DE102011084348A1 - Miniaturized opto-electronic system for spectral analysis - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein miniaturisiertes optoelektronisches System zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder von Szenen oder einzelnen Objekten (11) und zur Ermittlung und Auswertung der spektralen Eigenschaften der Objekte (11) innerhalb einer Szene oder auch von einzeln abgebildeten Objekten (11). Erfindungsgemäß umfasst ein System dieser Art – optische Bauelemente und Strahlengänge zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder einer Szene oder eines einzelnen Objektes (11), – optische Bauelemente und Strahlengänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften eines oder mehrerer, in der Szene enthaltener Objekte (11) oder des einzelnen Objektes (11), – mindestens einen Bildsensor als optoelektronischen Wandler, – elektronische Bauelemente zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Bildsensors, – eine Informationsausgabeeinheit, ausgebildet zur Ergebnisdarstellung sinnlich, vorzugsweise visuell wahrnehmbaren Darstellung der Spektraleigenschaften in Zuordnung zu den Objekten (11), und – Mittel zur Stromversorgung von elektronischen Bauelementen, – wobei eine Ausführung des Systems in Form eines Handgerätes, auch als Handheld bezeichnet, vorgesehen ist.The invention relates to a miniaturized optoelectronic system for generating static or moving images of scenes or individual objects (11) and for determining and evaluating the spectral properties of the objects (11) within a scene or also of individually imaged objects (11). According to the invention, a system of this kind comprises optical components and beam paths for generating static or moving images of a scene or a single object (11), optical components and beam paths for determining the spectral properties of one or more objects (11) contained in the scene individual object (11), - at least one image sensor as an optoelectronic converter, - electronic components for processing the output signals of the image sensor, - an information output unit, designed to display the results sensually, preferably visually perceptible representation of the spectral properties in association with the objects (11), and - Means for powering electronic components, - wherein an embodiment of the system in the form of a hand-held device, also referred to as a handheld, is provided.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein miniaturisiertes optoelektronisches System zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder von Szenen oder einzelnen Objekten und zur Ermittlung und Auswertung der spektralen Eigenschaften der Objekte innerhalb einer Szene oder auch von einzeln abgebildeten Objekten. The invention relates to a miniaturized optoelectronic system for generating static or moving images of scenes or individual objects and for determining and evaluating the spectral properties of the objects within a scene or of individually imaged objects.

Es ist eine Studie über kommerzielle Geräte in Form von Mobiltelefonen bekannt, die mit mikroskopischen Abbildungseigenschaften sowie mit der Fähigkeit zur Spektralanalyse eines zu untersuchenden Objektes ausgestattet sind. Diese Studie ist veröffentlicht unter „Cell-Phone-Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications; Zachary J. Smith at all; Center for Biophotonics Science and Technology, University of California Davis, Sacramento, California, USA . A study is known about commercial devices in the form of mobile phones, which are equipped with microscopic imaging properties as well as with the ability to spectral analysis of an object to be examined. This study is published under "Cell Phone Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications; Zachary J. Smith at all; Center for Biophotonics Science and Technology, University of California Davis, Sacramento, California, USA ,

Hierbei wurde ein Mobiltelefon mit einem einkanaligen Spektrometer gekoppelt, das über eine Bandbreite von 300 nm und eine spektrale Auflösung von unter 5 nm verfügt. Die Bestimmung von Weißlicht-Transmissionsspektren und Fluoreszenz-Spektren ist damit möglich. Die Verwendung dieser als Handy-Spektrometer bezeichneten Gerätekombination ist im Zusammenhang mit medizinisch relevanten Applikationen vorgesehen. Als Gerätebasis wurde ein zur Medienwiedergabe geeignetes GSM-Mobiltelefon verwendet, das eine Videokamera, einen mobilen Internetzugang mit E-Mail sowie GPS-Karten aufweist und derzeit unter der Handelsbezeichnung iPhone bekannt ist. Here, a mobile phone was coupled with a single-channel spectrometer, which has a bandwidth of 300 nm and a spectral resolution of less than 5 nm. The determination of white light transmission spectra and fluorescence spectra is thus possible. The use of this device combination, referred to as a mobile phone spectrometer, is provided in connection with medically relevant applications. The device base used was a GSM mobile phone suitable for media playback, which has a video camera, mobile Internet access via e-mail and GPS cards and is currently known under the trade name iPhone.

Weiterhin ist in US 2010/0309454 A1 ein kompaktes Spektrometer beschrieben, das mit einem Mobiltelefon gekoppelt bzw. in miniaturisierter Ausführung in ein Mobiltelefon integriert ist. Impliziert sind dabei ebenfalls die Energieversorgung, Datenspeicher, Signalverarbeitung und Echtzeitanzeige der Messergebnisse. Die Ergebnisse können sofort per Drahtlos-Kommunikation zu einer Remote-Station oder zu anderen Mobiltelefonen bzw. deren Benutzern übermittelt werden. So besteht beispielsweise für Diabetiker die Möglichkeit, Blutzuckermessungen in nicht invasiver Weise zuhause ausführen und die Ergebnisse an den Arzt übermitteln. Furthermore, in US 2010/0309454 A1 describes a compact spectrometer coupled to a mobile phone or integrated in a miniaturized version in a mobile phone. Impliziert are also the power supply, data storage, signal processing and real-time display of the results. The results can be communicated immediately via wireless communication to a remote station or to other mobile phones or their users. For example, for diabetics, it is possible to perform blood glucose measurements in a non-invasive manner at home and to transmit the results to the doctor.

Nachteilig bei den vorgenannten Anordnungen ist, dass eine umfassende und präzise Bestimmung der Spektraleigenschaften von bildlich erfassten Szenen oder Objekten in Echtzeit nicht möglich und die Ausgabe von schlussfolgernden Informationen, etwa im Sinne von Handlungsempfehlungen für den Nutzer, die sich auf die Ermittlungs- und Auswerteergebnisse beziehen, gar nicht beabsichtigt oder – gemessen an bestehenden Bedürfnissen – nur eingeschränkt und damit unzureichend möglich ist. A disadvantage of the aforementioned arrangements is that a comprehensive and precise determination of the spectral properties of imaged scenes or objects in real time is not possible and the output of inferential information, for example in the sense of recommendations for action for the user, which relate to the determination and evaluation results , not intended or - measured against existing needs - only limited and therefore insufficiently possible.

Der nachfolgend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dem Stand der Technik anhaftenden Mängel zu beheben. The invention described below is based on the object to remedy the deficiencies inherent in the prior art.

Erfindungsgemäß umfasst ein miniaturisiertes optoelektronisches System der eingangs genannten Art

  • – optische Bauelemente und Strahlengänge zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder einer Szene oder eines einzelnen Objektes,
  • – optische Bauelemente und Strahlengänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften eines oder mehrerer in der Szene enthaltener Objekte oder eines einzelnen Objektes,
  • – mindestens einen Bildsensor als optoelektronischen Wandler,
  • – elektronische Bauelemente, ausgebildet zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Bildsensors,
  • – eine Informationsausgabeeinheit, ausgebildet zur Ergebnisdarstellung sinnlich, vorzugsweise visuell wahrnehmbaren Darstellung der Spektraleigenschaften in Zuordnung zu den Objekten, und
  • – Mittel zur Stromversorgung der elektronischen Bauelemente,
  • – wobei eine Ausführung des Systems in Form eines Handgerätes, auch als Handheld bezeichnet, vorgesehen ist.
According to the invention, a miniaturized optoelectronic system of the type mentioned in the introduction comprises
  • Optical components and beam paths for generating static or moving images of a scene or a single object,
  • Optical components and optical paths for determining the spectral properties of one or more objects contained in the scene or a single object,
  • At least one image sensor as optoelectronic transducer,
  • Electronic components designed to process the output signals of the image sensor,
  • An information output unit designed to display the results in a sensually, preferably visually perceptible representation of the spectral properties in association with the objects, and
  • - means for powering the electronic components,
  • - Wherein an embodiment of the system in the form of a hand-held device, also referred to as a handheld, is provided.

Ein Handgerät bzw. Handheld im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein tragbares elektronisches Gerät mit eigener Stromversorgung für unterschiedliche Anwendungen. Es ist so klein und leicht, dass es bei der Benutzung in nur einer Hand gehalten werden kann, daher die Bezeichnung Handheld, von englisch in der Hand gehalten (zitiert aus Wikipedia, 31.08.2011). A handheld or handheld device according to the present invention is a portable electronic device with its own power supply for different applications. It is so small and light that it can be held in use in one hand only, hence the term Handheld, held by English in the hand (cited from Wikipedia, 31.08.2011).

Als Strahlengänge im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die Laufwege des Lichtes durch den optischen Teil des Systems zu verstehen. In unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems verlaufen die Strahlengänge zur Bilderzeugung und die Strahlengänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften zumindest abschnittweise getrennt oder gemeinsam, und die Bilderzeugung und die Spektralanalyse sind gleichzeitig oder zeitlich aufeinander folgend vorgesehen. As beam paths in the sense of the present invention, the paths of the light through the optical part of the system are to be understood. In different embodiments of the system according to the invention, the beam paths for image generation and the beam paths for determining the spectral properties run at least in sections separately or together, and the image generation and spectral analysis are provided simultaneously or sequentially.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Mittel zur Bestimmung der Spektraleigenschaften als Mehrkanalspektrometer ausgebildet und dazu vorgesehen, Spektren für mehrere Wellenlängen des Beleuchtungs- und / oder Messlichtes unabhängig voneinander simultan zu bestimmen, vorzugsweise gleichzeitig mit der Erzeugung von Abbildungen der Szenen oder Objekte, deren spektrale Eigenschaften zu ermitteln sind. In a preferred embodiment, the optical means for determining the spectral properties are designed as multichannel spectrometers and provided to determine spectrums for several wavelengths of the illumination and / or measurement light independently, preferably simultaneously with the generation of images of scenes or objects whose spectral Properties are to be determined.

Einbezogen in den Erfindungsgedanken ist dabei die Ausbildung in Form eines hyperspektralen Mehrkanalspektrometers, das zur Spektralanalyse im Wellenlängenbereich von ultraviolett bis zum langwelligen Infrarot geeignet ist und in jedem der Kanäle mit bis zu 250 unterschiedlichen, jeweils einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich entsprechenden Stützstellen versehen ist. Included in the inventive concept is the training in the form of a hyperspectral multi-channel spectrometer, which is suitable for spectral analysis in the wavelength range from ultraviolet to long-wave infrared and is provided in each of the channels with up to 250 different, each one wavelength or wavelength range corresponding support points.

Optional können als optoelektronische Wandler vorgesehen sein

  • – ein polychromatischer Silizium basierter Bildsensor,
  • – ein polychromatischer Indium-Gallium-Arsenit (InGaAs) basierter Bildsensor,
  • – mehrere monochromatische Einzelsensoren auf Silizium- oder Indium-Gallium-Arsenid-Basis, die zusammenwirkend einen bestimmten, spektral zu analysierenden Wellenlängenbereich überdecken, oder
  • – Kombinationen aus polychromatischen und monochromatischen Zeilen- oder Flächensensoren auf Silizium- und / oder Indium-Gallium-Arsenid-Basis, die ebenfalls einen bestimmten, spektral zu analysierenden Wellenlängenbereich überdecken.
Optionally, it may be provided as an optoelectronic converter
  • A polychromatic silicon based image sensor,
  • A polychromatic indium gallium arsenite (InGaAs) based image sensor,
  • A plurality of monochromatic silicon or indium gallium arsenide based single sensors cooperatively covering a particular wavelength range to be spectrally analyzed, or
  • - combinations of polychromatic and monochromatic line or surface sensors on silicon and / or indium-gallium-arsenide basis, which also cover a specific spectrally analyzed wavelength range.

Das erfindungsgemäße System ist in speziellen Ausgestaltungen zur Erzeugung zwei- oder dreidimensionaler Bilder von Szenen oder Objekten ausgebildet, und die Spektralanalyse erfolgt für eine oder mehrere einzelne Linien, für eine Fläche oder für ein Volumen eines aus einer Szene ausgewählten oder einzeln aufgenommenen Objektes. The system according to the invention is embodied in special embodiments for producing two- or three-dimensional images of scenes or objects, and the spectral analysis is carried out for one or more individual lines, for an area or for a volume of an object selected from a scene or individually recorded.

Die Erzeugung dreidimensionaler Bilder erfolgt dabei vorzugsweise unter Anwendung des an sich bekannten TOF = Time Of Flight-Prinzips. Dies ist insbesondere für Applikationen vorteilhaft, die eine zeitlich aufgelöste Spektralanalyse erfordern. Hierbei wird vorteilhaft ein Photomischdetektor, auch als PMD-Sensor bezeichnet, als Bildsensor genutzt. The generation of three-dimensional images is preferably carried out using the known TOF = Time Of Flight principle. This is particularly advantageous for applications that require a time-resolved spectral analysis. In this case, a photonic mixer, also referred to as a PMD sensor, is advantageously used as the image sensor.

Die Mittel zur Bilderzeugung und die Mittel zur Bestimmung der Spektraleigenschaften sind entweder innerhalb eines gemeinsamen kompakten Gehäuses untergebracht oder als getrennte Baugruppen ausgeführt. Für beide Optionen sind Ausführungsformen vorgesehen, die aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichtes das einhändige Halten und Bedienen ermöglichen. The means for imaging and the means for determining the spectral properties are either housed within a common compact housing or designed as separate modules. For both options embodiments are provided, which allow the one-handed holding and operating due to their size and weight.

Im Falle der Ausführung in getrennten Baugruppen sind diese über Schnittstellen miteinander gekoppelt. Vorteilhaft ist dabei den optischen Elementen zur Bilderzeugung, insbesondere einem zum Abbildungsstrahlengang gehörenden Objektiv, eine dispersive Optik vorgeordnet, beispielsweise in Form eines optischen Gitters, Prismas oder Filters. In the case of execution in separate modules they are coupled to each other via interfaces. Advantageously, a dispersive optics, for example in the form of an optical grating, prism or filter, are arranged upstream of the optical elements for image generation, in particular an objective belonging to the imaging beam path.

Um eine Kompensation der Abbildungsunschärfe zu erreichen, die aufgrund der Dispersion in Richtung der Z-Achse dem Rowlandkreis entsprechend entsteht, sowie auch um weitere Abbildungsunschärfen in Ebenen zu kompensieren, die zu der von der Z-Achse und der Dispersionsrichtung aufgespannten Ebene geneigt sind, werden Bildstapel aus unterschiedlichen Fokusebenen aufgenommen, die Einzelbilder dieser Stapel bezüglich der Abbildungsschärfe vorzugsweise relevanter Bildelemente ausgewertet und aus den Ergebnissen Abbildungen der Szene bzw. von Objekten gewonnen, deren Abbildungsschärfe korrigiert ist. In order to achieve a compensation of the image blur, which arises due to the dispersion in the direction of the Z-axis of the Rowlandkreis accordingly, as well as to compensate for further imaging blurring in planes which are inclined to the plane defined by the Z-axis and the dispersion direction plane Image stack taken from different focal planes, the individual images of these stacks with respect to the image sharpness of preferably relevant pixels evaluated and obtained from the results images of the scene or objects whose image sharpness is corrected.

Die Fokusvariation wird beispielsweise durch schrittweise Änderung des Abstandes zwischen dem Objektiv und der Fokusebene des Dispersionselementes vorgenommen. Bei entsprechender Programmierung kann dazu temporär eine vorhandene Autofokussier-Einrichtung genutzt werden. The focus variation is made, for example, by stepwise changing the distance between the lens and the focal plane of the dispersion element. With appropriate programming, an existing autofocusing device can be temporarily used for this purpose.

Alternativ ist zwecks Kompensation der Abbildungsunschärfe auch der Einsatz von DOE´s oder von anderen optisch korrigierenden Elementen vorstellbar. Alternatively, the use of DOEs or other optically correcting elements is conceivable in order to compensate the image blur.

Zur Beleuchtung der Szene oder des aufzunehmenden Objektes und / oder zur Spektralanalyse ist das jeweilige natürliche Umgebungslicht oder das von einer künstlichen Quelle abgestrahlte Licht vorgesehen. Die Einkopplung des von der Szene bzw. dem Objekt kommenden Messlichtes in die Strahlengänge für die Spektralanalyse erfolgt beispielsweise mittels Freistrahloptiken oder Lichtwellenleitern. Im Rahmen der Erfindung liegt auch die separate oder integrierte Ausstattung des optoelektronischen Systems mit einer Beleuchtungslichtquelle, die Fluoreszenz anregendes Licht abstrahlt. For illuminating the scene or the object to be recorded and / or for spectral analysis, the respective natural ambient light or the light emitted by an artificial source is provided. The coupling of the measuring light coming from the scene or the object into the beam paths for the spectral analysis takes place, for example, by means of free-ray optics or optical waveguides. Within the scope of the invention is also the separate or integrated equipment of the opto-electronic system with an illumination light source that emits fluorescence exciting light.

Werden künstliche Lichtquellen genutzt, so sind diese bevorzugt mit Mitteln zur definierten Beeinflussung der Intensität, der Wellenlänge und / oder der Polarisation des abgestrahlten Lichtes verbunden. Die Verwendung von Polarisationselementen ermöglicht die Verarbeitung von Phaseninformation, was insbesondere bei der Spektralellipsometrie zwecks Untersuchung von Schichtdicken und optischen Eigenschaften verschiedener Materialien vorteilhaft ist. Dabei wird polarisiertes Licht auf die Probe eingestrahlt, und anhand der Amplituden- und Phaseninformation bzw. der ellipsometrischen Parameter Y und D des reflektierten Strahls wird auf die polarisierenden Eigenschaften der Probe geschlossen. If artificial light sources are used, they are preferably connected to means for the defined influencing of the intensity, the wavelength and / or the polarization of the emitted light. The use of polarization elements enables the processing of phase information, which is particularly advantageous in spectral ellipsometry for the purpose of investigating layer thicknesses and optical properties of different materials. In this case, polarized light is irradiated onto the sample, and based on the amplitude and phase information or the ellipsometric parameters Y and D of the reflected beam is concluded that the polarizing properties of the sample.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Generieren von Anweisungen zum Handeln für den Nutzer vorgesehen, die in Form von Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen der Spektralanalyse generiert werden. In den Erfindungsgedanken eingeschlossen ist dabei die zusätzliche Verknüpfung der Ergebnisse der Spektralanalyse mit weiteren, die Szenen und Objekte betreffenden Informationen, etwa Metadaten. Diese sind entweder intern im System gespeichert, in einem externen, jedoch dem System zugeordnet Datenspeicher abgelegt oder per Kommunikation global öffentlich zugänglich und mit dem System abrufbar. In a further embodiment of the invention, the generation of instructions for action for the user is provided, which are generated in the form of conclusions from the results of the spectral analysis. Included in the inventive concept is the additional Linking the results of the spectral analysis with other information relating to scenes and objects, such as metadata. These are either stored internally in the system, stored in an external data store assigned to the system, or made publicly accessible by communication and retrievable with the system.

In Bezug auf letzteres ist das erfindungsgemäße optoelektronische System beispielsweise ausgestattet mit Mitteln zur drahtlosen Einbindung in ein Kommunikationsnetzwerk, insbesondere zur Bild- und Ton-Übertragung, zur Übertragung von Messergebnissen in externe Datenspeicher und / oder zum Abrufen von Informationen aus externen Datenspeichern. Solche Informationen sind zum Beispiel Referenzwerte für die Kalibrierung der Mittel zur Bilderzeugung, vorzugsweise jedoch für die Kalibrierung der Mittel zur Spektralanalyse. So kann insbesondere die Kalibrierung der Intensität und / oder der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes vorgesehen sein. With regard to the latter, the optoelectronic system according to the invention is equipped, for example, with means for wireless integration into a communications network, in particular for image and sound transmission, for transmission of measurement results to external data memories and / or for retrieving information from external data memories. Such information is for example reference values for the calibration of the means for image generation, but preferably for the calibration of the means for spectral analysis. In particular, the calibration of the intensity and / or the wavelength of the illumination light can be provided.

In einer weiteren, ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegenden Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße optoelektronische System mit Mitteln zur Zielführung des Nutzers bei der Suche nach solchen Objekten innerhalb beliebiger Szenen ausgestattet, die bestimmte Spektraleigenschaften aufweisen. In a further embodiment, which is likewise within the scope of the invention, the optoelectronic system according to the invention is equipped with means for guiding the user in the search for such objects within arbitrary scenes which have certain spectral properties.

Diese Zielführung wird erreicht, indem zum Beispiel mittels GPS und / oder Kompass die räumliche Orientierung der abgebildeten Szene bzw. des abgebildeten Objektes bestimmt und mit dem zeitlichen Gradienten einer vom Benutzer willkürlich oder gezielt verursachten Änderung der gemessenen absoluten oder relativen räumlichen spektralen Information in Korrelation gebracht wird. Die damit gewonnene Rückinformation an den Benutzer erlaubt die Zielführung des Systems hin zu Bereichen, die im Zusammenhang mit der jeweiligen Applikation für den Nutzer relevanten sind. This route guidance is achieved by determining, for example by means of GPS and / or compass, the spatial orientation of the imaged scene or of the imaged object and correlating it with the temporal gradient of a change arbitrarily or deliberately caused by the user to the measured absolute or relative spatial spectral information becomes. The return information thus obtained to the user allows the route guidance of the system to areas that are relevant to the user in connection with the respective application.

Weitere Informationen, die den Kontext der Messung unterstützen, wie z.B. Temperatur, werden in der Verrechnung der Gradienten-Raum-Information ergänzend berücksichtigt. Further information supporting the context of the measurement, e.g. Temperature, are taken into account in the calculation of the gradient space information in addition.

Das Echtzeit-Feedback der Messinformation erfolgt z.B. im Display mittels Stützstellen bietenden Gittern, Pfeilen, Falschfarbenflächen, oder auch mittels haptischen Sofortinformationen an den Nutzer, etwa akustisch und / oder in Form von Vibrationen. The real-time feedback of the measurement information is e.g. in the display by means of supporting points offering grids, arrows, Falschfarbenflächen, or by means of haptic instant information to the user, such as acoustically and / or in the form of vibrations.

Das Rückmeldung an den Nutzer muss dazu nicht zwingend am selben Ort erfolgen, das heißt der Nutzer kann die Information räumlich getrennt über die Kommunikationsschnittstellen des erfindungsgemäßen Systems erhalten, wie z.B. TCP/IP, Bluetooth etc. The feedback to the user does not necessarily have to be in the same place, that is to say the user can obtain the information spatially separated via the communication interfaces of the system according to the invention, such as e.g. TCP / IP, Bluetooth etc.

Im Zusammenhang mit der Zielführung ist für bestimmte Applikationen beispielsweise auch die Verknüpfung von Objekten, die aufgrund ihrer Spektraleigenschaften als interessant ermittelt worden sind, mit bildlich erfassten Geländeformen vorgesehen. In connection with the route guidance, for example, the linking of objects that have been determined to be interesting on account of their spectral properties, with image-covered terrain forms, is also provided for certain applications.

Die Informationsausgabeeinheit verfügt zum Zweck der visuell wahrnehmbaren Ergebnisdarstellung beispielsweise über ein LED- oder OLED-Display. The information output unit has, for example, an LED or OLED display for visually perceptible presentation of results.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mittel zur Bilderzeugung als Lichtfeldkamerasystem ausgebildet. Lichtfeldkamerasysteme sind unter der Bezeichnung plenoptische Kameras bekannt. Sie erfassen das 4D-Lichtfeld einer Szene, wodurch nicht nur die Position und Intensität eines auf den Bildsensor einfallenden Lichtstrahls bekannt ist, sondern auch dessen Einfallsrichtung. Zur Lichtfeldmessung wird beispielsweise ein Gitter aus mehreren Mikrolinsen vor dem Bildsensor angeordnet. Damit werden vorteilhaft auch ohne Autofokussierung sehr große Tiefenschärfen erzielt bei geringster Abbildungsunschärfe. In a further advantageous embodiment, the means for image generation are designed as a light field camera system. Light field camera systems are known as plenoptic cameras. They capture the 4D light field of a scene, which not only the position and intensity of a light beam incident on the image sensor is known, but also its direction of incidence. For light field measurement, for example, a grid of several microlenses is arranged in front of the image sensor. Thus, even without autofocusing, very large depth of field shots are advantageously achieved with the least possible image blur.

Die vorzugsweise als Kamera ausgebildeten Mittel zur Bilderzeugung weisen vorteilhaft eine Sensormatrix auf, beispielsweise ausgeführt in Form eines CCD-Bildsensors, der mit einer Ansteuerung zum temporären Zusammenfassen benachbarter Pixel zu Pixelblöcken verbunden ist, um eine höhere Lichtempfindlichkeit und zugleich eine höhere Auslesegeschwindigkeit zu erzielen. Diese Ansteuerung kann, bezogen auf die Pixel des Bildsensors, räumlich und / oder zeitlich gestaffelt vorgenommen werden. The imaging means, preferably embodied as a camera, advantageously have a sensor matrix, for example embodied in the form of a CCD image sensor, which is connected to a drive for temporarily combining adjacent pixels into pixel blocks in order to achieve a higher photosensitivity and at the same time a higher read-out speed. This control can be made spatially and / or temporally staggered with respect to the pixels of the image sensor.

Im Rahmen der Erfindung liegt optional auch die Ausstattung des optoelektronischen Systems mit Beschleunigungssensor, Gyroskop und Neigungsmesser sowie mit Mitteln zur Einbindung in das Global Positioning System (GPS). Mit Hilfe des Neigungsmessers und GPS ist beispielsweise die Bestimmung des Einfallswinkels des Mess- und / oder Beleuchtungslichtes auf ein abzubildendes Objekt in Relation zur optischen Achse der Abbildungsoptik vorgesehen. Within the scope of the invention, the equipment of the optoelectronic system with acceleration sensor, gyroscope and inclinometer as well as means for integration into the Global Positioning System (GPS) are optional as well. By means of the inclinometer and GPS, for example, the determination of the angle of incidence of the measuring and / or illumination light on an object to be imaged is provided in relation to the optical axis of the imaging optics.

Unter dem Begriff Beleuchtungslicht soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung das auf die Szene bzw. das Objekt gerichtete Licht, unter dem Begriff Messlicht das von der Szene bzw. dem Objekt kommende und entsprechende der jeweiligen Applikation auszuwertende Licht zu verstehen sein. In the context of the present invention, the term illumination light should be understood to mean the light directed onto the scene or the object, the term measuring light being understood to mean the light to be evaluated by the scene or the object and corresponding to the respective application.

Sind künstliche Quellen für das Beleuchtung- bzw. Messlicht vorgesehen, können diese optional kontinuierlich oder gepulst betrieben werden. Wird das erfindungsgemäße System als spektrales Video-System betrieben, ist im letzteren Fall die Sequenz bei der Aufnahme der bewegten Bilder mit der Pulsfrequenz der Lichtquelle so zu synchronisieren, dass die Aufnahme stets bei Beleuchtung der Szene bzw. des Objektes erfolgt, so dass periodisch sich wiederholende Vorgänge oder periodisch wiederkehrende Ereignisse sichtbar gemacht werden, etwa um zeitlich fortschreitende Veränderungen feststellen zu können. If artificial sources are provided for the illumination or measuring light, these can optionally be operated continuously or pulsed. If the system according to the invention is used as a spectral video Operated system, in the latter case, the sequence in the recording of the moving images with the pulse frequency of the light source to be synchronized so that the recording always takes place upon illumination of the scene or the object, so that periodically repeating events or periodically recurring events made visible to be able to determine, for example, temporally progressive changes.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind Mittel zur Klassifizierung von abgebildeten Objekten anhand ihrer spektralen Eigenschaften vorgesehen, wobei die Klassifizierung beispielsweise unter chemisch, medizinisch oder landwirtschaftlich aufschlussreichen Aspekten vorgenommen wird. In a further advantageous embodiment, means are provided for classifying imaged objects on the basis of their spectral properties, the classification being carried out for example under chemically, medically or agronomically revealing aspects.

Das erfindungsgemäße miniaturisierte optoelektronische System bietet im Unterschied zu den nach Stand der Technik verfügbaren Systemen wesentliche Vorteile. So kann erfindungsgemäß

  • – eine Überlagerung des Livebildes mit einer spektralen Messung vorgenommen werden, bei der die Sequenz der Bilderfassung größer ist als die Sequenz, mit der die Spektralanalyse erfolgt. Der Bildsensor wird dabei bereichsweise für die spektrale Messung und bereichsweise für das Livebild genutzt. Diesbezüglich sind vorzugsweise zwei Kameras im System vorgesehen, von denen eine der spektralen Messung und die zweite dem Livebild vorbehalten ist. Im Livebild wird – für den Nutzer erkennbar – eine Markierung des Bildanteiles vorgenommen, in dem die spektrale Messung erfolgt,
  • – eine Überlagerung des Livebildes mit einer spektralen Messung vorgenommen werden, bei der die Sequenz der Bilderfassung der Sequenz entspricht, mit der die Spektralanalyse erfolgt. Hierbei werden die jeweils in Echtzeit aufgenommenen Bild- und Spektralinformationen in gleichen Bildsequenzen verarbeitet und aufbereitet. Dies bietet den Vorteil, dass zeitkritische bzw. sich individuell verändernde Prozesse genauestens analysiert und die Prozessabläufe zugleich an die physiologischen Gegebenheiten des Menschen angepasst werden können, der eine Bildwiederholfrequenz von 16 Hz wahrnehmen kann,
  • – eine Überlagerung des Livebildes mit einer spektralen Messung vorgenommen werden, bei der die Sequenz der Bilderfassung kleiner ist als die Sequenz, mit der die Spektralanalyse erfolgt. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Messobjekt spektral inhomogen ist. Eine große Anzahl von Einzelmessungen während einer kleineren Anzahl von Bilderzeugungen verbessert hierbei die Genauigkeit der Gesamtmessung.
The miniaturized optoelectronic system according to the invention offers significant advantages in contrast to the systems available according to the prior art. Thus, according to the invention
  • - Overlay the live image are made with a spectral measurement in which the sequence of image acquisition is greater than the sequence with which the spectral analysis is performed. The image sensor is used in some areas for the spectral measurement and partially for the live image. In this regard, two cameras are preferably provided in the system, of which one of the spectral measurement and the second is reserved for the live image. In the live image - recognizable for the user - a marking of the image portion is made in which the spectral measurement takes place,
  • - A superimposition of the live image are made with a spectral measurement in which the sequence of image acquisition corresponds to the sequence with which the spectral analysis is performed. Here, the image and spectral information recorded in real time are processed and processed in the same image sequences. This offers the advantage that time-critical or individually changing processes can be analyzed in detail and the processes can be adapted to the physiological conditions of humans at the same time, which can perceive a refresh rate of 16 Hz,
  • - Overlay the live image are made with a spectral measurement in which the sequence of image acquisition is smaller than the sequence with which the spectral analysis is performed. This is advantageous if the measurement object is spectrally inhomogeneous. A large number of individual measurements during a smaller number of image generations improves the accuracy of the overall measurement.

Das erfindungsgemäße System kann als spektrales Video-Stroboskop-System betrieben werden, wobei eine Synchronisierung auf die Betriebsfrequenz der vorhandenen Lichtquellen zwecks zeitlicher Zuordnung von Beleuchtung und Aufnahme vorgesehen ist. Alternativ sind Applikationen unter Nutzung des zeitlichen Ablaufes sinnvoll, bei denen der dynamische Verlauf visualisiert werden soll. The system according to the invention can be operated as a spectral video stroboscope system, wherein a synchronization to the operating frequency of the existing light sources for the purpose of time allocation of lighting and recording is provided. Alternatively, applications using the time sequence are useful, in which the dynamic history is to be visualized.

Für Anwendungen im Zusammenhang mit zeitaufgelöster Spektroskopie ist das erfindungsgemäße System zusätzlich mit einem Shutter ausgerüstet, der vorzugsweise eine Reaktionszeit im Nanosekunden-Bereich hat. Der Shutter dient zur Verknüpfung des Strahlengangs zur Bilderzeugung mit dem Strahlengang zur Spektralmessung und ermöglicht es, Spektralmessung und Bilderzeugung sequentiell im Takt der Shutteransteuerung vorzunehmen, was bezüglich der zeitaufgelösten Spektroskopie insbesondere bei schnellen zeitlichen Veränderungen an den Messobjekten von Vorteil ist. For applications in connection with time-resolved spectroscopy, the system according to the invention is additionally equipped with a shutter, which preferably has a reaction time in the nanosecond range. The shutter serves to link the beam path for image generation with the beam path for spectral measurement and makes it possible to perform spectral measurement and image generation sequentially in time with the shutter control, which is advantageous in terms of time-resolved spectroscopy, especially with rapid temporal changes to the measurement objects.

Ist das erfindungsgemäße optoelektronische System mit einer 3D-Kamera ausgestattet, die vorzugsweise mit der Time-Of-Flight-Funktion versehen ist, können damit die Spektralmessungen zeitaufgelöst vorgenommen werden. Wird zur Spektralmessung ein spektroskopischer Vorsatz verwendet, wie weiter unten an Ausführungsbeispielen näher erläutert, ist die Entfernungsbestimmung zum Objekt trotzdem möglich. Des Weiteren ist es hiermit möglich, Laufzeitunterschiede zur Messung von Informationen aus dem zeitlichen Signalverhalten bestimmter Stoffe und Applikationen zu messen und zur Weiterverarbeitung bereitzustellen, wie beispielsweise bei der sogenannten FLIM-Technik (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy), die ionensensitive Fluoreszenzfarbstoffe zur Messung intrazellulärer Ionenkonzentrationen verwendet. Hierbei wird die Tatsache genutzt, dass sich die Fluoreszenz-Lebenszeit, das heißt die mittlere Verweildauer der Elektronen im angeregten Zustand, mit der Ionenkonzentration ändert. If the optoelectronic system according to the invention is equipped with a 3D camera, which is preferably provided with the time-of-flight function, the spectral measurements can be carried out with time resolution. If a spectroscopic intent is used for the spectral measurement, as explained in greater detail below on exemplary embodiments, the distance determination to the object is nevertheless possible. Furthermore, it is hereby possible to measure time differences for the measurement of information from the temporal signal behavior of certain substances and applications and to provide them for further processing, as for example in the so-called FLIM technique (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy), which uses ion-sensitive fluorescent dyes for measuring intracellular ion concentrations , Here, the fact is used that changes the fluorescence lifetime, that is, the average residence time of electrons in the excited state, with the ion concentration.

Wie teilweise bereits weiter oben erwähnt, kann zur Beleuchtung der aufzunehmenden Szenen oder Objekte Umgebungslicht oder künstliches Licht genutzt werden. Als Quelle für künstliches Licht kommen interne Lichtquellen in Betracht, optional mit einer Vorsatzoptik, oder externe Lichtquellen, die auch gepulst betrieben werden können, zum Beispiel als Blitzlicht zur Stroboskop-Beleuchtung oder im Zusammenhang mit der 3D-Ausstattung auf der Basis TOF. As already partially mentioned above, ambient light or artificial light can be used to illuminate the scenes or objects to be recorded. As a source of artificial light, internal light sources are considered, optionally with an optical attachment, or external light sources, which can also be operated pulsed, for example, as a flash for stroboscopic lighting or in connection with the 3D equipment based on TOF.

Dabei liegen folgende Varianten im Rahmen der Erfindung:

  • – Verwendung des Displays der Informationsausgabeeinheit als Beleuchtung,
  • – Verwendung einer oder mehrerer monochromatischer Lichtquellen, die als Stützstellen für die Spektralmessungen dienen, zum parallelen oder seriellen Beleuchten, optional auch im Takt der Aufnahme bewegter Bilder. Dabei kann die spektrale Auflösung des Gesamtsystems auch realisiert werden, indem die Anzahl der Lichtquellen den gesamten spektralen Wellenlängenbereich – auch außerhalb des RGB-Farbraumes – überdeckt,
  • – Verwendung einer Lichtquelle zur Fluoreszenzanregung bei flächiger Beleuchtung,
  • – Verwendung von natürlichen Lichtquellen zur fluoreszenzspektroskopischen Anregung,
  • – zeitlich aufeinander folgende Beleuchtung der Szene bzw. des Objektes mit Licht unterschiedlicher optischer Eigenschaften, wie Polarisation, Intensität, Wellenlänge oder Spektralbereich,
  • – Verwendung des natürlichen Umgebungslichtes unter Zuhilfenahme eines oder mehrerer polarisierender Elemente zur Beleuchtung,
  • – Modulation der natürlichen, internen oder externen Beleuchtung, z.B. im Zusammenhang mit zeitaufgelösten Applikationen,
  • – Steuerung und / oder Regelung der spektralen und zeitlichen Intensität des Beleuchtungslichtes,
  • – diffuse Beleuchtung, beispielsweise mittels zwischengeschaltetem Mikrolinsenarray oder eingefügter Planspiegeloptik, um Energie- bzw. Lichtverluste zu vermeiden,
  • – individuelle Programmierung der vorhandenen Lichtquellen bezüglich der Intensität, Wellenlänge und / oder Polarisation des abgestrahlten Lichtes,
  • – Verwendung adaptiver optischer Elemente in den Strahlengängen des Beleuchtungs- und/oder Messlichtes, um die Wellenfront zu beeinflussen und dadurch beispielsweise Abbildungsfehler der beteiligten optischen Baugruppen zu korrigieren.
The following variants are within the scope of the invention:
  • Use of the display of the information output unit as lighting,
  • - Using one or more monochromatic light sources, which serve as support points for the spectral measurements, for parallel or serial illumination, optionally also in time with the Take moving pictures. In this case, the spectral resolution of the overall system can also be realized by the number of light sources covers the entire spectral wavelength range - even outside the RGB color space -
  • Use of a light source for fluorescence excitation in planar illumination,
  • Use of natural light sources for fluorescence spectroscopic excitation,
  • Temporally successive illumination of the scene or of the object with light of different optical properties, such as polarization, intensity, wavelength or spectral range,
  • Use of the natural ambient light with the aid of one or more polarizing elements for illumination,
  • Modulation of natural, internal or external illumination, eg in connection with time-resolved applications,
  • Control and / or regulation of the spectral and temporal intensity of the illumination light,
  • Diffuse illumination, for example by means of an interposed microlens array or inserted plane mirror optics, in order to avoid energy or light losses,
  • Individual programming of the existing light sources with regard to the intensity, wavelength and / or polarization of the emitted light,
  • - Use of adaptive optical elements in the beam paths of the illumination and / or measurement light to influence the wavefront and thereby correct, for example, aberrations of the participating optical assemblies.

Um die Intensität des Beleuchtungslichtes zu kalibrieren ist beispielsweise vorgesehen, einen Teil des von der Lichtquelle kommenden Lichtes auszukoppeln und als Licht mit Referenzspektrum direkt in den spektroskopischen Strahlengang einzukoppeln. Diese Art der Referenzierung kann vorzugsweise parallel, aber auch seriell erfolgen. In order to calibrate the intensity of the illumination light, it is provided, for example, to decouple a part of the light coming from the light source and to couple it as light with a reference spectrum directly into the spectroscopic beam path. This type of referencing can preferably be done in parallel, but also serially.

Im Falle der Verwendung eines Mehrkanalspektrometers erhält man bei der parallelen Referenzierung auf einem Kanal die Referenz „weiß“, und auf den anderen Kanälen die Messinformation. Aus einem Bereich des Bildsensors, auf den kein Licht fällt, erhält man die Referenz „schwarz“. Abhängig vor der zu lösenden applikativen Aufgabe kann allerdings auch die Messung eines zusätzlichen Dunkelsignals vorgesehen sein. Die Referenzierung erfolgt vorzugsweise simultan und bei jedem Bild. In the case of the use of a multichannel spectrometer, the reference is "white" on one channel during parallel referencing, and the measurement information on the other channels. From an area of the image sensor, on which no light falls, one receives the reference "black". Depending on the applicative task to be solved, however, the measurement of an additional dark signal can also be provided. The referencing preferably takes place simultaneously and with each image.

Im Falle der Verwendung eines einkanaligen Spektrometers werden diese Abläufe seriell vorgenommen. Diesbezüglich ist zum Beispiel in DE 195 28 855 A1 eine Vorrichtung beschrieben, bei der mit geringem Aufwand erneute Referenzierungen zwischen den Messungen möglich sind. Zu diesem Zweck wird ein separater Referenzstrahlengang verwendet, und der Messstrahlengang wird über einen Y-Lichtleiter mit dem Referenzstrahlengang zusammengeführt, wobei in jedem Lichtleiterzweig ein schaltbarer Shutter angeordnet ist. Der Y-Lichtleiter mit Shutter dient so als optische Weiche, und der Querschnitt des gemeinsamen Strahlengangs zwischen Weiche und Spektrometer ist aufgeteilt auf den Referenz- und den Messstrahlengang. Dieser gemeinsame Strahlengang wird in die Eintrittsöffnung des Spektrometers eingekoppelt. In the case of using a single-channel spectrometer, these operations are performed serially. In this regard, for example, in DE 195 28 855 A1 describes a device in which renewed referencing between the measurements are possible with little effort. For this purpose, a separate reference beam path is used, and the measurement beam path is merged via a Y light guide with the reference beam path, wherein in each light guide branch a switchable shutter is arranged. The Y-light guide with shutter serves as an optical switch, and the cross section of the common beam path between the switch and the spectrometer is split between the reference beam and the beam path. This common beam path is coupled into the inlet opening of the spectrometer.

Eine zweite Kamera, zum Beispiel mit einer in Bezug auf die Detektions- bzw. Lichteintrittsrichtung um einen Winkel von 180° versetzten Einbaulage zur ersten Kamera, kann zur Referenzmessung für die Intensität des Umgebungslichtes genutzt werden, unabhängig davon, welche Lichtquellen zur Objekt- bzw. Szenenbeleuchtung vorgesehen sind. Alternativ ist eine Nutzung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems jedoch auch ohne eine Weißreferenz möglich, wodurch zwar – für bestimmte Anwendungen nicht nachteilig – die Messgenauigkeit verringert, zugleich aber vorteilhaft auch die Herstellkosten reduziert werden. A second camera, for example with an installation position with respect to the detection or light entry direction offset by an angle of 180 ° to the first camera, can be used for reference measurement for the intensity of the ambient light, regardless of which light sources for object or Scene lighting are provided. Alternatively, however, a use of the optoelectronic system according to the invention is also possible without a white reference, which - although not detrimental for certain applications - reduces the accuracy of measurement, but at the same time advantageously reduces the production costs.

Um die Wellenlänge des Beleuchtungslichtes zu kalibrieren ist es beispielsweise vorgesehen, die Mittel zur Bestimmung der Spektraleigenschaften einer einmaligen Kalibration unmittelbar nach Herstellung des Systems zu unterziehen. Bei Bedarf oder jeweils nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne kann dann z.B. mit als Linienstrahlern ausgebildeten Lichtquellen erneut kalibriert werden. Dazu wird aus einem Datenspeicher, in dem die Parameter einer Vielzahl von Linienstrahlern abgelegt sind, manuell oder automatisch eine Auswahl getroffen. In order to calibrate the wavelength of the illumination light, it is provided, for example, to subject the means for determining the spectral properties to a one-time calibration immediately after the system has been manufactured. If necessary, or each time a predetermined period has elapsed, then e.g. be recalibrated with designed as line sources light sources. For this purpose, a selection is made manually or automatically from a data memory in which the parameters of a plurality of line sources are stored.

Die Übertragung der Informationen, wie Spektralwerte, Bilddaten, Videosequenzen u.a. erfolgt zwischen den einzelnen Funktions- bzw. Baugruppen über Schnittstellen innerhalb des Systems oder bidirektional durch drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation mit externen Einheiten unter Einbeziehung nachgeordneter Auswerteroutinen und unter Berücksichtigung der applikationsbezogenen Nutzung. The transmission of information, such as spectral values, image data, video sequences u.a. takes place between the individual functional groups or modules via interfaces within the system or bidirectionally by wired or wireless communication with external units, including subordinate evaluation routines and taking into account the application-related use.

Die Rückmeldung an den Nutzer wird mittels folgender Verfahrensweisen realisiert:

  • – spektrale Informationen mit beispielsweise chemometrisch relevanten Aussagen werden mit anderen Informationen gekoppelt und als „augmented reality“ dargestellt, worunter im Sinne der vorliegenden Erfindung die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung zu verstehen ist, die alle menschlichen Sinneswahrnehmungen einbezieht, oder
  • – die Informationen können für maschinelles Sehen („maschine vision“) genutzt werden, wobei im Rahmen der Erfindung alle Formen der computergestützten Lösung von Aufgabenstellungen in Frage kommen, die sich an den Fähigkeiten des menschlichen visuellen Systems orientieren, von der Kommunikation bis zu haptischer Wahrnehmung z.B. für Blinde. Die Informationsausgabe an den Nutzer erfolgt dabei applikationsbezogen vorteilhaft so, dass unerwünschte Störungen der aufzunehmenden Szene bzw. des aufzunehmenden Objektes, etwa durch akustische Signale, vermieden werden.
The feedback to the user is realized by the following procedures:
  • - Spectral information with, for example, chemometrically relevant statements are coupled with other information and represented as "augmented reality", which in the context of the present invention, the computer-aided extension of the perception of reality is to be understood, which includes all human sensory perceptions, or
  • The information can be used for machine vision, in which All forms of computer-aided solution of tasks in question, which are based on the capabilities of the human visual system, from communication to haptic perception eg for the blind. The information output to the user takes place in an application-related advantageous manner so that unwanted disturbances of the scene to be recorded or of the object to be recorded, for example by acoustic signals, are avoided.

Die Kommunikation zwischen Nutzern der erfindungsgemäßen optoelektronischen Systeme ist neben den üblichen visuellen kommunikativen Möglichkeiten optional auch mittels bidirektionaler akustischer Verständigung vorgesehen. Die Nutzung von externen Informationsquellen über einen Server sowie der Zusammenschluss bzw. die Vernetzung von mehreren der erfindungsgemäßen optoelektronischen Systeme sind ebenfalls möglich. The communication between users of the optoelectronic systems according to the invention is optionally provided in addition to the usual visual communicative possibilities by means of bidirectional acoustic communication. The use of external sources of information via a server and the merger or networking of several of the optoelectronic systems according to the invention are also possible.

Beim Betreiben des optoelektronischen Systems wird das aus dem Beobachtungsstrahlengang einer Abbildungsoptik für den Mikro, Makro-, Nah- und Fernbereich ausgekoppelte Licht in den Strahlengang zur Bestimmung der Spektraleigenschaften eines oder mehrerer, in der abzubildenden Szene enthaltener Objekte übertragen mit dem Ziel, die spektralen Informationen zu ermitteln und auszuwerten. When operating the optoelectronic system, the light coupled out of the observation beam path of an imaging optics for the micro, macro, near and far ranges is transmitted into the beam path for determining the spectral properties of one or more objects contained in the scene to be imaged, with the aim of obtaining the spectral information to determine and evaluate.

Unbekannte spektrale Eigenschaften des Objektes werden vermessen und klassifiziert. Die spektrale Identifikation kann zur identischen Replikation, also zur Speicherung der dabei gewonnenen, die spektralen Eigenschaften betreffenden Daten an mehreren verschiedenen Standorten und Synchronisation dieser Datenquellen verwendet werden. Unknown spectral properties of the object are measured and classified. The spectral identification can be used for identical replication, that is to say for the storage of the data relating to the spectral properties obtained at several different locations and synchronization of these data sources.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. The accompanying drawings show in

1 das erfindungsgemäße optoelektronische System in einem ersten Ausführungsbeispiel, bestehend aus einer ersten, als Spektrometer-Vorsatz ausgebildeten Baugruppe und einer zweiten Baugruppe mit den Funktionen eines Smartphones, wobei in die Kamera des Smartphones ausschließlich das von einem Objekt kommende Licht gelangt, das den Spektrometer-Vorsatz passiert hat, 1 the optoelectronic system according to the invention in a first embodiment, consisting of a first, designed as a spectrometer intent assembly and a second module with the functions of a smartphone, in the camera of the smartphone only the coming of an object light passes, the spectrometer intent has happened

2 die Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bestehend aus einem Spektrometer-Vorsatz, einem Smartphone, das zwei Kameras aufweist, einer internen Lichtquelle zur Objektbeleuchtung und Mitteln zur Referenzierung des Beleuchtungslichtes, 2 the schematic diagram of a second embodiment, consisting of a spectrometer intent, a smartphone having two cameras, an internal light source for object illumination and means for referencing the illumination light,

3 die Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels, gebildet aus einem Spektrometer-Vorsatz und einem Smartphone mit einer Kamera, wobei in die Abbildungsoptik des Smartphones direkt vom Objekt kommendes Licht gelangt und zugleich getrennt davon Licht, das den Spektrometer-Vorsatz passiert hat, und wobei das in die Abbildungsoptik eintretende Licht innerhalb des Smartphones getrennt oder gemeinsam auf einen Bildsensor gerichtet ist, 3 the schematic diagram of a third embodiment, formed from a spectrometer-intent and a smartphone with a camera, wherein in the imaging optics of the smartphone directly from the object coming light and at the same time separated from it light, which has passed the spectrometer intent, and wherein in the Imaging optics incoming light is separated within the smartphone or directed together on an image sensor,

4 die Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels, bestehend aus zwei Spektrometer-Vorsätzen und einem Smartphone, das zwei Kameras aufweist, wobei eine externe natürliche oder künstliche Lichtquelle zur Szenen- bzw. Objektbeleuchtung vorgesehen ist, in die Abbildungsoptik einer ersten Kamera direkt vom Objekt kommendes Licht gelangt und Licht, das den ersten Spektrometer-Vorsatz passiert hat, während in die zweite Kamera ausschließlich Licht eintritt, das den zweiten Spektrometer-Vorsatz passiert hat, 4 the schematic diagram of a fourth embodiment, consisting of two spectrometer intentions and a smartphone having two cameras, with an external natural or artificial light source for scene or object lighting is provided in the imaging optics of a first camera directly from the object coming light and Light that has passed the first spectrometer intent, while in the second camera only light enters which has passed the second spectrometer intent,

5 die Prinzipdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels, bestehend aus einem Spektrometer-Vorsatz und einem Smartphone, das zwei Kameras aufweist, wobei beide Kameras im Unterschied zu den Beispielen nach 2 und 4 die gleiche Lichteinfallsrichtung haben, in die erste Kamera direkt vom Objekt kommendes Licht gelangt, und in die zweite Kamera ausschließlich Licht gelangt, das den Spektrometer-Vorsatz passiert hat. 5 the schematic diagram of a fifth embodiment, consisting of a spectrometer intent and a smartphone having two cameras, both cameras in contrast to the examples according to 2 and 4 have the same light incidence direction, in the first camera light coming directly from the object passes, and in the second camera only light passes that has passed the spectrometer intent.

6 die Prinzipdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels, bestehend aus einem Smartphone mit einer Kamera und einem externen Spektrometer, wobei in die Kamera und in das Spektrometer jeweils direkt vom Objekt kommendes Licht gelangt, 6 the schematic diagram of a sixth embodiment, consisting of a smartphone with a camera and an external spectrometer, wherein in the camera and in the spectrometer each coming directly from the object light,

7 die Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, bestehend aus einem Smartphone mit einer Kamera und einem integrierten Spektrometer, wobei in die Kamera und in das Spektrometer jeweils direkt vom Objekt kommendes Licht gelangt. 7 the schematic diagram of another embodiment, consisting of a smartphone with a camera and an integrated spectrometer, wherein in the camera and the spectrometer each coming directly from the object light passes.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems. Ein mehrkanaliges Prismen-Spektrometer, ausgebildet in Form eines Spektrometer-Vorsatzes 1, verfügt hier beispielhaft über drei Kanäle 2, 3 und 4, mit denen gleichzeitig drei verschiedene Spektren des von einem Objekt 11 kommenden Messlichtstrahles 5 gemessen werden können. Das Spektrometer umfasst im Wesentlichen, den einzelnen Kanälen zugeordnet, Lichtspalten S2, S3 und S4, Linsengruppen mit Kollimatorfunktion L1.2, L1.3 und L1.4, Linsengruppen L2.2, L2.3 und L2.4 mit Teleskopfunktion sowie ein Prisma P als dispersives optisches Element. 1 shows the basic structure of a first embodiment of the optoelectronic system according to the invention. A multichannel prism spectrometer, designed in the form of a spectrometer intent 1 , for example, has three channels here 2 . 3 and 4 with which simultaneously three different spectra of an object 11 coming measuring light beam 5 can be measured. Essentially, the spectrometer comprises light columns S2, S3 and S4 assigned to the individual channels, lens groups with collimator function L1.2, L1.3 and L1.4, lens groups L2.2, L2.3 and L2.4 with telescope function and a prism P as a dispersive optical element.

In 1a, einer Draufsicht auf die genannten und symbolisch angedeuteten Funktionselemente des Spektrometers, sind die in der Zeichenebene nebeneinander liegenden Kanäle 2, 3, 4 erkennbar. 1b zeigt dieselbe Darstellung in einer Seitenansicht, in welcher die Kanäle 2, 3, 4, einander verdeckend, hintereinander liegen. In 1a , A plan view of the said and symbolically indicated functional elements of the spectrometer, are the adjacent in the plane of the channels 2 . 3 . 4 recognizable. 1b shows the same representation in a side view, in which the channels 2 . 3 . 4 Covering each other, lying one behind the other.

Beim Betreiben dieser Anordnung tritt das Messlicht gleichzeitig in die Lichtspalten S2, S3, S4 ein, durchläuft die Kanäle 2, 3, 4, tritt über eine Schnittstelle 5 aus dem Spektrometer-Vorsatz 1 aus und nachfolgend in eine Kamera ein, die beispielsweise im Wesentlichen ein Objektiv O, eine Zoomoptik Z und einen ortsauflösenden Bildsensor B aufweist. Die Kamera ist vorzugsweise Bestandteil eines Smartphones 6. When operating this arrangement, the measuring light enters the light columns S2, S3, S4 simultaneously, passes through the channels 2 . 3 . 4 , occurs via an interface 5 from the spectrometer intent 1 from and subsequently into a camera which, for example, essentially comprises an objective O, a zoom lens Z and a position-resolving image sensor B. The camera is preferably part of a smartphone 6 ,

Unter dem Begriff Smartphone sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Geräte zu verstehen, welche die Funktionen und Funktionsbaugruppen eines Mobiltelefons mit einem PDA (Personal Digital Assistant) kombinieren. Sie sind mit mindestens einer Digitalkamera, GPS- und WLAN-Empfänger und interner Energieversorgungsquelle ausgerüstet und weisen neben dem Prozessor mehrere Datenspeicher auf, beispielsweise einen sehr schnellen, aber flüchtigen Hauptspeicher (RAM), einen nichtflüchtigen NAND-Flash-Speicher für Betriebssystem und Programme, und optional Wechseldatenträger, z.B. in Form von Massenspeichern. Zusätzlich zum Betriebssystem kann der Nutzer Applikationsprogramme installieren. Die Synchronisation der Daten mit externen Datenspeichern und Datenverarbeitungseinrichtungen ist möglich. For the purposes of the present invention, the term "smartphone" is to be understood as meaning devices which combine the functions and functional components of a mobile telephone with a PDA (Personal Digital Assistant). They are equipped with at least one digital camera, GPS and WLAN receiver and internal power source, and in addition to the processor have several data memories, for example a very fast but volatile main memory (RAM), a non-volatile NAND flash memory for operating system and programs. and optional removable media, eg in the form of mass storage. In addition to the operating system, the user can install application programs. The synchronization of data with external data storage and data processing equipment is possible.

In die Kamera des Smartphones 6 gelangt in diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems als Messlicht ausschließlich das von dem Objekt 11 kommende Licht, das den Spektrometer-Vorsatz 1 passiert hat. Die Bilderzeugung und die Spektralanalyse werden zeitlich unmittelbar aufeinander folgend vorgenommen. Dagegen erfolgt die Spektralanalyse bzw. die Messung der drei verschiedenen Spektren gleichzeitig unter Inanspruchnahme dreier verschiedener Bereiche B1, B2 und B3 des Bildsensors B. Alternativ ist die Erfassung der verschiedenen Spektren mit gesonderten Sensoren möglich und liegt im Rahmen der Erfindung. In the camera of the smartphone 6 arrives in this embodiment of the optoelectronic system according to the invention as the measuring light exclusively from the object 11 coming light that the spectrometer intent 1 happened. The image generation and the spectral analysis are carried out immediately in time. In contrast, the spectral analysis or the measurement of the three different spectra is carried out simultaneously using three different areas B1, B2 and B3 of the image sensor B. Alternatively, the detection of the different spectra with separate sensors is possible and is within the scope of the invention.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems, bestehend aus einem zweikanaligen Spektrometer-Vorsatz 1 und einem Smartphone 6. Außerdem weist das Smartphone 6 zwei Kameras 7 und 8 auf. Die Kameras 7, 8 haben um 180 Grad zu einander versetzte und damit entgegengesetzte Lichteinfallsrichtungen. Beide Kameras 7, 8 sind kommerziell mit den zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder einer Szene oder eines einzelnen Objektes erforderlichen optischen Bauelementen und Strahlengängen ausgestattet. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße optoelektronische System in diesem Ausführungsbeispiel mit einer internen Lichtquelle 9 ausgestattet. 2 shows an embodiment of the optoelectronic system according to the invention, consisting of a dual-channel spectrometer intent 1 and a smartphone 6 , In addition, the smartphone points 6 two cameras 7 and 8th on. The cameras 7 . 8th have 180 degrees to each other offset and thus opposite directions of light incidence. Both cameras 7 . 8th are commercially equipped with the necessary for generating static or moving images of a scene or a single object optical components and beam paths. Furthermore, the optoelectronic system according to the invention in this embodiment is provided with an internal light source 9 fitted.

Der Kamera 7 ist der Spektrometer-Vorsatz 1 vorgeordnet, die Kamera 8 wird zur Bilderzeugung genutzt. Das von der Lichtquelle 9 kommende Licht ist über einen ersten Strahlenverlauf 10 als Beleuchtungslicht auf ein abzubildendes und spektral zu analysierendes Objekt 11 und zugleich über einen zweiten Strahlenverlauf 12 als Referenzlicht mittels Spiegel 13 in den Spektrometer-Vorsatz 1 und diesem nachfolgend in die Kamera 7 gerichtet. Das vom Objekt 11 kommende Licht gelangt als Messlicht über einen Strahlenverlauf 14 in den Spektrometer-Vorsatz 1 und zugleich als Abbildungslicht über einen Strahlenverlauf 15, beispielsweise mittels Spiegeln 16 und 17 umgelenkt, in die zweite Kamera 8. Die Bilderzeugung und die Spektralanalyse sind gleichzeitig vorgesehen. The camera 7 is the spectrometer intent 1 upstream, the camera 8th is used for image generation. That from the light source 9 coming light is over a first ray path 10 as illumination light on an object to be imaged and spectrally analyzed 11 and at the same time over a second ray path 12 as reference light by means of mirror 13 in the spectrometer intent 1 and this in the camera below 7 directed. The object 11 incoming light passes as measurement light over a beam path 14 in the spectrometer intent 1 and at the same time as an imaging light over a ray path 15 , for example by means of mirrors 16 and 17 redirected to the second camera 8th , Imaging and spectral analysis are provided simultaneously.

Das optoelektronische System in einem Ausführungsbeispiel nach 3 besteht aus einem Spektrometer-Vorsatz 1 und einem Smartphone 6 mit einer Kamera 7. Zur Beleuchtung des Objektes 11 wird Umgebungslicht genutzt. Das vom Objekt 11 kommende Messlicht gelangt über einen Strahlenverlauf 18 in den Spektrometer-Vorsatz 1 und nachfolgend in die Kamera 7 und zugleich als Abbildungslicht über einen Strahlenverlauf 19 direkt in die Kamera 7. Hierbei verlaufen die Strahlengänge zur Spektralanalyse und die Strahlengänge zur Bilderzeugung getrennt, und die Bilderzeugung und die Spektralanalyse werden gleichzeitig mittels eines flächigen Bildsensors vorgenommen. Das in die Abbildungsoptik eintretende Licht ist innerhalb des Smartphones getrennt oder gemeinsam auf den Bildsensor gerichtet. The optoelectronic system in an embodiment according to 3 consists of a spectrometer intent 1 and a smartphone 6 with a camera 7 , To illuminate the object 11 Ambient light is used. The object 11 incoming measuring light passes over a beam path 18 in the spectrometer intent 1 and subsequently into the camera 7 and at the same time as an imaging light over a ray path 19 directly into the camera 7 , Here, the beam paths for spectral analysis and the beam paths for image formation run separately, and the image generation and the spectral analysis are carried out simultaneously by means of a flat image sensor. The light entering the imaging optics is separated within the smartphone or directed together at the image sensor.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Smartphone 6, das wiederum zwei Kameras 7 und 8 mit entgegengesetzten Lichteinfallsrichtungen aufweist. Der Kamera 7 ist ein erster Spektrometer-Vorsatz 1 vorgeordnet, der zur Spektralanalyse dient, während der Kamera 8 ein zweiter Spektrometer-Vorsatz 20 vorgeordnet ist, der zur Referenzierung des Beleuchtungslichtes genutzt wird. Zur Beleuchtung des spektral zu analysierenden Objektes 11 ist eine natürliche oder künstliche Lichtquelle 21 vorgesehen. 4 shows another embodiment in conjunction with a smartphone 6 which in turn has two cameras 7 and 8th having opposite light incidence directions. The camera 7 is a first spectrometer intent 1 upstream, which serves for spectral analysis, while the camera 8th a second spectrometer intent 20 upstream, which is used for referencing the illumination light. To illuminate the object to be spectrally analyzed 11 is a natural or artificial light source 21 intended.

Das Beleuchtungslicht ist über einen Strahlenverlauf 22 durch den Spektrometer-Vorsatz 20 in die Kamera 8 und zugleich über einen Strahlenverlauf 23 auf das Objekt 11 gerichtet. Das vom Objekt 11 kommende Messlicht ist, vergleichbar zu 3, über einen Strahlenverlauf 18 durch den Spektrometer-Vorsatz 1 hindurch in die erste Kamera 7 und zugleich über einen Strahlenverlauf 19 direkt in die Kamera 7 gerichtet. Die Strahlengänge zur Spektralanalyse und die Strahlengänge zur Bilderzeugung verlaufen getrennt, die Bilderzeugung und die Spektralanalyse werden gleichzeitig mittels eines flächigen Bildsensors vorgenommen, von dem zur Spektralanalyse und zur Bilderzeugung gesonderte Flächenabschnitte genutzt werden. The illumination light is over a ray path 22 through the spectrometer intent 20 into the camera 8th and at the same time over a ray path 23 on the object 11 directed. The object 11 coming measuring light is comparable to 3 , over a ray path 18 through the spectrometer intent 1 through to the first camera 7 and at the same time over a ray path 19 directly into the camera 7 directed. The beam paths for spectral analysis and the beam paths for image generation run separately, the image generation and the spectral analysis are carried out simultaneously by means of a flat image sensor, of which separate surface sections are used for spectral analysis and image generation.

Die Prinzipdarstellung des optoelektronischen Systems nach 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Smartphone 6, das zwei Kameras 7 und 8 aufweist. Beide Kameras 7, 8 haben hier – anders als in den Beispielen nach 2 und 4 – keine entgegengesetzten Lichteinfallsrichtungen. Zur Beleuchtung des Objektes 11 wird Umgebungslicht genutzt. Das vom Objekt 11 kommende Messlicht ist über einen Strahlenverlauf 18 durch den Spektrometer-Vorsatz 1 in die erste Kamera 7 und zugleich über einen Strahlenverlauf 19 in die zweite Kamera 8 gerichtet. Die Strahlengänge zur Spektralanalyse und die Strahlengänge zur Bilderzeugung verlaufen getrennt, und die Bilderzeugung und die Spektralanalyse erfolgen gleichzeitig mittels eines flächigen Bildsensors oder zweier flächiger Bildsensoren. Im Falle der Verwendung eines Bildsensors werden gesonderte Flächenabschnitte zur Spektralanalyse und zur Bilderzeugung genutzt. Werden zwei Bildsensoren verwendet, dient einer davon der Spektralanalyse, der zweite der Bilderzeugung. The schematic diagram of the optoelectronic system according to 5 shows a further embodiment with a smartphone 6 that two cameras 7 and 8th having. Both cameras 7 . 8th have here - unlike in the examples after 2 and 4 - no opposite directions of light. To illuminate the object 11 Ambient light is used. The object 11 The coming measuring light is over a ray path 18 through the spectrometer intent 1 in the first camera 7 and at the same time over a ray path 19 in the second camera 8th directed. The beam paths for spectral analysis and the beam paths for image generation run separately, and the image generation and the spectral analysis are carried out simultaneously by means of a flat image sensor or two flat image sensors. In the case of using an image sensor, separate area sections are used for spectral analysis and image generation. If two image sensors are used, one of them serves the spectral analysis, the second of the image generation.

Aus 6 geht ein Ausführungsbeispiel hervor, bei dem das erfindungsgemäße optoelektronische System aus einem Smartphone 6 mit einer Kamera 7 und einem externen Spektrometer 24 gebildet ist. Zur Beleuchtung des Objektes 11 ist eine künstliche Lichtquelle 25 vorgesehen. Das Beleuchtungslicht ist über einen Strahlenverlauf 26 auf das Objekt 11 gerichtet. Über einen Strahlenverlauf 18 gelangt vom Objekt kommendes Licht in das Spektrometer 24, über einen Strahlenverlauf 19 gelangt vom Objekt kommendes Licht in die Kamera 7. die Ankopplung des Spektrometers 24 an das Smartphone 6 erfolgt über Kabel 27. Out 6 shows an embodiment in which the optoelectronic system according to the invention from a smartphone 6 with a camera 7 and an external spectrometer 24 is formed. To illuminate the object 11 is an artificial light source 25 intended. The illumination light is over a ray path 26 on the object 11 directed. About a ray path 18 the light coming from the object enters the spectrometer 24 , over a ray path 19 the light coming from the object reaches the camera 7 , the coupling of the spectrometer 24 to the smartphone 6 via cable 27 ,

7 zeigt die Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, hier bestehend aus einem Smartphone 6 mit einer Kamera 7 und einem integrierten Spektrometer 28. Über den Strahlenverlauf 18 gelangt vom Objekt kommendes Licht in das Spektrometer 28, über den Strahlenverlauf 19 gelangt vom Objekt kommendes Licht in die Kamera 7. Die Strahlengänge zur Spektralanalyse und die Strahlengänge zur Bilderzeugung verlaufen getrennt, und die Bilderzeugung und die Spektralanalyse erfolgen gleichzeitig mittels eines flächigen Bildsensors oder zweier flächiger Bildsensoren. Im Falle der Verwendung eines Bildsensors werden gesonderte Flächenabschnitte zur Spektralanalyse und zur Bilderzeugung genutzt. Werden zwei Bildsensoren verwendet, dient einer davon der Spektralanalyse, der zweite der Bilderzeugung. 7 shows the schematic diagram of another embodiment, here consisting of a smartphone 6 with a camera 7 and an integrated spectrometer 28 , About the ray path 18 the light coming from the object enters the spectrometer 28 , over the ray path 19 the light coming from the object reaches the camera 7 , The beam paths for spectral analysis and the beam paths for image generation run separately, and the image generation and the spectral analysis are carried out simultaneously by means of a flat image sensor or two flat image sensors. In the case of using an image sensor, separate area sections are used for spectral analysis and image generation. If two image sensors are used, one of them serves the spectral analysis, the second of the image generation.

In allen Ausführungsformen beträgt das Gewicht des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems maximal 1 kg, so dass auch diesbezüglich die Bedingungen eines Handgerätes erfüllt sind. In all embodiments, the weight of the optoelectronic system according to the invention is a maximum of 1 kg, so that in this respect, the conditions of a hand-held device are met.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems erfolgt z.B. zum Zweck der Farbbestimmung im Zusammenhang mit

  • – Farbsensoren für Monitore, Drucktechnik, Video- bzw. Digitalprojektoren zur Korrektur der Farbwerte, oder
  • – Farbsensoren für Bauanwendungen zur Farbermittlung von Flächen, Objekten, usw. und nachfolgenden kontrollierten Farbabstimmungen bei diverser Applikationen.
The use of the optoelectronic system according to the invention is carried out, for example, for the purpose of color determination in connection with
  • - Color sensors for monitors, printing technology, video or digital projectors to correct the color values, or
  • - Color sensors for building applications for color determination of surfaces, objects, etc. and subsequent controlled color matching in various applications.

Die ermittelten Daten werden weiterhin genutzt zur Inhaltsstoffbestimmung im Zusammenhang mit

  • – Pulsoxymetern auf Reflexionsbasis,
  • – Photometern für Point-Of-Care(POC)-Anwendungen,
  • – nasschemische Kopplung zu Photometern,
  • – forensische Anwendungen,
  • – fernoptischen Erkundungen in Kopplung mit Spektralmessungen,
  • – mikrooptische Beobachtungen in Verbindung mit Spektralmessung,
  • – militärischen Anwendungen, z.B. Sichtbarmachung von Kampfstoffen, Tarnungen usw.,
  • – Erfassung von Lebensmittelinformationen bezüglich Sicherheit, Zustand, Nährwert usw.,
  • – agrarwissenschaftlichen Anwendungen wie Chlorophyllbestimmung, Pflanzenzustand, Bonitur, Bodeninformationen usw., wobei sich aus den Reflexionseigenschaften von Vegetation und Bodenformationen z.B. Aussagen über Vegetationsindizes und den Gesundheitsstatus der Pflanzen ableiten lassen,
  • – Hautschutzmeldern zwecks Warnung bei gesundheits-schädigender UV-Einstrahlung anstelle der bekannten Systeme auf Basis von Intensitätsmessungen. Das Spektrometer basierte Messsystem wird zur Unterscheidung der UV-A, UV-B und UV-C Anteile und zur getrennten Auswertung der Einzel- und Summensignale über den Zeitverlauf genutzt,
  • – Thermografiemeldern, auch verbunden mit Thermometer-Applikationen,
  • – Brand- und Rauchmeldern, wobei die Flammen aufgrund ihrer charakteristischen Frequenz und spektralen Strahlung detektiert werden. Brandgase werden durch den Vergleich eines Bildes oder Spektrums ohne und desselben Bildes mit Rauch erkannt. Dies kann auch im NIR-Bereich erfolgen, um den Nutzer nicht zu beinträchtigen. Die Alarmmeldung erfolgt vorzugsweise vor Ort akustisch oder über Funk.
The data collected will continue to be used for ingredient determination in connection with
  • - reflection-based pulse oximeters,
  • - photometers for point-of-care (POC) applications,
  • Wet-chemical coupling to photometers,
  • - forensic applications,
  • - remote-optical explorations coupled with spectral measurements,
  • - micro-optical observations in conjunction with spectral measurement,
  • - military applications, eg visualization of warfare agents, camouflage etc.,
  • - collection of food information regarding safety, condition, nutritional value etc.,
  • - agronomic applications such as chlorophyll determination, plant status, scoring, soil information, etc., which can be derived from the reflection properties of vegetation and soil formations, for example, statements on vegetation indices and the health status of plants,
  • - Skin protection detectors for the purpose of warning of health-damaging UV radiation instead of the known systems based on intensity measurements. The spectrometer-based measuring system is used to distinguish the UV-A, UV-B and UV-C components and to separate the evaluation of the individual and sum signals over time,
  • - Thermography detectors, also connected to thermometer applications,
  • - Fire and smoke detectors, where the flames are detected due to their characteristic frequency and spectral radiation. Fire gases are detected by comparing an image or spectrum without the same image Smoke detected. This can also be done in the NIR area so as not to affect the user. The alarm message is preferably carried out on site acoustically or by radio.

Wesentlicher Bestandteil des Erfindungsgedankens ist dabei die Verknüpfung mit Metadaten wie Zeit, Ort, Blickwinkel, der hohe Grad an Mobilität sowie die Kopplung in der Rückmeldung als Augmented-Reality-System. An essential component of the inventive idea is the link with metadata such as time, location, angle of view, the high degree of mobility and the coupling in the feedback as an augmented reality system.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung besteht in der Zielführung des Nutzers bei der Suche nach Objekten mit bestimmten Spektraleigenschaften innerhalb beliebiger Szenen. A particularly advantageous application consists in the route guidance of the user when searching for objects with specific spectral properties within arbitrary scenes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Spektrometer-Vorsatz Spectrometer intent
2 2
Kanal channel
3 3
Kanal channel
4 4
Kanal channel
5 5
Schnittstelle interface
6 6
Smartphone Smartphone
7 7
Kamera camera
8 8th
Kamera camera
9 9
Lichtquelle light source
10 10
Strahlenverlauf ray tracing
11 11
Objekt object
12 12
Strahlenverlauf ray tracing
13 13
Spiegel mirror
14 14
Strahlenverlauf ray tracing
15 15
Strahlenverlauf ray tracing
16 16
Spiegel mirror
17 17
Spiegel mirror
18 18
Strahlenverlauf ray tracing
19 19
Strahlenverlauf ray tracing
20 20
Spektrometer-Vorsatz Spectrometer intent
21 21
Lichtquelle light source
22 22
Strahlenverlauf ray tracing
23 23
Strahlenverlauf ray tracing
24 24
externes Spektrometer external spectrometer
25 25
Lichtquelle light source
26 26
Strahlenverlauf ray tracing
27 27
Kabel electric wire
28 28
internes Spektrometer internal spectrometer
B2, B3, B4 B2, B3, B4
Bereiche auf Bildsensor Areas on image sensor
L1.2, L1.3 L1.4 L1.2, L1.3 L1.4
Linsengruppen lens groups
L2.2, L2.3; L2.4 L2.2, L2.3; L2.4
Linsengruppen lens groups
O O
Objektiv lens
P P
Prisma prism
S2, S3, S4 S2, S3, S4
Lichtspalte light column
Z Z
Zoomoptik zoom optics

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2010/0309454 A1 [0004] US 2010/0309454 A1 [0004]
  • DE 19528855 A1 [0045] DE 19528855 A1 [0045]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Cell-Phone-Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications; Zachary J. Smith at all; Center for Biophotonics Science and Technology, University of California Davis, Sacramento, California, USA [0002] "Cell Phone Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications; Zachary J. Smith at all; Center for Biophotonics Science and Technology, University of California Davis, Sacramento, California, USA [0002]

Claims (21)

Miniaturisiertes optoelektronisches System, umfassend – optische Bauelemente und Strahlengänge zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder einer Szene oder eines einzelnen Objektes (11), – optische Bauelemente und Strahlengänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften eines oder mehrerer in der Szene enthaltener Objekte (11) oder des einzelnen Objektes (11), – mindestens einen Bildsensor als optoelektronischen Wandler, – elektronische Bauelemente, ausgebildet zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Bildsensors, – eine Informationsausgabeeinheit zur Ergebnisdarstellung in Zuordnung zu den Objekten (11), und – Mittel zur Stromversorgung der elektronischen Bauelementen – wobei eine Ausführung des Systems in Form eines Handgerätes vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system, comprising - optical components and beam paths for generating static or moving images of a scene or a single object ( 11 ), - optical components and optical paths for determining the spectral properties of one or more objects contained in the scene ( 11 ) or the individual object ( 11 ), - at least one image sensor as an optoelectronic transducer, - electronic components designed to process the output signals of the image sensor, - an information output unit for displaying results in association with the objects ( 11 ), and - means for powering the electronic components - wherein an embodiment of the system is provided in the form of a hand-held device. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 1, bei dem – die Bilderzeugung und die Spektralanalyse gleichzeitig oder zeitlich aufeinander folgend vorgesehen sind, wobei – die jeweiligen Strahlengänge getrennt oder gemeinsam verlaufen. Miniaturized optoelectronic system according to claim 1, wherein - The image generation and spectral analysis are provided simultaneously or temporally successive, wherein - The respective beam paths separated or run together. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mittel zur Bestimmung der Spektraleigenschaften als Mehrkanalspektrometer ausgebildet sind, vorzugsweise zur Ermittlung von Spektren simultan für mehrere Wellenlängen des Mess- und / oder Beleuchtungslichtes gleichzeitig mit der Bilderzeugung. Miniaturized optoelectronic system according to claim 1 or 2, wherein the means for determining the spectral properties are designed as multi-channel spectrometer, preferably for the determination of spectra simultaneously for several wavelengths of the measuring and / or illumination light simultaneously with the image formation. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 3, – ausgestattet mit einem hyperspektralen Mehrkanalspektrometer, und – ausgebildet zur Analyse der mit bis zu 250 unterschiedlichen Farbkanälen im Wellenlängenbereich von ultraviolett bis zum langwelligen Infrarot gewonnenen Bilddaten, – wobei die Verwendung eines den Wellenlängenbereich erfassenden Silizium basierten Bildsensors und / oder die Verwendung mehrerer monochromatischer, einen vorgegebenen Wellenlängenbereich erfassender Einzelsensoren vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system according to claim 3, - equipped with a hyperspectral multichannel spectrometer, and - designed to analyze image data obtained with up to 250 different color channels in the wavelength range from ultraviolet to long-wave infrared, - Wherein the use of a wavelength range detecting silicon based image sensor and / or the use of a plurality of monochromatic, a predetermined wavelength range detecting individual sensors is provided. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 4, bei dem – die Erzeugung zwei- oder dreidimensionaler Bilder der Szene oder des Objektes (11), und – die Ermittlung der Spektren bezogen auf eine oder mehrere einzelne Linien, auf die Fläche oder auf das Volumen des jeweiligen Objektes (11) vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system according to claim 4, in which - the generation of two- or three-dimensional images of the scene or of the object ( 11 ), and - the determination of the spectra with reference to one or more individual lines, to the area or to the volume of the respective object ( 11 ) is provided. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 5, bei dem die Erzeugung dreidimensionaler Bilder auf Basis des TOF = Time Of Flight-Prinzips vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system according to claim 5, wherein the generation of three-dimensional images on the basis of the TOF = Time Of Flight principle is provided. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Mittel zur Bilderzeugung und zur Spektralanalyse – innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses untergebracht sind, oder – in separaten Baugruppen untergebracht und über Schnittstellen miteinander gekoppelt sind, wobei den Mitteln zur Bilderzeugung eine dispersive Optik, vorzugsweise ein optisches Gitter (5), Prisma oder Filter, vorgeordnet ist. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, in which the means for imaging and spectral analysis - housed within a common housing, or - housed in separate modules and coupled to each other via interfaces, wherein the means for image forming a dispersive optics, preferably optical grating ( 5 ), Prism or filter. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 7, – ausgebildet zur Nutzung des natürlichen Lichtes als Beleuchtungs- und Messlicht, oder – ausgestattet mit einer künstlichen Quelle für Beleuchtungs- und Messlicht, wobei – zur Einkopplung des Messlichtes in die Strahlengänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften Freistrahloptiken oder Lichtwellenleiter vorhanden sind. Miniaturized optoelectronic system according to claim 7, - Designed to use the natural light as lighting and measuring light, or - Equipped with an artificial source of illumination and measuring light, where - For coupling the measuring light in the beam paths for determining the spectral properties free-beam optics or optical fibers are present. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 8, mit einer Fluoreszenz anregendes Licht abstrahlenden Lichtquelle. Miniaturized optoelectronic system according to claim 8, comprising a fluorescence-exciting light-emitting light source. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die künstlichen Lichtquellen mit einer Ansteuerschaltung zur Beeinflussung der Strahlungsintensität, der Wellenlänge und / oder der Polarisation des abgestrahlten Lichtes verbunden sind. Miniaturized optoelectronic system according to claim 8 or 9, wherein the artificial light sources are connected to a drive circuit for influencing the radiation intensity, the wavelength and / or the polarization of the emitted light. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgestattet mit Mitteln zum Generieren von Anweisungen zum Handeln für den Nutzer – im Ergebnis der Auswertung der ermittelten Spektraleigenschaften, oder – im Ergebnis zusätzlicher Verknüpfung dieser Auswerteergebnisse mit weiteren, die Szenen und Objekte (11) betreffenden Informationen. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, equipped with means for generating instructions for action for the user - as a result of the evaluation of the determined spectral properties, or - as a result of additional linking of these evaluation results with others, the scenes and objects ( 11 ) information. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 11, ausgestattet mit Mitteln zur Zielführung des Nutzers bei der Suche nach Objekten (11) mit bestimmten Spektraleigenschaften innerhalb beliebiger Szenen. Miniaturized optoelectronic system according to claim 11, equipped with means for guidance of the user in the search for objects ( 11 ) with certain spectral properties within arbitrary scenes. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgestattet mit Mitteln zur drahtlosen Einbindung in ein Kommunikationsnetzwerk, insbesondere ausgebildet zur Bild- und Ton-Übertragung, zur Übertragung von Messergebnissen in externe Datenspeicher und / oder zum Abrufen von Informationen aus externen Datenspeichern, vorzugsweise von Referenzwerten für Kalibrierungen mindestens der optischen Mittel zur Bilderzeugung oder zur Spektralanalyse. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, equipped with means for wireless integration into a communication network, in particular designed for image and sound transmission, for transmitting measurement results in external data storage and / or or for retrieving information from external data memories, preferably reference values for calibrations of at least the optical imaging or spectral analysis means. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 13, bei dem die Kalibrierung der Intensität und / oder der Wellenlänge des Beleuchtungs- und / oder Messlichtes vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system according to claim 13, wherein the calibration of the intensity and / or the wavelength of the illumination and / or measuring light is provided. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Informationsausgabeeinheit ein LED- oder OLED-Display aufweist. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, wherein the information output unit has an LED or OLED display. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Mittel zur Bilderzeugung als Lichtfeldkamerasystem ausgebildet sind und sowohl die Erfassung der Position und Intensität des auf den Bildsensor einfallenden Lichtes als auch die Erfassung der Einfallsrichtung vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, wherein the means for image formation are designed as a light field camera system and both the detection of the position and intensity of the light incident on the image sensor and the detection of the direction of incidence is provided. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem eine gepulste Beleuchtungs- bzw. Messlichtquelle vorgesehen und die Sequenz bei der Aufnahme bewegter Bilder mit der Einschaltfrequenz der Lichtquelle synchronisiert ist. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, in which a pulsed illumination or measuring light source is provided and the sequence in the recording of moving images is synchronized with the switch-on frequency of the light source. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem der Bildsensor mit einer Ansteuerung zum temporären Zusammenfassen benachbarter Pixel zu Pixelblöcken verbunden ist, um eine höhere Lichtempfindlichkeit zu erreichen. A miniaturized optoelectronic system according to any one of the preceding claims, wherein the image sensor is connected to a drive for temporarily merging adjacent pixels into pixel blocks to achieve higher photosensitivity. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgestattet mit Beschleunigungssensor, Gyroskop, Neigungsmesser und ausgebildet zur Einbindung in das Global Positioning System (GPS). Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, equipped with acceleration sensor, gyroscope, inclinometer and designed for integration in the Global Positioning System (GPS). Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 19, bei dem die Bestimmung des Einfallswinkels des Mess- bzw. Beleuchtungslichtes auf ein abzubildendes Objekt (11) in Relation zur optischen Achse der Abbildungsoptik mittels GPS und Neigungsmesser vorgesehen ist. Miniaturized optoelectronic system according to claim 19, wherein the determination of the angle of incidence of the measurement or illumination light on an object to be imaged ( 11 ) is provided in relation to the optical axis of the imaging optics by means of GPS and inclinometer. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgebildet zur Klassifizierung von abgebildeten Objekten (11) anhand ihrer spektralen Eigenschaften. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, designed for the classification of imaged objects ( 11 ) based on their spectral properties.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015100749U1 (en) * 2015-02-17 2016-05-18 Tridonic Jennersdorf Gmbh Wireless color temperature sensor module
DE102019102873A1 (en) 2019-02-06 2020-08-06 Carl Mahr Holding Gmbh Sensor system for determining the geometric properties of a measurement object

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6101176B2 (en) * 2013-08-30 2017-03-22 富士フイルム株式会社 Optical characteristic measuring apparatus and optical characteristic measuring method
US11709370B2 (en) 2018-05-08 2023-07-25 Apple Inc. Presentation of an enriched view of a physical setting
CN110118750A (en) * 2019-05-13 2019-08-13 江南大学 Hand-held spectrophotometer based on smart phone

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19528855A1 (en) 1995-08-05 1997-02-06 Leybold Ag Method and device for spectral reflectance and transmission measurement
US20100013979A1 (en) * 2006-07-24 2010-01-21 Hyspec Imaging Ltd Snapshot spectral imaging systems and methods
US20100309454A1 (en) 2007-11-30 2010-12-09 Jingyun Zhang Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices
WO2012059622A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Nokia Corporation Method and apparatus for spectrometry

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008200A2 (en) * 2003-07-18 2005-01-27 Chemimage Corporation Method and apparatus for compact dispersive imaging spectrometer
US20090295910A1 (en) * 2005-03-24 2009-12-03 Jose Mir Hyperspectral Imaging System and Methods Thereof
US7420663B2 (en) * 2005-05-24 2008-09-02 Bwt Property Inc. Spectroscopic sensor on mobile phone
WO2009087617A1 (en) * 2008-01-04 2009-07-16 Seethrough Ltd. Method and apparatus for high resolution spectroscopy and spectral imaging

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19528855A1 (en) 1995-08-05 1997-02-06 Leybold Ag Method and device for spectral reflectance and transmission measurement
US20100013979A1 (en) * 2006-07-24 2010-01-21 Hyspec Imaging Ltd Snapshot spectral imaging systems and methods
US20100309454A1 (en) 2007-11-30 2010-12-09 Jingyun Zhang Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices
WO2012059622A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Nokia Corporation Method and apparatus for spectrometry

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Cell-Phone-Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications; Zachary J. Smith at all; Center for Biophotonics Science and Technology, University of California Davis, Sacramento, California, USA

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015100749U1 (en) * 2015-02-17 2016-05-18 Tridonic Jennersdorf Gmbh Wireless color temperature sensor module
DE102019102873A1 (en) 2019-02-06 2020-08-06 Carl Mahr Holding Gmbh Sensor system for determining the geometric properties of a measurement object
DE102019102873B4 (en) 2019-02-06 2022-01-20 Carl Mahr Holding Gmbh Sensor system and method for determining geometric properties of a measurement object and coordinate measuring machine

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