DE102019203850A1 - Optische Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe und Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung - Google Patents

Optische Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe und Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Analyseeinrichtung (1) zum Analysieren von Licht (LR) von einer Probe (10) umfassend: eine Lichtquelle (2), mittels welcher die Probe (10) mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und in einem infraroten Wellenlängenbereich (W2) bestrahlbar ist; eine optische Sensoreinrichtung (SR) und/oder Spektrometereinrichtung (SP), in welche ein von der Probe (10) reflektiertes und/oder transmittiertes Licht (LR) einstrahlbar ist und mittels welcher ein Spektrum des Lichts (LR) erzeugbar ist; und eine Auswerteeinrichtung (AR), durch welche das von der optischen Sensoreinrichtung (SR) und/oder von der Spektrometereinrichtung (SP) erzeugte Spektrum des Lichts (LR) hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe (10) auswertbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe und ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung.
  • Stand der Technik
  • Derzeit kommen für Klassifikationen oder zur Identifikation von Substanzen oder Materialien verschiedenste Verfahren zur Anwendung, wobei es sich für kostengünstige Verbraucherprodukte anbietet, zur Klassifikation und Identifikation von Substanzen oder Materialien, neben der Nutzung der Bildinformationen und einer Bilderkennung, die Farbinformationen (RGB) über diese Substanzen oder Objekte zu nutzen, die
    mit einer (RGB)-Kamera gewonnen werden können. Allein aus den drei Farbkanälen und den Bildinformationen lassen sich oft jedoch keine genauen Informationen über die
    Zusammensetzung des Materials gewinnen. Daher wurde in den letzten Jahren verstärkt an kostengünstigen, kompakten NIR (Nah-IR)-Spektrometern gearbeitet, mit denen spektrale Informationen im NIR Wellenlängenbereich (ca. 750 -2500 nm - die meisten Spektrometer können eine Bandbreite von 300 - 600 nm detektieren) gewonnen werden können.
  • In der DE 19920364 A1 wird ein Verfahren zur Erkennung von Farbmustern auf einer Oberfläche beschrieben. Eine entsprechende Vorrichtung umfasst dazu einen Farbsensor. Ermittelte Kenngrößen können mit gespeicherten Werten verglichen werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung nach Anspruch 7.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine optische Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe anzugeben, welche sich dadurch auszeichnen, dass eine verbesserte Klassifikation eines Objekts oder einer Probe und die Identifikation von Substanzen oder Materialien in dieser Probe erfolgen kann, wobei Farb- und Inhaltsinformationen gleichzeitig ermittelt und genutzt werden können. Durch die Analyseeinrichtung kann weiterhin auch eine Benutzerempfehlung für eine Aktion oder die Aktion selbst erzeugt werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die optische Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe eine Lichtquelle, mittels welcher die Probe mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und gleichzeitig in einem infraroten Wellenlängenbereich bestrahlbar ist; eine optische Sensoreinrichtung und/oder eine Spektrometereinrichtung, in welche ein von der Probe reflektiertes und/oder transmittiertes Licht einstrahlbar ist und mittels welcher ein Spektrum des Lichts erzeugbar ist; und eine Auswerteeinrichtung, durch welche das von der optischen Sensoreinrichtung und/oder von der Spektrometereinrichtung erzeugte Spektrum des Lichts hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe auswertbar ist.
  • Die Probe oder mehrere Proben kann ein (Alltags)Objekt, ein Gegenstand, eine Flüssigkeit oder Gas sein.
  • Das Spektrum, welches insbesondere für die Auswertung von Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe dienen kann, wird vorteilhaft mittels nur einer Messung durch die Sensoreinrichtung oder durch die Spektrometereinrichtung ermittelt. Dadurch können vorteilhaft Rückschlüsse auf das Material der Probe sowie dessen sichtbaren Erscheinungsbild aus vorteilhaft nur einer Messung getroffen werden. Bei der Messung wird die Probe vorteilhaft gleichzeitig mit einem sichtbaren Wellenlängenbereich und mit einem infraroten Wellenlängenbereich bestrahlt. Durch die Farb- und Inhaltsinformationen kann vorteilhaft eine eindeutige Identifikation und (korrekte) Klassifikation des Objekts (der Probe oder einer Substanz des Objekts) erfolgen.
  • Die Auswerteeinrichtung umfasst vorteilhaft entsprechende Algorithmen um die aufgenommenen Spektren auswerten zu können, beispielsweise chemometrisch. Die Auswertealgorithmen können hierbei konsekutiv oder parallel erfolgen, wobei Farbinformationen und Informationen über Inhaltsstoffe erzeugt und/oder verarbeitet werden können.
  • Die Sensoreinrichtung und/oder die Spektrometereinrichtung können breitbandig ausgelegt sein und im sichtbaren Bereich wie auch im NIR oder MIR betrieben werden und dort sensitiv sein.
  • Die optische Analyseeinrichtung kann vorteilhaft als ein Mikrospektrometer eingesetzt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analyseeinrichtung umfasst diese eine Anzeigeeinrichtung, mittels welcher eine von der Auswerteeinrichtung erzeugte Information über die Probe darstellbar ist.
  • Die Anzeigeeinrichtung kann eine Bildwiedergabeeinrichtung, etwa ein Display, umfassen. Es ist des Weiteren möglich, dass die Anzeigeeinrichtung auch separiert von der optischen Analyseeinrichtung ist, etwa als eigenständiges Gerät, beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Datendienst (Cloud), welches (drahtlos) mit der optischen Analyseeinrichtung kommunizieren kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analyseeinrichtung umfasst diese eine Steuereinrichtung, mittels welcher eine Aktion an einer technischen Einrichtung basierend auf Informationen über die Probe durchführbar ist.
  • Automatisierte Programme, beispielsweise für Elektrogeräte, können direkt und vorteilhaft automatisch gestartet werden, wobei auch eine hohe Detektionsrichtigkeit erzielbar ist (durch das automatisierte Verfahren). Es ist des Weiteren möglich, dass die Steuereinrichtung auch separiert von der optischen Analyseeinrichtung ist, etwa als eigenständiges Gerät, beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Datensystem, etwa eine Cloud, welches mit der optischen Analyseeinrichtung kommunizieren kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analyseeinrichtung umfasst der infrarote Wellenlängenbereich einen Nah-Infrarot-Bereich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analyseeinrichtung ist die optische Sensoreinrichtung und/oder die Spektrometereinrichtung zum Erzeugen eines Nah-Infrarot-Spektrums eingerichtet und die optische Analyseeinrichtung umfasst ein RGB- und/oder multispektral sensibles Sensorsystem im sichtbaren Wellenlängenbereich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analyseeinrichtung umfasst das RGB- und/oder multispektral sensible Sensorsystem eine RGB-Kamera, eine Hyperspektralkamera im sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder eine weitere Spektrometereinrichtung für den sichtbaren Wellenlängenbereich.
  • Die Spektrometereinrichtung kann ein oder mehrere Spektrometer umfassen. Bei mehreren Spektrometern kann beispielsweise eines für den sichtbaren Wellenlängenbereich sensibel sein und ein anderes für den (Nah-)Infrarotbereich. Für den sichtbaren Wellenlängenbereich kann beispielsweise neben einem klassischen Spektrometer auch ein RGB-Sensor genutzt werden, welcher beispielsweise nur drei Detektionskanäle (RGB) umfassen kann und somit einfacher ausgeführt sein kann als ein Spektrometer für den Infrarotbereich.
  • Das erzeugte Spektrum kann somit Anteile aus dem Infrarotbereich und aus dem sichtbaren Farbbereich umfassen, welche von einem Spektrometer allein, von mehreren Spektrometern oder von einer Kombination aus einem Spektrometer und einer Sensoreinrichtung erzeugbar sein können. Die oder das Spektrometer können vorteilhaft breitere Detektorkanäle umfassen als eine Sensoreinrichtung.
  • Ebenfalls kann statt einem oder mehreren Spektrometern auch eine oder mehrere Hyperspektralkameras genutzt werden. Dabei sind auch alle im vorigen Abschnitt diskutierten Kombinationen möglich.
  • Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen optischen Analyseeinrichtung; ein Bestrahlen der Probe mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und, vorteilhaft gleichzeitig, in einen infraroten Wellenlängenbereich durch die Lichtquelle; ein Erzeugen eines Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich und, vorteilhaft gleichzeitig, im infraroten Wellenlängenbereich durch die Sensoreinrichtung und/oder durch die Spektrometereinrichtung aus dem von der Probe reflektierten und/oder transmittierten Licht; und ein Auswerten des Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich und im infraroten Wellenlängenbereich durch die Auswerteeinrichtung hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe.
  • Das Verfahren zeichnet sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Analyseeinrichtung erwähnten Merkmale und deren Vorteile aus und umgekehrt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird durch die Auswerteeinrichtung ein chemometrisches Verfahren angewandt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, maschinelles Lernen und/oder künstliche Intelligenz anzuwenden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird nach dem Auswerten basierend auf den Farbinformationen und den Inhaltsstoffen der Probe durch die Steuereinrichtung eine Aktion an einer technischen Einrichtung empfohlen und/oder automatisch durchgeführt.
  • Das Empfehlen kann dabei als eine Information an einer Bildwiedergabeeinrichtung, akustisch, mit Signalleuchten oder auf jede andere erdenkliche Art erfolgen. Basierend auf der erfolgten Klassifikation und/oder Identifikation kann vorteilhaft eine automatisierte Handlung erfolgen, etwa ein Starten von Geräten, Warnungen, Kauf von auf Basis der Messdaten auswählbaren Produkten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt im Rahmen einer chemometrischen Analyse ein Fusionieren von Datensätzen oder ein Anwenden von Multiblock-Verfahren.
    Es existieren vorteilhaft mehrere Optionen zur Art der Fusionierung von Daten. Prinzipiell können sich die Verfahren insbesondere in der Dimension der erzeugten Daten unterscheiden (eine einzelne Matrix oder mehrere Matrizen) sowie deren Gewichtung. Es können Synergien aus der gleichzeitigen Information von Inhaltsstoffen und Farben im Vergleich zur separaten Auswertung geschafft werden. Ebenso können die Interpretierbarkeit der Bedeutung/des Beitrags der Datenquelle (also Inhaltsstoff-Information oder FarbInformation) für den Zielparameter optimiert und in verschiedenen Techniken zur Datenfusion unterschiedlich implementiert sein.
  • Betreffend die Auswertung der ermittelten Spektren, kann eine Auswertung und Ermittlung der Farbinformation auch individuell, also einzeln oder separiert von der übrigen Auswertung (Inhaltsstoffe) erfolgen. Ebenso ist es auch möglich, dass die Auswertung der Inhaltsstoffe auch individuell erfolgen kann. Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Ergebnisse aus der Auswertung der Farb- und Inhaltsinformationen, etwa jeweils aus individueller oder gemeinsamer Auswertung, für ein Gesamtergebnis kombiniert werden. Dazu können jeweils Endergebnisse oder auch bereits (unvollständige) Zwischenergebnisse über Farb- oder Inhaltsinformationen genutzt werden.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Farb- und Inhaltsinformationen als Datenblöcke erzeugt werden und für Multiblock-Verfahren genutzt werden und gebündelt ausgegeben werden können.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Farb- und Inhaltsinformationen zu einem Gesamt-Datenblock fusioniert werden und gebündelt ausgegeben werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden durch eine RGB-Kamera die Farbinformationen der Probe ermittelt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Erzeugen eines Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich und im infraroten Wellenlängenbereich im Rahmen genau einer Messung.
  • Nachdem die Probe mit mehreren Wellenlängen gleichzeitig, vorteilhaft NIR und im sichtbaren Wellenlängenbereich, bestrahlt wird, kann gleichzeitig ein Spektrum im sichtbaren und im NIR-Wellenlängenbereich erzeugt und ausgewertet werden, dazu ist also vorteilhaft gleichzeitig nur eine Messung (nur ein Auffangen des Lichts von der Probe) notwendig.
  • Aus der Auswertung kann dann die für eine jeweilige Anwendung (Use Case) gewünschte Identifikation/Klassifikation beziehungsweise Empfehlung gewonnen werden. Dies kann an der Bildwiedergabeeinrichtung angezeigt werden und ein Nutzer oder ein Gerät kann zur Aktion animiert werden oder diese kann direkt ausgelöst werden (etwa durch die Steuereinrichtung). Beispielsweise kann die Empfehlung in Form eines optimalen Waschprogramms über eine Datenschnittstelle an eine Waschmaschine gesendet und der Waschvorgang ausgelöst werden. Dem Nutzer kann außerdem nach jedem Messergebnis die Möglichkeit gegeben werden, den Waschvorgang sofort zu starten. Die Waschmaschine wiederum kann mit einem Messwertspeicher und der Fähigkeit ausgestattet sein, die Ergebnisse mehrerer Messungen an verschiedenen Wäschestücken miteinander so zu verrechnen, dass das empfindlichste gemessene Wäschestück der Wäscheladung vorteilhaft keinen Schaden nimmt. Der Messwertspeicher kann bei Start eines Waschvorganges gelöscht werden.
  • Die Anwendungsfälle (Use cases) können vielfältig sein.
  • So kann beispielsweise eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Fleischarten/Fischarten (sowohl die Farbe als auch die Zusammensetzung des Fleisches/Fisches tragen vorteilhaft zu der korrekten Klassifikation bei) erfolgen. Mit diesen Informationen kann dann das richtige Programm im Ofen vorgeschlagen oder das richtige Programm automatisiert gestartet werden. Ebenfalls können diese Informationen bei Halaldetektion genutzt werden und somit automatisch ein Alarm ausgelöst werden.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass eine Auswahl der richtigen (Gesichts-) Creme/des richtigen Make-ups (über die Farbinformation kann der passende Farbton und über die Inhaltsinformation die passenden Pflegewirkstoffe ausgewählt werden) erfolgen kann. Es ist hierbei auch eine Klassifikation des Hauttyps möglich und ein Vorschlag eines passenden Produkts kann darauf basierend erfolgen. Bei Kopplung der Analyseeinrichtung mit einem Onlineshop (etwa beim Einsatz der optischen Analyseeinrichtung in einem Mobiltelefon oder anderem portablen Computergeräten) kann das richtige Produkt direkt in einen virtuellen Warenkorb gelegt bzw. direkt für den speziellen Hauttyp des Kunden angepasst ausgewählt und hergestellt werden.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass eine Auswahl eines richtigen Sonnenschutzmittels (über die Farbinformation kann der zum Hauttyp passende Sonnenschutzfaktor und über die Inhaltsinformation die passende Emulsion ausgewählt werden) erfolgt.
  • Es kann auch eine Bestimmung des Farbtons/der Qualität einer Farbmischung erfolgen (Farbinformation mit Abgleichen nach dem richtigen Farbton; Zusammensetzung kann einen Rückschluss über den Wassergehalt ergeben).
    Auf Basis dieser
    Messergebnisse kann dann direkt die korrekte Mischung gemischt und abgefüllt werden (etwa im Baumarkt oder bei Vernetzung mit diesem).
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass ein Hilfsgerät für Sehgeschädigte gesteuert werden oder mit Informationen versorgt werden kann - Beides, sowohl die Farbinformation als auch Informationen über die Inhaltsstoffe, können genutzt werden um für Sehgeschädigte Objekte zu identifizieren und ggf. eine akustische/haptische/etc. Empfehlung/Warnung auszusprechen bzw. einen Alarm auszulösen.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass bei der Wäsche gleichzeitig die Farbe und die Inhaltsstoffe überprüft und somit das Wäschestück korrekt identifiziert werden. Somit kann dadurch direkt das richtige Programm ausgewählt und die Waschmaschine/der Trockner gestartet werden, wobei auch automatisch ein Färbetuch beigegeben bzw. ein Alarm ausgelöst werden kann.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass bei Wäsche bei gleichzeitiger Analyse der Farbe und der Inhaltsstoffe von Flecken, deren Detektion deutlich verbessert werden kann und direkt das richtige (Spezial-)Waschprogramm ausgewählt und die Waschmaschine gestartet werden kann. Ebenfalls können sofort, automatisiert spezielle Waschsubstanzen (wie z.B. Spezialwaschmittel) für die bessere Reinigung zugegeben werden.
  • Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Inspektion von Futtermitteln erfolgen kann. Hier kann mittels der Farbinformation der Zustand der Futtermittel beurteilt und mittels der NIR-Informationen die Inhaltsstoffe ermittelt werden. Somit kann automatisch entschieden werden, welches Futtermittel für welche Tiere geeignet ist; und/oder die Futtermittel können passend gemischt werden und/oder den Tieren kann die entsprechende Menge an Futtermittel automatisch abgefüllt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer optischen Analyseeinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine schematische Blockdarstellung von Abläufen einer Ermittlung von Farbinformationen und Inhaltsstoffen gemäß eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung; und
    • 3 eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Analyseeinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Die optische Analyseeinrichtung 1 zum Analysieren von Licht LR von einer Probe 10 umfasst eine Lichtquelle 2, mittels welcher die Probe 10 mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich W1 und in einem infraroten Wellenlängenbereich W2 bestrahlbar ist; eine optische Sensoreinrichtung SR oder Spektrometereinrichtung SP, in welche ein von der Probe 10 reflektiertes und/oder transmittiertes Licht LR einstrahlbar ist und mittels welcher ein Spektrum des Lichts LR erzeugbar ist; und eine Auswerteeinrichtung, durch welche das von der optischen Sensoreinrichtung SR oder von der Spektrometereinrichtung SP erzeugte Spektrum des Lichts LR hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe 10 auswertbar ist.
    Die Analyseeinrichtung 1 kann eine Steuereinrichtung SE umfassen, welche mit der Lichtquelle 2, und der Sensoreinrichtung SR oder Spektrometereinrichtung SP verbunden sein kann und diese nach einer Vorgabe zum Betrieb steuern kann. Die Steuereinrichtung SE kann die Auswerteeinrichtung umfassen (gleiches Bezugszeichen wie SE), alternativ kann die Auswerteeinrichtung auch ein separates Bauteil sein. Des Weiteren kann die Analyseeinrichtung 1 eine Anzeigeeinrichtung umfassen, welche mit der Sensoreinrichtung SR oder Spektrometereinrichtung SP verbunden sein kann. An der Anzeigeeinrichtung 3 kann nach einer Auswertung der Inhaltsinformationen/Farbinformationen und einer Klassifikation des Objekts vorteilhaft eine Empfehlung für eine Handlung angezeigt werden, sowie auch die ausgewerteten Inhaltsinformationen und die Klassifikation selbst dargestellt werden. Das Auswerten kann vorteilhaft durch die Steuereinrichtung SE erfolgen und die Informationen danach an die Anzeigeeinrichtung 3 übermittelt werden. Des Weiteren kann durch die Steuereinrichtung SE auch eine automatische Handlung (Aktion) an einer technischen Einrichtung (nicht gezeigt) vorgenommen (oder über die Anzeigeeinrichtung 3 empfohlen) werden. Die Steuereinrichtung SE ist vorteilhaft auch dazu eingerichtet ein chemometrisches Verfahren oder ein Multiblock-Verfahren zur Auswertung durchzuführen. Die Steuereinrichtung SE kann auch mit der Anzeigeeinrichtung 3 derart verbunden sein, dass eine Empfehlung oder Aktion G automatisiert von der Anzeigeeinrichtung 3 erfolgen oder weitergegeben werden kann.
  • Die Spektrometereinrichtung SP ist vorteilhaft breitbandig ausgelegt, wobei sowohl der sichtbare wie auch den NIR-Bereich abgedeckt sein können, etwa Wellenlängenbereiche von 450 - 1050 nm oder noch weiter in den NIR-Bereich hinein. Durch das Nutzung der Farbinformation und der Inhaltsstoff-Information kann die Detektionsgenauigkeit erhöht werden oder erst möglich gemacht werden.
    Es ist auch möglich, dass das Spektrometer, und auch das weitere Spektrometer, Fouriertransformationsspektrometer oder Gitterspektrometer umfasst. Alternativ sind aber auch Ausprägungsformen mit Fabry-Perot Interferometern (Nutzung mehrerer Ordnungen) oder Spektrometern mit einer Vielzahl von Transmissionsfiltern möglich. Mit all diesen Spektrometern kann beispielsweise das Spektrum des von der Probe reflektierten Lichts einer breitbandigen Lichtquelle gemessen werden.
  • Die Probe 10 wird vorteilhaft breitbandig mit Licht bestrahlt. Die Eindringtiefe des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich (400-750 nm) in die Substanz oder das Material kann gering sein, dient jedoch vorteilhaft zur Ermittlung von Informationen über Form und Farbe der Probe oder des Objekts, da ein Teil des Lichts jedoch reflektiert oder transmittiert werden kann. Aufgrund der geringen Eindringtiefe erhält man jedoch kaum Inhaltsinformationen. Im NIR-Bereich (750-2500 nm) kann das Licht jedoch bei den meisten Materialien tiefer eindringen. Hier liefert das gemessene diffusiv reflektierte oder transmittierte Licht (spektrale Daten) vorteilhaft Informationen über enthaltene Inhaltsstoffe der Substanz oder des Materials. Die Sensoreinrichtung SR oder Spektrometereinrichtung SP kann auch einen Integralwert der gemessenen spektralen Daten (Intensitäten des Lichts über die Wellenlänge oder Zeit) abgeben.
  • 2 zeigt eine schematische Blockdarstellung von Abläufen einer Ermittlung von Farbinformationen und Inhaltsstoffen gemäß eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
  • Das reflektierte und/oder transmittierte Licht LR der Probe umfasst vorteilhaft ein breitbandiges Spektrum BS, welches durch die Sensoreinrichtung SR oder Spektrometereinrichtung SP erzeugt werden kann. Aus diesem breitbandigen Spektrum BS kann sowohl eine Farbinformation RGB im sichtbaren Wellenlängenbereich sowie eine Information IH über den Inhaltsstoff, vorzugsweise durch einen Auswertealgorithmus, ermittelt werden. Die Farbinformation und die Inhaltsinformation IH können zusammen eine Klassifikation KL des Materials oder einer Substanz der Probe oder eines Objekts (auch in dessen Inneren, da NIR auch Informationen aus dem Inneren enthalten kann) ergeben. Die Klassifikation kann durch den Auswertealgorithmus, etwa in der Steuereinrichtung, erfolgen. Basierend auf der Klassifikation KL kann weiterhin eine Empfehlung E und/oder Aktion A ausgegeben werden oder durchgeführt werden, wodurch ein Signal G an ein Gerät oder eine Bildwiedergabeeinrichtung ausgegeben werden kann.
  • Die Auswertung kann vorteilhaft auch mehrere Auswertungsansätze und/oder Algorithmen miteinander, vorteilhaft gleichzeitig, kombinieren. Daher können gleichzeitig mehrere Auswertungsansätze zur chemometrischen Analyse der Informationen von Farbe und Inhaltsstoffen herangezogen werden, um ein anwendungsspezifisches optimales Ergebnis zu erhalten.
  • 3 zeigt eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe erfolgt ein Bereitstellen S1 einer erfindungsgemäßen optischen Analyseeinrichtung; ein Bestrahlen S2 der Probe mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und in eine infraroten Wellenlängenbereich durch die Lichtquelle; ein Erzeugen S3 eines Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich und im infraroten Wellenlängenbereich durch die Sensoreinrichtung oder durch die Spektrometereinrichtung aus dem von der Probe reflektierten und/oder transmittierten Licht; und ein Auswerten S4 des Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich und im infraroten Wellenlängenbereich durch die Auswerteeinrichtung hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe.
  • Die Verfahrensschritte S1, S2, S3 und S4 erfolgen vorteilhaft nacheinander.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19920364 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Optische Analyseeinrichtung (1) zum Analysieren von Licht (LR) von einer Probe (10) umfassend: - eine Lichtquelle (2), mittels welcher die Probe (10) mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und in einem infraroten Wellenlängenbereich (W2) gleichzeitig bestrahlbar ist; - eine optische Sensoreinrichtung (SR) und/oder Spektrometereinrichtung (SP), in welche ein von der Probe (10) reflektiertes und/oder transmittiertes Licht (LR) einstrahlbar ist und mittels welcher ein Spektrum des Lichts (LR) erzeugbar ist; und - eine Auswerteeinrichtung (SE), durch welche das von der optischen Sensoreinrichtung (SR) und/oder von der Spektrometereinrichtung (SP) erzeugte Spektrum des Lichts (LR) hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe (10) auswertbar ist.
  2. Optische Analyseeinrichtung (1) nach Anspruch 1, welche eine Anzeigeeinrichtung (3) umfasst, mittels welcher eine von der Auswerteeinrichtung (AR) erzeugte Information über die Probe (10) darstellbar ist.
  3. Optische Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, welche eine Steuereinrichtung (SE) umfasst, mittels welcher eine Aktion an einer technischen Einrichtung basierend auf Informationen über die Probe (10) durchführbar ist.
  4. Optische Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der infrarote Wellenlängenbereich (W2) einen Nah-Infrarot-Bereich umfasst.
  5. Optische Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die optische Sensoreinrichtung (SR) und/oder die Spektrometereinrichtung (SP) zum Erzeugen eines Nah-Infrarot-Spektrums eingerichtet ist und die optische Analyseeinrichtung (1) ein RGB- und/oder multispektral sensibles Sensorsystem im sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) umfasst.
  6. Optische Analyseeinrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das RGB- und/oder multispektral sensible Sensorsystem eine RGB-Kamera, eine Hyperspektralkamera im sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und/oder eine weitere Spektrometereinrichtung für den sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) umfasst.
  7. Verfahren zum Betreiben einer optischen Analyseeinrichtung (1) zum Analysieren von Licht (LR) von einer Probe (10) umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S1) einer optischen Analyseeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; - Bestrahlen (S2) der Probe (10) mit einem Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und in eine infraroten Wellenlängenbereich (W2) durch die Lichtquelle (2); - Erzeugen (S3) eines Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und im infraroten Wellenlängenbereich (W2) durch die Sensoreinrichtung (SR) und/oder durch die Spektrometereinrichtung (SP) aus dem von der Probe (10) reflektierten und/oder transmittierten Licht (LR); und - Auswerten (S4) des Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und im infraroten Wellenlängenbereich (W2) durch die Auswerteeinrichtung (AR) hinsichtlich Farbinformationen und Inhaltsstoffen der Probe (10).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem durch die Auswerteeinrichtung (AR) ein chemometrisches Verfahren angewandt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem die Auswerteeinrichtung (AR) dazu eingerichtet ist, maschinelles Lernen und/oder künstliche Intelligenz anzuwenden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem nach dem Auswerten (S4) basierend auf den Farbinformationen und den Inhaltsstoffen der Probe (10) durch die Steuereinrichtung (SE) eine Aktion an einer technischen Einrichtung empfohlen und/oder automatisch durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, soweit rückbezogen auf Anspruch 8, bei dem im Rahmen einer chemometrischen Analyse ein Fusionieren von Datensätzen oder ein Anwenden von Multiblock-Verfahren erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem durch eine RGB-Kamera die Farbinformationen der Probe (10) ermittelt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem das Erzeugen (S3) eines Spektrums im sichtbaren Wellenlängenbereich (W1) und im infraroten Wellenlängenbereich (W2) im Rahmen genau einer Messung erfolgt.
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US20140231626A1 (en) * 2012-11-26 2014-08-21 Chemlmage Corporation System and method for detecting target materials using a vis-nir detector
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DE102017214852A1 (de) * 2017-08-24 2019-02-28 BSH Hausgeräte GmbH Bestimmung einer Pflegeinformation für ein Wäschestück

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