WO2018072985A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines direkten lichtreflexionsstrahls von einem objekt auf einen lichtsensor - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines direkten lichtreflexionsstrahls von einem objekt auf einen lichtsensor Download PDF

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WO2018072985A1
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light
sensor
sensor element
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direct
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Ralf Noltemeyer
Eugen BAUMGART
Christian Huber
Benedikt Stein
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4228—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors arrangements with two or more detectors, e.g. for sensitivity compensation

Definitions

  • the invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
  • the subject of the present invention is also a computer program.
  • a direct reflection of an emitted light onto the light sensor can also take place depending on the illumination and detection angle, so that an overexposure of the light sensor in the region of the direct reflection beam results here. If materials are now to be investigated, which are, for example, welded in, direct reflections can falsify the spectral measuring signal which is otherwise based on diffuse reflection, since the
  • the method comprising the following steps:
  • a light beam Under a light reflection beam in the present case, a light beam or
  • Light beam which represents a direct back reflection of a light beam which has been irradiated on an object.
  • This may be a light beam or a light beam that is specularly / brilliantly reflected and thus has a same angle of incidence to the normal angle of incidence.
  • This can also be a diffusely reflecting light beam or light beam.
  • a sensor element can be understood to be a partial region of a light sensor which can be read out separately and thus detects a light radiation on a partial region of an entire sensor surface of the light sensor.
  • a light intensity value can be understood as a value which represents a brightness or intensity of the light irradiated onto a sensor element.
  • the approach presented here is based on the knowledge that, when a direct light reflection beam impinges, the light intensity value on one of the sensor elements which form the light sensor has a very high irradiance Light quantity or light intensity is detected. As a result, the light intensity value detected by this sensor element will be significantly greater than that of the at least one other, for example the second one
  • the direct light reflection beam impinges on the first sensor element if the first light intensity value is greater than the second light intensity value by at least one value dependent on the second light intensity value. For example, with a low reflectance (e.g. below fifty percent) of light on an object, the direct light reflection beam may be detected when the first
  • Light intensity is greater than twice the second light intensity value, but when a high reflectance (for example, at least fifty percent) of light on an object occurs, already increased by ten or twenty percent first light intensity value compared to the second light intensity value in the detection of one on the first Sensor element incident direct light reflection beam result.
  • a high reflectance for example, at least fifty percent
  • Embodiment of the approach presented here has the advantage of being able to evaluate signals of a light sensor particularly flexibly in different environmental scenarios, whereby a precise detection of a direct light reflection beam is possible.
  • a further advantage is an embodiment of the approach presented here, in which a step of evaluating is provided in which a signal of the first sensor element is discarded and / or corrected and at least one signal of the second sensor element is further processed, if in the step of detecting the impact of the direct light intensity beam was detected on the first sensor element.
  • Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that a signal of a sensor element is discarded or weighted less or corrected in the evaluation of signals of the light sensor is taken into account, in which the impact of a direct
  • Detection of a direct light reflection beam can take place particularly precisely if, in one embodiment, at least one third light intensity value is read in by an incident light on at least one third sensor element of the light sensor in the reading step.
  • the third sensor element is spatially separated from the first and second
  • Light reflection beam is detected on the first sensor element, when the first light intensity value is greater than the second and third light intensity value.
  • a step of lighting can be provided, wherein the object is illuminated with emission light of a predefined spatial emission light intensity, wherein in Step of detecting the impact of the direct light reflection beam is detected on the first sensor element using the emission light intensity. For example, in the step of detecting, a ratio between the emission light intensity and the brightness detected by the first and second sensor element can be formed, which then represents the corresponding light intensity values.
  • a ratio between the emission light intensity and the brightness detected by the first and second sensor element can be formed, which then represents the corresponding light intensity values.
  • the emission light is emitted substantially in a different direction than an orientation of the light sensor for detecting light, and / or wherein a radiation axis of the emission light to a
  • a step of outputting a change information is provided is when an impact of the direct light reflection beam on the first
  • Sensor element is detected to signal a request for a change in the position of the light sensor. In this way, it can be achieved, for example, that the position of the light sensor or the individual sensor elements with respect to the outputted change information
  • Deflecting light is deflected by at least two different directions of irradiation to the first and / or second sensor element.
  • Embodiment of the approach presented here offers the advantage of a homogeneous illumination of the sensor elements (also from different directions), so that the impact of a direct light reflection beam can be detected quickly and clearly.
  • the method comprises the steps of
  • Method for detecting according to a variant presented here and a step of analyzing, in particular spectrally analyzing, the light read by the second sensor element to at least one predefined one Feature can be understood, for example, to mean a specific pattern or a specific spectral color combination which gives an indication of a specific code which is to be recorded here.
  • a predefined feature can be understood, for example, to mean a specific pattern or a specific spectral color combination which gives an indication of a specific code which is to be recorded here.
  • the approach presented here thus also creates a device which is designed to implement, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
  • the device may comprise at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the sensor Actuator and / or at least one
  • the arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface which can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
  • a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which is stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical disk
  • Memory may be stored and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
  • FIG. 1 shows a plan view of a light sensor
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a light sensor, which likewise has four sensor elements;
  • FIG. 3 shows a schematic view of an apparatus for detecting a direct light reflection beam 120 from an object incident on a light sensor according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a plan view of the light sensor according to the embodiment shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for detecting a direct light reflection beam from an object to a light sensor
  • Fig. 6 is a block diagram of an apparatus for detecting a direct light reflection beam from an object to a light sensor.
  • the position of the object to be measured to the optical spectrum measuring device can not be set accurately.
  • the not exactly defined angular position of the target can lead to direct reflection being measured.
  • a device for detecting a direct light reflection beam from an object to a light sensor according to an exemplary embodiment can be used.
  • the light sensor 100 comprises the first sensor element 110a, the second Sensor element 110b, the third sensor element 110c and the fourth
  • Sensor element llOd which are arranged in two rows and two columns in the light sensor 100.
  • the sensor elements 110a-d can have a pixel matrix as image sensors and thus respectively image or capture light in a plurality of pixels.
  • the sensor elements 110 detect not only light incident on a partial area of the light sensor 100 in a punctiform manner but also the light source
  • Sensor elements 110 form a planar region of the photosensitive sensor region of the light sensor 100.
  • the sensor elements 110a-d are furthermore each designed to detect light, for example in color and / or intensity, and to output a corresponding color or light intensity value.
  • the sensor elements 110a-d are also independently readable, so that, for example, the light intensity value and / or color value of each
  • Sensor element is not affected by incident on another sensor element light.
  • Sensor element 110a is reflected back directly, as shown in Fig. 1 by the light reflection beam 120, by the direct reflection 110a a strong inhomogeneity distribution on the detector, i. H. the light sensor
  • the first light intensity value provided by the first sensor element 110a and representing the light intensity incident on the first sensor element 110a may now be compared to a second light intensity value obtained by the second sensor element 110a (or also the third or fourth sensor element 110c or 11d is provided as third or fourth light intensity value) and which represents the light intensity incident on the second sensor element 110b (or third sensor element 110c or fourth sensor element 11d). If it is then recognized that the first light intensity value is greater than the second light intensity value (and / or the third and / or fourth light intensity value)
  • Light intensity value can be in quite a general form of it
  • the direct light reflection beam 120 has now dropped onto the first sensor element 110a. It can by evaluating the light intensities at a very high and / or inhomogeneous light intensity on the detector or the first
  • Sensor element 110a of the light sensor 100 identify the respective detector surfaces, in which there is a direct reflection of a light beam at the location of the target.
  • a downstream signal processing can then hide, for example, a signal from this first sensor element 110a or from this detector surface, so that the FPI measurement result is not destroyed or at least impaired by the direct reflection in an analysis of the signal supplied by the light sensor 100.
  • the direct light reflection beam incident on the first sensor element 110a is detected when the first light intensity value is greater than the second and / or third and / or fourth by at least one value dependent on the second light intensity value
  • Light intensity value is.
  • an emission light intensity value that represents an intensity of emission light radiated onto the object can be taken into account here. If, for example, it is now recognized that the second light intensity value has a value of 20 percent of that
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a light sensor 100, which likewise has 4 sensor elements 110a-d.
  • This light sensor 100 then forms a detector structure for the detection of direct reflections. Is over all four sensor elements within a tolerance range of, for example 20 Percent same homogeneous photocurrent measured, it can be assumed that no direct reflection on the target, so the light sensor 100 hits. If an increased photocurrent is measured in one of the sensor elements, for example the first sensor element 110a, compared to one or more of the three other sensor elements, a direct reflection of light to the sensor element 110a can be detected, at which the higher
  • the device 300 comprises a
  • Lighting unit 305 which has a light source 310 which lies on a common axis 315 with a surface normal 320 through a center of the light sensor 100. Furthermore, the illumination unit 305 comprises a curved reflection screen 325 in order to radiate the emission light 330 emitted by the illumination unit 305 in a light cone onto an object 335 which is located at a distance 340 from the device 300.
  • the light sensor 100 is arranged with the individual sensor elements 110, which can be illuminated by a lateral illumination with a reflected light reflected by the object.
  • this illumination is performed using a mirror unit 332 which can image different areas on a surface of the object 335 onto one sensor each.
  • the mirror unit 332 can reconstruct the light reflected back from the surface of the object 335 in a first area 345 at a first viewing angle 350 and a light reflected back from the surface of the object 335 from a second area 355 in a second area
  • the mirror unit 332 may include that in the first region 345 from the surface of the Object 335 reflected light in a third viewing angle 360 and a light reflected back from the second area 352 of the surface of the object 335 in a fourth viewpoint 365 via the right opening 367 of
  • the object 335 is aligned at an angle to the device such that the light of the light source 310 directly reflects on the surface of the object 335 is and as a direct light reflection beam
  • Sensor element 110 would be an override of the sensor element, so that when taking into account the signal of this sensor element 110, which is hit by the direct light reflection beam 120, an overall deterioration of the result of the signals of the (other) sensor elements 110 of
  • Sensor elements 110 can then take place, for example, after being read in by an appropriate read-in unit 369 in an analysis unit 370 in which, for example, the signal of that sensor element 110a is discarded or corrected, while a signal from another of the
  • Reflected light beam is affected, not discarded or compensated accordingly.
  • this analysis unit it is also possible to analyze at least the signal read in by the second sensor element, for example to at least one predefined pattern.
  • a pattern may represent, for example, the spectral material properties of the object 335, which may be a
  • Light reflection beam is detected on the first sensor element, so that, for example, a user of the device 300, if this is installed, for example, in a mobile phone, a different angle on the object 335 and occupies its surface. This can then lead to a direct light reflection beam no longer falling on the first sensor element 110a, so that the evaluation of the signals of the sensor elements is facilitated.
  • FIG. 4 shows a plan view of the embodiment according to FIG.
  • Illumination unit 305 with the light source 310 is also arranged concentrically around a central point when the light source lies on an axis with the surface normal 320 of the light sensor 100.
  • the housing 400 has an annular concentric aperture arrangement for minimizing a variation of the angle of incidence. Their incident light rays become the
  • a component is thus presented which has a miniature spectrometer which has a
  • Photodiode operates as sensor element 110, quadrant photodiode detector array, 2D detector array (eg, CMOS or CCD camera chip).
  • the miniature spectrometer is designed to use the difference signal of the photodiode (light sensor 100) or the sensor elements 110 for determining direct reflection. Also, in another embodiment, in another
  • a miniature spectrometer can be used, wherein the spectral element is a micromechanical Fabry-Perot interferometer (FPI) device, said interferometer having at least one substrate and two spaced apart by a gap, superimposed mirror elements.
  • FPI micromechanical Fabry-Perot interferometer
  • the knowledge of the main angle of incidence of light on the sensor elements 110 can then also be used to correct a wavelength shift in the spectra that results when light falls on an FPI at an angle other than normal.
  • the embodiments presented here can also be used with eccentric or with concentric lighting arrangement to
  • the measurement of the photon intensity distribution on the detector surfaces can be used to determine the solid angle with direct reflection.
  • detector surfaces with very high photon intensity in comparison to the other pixels or sensor elements indicate the direct reflection.
  • a mobile phone display shows in which direction the mobile phone has to be moved in order to avoid direct reflection.
  • a slightly eccentric illumination could also be used, but the need for calibration and compensation is higher because the spot is not concentrically (FPI / detector axis) illuminated at different target distances.
  • At least two different target surfaces (illuminated from different directions) are used to direct the light separately to the respective detector surfaces or sensor elements 110. Four different areas on the detector are advantageous in order to be able to recognize the direct reflection on both lateral target axes.
  • FIG. 2 shows a variant with 4 detector surfaces, which are referred to here as sensor elements 110 and which are also shown in FIG. 2
  • Embodiment can be used.
  • the light beams should advantageously hit the FPI with the same angle of incidence (to the FPI surface normals), so that the bandwidth of the FPI spectrometer is not impaired.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method 500 for detecting a direct light reflection beam from an object to a light sensor, the light sensor having at least two sensor elements arranged spatially separated and separately readable.
  • the method 500 includes a step
  • the method 500 includes a step 520 of detecting the impact of the direct light reflection beam on the first one
  • FIG. 6 shows a block diagram of an apparatus 600 for detecting a direct light reflection beam from an object to a light sensor, where Light sensor has at least two spatially separated and separately readable sensor elements.
  • the device 600 comprises a unit 610 for reading in a first light intensity value of light incident on a first sensor element and at least one second one
  • the device 600 includes a unit 620 for detecting the impact of the direct light reflection beam on the first sensor element when the first light intensity value is greater than the second light intensity value.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (500) zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls (120) von einem Objekt (335) auf einen Lichtsensor (100), wobei der Lichtsensor (100) zumindest zwei räumlich getrennt angeordnete und getrennt auslesbare Sensorelemente (110a, 110b, 110c, 110d) aufweist. Das Verfahren (500) umfasst einen Schritt des Einlesens (510) eines ersten Lichtintensitätswertes von auf ein erstes Sensorelement (110a) auftreffenden Lichts und zumindest eines zweiten Lichtintensitätswertes von auf das zumindest zweite Sensorelement (110b) auftreffenden Lichts. Ferner umfasst das Verfahren (500) einen Schritt des Erkennens (520) des Auftreffens des direkten Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste Sensorelement (110a), wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Bei Spektrometern kann abhängig von Beleuchtungs- und Detektionswinkel auch eine direkte Reflexion von einem ausgesandten Licht auf den Lichtsensor erfolgen, sodass hier eine Überbelichtung des Lichtsensors im Bereich des direkten Reflexionsstrahls resultiert. Sollen nun Materialien untersucht werden, die beispielsweise eingeschweißt sind, kann direkte Reflexionen das sonstig auf diffuser Reflexion basierende spektrale Messsignal verfälschen, da die
Materialinformation der Folie oder der Oberfläche des zu untersuchenden Materials mit einer erhöhten Intensität zurückreflektiert wird. Dies führt dazu, dass eine Use-case-spezifische Unterscheidung nicht mehr möglich ist, wenn auf der z. B. Folie oder Oberfläche keine notwendigen Signalinformationen mehr vorliegen oder diese in der Überbelichtung durch die direkte Reflexion nicht mehr erkennbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Es wird vorliegend ein Verfahren zum Erkennen eines direkten
Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor vorgestellt, wobei der Lichtsensor zumindest zwei räumlich getrennt angeordnete und getrennt auslesbare Sensorelemente aufweist, insbesondere wobei die Sensorelemente als Spektrometer ausgeführt sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines ersten Lichtintensitätswertes von auf ein erstes
Sensorelement auftreffenden Lichts und zumindest eines zweiten
Lichtintensitätswertes von auf zumindest ein zweites Sensorelement auftreffenden Lichts; und
Erkennen des Auftreffens des direkten Lichtreflexionsstrahls auf das erste Sensorelement, wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist.
Unter einem Lichtreflexionsstrahl kann vorliegend ein Lichtstrahl oder
Lichtstrahlenbündel verstanden werden, der eine direkte Rückreflektion eines Lichtstrahls darstellt, welcher auf ein Objekt abgestrahlt wurde. Es kann sich hierbei um einen Lichtstrahl oder ein Lichtstrahlenbündel handeln, der /das spekular/glänzend reflektiert wird und somit einem dem Einfallswinkel zur Normalen gleichen Ausfallswinkel besitzt. Dabei kann es sich auch um einen diffus reflektierenden Lichtstrahl oder Lichtstrahlenbündel handeln. Unter einem Sensorelement kann vorliegend ein Teilbereich eines Lichtsensors verstanden werden, der separat ausgelesen werden kann und somit eine Lichteinstrahlung auf einem Teilbereich einer gesamten Sensorfläche des Lichtsensors erfasst. Unter einem Lichtintensitätswert kann vorliegend ein Wert verstanden werden, der eine Helligkeit oder Stärke des auf ein Sensorelement eingestrahlten Lichts repräsentiert.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass bei einem Auftreffen eines direkten Lichtreflexionsstrahls der Lichtintensitätswert auf einem der Sensorelemente, die den Lichtsensor bilden, eine sehr hohe eingestrahlte Lichtmenge bzw. Lichtintensität erkannt wird. Dies führt dazu, dass der von diesem Sensorelement erfasste Lichtintensitätswert deutlich größer sein wird, als der von dem zumindest einen anderen, beispielsweise dem zweiten
Sensorelement. Somit kann bei einem höheren Lichtintensitätswert des von einem Sensorelement gelieferten Lichtintensitätswerts unter anderem ein Rückschluss darauf gezogen werden, dass dieses betreffende Sensorelement von einem direkten Lichtreflexionsstrahl getroffen wurde. Der hier vorgestellte Ansatz bietet dabei den Vorteil einer sehr einfachen Erkennung von einem direkten Lichtreflexionsstrahl, der möglicherweise die Auswertung der von den Sensorelementen gelieferten Werte erschwert. Wird jedoch erkannt, dass eines der Sensorelemente von einem direkten Lichtreflexionsstrahl getroffen wurde, kann der von dem entsprechend betroffenen Sensorelement gelieferte Wert korrigiert, verworfen oder kompensiert werden, um insgesamt eine verbesserte Auswertung des von dem Lichtsensor bzw. den Sensorelementen gelieferten Signals zu erreichen.
Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Erkennens das Auftreffen des direkten Lichtreflexionsstrahl auf das erste Sensorelement erkannt wird, wenn der erste Lichtintensitätswert um zumindest einen von dem zweiten Lichtintensitätswert abhängigen Wert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist. Beispielsweise kann bei einem geringen Reflexionsgrad (von beispielsweise unter fünfzig Prozent) von Licht an einem Objekt der direkte Lichtreflexionsstrahl erkannt werden, wenn die erste
Lichtintensität größer als das doppelte des zweiten Lichtintensitätswertes ist, wenn jedoch ein hoher Reflexionsgrad (beispielsweise mindestens fünfzig Prozent) von Licht an einem Objekt auftritt, kann bereits ein um zehn oder zwanzig Prozent erhöhter erster Lichtintensitätswert gegenüber dem zweiten Lichtintensitätswert in der Erkennung eines auf das erste Sensorelement auftreffenden direkten Lichtreflexionsstrahls resultieren. Eine solche
Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, besonders flexibel in unterschiedlichen Umweltszenarien Signale eines Lichtsensors auswerten zu können, wobei eine präzise Erkennung von einem direkten Lichtreflexionsstrahl möglich wird. Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem ein Schritt des Auswertens vorgesehen ist, in dem ein Signal des ersten Sensorelementes verworfen und/oder korrigiert und zumindest ein Signal des zweiten Sensorelementes weiterverarbeitet wird, wenn im Schritt des Erkennens das Auftreffen des direkten Lichtintensitätsstrahls auf das erste Sensorelement erkannt wurde. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass ein Signal eines Sensorelementes verworfen oder schwächer gewichtet bzw. korrigiert bei der Auswertung von Signalen des Lichtsensors berücksichtigt wird, bei dem das Auftreffen eines direkten
Lichtreflexionsstrahls erkannt wurde und dessen Signal dann möglicherweise fehlerhaft oder zumindest nicht zuverlässig das tatsächlich auf das
Sensorelement einfallende Licht repräsentiert, welches Informationen aus der Tiefe des Materials trägt, an dem es gestreut wurde. Auf diese Weise lässt sich somit ein präziseres Ergebnis der Auswertung der von den Sensorelementen gelieferten Signalen erreichen.
Besonders präzise kann eine Erkennung eines direkten Lichtreflexionsstrahls dann erfolgen, wenn in einer Ausführungsform im Schritt des Einlesens ferner zumindest ein dritter Lichtintensitätswert von einem auf zumindest ein drittes Sensorelement des Lichtsensors auftreffenden Lichts eingelesen wird. Hierbei ist das dritte Sensorelement räumlich getrennt vom ersten und zweiten
Sensorelement angeordnet und getrennt von diesen beiden Sensorelementen auslesbar, wobei im Schritt des Erkennens das Auftreffen des direkten
Lichtreflexionsstrahls auf das erste Sensorelement erkannt wird, wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite und dritte Lichtintensitätswert ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die Verwendung von zumindest drei Sensorelementen bzw. deren Signalen das Auftreffen des direkten
Lichtreflexionssignals deutlich sicherer erkennen zu können.
Weitere räumlich getrennte Sensorelemente (>3) werden ebenfalls zu einer Verfeinerung der Erkennung führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann ein Schritt des Beleuchtens vorgesehen sein, wobei das Objekt mit Abstrahllicht einer vordefinierten räumlichen Abstrahllichtintensität beleuchtet wird, wobei im Schritt des Erkennens das Auftreffen des direkten Lichtreflexionsstrahls auf das erste Sensorelement unter Verwendung der Abstrahllichtintensität erkannt wird. Beispielsweise kann im Schritt des Erkennens ein Verhältnis zwischen der Abstrahllichtintensität und der vom ersten bzw. zweiten Sensorelement erfassten Helligkeit gebildet werden, welche dann die entsprechenden Lichtintensitätswerte darstellt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sehr zuverlässigen Ermittlung der jeweiligen Lichtintensitätswerte aufgrund der Information, mit welcher Intensität das Objekt angestrahlt wurde, sodass auf bei unterschiedlichen externen Beleuchtungssituationen des Objektes noch eine präzise Erkennung des direkten Lichtreflexionsstrahls möglich ist.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Beleuchtens das Abstrahllicht in eine Richtung abgestrahlt wird, die im Wesentlichen einer Ausrichtung des Lichtsensors zur Detektion von Licht entspricht, und/oder wobei eine Abstrahlachse des Abstrahllichts mit einer Flächennormale eines Zentrums des Lichtsensors im Wesentlichen
übereinstimmt. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass durch die vorgegebene Lichtaussendungsrichtung bzw. die Abstrahlrichtung Fremdlicht bei der Auswertung der Lichtintensitätswerte mit großer Zuverlässigkeit für die Ermittlung der Lichtintensitätswerte erkannt und für die weitere Verarbeitung unberücksichtigt bzw. kompensiert werden kann und somit eine nochmals verbesserte Möglichkeit zur Auswertung des von den Sensorelementen empfangenen Lichts möglich wird.
Denkbar ist ebenfalls eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Beleuchtens das Abstrahllicht im Wesentlichen in eine andere Richtung abgestrahlt wird, als einer Ausrichtung des Lichtsensors zur Detektion von Licht, und/oder wobei eine Abstrahlachse des Abstrahllichts zu einer
Flächennormale eines Zentrums des Lichtsensors im Wesentlichen versetzt angeordnet ist. Auch durch eine solche Ausführungsform kann eine zuverlässige Erkennung des Lichtreflexionsstrahls bzw. eine nachfolgende Auswertung der Signale der Sensorelemente erfolgen.
Von Vorteil ist ferner auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem ein Schritt des Ausgebens einer Veränderungsinformation vorgesehen ist, wenn ein Auftreffen des direkten Lichtreflexionsstrahls auf das erste
Sensorelement erkannt wird, um eine Anforderung einer Veränderung der Lage des Lichtsensors zu signalisieren. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass ansprechend auf die ausgegebene Veränderungsinformation die Position des Lichtsensors bzw. der einzelnen Sensorelemente in Bezug auf das
Objekt verändert wird, sodass eine direkte Reflexion von Licht auf einer
Oberfläche des Objektes hin zum Lichtsensor vermieden werden kann. Hierdurch lässt sich auf einfache und schnelle Art eine Verbesserung der
Auswertungsmöglichkeit für die Signale der Sensorelemente des Lichtsensors erreichen, da dann eventuell das Auftreffen eines direkten Lichtreflexionsstrahls nach der Veränderung der Position des Lichtsensors bzw. der Sensorelemente in Bezug zum Objekt ganz vermieden werden kann.
Günstig ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes mit einem Schritt des Umlenkens von Licht auf den Lichtsensor, wobei im Schritt des
Umlenkens Licht von zumindest zwei unterschiedlichen Einstrahlrichtungen auf das erste und/oder zweite Sensorelement umgelenkt wird. Ein solche
Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer homogenen Ausleuchtung der Sensorelementen (auch aus unterschiedlichen Richtungen), sodass das Auftreffen eines direkten Lichtreflexionsstrahls schnell und eindeutig erkannt werden kann.
Bei Verwendung von beispielsweise zwei gegenüberliegenden Lichtquellen, die sequentiell angesteuert werden, kann ebenfalls herausgefunden werden, bei welcher Beleuchtungsrichtung eine z.B. größeren Lichtintensitätsdifferenz zwischen den Sensorelementen erzeugt wird. Durch die Auswertung der Lichtintensitäten lässt sich der Winkellage des Targets ermitteln, so dass eine verbesserte Auswertung ermöglicht wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes wird ein
Verfahren zur Auswertung einer Information in einem auf einen Lichtsensor einfallenden Lichts vorgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des
Verfahrens zum Erkennen gemäß einer hier vorgestellten Variante und einen Schritt des Analysierens, insbesondere Spektral-Analysierens des von dem zweiten Sensorelement eingelesenen Lichts auf zumindest ein vordefiniertes Merkmal. Unter einem vordefinierten Merkmal kann vorliegend beispielsweise ein bestimmtes Muster oder eine bestimmte spektrale Farbkombination verstanden werden, die einen Hinweis auf einen bestimmten Code gibt, der hier zu erfassen ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer schnellen und präzisen Auswertungsmöglichkeit von Informationen, die in einem vom Lichtsensor gelieferten Signal enthalten sind.
Diese hier vorgestellten Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät oder einer Vorrichtung implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft somit auch eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann. Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen
Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Aufsichtdarstellung auf einen Lichtsensor;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Lichtsensors, der ebenfalls vier Sensorelemente aufweist; Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls 120 von einem Objekt auf einen Lichtsensor einfallenden Lichts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung; Fig. 4 eine Aufsichtdarstellung auf den Lichtsensor gemäß dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor, Und
Fig. . 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Bei bestimmten Applikationen kann die Position des zu messenden Objektes zum optischen Spektrum Messgerät nicht genau eingestellt werden. Die nicht genau definierte Winkelposition des Targets kann dazu führen, dass direkte Reflektion mitgemessen wird.
Ein Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes kann darin gesehen werden, dass durch ein überhöhtes Signal aus einem Winkel des Targets eine direkte
Reflexion von Licht von einem Objekt auf den Lichtsensor erkannt und die Messeinflüsse durch die Signalverarbeitung minimiert bzw. ausgeschlossen werden kann. Es erfolgt dann eine Sammlung der Photonen eines beleuchtenden Körpers mit einem bestimmten Einfallswinkel und Reflexion, Absorption oder destruktive Interferenz der nicht benötigten Photonen, sodass keine Fehlsignale erzeugt werden. Beispielsweise kann dies in einem FPI (= Fabry-Perot
Interferometer) oder einer Detektorkombination erfolgen. Um solche Fehlsignale zu vermeiden, kann gemäß dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Fig. 1 zeigt eine Aufsichtdarstellung auf einen Lichtsensor 100. Der Lichtsensor 100 umfasst vorliegend das erste Sensorelement 110a, das zweite Sensorelement 110b, das dritte Sensorelement 110c und das vierte
Sensorelement llOd, die in zwei Zeilen und zwei Spalten im Lichtsensor 100 angeordnet sind. Die Sensorelemente 110a-d können als Bildsensoren eine Pixelmatrix aufweisen und somit jeweils Licht in mehreren Bildpunkten abbilden bzw. erfassen. Somit erfassen die Sensorelemente 110 nicht nur punktförmig auf einen Teilbereich des Lichtsensors 100 einfallendes Licht, sondern die
Sensorelemente 110 bilden einen flächigen Bereich des lichtempfindlichen Sensorbereichs des Lichtsensors 100 ab. Die Sensorelemente 110a-d sind ferner je ausgebildet, Licht beispielsweise in Farbe und/oder Intensität zu erfassen und einen entsprechenden Färb- oder Lichtintensitätswert auszugeben.
Die Sensorelemente 110a-d sind auch unabhängig voneinander auslesbar, sodass beispielsweise der Lichtintensitätswert und/oder Farbwert jedes
Sensorelements nicht durch auf ein anderes Sensorelement einfallendes Licht beeinflusst wird.
Fällt nun ein direkter Lichtreflexionsstrahl 120, der ein Licht darstellt, das von einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Objekt (Target) auf das erste
Sensorelement 110a direkt zurückreflektiert wird, wie es in der Fig. 1 durch den Lichtreflexionsstrahl 120 dargestellt ist, wird durch die direkte Reflexion 110a eine starke Inhomogenitätsverteilung auf dem Detektor, d. h. dem Lichtsensor
100 erzeugt. Diese Inhomogenität zeichnet sich dadurch aus, dass auf das erste Sensorelement 110a eine deutlich größere Lichtmenge bzw. Lichtintensität eingestrahlt wird, als auf die anderen drei Sensorelemente 110b-d. Der erste Lichtintensitätswert, der von dem ersten Sensorelement 110a bereitgestellt wird und der die auf das erste Sensorelement 110a einfallende Lichtintensität repräsentiert, kann nun mit einem zweiten Lichtintensitätswert verglichen werden, der von dem zweiten Sensorelement 110a (oder auch dem dritten oder vierten Sensorelement 110c oder llOd als dritter bzw. vierter Lichtintensitätswert) bereitgestellt wird und der die auf das zweite Sensorelement 110b (bzw. dritte Sensorelement 110c oder vierte Sensorelement llOd) einfallende Lichtintensität repräsentiert. Wird nun erkannt, dass der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite Lichtintensitätswert (und/oder der dritte und/oder vierte
Lichtintensitätswert) ist, kann in einer ganz allgemeinen Form davon
ausgegangenen werden, dass nun der direkte Lichtreflexionsstrahl 120 auf das erste Sensorelement 110a gefallen ist. Es kann durch die Auswertung der Lichtintensitäten bei einer sehr hohen und/oder inhomogenen Lichtintensität auf dem Detektor bzw. dem ersten
Sensorelement 110a des Lichtsensors 100 die jeweiligen Detektorflächen ausweisen, bei dem eine direkte Reflexion eines Lichtstrahls am Ort des Targets vorliegt. Eine nachgelagerte Signalverarbeitung kann dann beispielsweise ein Signal von diesem ersten Sensorelement 110a bzw. von dieser Detektorfläche ausblenden, sodass das FPI-Messergebnis bei einer Analyse des von dem Lichtsensor 100 gelieferten Signals nicht durch die direkte Reflexion zerstört oder zumindest verschlechtert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der auf das erste Sensorelement 110a auftreffende direkte Lichtreflexionsstrahl dann erkannt wird, wenn der erste Lichtintensitätswert um zumindest einen von dem zweiten Lichtintensitätswert abhängigen Wert größer als der zweite und/oder dritte und/oder vierte
Lichtintensitätswert ist. Beispielsweise kann hier ein Abstrahllichtintensitätswert mit berücksichtigt werden, der eine Intensität von auf das Objekt abgestrahlten Abstrahllichts repräsentiert. Wird nun beispielsweise erkannt, dass der zweite Lichtintensitätswert einem Wert von 20 Prozent von dem
Abstrahllichtintensitätswert aufweist, kann ab einem erkannten ersten
Lichtintensitätswert von 40 Prozent davon ausgegangen werden, dass das erste Sensorelement 110a von dem direkten Lichtreflexionsstrahl getroffen wird. Wird dagegen beispielsweise erkannt, dass der zweite Lichtintensitätswert einen Wert von 60 Prozent von dem Abstrahllichtintensitätswert aufweist, kann ab einem erkannten ersten Lichtintensitätswert von 80 Prozent davon ausgegangen werden, dass das erste Sensorelement 110a von dem direkten
Lichtreflexionsstrahl getroffen wird. Auf diese Weise wird im Bereich der geringen (relativen) Lichtintensitätswerte eine Fehlerwahrscheinlichkeit der fälschlichen Erkennung des Auftreffens des direkten Lichtreflexionsstrahls 120 auf das erste Sensorelement 110a minimiert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtsensors 100, der ebenfalls 4 Sensorelemente 110a-d aufweist. Dieser Lichtsensor 100 bildet dann eine Detektorstruktur zur Detektion von direkten Reflexionen. Wird über alle vier Sensorelemente ein innerhalb eines Toleranzbereichs von beispielsweise 20 Prozent gleicher homogener Fotostrom gemessen, kann davon ausgegangen werden, dass keine direkte Reflexion auf das Ziel, also den Lichtsensor 100 trifft. Wird in einem der Sensorelemente, beispielsweise dem ersten Sensorelement 110a ein erhöhter Fotostrom gemessen, verglichen mit einem oder mehreren der drei anderen Sensorelemente, kann eine direkte Reflexion von Licht auf dasjenige Sensorelement 110a erkannt werden, an welchem die höhere
Lichtintensität gemessen wurde. In einer nachfolgenden Verarbeitung der Signale der Sensorelemente 110a-d des Lichtsensors 100 kann dann das Signal desjenigen Sensorelementes 110a ausgeschaltet bzw. unberücksichtigt werden, welches durch die direkte Lichtreflexion betroffen ist.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 300 zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls 120 von einem Objekt auf einen Lichtsensor 100 einfallenden Lichts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 300 eine
Beleuchtungseinheit 305, die eine Lichtquelle 310 aufweist, welche auf einer gemeinsamen Achse 315 mit einer Flächennormalen 320 durch ein Zentrum des Lichtsensors 100 liegt. Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinheit 305 einen gekrümmten Reflexionsschirm 325, um den von der Beleuchtungseinheit 305 abgestrahltes Abstrahllicht 330 in einem Lichtkegel auf ein Objekt 335 abzustrahlen, welches sich in einem Abstand 340 von der Vorrichtung 300 entfernt befindet.
Unter der Beleuchtungseinheit 305 ist der Lichtsensor 100 mit den einzelnen Sensorelementen 110 angeordnet, der durch eine seitliche Beleuchtung mit einem vom Objekt reflektierten Abstrahllicht beleuchtet werden kann. Hierbei wird diese Beleuchtung unter Verwendung einer Spiegeleinheit 332 durchgeführt, die unterschiedliche Bereiche auf einer Oberfläche des Objekts 335 auf je einen Sensor abbilden kann. Beispielsweise kann die Spiegeleinheit 332 das in einem ersten Bereich 345 von der Oberfläche des Objekts 335 zurückreflektierte Licht in einem ersten Blickwinkel 350 und ein von einem zweiten Bereich 352 von der Oberfläche des Objektes 335 zurückreflektierte Licht in einem zweiten
Blickwinkel 355 über die linke Öffnung 357 der Spiegeleinheit 332 auf eines der Sensorelemente 110 des Lichtsensors 100 abbilden. Analog kann beispielsweise die Spiegeleinheit 332 das in dem ersten Bereich 345 von der Oberfläche des Objekts 335 zurückreflektierte Licht in einem dritten Blickwinkel 360 und ein von dem zweiten Bereich 352 von der Oberfläche des Objektes 335 zurückreflektierte Licht in einem vierten Blickwinkel 365 über die rechte Öffnung 367 der
Spiegeleinheit 332 auf eine anderes der Sensorelemente 110 des Lichtsensors 100 abbilden.
Auf diese Weise kann auf ein Sensorelement 110 des Lichtsensors 100 von der Oberfläche des Objektes 335 zurückreflektiertes Licht aus unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche des Objektes 335 abgebildet werden. Hierdurch kann eine möglichst homogene und gleichmäßige Beleuchtung der Sensorelemente
110 erreicht werden. Wird nun auf einem der Sensorelemente 110 einer der vorstehend genannten höheren Li chtintensitäts werte gemessen, kann davon ausgegangen werden, dass das Objekt 335 in einem solchen Winkel zu der Vorrichtung ausgerichtet ist, dass das Licht der Lichtquelle 310 direkt an der Oberfläche des Objekts 335 reflektiert wird und als direkter Lichtreflexionsstrahl
120 auf das entsprechende Sensorelement 110 abgebildet wird. Dies würde dazu führen, dass durch die hohe Lichtintensität auf dem betreffenden
Sensorelement 110 eine Übersteuerung des Sensorelementes erfolgen würde, sodass es bei der Berücksichtigung des Signals dieses Sensorelementes 110, auf das der direkte Lichtreflexionsstrahl 120 trifft, eine gesamte Verschlechterung des Ergebnisses der Signale der (anderen) Sensorelemente 110 des
Lichtsensors 100 resultieren würde. Diese Auswertung der Signale der
Sensorelemente 110 kann dann beispielsweise nach einem Einlesen in einer durch eine entsprechende Einleseeinheit 369 in einer Analyseeinheit 370 erfolgen, in der beispielsweise das Signal desjenigen Sensorelementes 110a verworfen oder korrigiert wird, während ein Signal eines anderen der
Sensorelemente 110b bis llOd, welches nicht durch den direkten
Lichtreflexionsstrahl betroffen ist, nicht verworfen oder entsprechend kompensiert wird. In dieser Analyseeinheit kann auch ein Analysieren zumindest des von dem zweiten Sensorelement eingelesenen Signals erfolgen, beispielsweise auf zumindest ein vordefiniertes Muster. Ein solches Muster kann beispielsweise die spektralen Materialeigenschaften des Objektes 335 darstellen, die eine
Information enthält, welche durch die Analyseeinheit ausgewertet werden soll. Denkbar ist ferner auch noch, dass durch die Einleseeinheit 369 oder eine Ausgabeeinheit (beispielsweise als Teil der Einleseeinheit 369 oder der Analyseeinheit 370) ein Ausgeben einer Veränderungsinformation erfolgt. Diese Veränderungsinformation kann dann beispielsweise ein Verschwenken der Vorrichtung 300 anfordern, wenn ein Auftreffen des direkten
Lichtreflexionsstrahls auf das erste Sensorelement erkannt wird, sodass beispielsweise ein Nutzer der Vorrichtung 300, wenn diese beispielsweise in einem Mobiltelefon verbaut ist, einen anderen Blickwinkel auf das Objekt 335 bzw. dessen Oberfläche einnimmt. Dies kann dann dazu führen, dass kein direkter Lichtreflexionsstrahl mehr auf das erste Sensorelement 110a fällt, sodass die Auswertung der Signale der Sensorelemente erleichtert wird.
Fig. 4 zeigt eine Aufsichtdarstellung der Ausführung gemäß Fig. 3. Die
Beleuchtungseinheit 305 mit der Lichtquelle 310 ist ebenfalls konzentrisch um einen zentralen Punkt angeordnet, wenn die Lichtquelle auf einer Achse mit der Flächennormalen 320 des Lichtsensors 100 liegt. Das Gehäuse 400 hat eine ringförmige konzentrische Apertur Anordnung zur Minimierung einer Variation des Einfallswinkels. Deren einfallenden Lichtstrahlen werden zu dem
Sensorelement 100 (nicht sichtbar) geleitet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird somit ein Bauelement vorgestellt, das ein Miniaturspektrometer aufweist, welches eine
Lichtquelle 310 und ein spektrales Element mit einem Abbildungssystem bzw. einer Lichtführung aufweist, beispielsweise in der Form der Spiegeleinheit 332 und dem Reflexionsschirm 325. Ferner umfasst ein solches Miniaturspektrometer als Vorrichtung 300 einen geteilten Fotodetektor bzw. Lichtsensor 100
(beispielsweise in der Form einer zweiteiligen Fotodiode, bei der jeder Teil der
Fotodiode als Sensorelement 110 arbeitet, Quadranten-Fotodioden-Detektor- Array, 2D-Detektor-Array (z. B. CMOS oder CCD Kamera Chip). In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Miniaturspektrometer ausgebildet, um das Differenzsignal der Fotodiode (Lichtsensors 100) bzw. der Sensorelemente 110 zur Bestimmung direkter Reflexion genutzt wird. Auch kann in einem weiteren
Ausführungsbeispiel ein Miniaturspektrometer verwendet werden, bei dem das spektrale Element ein mikromechanisches Fabry-Perot Interferometer- Bauelement (FPI-Bauelement) ist, wobei dieses Interferometer mindestens ein Substrat und zwei durch einen Spalt voneinander beabstandete, übereinander angeordneten Spiegelelemente aufweist. Die Kenntnis des Haupteinfallswinkels von Licht auf die Sensorelemente 110 kann dann auch zur Korrektur einer Wellenlängenverschiebung in den Spektren verwendet werden, die sich ergibt, wenn Licht unter einem anderen Winkel als dem Senkrechten auf ein FPI fällt. Die hier vorgestellten Ausführungsbeispiele können auch mit exzentrischer oder mit konzentrischer Beleuchtungsanordnung verwendet werden, um
konzentrische oder exzentrische Beleuchtungen aus unterschiedlichen
Raumwinkeln zu erzeugen und die unterschiedlichen Raumwinkel- Beleuchtungsabschnitte durch den FPI auf separate Detektorflächen leiten. Auch kann in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Messung der Photonenintensitätsverteilung auf den Detektorflächen zur Bestimmung der Raumwinkel mit direkter Reflexion verwendet werden. Hierzu kann ausgenutzt werden, dass Detektorflächen mit sehr hoher Photonenintensität in Vergleich zu den anderen Pixeln bzw. Sensorelementen auf die direkte Reflexion hindeuten.
Eine Auswertung des Detektorarrays kann in einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel durch eine Elektronik/Signalverarbeitung und
gegebenenfalls einem Ausblenden oder Nicht-Berücksichtigen der nicht nutzbaren Detektorflächen im Array (Abhängig vom Use-Case) erfolgen.
Denkbar ist ferner ein Ausführungsbeispiel bei dem ein Anzeigen auf z.B. einem Handydisplay erfolgt, in welche Richtung das Handy bewegt werden muss, um eine direkte Reflexion zu vermeiden.
Die Anwendung der hier vorgestellten Ausführungsbeispiele bietet beispielsweise den Vorteil einer Erkennung der winkelabhängigen direkten Reflexion
(Verkippung der Targetoberfläche zur optischen Achse des Spektrometers), sofern im Spektrum der direkten Reflexion keine oder fehlerhafte
Materialinformationen vorhanden sind. Eine nachfolgende Kompensation oder Ausblendung führt zu einer Erhöhung der Robustheit bei manuellen
Messsituationen z. B. im Handy oder bei Handheld Spektrometer Systemen.
Zusammenfassend ist weiterhin anzumerken, dass in der Fig. 3 ein möglicher Aufbau einer Vorrichtung zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor in einer Schnittdarstellung gezeigt ist, bei dem eine vorteilhafte konzentrische Beleuchtung vorliegt (Beleuchtungsachse = FPI /Detektorachse). Eine leicht exzentrische Beleuchtung könnte ebenfalls genutzt werden, jedoch ist der Kalibrierungs-, Kompensationsbedarf höher, weil der Spot nicht konzentrisch (FPI/Detektorachse) in unterschiedlichen Target Abständen ausgeleuchtet ist. Mindestens 2 unterschiedliche Targetflächen (beleuchtet aus unterschiedlichen Richtungen) werden dazu genutzt, um das Licht separat auf die jeweiligen Detektorflächen bzw. Sensorelemente 110 zu leiten. Vier unterschiedliche Flächen am Detektor sind vorteilhaft, um die direkte Reflexion auf beiden lateralen Targetachsen erkennen zu können. In Figur 2 ist eine Variante mit 4 Detektorflächen dargestellt, die hier als Sensorelemente 110 bezeichnet werden und die ebenfalls in dem in der Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel verwendet werden können.
Um die Lichteffizienz und damit„Signal to Noise Ratio" (SN R) im Vergleich zu einer einfachen Lichtstrahlführung zu verbessern, können die Lichtstrahlen auf unterschiedlichen Wegen über ein FPI zum Detektorsegment bzw.
Sensorelement geführt werden. Es treffen somit mehr Lichtstrahlen auf die jeweilige Detektorfläche bzw. auf die Sensorelemente 110. Die Lichtstrahlen sollten vorteilhaft mit gleichem Einfallswinkel (zur FPI Flächennormalen) auf das FPI treffen, sodass die Bandbreite des FPI Spektrometers nicht verschlechtert wird.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor, wobei der Lichtsensor zumindest zwei räumlich getrennt angeordnete und getrennt auslesbare Sensorelemente aufweist. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt
510 des Einlesens eines ersten Lichtintensitätswertes von auf ein erstes
Sensorelement auftreffenden Lichts und zumindest eines zweiten
Lichtintensitätswertes von auf das zumindest zweite Sensorelement
auftreffenden Lichts. Ferner umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 520 des Erkennens des Auftreffens des direkten Lichtreflexionsstrahls auf das erste
Sensorelement, wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 600 zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls von einem Objekt auf einen Lichtsensor, wo Lichtsensor zumindest zwei räumlich getrennt angeordnete und getrennt auslesbare Sensorelemente aufweist. Die Vorrichtung 600 umfasst eine Einheit 610 zum Einlesen eines ersten Lichtintensitätswertes von auf ein erstes Sensorelement auftreffenden Lichts und zumindest eines zweiten
Lichtintensitätswertes von auf das zumindest zweite Sensorelement auftreffenden Lichts. Auch umfasst die Vorrichtung 600 eine Einheit 620 zum Erkennen des Auftreffens des direkten Lichtreflexionsstrahls auf das erste Sensorelement, wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (500) zum Erkennen eines direkten Lichtreflexionsstrahls (120) von einem Objekt (335) auf einen Lichtsensor (100), wobei der Lichtsensor (100) zumindest zwei räumlich getrennt angeordnete und getrennt auslesbare Sensorelemente (110a, 110b, 110c, IlOd) aufweist, insbesondere wobei die Sensorelemente (110a, 110b, 110c, IlOd) als Spektrometer ausgeführt sind, wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen (510) eines ersten Lichtintensitätswertes von auf ein erstes Sensorelement (110a) auftreffenden Lichts und zumindest eines zweiten Lichtintensitätswertes von auf das zumindest zweite
Sensorelement (110b) auftreffenden Lichts; und
Erkennen (520) des Auftreffens des direkten Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste Sensorelement (110a), wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist.
2. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Erkennens (520) das Auftreffen des direkten
Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste Sensorelement (110a) erkannt wird, wenn der erste Lichtintensitätswert um zumindest einen von dem zweiten Lichtintensitätswert abhängigen Wert größer als der zweite Lichtintensitätswert ist.
3. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Schritt des Auswertens, in dem ein Signal des ersten Sensorelementes (110a) verworfen und/oder korrigiert und zumindest ein Signal des zweiten Sensorelementes (110b)
weiterverarbeitet wird, wenn im Schritt des Erkennens (520) das
Auftreffen des direkten Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste
Sensorelement (110a) erkannt wurde. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (510) ferner zumindest ein dritter Lichtintensitätswert von einem auf zumindest ein drittes Sensorelement (110c) des Lichtsensors auftreffenden Lichts eingelesen wird, wobei das dritte Sensorelement (110c) räumlich getrennt vom ersten und zweiten Sensorelement (110a, 110b) angeordnet und getrennt auslesbar ist und wobei im Schritt des
Erkennens (520) das Auftreffen des direkten Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste Sensorelement (110a) erkannt wird, wenn der erste Lichtintensitätswert größer als der zweite und dritte Lichtintensitätswert ist.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Beleuchtens, wobei das Objekt (335) mit Abstrahllicht (330) einer vordefinierten räumlichen
Abstrahllichtintensitätsverteilung beleuchtet wird, wobei im Schritt des Erkennens (520) das Auftreffen des direkten Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste Sensorelement (110a) unter Verwendung der
Abstrahllichtintensität erkannt wird.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Beleuchtens das Abstrahllicht in eine Richtung abgestrahlt wird, die im Wesentlichen einer Ausrichtung des Lichtsensors (100) zur Detektion von Licht entspricht, und/oder wobei eine Abstrahlachse (315) des Abstrahllichts mit einer Flächennormale (320) eines Zentrums des Lichtsensors (110) im Wesentlichen übereinstimmt.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Beleuchtens das Abstrahllicht (330) im Wesentlichen in eine andere Richtung abgestrahlt wird, als einer Ausrichtung des
Lichtsensors (100) zur Detektion von Licht, und/oder wobei eine Abstrahlachse (315) des Abstrahllichts zu einer Flächennormalen (320) eines Zentrums des Lichtsensors (110) im Wesentlichen versetzt angeordnet ist. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ausgebens einer
Veränderungsinformation, wenn ein Auftreffen des direkten
Lichtreflexionsstrahls (120) auf das erste Sensorelement (110a) erkannt wird, um eine Anforderung einer Veränderung der Lage des
Lichtsensors (100) zu signalisieren.
Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Umlenkens von Licht auf den Lichtsensor (100), wobei im Schritt des Umlenkens Licht von zumindest zwei unterschiedlichen Einstrahlrichtungen (350, 155, 360, 365) auf das erste und/oder zweite Sensorelement (110a, 110b) umgelenkt wird.
Verfahren (500) zur Auswertung einer Information in einem auf einen Lichtsensor (100) einfallenden Licht, wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist: die Schritte des Verfahrens (500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; und
Analysieren, insbesondere Spektral-Analysieren zumindest des von dem zweiten Sensorelement (110b) eingelesenen Lichts auf zumindest ein vordefiniertes Merkmal.
Vorrichtung (600; 300), die eingerichtet ist, um die Schritte des
Verfahrens (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (610, 620; 369, 370) auszuführen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.
PCT/EP2017/074976 2016-10-18 2017-10-02 Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines direkten lichtreflexionsstrahls von einem objekt auf einen lichtsensor WO2018072985A1 (de)

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