DE102019219942A1

DE102019219942A1 - Method for determining a spectrum from a sample and optical analysis device

Info

Publication number: DE102019219942A1
Application number: DE102019219942.9A
Authority: DE
Inventors: Ralf Noltemeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24
Also published as: WO2021122964A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe (P) umfassend ein Bestrahlen (S1, S4) einer Probe (P) mit einer ersten Lichtquelle (LQ1) und danach mit einer zweiten Lichtquelle (LQ2) und ein Detektieren und Ermitteln (S2; S3; S5; S6) von Spektren aus dem ersten und zweiten an der Probe reflektierten Lichts (LR1; LR2), wobei die zweite Lichtquelle (LQ2) von der Probe (P) aus gesehen um einen Messwinkel (MW) von der ersten Lichtquelle (LQ1) verschoben ist, wobei das erste Licht (L1) und das zweite Licht (L2) einen gleichen Wellenlängenbereich umfassen; und ein Abgleichen (S7) des zweiten Spektrums mit dem ersten Spektrum; sowie ein Verdrehen (S8) zumindest der ersten Lichtquelle (LQ1) und/oder der zweiten Lichtquelle (LQ2) gegenüber der Probe (P) falls ein ermittelter Unterschied zwischen dem ersten Spektrum und dem zweiten Spektrum größer oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, solange bis der Unterschied den vorbestimmten Grenzwert unterschreitetThe present invention provides a method for determining a spectrum of a sample (P) comprising irradiating (S1, S4) a sample (P) with a first light source (LQ1) and then with a second light source (LQ2) and detecting and determining (S2; S3; S5; S6) of spectra from the first and second light (LR1; LR2) reflected on the sample, the second light source (LQ2) being viewed from the sample (P) by a measurement angle (MW) from the first light source (LQ1) is shifted, wherein the first light (L1) and the second light (L2) comprise the same wavelength range; and matching (S7) the second spectrum with the first spectrum; and a rotation (S8) of at least the first light source (LQ1) and / or the second light source (LQ2) with respect to the sample (P) if a determined difference between the first spectrum and the second spectrum is greater than or equal to a predetermined limit value, until the difference falls below the predetermined limit value

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe und eine optische Analysevorrichtung.The present invention relates to a method for determining a spectrum from a sample and an optical analysis device.

Stand der TechnikState of the art

Bestimmte Materialien können unter einer Beleuchtung und Reflexion von Licht Unterschiede in deren Reflexionsverhalten für verschiedene Einfallswinkel des Lichts zeigen. Mit optischen Analysevorrichtungen kann eine Probe mit einem Licht bestrahlt werden und wieder von der Probe reflektiert werden, wobei bestimmte Anteile des Spektrums von der Probe absorbiert werden können. Nach einem Ermitteln des Spektrums des reflektierten Lichts, etwa mit einem Spektrometer, kann dann auf jenes Material in der Probe rückgeschlossen werden, welches den jeweiligen Wellenlängenbereich im Spektrum absorbiert hat. Bei manchen Materialien, etwa bei Elasthan, kann die Reflexion je nach Einfallswinkel der Strahlung unterschiedlich sein. So kann abhängig vom Beleuchtung- und Detektionswinkel auch eine direkte Reflexion an der Probe auftreten. Für den Fall, dass je nach Einfallswinkel und/oder Detektionswinkel unterschiedlich reflektierende Materialien untersucht werden sollen, kann eine Materialinformation des Materials, etwa eines Garns oder der Oberfläche des Material, mit einer anderen Intensität für verschiedene Reflexionswinkel zurück reflektiert werden.Certain materials can show differences in their reflection behavior for different angles of incidence of light under illumination and reflection of light. With optical analysis devices, a sample can be irradiated with a light and reflected again by the sample, with certain portions of the spectrum being able to be absorbed by the sample. After determining the spectrum of the reflected light, for example with a spectrometer, conclusions can be drawn about the material in the sample which has absorbed the respective wavelength range in the spectrum. With some materials, such as elastane, the reflection can be different depending on the angle of incidence of the radiation. Depending on the angle of illumination and detection, a direct reflection on the sample can also occur. In the event that differently reflecting materials are to be examined depending on the angle of incidence and / or detection angle, material information of the material, for example a yarn or the surface of the material, can be reflected back with a different intensity for different reflection angles.

In der EP 1 759 172 B1 wird ein Scannersystem und ein Verfahren zur Erfassung von Oberflächen beschrieben, wobei das Scannersystem eine oder mehrere Strahlungsquellen umfassen kann.In the EP 1 759 172 B1 describes a scanner system and a method for detecting surfaces, wherein the scanner system can comprise one or more radiation sources.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe nach Anspruch 1 und eine optische Analysevorrichtung nach Anspruch 9.The present invention provides a method for determining a spectrum from a sample according to claim 1 and an optical analysis device according to claim 9.

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

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe sowie eine dafür geeignete optische Analysevorrichtung anzugeben, bei welcher auch eine Probe mit reflexionswinkelabhängigen Spektren analysiert werden kann. Hierbei kann eine Messposition für das Spektrum ermittelt werden, an welcher eine Winkelabhängigkeit der Reflexion von der Probe für das Spektrum verringert ist oder keine Rolle spielt oder nicht vorhanden ist.The idea on which the present invention is based consists in specifying a method for determining a spectrum from a sample as well as an optical analysis device suitable for this, in which a sample can also be analyzed with reflection angle-dependent spectra. In this case, a measurement position for the spectrum can be determined at which an angle dependency of the reflection from the sample for the spectrum is reduced or does not play a role or does not exist.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe ein Bestrahlen einer Probe mit einem ersten Licht von einer ersten Lichtquelle; ein Detektieren eines ersten reflektierten Lichts von der Probe über einen ersten Wellenlängenbereich des ersten Lichts mit einer Spektrometereinrichtung; ein Ermitteln eines ersten Spektrums aus dem ersten reflektierten Licht; ein Bestrahlen der Probe mit einem zweiten Licht von einer zweiten Lichtquelle und unter einem Messwinkel nach dem Bestrahlen der Probe mit dem ersten Licht, wobei die zweite Lichtquelle von der Probe aus gesehen um den Messwinkel von der ersten Lichtquelle verschoben ist, wobei das erste Licht und das zweite Licht einen gleichen Wellenlängenbereich umfassen; ein Detektieren eines zweiten reflektierten Lichts von der Probe über einen zweiten Wellenlängenbereich des zweiten Lichts mit der Spektrometereinrichtung, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise gleich sind; ein Ermitteln eines zweiten Spektrums aus dem zweiten reflektierten Licht und Abgleichen des zweiten Spektrums mit dem ersten Spektrum; und ein Verdrehen zumindest der ersten Lichtquelle und/oder der zweiten Lichtquelle gegenüber der Probe falls ein ermittelter Unterschied zwischen dem ersten Spektrum und dem zweiten Spektrum größer oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, solange bis der Unterschied den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.According to the invention, in the method for determining a spectrum from a sample, a sample is irradiated with a first light from a first light source; detecting a first reflected light from the sample over a first wavelength range of the first light with a spectrometer device; determining a first spectrum from the first reflected light; irradiating the sample with a second light from a second light source and at a measurement angle after irradiating the sample with the first light, the second light source being displaced by the measurement angle from the first light source as seen from the sample, the first light and the second light comprises an equal range of wavelengths; detecting a second reflected light from the sample over a second wavelength range of the second light with the spectrometer device, wherein the first wavelength range and the second wavelength range are at least partially the same; determining a second spectrum from the second reflected light and matching the second spectrum with the first spectrum; and rotating at least the first light source and / or the second light source with respect to the sample if a determined difference between the first spectrum and the second spectrum is greater than or equal to a predetermined limit value until the difference falls below the predetermined limit value.

Bei dem Abgleich kann es sich vorteilhaft um die Berechnung einer Differenz, etwa in deren Intensitäten, zwischen zwei Spektren handeln.The comparison can advantageously involve the calculation of a difference, for example in their intensities, between two spectra.

Bei dem Licht von der ersten und der zweiten Lichtquelle kann es sich vorteilhaft um Licht zumindest teilweise identischer Wellenlängen handeln, etwa im Infrarotbereich. Zum Detektieren des reflektierten Lichts kann die Spektrometereinrichtung selbst ein Spektrometer umfassen, beispielsweise ein Fabry-Perot-Interferometer oder auch andere gängige Interferometer, vorteilhaft solche die sich auch in mikroskopischer Bauweise herstellen lassen und/oder in Mobilgeräten verbauen lassen. Das Bestrahlen der Probe mit dem zweiten Licht von der zweiten Lichtquelle kann vorteilhaft sequentiell zum Bestrahlen mit dem ersten Licht erfolgen, etwa nachdem das Bestrahlen mit dem ersten Licht beendet ist. Es ist auch denkbar, dass ein sequentielles Bestrahlen jeweils nacheinander und abwechselnd mit ersten Licht, danach mit zweitem Licht, danach wieder mit erstem Licht und so weiter erfolgen kann um eine, über einen bestimmten Zeitraum, permanente Aussage über die Spektren aus verschiedenen Winkeln zueinander treffen zu können. Gleichzeitig zur sequentiellen Bestrahlung wird zumindest eine Lichtquelle relativ zur Probe verdreht, mit anderen Worten der Messwinkel der Lichtquelle relativ zu Probe verändert. Dabei kann ein Winkel zwischen den Lichtquellen auch verändert werden oder konstant gehalten werden. Das Verdrehen kann weiterhin derart erfolgen, dass nach einer Sequenz, in welcher das erste Licht und danach das zweite Licht auf die Probe gestrahlt wurden und die Spektren ermittelt und verglichen wurden. Die Spektrometereinrichtung kann während dem Verdrehen an einer konstanten Position relativ zur Probe verbleiben oder relativ zur Probe mit der oder den Lichtquellen mitgedreht werden. Wird etwa bei der Bestrahlung mit der zweiten Lichtquelle eine geringere Reflektanz im zweiten Spektrum gemessen als im ersten Spektrum, etwa an einer bestimmten Wellenlänge oder über mehrere oder alle Wellenlängen der verglichenen Spektren, so kann die erste Lichtquelle an die Position der zweiten Lichtquelle bewegt werden und die zweite Lichtquelle in eine andere Position, etwa um den konstanten Messwinkel innerhalb einer Ebene weiterverschoben werden, oder um einen anderen Winkel im oder gegen den Uhrzeigersinn in der gleichen Ebene oder aus der Ebene heraus verschoben werden. Wird bereits an der Position der ersten Lichtquelle die geringere Reflektanz beider Positionen gemessen, so kann die erste Lichtquelle fix verbleiben und die zweite Lichtquelle in einer beliebigen Richtung innerhalb der gleichen Ebene wie der ursprüngliche Messwinkel verschoben werden oder aus dieser Ebene heraus. Die Messungen und nachträglichen Verschiebungen können solange erfolgen, bis ein akzeptables Minimum einer Abweichung der Reflektanz zwischen den beiden Messpositionen der Lichtquellen erzielt wird. Es kann durch das Verdrehen also eine Position für das Ermitteln eines Reflexionsspektrums von der Probe ermittelt werden, an welcher die Einflüsse der winkelabhängigen Reflexion, etwa eine Verfälschung eines charakteristischen Spektrums für dieses Material oder für die in der Probe enthaltenen Materialien gegenüber einem unverfälschten Originalspektrum, möglichst gering sind.The light from the first and the second light source can advantageously be light of at least partially identical wavelengths, for example in the infrared range. To detect the reflected light, the spectrometer device itself can comprise a spectrometer, for example a Fabry-Perot interferometer or other common interferometers, advantageously those that can also be produced in a microscopic design and / or built into mobile devices. The irradiation of the sample with the second light from the second light source can advantageously take place sequentially to the irradiation with the first light, for example after the irradiation with the first light has ended. It is also conceivable that sequential irradiation can take place one after the other and alternately with the first light, then with the second light, then again with the first light and so on in order to make a permanent statement about the spectra from different angles to one another over a certain period of time to be able to. Simultaneously with the sequential irradiation, at least one light source is rotated relative to the sample, in other words the Measurement angle of the light source changed relative to the sample. An angle between the light sources can also be changed or kept constant. The rotation can also take place in such a way that after a sequence in which the first light and then the second light were radiated onto the sample and the spectra were determined and compared. During the rotation, the spectrometer device can remain at a constant position relative to the sample or can be rotated with the light source or sources relative to the sample. If, for example, during irradiation with the second light source, a lower reflectance is measured in the second spectrum than in the first spectrum, for example at a certain wavelength or over several or all wavelengths of the compared spectra, the first light source can be moved to the position of the second light source and the second light source can be moved further into a different position, for example by the constant measuring angle within a plane, or moved by a different angle clockwise or counterclockwise in the same plane or out of the plane. If the lower reflectance of both positions is already measured at the position of the first light source, the first light source can remain fixed and the second light source can be shifted in any direction within the same plane as the original measurement angle or out of this plane. The measurements and subsequent shifts can take place until an acceptable minimum deviation of the reflectance between the two measurement positions of the light sources is achieved. By turning, a position for determining a reflection spectrum of the sample can be determined at which the influences of the angle-dependent reflection, e.g. a falsification of a characteristic spectrum for this material or for the materials contained in the sample compared to an unadulterated original spectrum, if possible are low.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Korrigieren des ersten und/oder des zweiten Spektrums, insbesondere wird ein Signalrauschen gefiltert.According to a preferred embodiment of the method, the first and / or the second spectrum is corrected, in particular signal noise is filtered.

Das Korrigieren kann mittels gängiger Methoden an einem Signal erfolgen, welches von einem Photodetektor bei der Ermittlung des Spektrums ausgegeben wird. Neben oder alternativ zu einem Filtern von Rauschen können auch Verfahren zur Mittelung des Signals erfolgen.Correction can be carried out using conventional methods on a signal which is output by a photodetector when the spectrum is determined. In addition to or as an alternative to filtering noise, methods for averaging the signal can also be used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bleibt der Messwinkel stets konstant oder wird verändert.According to a preferred embodiment of the method, the measurement angle always remains constant or is changed.

Der Messwinkel kann je nach zu erwartenden Reflexionsverhalten entsprechend groß eingestellt werden und beispielsweise stets konstant gehalten werden. Es kann dabei der Messwinkel vorteilhaft derart groß oder klein gewählt werden, dass es Messpositionen für das jeweilige zu vermessende Material gibt, für welche die Differenzen zwischen den Spektren stets möglichst gering zueinander gehalten werden können, was einer gänzlich oder nahezu winkelunabhängigen Messung entspricht, oder die Differenzen zwischen den Spektren zu größeren Unterschieden führen können, was einer winkelabhängigen Messung entsprechen kann.Depending on the reflection behavior to be expected, the measurement angle can be set appropriately large and, for example, always kept constant. The measurement angle can advantageously be selected so large or small that there are measurement positions for the respective material to be measured, for which the differences between the spectra can always be kept as small as possible, which corresponds to a completely or almost angle-independent measurement, or the Differences between the spectra can lead to larger differences, which can correspond to an angle-dependent measurement.

So kann beispielsweise für Elasthan ein Winkel von größer als 15° gewählt werden, um welchen die erste und/oder die zweite Lichtquelle gegenüber einer Normalen (etwa die optische Achse des Spektrometers) auf die Materialoberfläche ausgelenkt sein kann. Ein zugehöriger Messwinkel beträgt in diesem Fall 30°, wenn beide Auslenkwinkel 15° betragen.For example, an angle of greater than 15 ° can be selected for elastane, by which the first and / or the second light source can be deflected with respect to a normal (for example the optical axis of the spectrometer) onto the material surface. In this case, an associated measuring angle is 30 ° if both deflection angles are 15 °.

Wird die optische Achse der Spektrometereinrichtung verändert, kann sich ein Differenzminimum bei 0° des Messwinkels, etwa eines Azimuthwinkels zwischen den beiden Lichtquellen, und beispielsweise ebenso bei einem Messwinkelbereich (Azimuthwinkelbereich) von 30° bis 60°. Ein Differenzmaximum kann bei einem Messwinkel (Azimuthwinkel) von +-15° und bei +-75° erreicht werden.If the optical axis of the spectrometer device is changed, there can be a difference minimum at 0 ° of the measuring angle, for example an azimuth angle between the two light sources, and for example also at a measuring angle range (azimuth angle range) of 30 ° to 60 °. A maximum difference can be achieved at a measuring angle (azimuth angle) of + -15 ° and at + -75 °.

Die Lichtquellen können sequentiell beschaltet werden und mit Hilfe eines Differenzgrenzwertes ermittelt werden, ob eine winkelabhängige Messung vorliegt oder nicht.The light sources can be connected sequentially and with the aid of a differential limit value it can be determined whether an angle-dependent measurement is present or not.

Für den Fall, dass ein Unterschied der Spektren geringer als die vorbestimmte Größe ist, können die Messpositionen, oder zumindest eine davon, als für das Ermitteln eines aussagekräftigen Spektrums geeignet identifiziert werden und eine Materialbestimmung bei einem Vergleich mit bekannten Spektren kann auf diesem Spektrum basieren und auch so erfolgen.In the event that a difference in the spectra is less than the predetermined size, the measurement positions, or at least one of them, can be identified as being suitable for determining a meaningful spectrum and a material determination in a comparison with known spectra can be based on this spectrum and also be done that way.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für das Abgleichen der Spektren eine Reflektanz der Spektren an bestimmten Wellenlängen miteinander verglichen.According to a preferred embodiment of the method, a reflectance of the spectra at specific wavelengths is compared with one another in order to adjust the spectra.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Verdrehen in einer konstanten Ebene.According to a preferred embodiment of the method, the rotation takes place in a constant plane.

Wenn eine Ebene relativ zu einer bestimmten Struktur des Materials gewählt wird, etwa senkrecht oder parallel zu einer bestimmten Ausdehnung der Strukturen des Materials, wie etwa eines Garns, so kann die Reflexionseigenschaft bezüglich der Winkelabhängigkeit innerhalb genau dieser Ebene analysiert werden und eine zweidimensionale Information über die Winkelabhängigkeit ermittelt werden.If a plane is selected relative to a certain structure of the material, for example perpendicular or parallel to a certain extent of the structures of the material, such as a yarn, the reflection property with regard to the angle dependency within precisely this plane can be analyzed and two-dimensional information about the Angular dependency can be determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Ebene nach einer bestimmten Messreihe verdreht.According to a preferred embodiment of the method, the plane is rotated after a certain series of measurements.

Durch ein Verdrehen auch aus einer Ebene heraus kann vorteilhaft auch eine dreidimensionale Information über die Winkelabhängigkeit bei der Reflexion ermittelt werden.By rotating also out of a plane, three-dimensional information about the angle dependency during the reflection can advantageously also be determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird während des Verdrehens ermittelt, ob sich der ermittelte Unterschied zwischen den Spektren mit dem Verdrehen verringert oder vergrößert und eine Drehrichtung für das Verdrehen ermittelt, für welche sich der Unterschied verringert.According to a preferred embodiment of the method, it is determined during the rotation whether the determined difference between the spectra decreases or increases with the rotation and a direction of rotation for the rotation is determined for which the difference is reduced.

Auf diese Weise kann vorteilhaft eine winkelunabhängige Messposition oder eine Messposition mit einer vernachlässigbaren Winkelabhängigkeit bei der Spektrenermittlung möglichst schnell ermittelt werden.In this way, an angle-independent measurement position or a measurement position with a negligible angle dependency can advantageously be determined as quickly as possible when determining the spectrum.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Drehrichtung an einer Anzeigevorrichtung und/oder durch eine akustische Vorrichtung angezeigt.According to a preferred embodiment of the method, the direction of rotation is displayed on a display device and / or by an acoustic device.

Durch das Anzeigen kann einem Nutzer visuell und/oder akustisch ein Hinweis gegeben werden, in welche Richtung die Lichtquellen oder die gesamte Analysevorrichtung gedreht werden müssen, um den Einfluss der Winkelverfälschung bei der Spektrenmessung zu minimieren.By means of the display, a user can be given a visual and / or acoustic indication of the direction in which the light sources or the entire analysis device must be rotated in order to minimize the influence of the angle falsification in the spectra measurement.

Erfindungsgemäß umfasst die optische Analysevorrichtung für eine Probe eine erste Lichtquelle mit welcher die Probe mit einem ersten Licht bestrahlbar ist und eine zweite Lichtquelle mit welcher die Probe mit einem zweiten Licht bestrahlbar ist, wobei die zweite Lichtquelle von der Probe aus gesehen um einen Messwinkel von der ersten Lichtquelle verschoben ist, wobei das erste Licht und das zweite Licht einen gleichen Wellenlängenbereich umfassen; eine Spektrometereinrichtung mit welcher ein erstes reflektiertes Licht von der Probe über einen ersten Wellenlängenbereich und ein zweites reflektiertes Licht von der Probe über einen zweiten Wellenlängenbereich detektierbar ist und aus dem ersten reflektierten Licht ein erstes Spektrum und aus dem zweiten reflektierten Licht ein zweites Spektrum ermittelbar ist, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise gleich sind, wobei die Spektrometereinrichtung dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Spektrum miteinander abzugleichen und einen Unterschied zwischen diesen zu ermitteln, wobei die erste Lichtquelle und/oder die zweite Lichtquelle gegenüber der Probe verdrehbar sind.According to the invention, the optical analysis device for a sample comprises a first light source with which the sample can be irradiated with a first light and a second light source with which the sample can be irradiated with a second light, the second light source being viewed from the sample by a measurement angle from the first light source is shifted, wherein the first light and the second light comprise a same wavelength range; a spectrometer device with which a first reflected light from the sample over a first wavelength range and a second reflected light from the sample over a second wavelength range can be detected and a first spectrum can be determined from the first reflected light and a second spectrum can be determined from the second reflected light, wherein the first wavelength range and the second wavelength range are at least partially the same, wherein the spectrometer device is set up to match the first and second spectrum with one another and to determine a difference between them, the first light source and / or the second light source being rotatable with respect to the sample are.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analysevorrichtung umfasst die Spektrometereinrichtung eine Auswerteeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Spektren miteinander oder mit einem bekannten Spektrum abzugleichen.According to a preferred embodiment of the optical analysis device, the spectrometer device comprises an evaluation device which is set up to compare the spectra with one another or with a known spectrum.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analysevorrichtung sind die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle fix zueinander angeordnet oder verschiebbar zueinander angeordnet.According to a preferred embodiment of the optical analysis device, the first light source and the second light source are arranged fixed to one another or arranged displaceably to one another.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Analysevorrichtung umfasst diese eine Anzeigevorrichtung und/oder eine akustische Vorrichtung oder ist mit einer solchen verbunden, und wobei die Spektrometereinrichtung dazu eingerichtet ist, während einem Verdrehen der Lichtquellen zu ermitteln, ob sich der Unterschied zwischen den Spektren mit dem Verdrehen verringert oder vergrößert und eine Drehrichtung für das Verdrehen zu ermitteln, für welche sich der Unterschied verringert, und wobei die Anzeigevorrichtung und/oder die akustische Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Drehrichtung anzuzeigen.According to a preferred embodiment of the optical analysis device, it comprises a display device and / or an acoustic device or is connected to such, and the spectrometer device is set up to determine, while the light sources are being rotated, whether the difference between the spectra changes with the rotation decreased or increased and to determine a direction of rotation for the rotation, for which the difference is reduced, and wherein the display device and / or the acoustic device is set up to display the direction of rotation.

Die optische Analysevorrichtung kann als Mikrobauteil beispielsweise in einem mobilen Gerät, etwa einem Mobiltelefon, verbaut sein und dort zum Einsatz kommen.The optical analysis device can be installed as a microcomponent, for example, in a mobile device, such as a mobile phone, and can be used there.

Die optische Analysevorrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The optical analysis device can also be distinguished by the features mentioned in connection with the method and their advantages, and vice versa.

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

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment indicated in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer optischen Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Abhängigkeit der Reflektanz eines Spektrums vom Messwinkel bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1 a schematic representation of an optical analysis device according to an embodiment of the present invention;
2 a schematic representation of a dependency of the reflectance of a spectrum on the measurement angle in a method according to an embodiment of the present invention; and
3 a block diagram of method steps of a method for determining a spectrum from a sample according to an embodiment of the present invention.

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

1 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of an optical analysis device according to an embodiment of the present invention.

Die optische Analysevorrichtung 1 für eine Probe P umfasst eine erste Lichtquelle LQ1 mit welcher die Probe P mit einem ersten Licht L1 bestrahlbar ist und eine zweite Lichtquelle LQ2 mit welcher die Probe P mit einem zweiten Licht L2 bestrahlbar ist, wobei die zweite Lichtquelle LQ2 von der Probe P aus gesehen um einen Messwinkel MW von der ersten Lichtquelle LQ1 verschoben ist, wobei das erste Licht L1 und das zweite Licht L2 einen gleichen Wellenlängenbereich umfassen. Die Analysevorrichtung umfasst weiterhin eine Spektrometereinrichtung 10 mit welcher ein erstes reflektiertes Licht LR1 von der Probe P über einen ersten Wellenlängenbereich und ein zweites reflektiertes Licht LR2 von der Probe P über einen zweiten Wellenlängenbereich detektierbar ist und aus dem ersten reflektierten Licht LR1 ein erstes Spektrum und aus dem zweiten reflektierten Licht LR2 ein zweites Spektrum ermittelbar ist, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise gleich sind, wobei die Spektrometereinrichtung 10 dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Spektrum miteinander abzugleichen und einen Unterschied zwischen diesen zu ermitteln, wobei die erste Lichtquelle LQ1 und/oder die zweite Lichtquelle LQ2 gegenüber der Probe P verdrehbar sind.The optical analysis device 1 for a rehearsal P. includes a first light source LQ1 with which the sample P. with a first light L1 can be irradiated and a second light source LQ2 with which the sample P. with a second light L2 can be irradiated, the second light source LQ2 from the sample P. seen from a measuring angle MW from the first light source LQ1 is shifted, being the first light L1 and the second light L2 comprise the same wavelength range. The analysis device further comprises a spectrometer device 10 with which a first reflected light LR1 from the sample P. over a first wavelength range and a second reflected light LR2 from the sample P. is detectable over a second wavelength range and from the first reflected light LR1 a first spectrum and light reflected from the second LR2 a second spectrum can be determined, the first wavelength range and the second wavelength range being at least partially the same, the spectrometer device 10 is set up to compare the first and the second spectrum with one another and to determine a difference between them, the first light source LQ1 and / or the second light source LQ2 opposite the sample P. are rotatable.

Die erste Lichtquelle LQ1 und die zweite Lichtquelle LQ2 können fix zueinander angeordnet sein und beide verschoben werden oder verschiebbar zueinander angeordnet sein. Die Spektrometereinrichtung 10 kann eine Auswerteeinrichtung umfassen (nicht gezeigt), welche dazu eingerichtet ist, die Spektren miteinander oder mit einem bekannten Spektrum abzugleichen. Das bekannte Spektrum kann vorgespeichert sein oder von einer externen Datenbank abgerufen werden.The first light source LQ1 and the second light source LQ2 can be arranged fixed to one another and both can be shifted or be arranged displaceably to one another. The spectrometer device 10 may comprise an evaluation device (not shown) which is set up to compare the spectra with one another or with a known spectrum. The known spectrum can be pre-stored or called up from an external database.

Die Spektrometereinrichtung 10 kann als ein Mikrospektrometer gebaut sein. Die Lichtquellen können vorteilhaft jeweils den gleichen Beleuchtungsbereich F mit deren Licht bestrahlen, und die Spektrometereinrichtung 10 kann an einer optischen Achse A angeordnet sein, welche durch den Beleuchtungsbereich F verlaufen kann und den Messwinkel MW in zwei gleiche oder verschiedenen Teilwinkel aufspalten kann. Die Spektrometereinrichtung kann ein spektrales Element umfassen (nicht gezeigt), eine Linse, Spiegel, Prisma oder ähnliches um ein Spektrum ermitteln zu können. Nach einem Ermitteln der Spektren kann die Lichtquelle mit der höheren Intensität oder Reflektanz an die Position der anderen Lichtquelle oder zumindest in dessen Richtung, etwa in einer gleichen Ebene, verdreht werden und die Messsequenz beider Lichtquellen wiederholt werden. Die Probe verbleibt dabei vorteilhaft an einer konstanten Position.The spectrometer device 10 can be built as a microspectrometer. The light sources can advantageously each have the same illumination area F. irradiate with their light, and the spectrometer device 10 can on an optical axis A. be arranged by the lighting area F. can run and the measuring angle MW can split into two equal or different partial angles. The spectrometer device can comprise a spectral element (not shown), a lens, mirror, prism or the like in order to be able to determine a spectrum. After determining the spectra, the light source with the higher intensity or reflectance can be rotated to the position of the other light source or at least in its direction, for example in the same plane, and the measurement sequence of both light sources can be repeated. The sample advantageously remains in a constant position.

Mit der unterschiedlichen Beleuchtungsrichtung kann von der jeweiligen Einfallsrichtung dann über den Beleuchtungsbereich F eine andere Reflexion für jede Lichtquelle abgestrahlt werden. Aus den erhaltenen Spektren kann ermittelt werden, ob sich die ermittelten Spektren von bekannten Spektren (für bestimmte Materialien sind deren Spektren bekannt) unterscheiden und ob eine winkelabhängige Verfälschung der Spektren vorliegt. Durch das Drehen kann dann eine Verringerung solcher Unterschiede erzielt werden, das Spektrum mit der zu hohen Abweichung kann dann bei der Auswertung ausgeblendet oder der Abstand kompensiert und somit korrigiert werden. Auf diese Weise kann eine Robustheit der manuellen Messung erhöht und die Messung selbst verbessert werden. Dies kann vorteilhaft sein bei einer Nutzung im Mobiltelefon oder bei Handgeräten als Spektrometersysteme.With the different direction of illumination, it is then possible to travel from the respective direction of incidence over the illumination area F. a different reflection can be emitted for each light source. From the spectra obtained it can be determined whether the determined spectra differ from known spectra (their spectra are known for certain materials) and whether there is an angle-dependent falsification of the spectra. By rotating, such differences can then be reduced, the spectrum with the excessively high deviation can then be masked out during the evaluation or the distance can be compensated and thus corrected. In this way, the robustness of the manual measurement can be increased and the measurement itself can be improved. This can be advantageous when used in mobile phones or handheld devices as spectrometer systems.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Abhängigkeit der Reflektanz eines Spektrums vom Messwinkel bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic representation of a dependency of the reflectance of a spectrum on the measurement angle in a method according to an exemplary embodiment of the present invention.

Für eine beispielhafte Probe wird die Reflektanz R wird in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ gezeigt. Dabei zeigen manche Spektren für Wellenlängen über dem Absorptionsminimum (an etwa 400 nm) deutliche unterschiedliche Verläufe der Reflektanz mit steigender Wellenlänge. Die oberen Spektren Spa, Spb, Spc zeigen deutliche Unterschiede zueinander, meist im Wert der Reflektanz verschoben jedoch sonst eine ähnliche Formkurve. Das Spektrum Spb zeigt ein Spektrum für eine Beleuchtung bei 90° zur Faserrichtung, etwa bei Elasthan. Die Spektren Spa und Spc zeigen beispielsweise Messwinkelverdrehungen (Azimuthverdrehungen) zwischen 75° und 90° zur Faserrichtung, etwa des Elasthans.For an exemplary sample, the reflectance R is shown as a function of the wavelength λ. Some spectra for wavelengths above the absorption minimum (around 400 nm) show clearly different courses of the reflectance with increasing wavelength. The upper spectra spa , Spb , Spc show clear differences to one another, mostly shifted in the value of the reflectance, but otherwise a similar shape curve. The spectrum Spb shows a spectrum for an illumination at 90 ° to the fiber direction, for example with elastane. The spectra spa and Spc show, for example, measurement angle rotations (azimuth rotations) between 75 ° and 90 ° to the fiber direction, for example of the elastane.

Das Spektrum SPa' gehört zur Verdrehung des Messwinkels einer oder beider Lichtquellen von 15° bis 75° zur Faserrichtung und weist auch für die umliegenden Auslenkungen nahezu keine Variation der Reflektanz auf, entspricht also einer winkelunabhängigen Messung.The spectrum Spa' belongs to the rotation of the measurement angle of one or both light sources from 15 ° to 75 ° to the fiber direction and also shows almost no variation in reflectance for the surrounding deflections, i.e. corresponds to an angle-independent measurement.

3 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 shows a block diagram of method steps of a method for determining a spectrum from a sample according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums von einer Probe erfolgt ein Bestrahlen S1 einer Probe mit einem ersten Licht von einer ersten Lichtquelle; ein Detektieren S2 eines ersten reflektierten Lichts von der Probe über einen ersten Wellenlängenbereich des ersten Lichts mit einer Spektrometereinrichtung; ein Ermitteln S3 eines ersten Spektrums aus dem ersten reflektierten Licht; ein Bestrahlen S4 der Probe mit einem zweiten Licht von einer zweiten Lichtquelle und unter einem Messwinkel nach dem Bestrahlen der Probe mit dem ersten Licht, wobei die zweite Lichtquelle von der Probe aus gesehen um den Messwinkel von der ersten Lichtquelle verschoben ist, wobei das erste Licht und das zweite Licht einen gleichen Wellenlängenbereich umfassen; ein Detektieren S5 eines zweiten reflektierten Lichts von der Probe über einen zweiten Wellenlängenbereich des zweiten Lichts mit der Spektrometereinrichtung, wobei der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise gleich sind; ein Ermitteln S6 eines zweiten Spektrums aus dem zweiten reflektierten Licht und Abgleichen S7 des zweiten Spektrums mit dem ersten Spektrum; und ein Verdrehen S8 zumindest der ersten Lichtquelle und/oder der zweiten Lichtquelle gegenüber der Probe falls ein ermittelter Unterschied zwischen dem ersten Spektrum und dem zweiten Spektrum größer oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, solange bis der Unterschied den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.In the method for determining a spectrum from a sample, irradiation takes place S1 a sample having a first light from a first light source; a detecting S2 a first reflected light from the sample over a first wavelength range of the first light with a spectrometer device; a determination S3 a first spectrum from the first reflected light; an irradiation S4 the sample with a second light from a second light source and at a measurement angle after irradiating the sample with the first light, the second light source being shifted by the measurement angle from the first light source as seen from the sample, the first light and the second Light encompass an equal range of wavelengths; a detecting S5 a second reflected light from the sample over a second wavelength range of the second light with the spectrometer device, the first wavelength range and the second wavelength range being at least partially the same; a determination S6 a second spectrum from the second reflected light and matching S7 the second spectrum with the first spectrum; and a twist S8 at least the first light source and / or the second light source compared to the sample if a determined difference between the first spectrum and the second spectrum is greater than or equal to a predetermined limit value, until the difference falls below the predetermined limit value.

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 1759172 B1 [0003]

Claims

Method for determining a spectrum from a sample (P) comprising the steps: - irradiating (S1) a sample (P) with a first light (L1) from a first light source (LQ1); - Detecting (S2) a first reflected light (LR1) from the sample (P) over a first wavelength range of the first light (L1) with a spectrometer device (10); - determining (S3) a first spectrum from the first reflected light (LR1); - Irradiating (S4) the sample (P) with a second light (L2) from a second light source (LQ2) and at a measurement angle (MW) after irradiating the sample (P) with the first light (L1), the second The light source (LQ2) is shifted from the first light source (LQ1) by the measurement angle (MW) as seen from the sample (P), the first light (L1) and the second light (L2) comprising the same wavelength range; - Detecting (S5) a second reflected light (LR2) from the sample (P) over a second wavelength range of the second light (L2) with the spectrometer device (10), the first wavelength range and the second wavelength range being at least partially the same; - determining (S6) a second spectrum from the second reflected light (LR2) and comparing (S7) the second spectrum with the first spectrum; - Rotation (S8) of at least the first light source (LQ1) and / or the second light source (LQ2) with respect to the sample (P) if a determined difference between the first spectrum and the second spectrum is greater than or equal to a predetermined limit value, until the Difference falls below the predetermined limit value.

Procedure according to Claim 1 , in which the first and / or the second spectrum is corrected, in particular signal noise is filtered.

Method according to one of the Claims 1 or 2 , at which the measuring angle (MW) always remains constant or is changed.

Method according to one of the Claims 1 to 3 , in which a reflectance of the spectra at certain wavelengths is compared with one another to adjust the spectra.

Method according to one of the Claims 1 to 4th , in which the rotation takes place in a constant plane.

Procedure according to Claim 5 , in which the plane is rotated after a certain series of measurements.

Method according to one of the Claims 1 to 6th , in which it is determined during the rotation whether the determined difference between the spectra decreases or increases with the rotation and a direction of rotation for the rotation is determined for which the difference is reduced.

Procedure according to Claim 7 , in which the direction of rotation is indicated on a display device and / or by an acoustic device.

Optical analysis device (1) for a sample (P) comprising - A first light source (LQ1) with which the sample (P) can be irradiated with a first light (L1) and a second light source (LQ2) with which the sample (P) can be irradiated with a second light (L2), the second The light source (LQ2) is shifted from the first light source (LQ1) by a measurement angle (MW) as seen from the sample (P), the first light (L1) and the second light (L2) comprising the same wavelength range; - A spectrometer device (10) with which a first reflected light (LR1) from the sample (P) can be detected over a first wavelength range and a second reflected light (LR2) from the sample (P) can be detected over a second wavelength range and reflected from the first Light (LR1) a first spectrum and from the second reflected light (LR2) a second spectrum can be determined, wherein the first wavelength range and the second wavelength range are at least partially the same, wherein the spectrometer device (10) is set up to the first and the second Match the spectrum with one another and determine a difference between them, the first light source (LQ1) and / or the second light source (LQ2) being rotatable with respect to the sample (P).

Optical analysis device (1) according to Claim 9 , in which the spectrometer device (10) comprises an evaluation device which is set up to compare the spectra with one another or with a known spectrum.

Optical analysis device (1) according to Claim 9 or 10 , in which the first light source (LQ1) and the second light source (LQ2) are arranged fixed to one another or are arranged displaceably to one another.

Optical analysis device (1) according to one of the Claims 9 to 11 , which comprises a display device and / or an acoustic device or is connected to such and wherein the spectrometer device is set up to determine during a rotation of the light sources whether the difference between the spectra decreases or increases with the rotation and a direction of rotation for to determine the twisting for which the difference is reduced, and wherein the display device and / or the acoustic device is set up to display the direction of rotation.