EP2766702A2 - Miniaturized optoelectronic system for spectral analysis - Google Patents

Miniaturized optoelectronic system for spectral analysis

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EP2766702A2
EP2766702A2 EP12816009.0A EP12816009A EP2766702A2 EP 2766702 A2 EP2766702 A2 EP 2766702A2 EP 12816009 A EP12816009 A EP 12816009A EP 2766702 A2 EP2766702 A2 EP 2766702A2
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EP
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light
optoelectronic system
miniaturized optoelectronic
miniaturized
image
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Withdrawn
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EP12816009.0A
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Nico Correns
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    • G01J3/28Investigating the spectrum

Definitions

  • 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.
  • 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 with e-mail and GPS cards and is currently known under the trade name iPhone.
  • US 2010/0309454 A1 describes a compact spectrometer which is coupled to a mobile telephone or integrated in a miniaturized version in a mobile telephone. imp- The power supply, data memory, signal processing and real-time display of the measurement results are also indicated. 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.
  • 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.
  • 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 beam paths for generating static or moving images of a scene or a single object
  • an information output unit designed to display the results sensually, preferably visually perceptible representation of the spectral properties in association with the objects, and
  • a handheld or handheld device 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 only one hand, hence the term Handheld, held by English in the hand (cited from Wikipedia, 31.08.201 1).
  • the paths of the light through the optical part of the system are to be understood.
  • 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 the spectral analysis are provided simultaneously or in chronological succession.
  • the optical means for determining the spectral properties are designed as multichannel spectrometers and intended to determine spectrums for several wavelengths of the illumination and / or measurement light independently of one another, preferably simultaneously with the generation of images of the scenes or objects, whose spectral properties are to be determined.
  • 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 corresponding to a wavelength or a wavelength range support points.
  • Combinations of silicon-based and / or indium-gallium-arsenide-based polychromatic and monochromatic line or area sensors which also cover a specific wavelength range to be spectrally analyzed.
  • 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.
  • TOF Time Of Flight principle.
  • a photonic mixer also referred to as a PMD sensor, is advantageously used as the image sensor.
  • 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.
  • 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.
  • Image stacks are taken from different focal planes, evaluated the individual images of these stacks with respect to the image sharpness of preferably relevant pixels and extracted from the results images of the scene or objects whose image sharpness is corrected.
  • the focus variation is made, for example, by stepwise changing the distance between the lens and the focal plane of the dispersion element.
  • an existing autofocusing device can be temporarily used for this purpose.
  • the use of DOE ' s or other optically correcting elements is conceivable in order to compensate the image blur.
  • 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.
  • the separate or integrated equipment of the opto-electronic system with an illumination light source that emits fluorescence exciting light is also provided.
  • 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.
  • polarization elements enables the processing of phase information, which is particularly useful in spectral ellipsometry for the investigation of Layer thicknesses and optical properties of different materials is advantageous.
  • 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.
  • 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 concept of the invention is the additional linking of the results of the spectral analysis with further 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.
  • 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.
  • 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.
  • the calibration of the intensity and / or the wavelength of the illumination light can be provided.
  • 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.
  • 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.
  • Further information supporting the context of the measurement is taken into account in the calculation of the gradient space information.
  • the real-time feedback of the measurement information takes place, for example, in the display by means of gratings, arrows, false-color areas offering support points, or also by means of haptic instant information to the user, for example acoustically and / or in the form of vibrations.
  • the feedback to the user does not necessarily have to be in the same place, that is to say the user can receive the information spatially separated via the communication interfaces of the system according to the invention, such as TCP / IP, Bluetooth etc.
  • the information output unit has, for example, an LED or OLED display for visually perceptible presentation of results.
  • the means for image generation are designed as a light field camera system.
  • Light field camera systems are known as plenoptic cameras. They detect the 4D light field of a scene, which not only knows the position and intensity of a light beam incident on the image sensor, but also its direction of incidence.
  • a grid of a plurality of microlenses is arranged in front of the image sensor.
  • the image-forming 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 an interface for temporarily combining adjacent pixels to form 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.
  • 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.
  • GPS Global Positioning System
  • 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.
  • illumination light is intended to mean the light directed onto the scene or the object under the term measuring light that of the scene or the object coming and corresponding to be evaluated by the respective application light to be understood.
  • artificial sources are provided for the illumination or measuring light, they can optionally be operated continuously or pulsed. If the system according to the invention is operated as a spectral video system, the sequence in which the moving images are recorded must be synchronized with the pulse frequency of the light source in such a way that the image is always taken when the scene or object is illuminated, so that periodically repetitive processes or periodically recurring events are made visible, for example, in order to be able to detect temporally progressive changes.
  • 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.
  • a superimposition of the live image can be carried out with a spectral measurement in which the sequence of image acquisition is greater than the sequence with which the spectral analysis takes place.
  • the image sensor is used in some areas for the spectral measurement and partially for the live image.
  • two cameras are preferably provided in the system, of which one of the spectral measurement and the second is reserved for the live image.
  • 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.
  • the image and spectral information recorded in real time are processed and processed in the same image sequences.
  • 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.
  • applications using the time sequence are useful, in which the dynamic history is to be visualized.
  • 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 in the case of rapid temporal changes to the measurement objects.
  • 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.
  • the distance determination to the object is nevertheless possible. Furthermore, it is thereby possible to measure transit time differences for the measurement of information from the temporal signal behavior of certain substances and applications and to provide them for further processing, such as, for example, the so-called FLIM technique (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy), the ion-sensitive fluorescent dyes for measuring intracellular ion concentrations used.
  • FLIM Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy
  • the fluorescence lifetime that is, the average residence time of the electrons in the excited state, changes with the ion concentration.
  • ambient light or artificial light can be used to illuminate the scenes or objects to be recorded.
  • the source of artificial light may be internal light sources, with optional optics, or external light sources that may also be pulsed, for example stroboscopic flashlights or TOF based 3D equipment.
  • the spectral resolution of the Total system can be realized by the number of light sources the entire spectral wavelength range - even outside the RGB color space - covers, use of a light source for fluorescence excitation in planar illumination, use of natural light sources for fluorescence spectroscopy 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,
  • diffuse illumination for example by means of an interposed microlens array or inserted plane mirror optics, in order to avoid energy or light losses,
  • 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.
  • the reference is "white” on one channel during parallel referencing, and the measurement information on the other channels.From a region of the image sensor to which no light falls, the reference "black” is obtained. 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.
  • DE 195 28 855 A1 describes a device in which renewed referencing between the measurements is possible with little effort.
  • 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 optical fiber 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.
  • 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.
  • 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.
  • the means for determining the spectral properties 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.
  • the transmission of information 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.
  • 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 is to be understood in the sense of the present invention as the computer-aided extension of the perception of reality, which includes all human sensory perceptions
  • the information can be used for machine vision, and in the context of the invention all forms of computer-aided solution of tasks can be considered which are based on the capabilities of the human visual
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 1 shows 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
  • FIG. 2 shows the basic illustration of a second exemplary embodiment, comprising a spectrometer intent, a smartphone having two cameras, an internal light source for object illumination and means for referencing the illumination light,
  • Figure 3 shows the schematic diagram of a third embodiment, formed from a spectrometer-intent and a smartphone with a camera, which comes directly into the imaging optics of the smartphone light coming from the object and at the same time separate light that has passed the spectrometer intent, and wherein the light entering the imaging optics is separated within the smartphone or directed together to an image sensor,
  • FIG. 4 shows the basic illustration of a fourth exemplary embodiment, consisting of two spectrometer attachments and a smartphone, which has two cameras, wherein an external natural or artificial light source for scene or object illumination 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 the second spectrometer intent has happened,
  • FIG. 5 shows the schematic representation of a fifth embodiment, consisting of a spectrometer intent and a smartphone having two cameras, both cameras, in contrast to the examples of Figure 2 and Figure 4 have the same light incident direction, in the first camera directly light coming from the object passes, and only light which has passed the spectrometer intent is passed into the second camera.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a sixth exemplary embodiment, consisting of a smartphone with a camera and an external spectrometer, with light coming directly from the object into the camera and into the spectrometer,
  • FIG. 7 shows the basic representation of a further exemplary embodiment, consisting of a smartphone with a camera and an integrated spectrometer, with light coming directly from the object into the camera and into the spectrometer in each case.
  • a multichannel prism spectrometer designed in the form of a spectrometer intent 1, has three channels 2, 3 and 4 by way of example, with which three different spectra of the measuring light beam 5 coming from an object 11 can be measured simultaneously.
  • the spectrometer comprises light columns S2, S3 and S4 associated with 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.
  • Fig.1a a plan view of the said and symbolically indicated functional elements of the spectrometer, the lying in the plane of adjacent channels 2, 3, 4 can be seen.
  • 1b shows the same representation in a side view, in which the channels 2, 3, 4, concealing each other, lie behind one another.
  • the measuring light enters the light gaps S2, S3, S4 at the same time, passes through the channels 2, 3, 4, exits via an interface 5 from the spectrometer attachment 1 and subsequently into a camera which, for example, substantially an objective O, a zoom optics Z and a spatially resolving image sensor B.
  • the camera is preferably part of a smartphone 6.
  • the term "smart phone” is to be understood as meaning devices which have the functions and functional components of a mobile telephone with a PDA (personnel Digital Assistant). They are equipped with at least one digital camera, GPS and WLAN receivers and internal power supply, 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 the operating system and programs. me, and optional removable media, for example 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.
  • the spectrometer intent 1 passes into the camera of the smartphone 6 as measurement light.
  • the image generation and the spectral analysis are carried out immediately in time.
  • 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.
  • the detection of the different spectra with separate sensors is possible and is within the scope of the invention.
  • the optoelectronic system according to the invention comprising a dual-channel spectrometer front attachment 1 and a smartphone 6.
  • the smartphone 6 has two cameras 7 and 8.
  • the cameras 7, 8 have 180 degrees offset from each other and thus opposite light incidence directions.
  • Both cameras 7, 8 are commercially equipped with the required for generating static or moving images of a scene or a single object optical components and beam paths.
  • the optoelectronic system according to the invention is equipped with an internal light source 9.
  • the camera 7 is preceded by the spectrometer intent 1, the camera 8 is used for image generation.
  • the light coming from the light source 9 is via a first beam path 10 as illuminating light to be imaged and spectrally analyzed object 1 1 and at the same time via a second beam path 12 as a reference light by means of mirror 13 in the spectrometer intent 1 and this subsequently in the camera. 7 directed.
  • the light coming from the object 1 1 passes as measuring light over a beam path 14 in the spectrometer intent 1 and at the same time as imaging light over a beam path 15, for example by means of mirrors 16 and 17 deflected into the second camera 8.
  • the image generation and spectral analysis are provided at the same time.
  • the optoelectronic system in one exemplary embodiment according to FIG. 3 consists of a spectrometer intent 1 and a smartphone 6 with a camera 7.
  • Ambient light is used to illuminate the object 11.
  • the measuring light coming from the object 1 1 passes via a beam path 18 in the spectrometer intent 1 and then into the camera 7 and at the same time as imaging light over a beam path 19 directly into the camera 7.
  • the beam paths for spectral analysis and the beam paths for image production run separately, and the image generation and spectral analysis are at the same time 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.
  • a second spectrometer intent 20 is disposed upstream, which is used for referencing the illumination light.
  • a natural or artificial light source 21 is provided to illuminate the spectrally analyzed object 1 1.
  • the illumination light is directed via a beam path 22 through the spectrometer intent 20 in the camera 8 and at the same time on a beam path 23 to the object 1 1.
  • the measuring light coming from the object 11 is, as in FIG. 3, directed via a beam path 18 through the spectrometer intent 1 into the first camera 7 and at the same time directly into the camera 7 via a beam path 19.
  • FIG. 5 shows a further embodiment with a smartphone 6 which has two cameras 7 and 8. Both cameras 7, 8 have here - unlike in the examples of Figure 2 and Figure 4 - no opposite directions of light incidence.
  • To illuminate the object 1 1 ambient light is used.
  • the measuring light coming from the object 11 is directed via a beam path 18 through the spectrometer intent 1 into the first camera 7 and at the same time via a beam path 19 into the second camera 8.
  • 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 for spectral analysis, the second for image generation.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment in which the optoelectronic system according to the invention is formed from a smartphone 6 with a camera 7 and an external spectrometer 24.
  • an artificial light source 25 is provided to illuminate the object 1 1.
  • the illumination light is directed onto the object 11 via a beam path 26.
  • the coupling of the spectrometer 24 to the smartphone 6 takes place via cable 27.
  • FIG. 7 shows the basic illustration of a further exemplary embodiment, consisting here of a smartphone 6 with a camera 7 and an integrated spectrometer 28.
  • a smartphone 6 with a camera 7 and an integrated spectrometer 28.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the use of the optoelectronic system according to the invention takes place e.g. for the purpose of color determination in the context of
  • Color sensors for monitors, printing technology, video or digital projectors for the correction of color values, or
  • Color sensors for building applications for color determination of surfaces, objects, etc. and subsequent controlled color matching in various applications.
  • - 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, rating, soil information, etc., where the reflection properties of derive information on vegetation indices and the health status of plants, eg
  • 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 differentiate the UV-A, UV-B and UV-C components and separate evaluation of the individual and sum signals over the course of 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 a picture or spectrum of the same image with smoke. 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.
  • 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.
  • a particularly advantageous application consists in the route guidance of the user when searching for objects with specific spectral properties within arbitrary scenes.

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Abstract

The invention relates to a miniaturized optoelectronic system for producing 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 of individually imaged objects (11). According to the invention, a system of this type comprises optical components and beam paths for producing static of moving images of a scene or of an individual object (11), optical components and beam paths for determining the spectral properties of one or more objects (11) contained in the scene or of the 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 present the results in a sensory manner, preferably for presenting the spectral properties in association with the objects (11) in a visually perceptible manner, and means for supply power to electronic components, wherein a design of the system in the form of a hand-held device, also as a handheld, is provided for.

Description

Titel  title
Miniaturisiertes optoelektronisches System zur Spektralanalyse  Miniaturized opto-electronic system for spectral analysis
Gebiet der Erfindung Field of the invention
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.
Stand der Technik State of the art
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 mobi- len 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 with 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. Imp- liziert 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, US 2010/0309454 A1 describes a compact spectrometer which is coupled to a mobile telephone or integrated in a miniaturized version in a mobile telephone. imp- The power supply, data memory, signal processing and real-time display of the measurement results are also indicated. 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.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
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 ge- nannten Art According to the invention, a miniaturized optoelectronic system of the type mentioned in the introduction comprises
optische Bauelemente und Strahlengänge zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder einer Szene oder eines einzelnen Objektes,  optical components and beam paths for generating static or moving images of a scene or a single object,
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,  optical components and beam 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 an optoelectronic transducer,
elektronische Bauelemente, ausgebildet zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Bildsensors,  electronic components adapted for processing the output signals of the image sensor,
eine Informationsausgabeeinheit, ausgebildet zur Ergebnisdarstellung sinnlich, vorzugsweise visuell wahrnehmbaren Darstellung der Spektraleigenschaften in Zuordnung zu den Objekten, und  an information output unit, designed to display the results sensually, preferably visually perceptible representation of the spectral properties in association with the objects, and
Mittel zur Stromversorgung der elektronischen Bauelemente,  Means for powering the electronic components,
wobei eine Ausführung des Systems in Form eines Handgerätes, auch als Handheld bezeichnet, vorgesehen ist. 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 .08.201 1 ). 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 Strahlen- gänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften zumindest abschnittweise getrennt oder gemeinsam , und die Bilderzeugung und die Spektralanalyse sind gleichzeitig oder zeitlich aufeinander folgend vorgesehen. wherein an embodiment of the system in the form of a hand-held device, also referred to as a handheld, is provided. 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 only one hand, hence the term Handheld, held by English in the hand (cited from Wikipedia, 31.08.201 1). 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 the spectral analysis are provided simultaneously or in chronological succession.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Mittel zur Bestimmung der Spektralei- genschaften 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. 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. In a preferred embodiment, the optical means for determining the spectral properties are designed as multichannel spectrometers and intended to determine spectrums for several wavelengths of the illumination and / or measurement light independently of one another, preferably simultaneously with the generation of images of the scenes or objects, whose spectral properties are to be determined. 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 corresponding to a wavelength or a wavelength range support points.
Optional können als optoelektronische Wandler vorgesehen sein Optionally, it may be provided as an optoelectronic converter
ein polychromatischer Silizium basierter Bildsensor,  a polychromatic silicon based image sensor,
ein polychromatischer Indium-Gallium-Arsenit (InGaAs) basierter Bildsensor,  a polychromatic indium gallium arsenite (InGaAs) based image sensor,
mehrere monochromatische Einzelsensoren auf Silizium- oder Indium-Gallium-Arsenid- Basis, die zusammenwirkend einen bestimmten, spektral zu analysierenden Wellenlängenbereich überdecken, oder  a plurality of monochromatic silicon or indium gallium arsenide based single sensors cooperatively covering a particular spectral wavelength range to be analyzed, or
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.  Combinations of silicon-based and / or indium-gallium-arsenide-based polychromatic and monochromatic line or area sensors which also cover a specific wavelength range to be spectrally analyzed.
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. 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 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. 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 Abbil- dungsunschärfen 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 blurring, which arises due to the dispersion in the direction of the Z-axis in accordance with the Rowland circle, as well as to compensate for further image blurring in planes which are inclined to the plane spanned by the Z-axis and the dispersion direction , Image stacks are taken from different focal planes, evaluated the individual images of these stacks with respect to the image sharpness of preferably relevant pixels and extracted 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. Alternativ ist zwecks Kompensation der Abbildungsunschärfe auch der Einsatz von DOE's oder von anderen optisch korrigierenden Elementen vorstellbar. 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. Alternatively, the use of DOE ' s 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 useful in spectral ellipsometry for the investigation of Layer thicknesses and optical properties of different materials is advantageous. 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 concept of the invention is the additional linking of the results of the spectral analysis with further 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 aus- gestattet 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. 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. Das Rückmeldung an den Nutzer muss dazu nicht zwingend am selben Ort erfolgen, das hei ßt der Nutzer kann die Information räumlich getrennt über die Kommunikationsschnittstellen des erfindungsgemäßen Systems erhalten, wie z.B. TCP/I P, Bluetooth etc. Further information supporting the context of the measurement, such as temperature, is taken into account in the calculation of the gradient space information. The real-time feedback of the measurement information takes place, for example, in the display by means of gratings, arrows, false-color areas offering support points, or also by means of haptic instant information to the user, for example acoustically and / or in the form of vibrations. The feedback to the user does not necessarily have to be in the same place, that is to say the user can receive the information spatially separated via the communication interfaces of the system according to the invention, such as 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 des- sen Einfallsrichtung. Zur Lichtfeldmessung wird beispielsweise ein Gitter aus mehreren Mikro- linsen 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 detect the 4D light field of a scene, which not only knows the position and intensity of a light beam incident on the image sensor, but also its direction of incidence. For light field measurement, for example, a grid of a plurality of 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 image-forming 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 an interface for temporarily combining adjacent pixels to form 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" is intended to mean the light directed onto the scene or the object under the term measuring light that of the scene or the object coming and corresponding to be evaluated by the respective application light to be understood.
Sind künstliche Quellen für das Beleuchtung- bzw. Messlicht vorgesehen, können diese optio- nal 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, they can optionally be operated continuously or pulsed. If the system according to the invention is operated as a spectral video system, the sequence in which the moving images are recorded must be synchronized with the pulse frequency of the light source in such a way that the image is always taken when the scene or object is illuminated, so that periodically repetitive processes or periodically recurring events are made visible, for example, in order to be able to detect 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, 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, a superimposition of the live image can be carried out with a spectral measurement in which the sequence of image acquisition is greater than the sequence with which the spectral analysis takes place. 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,
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 Vor- teil, 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 Spektral- analyse erfolgt. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Messobjekt spektral inhomogen ist. 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, which can perceive a refresh rate of 16 Hz, a superimposition of the live image can be 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.
Eine große Anzahl von Einzelmessungen während einer kleineren Anzahl von Bilderzeugungen verbessert hierbei die Genauigkeit der Gesamtmessung. 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. A large number of individual measurements during a smaller number of image generations improves the accuracy of the overall measurement. 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 Bil- derzeugung 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. 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, Laufzeitunter- schiede 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 lonenkonzentrationen verwendet. Hierbei wird die Tatsache genutzt, dass sich die Fluoreszenz-Lebenszeit, das heißt die mittlere Verweildauer der Elektronen im angeregten Zustand, mit der lonenkonzentration ändert. 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 in the case of rapid temporal changes to the measurement objects. 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 thereby possible to measure transit time differences for the measurement of information from the temporal signal behavior of certain substances and applications and to provide them for further processing, such as, for example, the so-called FLIM technique (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy), the ion-sensitive fluorescent dyes for measuring intracellular ion concentrations used. Here, the fact is used that the fluorescence lifetime, that is, the average residence time of the electrons in the excited state, changes 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 Strobo- skop-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. The source of artificial light may be internal light sources, with optional optics, or external light sources that may also be pulsed, for example stroboscopic flashlights or TOF based 3D equipment.
Dabei liegen folgende Varianten im Rahmen der Erfindung: The following variants are within the scope of the invention:
- Verwendung des Displays der Informationsausgabeeinheit als Beleuchtung, Use of the display of the information output unit as lighting,
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, Use of 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 recording of moving images. The spectral resolution of the Total system can be realized by the number of light sources the entire spectral wavelength range - even outside the RGB color space - covers, use of a light source for fluorescence excitation in planar illumination, use of natural light sources for fluorescence spectroscopy 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,
Verwendung des natürlichen Umgebungslichtes unter Zuhilfenahme eines oder mehrerer polarisierender Elemente zur Beleuchtung,  Use of natural ambient light with the aid of one or more polarizing elements for illumination,
- Modulation der natürlichen, internen oder externen Beleuchtung, z.B. im Zusammenhang mit zeitaufgelösten Applikationen, Modulation of the natural, internal or external illumination, e.g. in connection with time-resolved applications,
Steuerung und / oder Regelung der spektralen und zeitlichen Intensität des Beleuchtungslichtes,  Control and / or regulation of the spectral and temporal intensity of the illumination light,
diffuse Beleuchtung, beispielsweise mittels zwischengeschaltetem Mikrolinsenarray oder eingefügter Planspiegeloptik, um Energie- bzw. Lichtverluste zu vermeiden,  diffuse illumination, for example by means of an interposed microlens array or inserted plane mirror optics, in order to avoid energy or light losses,
individuelle Programmierung der vorhandenen Lichtquellen bezüglich der Intensität, Wellenlänge und / oder Polarisation des abgestrahlten Lichtes,  individual programming of the existing light sources with regard to the intensity, wavelength and / or polarization of the emitted light,
Verwendung adaptiver optischer Elemente in den Strahlengängen des Beleuchtungsund/oder Messlichtes, um die Wellenfront zu beeinflussen und dadurch beispielsweise Abbildungsfehler der beteiligten optischen Baugruppen zu korrigieren.  Using 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 multi-channel spectrometer, the reference is "white" on one channel during parallel referencing, and the measurement information on the other channels.From a region of the image sensor to which no light falls, the reference "black" is obtained. 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 vor- genommen. 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 processes are performed serially. In this regard, DE 195 28 855 A1, for example, describes a device in which renewed referencing between the measurements is 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 optical fiber 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: The feedback to the user is realized by the following procedures:
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, o- der  Spectral information with, for example, chemometrically relevant statements are coupled with other information and represented as "augmented reality", which is to be understood in the sense of the present invention as the computer-aided extension of the perception of reality, which includes all human sensory perceptions
die Informationen können für maschinelles Sehen („maschine vision") genutzt werden, wobei im Rahmen der Erfindung alle Formen der computergestützten Lösung von Aufga- benstellungen in Frage kommen, die sich an den Fähigkeiten des menschlichen visuellen The information can be used for machine vision, and in the context of the invention all forms of computer-aided solution of tasks can be considered which are based on the capabilities of the human visual
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. 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. Systems, 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. 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
Fig.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 shows 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
Fig.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 shows the basic illustration of a second exemplary embodiment, comprising a spectrometer intent, a smartphone having two cameras, an internal light source for object illumination and means for referencing the illumination light,
Fig.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,  Figure 3 shows the schematic diagram of a third embodiment, formed from a spectrometer-intent and a smartphone with a camera, which comes directly into the imaging optics of the smartphone light coming from the object and at the same time separate light that has passed the spectrometer intent, and wherein the light entering the imaging optics is separated within the smartphone or directed together to an image sensor,
Fig.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. Objektbeleuch- tung 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 shows the basic illustration of a fourth exemplary embodiment, consisting of two spectrometer attachments and a smartphone, which has two cameras, wherein an external natural or artificial light source for scene or object illumination 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 the second spectrometer intent has happened,
Fig.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 Fig.2 und Fig.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 Spektrome- ter-Vorsatz passiert hat. 5 shows the schematic representation of a fifth embodiment, consisting of a spectrometer intent and a smartphone having two cameras, both cameras, in contrast to the examples of Figure 2 and Figure 4 have the same light incident direction, in the first camera directly light coming from the object passes, and only light which has passed the spectrometer intent is passed into the second camera.
Fig.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 is a schematic diagram of a sixth exemplary embodiment, consisting of a smartphone with a camera and an external spectrometer, with light coming directly from the object into the camera and into the spectrometer,
Fig.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 shows the basic representation of a further exemplary embodiment, consisting of a smartphone with a camera and an integrated spectrometer, with light coming directly from the object into the camera and into the spectrometer in each case.
Fig.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 1 1 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, has three channels 2, 3 and 4 by way of example, with which three different spectra of the measuring light beam 5 coming from an object 11 can be measured simultaneously. Essentially, the spectrometer comprises light columns S2, S3 and S4 associated with 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 Fig.1 a, einer Draufsicht auf die genannten und symbolisch angedeuteten Funktionselemente des Spektrometers, sind die in der Zeichenebene nebeneinander liegenden Kanäle 2, 3, 4 erkennbar. Fig.1 b zeigt dieselbe Darstellung in einer Seitenansicht, in welcher die Kanäle 2, 3, 4, einander verdeckend, hintereinander liegen. In Fig.1a, a plan view of the said and symbolically indicated functional elements of the spectrometer, the lying in the plane of adjacent channels 2, 3, 4 can be seen. 1b shows the same representation in a side view, in which the channels 2, 3, 4, concealing each other, lie behind one another.
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 gaps S2, S3, S4 at the same time, passes through the channels 2, 3, 4, exits via an interface 5 from the spectrometer attachment 1 and subsequently into a camera which, for example, substantially an objective O, a zoom optics Z and a spatially 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 Program- me, 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 "smart phone" is to be understood as meaning devices which have the functions and functional components of a mobile telephone with a PDA (personnel Digital Assistant). They are equipped with at least one digital camera, GPS and WLAN receivers and internal power supply, 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 the operating system and programs. me, and optional removable media, for example 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 erfindungsge- mäßen optoelektronischen Systems als Messlicht ausschließlich das von dem Objekt 1 1 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 this embodiment of the optoelectronic system according to the invention, only the light coming from the object 11 which has passed the spectrometer intent 1 passes into the camera of the smartphone 6 as measurement light. 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.
Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems, bestehend aus einem zweikanaligen Spektrometer-Vorsatz 1 und einem Smartphone 6. Au ßer- dem 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 Ausführungsbei- spiel mit einer internen Lichtquelle 9 ausgestattet. 2 shows an exemplary embodiment of the optoelectronic system according to the invention, comprising a dual-channel spectrometer front attachment 1 and a smartphone 6. For putting, the smartphone 6 has two cameras 7 and 8. The cameras 7, 8 have 180 degrees offset from each other and thus opposite light incidence directions. Both cameras 7, 8 are commercially equipped with the required for generating static or moving images of a scene or a single object optical components and beam paths. Furthermore, in this exemplary embodiment, the optoelectronic system according to the invention is equipped with an internal light source 9.
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 1 1 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 1 1 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 Spektralana- lyse sind gleichzeitig vorgesehen. The camera 7 is preceded by the spectrometer intent 1, the camera 8 is used for image generation. The light coming from the light source 9 is via a first beam path 10 as illuminating light to be imaged and spectrally analyzed object 1 1 and at the same time via a second beam path 12 as a reference light by means of mirror 13 in the spectrometer intent 1 and this subsequently in the camera. 7 directed. The light coming from the object 1 1 passes as measuring light over a beam path 14 in the spectrometer intent 1 and at the same time as imaging light over a beam path 15, for example by means of mirrors 16 and 17 deflected into the second camera 8. The image generation and spectral analysis are provided at the same time.
Das optoelektronische System in einem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 besteht aus einem Spektrometer-Vorsatz 1 und einem Smartphone 6 mit einer Kamera 7. Zur Beleuchtung des Objektes 1 1 wird Umgebungslicht genutzt. Das vom Objekt 1 1 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 flä- 5 chigen Bildsensors vorgenommen. Das in die Abbildungsoptik eintretende Licht ist innerhalb des Smartphones getrennt oder gemeinsam auf den Bildsensor gerichtet. The optoelectronic system in one exemplary embodiment according to FIG. 3 consists of a spectrometer intent 1 and a smartphone 6 with a camera 7. Ambient light is used to illuminate the object 11. The measuring light coming from the object 1 1 passes via a beam path 18 in the spectrometer intent 1 and then into the camera 7 and at the same time as imaging light over a beam path 19 directly into the camera 7. Here, the beam paths for spectral analysis and the beam paths for image production run separately, and the image generation and spectral analysis are at the same time 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.
Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Smartphone 6, das wiederum zwei Kameras 7 und 8 mit entgegengesetzten Lichteinfallsrichtungen aufweist. Der Kal o mera 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 1 1 ist eine natürliche oder künstliche Lichtquelle 21 vorgesehen. 4 shows a further embodiment in connection with a smartphone 6, which in turn has two cameras 7 and 8 with opposite light incidence directions. The Kal o mera 7 is preceded by a first spectrometer intent 1, which is used for spectral analysis, while the camera 8, a second spectrometer intent 20 is disposed upstream, which is used for referencing the illumination light. To illuminate the spectrally analyzed object 1 1, a natural or artificial light source 21 is provided.
15 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 1 1 gerichtet. Das vom Objekt 1 1 kommende Messlicht ist, vergleichbar zu Fig.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 die15 The illumination light is directed via a beam path 22 through the spectrometer intent 20 in the camera 8 and at the same time on a beam path 23 to the object 1 1. The measuring light coming from the object 11 is, as in FIG. 3, directed via a beam path 18 through the spectrometer intent 1 into the first camera 7 and at the same time directly into the camera 7 via a beam path 19. The beam paths for spectral analysis and the
20 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. 20 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 Fig.5 zeigt ein weiteres Ausfüh- 25 rungsbeispiel mit einem Smartphone 6, das zwei Kameras 7 und 8 aufweist. Beide Kameras 7, 8 haben hier - anders als in den Beispielen nach Fig.2 und Fig.4 - keine entgegengesetzten Lichteinfallsrichtungen. Zur Beleuchtung des Objektes 1 1 wird Umgebungslicht genutzt. Das vom Objekt 1 1 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 Kame- 30 ra 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 35 zweite der Bilderzeugung. The basic illustration of the optoelectronic system according to FIG. 5 shows a further embodiment with a smartphone 6 which has two cameras 7 and 8. Both cameras 7, 8 have here - unlike in the examples of Figure 2 and Figure 4 - no opposite directions of light incidence. To illuminate the object 1 1 ambient light is used. The measuring light coming from the object 11 is directed via a beam path 18 through the spectrometer intent 1 into the first camera 7 and at the same time via a beam path 19 into the second camera 8. 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 for spectral analysis, the second for image generation.
Aus Fig.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 1 1 ist eine künstliche Lichtquelle 25 vorgesehen. Das Beleuchtungslicht ist über einen Strahlenverlauf 26 auf das Objekt 1 1 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. FIG. 6 shows an exemplary embodiment in which the optoelectronic system according to the invention is formed from a smartphone 6 with a camera 7 and an external spectrometer 24. To illuminate the object 1 1, an artificial light source 25 is provided. The illumination light is directed onto the object 11 via a beam path 26. Via a beam path 18, light coming from the object passes into the spectrometer 24, light coming from the object passes into the camera 7 via a beam path 19. The coupling of the spectrometer 24 to the smartphone 6 takes place via cable 27.
Fig.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 basic illustration of a further exemplary embodiment, consisting here of a smartphone 6 with a camera 7 and an integrated spectrometer 28. Via the beam path 18, light coming from the object passes into the spectrometer 28, light coming from the object arrives via the beam path 19 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. Die Verwendung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Systems erfolgt z.B. zum Zweck der Farbbestimmung im Zusammenhang mit 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. The use of the optoelectronic system according to the invention takes place e.g. for the purpose of color determination in the context of
Farbsensoren für Monitore, Drucktechnik, Video- bzw. Digitalprojektoren zur Korrektur der Farbwerte, oder  Color sensors for monitors, printing technology, video or digital projectors for the correction of color values, or
Farbsensoren für Bauanwendungen zur Farbermittlung von Flächen, Objekten, usw. und nachfolgenden kontrollierten Farbabstimmungen bei diverser Applikationen.  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 The data collected will continue to be used for ingredient determination in connection with
Pulsoxymetern auf Reflexionsbasis,  Reflection-based pulse oximeters,
- Photometern für Point-Of-Care (POC)-Anwendungen, - photometers for point-of-care (POC) applications,
nasschemische Kopplung zu Photometern,  wet-chemical coupling to photometers,
forensische Anwendungen,  forensic applications,
fernoptischen Erkundungen in Kopplung mit Spektralmessungen,  remote-optical explorations coupled with spectral measurements,
mikrooptische Beobachtungen in Verbindung mit Spektralmessung,  micro-optical observations in conjunction with spectral measurement,
- 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 Ve- getation und Bodenformationen z.B. Aussagen über Vegetationsindizes und den Gesundheitsstatus der Pflanzen ableiten lassen, - 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, rating, soil information, etc., where the reflection properties of derive information on vegetation indices and the health status of plants, eg
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,  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 differentiate the UV-A, UV-B and UV-C components and separate evaluation of the individual and sum signals over the course of time, thermography detectors, also connected to thermometer applications,
Brand- und Rauchmeldern, wobei die Flammen aufgrund ihrer charakteristischen Frequenz und spektralen Strahlung detektiert werden. Brandgase werden durch den Ver- gleich 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.  Fire and smoke detectors, where the flames are detected due to their characteristic frequency and spectral radiation. Fire gases are detected by comparing a picture or spectrum of the same image with smoke. 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.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 Spektrometer- Vorsatz 1 spectrometer attachment
2 Kanal  2 channel
5 3 Kanal  5 3 channel
4 Kanal  4 channel
5 Schnittstelle  5 interface
6 Smartphone  6 smartphone
7 Kamera  7 camera
10 8 Kamera  10 8 camera
9 Lichtquelle  9 light source
10 Strahlenverlauf  10 ray path
1 1 Objekt  1 1 object
12 Strahlenverlauf  12 ray path
15 13 Spiegel  15 13 mirrors
14 Strahlenverlauf  14 ray path
15 Strahlenverlauf  15 ray path
16 Spiegel  16 mirrors
17 Spiegel  17 mirrors
20 18 Strahlenverlauf  20 18 ray path
19 Strahlenverlauf  19 ray path
20 Spektrometer- Vorsatz  20 spectrometer attachment
21 Lichtquelle  21 light source
22 Strahlenverlauf  22 ray path
25 23 Strahlenverlauf  25 23 Beam path
24 externes Spektrometer  24 external spectrometer
25 Lichtquelle  25 light source
26 Strahlenverlauf  26 ray path
27 Kabel  27 cables
30 28 internes Spektrometer  30 28 internal spectrometer
B2, B3, B4 Bereiche auf BildsensorB2, B3, B4 areas on image sensor
L1 .2, L1 .3 L1 .4 LinsengruppenL1 .2, L1 .3 L1 .4 lens groups
L2.2, L2.3; L2.4 LinsengruppenL2.2, L2.3; L2.4 lens groups
35 O Objektiv 35 O lens
P Prisma  P prism
S2, S3, S4 Lichtspalte  S2, S3, S4 light column
Z Zoomoptik  Z zoom optics

Claims

Patentansprüche claims
1 . Miniaturisiertes optoelektronisches System, umfassend 1 . Miniaturized optoelectronic system comprising
optische Bauelemente und Strahlengänge zur Erzeugung statischer oder bewegter Bilder einer Szene oder eines einzelnen Objektes (1 1 ),  optical components and beam paths for generating static or moving images of a scene or a single object (1 1),
optische Bauelemente und Strahlengänge zur Bestimmung der Spektraleigenschaften eines oder mehrerer in der Szene enthaltener Objekte (1 1 ) oder des einzelnen Objektes (1 1 ),  Optical components and beam paths for determining the spectral properties of one or more objects contained in the scene (1 1) or the individual object (1 1),
mindestens einen Bildsensor als optoelektronischen Wandler,  at least one image sensor as optoelectronic transducer,
elektronische Bauelemente, ausgebildet zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Bildsensors,  electronic components adapted for processing the output signals of the image sensor,
eine Informationsausgabeeinheit zur Ergebnisdarstellung in Zuordnung zu den Objekten (1 1 ), und  an information output unit for displaying results in association with the objects (1 1), and
Mittel zur Stromversorgung der elektronischen Bauelementen  Means for powering the electronic components
wobei eine Ausführung des Systems in Form eines Handgerätes vorgesehen ist.  wherein an embodiment of the system is provided in the form of a hand-held device.
2. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 1 , bei dem 2. Miniaturized optoelectronic system according to claim 1, wherein
die Bilderzeugung und die Spektralanalyse gleichzeitig oder zeitlich aufeinander folgend vorgesehen sind, wobei  the image generation and the spectral analysis are provided simultaneously or temporally successively, wherein
die jeweiligen Strahlengänge getrennt oder gemeinsam verlaufen.  the respective beam paths separated or run together.
3. 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. 3. 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.
4. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 3, 4. Miniaturized optoelectronic system according to claim 3,
ausgestattet mit einem hyperspektralen Mehrkanalspektrometer, und  equipped with a hyperspectral multichannel spectrometer, and
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.  designed for analyzing the 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 multiple monochromatic, a predetermined wavelength range detecting individual sensors is provided.
5. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 4, bei dem die Erzeugung zwei- oder dreidimensionaler Bilder der Szene oder des Objektes (1 1 ), und 5. Miniaturized optoelectronic system according to claim 4, wherein the generation of two- or three-dimensional images of the scene or the object (11), and
die Ermittlung der Spektren bezogen auf eine oder mehrere einzelne Linien, auf die Fläche oder auf das Volumen des jeweiligen Objektes (1 1 ) vorgesehen ist.  the determination of the spectra based on one or more individual lines, on the surface or on the volume of the respective object (1 1) is provided.
6. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 5, bei dem die Erzeugung dreidimensionaler Bilder auf Basis des TOF = Time Of Flight-Prinzips vorgesehen ist. 6. 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.
7. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Mittel zur Bilderzeugung und zur Spektralanalyse 7. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, wherein the means for image generation and spectral analysis
innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses untergebracht sind, oder  housed within a common housing, or
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.  housed in separate modules and coupled to each other via interfaces, wherein the means for image forming a dispersive optics, preferably an optical grating (5), prism or filter, is arranged upstream.
8. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 7, 8. Miniaturized optoelectronic system according to claim 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 Spektralei- genschaften Freistrahloptiken oder Lichtwellenleiter vorhanden sind.  designed to use the natural light as a lighting and measuring light, or equipped with an artificial source for illumination and measuring light, wherein free-beam optics or optical waveguides are present for coupling the measuring light into the beam paths for determining the spectral properties.
9. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 8, mit einer Fluoreszenz anregendes Licht abstrahlenden Lichtquelle. 9. Miniaturized optoelectronic system according to claim 8, with a fluorescence exciting light emitting light source.
10. 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. 10. 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.
1 1 . 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 1 1. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, equipped with means for generating instructions for the user to act as a result of the evaluation of the determined spectral properties, or
im Ergebnis zusätzlicher Verknüpfung dieser Auswerteergebnisse mit weiteren, die Szenen und Objekte (1 1 ) betreffenden Informationen.  as a result of additional linking of these evaluation results with other information concerning the scenes and objects (11).
12. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 1 1 , ausgestattet mit Mitteln zur Zielführung des Nutzers bei der Suche nach Objekten (1 1 ) mit bestimmten Spektraleigenschaften innerhalb beliebiger Szenen. 12. Miniaturized optoelectronic system according to claim 1 1, equipped with means for guidance of the user in the search for objects (1 1) with certain spectral properties within arbitrary scenes.
13. 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. 13. 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 retrieving information from external data storage, preferably reference values for calibrations of at least the optical imaging or spectral analysis means.
14. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 13, bei dem die Kalibrierung der Intensität und / oder der Wellenlänge des Beleuchtungs- und / oder Messlichtes vorgesehen ist. 14. 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.
15. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Informationsausgabeeinheit ein LED- oder OLED-Display aufweist. 15. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, wherein the information output unit comprises a LED or OLED display.
16. 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. 16. 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.
17. 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. 17. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, wherein a pulsed illumination or measuring light source provided and the sequence is synchronized in the recording of moving images with the turn-on frequency of the light source.
18. 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.
19. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgestattet mit Beschleunigungssensor, Gyroskop, Neigungsmesser und ausgebildet zur Einbindung in das Global Positioning System (GPS). 19. 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).
20. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach Anspruch 19, bei dem die Bestimmung des Einfallswinkels des Mess- bzw. Beleuchtungslichtes auf ein abzubildendes Objekt (1 1 ) in Relation zur optischen Achse der Abbildungsoptik mittels GPS und Neigungsmesser vorgesehen ist. Miniaturisiertes optoelektronisches System nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgebildet zur Klassifizierung von abgebildeten Objekten (1 1 ) anhand ihrer spektralen Eigenschaften. 20. Miniaturized optoelectronic system according to claim 19, wherein the determination of the angle of incidence of the measurement or illumination light is provided on an object to be imaged (1 1) in relation to the optical axis of the imaging optics by means of GPS and inclinometer. Miniaturized optoelectronic system according to one of the preceding claims, designed to classify imaged objects (1 1) on the basis of their spectral properties.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110118750A (en) * 2019-05-13 2019-08-13 江南大学 Hand-held spectrophotometer based on smart phone

Families Citing this family (4)

* 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
DE202015100749U1 (en) * 2015-02-17 2016-05-18 Tridonic Jennersdorf Gmbh Wireless color temperature sensor module
US11709370B2 (en) 2018-05-08 2023-07-25 Apple Inc. Presentation of an enriched view of a physical setting
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

Family Cites Families (8)

* 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
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
US8081244B2 (en) * 2006-07-24 2011-12-20 Michael Golub Snapshot spectral imaging systems and methods
US8345226B2 (en) 2007-11-30 2013-01-01 Jingyun Zhang Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices
WO2009087617A1 (en) * 2008-01-04 2009-07-16 Seethrough Ltd. Method and apparatus for high resolution spectroscopy and spectral imaging
US8305577B2 (en) * 2010-11-04 2012-11-06 Nokia Corporation Method and apparatus for spectrometry

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013053876A2 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110118750A (en) * 2019-05-13 2019-08-13 江南大学 Hand-held spectrophotometer based on smart phone

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