WO2021151818A1 - Verfahren zum ermitteln eines spektrums und zum erkennen einer abstandsveränderung zwischen einer spektrometereinrichtung und einem messobjekt beim erzeugen des spektrums und spektrometereinrichtung zum ermitteln eines spektrums und zum erkennen einer abstandsveränderung zwischen der spektrometereinrichtung und einem messobjekt beim erzeugen des spektrums - Google Patents

Verfahren zum ermitteln eines spektrums und zum erkennen einer abstandsveränderung zwischen einer spektrometereinrichtung und einem messobjekt beim erzeugen des spektrums und spektrometereinrichtung zum ermitteln eines spektrums und zum erkennen einer abstandsveränderung zwischen der spektrometereinrichtung und einem messobjekt beim erzeugen des spektrums Download PDF

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reception wavelength
measurement object
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Ralf Noltemeyer
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a spectrum and for recognizing a change in distance between a spectrometer device and a measurement object when generating the spectrum and a spectrometer device for determining a spectrum and for recognizing a change in distance between the spectrometer device and a measurement object when generating the spectrum.
  • spectrometers With conventional spectrometers, spectra of light can be generated which is emitted by an object, for example if this has previously been specifically irradiated with light from a light source. After reflection on the object, the light can then contain information about the materials of the object.
  • the measurement signal on the spectrometer can correspond to an intensity of the light over a varying wavelength range. Due to the material, the spectrometer itself and / or the prevailing surface temperatures, for example due to the absorption of light on the object, a certain variation of the measurement signal for the respective object can occur depending on the material. To determine the measurement signal, a mean value can then be generated over the variation.
  • this can change Variation can occur, since this itself can depend on the distance, for example a lower intensity can be measured at the location of the spectrometer for greater distances, but the characteristics of the variation can otherwise remain the same, even at different wavelengths.
  • a change in the distance can, however, lead to undesired signal variations and also to clear deviations from a characteristic waviness of the determined intensity. It is therefore desirable to determine a spectrum with a constant distance between the spectrometer and the object.
  • a color measuring head can comprise a wavelength-selective converter as a spectrometer.
  • the present invention provides a method for determining a spectrum and for recognizing a change in distance between a spectrometer device and a measurement object when generating the spectrum according to claim 1 and a spectrometer device for determining a spectrum and for recognizing a change in distance between the spectrometer device and a measurement object when generating the spectrum according to claim 9.
  • the idea on which the present invention is based is to provide a method for determining a spectrum in which a change in distance between the spectrometer device and the measurement object can also be detected during the measurement of the spectrum, the measurement time required for monitoring the constant position being able to be reduced and Requirements for the spectrometer device are reduced and thus a measurement effort, time and equipment resources and costs can be reduced.
  • a first reception wavelength or a first reception wavelength range for a light from the measurement object is set; detecting the light with the first received wavelength or in the first received wavelength range over a first measurement time at the beginning (beginning of the determination of the spectrum) or before the determination of the spectrum and generation of a first measurement signal; determining the spectrum of the light from the measurement object; setting a second reception wavelength or a second reception wavelength range for the light from the measurement object; detecting the light with the second received wavelength or in the second received wavelength range over a second measurement time at the end (end of the determination of the spectrum) or after the determination of the spectrum and generation of a second measurement signal; and a comparison of the first measurement signal and the second measurement signal with one another, the change in distance between the spectrometer device and the measurement object being detected if there is a significant difference between the first measurement signal and the second measurement signal.
  • the measurement object can be specifically irradiated with a light of one or more predetermined wavelengths or irradiated with ambient light or emit a light itself.
  • the measurement signal can be measured at a specific time before and / or after the actual determination of the spectrum at a first and / or second measurement time, for example a few milliseconds Wavelength or at several specific wavelengths.
  • the characteristic variation background signal varies approximately by absorption or other thermal or Material properties depending on the distance
  • the distance between the spectrometer device and the measurement object during the measurement in particular also during the between the first measurement time and the second measurement time, the determination of the spectrum has remained constant or at least the change of which has remained below a tolerable and predetermined limit value.
  • the specific wavelength or wavelength range of the respective wavelength or wavelength range can be set or followed for checking the distance for the first measurement time and for the second measurement time.
  • the spectrometer device can have a filter effect which only allows light with a specific wavelength and at a specific time to pass through to a detector. The filter effect can be changed using different wavelengths.
  • the measurement signal can have a material and device-specific background variation, which can depend on the time and the distance to the measurement object, and at least its mean value for the same distance between the spectrometer and measurement object can always be the same or within a certain predetermined tolerance can vary. Therefore, given a constant distance, the first measurement signal and the second measurement signal can be the same or their difference, for example over time and wavelength, can be less than a predetermined limit value. If their difference exceeds the limit value, there may be a change in distance during the measurement of the spectrum, which takes place between the first and the second measurement time, which is greater than a predetermined tolerance. Typically, a user can leave the measurement position before the end of the measurement, or trigger the measurement (spectrum) before the measurement position is reached.
  • a spectrum determined in this way can have signal falsifications and the need for a correction or repetition of the measurement of the spectrum can be given. If the measurement signals of the first and second measurement times differ, but do not change significantly relative to one another during their measurement, then there was a change in the distance between the first and the second measurement time and during the determination of the spectrum if the determination of the spectrum is directly related to the first Measurement time and the second measurement time directly after the determination of the spectrum.
  • the total measurement time can only be slightly extended compared to the mere determination of the spectrum.
  • a distance change measurement which is additional to the spectrum measurement
  • the control device can only compare the first and second measurement signals with a predetermined limit value for the difference.
  • the total measuring time is only slightly extended, only low requirements are placed on the hardware (control device) and thus the additional costs are also kept low. If both measurement times have the same signal characteristic and intensity strengths within a tolerance, the distance is advantageously also remained unchanged when determining the spectrum and between the two measurement times within a tolerance.
  • the significant difference is present is in particular recognized as such, when an intensity of the light received from the measurement object determined as a first measurement signal differs by a predetermined amount compared to an intensity of the light received from the measurement object determined as a second measurement signal, and / or a characteristic variation that differs.
  • the predetermined variable can thus represent a limit value for the difference between the measured intensities of the first and the second measurement time and represent a tolerable change in distance.
  • a filter effect over different wavelengths of the received light is set on the spectrometer device for determining the spectrum.
  • the specifically set filter effect allows light with a certain wavelength to be passed on to a detector and the intensity of the light at this wavelength can be measured, thus determining the spectrum over several wavelengths.
  • the first reception wavelength is kept constant over the first measurement time at the beginning or before the spectrum is determined.
  • the determination of the spectrum can follow directly after the first measurement time and before the determination of the spectrum (variation of the wavelengths over the range to be analyzed) the behavior of the intensity of the light from the measurement object can be observed for a certain wavelength.
  • the second reception wavelength is kept constant over the second measurement time at the end of or after the spectrum has been determined.
  • the second measuring time can directly follow the determination of the spectrum and after determining the spectrum (variation of the wavelengths over the range to be analyzed) the behavior of the intensity of the light from the measuring object can be observed for a certain wavelength and then with that behavior and the Intensity from the first measurement time can be compared.
  • a reception wavelength for the light from the measurement object is varied over the first measurement time at the beginning or before the determination of the spectrum over the first reception wavelength range.
  • a reception wavelength for the light from the measurement object is varied over the second measurement time at the end or after the determination of the spectrum over the second reception wavelength range.
  • the spectrum of the light from the measurement object is determined between the first measurement time and the second measurement time.
  • the spectrometer device comprises a Fabry-Perot interferometer.
  • a device with a variable measurement wavelength can advantageously be implemented simply and precisely and can also be implemented in a micro-construction, for example as a MEMS (microelectromechanical component).
  • MEMS microelectromechanical component
  • the spectrometer device it is manufactured as a microspectrometer and / or portable.
  • a microspectrometer can advantageously be easily installed in mobile devices, such as cell phones, and can therefore be carried along in a user-friendly and simple manner.
  • a mobile phone comprises a spectrometer device according to the invention.
  • the method can also be distinguished by the features mentioned in connection with the spectrometer device and their advantages, and vice versa.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a spectrometer device according to an exemplary embodiment of the present invention
  • 2a shows a schematic illustration of determining a spectrum and determining a change in distance in a method according to an exemplary embodiment of the present invention
  • 2b shows a schematic illustration of determining a spectrum and determining a change in distance in a method according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a block diagram of method steps of a method for determining a spectrum and for recognizing a change in distance according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a spectrometer device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the spectrometer device 10 for determining a spectrum and for recognizing a change in distance d between the spectrometer device 10 and a measurement object 1 when generating the spectrum comprises a control device SE, which is set up to determine a first reception wavelength or a first reception wavelength range El for a light from the measurement object 1 to discontinue; to detect the light with the first reception wavelength or in the first reception wavelength range El over a first measuring time tl at the beginning or before the determination of the spectrum and to generate a first measuring signal Ml; to determine the spectrum of the light from the measurement object 1; set a second reception wavelength or a second reception wavelength range E2 for the light from the measurement object 1; to detect the light with the second reception wavelength or in the second reception wavelength range E2 over a second measurement time t2 at the end of or after the determination of the spectrum and to generate a second measurement signal M2; and to compare the first measurement signal Ml and the second measurement signal M2 with one another, with a significant difference between the first measurement signal Ml and the second measurement signal M2,
  • the spectrometer device 10 can include a Fabry-Perot interferometer and be shaped, for example, as a microspectrometer.
  • FIG. 2a shows a schematic illustration of determining a spectrum and determining a change in distance in a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the spectrometer device can include a Fabry-Perot interferometer and filter the received light from the measurement object over different wavelengths. Since a distance between the mirrors of the Fabry-Perot interferometer determines the filter effect, FIG. 2a shows a change in the mirror distance b of the Fabry-Perot interferometer over the measurement time t during the determination of the spectrum.
  • the upper picture shows a usual course of a spectra determination on a Fabry-Perot interferometer, the mirror spacing being varied at two exemplary measurement times, advantageously offset in time and then in the same way. There is usually no additional measurement immediately before and after the measurement.
  • a first reception wavelength for a light from the measurement object is set and the light with the first reception wavelength is detected over a first measurement time t1 and a first measurement signal Ml is generated. Since the first reception wavelength is kept constant here, the first mirror spacing b1 of the Fabry-Perot interferometer is also kept constant for this purpose.
  • the spectrum is then determined and the mirror spacing is increased as a result.
  • a second reception wavelength can be set for the light from the measurement object and the light with the second reception wavelength can be detected over a second measurement time t2 after the determination of the spectrum and a second measurement signal M2 is generated. Since the second reception wavelength is kept constant here, the second mirror spacing b2 of the Fabry-Perot interferometer is also kept constant for this purpose.
  • the first and second measurement signals will have a characteristic similarity, at least in their signal course (ripple), which also differ from each other in their intensity by less than by differs a predetermined size.
  • a change in the distance between the measurement object and the spectrometer device can only be recognized by comparing the first and second measurement signals, because if there was no significant change relative to one another during the first and second measurement time, it is also advantageous between the first Measurement time and the second measurement time (i.e. when determining the spectrum) no significant change in distance occurs, since the characteristic ripple of the intensity should have changed significantly at some point between or during the first and second measurement times.
  • the distance remains the same within a predetermined size.
  • the expenditure for hardware and the storage requirements for the measurement signals is advantageously significantly reduced, since only the two measurement times have to be considered. Compared to the pure measurement time for the spectrum, the determination of any change in distance represents only a very slight increase in the measurement time.
  • FIG. 2b shows a schematic illustration of determining a spectrum and determining a change in distance in a method according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 2b a representation is shown analogous to the lower image of Fig. 2a, whereby before the determination of the spectrum, setting a first reception wavelength range El for a light from the measurement object and detecting the light over the first reception wavelength range El over a first measurement time tl and a first measurement signal Ml is generated.
  • the first reception wavelength range El can be smaller than the wavelength range over which the spectrum is determined.
  • the wavelength of the first received wavelength range E1 can directly follow or correspond to the start wavelength of the determination of the spectrum at the end of the first measurement time. This can also apply to the first reception wavelength in FIG. 2a.
  • a second reception wavelength range E2 can be set for a light from the measurement object and the light can be detected over the second reception wavelength range E2 over a second measurement time t2 and a second measurement signal M2 can be generated.
  • several wavelengths can be covered over the first and second reception wavelength range.
  • the wavelength of the second reception wavelength range E2 can follow directly or correspond to the end wavelength of the determination of the spectrum at the beginning of the second measurement time. The differences between the first measurement signal and the second measurement signal can advantageously be small in order to be able to better deduce the change in distance.
  • FIG. 3 shows a block diagram of method steps of a method for determining a spectrum and for recognizing a change in distance according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a first reception wavelength or a first reception wavelength range for a light from the measurement object is set S1; a detection S2 of the light with the first reception wavelength or in the first reception wavelength range over a first measurement time at the beginning of before the determination of the spectrum and generation of a first measurement signal; determining S3 of the spectrum of the light from the measurement object; setting S4 a second reception wavelength or a second reception wavelength range for the light from the measurement object; a detection S5 of the light with the second reception wavelength or in the second reception wavelength range over a second measurement time at the end of or after the determination of the spectrum and generation of a second measurement signal; and a Compare S6 the first measurement signal and the second measurement signal with one another, the change in distance between the spectrometer device and the measurement object being detected in the event of a significant difference between the first measurement signal and the second measurement signal.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen einer Spektrometereinrichtung (10) und einem Messobjekt (1) beim Erzeugen des Spektrums, umfassend ein Einstellen (S1) einer ersten Empfangswellenlänge für ein Licht vom Messobjekt (1); ein Detektieren (S2) des Lichts mit der ersten Empfangswellenlänge über eine erste Messzeit (t1) am Anfang des Ermittelns des Spektrums; ein Ermitteln (S3) des Spektrums des Lichts vom Messobjekt (1); ein Einstellen (S4) einer zweiten Empfangswellenlänge für das Licht vom Messobjekt (1); ein Detektieren (S5) des Lichts mit der zweiten Empfangswellenlänge über eine zweite Messzeit (t2) am Ende des Ermittelns des Spektrums; und ein Vergleichen (S6) des ersten Messsignals (M1) und des zweiten Messsignals (M2), wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal (M1) und dem zweiten Messsignal (M2) die Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung (10) und dem Messobjekt (1) erkannt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer
Abstandsveränderung zwischen einer Spektrometereinrichtung und einem
Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums und Spektrometereinrichtung zum
Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen einer Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums und eine Spektrometereinrichtung zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums.
Stand der Technik
Bei gebräuchlichen Spektrometern können Spektren von Licht erzeugt werden, welches von einem Objekt abgestrahlt wird, etwa wenn dieses vorher mit Licht von einer Lichtquelle gezielt bestrahlt worden ist. Nach Reflexion an dem Objekt kann das Licht dann Informationen über die Materialien des Objekts enthalten. Das Messsignal an dem Spektrometer kann dabei einer Intensität des Lichts über einen variierenden Wellenlängenbereich entsprechen. Bedingt durch das Material, das Spektrometer selbst und/oder durch vorherrschende Oberflächentemperaturen kann auch, etwa bedingt durch die Lichtabsorption am Objekt, je nach Materialien eine bestimmte Variation des Messsignals für das jeweilige Objekt auftreten. Zur Ermittlung des Messsignals kann dann ein Mittelwert über die Variation erzeugt werden. Je nach Abstandsveränderung zwischen dem Spektrometer und dem Objekt kann eine Veränderung dieser Variation auftreten, da diese selbst vom Abstand abhängen kann, so kann etwa für größere Abstände eine geringere Intensität am Ort des Spektrometers gemessen werden, die Charakteristik der Variation kann aber ansonsten, auch bei verschiedenen Wellenlängen, gleich bleiben. Durch eine Abstandsveränderung kann es jedoch zu ungewollten Signalvariationen kommen und auch zu klaren Abweichungen von einer charakteristischen Welligkeit der ermittelten Intensität kommen. Daher ist eine Ermittlung eines Spektrums mit gleichbleibendem Abstand zwischen Spektrometer und Objekt wünschenswert.
In der EP 1936945 Bl wird eine Abtastvorrichtung mit elektronischer Abstandsregelung beschrieben. Ein Farbmesskopf kann einen wellenlängenselektiven Wandler als ein Spektrometer umfassen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen einer Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums nach Anspruch 1 und eine Spektrometereinrichtung zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums nach Anspruch 9.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums anzugeben, bei welchem auch eine Abstandsveränderung zwischen Spektrometereinrichtung und Messobjekt während der Messung des Spektrums erkannt werden kann, wobei für eine Überwachung der konstanten Position die benötigte Messzeit reduziert werden kann und Anforderungen an die Spektrometereinrichtung verringert werden können und somit ein Messaufwand, Zeit- und Geräteressourcen und Kosten gesenkt werden können.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen einer Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums ein Einstellen einer ersten Empfangswellenlänge oder eines ersten Empfangswellenlängenbereiches für ein Licht vom Messobjekt; ein Detektieren des Lichts mit der ersten Empfangswellenlänge oder im ersten Empfangswellenlängenbereich über eine erste Messzeit am Anfang (Anfang der Ermittlung des Spektrums) oder vor dem Ermitteln des Spektrums und Erzeugen eines ersten Messsignals; ein Ermitteln des Spektrums des Lichts vom Messobjekt; ein Einstellen einer zweiten Empfangswellenlänge oder eines zweiten Empfangswellenlängenbereiches für das Licht vom Messobjekt; ein Detektieren des Lichts mit der zweiten Empfangswellenlänge oder im zweiten Empfangswellenlängenbereich über eine zweite Messzeit am Ende (Ende der Ermittlung des Spektrums) oder nach dem Ermitteln des Spektrums und Erzeugen eines zweiten Messsignals; und ein Vergleichen des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals miteinander, wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal die Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und dem Messobjekt erkannt wird.
Zum Erzeugen des Spektrums kann das Messobjekt gezielt mit einem Licht einer oder mehrerer vorbestimmten Wellenlängen bestrahlt werden oder mit Umgebungslicht bestrahlt werden oder selbst ein Licht ausstrahlen.
Zum Durchführen der Ermittlung bei einem konstanten Abstand (zwischen Messobjekt und Spektrometereinrichtung) und der Überprüfung einer Abstandsveränderung kann vor und/oder nach dem tatsächlichen Ermitteln des Spektrums zu einer ersten und/oder zweiten Messzeit, etwa von ein paar Millisekunden, das Messsignal an einer bestimmten Wellenlänge oder an mehreren bestimmten Wellenlängen betrachtet werden. Dabei kann angenommen werden, dass wenn die charakteristische Variation (Hintergrundsignal variiert etwa durch Absorption oder andere thermische oder Materialeigenschaften abhängig von dem Abstand) des Messsignals über die erste Messzeit und über die zweite Messzeit gleich ist oder ein Unterschied dieser Messsignale (Variationen) unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt, der Abstand zwischen der Spektrometereinrichtung und dem Messobjekt während der Messung, insbesondere auch während der zwischen der ersten Messzeit und der zweiten Messzeit erfolgten Ermittlung des Spektrums, konstant geblieben ist oder zumindest dessen Veränderung unterhalb eines tolerablen und vorbestimmten Grenzwerts geblieben ist.
Da für das Ermitteln des Spektrums die Empfangswellenlänge der Spektrometereinrichtung variiert wird, kann für die Überprüfung des Abstands jeweils für die erste Messzeit und für die zweite Messzeit deren bestimmte Wellenlänge oder Wellenlängenbereich eingestellt werden oder abgefahren werden. Die Spektrometereinrichtung kann dabei eine Filterwirkung aufweisen, welche nur ein Licht mit einer bestimmten Wellenlänge und zu einer bestimmten Zeit zu einem Detektor durchlässt. Dabei kann die Filterwirkung über verschiedene Wellenlängen verändert werden.
Das Messsignal kann, wie bereits erwähnt, eine Material- und Gerätespezifischen Hintergrundvariation aufweisen, welche von der Zeit und dem Abstand zum Messobjekt abhängen kann, und zumindest deren Mittelwert für den gleichen Abstand zwischen Spektrometer und Messobjekt stets gleich sein kann oder innerhalb einer gewissen vorbestimmten Toleranz variieren kann. Daher können bei einem gleichbleibenden Abstand das erste Messsignal und das zweite Messsignal gleich sein oder deren Unterschied, etwa über Zeit und Wellenlänge, geringer sein als ein vorbestimmter Grenzwert. Wenn deren Unterschied den Grenzwert übersteigt, so kann eine Abstandsveränderung während der Messung des Spektrums, welches zwischen der ersten und der zweiten Messzeit erfolgt, vorliegen, welche größer ist als eine vorbestimmte Toleranz. Typischerweise kann ein Nutzer die Messposition vor dem Beenden der Messung verlassen, oder die Messung (Spektrum) schon auslösen bevor die Messposition erreicht ist.
Ein dabei ermitteltes Spektrum kann Signalverfälschungen aufweisen und die Notwendigkeit für eine Korrektur oder Wiederholung der Messung des Spektrums kann gegeben sein. Wenn die Messsignal der ersten und zweiten Messzeit sich zwar unterscheiden, jedoch während deren Messung sich relativ zueinander nicht signifikant verändern, dann erfolgte eine Abstandsveränderung zwischen der ersten und der zweiten Messzeit und während der Ermittlung des Spektrums, wenn die Ermittlung des Spektrums direkt an die erste Messzeit anschließt und die zweite Messzeit direkt an die Ermittlung des Spektrums anschließt.
Durch einen Vergleich lediglich vor und nach dem Ermitteln des Spektrometers kann die Gesamtmesszeit gegenüber der bloßen Ermittlung des Spektrums nur geringfügig verlängert sein. Um eine derartig zur Spektrenmessung zusätzliche Abstandsveränderungsmessung durchführen zu können ist vorteilhaft nur ein geringer Mehraufwand für die Hardware nötig, etwa damit die Steuereinrichtung lediglich das erste und zweite Messsignal mit eine vorbestimmten Grenzwert für den Unterschied abgleichen kann. Hierbei wird die Gesamtmesszeit nur geringfügig verlängert, nur geringe Anforderungen an die Hardware (Steuereinrichtung) gestellt und somit auch die Zusatzkosten gering gehalten werden. Wenn also beide Messzeiten innerhalb einer Toleranz eine gleiche Signalcharakteristik und Intensitätsstärken aufweisen, ist vorteilhaft der Abstand auch beim Ermitteln des Spektrums und zwischen den beiden Messzeiten innerhalb einer Toleranz unverändert geblieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der signifikante Unterschied vorhanden, wird insbesondere als solcher erkannt, wenn eine als erstes Messsignal ermittelte Intensität des vom Messobjekt empfangenen Lichts sich gegenüber einer als zweites Messsignal ermittelten Intensität des vom Messobjekt empfangenen Lichts um eine vorbestimmte Größe, und/oder um eine charakteristische Variation, unterscheidet.
Die vorbestimmte Größe kann somit einen Grenzwert für den Unterschied der gemessenen Intensitäten der ersten und der zweiten Messzeit darstellen und eine tolerable Abstandsveränderung darstellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird an der Spektrometereinrichtung für das Ermitteln des Spektrums eine Filterwirkung über verschiedene Wellenlängen des empfangenen Lichts eingestellt. Durch die gezielt eingestellte Filterwirkung kann Licht mit einer bestimmten Wellenlänge an einen Detektor weitergeleitet werden und die Intensität des Lichts bei dieser Wellenlänge gemessen werden und so das Spektrum über mehrere Wellenlängen ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Empfangswellenlänge über die erste Messzeit am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums konstant gehalten.
Das Ermitteln des Spektrums kann sich direkt an die erste Messzeit anschließen und vor dem Ermitteln des Spektrums (Variation der Wellenlängen über den zu analysierenden Bereich) kann für eine bestimmte Wellenlänge das Verhalten der Intensität des Lichts vom Messobjekt beobachtet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zweite Empfangswellenlänge über die zweite Messzeit am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums konstant gehalten.
Die zweite Messzeit kann sich direkt an das Ermitteln des Spektrums anschließen und nach dem Ermitteln des Spektrums (Variation der Wellenlängen über den zu analysierenden Bereich) kann für eine bestimmte Wellenlänge das Verhalten der Intensität des Lichts vom Messobjekt beobachtet werden und dann mit jenem Verhalten und der Intensität aus der ersten Messzeit verglichen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Empfangswellenlänge für das Licht vom Messobjekt über die erste Messzeit am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums über den ersten Empfangswellenlängenbereich variiert.
Bei Variationen der Wellenlängen während der ersten und/oder zweiten Messzeit kann vorteilhaft zur Abstandsmessung Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Empfangswellenlänge für das Licht vom Messobjekt über die zweite Messzeit am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums über den zweiten Empfangswellenlängenbereich variiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des Spektrums des Lichts vom Messobjekt zwischen der ersten Messzeit und der zweiten Messzeit.
Erfindungsgemäß umfasst die Spektrometereinrichtung zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine erste Empfangswellenlänge oder einen ersten Empfangswellenlängenbereich für ein Licht vom Messobjekt einzustellen; das Licht mit der ersten Empfangswellenlänge oder im ersten Empfangswellenlängenbereich über eine erste Messzeit am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums zu detektieren und ein erstes Messsignals zu erzeugen; das Spektrum des Lichts vom Messobjekt zu ermitteln; eine zweite Empfangswellenlänge oder einen zweiten Empfangswellenlängenbereich für das Licht vom Messobjekt einzustellen; das Licht mit der zweiten Empfangswellenlänge oder im zweiten Empfangswellenlängenbereich über eine zweite Messzeit am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums zu detektieren und ein zweites Messsignals zu erzeugen; und das erste Messsignal und das zweite Messsignals miteinander zu vergleichen, wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal die Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und dem Messobjekt erkannt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spektrometereinrichtung umfasst diese ein Fabry-Perot-Interferometer.
Durch das Fabry-Perot-Interferometer kann sich eine Vorrichtung mit einer variablen Messwellenlänge vorteilhaft einfach und präzise realisieren lassen und auch in Mikrobauweise, etwa als MEMS (mikroelektromechanisches Bauelement), realisieren lassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spektrometereinrichtung ist diese als ein Mikrospektrometer und/oder tragbar gefertigt.
Ein Mikrospektrometer lässt sich vorteilhaft einfach in Mobilgeräte, etwa Mobiltelefone, einbauen und kann dadurch nutzerfreundlich und einfach mitgetragen werden.
Erfindungsgemäß umfasst ein Mobiltelefon eine erfindungsgemäße Spektrometereinrichtung.
Das Verfahren kann sich auch durch die in Verbindung mit der Spektrometereinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spektrometereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Ermittelns eines Spektrums sowie eines Ermittelns einer Abstandsveränderung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2b eine schematische Darstellung eines Ermittelns eines Spektrums sowie eines Ermittelns einer Abstandsveränderung in einem Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Spektrometereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Spektrometereinrichtung 10 zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung d zwischen der Spektrometereinrichtung 10 und einem Messobjekt 1 beim Erzeugen des Spektrums, umfasst eine Steuereinrichtung SE, welche dazu eingerichtet ist, eine erste Empfangswellenlänge oder einen ersten Empfangswellenlängenbereich El für ein Licht vom Messobjekt 1 einzustellen; das Licht mit der ersten Empfangswellenlänge oder im ersten Empfangswellenlängenbereich El über eine erste Messzeit tl am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums zu detektieren und ein erstes Messsignals Ml zu erzeugen; das Spektrum des Lichts vom Messobjekt 1 zu ermitteln; eine zweite Empfangswellenlänge oder einen zweiten Empfangswellenlängenbereich E2 für das Licht vom Messobjekt 1 einzustellen; das Licht mit der zweiten Empfangswellenlänge oder im zweiten Empfangswellenlängenbereich E2 über eine zweite Messzeit t2 am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums zu detektieren und ein zweites Messsignals M2 zu erzeugen; und das erste Messsignal Ml und das zweite Messsignal M2 miteinander zu vergleichen, wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal Ml und dem zweiten Messsignal M2 die Abstandsveränderung d zwischen der Spektrometereinrichtung 10 und dem Messobjekt 1 erkannt wird.
Die Spektrometereinrichtung 10 kann dabei ein Fabry-Perot-Interferometer umfassen und etwa als Mikrospektrometer ausgeformt sein.
Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Ermittelns eines Spektrums sowie eines Ermittelns einer Abstandsveränderung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Ermitteln des Spektrums kann vorteilhaft eine empfangene Intensität des Lichts über verschiedene Wellenlängen betrachtet werden. Vorteilhaft kann dieses Ermitteln des Spektrums unmittelbar zwischen der ersten Messzeit tl und der zweiten Messzeit t2 erfolgen. Die Spektrometereinrichtung kann dabei ein Fabry-Perot Interferometer umfassen und das empfangenen Licht vom Messobjekt über verschiedene Wellenlängen filtern. Da ein Abstand zwischen den Spiegeln des Fabry-Perot Interferometers die Filterwirkung bestimmt, zeigt die Fig. 2a eine Veränderung des Spiegelabstands b des Fabry-Perot Interferometers über die Messzeit t während der Ermittlung des Spektrums. Das obere Bild zeigt dabei einen üblichen Verlauf einer Spektrenermittlung an einem Fabry-Perot Interferometer, wobei an beispielhaften zwei Messzeiten der Spiegelabstand variiert wird, vorteilhaft zeitlich versetzt und dann in gleicher Weise. Unmittelbar vor und nach der Messung erfolgt üblicherweise keine zusätzliche Messung.
Nach dem unteren Bild erfolgt vor dem Ermitteln des Spektrums ein erfindungsgemäßes Einstellen einer ersten Empfangswellenlänge für ein Licht vom Messobjekt und ein Detektieren des Lichts mit der ersten Empfangswellenlänge über eine erste Messzeit tl und ein Erzeugen eines ersten Messsignals Ml. Da die erste Empfangswellenlänge hierbei konstant gehalten wird, wird dazu der erste Spiegelabstand bl des Fabry-Perot Interferometers ebenso konstant gehalten. Danach erfolgt das Ermitteln des Spektrums und dadurch eine Vergrößerung des Spiegelabstands. Nach dem Ermitteln des Spektrums kann ein Einstellen einer zweiten Empfangswellenlänge für das Licht vom Messobjekt erfolgen und ein Detektieren des Lichts mit der zweiten Empfangswellenlänge über eine zweite Messzeit t2 nach dem Ermitteln des Spektrums und ein Erzeugen eines zweiten Messsignals M2 erfolgen. Da die zweite Empfangswellenlänge hierbei konstant gehalten wird, wird dazu der zweite Spiegelabstand b2 des Fabry-Perot Interferometers ebenso konstant gehalten.
Wenn der Abstand zwischen dem Messobjekt und der Spektrometereinrichtung sich während der ersten und zweiten Messzeit nicht signifikant ändert, werden das erste und das zweite Messsignal zumindest in deren Signalverlauf (Welligkeit) eine charakteristische Ähnlichkeit aufweisen, welche sich voneinander in deren Intensität auch um weniger als um eine vorbestimmte Größe unterscheidet. Auf diese Weise kann nur durch den Abgleich des ersten und des zweiten Messsignals eine Abstandsveränderung zwischen dem Messobjekt und der Spektrometereinrichtung erkannt werden, denn wenn sich während der ersten und zweiten Messzeit relativ zueinander keine signifikante Veränderung ergeben hat, so hat sich vorteilhaft auch zwischen der ersten Messzeit und der zweiten Messzeit (also beim Ermitteln des Spektrums) keine signifikante Abstandsveränderung ereignet, da die charakteristische Welligkeit der Intensität sich dann zwischen oder während der ersten und zweiten Messzeiten hätte irgendwann signifikant verändern müssen. Ist dies nicht messbar, so kann von einem gleichgebliebenen Abstand innerhalb einer vorbestimmten Größe ausgegangen werden. Ein Aufwand für eine Hardware und an den Speicherbedarf der Messsignale ist vorteilhaft deutlich verringert, da nur die beiden Messzeiten betrachtet werden müssen. Gegenüber der puren Messzeit für das Spektrum stellt die Ermittlung der etwaigen Abstandsveränderung nur eine sehr geringfügige Erhöhung der Messzeit dar.
Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung eines Ermittelns eines Spektrums sowie eines Ermittelns einer Abstandsveränderung in einem Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 2b wird eine Darstellung analog zum unteren Bild der Fig. 2a gezeigt, wobei vor dem Ermitteln des Spektrums ein Einstellen eines ersten Empfangswellenlängenbereichs El für ein Licht vom Messobjekt und ein Detektieren des Lichts über den ersten Empfangswellenlängenbereich El über eine erste Messzeit tl und ein Erzeugen eines ersten Messsignals Ml erfolgt. Der erste Empfangswellenlängenbereich El kann dabei kleiner sein als der Wellenlängenbereich, über welchen das Spektrum ermittelt wird. Der erste Empfangswellenlängenbereich El kann sich in dessen Wellenlänge am Ende der ersten Messzeit direkt an die Startwellenlänge der Ermittlung des Spektrums anschließen oder dieser entsprechen. Ebenso kann dies für die erste Empfangswellenlänge der Fig. 2a gelten. Nach dem Ermitteln des Spektrums kann ein Einstellen eines zweiten Empfangswellenlängenbereichs E2 für ein Licht vom Messobjekt und ein Detektieren des Lichts über den zweiten Empfangswellenlängenbereich E2 über eine zweite Messzeit t2 und ein Erzeugen eines zweiten Messsignals M2 erfolgen. Hierbei können mehrere Wellenlängen über den ersten und zweiten Empfangswellenlängenbereich abgefahren werden. Der zweite Empfangswellenlängenbereich E2 kann sich in dessen Wellenlänge am Anfang der zweiten Messzeit direkt an die Endwellenlänge der Ermittlung des Spektrums anschließen oder dieser entsprechen. Die Differenzen des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals können vorteilhaft gering sein, um besser auf die Abstandsveränderung schließen zu können.
Fig. 3 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung zwischen einer Spektrometereinrichtung und einem Messobjekt beim Erzeugen des Spektrums, erfolgt ein Einstellen S1 einer ersten Empfangswellenlänge oder eines ersten Empfangswellenlängenbereiches für ein Licht vom Messobjekt; ein Detektieren S2 des Lichts mit der ersten Empfangswellenlänge oder im ersten Empfangswellenlängenbereich über eine erste Messzeit am Anfang der vor dem Ermitteln des Spektrums und Erzeugen eines ersten Messsignals; ein Ermitteln S3 des Spektrums des Lichts vom Messobjekt; ein Einstellen S4 einer zweiten Empfangswellenlänge oder eines zweiten Empfangswellenlängenbereiches für das Licht vom Messobjekt; ein Detektieren S5 des Lichts mit der zweiten Empfangswellenlänge oder im zweiten Empfangswellenlängenbereich über eine zweite Messzeit am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums und Erzeugen eines zweiten Messsignals; und ein Vergleichen S6 des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals miteinander, wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal die Abstandsveränderung zwischen der Spektrometereinrichtung und dem Messobjekt erkannt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung (d) zwischen einer Spektrometereinrichtung (10) und einem Messobjekt (1) beim Erzeugen des Spektrums, umfassend die Schritte:
- Einstellen (Sl) einer ersten Empfangswellenlänge oder eines ersten Empfangswellenlängenbereiches (El) für ein Licht vom Messobjekt (1);
- Detektieren (S2) des Lichts mit der ersten Empfangswellenlänge oder im ersten Empfangswellenlängenbereich (El) über eine erste Messzeit (tl) am Anfang oder vor dem Ermittelns des Spektrums und Erzeugen eines ersten Messsignals (Ml);
- Ermitteln (S3) des Spektrums des Lichts vom Messobjekt (1);
- Einstellen (S4) einer zweiten Empfangswellenlänge oder eines zweiten Empfangswellenlängenbereiches (E2) für das Licht vom Messobjekt (1);
- Detektieren (S5) des Lichts mit der zweiten Empfangswellenlänge oder im zweiten Empfangswellenlängenbereich (E2) über eine zweite Messzeit (t2) am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums und Erzeugen eines zweiten Messsignals (M2); und
- Vergleichen (S6) des ersten Messsignals (Ml) und des zweiten Messsignals (M2) miteinander, wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal (Ml) und dem zweiten Messsignal (M2) die Abstandsveränderung (d) zwischen der Spektrometereinrichtung (10) und dem Messobjekt (1) erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der signifikante Unterschied vorhanden ist, wenn eine als erstes Messsignal (Ml) ermittelte Intensität des vom Messobjekt (1) empfangenen Lichts (L) sich gegenüber einer als zweites Messsignal (M2) ermittelten Intensität des vom Messobjekt (1) empfangenen Lichts (L) um eine vorbestimmte Größe unterscheidet.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem an der Spektrometereinrichtung (10) für das Ermitteln des Spektrums eine Filterwirkung über verschiedene Wellenlängen des empfangenen Lichts (L) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die erste Empfangswellenlänge über die erste Messzeit (tl) am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die zweite Empfangswellenlänge über die zweite Messzeit (t2) am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem eine Empfangswellenlänge für das Licht (L) vom Messobjekt (1) über die erste Messzeit (tl) am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums über den ersten Empfangswellenlängenbereich (El) variiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6, bei welchem eine Empfangswellenlänge für das Licht (L) vom Messobjekt (1) über die zweite Messzeit (t2) am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums über den zweiten Empfangswellenlängenbereich (E2) variiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Ermitteln (S3) des Spektrums des Lichts vom Messobjekt (1) zwischen der ersten Messzeit (tl) und der zweiten Messzeit (t2) erfolgt.
9. Spektrometereinrichtung (10) zum Ermitteln eines Spektrums und zum Erkennen einer Abstandsveränderung (d) zwischen der Spektrometereinrichtung (10) und einem Messobjekt (1) beim Erzeugen des Spektrums, umfassend eine Steuereinrichtung (SE), welche dazu eingerichtet ist,
- eine erste Empfangswellenlänge oder einen ersten Empfangswellenlängenbereich (El) für ein Licht vom Messobjekt (1) einzustellen;
- das Licht mit der ersten Empfangswellenlänge oder im ersten Empfangswellenlängenbereich (El) über eine erste Messzeit (tl) am Anfang oder vor dem Ermitteln des Spektrums zu detektieren und ein erstes Messsignal (Ml) zu erzeugen;
- das Spektrum des Lichts vom Messobjekt (1) zu ermitteln;
- eine zweite Empfangswellenlänge oder einen zweiten Empfangswellenlängenbereich (E2) für das Licht vom Messobjekt (1) einzustellen;
- das Licht mit der zweiten Empfangswellenlänge oder im zweiten Empfangswellenlängenbereich (E2) über eine zweite Messzeit (t2) am Ende oder nach dem Ermitteln des Spektrums zu detektieren und ein zweites Messsignal (M2) zu erzeugen; und
- das erste Messsignal (Ml) und das zweite Messsignals (M2) miteinander zu vergleichen, wobei bei einem signifikanten Unterschied zwischen dem ersten Messsignal (Ml) und dem zweiten Messsignal (M2) die Abstandsveränderung (d) zwischen der Spektrometereinrichtung (10) und dem Messobjekt (1) erkannt wird.
10. Spektrometereinrichtung (10) nach Anspruch 9, welche ein Fabry-Perot-Interferometer umfasst.
11. Spektrometereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, welches als ein Mikrospektrometer und/oder tragbar ausgeformt ist.
12. Mobiltelefon (100) umfassend eine Spektrometereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
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