungen nicht verändert wird. Es wird also eine Bestrahlposition variiert, während bei der spektrometrischen Messung 3 bei jeder Einzelmessung 101 nur Strahlung, die vom Messpunkt 1001 kommt, also die Messpunkts-Strahlung 1000', detektiert wird.This in 1 described method 100 is based on a basic principle in which several individual measurements 101 which differ in that the irradiation 2 with electromagnetic radiation at spaced illumination points 1002 ' . 1002 ' takes place while the measuring point 1001 is stationary for all individual measurements, that is not changed between the individual measurements. Thus, an irradiation position is varied, while in the spectrometric measurement 3 every single measurement 101 only radiation coming from the measuring point 1001 comes, so the point radiation 1000 ' , is detected.
4 zeigt einen Querschnitt einer Analysevorrichtung 200, die dazu eingerichtet ist ein Verfahren 100 zur Analyse des Objekts 1000 durchzuführen. Die Analysevorrichtung 200 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Beleuchtungseinheit 202 und eine Detektionseinheit 201. Die Beleuchtungseinheit 202 umfasst eine Lichtquelle 2020 und eine einstellbare Strahlablenkeinrichtung 2023. Als Lichtquelle 2020 können Leuchtdioden, Laserdioden und/oder Superlumineszenzdioden sowie thermische Lichtquellen verwendet werden. Bei einer diffus abstrahlenden Lichtquelle 2020, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, wird eine zweite optische Einheit 2025 im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 2020 und der Strahlablenkeinrichtung 2023 angeordnet. Die zweite optische Einheit 2025 kann Linsen, Reflektoren und/oder Blenden umfassen, um die von der Lichtquelle kommende Strahlung auf einen möglichst eng begrenzten Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' zu bündeln. Die einstellbare Strahlablenkeinheit 2023 ist dazu eingerichtet von der Lichtquelle 2020 kommende Strahlung 1000'' auf den Beleuchtungspunkt 1002'' zu lenken. Die Strahlablenkeinheit 2023 ist in diesem Ausführungsbeispiel als mikromechanischer Spiegel 2022 ausgeführt, welcher mit einer Spiegel-Steuereinheit 2021 verbunden ist. Der mikromechanische Spiegel 2022 ist drehbar gelagert. Die Spiegel-Steuereinheit 2021 ist dazu eingerichtet den mikromechanischen Spiegel 2023 anzusteuern, das heißt mittels der Spiegel-Steuereinheit 2021 kann der mikromechanische Spiegel 2022 derart verstellt werden, dass ein Winkel zwischen einer Spiegeloberfläche 2022' und dem Strahlengang, welcher in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur y-Achse verläuft, variiert werden kann. Über den Winkel kann der Beleuchtungspunkt 1002'' auf dem Objekt 1000 eingestellt werden. Eine Änderung des Winkels, welche über die Spiegel-Steuereinheit 2021 eingestellt werden kann, bewirkt eine Verschiebung des Beleuchtungspunkts auf dem Objekt 1000. Somit können mittels der Spiegel-Steuereinheit 2021 verschiedene, voneinander beabstandete Beleuchtungspunkte 1002', 1002'' auf dem Objekt 1000 angefahren werden und an jedem Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' im Rahmen einer Einzelmessung 101 jeweils eine spektrometrische Messung 3 durchgeführt werden. Die Beleuchtungspunkte 1002', 1002'' können hierbei äquidistant oder beliebig beabstandet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Strahlablenkeinrichtung 2023 beispielsweise auch durch Polygone oder adaptive Optiken oder ähnlich wirkende Elemente realisiert werden. 4 shows a cross section of an analysis device 200 which is set up a procedure 100 to analyze the object 1000 perform. The analyzer 200 includes in this embodiment a lighting unit 202 and a detection unit 201 , The lighting unit 202 includes a light source 2020 and an adjustable beam deflector 2023 , As a light source 2020 For example, light emitting diodes, laser diodes and / or superluminescent diodes and thermal light sources can be used. In a diffuse emitting light source 2020 as used in the present embodiment becomes a second optical unit 2025 in the beam path between the light source 2020 and the beam deflector 2023 arranged. The second optical unit 2025 may include lenses, reflectors and / or diaphragms to the radiation coming from the light source to a very limited illumination point 1002 ' . 1002 ' to bundle. The adjustable beam deflection unit 2023 is set up by the light source 2020 coming radiation 1000 '' on the lighting point 1002 ' to steer. The beam deflection unit 2023 is in this embodiment as a micromechanical mirror 2022 executed, which with a mirror control unit 2021 connected is. The micromechanical mirror 2022 is rotatably mounted. The mirror control unit 2021 is to set up the micromechanical mirror 2023 to drive, that is by means of the mirror control unit 2021 can the micromechanical mirror 2022 be adjusted so that an angle between a mirror surface 2022 ' and the beam path, which in this embodiment extends parallel to the y-axis, can be varied. About the angle, the illumination point 1002 ' on the object 1000 be set. A change of angle, which via the mirror control unit 2021 can be adjusted, causes a shift of the illumination point on the object 1000 , Thus, by means of the mirror control unit 2021 different, from each other spaced illumination points 1002 ' . 1002 ' on the object 1000 be approached and at each lighting point 1002 ' . 1002 ' as part of a single measurement 101 each a spectrometric measurement 3 be performed. The lighting points 1002 ' . 1002 ' can be equidistant or arbitrarily spaced. Alternatively or additionally, the beam deflecting device 2023 For example, be realized by polygons or adaptive optics or similar elements acting.
Die Detektionseinheit 201 ist dazu eingerichtet vom Messpunkt kommende elektromagnetische Strahlung, also die Messpunkts-Strahlung 1000', zu detektieren, das heißt quantitativ zu messen. Beispielsweise wird die Intensität der Messpunkts-Strahlung 1000' für einen Wellenlängenbereich und/oder nach Wellenlängen aufgelöst detektiert. In 4 umfasst die Detektionseinheit 201 eine erste optische Einheit 2011, welche das Licht gebündelt in die Detektionseinheit 201 leitet und eine Detektionsvorrichtung 2010, welche dazu eingerichtet ist Strahlung zu detektieren. Die erste optische Einheit 2011 kann beispielsweise eine Sammellinse, wie in 4 gezeigt, umfassen. Ist die aktive Fläche bzw. Aperturblende der Detektionsvorrichtung 2010 klein genug, so wird Strahlung, die von anderen Punkten als dem Messpunkt 1001 kommt, blockiert. Ist dies nicht der Fall, kann die erste optische Einheit 2011 zudem eine Lochblende umfassen, die in der Bildebene der Sammellinse angeordnet wird, um die in die Detektionsvorrichtung 2010 eintretende Strahlung zu beschränken. Die Detektionsvorrichtung 2010 kann beispielsweise eine Fotodiode sein. Insbesondere bei der Verwendung breitbandiger Lichtquellen 2020 ist eine Vorrichtung, welche wellenlängenaufgelöst Strahlung detektiert, also ein Spektrometer vorteilhaft. Um eine kompakte, handliche Analysevorrichtung 200 zu realisieren, eignen sich als Detektionsvorrichtung 2010 beispielsweise Miniaturspektrometer. Beispiele für Miniaturspektrometer finden sich in verschiedenen Realisierungen im Stand der Technik. Beispiele für Realisierungen von Miniaturspektrometern sind Einzeldetektoren mit durchstimmbarem Fabry-Pérot Filter, ein auf doppelbrechenden Kristallen basierendes Miniaturspektrometer wie in US 9316539 B1 , Diodenzeilen mit variablen Bandpass-Filtern, Prismen oder Gittern. Des Weiteren umfasst die Analysevorrichtung 200 in diesem Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinheit 207.The detection unit 201 is set up from the measuring point coming electromagnetic radiation, so the measuring point radiation 1000 ' to detect, that is to measure quantitatively. For example, the intensity of the spot radiation 1000 ' detected for a wavelength range and / or resolved to wavelengths. In 4 includes the detection unit 201 a first optical unit 2011 , which bundles the light into the detection unit 201 conducts and a detection device 2010 , which is adapted to detect radiation. The first optical unit 2011 For example, a condenser lens, as in 4 shown include. Is the active surface or aperture diaphragm of the detection device 2010 small enough, so will radiation from points other than the measuring point 1001 comes, blocks. If this is not the case, the first optical unit 2011 also comprise a pinhole, which is arranged in the image plane of the converging lens to those in the detection device 2010 restrict incoming radiation. The detection device 2010 may be, for example, a photodiode. Especially when using broadband light sources 2020 is a device which detects wavelength-resolved radiation, ie a spectrometer advantageous. To have a compact, handy analyzer 200 to realize, are suitable as a detection device 2010 for example, miniature spectrometers. Examples of miniature spectrometers are found in various prior art implementations. Examples of miniaturized spectrometer implementations are single detectors with tunable Fabry-Pérot filters, a miniature spectrometer based on birefringent crystals as in US 9316539 B1 , Diode arrays with variable bandpass filters, prisms or grids. Furthermore, the analysis device comprises 200 in this embodiment, an evaluation 207 ,
In 4 ist exemplarisch ein Strahlenverlauf von der Lichtquelle 2020 in die Detektionseinheit 201 anhand eines von der Lichtquelle 2020 kommenden Strahls 1000'' skizziert. Der Strahl tritt für die erste Einzelmessung nach Austritt aus der Lichtquelle 2020 in die zweite optische Einheit 2025 ein, wird in dieser geformt und/oder abgelenkt und trifft nach Austritt aus der zweiten optischen Einheit 2025 auf die einstellbare Strahlablenkeinrichtung 2023. Diese ist in 4 der mikromechanische Spiegel 2022. Der mikromechanischen Spiegel 2022 weist einen ersten Winkel zum Strahlengang auf, diese Position des mikromechanischen Spiegels 2022 ist in 4 gestrichelt eingezeichnet. Gemäß den Gesetzen der Optik wird der von der Lichtquelle kommende Strahl 1000'' am mikromechanischen Spiegel 2022 unter einem durch den ersten Winkel bestimmten Winkel reflektiert und tritt durch eine Strahlöffnung 2024 aus der Beleuchtungseinheit 202 aus. Nach Austritt aus der Beleuchtungseinheit 202 trifft der Strahl 1000'' auf das Objekt 1000 in dem ersten Beleuchtungspunkt 1002' auf. An der Objektoberfläche 1003 reflektierte Strahlung ist in 4 nicht dargestellt. Der Verlauf des Anteils des Strahls 1000'', der am ersten Beleuchtungspunkt 1002' in das Objekt 1000 eintritt, ist im Objekt 1000 durch mehrere kurze Pfeile skizziert, die die erste Wegstrecke zeigen, die der Strahl zurücklegt. Diese kurzen Pfeile deuten an, dass der Strahl 1000'' im Volumen mehrfach gestreut wird, bevor zumindest ein Anteil der Strahlung 1000'' am Messpunkt 1001 aus dem Objekt 1000 austritt. Diese Messpunkts-Strahlung 1000' wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die erste optische Einheit 2011 in die Detektionseinheit 201 geleitet. Mittels der ersten optischen Einheit 2011, die hier eine Sammellinse umfasst, wird die Messpunkts-Strahlung 1000' auf die Detektionsvorrichtung 2010 fokussiert. In der Detektionsvorrichtung erfolgt die spektrometrische Messung 3 der ersten Einzelmessung 101. Das Ergebnis der spektrometrischen Messung 3 wird an die Auswerteeinheit 207 übermittelt. Mittels der Spiegel-Steuereinheit 2021 wird ein zweiter Winkel des mikromechanischen Spiegels 2022 eingestellt. Der Strahl tritt für die zweite Einzelmessung nach Austritt aus der Lichtquelle 2020 in die zweite optische Einheit 2025 ein, wird in dieser geformt und/oder abgelenkt und trifft nach Austritt aus der zweiten optischen Einheit 2025 auf die einstellbare Strahlablenkeinrichtung 2023, in 4 somit den mikromechanischen Spiegel 2022. Der mikromechanischen Spiegel 2022 weist nun den zweiten Winkel zum Strahlengang auf, diese Position des mikromechanischen Spiegels 2022 ist in 4 mit durchgezogenen Linien eingezeichnet. Gemäß den Gesetzen der Optik wird der von der Lichtquelle kommende Strahl 1000'' am mikromechanischen Spiegel 2022 unter einem durch den zweiten Winkel bestimmten Winkel reflektiert und tritt durch eine Strahlöffnung 2024 aus der Beleuchtungseinheit 202 aus. Nach Austritt aus der Beleuchtungseinheit 202 trifft der Strahl 1000'' auf das Objekt 1000 in dem zweiten Beleuchtungspunkt 1002'' auf. Der Verlauf des Anteils des Strahls 1000'', der am zweiten Beleuchtungspunkt 1002'' in das Objekt 1000 eintritt, ist im Objekt 1000 durch mehrere kurze Pfeile skizziert, die die zweite Wegstrecke zeigen, die der Strahl zurücklegt. Diese kurzen Pfeile deuten an, dass der Strahl 1000'' im Volumen mehrfach gestreut wird, bevor zumindest ein Anteil der Strahlung 1000'' am Messpunkt 1001 wieder aus dem Objekt 1000 austritt. Diese Messpunkts-Strahlung 1000' wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die erste optische Einheit 2011 in die Detektionseinheit 201 geleitet. Mittels der ersten optischen Einheit 2011, die hier eine Sammellinse umfasst, wird die vom Messpunkt kommende Strahlung 1000' auf die Detektionsvorrichtung 2010 fokussiert. In der Detektionsvorrichtung erfolgt die spektrometrische Messung 3 der zweiten Einzelmessung 101. Auch dieses Ergebnis der spektrometrischen Messung 3 wird an die Auswerteeinheit 207 übermittelt. Es können weitere Einzelmessungen 101 entsprechend dem vorstehend beschriebenen Ablauf, umfassend die Schritte Einstellung des Winkels, d. h. des Beleuchtungspunkts 1002', 1002'', Bestrahlung 2, spektrometrische Messung 3 vorgenommen werden. In 4 ist der Strahlenverlauf für zwei Einzelmessungen 101 skizziert. In der Auswerteeinheit 207 wird die Auswertung 5 vorgenommen. Mittels mathematischer Modelle zur Strahlungstransporttheorie kann bei der Auswertung 5 ein Algorithmus angewendet werden, um aus den detektierten Strahlungen der Einzelmessungen 101 den Absorptionskoeffizienten μa(λ) und den Streukoeffizienten μs(λ) separat voneinander zu bestimmen. Das Ergebnis kann mit einer internen oder externen Datenbank abgeglichen werden, in welcher beispielsweise Spektren bekannter Objekte, chemischer Verbindungen, Materialien, die physikalische Beschaffenheit verschiedener Objekte, etc. abgespeichert sind. Somit können Informationen über das Objekt 1000 gewonnen werden. Diese Informationen sind ein Ergebnis der Analyse des Objekts 1000.In 4 is an example of a beam path from the light source 2020 in the detection unit 201 from one of the light source 2020 coming beam 1000 '' outlined. The beam passes for the first single measurement after exiting the light source 2020 in the second optical unit 2025 a is formed and / or deflected in this and meets after exiting the second optical unit 2025 on the adjustable beam deflector 2023 , This is in 4 the micromechanical mirror 2022 , The micromechanical mirror 2022 has a first angle to the beam path, this position of the micromechanical mirror 2022 is in 4 dashed lines. According to the laws of optics, the beam coming from the light source becomes 1000 '' at the micromechanical mirror 2022 is reflected at an angle determined by the first angle and passes through a beam opening 2024 from the lighting unit 202 out. After exiting the lighting unit 202 the beam hits 1000 '' on the object 1000 in the first illumination point 1002 ' on. At the object surface 1003 reflected radiation is in 4 not shown. The course of the share of the jet 1000 '' , the first lighting point 1002 ' in the object 1000 enters, is in the object 1000 outlined by several short arrows showing the first distance the beam travels. These short arrows indicate that the beam 1000 '' is scattered in volume several times before at least a portion of the radiation 1000 '' at the measuring point 1001 from the object 1000 exit. This point radiation 1000 ' is in this embodiment by the first optical unit 2011 in the detection unit 201 directed. By means of the first optical unit 2011 , which includes a condenser lens here, becomes the spot radiation 1000 ' on the detection device 2010 focused. In the detection device, the spectrometric measurement is performed 3 the first single measurement 101 , The result of the spectrometric measurement 3 is sent to the evaluation unit 207 transmitted. By means of the mirror control unit 2021 becomes a second angle of the micromechanical mirror 2022 set. The beam enters the second single measurement after exiting the light source 2020 in the second optical unit 2025 a is formed and / or deflected in this and meets after exiting the second optical unit 2025 on the adjustable beam deflector 2023 , in 4 thus the micromechanical mirror 2022 , The micromechanical mirror 2022 now has the second angle to the beam path, this position of the micromechanical mirror 2022 is in 4 drawn with solid lines. According to the laws of optics, the beam coming from the light source becomes 1000 '' at the micromechanical mirror 2022 is reflected at an angle determined by the second angle and passes through a beam opening 2024 from the lighting unit 202 out. After exiting the lighting unit 202 the beam hits 1000 '' on the object 1000 in the second illumination point 1002 ' on. The course of the share of the jet 1000 '' , the second lighting point 1002 ' in the object 1000 enters, is in the object 1000 sketched by several short arrows showing the second distance the beam travels. These short arrows indicate that the beam 1000 '' is scattered in volume several times before at least a portion of the radiation 1000 '' at the measuring point 1001 again from the object 1000 exit. This point radiation 1000 ' is in this embodiment by the first optical unit 2011 in the detection unit 201 directed. By means of the first optical unit 2011 , which includes a condenser lens here, is the radiation coming from the measuring point 1000 ' on the detection device 2010 focused. In the detection device, the spectrometric measurement is performed 3 the second single measurement 101 , Also this result of the spectrometric measurement 3 is sent to the evaluation unit 207 transmitted. There may be further individual measurements 101 according to the procedure described above, comprising the steps of adjusting the angle, ie the illumination point 1002 ' . 1002 ' , Irradiation 2 , spectrometric measurement 3 be made. In 4 is the beam path for two individual measurements 101 outlined. In the evaluation unit 207 will the evaluation 5 performed. Using mathematical models for radiative transfer theory can be used in the evaluation 5 an algorithm can be applied to from the detected radiations of the individual measurements 101 the absorption coefficient μ a (λ) and the scattering coefficient μ s (λ) separately to determine. The result can be compared with an internal or external database in which, for example, spectra of known objects, chemical compounds, materials, the physical nature of various objects, etc. are stored. Thus, information about the object 1000 be won. This information is a result of the analysis of the object 1000 ,
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Auswerteeinheit 207 eine Kommunikationsschnittstelle, welche dazu eingerichtet ist Daten an ein bezüglich der Analysevorrichtung 200 externe Auswerteeinheit zu senden und/oder von dieser Daten zu empfangen. Die externe Auswerteeinheit umfasst eine Daten-Prozessierungseinheit, welche mittels des Algorithmus aus den detektierten Strahlungen der Einzelmessungen 101 den Absorptionskoeffizienten μa(λ) und den Streukoeffizienten μs(λ) separat bestimmt und eine Referenzdatenbank, in welcher beispielsweise Spektren bekannter Objekte, chemischer Verbindungen, Materialien, die physikalische Beschaffenheit verschiedener Objekte, etc. abgespeichert sind. Bei der Auswertung 5 werden das Ergebnis des Algorithmus mit der Referenzdatenbank abgeglichen und somit Informationen über das Objekt 1000 gewonnen. Da die Auswertung extern erfolgen kann, weist die Analysevorrichtung 200 in diesem Ausführungsbeispiel weniger Bauteile auf, als im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Datenübertragung kann beispielsweise über eine Internetanbindung, Bluetooth oder Infrarotstrahlung realisiert werden. Die Auswertung 5 der Einzelmessungen 101 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel nicht in der Analysevorrichtung 200 sondern in der externen Auswerteeinheit.In a further embodiment, the evaluation unit comprises 207 a communication interface configured to communicate data with respect to the analysis device 200 to send and / or receive external evaluation unit from this data. The external evaluation unit comprises a data processing unit, which by means of the algorithm from the detected radiation of the individual measurements 101 the absorption coefficient μ a (λ) and the scattering coefficient μ s (λ) separately determined and a reference database in which, for example, spectra of known objects, chemical compounds, materials, the physical nature of various objects, etc. are stored. In the evaluation 5 the result of the algorithm is compared with the reference database and thus information about the object 1000 won. Since the evaluation can be done externally, the analysis device 200 in this embodiment, fewer components than in the embodiment described above. The data transmission can be realized for example via an Internet connection, Bluetooth or infrared radiation. The evaluation 5 the individual measurements 101 does not take place in the analysis device in this embodiment 200 but in the external evaluation unit.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 207 mit einer Anzeigevorrichtung verbunden, welche dazu geeignet ist das Ergebnis der Analyse des Objekts 1000 auszugeben bzw. anzuzeigen. Das Ergebnis der Auswertung 5 kann beispielsweise Informationen über die chemische Zusammensetzung und/oder die physikalische Beschaffenheit des Objekts 1000 umfassen. Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise ein Display oder ein Mobiltelefon sein. Die Ausgabe der Informationen kann beispielsweise akustisch (z. B. Warnsignale für bestimmte chemische Stoffe) oder optisch erfolgen.In a further embodiment, the evaluation unit 207 connected to a display device which is suitable for the result of the analysis of the object 1000 to spend or display. The result of the evaluation 5 For example, information about the chemical composition and / or the physical nature of the object 1000 include. The display device may be, for example, a display or a mobile phone. The output of the information may, for example, be audible (eg warning signals for certain chemical substances) or optical.
Das Verfahren 100 zur Analyse des Objekts 1000 kann zudem einen Schritt zur Einstellung 6 eines vorgegebenen Abstands 200' umfassen, wie dies in 2 gezeigt ist. Der vorgegebene Abstand 200' ist ein Abstand, der sich durch Abstimmung des ersten Abstands 201' zwischen Detektionseinheit 201 und dem Objekt 1000, des zweiten Abstands 202' zwischen der Beleuchtungseinheit 202 und dem Objekt 1000 mit den optischen Einheiten 2011, 2025, sowie dem Winkel des mikromechanischen Spiegels 2022 ergibt. Durch diese Abstimmung kann realisiert werden, dass die von der Detektionseinheit 201 detektierte Strahlung von dem ortsfest gewählten, eng begrenzten Messpunkt 1001 kommt, die Beleuchtungspunkte 1002', 1002'' eng begrenzten, vorzugsweise punktförmigen Bereichen auf der Objektoberfläche 1003 entsprechen und der Abstand des Messpunkts 1001 und des Beleuchtungspunkts 1002', 1002'' aus der Objektoberfläche 1003 in Abhängigkeit vom Winkel des mikromechanischen Spiegels 2022 wohldefiniert sind. In einem Ausführungsbeispiel werden zwischen Messpunkt 1001 und Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' Abstände im Bereich von 1 mm bis 20 mm gewählt. MEMS-Mikrospiegel, welche als mikromechanischer Spiegel 2022 verwendet werden können, können einen Lichtstrahl beispielsweise in einem 60°-Bereich scannen. Rechnerisch ergibt sich ein Mindestabstand von 11,5 mm vom mikromechanischen Spiegel 2022 zum Objekt 1000. Für den vorgegebenen Abstand 200' ergibt sich dann in diesem Ausführungsbeispiel ein Wert größer 15 mm. Größere vorgegebene Abstände 200' ermöglichen eine immer bessere Auflösung R(ρ), aber gehen mit einer Abnahme der gemessenen Intensität einher. Gute Kompromisse zwischen Auflösung und gemessener Intensität werden daher in diesem Ausführungsbeispiel erreicht, wenn der vorgegebene Abstand 200' einen Wert aus einem Bereich zwischen 15 mm und 100 mm annimmt.The procedure 100 to analyze the object 1000 It can also be a step towards hiring 6 a predetermined distance 200 ' include, as in 2 is shown. The predetermined distance 200 ' is a distance that varies by tuning the first distance 201 ' between detection unit 201 and the object 1000 , the second distance 202 ' between the lighting unit 202 and the object 1000 with the optical units 2011 . 2025 , as well as the angle of the micromechanical mirror 2022 results. By this vote can be realized that the of the detection unit 201 detected radiation from the fixed selected, narrow measuring point 1001 comes, the lighting points 1002 ' . 1002 ' narrow, preferably point-shaped areas on the object surface 1003 correspond and the distance of the measuring point 1001 and the lighting point 1002 ' . 1002 ' from the object surface 1003 depending on the angle of the micromechanical mirror 2022 well-defined. In one embodiment, between measuring point 1001 and lighting point 1002 ' . 1002 ' Distances selected in the range of 1 mm to 20 mm. MEMS micromirror which acts as a micromechanical mirror 2022 can be used, for example, to scan a light beam in a 60 ° range. Calculated results in a minimum distance of 11.5 mm from the micromechanical mirror 2022 to the object 1000 , For the given distance 200 ' then results in this embodiment, a value greater than 15 mm. Larger predetermined distances 200 ' allow an ever better resolution R (ρ), but are accompanied by a decrease in the measured intensity. Good compromises between resolution and measured intensity are therefore achieved in this embodiment, if the predetermined distance 200 ' assumes a value from a range between 15 mm and 100 mm.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 zur Analyse des Objekts 1000. Das Verfahren 100 aus 2 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Verfahren dahingehend, dass in 2 vor der Durchführung der Einzelmessungen 101 eine Einstellung 6 des vorgegebenen Abstands 200' erfolgt, wobei der vorgegebene Abstand 200' wie vorstehend beschrieben ermittelt wird. Die folgenden Schritte stimmen mit denen, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben sind überein. Die drei Punkte zwischen den Einzelmessungen 101 deuten an, dass mehrere Einzelmessungen 100 durchgeführt werden, wobei vor jeder Einzelmessung 101 eine Einstellung 4 des Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' erfolgt, sodass bei den Einzelmessungen 101 unterschiedliche, voneinander beabstandete Bestrahlpositionen realisiert werden, wobei jedoch der Messpunkt 1001 für alle Einzelmessungen 101 übereinstimmt, da er ortsfest gewählt ist. 2 shows a further embodiment of the method 100 to analyze the object 1000 , The procedure 100 out 2 is different from the one in 1 shown method in that 2 before carrying out the individual measurements 101 a setting 6 the predetermined distance 200 ' takes place, the predetermined distance 200 ' as described above. The following steps are in agreement with those related to 1 are described match. The three points between the individual measurements 101 indicate that several individual measurements 100 be performed, taking before each individual measurement 101 a setting 4 the lighting point 1002 ' . 1002 ' takes place so that in the individual measurements 101 different, spaced-apart irradiation positions are realized, but the measuring point 1001 for all individual measurements 101 matches, since he is elected stationary.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Einstellung 6 eines vorgegebenen Abstands im Rahmen eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens 100 zur Analyse eines Objekts 1000. Zur Einstellung 6 des vorgegebenen Abstands wird eine Abstandsmessung 60 vorgenommen. Im Rahmen der Abstandsmessung 60 wird ein gemessener Abstand 60' ermittelt. Es wird ein Vergleich 61 des gemessenen Abstands 60' und des vorgegebenen Abstands 200' durchgeführt. Der Vergleich 61 umfasst beispielsweise eine Differenzbildung des gemessenen Abstands 60' und des vorgegebenen Abstands 200'. Ergibt der Vergleich 61, eine Gleichheit 61' der Abstände 60', 200', beispielsweise, weil ihre Differenz Null ergibt, so wird der zweite Verfahrensteil 100'' wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Ergibt der Vergleich 61 eine Ungleichheit 61'' der Abstände 60', 200', so wird eine Anpassung 62 vorgenommen. In einer ersten Variante 62'' wird nach der Anpassung 62 das Verfahren 100 gemäß dem zweiten Verfahrensteil 100'' durchgeführt. In einer zweiten Variante 62' erfolgt nach der Anpassung 62 erneut eine Abstandsmessung 60, ein Vergleich 61 und gegebenenfalls die Anpassung 62. Dies geschieht so oft, bis der Vergleich 61 die Gleichheit 61' ergibt und das Verfahren 100 gemäß dem zweiten Verfahrensteil 100'' durchgeführt wird. 3 shows a flow chart for adjustment 6 a predetermined distance in the context of an embodiment of the method 100 to analyze an object 1000 , To adjustment 6 the predetermined distance becomes a distance measurement 60 performed. In the context of distance measurement 60 becomes a measured distance 60 ' determined. It will be a comparison 61 the measured distance 60 ' and the predetermined distance 200 ' carried out. The comparison 61 includes, for example, a difference of the measured distance 60 ' and the predetermined distance 200 ' , Returns the comparison 61 , an equality 61 ' the distances 60 ' . 200 ' For example, because their difference is zero, the second part of the process becomes 100 '' as described above. Returns the comparison 61 an inequality 61 '' the distances 60 ' . 200 ' , so will an adjustment 62 performed. In a first variant 62 '' will after the adjustment 62 the procedure 100 according to the second part of the method 100 '' carried out. In a second variant 62 ' takes place after the adjustment 62 again a distance measurement 60 , a comparison 61 and, if necessary, the adaptation 62 , This happens so often until the comparison 61 the equality 61 ' results and the procedure 100 according to the second part of the method 100 '' is carried out.
Die Abstandsmessung 60 kann beispielsweise optisch erfolgen. Sofern eine Abstandsmessung 60 im Verfahren 100 vorgesehen ist, kann wie in 4 dargestellt eine optische Abstandsmessvorrichtung 203 an oder in der Analysevorrichtung 200 angeordnet werden.The distance measurement 60 can be done, for example, optically. If a distance measurement 60 in the procedure 100 is provided, as in 4 illustrated an optical distance measuring device 203 on or in the analyzer 200 to be ordered.
Die Anpassung 62 kann auf mehreren Wegen erfolgen. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung 62 über eine Veränderung des Abstands zwischen Analysevorrichtung 200 und Objekt 1000. Es wird dem Nutzer beispielsweise über die Anzeigevorrichtung optisch oder akustisch eine Rückmeldung gegeben, dass der gemessene Abstand 60' und der vorgegebene Abstand 200' nicht übereinstimmen, sodass der Nutzer den Abstand händisch verstellt. Vorzugsweise werden dem Nutzer Anweisungen gegeben, wie er die Anpassung 6 vornehmen soll, beispielsweise um welchen Abstand er die Analysevorrichtung 200 in welche Richtungen bewegen soll. Hierbei eignet sich insbesondere die zweite Variante 62'' aus 3, um eine zuverlässige Anpassung 62 zu ermöglichen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung 62 durch eine Rückmeldeeinheit, welche eine Adaption der optischen Einheiten 2011, 2025 ansteuert. Durch die Adaption der optischen Einheiten 2011, 2025 ändert sich der Wert des vorgegebenen Abstands 200', da diese Elemente wie zuvor beschrieben aufeinander abgestimmt sind. In diesem Fall wird der gemessene Abstand 60 nicht verändert. Die Adaption der optischen Einheiten 2011, 2025 kann durch Veränderung der Abbildungseigenschaften der optischen Einheiten 2011, 2025 erfolgen. Hierzu sollten die optischen Einheiten 2011, 2025 beispielsweise verstellbare Linsen oder verstellbare Linsensysteme umfassen, die von der Rückmeldeeinheit verstellt werden können. Aus dem Stand der Technik sind optische Elemente mit veränderbaren Abbildungseigenschaften bekannt. Für die Adaption werden die Abstände zwischen Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' und Messpunkt 1001 aus dem Winkel des mikromechanischen Spiegels 2022 und dem gemessenen Abstand 60 zwischen Analysevorrichtung 200 und Objekt mit den bekannten Mitteln der Trigonometrie berechnet.The adaptation 62 can be done in several ways. In one embodiment, the adaptation occurs 62 about a change in the distance between analyzer 200 and object 1000 , For example, the user is given visual or acoustic feedback via the display device that the measured distance 60 ' and the given distance 200 ' do not match so that the user manually adjusts the distance. Preferably, the user is given instructions on how to adjust 6 to make, for example, at what distance he the analyzer 200 in which directions should move. In this case, the second variant is particularly suitable 62 '' out 3 to make a reliable adjustment 62 to enable. In a further embodiment, the adaptation takes place 62 by a feedback unit, which is an adaptation of the optical units 2011 . 2025 controls. By adapting the optical units 2011 . 2025 the value of the given distance changes 200 ' because these elements are matched as described above. In this case, the measured distance 60 not changed. The adaptation of the optical units 2011 . 2025 can by changing the imaging properties of the optical units 2011 . 2025 respectively. This should be the optical units 2011 . 2025 For example, include adjustable lenses or adjustable lens systems that can be adjusted by the feedback unit. From the prior art optical elements with variable imaging properties are known. For adaptation, the distances between lighting point 1002 ' . 1002 ' and measuring point 1001 from the angle of the micromechanical mirror 2022 and the measured distance 60 between analyzer 200 and object calculated using the known means of trigonometry.
In einem Ausführungsbeispiel der Analysevorrichtung 200, wie es beispielsweise in 4 gezeigt ist, kann durch Integration eines Laserentfernungsmessers nach Stand der Technik als Abstandsmessvorrichtung 203 die Abstandsmessung 60 realisiert werden. Ein Beispiel eines Laserentfernungsmessers ist unter http://www.osramos.com/Graphics/XPic2/00054201_0.pdf/Range%20Finding%20using%20Pulsed%20Laser%20Diodes.pdf zu finden. Es ist alternativ oder ergänzend möglich, die optischen Komponenten des Laserentfernungsmessers, umfassend einen Laser und einen Detektor teilweise oder ganz durch die ohnehin vorhandene Lichtquelle 2020 und Detektionsvorrichtung 2010 zu realisieren.In an embodiment of the analysis device 200 as it is for example in 4 can be shown by integrating a prior art laser range finder as a distance measuring device 203 the distance measurement 60 will be realized. An example of a laser range finder is below http://www.osramos.com/Graphics/XPic2/00054201_0.pdf/Range%20Finding%20using%20Pulsed%20Laser%20Diodes.pdf to find. It is alternatively or additionally possible, the optical components of the laser rangefinder, comprising a laser and a detector partially or completely by the already existing light source 2020 and detection device 2010 to realize.
Alternativ zur Laserentfernungsmessung kann der Abstand auch trianguliert werden. Es ist zu erwarten, dass die von der Detektionsvorrichtung 2010 detektierte Intensität der vom Messpunkt kommenden Strahlung 1000' dann maximal wird, wenn der durch die erste optische Einheit 2011 definierten Messpunkt 1001 mit dem durch den Winkel des mikromechanischen Spiegels 2022 definierten Beleuchtungspunkt 1002', 1002'' zusammenfällt. Aus dem betreffenden Winkel des Spiegels kann dann mit den bekannten Mitteln der Trigonometrie leicht die Entfernung der Analysevorrichtung 200 zur Objektoberfläche 1003 bestimmt werden.As an alternative to laser distance measurement, the distance can also be triangulated. It is expected that by the detection device 2010 detected intensity of the radiation coming from the measuring point 1000 ' then becomes maximum when passing through the first optical unit 2011 defined measuring point 1001 with the through the angle of the micromechanical mirror 2022 defined lighting point 1002 ' . 1002 ' coincides. From the relevant angle of the mirror can then with the known means of trigonometry easily the removal of the analyzer 200 to the object surface 1003 be determined.
Alternativ oder ergänzend kann der vorgegebene Abstand zum Objekt durch mindestens einen Stab 2026 eingehalten werden, der als Abstandsvorrichtung an der Analysevorrichtung angebracht ist und dessen Länge dem vorgegebenen Abstand 200' entspricht. Der Stab 2026 ist an der Analysevorrichtung 200 (ggf. teleskopartig einziehbar) angebracht. Dies ist in 5 in einem Querschnitt der Analysevorrichtung 200 dargestellt. Die Analysevorrichtung 200 kann beispielsweise der Analysevorrichtung 200 aus 4 entsprechen. Ein Stab 2026, welcher ein erstes Ende 20' und ein zweites Ende 20'' aufweist, ist mit dem ersten Ende 20' an der Analysevorrichtung 200 angebracht ist, sodass durch senkrechtes Aufsetzen des zweiten Endes 20'' auf das Objekt ein vorgegebener Abstand 200' zwischen dem Objekt 1000 und der Analysevorrichtung 200 eingestellt ist, wie dies in 5 gezeigt ist.Alternatively or additionally, the predetermined distance to the object by at least one rod 2026 be respected, as Distance device is attached to the analyzer and whose length is the predetermined distance 200 ' equivalent. The rod 2026 is at the analyzer 200 (possibly telescopically retractable) attached. This is in 5 in a cross section of the analysis device 200 shown. The analyzer 200 For example, the analysis device 200 out 4 correspond. A staff 2026 which is a first end 20 ' and a second end 20 '' has, is with the first end 20 ' at the analyzer 200 is attached, so by vertically placing the second end 20 '' on the object a predetermined distance 200 ' between the object 1000 and the analyzer 200 is set, like this in 5 is shown.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102006048271 B3 [0002] DE 102006048271 B3 [0002]
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US 9316539 B1 [0034] US 9316539 B1 [0034]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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M. Jäger et al. (Phys. Med. Biol., 58: N211 2013) [0030] M. Jäger et al. (Phys. Med. Biol., 58: N211 2013) [0030]
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Jäger et al. [0030] Jäger et al. [0030]
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http://www.osramos.com/Graphics/XPic2/00054201_0.pdf/Range%20Finding%20using%20Pulsed%20Laser%20Diodes.pdf [0043] http://www.osramos.com/Graphics/XPic2/00054201_0.pdf/Range%20Finding%20using%20Pulsed%20Laser%20Diodes.pdf [0043]
