DE112019005765T5

DE112019005765T5 - Abstandsmessungen mit spectrometer-systemen

Info

Publication number: DE112019005765T5
Application number: DE112019005765.0T
Authority: DE
Inventors: James Eilertsen; Javier MIGUEL SÁNCHEZ
Original assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Current assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20210396577A1; US11441945B2; WO2020101574A1; CN113167645A

Abstract

Ein Beispielsystem umfasst eine Lichtquelle, ein erstes Spektrometer, ein zweites Spektrometer und ein elektronisches Steuermodul. Die Lichtquelle kann so betrieben werden, dass sie Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs in einem Beleuchtungsfeld emittiert. Das erste Spektrometer misst das von einem Objekt reflektierte erste Probenlicht in einem zweiten Wellenlängenbereich und in einem ersten Erfassungsbereich. Das zweite Spektrometer misst das vom Objekt reflektierte zweite Probenlicht in einem dritten Wellenlängenbereich und in einem zweiten Erfassungsbereich. Das elektronische Steuermodul ist betreibbar, um auf der Grundlage des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts einen Abstand zwischen dem System und dem Objekt zu bestimmen, und um auf der Grundlage des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts eine dem Objekt entsprechende spektrale Verteilung des Lichts zu bestimmen.

Description

TECHNIKBEREICH
Die Offenbarung bezieht sich auf Spektrometer.
HINTERGRUND
Ein Spektrometer ist ein Gerät, das zur Messung eines Lichtspektrums von Probenlicht verwendet wird (z. B. zur Bestimmung der Spektralanteile von ultraviolettem, sichtbarem und/oder infrarotem Licht). In einigen Fällen können Spektrometer die Intensität von Licht als Funktion der Wellenlänge oder der Frequenz bestimmen.
Spektrometer können für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel können Spektrometer für Umweltanalysen, industrielle Überwachung, Farbmessungen und pharmakologische Studien eingesetzt werden.
Ein Lichtspektrum kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden, z. B. durch direkte Messung oder indirekte Messung. Ein Spektrometer, das für die direkte Messung konfiguriert ist, kann beispielsweise verschiedene Wellenlängen des Lichts räumlich trennen (z. B. mit wellenlängendispersiven Vorrichtungen wie Beugungsgittern oder Prismen) und die Leistungsverteilung jeder Lichtwellenlänge einzeln messen (z. B. um das Spektrum in Bezug auf bestimmte Wellenlängen „direkt“ zu messen).
Als weiteres Beispiel kann ein Spektrometer, das für indirekte Messungen konfiguriert ist, Licht gemäß einer Reihe bekannter spektraler Modulationsmuster modulieren und Messungen des modulierten Lichts erhalten. Jede Messung liefert Informationen, die von mehreren Wellenlängen und mit unterschiedlichen Gewichtungen getragen werden, und kann verwendet werden, um das Spektrum des ursprünglichen Lichts zu rekonstruieren (z. B. unter Verwendung einer Multiplex-Technik).
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Spektrometersystem kann verwendet werden, um Informationen über eine Probe (z. B. ein Objekt) zu bestimmen, die auf den Eigenschaften des von der Probe reflektierten Lichts basieren. Beispielsweise kann ein Spektrometersystem Licht (z. B. Licht mit bekannten spektralen Eigenschaften) in Richtung der Probe aussenden und das von der Probe reflektierte und zum Spektrometersystem zurückkehrende Licht messen. Das Spektrometersystem kann die spektralen Eigenschaften des reflektierten Lichts bestimmen (z. B. die Verteilung des Lichts in Bezug auf einen Bereich von Wellenlängen) und auf der Grundlage dieser Messungen Informationen über die Probe ermitteln. Beispielsweise kann das Spektrometersystem die physikalische Form oder das Profil der Probe, die Eigenschaften der Oberfläche der Probe und/oder die Zusammensetzung der Probe bestimmen.
In einigen Fällen können die spektralen Eigenschaften des reflektierten Lichts jedoch in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem Spektrometersystem und der Probe variieren. Wenn beispielsweise eine Probe relativ nahe am Spektrometersystem positioniert ist, kann das vom Spektrometersystem gemessene reflektierte Licht aufgrund der Nähe zwischen Spektrometersystem und Probe bestimmte spektrale Eigenschaften aufweisen. Wird dieselbe Probe jedoch weiter vom Spektrometersystem entfernt, kann das vom Spektrometersystem gemessene reflektierte Licht aufgrund des größeren Abstands zwischen dem Spektrometersystem und der Probe und der unterschiedlichen Lichtwege zwischen ihnen andere spektrale Eigenschaften aufweisen. Aufgrund dieser Abweichung kann ein Spektrometersystem eine geringere Genauigkeit und/oder Präzision bei der Bestimmung der Eigenschaften einer Probe aufweisen
Um die Leistung des Spektrometersystems zu verbessern, kann das Spektrometersystem sowohl die spektrale Verteilung des von einer Probe reflektierten Lichts als auch den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung messen. Diese Technik kann z. B. nützlich sein, da sie es ermöglicht, verschiedene Messungen sinnvoll miteinander zu vergleichen. Außerdem ermöglicht diese Technik eine konsistentere Interpretation der Messungen im Verhältnis zueinander. Wenn z. B. zwei Spektralverteilungsmessungen entsprechend einem ähnlichen Abstand zwischen den Proben und den Spektrometersystemen erhalten werden, spiegeln Unterschiede zwischen den Spektralverteilungsmessungen mit größerer Wahrscheinlichkeit Unterschiede zwischen den Proben selbst wider (z. B. Unterschiede in Form, Profil, Oberflächeneigenschaften, Zusammensetzung usw.). Ein weiteres Beispiel:

Wenn zwei Spektralverteilungsmessungen in unterschiedlichen Abständen zwischen den Proben und den Spektrometersystemen durchgeführt werden, können zumindest einige der Unterschiede zwischen den Spektralverteilungsmessungen eher Unterschiede zwischen den Abständen als Unterschiede zwischen den Proben selbst widerspiegeln.

In einigen Fällen können die von einem oder mehreren Spektrometersystemen erhaltenen Messungen mit einem oder mehreren anderen Spektrometersystemen oder anderen Systemen gemeinsam genutzt werden, um die Analyse von Proben zu erleichtern. Zum Beispiel kann ein Spektrometersystem sowohl die spektrale Verteilung des von einer Probe reflektierten Lichts als auch den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung messen und die Messungen an ein entferntes Serversystem übertragen. Außerdem kann das Spektrometersystem zusätzliche Informationen über die Probe übertragen (z. B. bekannte oder geschätzte Formen, Profile, Oberflächeneigenschaften und/oder Zusammensetzungen der Probe). Ein anderes Spektrometersystem kann die Messungen und die zusätzlichen Informationen über die Probe abrufen und die Eigenschaften einer Probe auf der Grundlage der abgerufenen Informationen bestimmen. Dies ist z. B. von Vorteil, da ein Spektrometersystem Messungen und andere gesammelte Informationen von einem oder mehreren anderen Spektrometersystemen nutzen kann, um genauere Bestimmungen bezüglich einer Probe vorzunehmen.
In einem Aspekt umfasst ein System eine Lichtquelle, ein erstes Spektrometer, ein zweites Spektrometer und ein elektronisches Steuermodul. Die Lichtquelle kann so betrieben werden, dass sie Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs in einem Beleuchtungsfeld emittiert. Das erste Spektrometer misst das von einem Objekt reflektierte erste Probenlicht in einem zweiten Wellenlängenbereich und in einem ersten Erfassungsbereich. Der zweite Wellenlängenbereich ist eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs. Das zweite Spektrometer kann das vom Objekt reflektierte zweite Probenlicht innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs und in einem zweiten Erfassungsbereich messen. Der dritte Wellenlängenbereich ist eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs. Der dritte Wellenlängenbereich überschneidet sich zumindest teilweise mit dem zweiten Wellenlängenbereich. Der zweite Erfassungsbereich unterscheidet sich vom ersten Erfassungsbereich. Das elektronische Steuermodul ist betreibbar, um auf der Grundlage des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts einen Abstand zwischen dem System und dem Objekt zu bestimmen, und um auf der Grundlage des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts eine dem Objekt entsprechende Spektralverteilung des Lichts zu bestimmen.
Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
In einigen Implementierungen kann das erste Spektrometer so betrieben werden, dass es das erste Probenlicht gleichzeitig mit dem zweiten Spektrometer misst, das das zweite Probenlicht misst.
In einigen Implementierungen kann das erste Spektrometer so betrieben werden, dass es das erste Probenlicht inkrementell in Bezug auf den zweiten Wellenlängenbereich misst. Das zweite Spektrometer kann so betrieben werden, dass es das zweite Probenlicht inkrementell in Bezug auf den dritten Wellenlängenbereich misst.
In einigen Implementierungen kann das zweite Spektrometer zwischen dem ersten Spektrometer und der Lichtquelle entlang einer Achse des Systems angeordnet sein.
In einigen Implementierungen kann sich das erste Erfassungsfeld teilweise mit dem zweiten Erfassungsfeld überschneiden.
In einigen Implementierungen kann das Beleuchtungsfeld das erste Erfassungsfeld und das zweite Erfassungsfeld zumindest teilweise überlappen.
In einigen Implementierungen kann das elektronische Steuermodul betreibbar sein, um den Abstand zu bestimmen, indem ein erster Intensitätswert bestimmt wird, der eine Intensität des ersten Probenlichts in Bezug auf einen vierten Wellenlängenbereich anzeigt, wobei der vierte Wellenlängenbereich dem zweiten Wellenlängenbereich und dem dritten Wellenlängenbereich gemeinsam ist, und indem ein zweiter Intensitätswert bestimmt wird, der eine Intensität des zweiten Probenlichts in Bezug auf den vierten Wellenlängenbereich anzeigt.
In einigen Implementierungen kann das elektronische Steuermodul betreibbar sein, um einen Datensatz zu erzeugen, der die spektrale Verteilung des Lichts und den Abstand anzeigt.
In einigen Implementierungen kann das elektronische Steuermodul so betrieben werden, dass es den Datensatz an ein entferntes Computersystem überträgt.
In einigen Implementierungen kann das elektronische Steuermodul so betrieben werden, dass es von dem entfernten Computersystem einen oder mehrere zusätzliche Datensätze abruft, wobei jeder zusätzliche Datensatz eine jeweilige Proben-Spektralverteilung von Licht und einen jeweiligen Probenabstand anzeigt, der mit dieser Proben-Spektralverteilung von Licht verbunden ist. Ferner kann das elektronische Steuermodul betreibbar sein, um mindestens eine Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen oder eine Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Proben-Spektralverteilungen des Lichts zu bestimmen.
In einigen Implementierungen kann das elektronische Steuermodul eine Zusammensetzung des Objekts basierend auf mindestens einer der Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probeabständen oder der Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Probe-Spektralverteilungen des Lichts bestimmen.
In einigen Implementierungen kann das elektronische Steuermodul betreibbar sein, um ein Reflexionsvermögen des Objekts zu bestimmen und die spektrale Verteilung des Lichts, das dem Objekt entspricht, basierend auf dem Reflexionsvermögen des Objekts weiter zu bestimmen.
In einigen Implementierungen kann das Reflexionsvermögen des Objekts basierend auf mindestens einer Leistung des ersten Probenlichts oder einer Leistung des zweiten Probenlichts bestimmt werden.
In einigen Implementierungen kann das Bestimmen der spektralen Verteilung des Lichts das Kalibrieren von mindestens einem der beiden Spektrometer (erstes Spektrometer oder zweites Spektrometer) basierend auf dem Reflexionsvermögen des Objekts beinhalten.
In einigen Implementierungen kann das System ein mobiles Gerät sein.
In einem anderen Aspekt kann ein Verfahren durchgeführt werden, um eine spektrale Verteilung von Licht zu bestimmen. Gemäß dem Verfahren wird Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs in einem Beleuchtungsfeld mit einer Lichtquelle eines Systems emittiert. Das von einem Objekt reflektierte erste Probenlicht wird innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs und in einem ersten Detektionsfeld mit einem ersten Spektrometer des Systems gemessen. Der zweite Wellenlängenbereich ist eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs. Zweites, vom Objekt reflektiertes Probenlicht wird mit einem zweiten Spektrometer des Systems innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs und in einem zweiten Erfassungsbereich gemessen. Der dritte Wellenlängenbereich ist eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs. Der dritte Wellenlängenbereich überschneidet sich zumindest teilweise mit dem zweiten Wellenlängenbereich. Der zweite Erfassungsbereich unterscheidet sich vom ersten Erfassungsbereich. Ein Abstand zwischen dem System und dem Objekt wird mit Hilfe eines elektronischen Steuermoduls basierend auf dem gemessenen ersten Probenlicht und dem gemessenen zweiten Probenlicht bestimmt. Mit dem elektronischen Steuermodul wird auf Basis des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts eine dem Objekt entsprechende spektrale Verteilung des Lichts bestimmt.
Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
In einigen Implementierungen können das erste Probenlicht und das zweite Probenlicht gleichzeitig gemessen werden.
In einigen Implementierungen kann das erste Probenlicht inkrementell in Bezug auf den zweiten Wellenlängenbereich gemessen werden. Das zweite Probenlicht kann inkrementell in Bezug auf den dritten Wellenlängenbereich gemessen werden.
In einigen Implementierungen kann sich das erste Erfassungsfeld teilweise mit dem zweiten Erfassungsfeld überschneiden.
In einigen Implementierungen kann das Beleuchtungsfeld das erste Erfassungsfeld und das zweite Erfassungsfeld zumindest teilweise überlappen.
In einigen Implementierungen kann das Bestimmen des Abstands zwischen dem System und dem Objekt das Bestimmen eines ersten Intensitätswerts beinhalten, der eine Intensität des ersten Probenlichts in Bezug auf einen vierten Wellenlängenbereich anzeigt, wobei der vierte Wellenlängenbereich dem zweiten Wellenlängenbereich und dem dritten Wellenlängenbereich gemeinsam ist, und das Bestimmen eines zweiten Intensitätswerts, der eine Intensität des zweiten Probenlichts in Bezug auf den vierten Wellenlängenbereich anzeigt.
In einigen Implementierungen kann das Verfahren das Erzeugen eines Datensatzes beinhalten, der die spektrale Verteilung des Lichts und den Abstand angibt.
In einigen Implementierungen kann das Verfahren das Übertragen des Datensatzes an ein entferntes Computersystem beinhalten.
In einigen Implementierungen kann das Verfahren das Abrufen eines oder mehrerer zusätzlicher Datensätze von dem entfernten Computersystem umfassen, wobei jeder zusätzliche Datensatz eine jeweilige Proben-Spektralverteilung von Licht und einen jeweiligen Probenabstand anzeigt, der mit dieser Proben-Spektralverteilung von Licht verbunden ist. Das Verfahren kann auch die Bestimmung mindestens einer Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen oder einer Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Proben-Spektralverteilungen des Lichts umfassen.
In einigen Implementierungen kann das Verfahren das Bestimmen einer Zusammensetzung des Objekts basierend auf mindestens einer der Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probeabständen oder der Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Probe-Spektralverteilungen des Lichts umfassen.
In einigen Implementierungen kann das Verfahren das Bestimmen eines Reflexionsvermögens des Objekts und das Bestimmen der dem Objekt entsprechenden Spektralverteilung des Lichts auf der Grundlage des Reflexionsvermögens des Objekts umfassen.
In einigen Implementierungen kann das Reflexionsvermögen des Objekts basierend auf mindestens einer Leistung des ersten Probenlichts oder einer Leistung des zweiten Probenlichts bestimmt werden.
In einigen Implementierungen kann das Bestimmen der spektralen Verteilung des Lichts das Kalibrieren von mindestens einem der beiden Spektrometer (erstes Spektrometer oder zweites Spektrometer) basierend auf dem Reflexionsvermögen des Objekts beinhalten.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den - beiliegenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargestellt. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
Figurenliste

ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Spektrometersystems.
ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Spektrometersystems und einer Probenposition in einem ersten Abstand zum Spektrometersystem.
ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Spektrometersystems und einer Probenposition in einem zweiten Abstand zum Spektrometersystem.
ist ein schematisches Diagramm eines Beispielsystems zum Erhalten und Analysieren von Spektrometermessungen
ist ein Flussdiagramm eines Beispielprozesses zur Durchführung von Messungen mit einem Spektrometersystem.
ist eine schematische Darstellung eines Beispiel-Computersystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt Implementierungen eines Spektrometersystems zur Messung sowohl der Spektralverteilung des von einer Probe reflektierten Lichts als auch des Abstands zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung. Implementierungen des Spektrometersystems können beispielsweise verwendet werden, um Informationen bezüglich einer Probe genauer und/oder präziser zu erhalten, trotz Variationen des Abstands zwischen der Probe und dem Spektrometersystem von einer Messung zur nächsten.
zeigt ein Beispiel für ein Spektrometersystem 100. Das Spektrometersystem 100 kann als eigenständiges Gerät (z. B. als Einzelgerät) oder als Teil eines anderen Geräts (z. B. als Teil eines Mehrzweckgeräts) implementiert werden. In einigen Fällen kann das Spektrometersystem 100 als Teil eines mobilen Geräts, wie z. B. eines Smartphones, eines Tablet-Computers oder eines tragbaren Computers, implementiert werden. Wie in dargestellt, umfasst ein beispielhaftes Spektrometersystem 100 eine Lichtquelle 102, ein erstes Spektrometer 104a, ein zweites Spektrometer 104b und eine elektronische Steuereinrichtung 106. In einem Verwendungsbeispiel des Spektrometersystems 100 erzeugt die Lichtquelle 102 Licht, das in Richtung einer Probe (z. B. ein Objekt in der Nähe des Spektrometersystems 100) emittiert wird. Die Spektrometer 104a und 104b messen die spektrale Verteilung des Lichts, das von der Probe reflektiert wird und zum Spektrometersystem 100 zurückkehrt. Die elektronische Steuereinrichtung 106 ermittelt anhand der Messungen Informationen über die Probe (z. B. den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem 100 und Eigenschaften der Probe).
Die Lichtquelle 102 ist eine Komponente, die Licht erzeugt und das Licht gemäß einem Beleuchtungsfeld 108 auf eine Probe emittiert. Wie in dargestellt, kann das Beleuchtungsfeld 108 durch eine bestimmte Lichtausbreitungsachse 110 und einen Winkelbereich 112 der Lichtemission durch die Lichtquelle 102 definiert sein. Die Lichtquelle 102 kann ein oder mehrere lichtemittierende Elemente enthalten. Als Beispiel kann die Lichtquelle 102 eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator (VCSELs), organische Leuchtdioden (OLEDs) oder andere Vorrichtungen, die selektiv Licht erzeugen, umfassen. In einigen Fällen kann die Lichtquelle 102 Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs emittieren λ₁ bis λ₆ emittieren, wobei λ₁ < λ₆.
In einigen Fällen messen die Spektrometer 104a und 104b Licht, das von der Probe reflektiert wird und zum Spektrometersystem 100 zurückkehrt (z. B. reflektiertes Licht, das auf die Spektrometer 104a bzw. 104b trifft). Die Spektrometer 104a und 104b können verschiedene Eigenschaften des reflektierten Lichts mit einem oder mehreren Photodetektoren messen. Beispielsweise kann jedes Spektrometer 104a oder 104b die Intensität des reflektierten Lichts und/oder die spektralen Eigenschaften des reflektierten Lichts messen. In einigen Fällen können die Spektrometer 104a und 104b so betrieben werden, dass sie Licht nach einem oder mehreren diskreten Zeitpunkten messen. In einigen Fällen können die Spektrometer 104a und 104b so betrieben werden, dass sie Licht kontinuierlich, periodisch, intermittierend oder nach einem anderen Muster messen.
Die Spektrometer 104a und 104b messen reflektiertes Licht nach unterschiedlichen Erfassungsfeldern. Beispielsweise kann das erste Spektrometer 104a reflektiertes Licht gemäß einem ersten Erfassungsfeld 114a messen, und das zweite Spektrometer 104b kann reflektiertes Licht gemäß einem anderen zweiten Erfassungsfeld 114b messen, das sich mit dem ersten Erfassungsfeld 114a überlappt. Wie in dargestellt, kann das erste Erfassungsfeld 114a durch eine bestimmte Lichtausbreitungsachse 116a und einen bestimmten Winkelbereich 118a des reflektierten Lichts definiert sein, und das zweite Erfassungsfeld 114b kann durch eine bestimmte Lichtausbreitungsachse 116b und einen bestimmten Winkelbereich 118b des reflektierten Lichts definiert sein. In einigen Fällen kann sich die Lichtausbreitungsachse 116a von der Lichtausbreitungsachse 116b unterscheiden und/oder der Winkelbereich 118a kann sich von dem Winkelbereich 118b unterscheiden.
In einigen Fällen können die Spektrometer 104a und 104b das reflektierte Licht gemäß verschiedener überlappender Teilmengen des ersten Wellenlängenbereichs des von der Lichtquelle 102 emittierten Lichts messen. Zum Beispiel kann das Spektrometer 104a Licht innerhalb einer ersten Teilmenge von Wellenlängen messen λ₂ bis λ₄ messen, während das Spektrometer 104b Licht innerhalb einer zweiten Teilmenge von Wellenlängen λ₃ bis λ₅ messen, wobei λ₁ ≤ λ₂ < λ₃ < λ₄ < λ₅ ≤ λ₆.
Die Spektrometer 104a und 104b sind an unterschiedlichen Stellen positioniert. Beispielsweise kann, wie in dargestellt, das zweite Spektrometer 104b zwischen dem ersten Spektrometer 104a und der Lichtquelle 102 entlang einer Achse 120 des Spektrometersystems 100 positioniert sein. In einigen Fällen kann das erste Spektrometer 104a zwischen dem zweiten Spektrometer 104b und der Lichtquelle 102 entlang der Achse 120 positioniert sein. Obwohl in eine Beispielkonfiguration gezeigt ist, sind in der Praxis auch andere Konfigurationen möglich.
Die elektronische Steuereinrichtung 106 steuert den Betrieb der Lichtquelle 102. Zum Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 106 kommunikativ mit der Lichtquelle 102 gekoppelt sein und die Lichtquelle 102 selektiv ein- oder ausschalten (z. B. um Licht während ausgewählter Zeiträume zu erzeugen, wie während eines Messvorgangs). Als weiteres Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 106 die Eigenschaften des erzeugten Lichts spezifizieren (z. B. um Licht gemäß einem bestimmten Muster, einer spektralen Zusammensetzung usw. zu erzeugen). Weiterhin kann die elektronische Steuervorrichtung 106 Informationen erhalten, die die Eigenschaften des emittierten Lichts beschreiben (z. B. die Zeit, zu der das Licht emittiert wird, die Intensität des emittierten Lichts, die spektrale Zusammensetzung des emittierten Lichts, die Phase des emittierten Lichts, usw.).
Die elektronische Steuereinrichtung 106 steuert auch den Betrieb der Spektrometer 104a und 104b. Zum Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 106 kommunikativ mit den Spektrometern 104a und 104b gekoppelt sein und die Spektrometer 104a und 104b selektiv ein- oder ausschalten (z.B. um Licht während ausgewählter Zeiträume zu messen, wie z.B. während eines Messvorgangs). Ferner kann die elektronische Steuereinrichtung 106 Informationen erhalten, die die Eigenschaften des gemessenen Lichts beschreiben (z. B. die Zeit, zu der das Licht gemessen wird, die Intensität des gemessenen Lichts, die spektrale Zusammensetzung des gemessenen Lichts, die Phase des gemessenen Lichts usw.).
Die elektronische Steuervorrichtung 106 kann Informationen bezüglich der Probe (z. B. den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem 100 und Eigenschaften der Probe) basierend auf Informationen bezüglich des ausgesendeten Lichts und des zurückkehrenden Lichts bestimmen. Beispielsweise kann die elektronische Steuereinrichtung 106 den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem 100 auf der Grundlage von Messungen bestimmen, die von den Spektrometern 104a und 104b erhalten werden. Da die Spektrometer 104a und 104b an unterschiedlichen Stellen entlang der Achse 120 positioniert sind, wird das von der Lichtquelle 102 emittierte Licht asymmetrisch auf die Spektrometer 104a und 104b reflektiert. Weiterhin erhalten die Spektrometer 104a und 104b Messungen gemäß unterschiedlicher Erfassungsfelder 114a und 114b und unterschiedlicher Längenwellenlängen. Dementsprechend unterscheiden sich die von den Spektrometern 104a und 104b erhaltenen Messungen in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem 100. Die elektronische Steuereinrichtung 106 kann den Abstand anhand dieser Unterschiede schätzen und den geschätzten Abstand mit der gemessenen Spektralverteilung des reflektierten Lichts in Verbindung bringen. Diese Technik ermöglicht einen aussagekräftigeren Vergleich von Lichtspektrummessungen mit anderen Lichtspektrummessungen (z. B. Lichtspektrummessungen, die bei gleichem oder unterschiedlichem Abstand durchgeführt wurden). Darüber hinaus ermöglicht diese Technik eine konsistentere Interpretation der Lichtspektrum-Messungen im Verhältnis zueinander.
Zur Veranschaulichung zeigt ein Anwendungsbeispiel für das Spektrometersystem 100. In diesem Beispiel wird eine Probe 200 (z. B. ein Objekt oder ein anderer Gegenstand, der mit dem Spektrometersystem 100 analysiert werden soll) in einem ersten Abstand d₁ von dem Spektrometersystem 100. Der Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 kann sich zum Beispiel auf den Abstand zwischen (i) einer oder mehreren der Lichtquelle 102, dem ersten Spektrometer 104a und/oder dem zweiten Spektrometer 104b und (ii) der Probe 200 beziehen. In einigen Fällen kann der Abstand entlang einer Achse 202 gemessen werden, die senkrecht zur Achse 120 des Spektrometersystems 100 steht.
Wie in gezeigt, ist die Lichtquelle 102 in der Lage, Licht zu erzeugen und das Licht entsprechend einem Beleuchtungsfeld 108 in Richtung einer Probe zu emittieren. Das von der Lichtquelle 102 emittierte Licht beleuchtet einen Teil A der Probe 200 im Beleuchtungsfeld 108. Ferner kann die Lichtquelle 102, wie oben beschrieben, Licht in einem ersten Wellenlängenbereich emittieren λ₁ bis λ₆ emittieren, wobei λ₁ < λ₆.
Das erste Spektrometer 104a misst das von der Probe 200 reflektierte Licht gemäß einem ersten Erfassungsfeld 114a. Beispielsweise misst das erste Spektrometer 104a das reflektierte Licht von einem Teil B der Probe 200 (z. B. der Teilmenge des beleuchteten Teils A innerhalb des ersten Erfassungsfelds 114a). Das erste Spektrometer 104a kann z. B. die Intensität des reflektierten Lichts und/oder die spektralen Eigenschaften des reflektierten Lichts messen. In ähnlicher Weise misst das zweite Spektrometer 104b das von der Probe 200 reflektierte Licht gemäß einem zweiten Erfassungsfeld 114b, das sich von dem ersten Erfassungsfeld 114a unterscheidet. Beispielsweise misst das zweite Spektrometer 104b reflektiertes Licht von einem Teil C der Probe 200 (z. B. der Teilmenge des beleuchteten Teils A innerhalb des ersten Erfassungsfelds 114b). Das zweite Spektrometer 104b kann z. B. die Intensität des reflektierten Lichts und/oder die spektralen Eigenschaften des reflektierten Lichts messen.
Des Weiteren können die Spektrometer 104a und 104b, wie oben beschrieben, unterschiedliche, sich überschneidende Teilmengen des Bereichs der Wellenlängen des von der Lichtquelle 102 emittierten Lichts messen. Zum Beispiel kann das erste Spektrometer 104a Licht innerhalb einer ersten Teilmenge von Wellenlängen messen λ₂ bis λ₄ messen, während das Spektrometer 104b Licht innerhalb einer zweiten Teilmenge von Wellenlängen λ₃ bis λ₅ messen, wobei λ₁ ≤ λ₂ < λ₃ < λ₄ < λ₅ ≤ λ₆. Beispielsweise kann das erste Spektrometer 104a Licht innerhalb einer ersten Teilmenge von Wellenlängen von 800 nm bis 1000 nm messen, während das zweite Spektrometer 104b Licht innerhalb einer zweiten Teilmenge von Wellenlängen von 800 nm bis 1400 nm messen kann, mit einem überlappenden Bereich von Wellenlängen von 800 nm bis 1000 nm.
Aufgrund der Asymmetrie des Spektrometersystems 100 variieren die Abmessungen der Bereiche A, B und C in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100. Dementsprechend werden die Spektrometer 104a und 104b je nach Abstand unterschiedliche Mengen an reflektiertem Licht erfassen. Des Weiteren werden die Abmessungen jedes der Abschnitte A, B und C in Abhängigkeit von der Anordnung der Lichtquelle 102, des ersten Spektrometers 104a und des zweiten Spektrometers 104b und in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Beleuchtungsfeld 108, dem Erfassungsfeld 114a und dem Erfassungsfeld 114b unterschiedliche Änderungsgrade aufgrund von Abstandsänderungen aufweisen.
Zur Veranschaulichung: In dem in gezeigten Beispiel wird die Probe 200 in einem zweiten Abstand d₂ vom Spektrometersystem 100 positioniert (z.B. in einem größeren Abstand als dem ersten Abstand d₁). Aufgrund der Abstandsänderung beleuchtet das von der Lichtquelle 102 emittierte Licht einen größeren Teil A der Probe 200 im Beleuchtungsfeld 108 (z. B. im Vergleich zu dem in dargestellten Teil A). In ähnlicher Weise misst das erste Spektrometer 104a das reflektierte Licht von einem größeren Teil B der Probe 200 innerhalb des Erfassungsfeldes 114a (z. B. im Vergleich zu dem in dargestellten Teil B). Wenn die Probe 200 also im zweiten Abstand positioniert ist d₂ positioniert ist, misst das erste Spektrometer 104a eine andere Lichtmenge, die von der Probe 200 reflektiert wird, als die, die gemessen wird, wenn die Probe 200 im ersten Abstand positioniert ist d₁. In ähnlicher Weise misst das zweite Spektrometer 104b das reflektierte Licht von einem größeren Teil C der Probe 200 innerhalb des Erfassungsfelds 114b. Wenn also die Probe 200 im zweiten Abstand d₂ Wenn die Probe 200 im zweiten Abstand positioniert ist, misst das zweite Spektrometer 104b also auch eine andere Menge an Licht, die von der Probe 200 reflektiert wird, als wenn die Probe 200 im ersten Abstand positioniert ist d₁.
Die elektronische Steuereinrichtung 106 kann den Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen dem vom ersten Spektrometer 104a erfassten Licht und dem vom zweiten Spektrometer 104b erfassten Licht schätzen. In einigen Fällen kann der Abstand proportional oder im Wesentlichen proportional zum Verhältnis zwischen der Intensität des vom ersten Spektrometer 104a detektierten Lichts und der Intensität des vom zweiten Spektrometer 104b detektierten Lichts sein, und zwar in einem Bereich von detektierten Wellenlängen, die dem Detektionsbereich sowohl des ersten Spektrometers 104a als auch des zweiten Spektrometers 104b gemeinsam sind. Als Beispiel kann dies ausgedrückt werden als: $d \propto I_{1} / I_{2},$
wobei d der Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 ist, I₁, die Intensität des vom ersten Spektrometer 104a detektierten Lichts gemäß dem gemeinsamen Detektionsbereich der Wellenlängen ist (z.B. die Intensität des vom beleuchteten Teil B reflektierten Lichts im Bereich der Wellenlängen λ₃ bis λ₄), und I₂ die Intensität des vom zweiten Spektrometer 104b gemäß dem gemeinsamen Wellenlängen-Detektionsbereich detektierten Lichts ist (z.B. die Intensität des vom beleuchteten Abschnitt C reflektierten Lichts im Wellenlängenbereich λ₃ bis λ₄).
Zur Veranschaulichung: Wie in und gezeigt, nimmt das Verhältnis zwischen den Abmessungen von Abschnitt B und den Abmessungen von Abschnitt C (z. B. das Verhältnis zwischen der Oberfläche von Abschnitt A und der Oberfläche von Abschnitt B) zu, wenn der Abstand von d₁ zu d₂. Dementsprechend ist das Verhältnis zwischen I₁ und I₂ ebenfalls an, wenn der Abstand von d₁ zu d₂. Diese Vergrößerung des Verhältnisses zwischen I₁ und I₂ ist proportional oder im Wesentlichen proportional zur Vergrößerung des Abstandes d₂ und d₁.
In einigen Fällen kann die elektronische Steuereinrichtung 106 den Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 schätzen, indem sie das Verhältnis I₁/I₂ und Bestimmen eines geschätzten Abstandswertes proportional zu dem Verhältnis (z. B. durch Multiplizieren des Verhältnisses mit einem skalaren Wert). In einigen Fällen kann der Skalarwert empirisch oder experimentell bestimmt werden (z. B. durch Berechnung des Verhältnisses I₁/I₂ für eine Reihe verschiedener Proben und Abstände berechnet und ein Skalarwert bestimmt werden, der die proportionale Beziehung zwischen dem Verhältnis und dem Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 annähernd wiedergibt). Dieser Skalarwert kann anschließend zur Abschätzung des Abstands bei zukünftigen Messungen durch das Spektrometersystem 100 verwendet werden.
Wie hier beschrieben, kann das Spektrometersystem 100 auch den geschätzten Abstand mit der gemessenen Spektralverteilung des reflektierten Lichts in Verbindung bringen. Diese Technik ermöglicht einen aussagekräftigeren Vergleich von Lichtspektrummessungen mit anderen Lichtspektrummessungen (z. B. Lichtspektrummessungen, die bei gleichen oder unterschiedlichen Abständen durchgeführt wurden). Darüber hinaus ermöglicht diese Technik eine konsistentere Interpretation der Lichtspektrum-Messungen im Verhältnis zueinander. In einigen Fällen kann die elektronische Steuereinrichtung 106 einen Datensatz erzeugen, der die vom ersten Spektrometer 104a und/oder vom zweiten Spektrometer 104b erhaltenen Lichtspektrenmessungen sowie den geschätzten Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 zu dem Zeitpunkt, an dem die Lichtspektrenmessungen durchgeführt wurden, enthält. Der Datensatz kann von der elektronischen Steuereinrichtung 106 gespeichert und/oder an andere Systeme (z. B. andere Spektrometersysteme) zur späteren Bezugnahme oder zur weiteren Verarbeitung übertragen werden.
In einigen Fällen können das erste Spektrometer 104a und das zweite Spektrometer 104b gleichzeitig Lichtmessungen durchführen. Diese Technik kann vorteilhaft sein, da sie beispielsweise der elektronischen Steuereinrichtung 106 ermöglicht, das Verhältnis I₁/I₂ entsprechend einem gleichbleibenden Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 zu berechnen und anhand dieser Information den Abstand genauer und/oder präziser zu schätzen.
In einigen Fällen können das erste Spektrometer 104a und das zweite Spektrometer 104b Lichtmessungen durchführen, indem sie einen Wellenlängenbereich nacheinander durchlaufen. Zum Beispiel kann das erste Spektrometer 104a Lichtmessungen entsprechend dem Wellenlängenbereich λ₂ auf λ₄ messen, indem es zunächst Licht entsprechend der Wellenlänge λ₂ misst und inkrementell Licht entsprechend höherer und höherer Wellenlängen misst, bis die Wellenlänge λ_4. Parallel dazu kann das zweite Spektrometer 104b Licht entsprechend dem Wellenlängenbereich λ₃ auf λ₅ messen, indem es zunächst Licht entsprechend der Wellenlänge λ₃ und inkrementell Licht entsprechend höherer und höherer Wellenlängen misst, bis die Wellenlänge λ₅. Nach Abschluss der Messungen kann die elektronische Steuereinrichtung 106 den Abstand zwischen der Probe 200 und dem Spektrometersystem 100 anhand der Messungen abschätzen.
In einigen Fällen können die Messungen des ersten Spektrometers 104a und/oder des zweiten Spektrometers 104b auf der Grundlage eines Reflexionsvermögens der Probe 200 kalibriert werden. Beispielsweise kann das Reflexionsvermögen der Probe 200 geschätzt werden, indem eine Leistung des von den Spektrometern 104a und/oder 104b erfassten Lichts gemäß einem gemeinsamen Wellenlängenbereich (z. B. Wellenlängen λ₄ bis λ₅). Als weiteres Beispiel kann das Reflexionsvermögen der Probe 200 mit einer anderen Technik bestimmt werden (z. B. mit einem anderen Instrument als einem Spektrometer). Die Messungen können auf der Grundlage des Reflexionsvermögens kalibriert werden. In einigen Fällen können die Messungen kalibriert werden, indem die Messungen auf der Grundlage des Reflexionsvermögens skaliert werden. In einigen Fällen können die Messungen auf der Grundlage einer Nachschlagetabelle eingestellt werden, die die Beziehung zwischen einer „rohen“ Messung (z. B. einer unkalibrierten Messung), dem Reflexionsvermögen und einer entsprechenden kalibrierten Messung beschreibt. Diese Technik kann bei der Verbesserung der Genauigkeit und/oder Präzision des Spektrometersystems von Vorteil sein. Wenn z. B. das Reflexionsvermögen der Probe 200 für den gemeinsamen Wellenlängenbereich bekannt ist, kann die Systemantwort für diesen gemeinsamen Wellenlängenbereich berücksichtigt werden, ohne dass ein separater Weißabgleich durchgeführt werden muss. Dementsprechend können die Messungen des Spektrometersystems 100 in situ kalibriert werden, zumindest für den gemeinsamen Wellenlängenbereich.
In einigen Fällen können die von einem oder mehreren Spektrometersystemen erhaltenen Messungen mit einem oder mehreren anderen Spektrometersystemen gemeinsam genutzt werden, um die Analyse von Proben zu erleichtern. Zum Beispiel kann ein Spektrometersystem sowohl die spektrale Verteilung des von einer Probe reflektierten Lichts als auch den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung messen und die Messungen an ein entferntes Serversystem übertragen. Außerdem kann das Spektrometersystem zusätzliche Informationen über die Probe übertragen (z. B. bekannte oder geschätzte Formen, Profile, Oberflächeneigenschaften und/oder Zusammensetzungen der Probe). Ein anderes Spektrometersystem kann die Messungen und die zusätzlichen Informationen über die Probe abrufen und die Eigenschaften einer Probe auf der Grundlage der abgerufenen Informationen bestimmen. Dies ist z. B. von Vorteil, da ein Spektrometersystem dadurch Messungen und andere Erfassungsinformationen von einem oder mehreren anderen Spektrometersystemen nutzen kann, um genauere Bestimmungen bezüglich einer Probe vorzunehmen.
Als Beispiel zeigt ein System 300 zur Erfassung und Analyse von Spektrometermessungen. Das System 300 umfasst mehrere Spektrometersysteme 100a, ein Serversystem 304 und ein Clientsystem 308, die über ein Kommunikationsnetzwerk 302 kommunikativ gekoppelt sind.
Das Netzwerk 302 kann ein beliebiges Kommunikationsnetzwerk sein, über das Daten übertragen und gemeinsam genutzt werden können. Das Netzwerk 302 kann z. B. ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), wie das Internet, sein. Das Netzwerk 302 kann mit verschiedenen Netzwerkschnittstellen implementiert werden, z. B. mit drahtlosen Netzwerkschnittstellen (wie WiFi, Bluetooth oder Infrarot) oder drahtgebundenen Netzwerkschnittstellen (wie Ethernet oder serielle Verbindung). Das Netzwerk 302 kann auch Kombinationen aus mehr als einem Netzwerk umfassen und kann mit einer oder mehreren Netzwerkschnittstellen implementiert werden.
Das Client-System 308 kann ein beliebiges elektronisches Gerät sein, das von einem Benutzer zum Anzeigen, Verarbeiten, Senden und Empfangen von Daten verwendet wird. Beispiele für ein Client-System 308 sind Computer (z. B. Desktop-Computer, Notebook-Computer, Serversysteme usw.), mobile Datenverarbeitungsgeräte (z. B. Mobiltelefone, Smartphones, Tablets, persönliche Datenassistenten, netzwerkfähige Notebook-Computer) und andere Datenverarbeitungsgeräte, die in der Lage sind, Daten aus dem Netzwerk 106 zu übertragen und zu empfangen. Das Client-System 308 kann Geräte umfassen, die mit einem oder mehreren Betriebssystemen (z. B. Microsoft Windows, Apple macOS, Linux, Unix, Android, iOS usw.) und/oder Architekturen (z. B. x86, PowerPC, ARM usw.) arbeiten. Obwohl in ein einzelnes Client-System 308 gezeigt ist, kann es selbstverständlich eine beliebige Anzahl von Client-Systemen 308 im System 300 geben. Ferner müssen in einigen Implementierungen ein oder mehrere Client-Systeme nicht lokal in Bezug auf den Rest des Systems 300 angeordnet sein, und ein oder mehrere Client-Systeme können sich an einem oder mehreren entfernten physischen Standorten befinden.
Das Serversystem 304 ist als einzelne Komponente dargestellt, kann aber auf einem oder mehreren Computergeräten implementiert werden. Das Serversystem 304 kann z. B. ein einzelnes Rechengerät sein, das mit dem Netzwerk 302 verbunden ist, und das Spektrometrie-Datenbankmodul 306 kann auf dem einzelnen Rechengerät gewartet und betrieben werden. In einigen Implementierungen umfasst das Serversystem 304 mehrere Computergeräte, die mit dem Netzwerk 302 verbunden sind, und das Spektrometrie-Datenbankmodul 306 kann auf einigen oder allen Computergeräten gewartet und betrieben werden. Zum Beispiel kann das Serversystem 304 mehrere Rechengeräte umfassen, und das Spektrometrie-Datenbankmodul 306 kann auf einem oder mehreren dieser Rechengeräte verteilt sein (z. B. gemäß einer „Cloud“-Konfiguration). In einigen Implementierungen muss sich das Serversystem 304 nicht lokal zum Rest des Systems 300 befinden, und Teile des Serversystems 304 können sich an einem oder mehreren entfernten physischen Orten befinden.
Jedes der Spektrometersysteme 100a-c kann dem in den , und dargestellten und beschriebenen Spektrometersystem 100 ähnlich sein. Beispielsweise kann jedes der Spektrometersysteme 100a-c so konfiguriert sein, dass es sowohl die spektrale Verteilung des von einer Probe reflektierten Lichts als auch den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung misst (z. B. basierend auf einer asymmetrischen Anordnung von Komponenten, Feldern oder Beleuchtungen und Erfassungsfeldern).
Außerdem kann jedes Spektrometersystem 100a-c einen oder mehrere Datensätze erzeugen, die seine Messungen angeben. Beispielsweise kann jedes Spektrometersystem 100a-c Datensätze erzeugen, die die vom Spektrometersystem 100a-c erhaltenen Lichtspektrummessungen (z. B. Messungen des von beleuchteten Proben reflektierten Lichts) sowie die geschätzten Abstände zwischen den Proben und den Spektrometersystemen 100a-c zu dem Zeitpunkt, an dem die Lichtspektrummessungen durchgeführt wurden, enthalten.
Außerdem können die Datensätze mit zusätzlichen Informationen zu den Proben gefüllt werden. Die Datensätze können zum Beispiel bekannte oder geschätzte Formen der Proben, Profile der Proben, Oberflächenmerkmale der Proben und/oder Zusammensetzungen der Proben enthalten.
In einigen Fällen können die Datensätze eine Beschreibung, Klassifizierung und/oder die Identität der Probe enthalten. Wenn es sich bei der Probe beispielsweise um ein Lebensmittel handelt, kann der Datensatz die Identität des Lebensmittels enthalten (z. B. eine bestimmte Art von Lebensmittel, eine bestimmte Marke von Lebensmittel usw.). Darüber hinaus kann der Datensatz Informationen über das Lebensmittel enthalten, wie z. B. seine Zutaten und/oder seinen Nährstoffgehalt (z. B. Kaloriengehalt, Zuckergehalt, Vitamin- und Mineralstoffgehalt, Fettgehalt, Proteingehalt, Kohlenhydratgehalt, Natriumgehalt usw.). Weiterhin kann der Datensatz Allergieinformationen enthalten (z. B. Hinweise, dass das Lebensmittel von Personen mit bestimmten Allergien nicht verzehrt werden sollte).
Ein weiteres Beispiel: Wenn es sich bei der Probe um ein Medikament handelt, kann der Datensatz die Identität des Medikaments enthalten (z. B. eine bestimmte Art von Medikament, eine bestimmte Marke von Medikamenten usw.). Weiterhin kann der Datensatz Informationen über das Medikament enthalten, wie z. B. seine aktiven und inaktiven Bestandteile, empfohlene Dosisgröße, empfohlene Einnahmeanweisungen usw. Des Weiteren kann der Datensatz Informationen zu Allergien oder Wechselwirkungen mit anderen Medikamenten enthalten (z. B. Hinweise, dass das Medikament nicht von Personen eingenommen werden sollte, die auch bestimmte andere Medikamente einnehmen). Weiterhin kann der Datensatz einen Hinweis darauf enthalten, ob das Medikament echt (z. B. von einer autorisierten Quelle hergestellt) oder gefälscht (z. B. von einer nicht autorisierten Quelle hergestellt) ist.
Wenn es sich bei der Probe um ein Getränk handelt, kann der Datensatz beispielsweise die Identität des Getränks enthalten (z. B. eine bestimmte Art von Getränk, eine bestimmte Getränkemarke usw.). Weiterhin kann der Datensatz Informationen über das Getränk enthalten, wie z. B. seine Inhaltsstoffe, Nährstoffgehalt (z. B. Kaloriengehalt, Zuckergehalt, Vitamin- und Mineralstoffgehalt, Fettgehalt, Proteingehalt, Kohlenhydratgehalt, Natriumgehalt usw.) und/oder Alkoholgehalt. Außerdem kann der Datensatz Allergieinformationen enthalten (z. B. Hinweise, dass das Getränk von Personen mit bestimmten Allergien nicht verzehrt werden sollte).
Wenn es sich bei der Probe um ein Getränk handelt, kann der Datensatz beispielsweise die Identität des Getränks enthalten (z. B. eine bestimmte Art von Getränk, eine bestimmte Getränkemarke usw.). Weiterhin kann der Datensatz Informationen über das Getränk enthalten, wie z. B. seine Inhaltsstoffe, Nährstoffgehalt (z. B. Kaloriengehalt, Zuckergehalt, Vitamin- und Mineralstoffgehalt, Fettgehalt, Proteingehalt, Kohlenhydratgehalt, Natriumgehalt usw.) und/oder Alkoholgehalt. Außerdem kann der Datensatz Allergieinformationen enthalten (z. B. Hinweise, dass das Getränk von Personen mit bestimmten Allergien nicht verzehrt werden sollte).
In manchen Fällen können die Datensätze Informationen enthalten, die ausschließlich von einem jeweiligen Spektrometersystem 100a-c ermittelt wurden. In einigen Fällen können die Datensätze Informationen zu den Proben enthalten, die auf andere Weise ermittelt wurden (z. B. Informationen zu den Proben, die durch andere Analyseverfahren, Referenzmaterialien, Datenblätter, unabhängige Beobachtung, manuell eingegebene Informationen usw. ermittelt wurden). In einigen Fällen kann der Datensatz von einem oder mehreren der Spektrometersysteme 100a-c, dem Client-System 308 und/oder dem Server-System 304 erzeugt und/oder modifiziert werden (z. B. um zusätzliche Informationen hinzuzufügen, Informationen zu entfernen und/oder Informationen im Datensatz zu modifizieren).
Die Datensätze können von den Spektrometersystemen 100a-c lokal (z. B. von der elektronischen Steuereinrichtung 106) gespeichert und/oder an andere Systeme (z. B. an eines oder mehrere der anderen Spektrometersysteme 100a-c, das Serversystem 304 und/oder das Clientsystem 308) übertragen werden. Zum Beispiel können die Spektrometersysteme 100a-c einen oder mehrere Datensätze an das Serversystem 304 übertragen. Das Serversystem 304 kann die Datensätze in einem Spektrometrie-Datenbankmodul 306 (z.B. einem Datenbankmodul mit einer oder mehreren Speichereinrichtungen) speichern und die Datensätze zum Abruf durch eines oder mehrere der anderen Spektrometersysteme 100a-c und/oder das Clientsystem 308 bereitstellen. Als weiteres Beispiel können die Spektrometersysteme 100a-c einen oder mehrere Datensätze an das Client-System 308 (z. B. ein Endbenutzersystem) übertragen. Das Client-System 308 wiederum kann einem Benutzer Informationen aus den Datensätzen präsentieren, Informationen aus zwei oder mehr Datensätzen vergleichen und/oder die Informationen aus den Datensätzen anderweitig verarbeiten. Als weiteres Beispiel kann das Spektrometersystem 100a-c einen oder mehrere Datensätze direkt an andere Spektrometersysteme 100a-c übertragen. Das Spektrometersystem 100a-c wiederum kann einem Benutzer Informationen aus den Datensätzen präsentieren, Informationen aus zwei oder mehr Datensätzen vergleichen und/oder die Informationen aus den Datensätzen anderweitig verarbeiten.
In einigen Fällen können gemeinsame Datensätze verwendet werden, um die Eigenschaften einer Probe nach einem höheren Grad an Genauigkeit und Präzision zu bestimmen. Zum Beispiel kann ein Spektrometersystem sowohl die spektrale Verteilung des von einer Probe reflektierten Lichts als auch den Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung messen. Basierend auf einem oder mehreren Datensätzen (z. B. Datensätze, die vom Spektrometersystem oder anderen Spektrometersystemen erzeugt wurden) kann das Spektrometersystem eine andere Messung identifizieren, die mit einer ähnlichen Spektralverteilung und/oder einem ähnlichen Abstand durchgeführt wurde. Wenn die Messungen hinreichend ähnlich sind (z. B. innerhalb eines Schwellenwerts für die Ähnlichkeit), kann das Spektrometersystem feststellen, dass die Probe wahrscheinlich ähnlich oder gleich ist wie die Probe im Referenzdatensatz. Weiterhin kann das Spektrometersystem auf Basis dieser Ähnlichkeit feststellen, dass die Probe wahrscheinlich weitere Eigenschaften aufweist, die ähnlich oder gleich der Probe im Referenzdatensatz sind. Diese Informationen können dem Benutzer präsentiert werden (z. B. visuell über einen Bildschirm und/oder akustisch über einen Lautsprecher).
Ein Spektrometersystem kann zum Beispiel die spektrale Verteilung des von einer Probe reflektierten Lichts S₁ von einer Probe reflektiert wird, und einen Abstand D₁ zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung messen. Weiterhin kann das Spektrometersystem mehrere Datensätze abrufen, darunter:

• Ein erster Datensatz mit Messungen einer spektralen Verteilung von Licht S₁, von einer ersten Referenzprobe reflektierten Lichts, einen Abstand D₂ zwischen der ersten Referenzprobe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung, und eine Angabe, dass die erste Referenzprobe eine Zusammensetzung von C₁, (z.B. bestimmt durch unabhängige Analyse),
• Ein zweiter Datensatz, der Messungen einer spektralen Verteilung von Licht S₁ von einer ersten Referenzprobe reflektierten Lichts, eines Abstands D₁ zwischen der zweiten Referenzprobe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung, und eine Angabe, dass die zweite Referenzprobe eine Zusammensetzung von C₂ (z.B. bestimmt durch unabhängige Analyse), und
• Ein dritter Datensatz mit Messungen einer spektralen Verteilung von Licht S₂ die von einer ersten Referenzprobe reflektiert wird, einen Abstand D₃ zwischen der dritten Referenzprobe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung, und eine Angabe, dass die dritte Referenzprobe eine Zusammensetzung von C₃ (z. B. bestimmt durch unabhängige Analyse),

Da die gemessene Spektralverteilung des Lichts S₁ und der Abstand D₁, dem zweiten Datensatz ähnlich sind, kann das Spektrometersystem bestimmen, dass die Probe wahrscheinlich der zweiten Referenzprobe ähnlich ist. Weiterhin kann das Spektrometersystem bestimmen, dass die Probe wahrscheinlich eine ähnliche Zusammensetzung wie die zweite Referenzprobe hat (z. B. eine Zusammensetzung C₂), basierend auf den zusätzlichen Informationen, die in dem zweiten Datensatz enthalten sind.
Als weiteres Beispiel kann das Spektrometersystem feststellen, dass die gemessene spektrale Verteilung von Licht und Abstand denen eines Datensatzes ähnlich sind, der einem Lebensmittel entspricht. Basierend auf der Ähnlichkeit kann das Spektrometersystem bestimmen, dass es sich bei der Probe wahrscheinlich um dieses Lebensmittel handelt. Des Weiteren kann das Spektrometersystem auf der Grundlage des Datensatzes zusätzliche Informationen über die Probe ermitteln, wie z. B. deren Inhaltsstoffe, Nährstoffgehalt, Allergieinformationen und/oder andere relevante Informationen und/oder andere relevante Informationen über das Lebensmittel.
Als weiteres Beispiel kann das Spektrometersystem feststellen, dass die gemessene spektrale Verteilung von Licht und Abstand denen eines Datensatzes ähnlich sind, der einem Medikament entspricht. Basierend auf der Ähnlichkeit kann das Spektrometersystem bestimmen, dass es sich bei der Probe wahrscheinlich um dieses Lebensmittel handelt. Darüber hinaus kann das Spektrometersystem auf der Grundlage des Datensatzes zusätzliche Informationen über die Probe ermitteln, wie z. B. die aktiven und inaktiven Inhaltsstoffe, die empfohlene Dosisgröße, die empfohlenen Einnahmeanweisungen, Informationen über Allergien oder Wechselwirkungen mit Medikamenten, ob das Medikament authentisch oder gefälscht ist, und/oder andere relevante Informationen über das Medikament.
Als weiteres Beispiel kann das Spektrometersystem feststellen, dass die gemessene spektrale Verteilung von Licht und Abstand denen eines einem Getränk entsprechenden Datensatzes ähnlich sind. Basierend auf der Ähnlichkeit kann das Spektrometersystem bestimmen, dass es sich bei der Probe wahrscheinlich um dieses Getränk handelt. Des Weiteren kann das Spektrometersystem auf der Grundlage des Datensatzes zusätzliche Informationen über die Probe ermitteln, wie z. B. die Inhaltsstoffe, den Nährstoffgehalt, den Alkoholgehalt, Allergieinformationen und/oder andere relevante Informationen über das Medikament.
In manchen Fällen können die Datensätze Informationen enthalten, die ausschließlich von einem jeweiligen Spektrometersystem 100a-c ermittelt wurden. In einigen Fällen können die Datensätze Informationen zu den Proben enthalten, die auf andere Weise ermittelt wurden (z. B. Informationen zu den Proben, die durch andere Analyseverfahren, Referenzmaterialien, Datenblätter, unabhängige Beobachtung, manuell eingegebene Informationen usw. ermittelt wurden). Ferner sind die oben beschriebenen Beispielinformationen lediglich illustrative Beispiele. In der Praxis kann ein Datensatz auch andere Informationen zu einer Probe enthalten, entweder anstelle der hier beschriebenen Informationen oder zusätzlich zu diesen.
In einigen Fällen können eines oder mehrere der Spektrometersysteme 100a-c, das Serversystem 403 und/oder das Clientsystem 308 Spektrometermessungen und/oder Datensätze auf die oben beschriebene Weise vergleichen.
Beispiel-Prozesse
Ein Beispielprozess 400 zur Verwendung eines Spektrometersystems ist in dargestellt. Der Prozess 400 kann durchgeführt werden, um eine Spektralverteilung des von einer Probe reflektierten Lichts und einen Abstand zwischen der Probe und dem Spektrometersystem zum Zeitpunkt der Messung zu messen. In einigen Fällen kann der Prozess 400 von einem oder mehreren der in dargestellten Spektrometersysteme oder anderen Systemen durchgeführt werden.
Bei dem Verfahren 400 wird Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs in ein Beleuchtungsfeld emittiert (Schritt 402). Das Licht kann z. B. mit einer Lichtquelle eines Spektrometersystems emittiert werden (z. B. die Lichtquelle 102, die in den , und gezeigt und beschrieben ist). Der erste Bereich von Wellenlängen erstreckt sich von λ₁ bis λ₄, wobei λ₁ < λ₄.
Erstes Probenlicht, das von einem Objekt reflektiert wird, wird innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs und in einem ersten Erfassungsbereich gemessen (Schritt 404). Das erste Probenlicht kann z. B. mit einem Spektrometer gemessen werden (z. B. mit dem ersten oder zweiten Spektrometer 104a oder 104b, die in den , und gezeigt und beschrieben sind). Der zweite Wellenlängenbereich kann eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs sein.
Das vom Objekt reflektierte zweite Probenlicht wird innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs und in einem zweiten Erfassungsbereich gemessen (Schritt 406). Das zweite Probenlicht kann z. B. mit einem anderen Spektrometer gemessen werden (z. B. einem anderen des ersten oder zweiten Spektrometers 104a oder 104b, die in den , und gezeigt und beschrieben sind). Der dritte Wellenlängenbereich kann eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs sein. Ferner kann der dritte Wellenlängenbereich den zweiten Wellenlängenbereich zumindest teilweise überlappen. Zum Beispiel kann sich der zweite Wellenlängenbereich von λ₁ bis erstrecken. λ₃ erstrecken, und der dritte Wellenlängenbereich kann sich von λ₂ bis λ₄ erstrecken, wobei λ₁ < λ₂ < λ₃ < λ₄.
In einigen Fällen können das erste Probenlicht und das zweite Probenlicht gleichzeitig gemessen werden. In einigen Fällen kann das erste Probenlicht inkrementell in Bezug auf den zweiten Wellenlängenbereich gemessen werden und das zweite Probenlicht inkrementell in Bezug auf den dritten Wellenlängenbereich. Weiterhin kann sich das erste Erfassungsfeld zumindest teilweise mit dem ersten Erfassungsfeld und/oder dem zweiten Erfassungsfeld überlappen.
Ein Abstand zwischen dem System und dem Objekt wird basierend auf dem gemessenen ersten Probenlicht und dem gemessenen zweiten Probenlicht bestimmt (Schritt 408). Der Abstand kann z. B. mit einer elektronischen Steuervorrichtung bestimmt werden (z. B. mit der elektronischen Steuervorrichtung 106, die in den , und gezeigt und beschrieben ist). Der Abstand kann zumindest teilweise bestimmt werden, indem ein erster Intensitätswert bestimmt wird, der eine Intensität des ersten Probenlichts in Bezug auf einen vierten Wellenlängenbereich anzeigt, wobei der vierte Wellenlängenbereich dem zweiten Wellenlängenbereich und dem dritten Wellenlängenbereich gemeinsam ist. Weiterhin kann ein zweiter Intensitätswert bestimmt werden, der eine Intensität des zweiten Probenlichts in Bezug auf den vierten Wellenlängenbereich angibt. Beispielsweise kann sich der vierte Wellenlängenbereich von λ₂ bis erstrecken. λ₃
Eine dem Objekt entsprechende spektrale Lichtverteilung wird auf der Grundlage des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts bestimmt (Schritt 410). Die spektrale Verteilung des Lichts kann z. B. mit einer elektronischen Steuervorrichtung bestimmt werden (z. B. die elektronische Steuervorrichtung 106, die in Bezug auf die , und gezeigt und beschrieben wird).
In einigen Fällen kann von der elektronischen Steuereinrichtung ein Datensatz erzeugt werden, der die spektrale Verteilung des Lichts und den Abstand angibt. Ferner kann der Datensatz an ein entferntes Computersystem (z. B. das in dargestellte und beschriebene Serversystem 304) übertragen werden.
In einigen Fällen können ein oder mehrere zusätzliche Datensätze von dem entfernten Computersystem abgerufen werden, ein oder mehrere zusätzliche Datensätze. Jeder zusätzliche Datensatz kann eine jeweilige Proben-Spektralverteilung des Lichts und einen jeweiligen Probenabstand angeben, der mit dieser Proben-Spektralverteilung des Lichts verbunden ist. Weiterhin kann eine Bestimmung bezüglich mindestens einer Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen oder einer Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Proben-Spektralverteilungen des Lichts vorgenommen werden.
Des Weiteren können eine oder mehrere Eigenschaften des Objekts (z. B. eine Form, ein Profil, Oberflächeneigenschaften, eine Zusammensetzung des Objekts, eine Identität des Objekts usw.) können auf der Grundlage mindestens einer der Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Musterabständen oder der Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Musterspektralverteilungen des Lichts bestimmt werden.
In einigen Fällen kann ein Reflexionsvermögen des Objekts bestimmt werden, und die spektrale Verteilung des Lichts, das dem Objekt entspricht, kann weiter auf der Grundlage des Reflexionsvermögens des Objekts bestimmt werden. Das Reflexionsvermögen des Objekts kann auf der Grundlage von mindestens einer Leistung des ersten Probenlichts oder einer Leistung des zweiten Probenlichts bestimmt werden. Des Weiteren kann die spektrale Verteilung des Lichts zumindest teilweise durch Kalibrieren des ersten Spektrometers oder des zweiten Spektrometers auf der Grundlage des Reflexionsvermögens des Objekts bestimmt werden.
Obwohl verschiedene Schritte des Prozesses 400 so beschrieben sind, dass sie von einem elektronischen Steuergerät ausgeführt werden, muss dies nicht der Fall sein. Beispielsweise können einer oder mehrere der Schritte von anderen Geräten ausgeführt werden (z. B. von einem oder mehreren Client-Systemen und/oder Server-Systemen, wie sie in gezeigt und beschrieben sind).
Beispielsysteme
Einige Implementierungen der in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstände und Vorgänge können in digitalen elektronischen Schaltkreisen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihrer strukturellen Äquivalente oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon. Beispielsweise können in einigen Implementierungen eine oder mehrere Komponenten des Spektrometersystems 100 (z. B. die elektronische Steuervorrichtung 106) durch digitale elektronische Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden. In einem anderen Beispiel kann das in gezeigte System 300 unter Verwendung digitaler elektronischer Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden. In einem anderen Beispiel können die in dargestellten Prozesse unter Verwendung digitaler elektronischer Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden.
Einige in dieser Spezifikation beschriebene Implementierungen können als eine oder mehrere Gruppen oder Module digitaler elektronischer Schaltungen, Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden. Obwohl verschiedene Module verwendet werden können, muss nicht jedes Modul einzeln sein, und mehrere Module können auf derselben digitalen elektronischen Schaltung, Computersoftware, Firmware oder Hardware oder einer Kombination davon implementiert werden.
Einige der in dieser Spezifikation beschriebenen Implementierungen können als ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, die auf einem Computerspeichermedium zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder zur Steuerung des Betriebs einer solchen Vorrichtung kodiert sind. Ein Computer-Speichermedium kann ein computerlesbares Speichergerät, ein computerlesbares Speichersubstrat, ein Speicherfeld oder -gerät mit wahlfreiem oder seriellem Zugriff oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon sein oder darin enthalten sein. Während ein Computer-Speichermedium kein propagiertes Signal ist, kann ein Computer-Speichermedium außerdem eine Quelle oder ein Ziel von Computerprogramm-Befehlen sein, die in einem künstlich erzeugten propagierten Signal codiert sind. Das Computer-Speichermedium kann auch eine oder mehrere separate physische Komponenten oder Medien (z. B. mehrere CDs, Disketten oder andere Speichergeräte) sein oder darin enthalten sein.
Der Begriff „Datenverarbeitungsgerät“ umfasst alle Arten von Geräten, Vorrichtungen und Maschinen zur Verarbeitung von Daten, einschließlich eines programmierbaren Prozessors, eines Computers, eines Systems auf einem Chip oder mehrerer oder Kombinationen der vorgenannten. Das Gerät kann spezielle Logikschaltungen enthalten, z. B. ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Die Vorrichtung kann zusätzlich zur Hardware auch Code enthalten, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm schafft, z. B. Code, der eine Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankmanagementsystem, ein Betriebssystem, eine plattformübergreifende Laufzeitumgebung, eine virtuelle Maschine oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon darstellt. Das Gerät und die Ausführungsumgebung können verschiedene Infrastrukturen mit unterschiedlichen Rechenmodellen realisieren, z. B. Webdienste, verteiltes Rechnen und Grid-Computing-Infrastrukturen.
Ein Computerprogramm (auch als Programm, Software, Softwareanwendung, Skript oder Code bezeichnet) kann in jeder Form von Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, deklarativer oder prozeduraler Sprachen. Ein Computerprogramm kann, muss aber nicht, einer Datei in einem Dateisystem entsprechen. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei gespeichert werden, die andere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere Skripte, die in einem Auszeichnungssprachendokument gespeichert sind), in einer einzelnen Datei, die dem betreffenden Programm gewidmet ist, oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile des Codes speichern). Ein Computerprogramm kann zur Ausführung auf einem Computer oder auf mehreren Computern bereitgestellt werden, die sich an einem Standort befinden oder über mehrere Standorte verteilt und über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.
Einige der in dieser Spezifikation beschriebenen Prozesse und Logikflüsse können von einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren ausgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Aktionen auszuführen, indem sie auf Eingabedaten arbeiten und Ausgaben erzeugen. Die Prozesse und Logikflüsse können auch von speziellen Logikschaltungen, z. B. einem FPGA (Field Programmable Gate Array) oder einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ausgeführt werden, und die Vorrichtung kann auch als solche implementiert werden.
Zu den Prozessoren, die für die Ausführung eines Computerprogramms geeignet sind, gehören beispielsweise sowohl allgemeine und spezielle Mikroprozessoren als auch Prozessoren jeder Art von Digitalcomputern. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Befehle und Daten aus einem Festwertspeicher oder einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder aus beiden. Ein Computer umfasst einen Prozessor zur Durchführung von Aktionen in Übereinstimmung mit Anweisungen und eine oder mehrere Speichereinrichtungen zum Speichern von Anweisungen und Daten. Ein Computer kann auch ein oder mehrere Massenspeichergeräte zum Speichern von Daten, z. B. magnetische, magnetooptische oder optische Platten, enthalten oder operativ gekoppelt sein, um Daten von diesen zu empfangen oder an diese zu übertragen, oder beides. Ein Computer muss jedoch nicht über solche Vorrichtungen verfügen. Zu den Vorrichtungen, die sich zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten eignen, gehören alle Formen von nichtflüchtigen Speichern, Medien und Speichervorrichtungen, z. B. Halbleiterspeichervorrichtungen (z. B. EPROM, EEPROM, Flash-Speichervorrichtungen und andere), Magnetplatten (z. B. interne Festplatten, Wechselplatten und andere), magnetooptische Platten sowie CD-ROM- und DVD-ROM-Platten. Der Prozessor und der Speicher können durch spezielle Logikschaltungen ergänzt werden oder in diese integriert sein.
Um eine Interaktion mit dem Benutzer zu ermöglichen, können Vorgänge auf einem Computer implementiert werden, der eine Anzeigevorrichtung (z. B. einen Monitor oder eine andere Art von Anzeigevorrichtung) zur Anzeige von Informationen für den Benutzer sowie eine Tastatur und eine Zeigevorrichtung (z. B. eine Maus, einen Trackball, ein Tablet, einen berührungsempfindlichen Bildschirm oder eine andere Art von Zeigevorrichtung) besitzt, mit denen der Benutzer Eingaben in den Computer machen kann. Es können auch andere Arten von Geräten verwendet werden, um eine Interaktion mit dem Benutzer zu ermöglichen; zum Beispiel kann das Feedback, das dem Benutzer gegeben wird, jede Form von sensorischem Feedback sein, z. B. visuelles Feedback, auditives Feedback oder taktiles Feedback; und die Eingaben des Benutzers können in jeder Form empfangen werden, einschließlich akustischer, sprachlicher oder taktiler Eingaben. Darüber hinaus kann ein Computer mit einem Benutzer interagieren, indem er Dokumente an ein vom Benutzer verwendetes Gerät sendet und von diesem empfängt, z. B. durch Senden von Webseiten an einen Webbrowser auf einem Client-Gerät des Benutzers als Reaktion auf vom Webbrowser empfangene Anforderungen.
Ein Computersystem kann ein einzelnes Computergerät oder mehrere Computer umfassen, die in der Nähe oder im Allgemeinen entfernt voneinander arbeiten und typischerweise über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander kommunizieren. Beispiele für Kommunikationsnetzwerke sind ein lokales Netzwerk („LAN“) und ein Weitverkehrsnetzwerk („WAN“), ein Inter-Netzwerk (z. B. das Internet), ein Netzwerk mit einer Satellitenverbindung und Peer-to-Peer-Netzwerke (z. B. Ad-hoc-Peer-to-Peer-Netzwerke). Eine Beziehung von Client und Server kann dadurch entstehen, dass Computerprogramme auf den jeweiligen Computern laufen und eine Client-Server-Beziehung zueinander haben.
zeigt ein beispielhaftes Computersystem 500, das einen Prozessor 510, einen Speicher 520, eine Speichereinrichtung 530 und eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 540 umfasst. Jede der Komponenten 510, 520, 530 und 540 kann z. B. durch einen Systembus 550 miteinander verbunden sein. In einigen Implementierungen kann das Computersystem 500 dazu verwendet werden, den Betrieb eines Spektrometers zu steuern. Beispielsweise kann die in , und/oder 2B dargestellte elektronische Steuervorrichtung 106 ein Computersystem 500 umfassen, um den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten eines Spektrometers zu steuern und/oder Messdaten zu verarbeiten. Als weiteres Beispiel kann z. B. das in dargestellte Serversystem 304 und/oder das Clientsystem 308 ein Computersystem 500 enthalten, um die Übertragung und/oder den Empfang von Daten über ein Netzwerk, die Speicherung und Verarbeitung von Daten usw. zu steuern. Der Prozessor 510 ist in der Lage, Anweisungen zur Ausführung innerhalb des Systems 500 zu verarbeiten. In einigen Implementierungen ist der Prozessor 510 ein Single-Thread-Prozessor, ein Multi-Thread-Prozessor oder eine andere Art von Prozessor. Der Prozessor 510 ist in der Lage, Anweisungen zu verarbeiten, die im Speicher 520 oder auf dem Speichergerät 530 gespeichert sind. Der Speicher 520 und das Speichergerät 530 können Informationen innerhalb des Systems 500 speichern.
Das Eingabe-/Ausgabegerät 540 bietet Eingabe-/Ausgabeoperationen für das System 500. In einigen Implementierungen kann die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 540 eine oder mehrere Netzwerkschnittstellenvorrichtungen, z. B. eine Ethernet-Karte, eine serielle Kommunikationsvorrichtung, z. B. einen RS-232-Anschluss, und/oder eine drahtlose Schnittstellenvorrichtung, z. B. eine 802.11-Karte, ein 3G-Funkmodem, ein 4G-Funkmodem, ein 5G-Funkmodem usw. umfassen. In einigen Implementierungen kann das Eingabe-/Ausgabegerät Treibergeräte umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie Eingabedaten empfangen und Ausgabedaten an andere Eingabe-/Ausgabegeräte senden, z. B. Tastatur, Drucker und Anzeigegeräte 560. In einigen Implementierungen können mobile Datenverarbeitungsgeräte, mobile Kommunikationsgeräte und andere Geräte verwendet werden.
Obwohl diese Spezifikation viele Details enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs dessen, was beansprucht werden kann, verstanden werden, sondern als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Beispiele spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Zusammenhang mit separaten Implementierungen beschrieben werden, können auch kombiniert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Implementierung beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden.
Es wurde eine Reihe von Ausführungsformen beschrieben. Dennoch können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend fallen auch andere Ausführungsformen in den Anwendungsbereich der Ansprüche.

Claims

Ein System bestehend aus: eine Lichtquelle, die so betrieben werden kann, dass sie Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs in einem Beleuchtungsfeld emittiert; ein erstes Spektrometer, das so betrieben werden kann, dass es erstes Probenlicht misst, das von einem Objekt innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs und in einem ersten Erfassungsbereich reflektiert wird, wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs ist; ein zweites Spektrometer, das betreibbar ist, um zweites Probenlicht zu messen, das von dem Objekt innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs und in einem zweiten Erfassungsfeld reflektiert wird, wobei der dritte Wellenlängenbereich eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs ist, der dritte Wellenlängenbereich den zweiten Wellenlängenbereich zumindest teilweise überlappt und das zweite Erfassungsfeld sich von dem ersten Erfassungsfeld unterscheidet; und ein elektronisches Steuermodul, das betreibbar ist, um: Bestimmen, basierend auf dem gemessenen ersten Probenlicht und dem gemessenen zweiten Probenlicht, eines Abstands zwischen dem System und dem Objekt, und auf der Grundlage des gemessenen ersten Probenlichts und des gemessenen zweiten Probenlichts eine dem Objekt entsprechende Spektralverteilung des Lichts bestimmen.
Das System nach Anspruch 1, wobei das erste Spektrometer betreibbar ist, um das erste Probenlicht gleichzeitig mit dem zweiten Spektrometer zu messen, das das zweite Probenlicht misst.
Das System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Spektrometer betreibbar ist, um das erste Probenlicht inkrementell in Bezug auf den zweiten Wellenlängenbereich zu messen, und wobei das zweite Spektrometer betreibbar ist, um das zweite Probenlicht inkrementell in Bezug auf den dritten Wellenlängenbereich zu messen.
Das System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das zweite Spektrometer zwischen dem ersten Spektrometer und der Lichtquelle entlang einer Achse des Systems angeordnet ist.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das erste Erfassungsfeld teilweise mit dem zweiten Erfassungsfeld überlappt.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beleuchtungsfeld das erste Erfassungsfeld und das zweite Erfassungsfeld zumindest teilweise überlappt.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Steuermodul betreibbar ist, um den Abstand zu bestimmen durch: Bestimmen eines ersten Intensitätswertes, der eine Intensität des ersten Probenlichts in Bezug auf einen vierten Wellenlängenbereich angibt, wobei der vierte Wellenlängenbereich dem zweiten Wellenlängenbereich und dem dritten Wellenlängenbereich gemeinsam ist; und Bestimmen eines zweiten Intensitätswertes, der eine Intensität des zweiten Probenlichts in Bezug auf den vierten Wellenlängenbereich anzeigt.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Steuermodul betreibbar ist, um: einen Datensatz erzeugen, der die spektrale Verteilung des Lichts und die Entfernung angibt.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Steuermodul betreibbar ist, um: den Datensatz an ein entferntes Computersystem übertragen.
Das System nach Anspruch 9, wobei das elektronische Steuermodul betreibbar ist, um: Abrufen eines oder mehrerer zusätzlicher Datensätze von dem entfernten Computersystem, wobei jeder zusätzliche Datensatz eine jeweilige Proben-Spektralverteilung von Licht und eine jeweilige Probenentfernung anzeigt, die mit dieser Proben-Spektralverteilung von Licht verbunden ist; und Bestimmen Sie mindestens eines von: eine Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen, oder eine Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Probe-Spektralverteilungen des Lichts.
System nach Anspruch 10, wobei das elektronische Steuermodul in der Lage ist, eine Zusammensetzung des Objekts auf der Grundlage von mindestens einem der folgenden Merkmale zu bestimmen: die Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen, oder die Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Probe-Spektralverteilungen des Lichts.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Steuermodul betreibbar ist, um ein Reflexionsvermögen des Objekts zu bestimmen, und die dem Objekt entsprechende spektrale Verteilung des Lichts auf der Grundlage des Reflexionsvermögens des Objekts weiter zu bestimmen.
Das System nach Anspruch 12, wobei das Reflexionsvermögen des Objekts basierend auf mindestens einer Leistung des ersten Probenlichts oder einer Leistung des zweiten Probenlichts bestimmt wird.
Das System nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Bestimmen der spektralen Verteilung des Lichts das Kalibrieren von mindestens einem von dem ersten Spektrometer oder dem zweiten Spektrometer basierend auf dem Reflexionsvermögen des Objekts umfasst.
Das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System ein mobiles Gerät ist.
Ein Verfahren, das Folgendes umfasst: Aussenden von Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs in einem Beleuchtungsfeld mit einer Lichtquelle eines Systems; Messung, unter Verwendung eines ersten Spektrometers des Systems, von erstem Probenlicht, das von einem Objekt innerhalb eines zweiten Wellenlängenbereichs und in einem ersten Erfassungsfeld reflektiert wird, wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs ist; Messen, unter Verwendung eines zweiten Spektrometers des Systems, von zweitem Probenlicht, das von dem Objekt innerhalb eines dritten Wellenlängenbereichs und in einem zweiten Erfassungsfeld reflektiert wird, wobei der dritte Wellenlängenbereich eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs ist, der dritte Wellenlängenbereich den zweiten Wellenlängenbereich zumindest teilweise überlappt und das zweite Erfassungsfeld sich von dem ersten Erfassungsfeld unterscheidet; Bestimmen, unter Verwendung eines elektronischen Steuermoduls, eines Abstands zwischen dem System und dem Objekt basierend auf dem gemessenen ersten Probenlicht und dem gemessenen zweiten Probenlicht; und Bestimmen, unter Verwendung des elektronischen Steuermoduls, einer dem Objekt entsprechenden spektralen Lichtverteilung, basierend auf dem gemessenen ersten Probenlicht und dem gemessenen zweiten Probenlicht.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste Probenlicht und das zweite Probenlicht gleichzeitig gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das erste Probenlicht inkrementell in Bezug auf den zweiten Wellenlängenbereich gemessen wird, und wobei das zweite Probenlicht inkrementell in Bezug auf den dritten Wellenlängenbereich gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei sich das erste Erfassungsfeld teilweise mit dem zweiten Erfassungsfeld überlappt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Beleuchtungsfeld das erste Erfassungsfeld und das zweite Erfassungsfeld zumindest teilweise überlappt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei das Bestimmen der Entfernung zwischen dem System und dem Objekt umfasst: Bestimmen eines ersten Intensitätswertes, der eine Intensität des ersten Probenlichts in Bezug auf einen vierten Wellenlängenbereich angibt, wobei der vierte Wellenlängenbereich dem zweiten Wellenlängenbereich und dem dritten Wellenlängenbereich gemeinsam ist; und Bestimmen eines zweiten Intensitätswertes, der eine Intensität des zweiten Probenlichts in Bezug auf den vierten Wellenlängenbereich anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, ferner umfassend: Erzeugen eines Datensatzes, der die spektrale Verteilung des Lichts und die Entfernung angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, ferner umfassend: Übertragen des Datensatzes an ein entferntes Computersystem.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend: Abrufen eines oder mehrerer zusätzlicher Datensätze von dem entfernten Computersystem, wobei jeder zusätzliche Datensatz eine jeweilige Proben-Spektralverteilung von Licht und eine jeweilige Probenentfernung anzeigt, die mit dieser Proben-Spektralverteilung von Licht verbunden ist; und Bestimmen von mindestens einem der folgenden Punkte: eine Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen, oder eine Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Probe-Spektralverteilungen des Lichts.
Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend: Bestimmen einer Zusammensetzung des Objekts basierend auf mindestens einem der folgenden Punkte: die Ähnlichkeit zwischen dem Abstand und einem oder mehreren Probenabständen, oder die Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung des Lichts und einer oder mehreren Probe-Spektralverteilungen des Lichts.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, ferner umfassend: Bestimmen eines Reflexionsvermögens des Objekts, und Bestimmung der spektralen Verteilung des Lichts, das dem Objekt entspricht, basierend auf dem Reflexionsvermögen des Objekts.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Reflexionsvermögen des Objekts auf der Grundlage mindestens einer Leistung des ersten Probenlichts oder einer Leistung des zweiten Probenlichts bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei das Bestimmen der spektralen Verteilung des Lichts das Kalibrieren des ersten Spektrometers und/oder des zweiten Spektrometers basierend auf dem Reflexionsvermögen des Objekts umfasst.