EP2513617A1 - Ring luminaire, in particular for optical spectrometers - Google Patents

Abstract

1. The invention relates to a ring luminaire, in particular for optical spectrometers. 2.1. Using conventional ring luminaires, the illumination light can only be used with great effort and only limited accuracy as a reference for a measurement. The aim of the invention is to receive reference radiation with less effort. 2.2. For said purpose, inlet ends (3.1) of a plurality of reference optical fibers (3) are arranged additionally in the at least one inlet bundle (4) of the ring luminaire (1), wherein the outlet ends (3.2) thereof are bundled away from the ring (9) to form at least one reference bundle (7). 2.3. The invention further relates to optical spectrometers.

Description

Rinqleuchte. insbesondere für optische Spektrometer  Rinqleuchte. especially for optical spectrometers

Die Erfindung betrifft eine Ringleuchte, insbesondere Spaltringleuchte, mit einer Vielzahl von Beleuchtungslichtwellenleitern, deren Austrittsenden in Form eines Rings angeordnet sind und deren Eintrittsenden zu mindestens einem Eintrittsbündel zusammengefasst sind. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Messkopf für ein optisches Spektrometer und ein optisches Spektrometersystem mit einer solchen Ringleuchte. The invention relates to a ring light, in particular split-ring light, with a plurality of illumination optical waveguides whose outlet ends are arranged in the form of a ring and whose inlet ends are combined to form at least one inlet bundle. In particular, the invention relates to a measuring head for an optical spectrometer and an optical spectrometer system with such a ring light.

Die Anordnung in Form eines Rings bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Austrittsenden so angeordnet sind, dass parallele Projektionen ihrer Austrittsflächen zwischen zwei Ovalen, insbesondere zwischen zwei Ellipsen oder zwischen zwei Kreisen, liegen. Im Innenbereich des Rings sind keine Austrittsenden angeordnet. Die Austrittsenden können gegeneinander verkippt sein, so dass die optischen Achsen der Beleuchtungslichtwellenleiter ringseitig nicht parallel sind. The arrangement in the form of a ring in the sense of the invention means that the exit ends are arranged so that parallel projections of their exit surfaces lie between two ovals, in particular between two ellipses or between two circles. In the interior of the ring no outlet ends are arranged. The exit ends may be tilted relative to one another such that the optical axes of the illumination optical waveguides are not parallel on the ring side.

Ringleuchten werden beispielsweise in der Mikroskopie, in der Fotographie und in der optischen Spektroskopie zur gleichmäßigen Beleuchtung verwendet. Dadurch kann beispielsweise bei geringen Entfernungen zwischen Objektiv und beleuchtetem Objekt der Schattenwurf vermindert werden. Ring lights are used for example in microscopy, in photography and in optical spectroscopy for uniform illumination. As a result, the shadow cast can be reduced, for example, at small distances between the objective and the illuminated object.

Ein Spektrometer ist ein wellenlängenselektiver Detektor. Ein mit zwei Spektrometern ausgerüstetes Spektrometersystem kann im sogenannten Zweistrahlbetrieb messen. Beim Zweistrahlbetrieb empfängt das erste Spektrometer im sogenannten Messkanal von der Probe remittiertes Licht, der zweite im sogenannten Referenzkanal empfängt simultan direktes Licht von der Lichtquelle. Für die Auswertung wird der Quotient der Detektorsignale aus Mess- und Referenzkanal (statt nur des Messkanals im A spectrometer is a wavelength-selective detector. A spectrometer system equipped with two spectrometers can measure in so-called two-beam operation. When two-beam operation, the first spectrometer receives in the so-called measuring channel of the sample remitted light, the second in the so-called reference channel simultaneously receives direct light from the light source. For the evaluation, the quotient of the detector signals from measuring and reference channel (instead of just the measuring channel in

Einstrahlbetrieb) herangezogen. Im Quotienten sind zumindest ein Teil der Einstrahlbetrieb) used. In the quotient are at least a part of

Schwankungen der Strahldichte der Lichtquelle und Detektorempfindlichkeit nicht mehr enthalten. Räumliche Änderungen der Lichtquellenposition können sich in Mess- und Referenzkanal unterschiedlich auf die Strahldichte auswirken, so dass nur ein Teil der Lichtquellenschwankung durch die Quotientenbildung kompensiert wird. Das erste Spektrometer empfängt nur einen Teil der von der Probe remittierten Strahlung (von einer bestimmten Beobachtungsfläche und aus einem beobachteten Raumwinkel). Die auf das Spektrometer fallende Lichtleistung, ist dabei das Integral der remittierten Strahldichte über die beobachtete Fläche und Raumwinkel. Die von der Probe remittierte Strahlung ist annähernd (bei idealem Lambertstrahler genau) proportional der unter einem bestimmten Winkel auf die Probe fallenden Variations in the beam density of the light source and detector sensitivity are no longer included. Spatial changes in the light source position can have different effects on the radiance in the measuring and reference channels, so that only part of the light source fluctuation is compensated by the quotient formation. The first spectrometer receives only a portion of the radiation returned by the sample (from a given observation area and from an observed solid angle). The light power falling on the spectrometer is the integral of the remitted radiance over the observed surface and solid angle. The radiation remitted by the sample is approximately (in the case of an ideal Lambert radiator exactly) proportional to the sample falling at a certain angle to the sample

Lichtleistung. Die vom Referenzspektrometer empfangene Lichtleistung ist hingegen das Integral der Strahldichte der Lichtquelle über die vom Referenzspektrometer erfasste Fläche und Raumwinkel der Lichtquelle. Die Zweistrahlmessung nutzt dies zur Kompensation der Schwankung der Strahldichte der Lichtquelle, in dem der Quotient aus den Signalen von Referenz- und Messdetektor gebildet wird. Die Kompensation erfordert, dass der Referenzdetektor Licht von der gleichen Fläche und Raumwinkel der Lichtquelle wie die Probe empfängt. Dass Probe und Light output. By contrast, the light power received by the reference spectrometer is the integral of the beam density of the light source over the area and solid angle of the light source detected by the reference spectrometer. The two-beam measurement uses this to compensate for the fluctuation of the beam density of the light source, in which the quotient of the signals of reference and measurement detector is formed. The compensation requires that the reference detector receive light from the same area and solid angle of the light source as the sample. That sample and

Referenzdetektor genau gleiche Fläche und Raumwinkel der Lichtquelle erfassen, ist jedoch nicht möglich. Dies erfordert einen technischen Kompromiss. Reference detector detect exactly the same area and solid angle of the light source, but is not possible. This requires a technical compromise.

Ein möglicher Kompromiss ist die Anordnung einer Teilerplatte zur Auskopplung der Referenzstrahlung. Ein derartiges Spektrometersystem zur Erfassung der von einer Messfläche remittierten Strahlung ist aus EP 0 279 191 B1 (Carl Zeiss) bekannt. Hier haben die Beleuchtungs- und die Messeinrichtung eine gemeinsame Mittelachse, die senkrecht auf der Messfläche steht. Die Beleuchtungsanordnung weist dabei mindestens drei Beleuchtungslichtwellenleiter auf, deren optische Achsen an den Austrittsenden auf einem zur Mittelachse konzentrischen Konus angeordnet sind und die Messfläche unter einem Winkel von 45° zur Messflächennormalen beleuchten. Die Messeinrichtung nimmt Licht unter einem Winkel von 0° zur Normalen der Messfläche auf (sogenannte 4570°-Messgeometrie). Zwischen der Lichtquelle und den Eintrittsenden der Beleuchtungslichtwellenleiter ist eine Teilerplatte zur A possible compromise is the arrangement of a divider plate for coupling the reference radiation. Such a spectrometer system for detecting the radiation remitted from a measuring surface is known from EP 0 279 191 B1 (Carl Zeiss). Here, the lighting and the measuring device have a common center axis, which is perpendicular to the measuring surface. The illumination arrangement has at least three illumination optical waveguides whose optical axes are arranged at the exit ends on a cone concentric with the central axis and illuminate the measurement surface at an angle of 45 ° to the measurement surface normal. The measuring device absorbs light at an angle of 0 ° to the normal of the measuring surface (so-called 4570 ° measuring geometry). Between the light source and the entrance ends of the illumination optical waveguide is a divider plate for

Auskopplung von Referenzstrahlung in einen Referenzlichtwellenleiter angeordnet. Coupling of reference radiation arranged in a reference optical waveguide.

Die Teilerplatte erfordert zunächst eine aufwendige Justage der Lichtwellenleiter, um in Mess- und Referenzkanal eine identische Abbildung der Lichtquelle zu erzielen. Sie hat den weiteren Nachteil, dass die Aufnahme und Auswertung der The splitter plate first requires a complicated adjustment of the optical waveguide in order to achieve an identical image of the light source in the measuring and reference channel. It has the further disadvantage that the recording and evaluation of

Referenzstrahlung empfindlich von der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle abhängt. Eine Veränderung derselben, beispielsweise durch Schwankungen der Lichtquellenposition aufgrund von Temperaturveränderungen, wirkt sich in dem Referenzkanal anders als in dem Messkanal aus. Dadurch wird die mit der internen Referenzierung beabsichtigte Kompensation der Veränderungen der Lichtquelle im Messkanal beeinträchtigt oder sie wirkt sich sogar als Störeffekt aus. Weiterhin kann es insbesondere bei einem Wechsel des Leuchtmittels zu einem stark Reference radiation sensitive to the radiation characteristics of the light source depends. A change of the same, for example due to fluctuations in the Light source position due to temperature changes, affects in the reference channel differently than in the measuring channel. As a result, compensation for changes in the light source in the measuring channel intended for internal referencing is impaired, or it even has an effect of disturbing. Furthermore, it can be a strong especially when changing the bulb

unterschiedlichen Verhältnis der auf die beiden Kanäle übertragenen different ratio of transmitted to the two channels

Strahlungsleistungen kommen. Radiation services come.

Auch in anderen Anwendungsgebieten von Ringleuchten wie der Mikroskopie oder der Ophthalmologie besteht teilweise die Notwendigkeit, das Beleuchtungslicht als Referenz für eine Messung heranzuziehen. Auch in der Fotographie sind In other fields of application of ring lights, such as microscopy or ophthalmology, there is a partial need to use the illumination light as a reference for a measurement. Also in the photograph are

Anwendungen mit Referenzierung des Beleuchtungslichts denkbar. Mit Applications with referencing of the illumination light conceivable. With

herkömmlichen Ringleuchten ist das nur mit großem Aufwand und auch dann nur mit begrenzter Genauigkeit möglich. conventional ring lights this is possible only with great effort and then only with limited accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ringleuchte anzugeben, die die Aufnahme von Referenzstrahlung mit geringerem Aufwand ermöglicht. The invention has for its object to provide a ring light, which allows the recording of reference radiation with less effort.

Die Aufgabe wird durch eine Ringleuchte, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst. The object is achieved by a ring lamp, which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem mindestens einen Eintrittsbündel zusätzlich Eintrittsenden einer Vielzahl von Referenzlichtwellenleitern angeordnet sind, deren Austrittsenden abseits des Rings zu mindestens einem Referenzbündel zusammengefasst sind. Insbesondere bei Weitbereichsspektrometersystemen mit mehreren Spektrometern für verschiedene Wellenlängenbereichen können die Referenzlichtwellenleiter auf mehrere Referenzbündel verteilt sein According to the invention it is provided that in the at least one inlet bundle additionally inlet ends of a plurality of reference optical waveguides are arranged, whose outlet ends are combined away from the ring to at least one reference beam. In particular, in the case of wide-range spectrometer systems with a plurality of spectrometers for different wavelength ranges, the reference optical waveguides can be distributed over a plurality of reference beams

(Weitbereichsspektrometersystem mit interner Referenzierung/Zweistrahl- Weitbereichsspektrometersystem). Alternativ kann eines von mehreren (Wide-range spectrometer system with internal referencing / two-beam wide-area spectrometer system). Alternatively, one of several

Referenzbündeln für eine integrale (wellenlängenunabhängige) Messung genutzt werden. Die erfindungsgemäße Abzweigung eines Teilbündels des Eintrittsbündels als Referenzbündel ermöglicht die Aufnahme von Referenzstrahlung ohne zusätzliche Hilfsmittel wie Teilerplatten oder sonstigen Reflektoren, also mit geringem Aufwand bei hoher Effizienz. Es werden lediglich diejenigen optischen Mittel benötigt, die ohnehin zur Einkopplung in die Beleuchtungslichtwellenleiter erforderlich sind. Reference bundles are used for an integral (wavelength-independent) measurement. The branching according to the invention of a partial bundle of the entry bundle as a reference bundle makes it possible to receive reference radiation without additional aids such as divider plates or other reflectors, ie with little effort and with high efficiency. Only those optical means are required which are required for coupling into the illumination optical waveguides anyway.

Zudem wird eine robuste interne Referenzierung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität bei der Konstruktion eines Spektrometers mit einer In addition, a robust internal referencing is possible. Another advantage is the flexibility in designing a spectrometer with a

erfindungsgemäßen Ringleuchte. Lichtwellenleiter lassen sich beliebig führen, die Ankopplung an die anderen Teile eines Messkopfes und besonders auch der Einsatz in einem Kompaktspektrometersystem sind mit geringem Aufwand möglich. ring light according to the invention. Fiber optic cables can be routed arbitrarily, the coupling to the other parts of a measuring head and especially the use in a compact spectrometer system are possible with little effort.

Vorteilhafterweise können in dem Eintrittsbündel beispielsweise 14596 Advantageously, for example, 14596 in the entry bundle

Beleuchtungslichtwellenleiter und 164 Referenzlichtwellenleiter zusammengefasst sein, so dass das Eintrittsbündel insgesamt 14760 Eintrittsenden aufweist. Illuminating optical fiber and 164 reference optical waveguides are summarized, so that the entrance bundle has a total of 14,760 entrance ends.

Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen die Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter oder lokale Gruppen von Eintrittsenden über den Particularly preferred embodiments are those in which the inlet ends of the reference optical fibers or local groups of inlet ends via the

Querschnitt des Eintrittsbündels statistisch gleichverteilt oder zumindest im Cross section of the entrance bundle statistically equally distributed or at least in

wesentlichen gleichverteilt angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind auch are arranged substantially equally distributed. Also particularly preferred are

Ausführungsformen, in denen in flächengleichen, insbesondere kongruenten, Abschnitten eines Querschnitts des Eintrittsbündels jeweils eine identische oder zumindest im wesentlichen identische, von Null verschiedene Anzahl Embodiments in which in identical, in particular congruent, sections of a cross section of the entrance bundle each have an identical or at least substantially identical, non-zero number

Referenzlichtwellenleitern oder lokalen Gruppen von Referenzlichtwellenleitern endet, insbesondere mit statistisch gleichverteilter oder zumindest im wesentlichen gleichverteilter Anordnung der Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter über den Querschnitt des Eintrittsbündels. Vorzugsweise sind die Abschnitte einfach zusammenhängende Flächen. Beispielsweise kann es sich um Kreisringsektoren oder Rechtecke handeln. Lokale Gruppen von Referenzlichtwellenleitern bestehen aus unmittelbar benachbarten Referenzlichtwellenleitereintrittsenden, die Reference optical waveguides or local groups of reference optical waveguides ends, in particular with statistically equally distributed or at least substantially uniformly distributed arrangement of the inlet ends of the reference optical waveguides over the cross section of the inlet beam. Preferably, the sections are simply contiguous surfaces. For example, they may be circular sectors or rectangles. Local groups of reference optical waveguides consist of immediately adjacent reference optical waveguide entrance ends

beispielsweise bei der Herstellung bündelweise in das Eintrittsbündel eingebracht werden. for example, in the manufacture of bundles introduced into the inlet bundle.

In solchen Ausführungsformen sind die Referenzlichtwellenleiter gleichmäßig oder zumindest im wesentlichen gleichmäßig über das Eintrittsbündel verteilt. Ein mögliches Kriterium für die Abweichung von der Gleichverteilung kann beispielsweise die Standardabweichung des mittleren Abstands der Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter voneinander im Querschnitt des Eintrittsbündels sein. Die Anordnung ist als im wesentlichen gleichverteilt anzusehen, wenn sie maximal 20% von der idealen Gleichverteilung abweicht, wenn also die Standardabweichung maximal 20% des mittleren Abstands beträgt. In such embodiments, the reference optical fibers are evenly or at least substantially evenly distributed over the entrance bundle. One possible criterion for the deviation from the uniform distribution can be, for example the standard deviation of the mean distance of the entrance ends of the reference optical waveguides from each other in the cross section of the entrance bundle. The arrangement is to be regarded as essentially equally distributed if it deviates at most 20% from the ideal uniform distribution, ie if the standard deviation is at most 20% of the average distance.

Vorteilhaft sind daher Ausführungsformen, in denen die Eintrittsenden der Therefore, embodiments in which the inlet ends of the

Referenzlichtwellenleiter oder lokale Gruppen von Eintrittsenden eine vorgegebene Standardabweichung ihres mittleren Abstands voneinander aufweisen, insbesondere mit einem vorgegebenen mittleren Abstand. Insbesondere kann die Vorgabe in einer maximalen Standardabweichung bestehen. Vorzugsweise weisen die Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter einen mittleren Abstand zwischen 5% und 25% des Durchmessers des Eintrittsbündels, insbesondere zwischen 10% und 20% des Durchmessers des Eintrittsbündels, auf, insbesondere mit einer Standardabweichung von maximal 5% des Durchmessers des Eintrittsbündels, weiter insbesondere von maximal 2% des Durchmessers des Eintrittsbündels. Bei einem beispielhaften Durchmesser des Eintrittsbündels von 9 mm entspricht das einem mittleren Abstand von 0,45 mm bis 2,25 mm, insbesondere von 0,9 mm bis 0,18 mm, und einer Standardabweichung von maximal 0,45 mm, insbesondere von maximal 0,18 mm. Bei diesen Werten können trotz hoher Beleuchtungseffizienz lokale Reference optical waveguides or local groups of inlet ends have a predetermined standard deviation of their mean distance from each other, in particular with a predetermined average distance. In particular, the default may consist in a maximum standard deviation. The inlet ends of the reference optical waveguides preferably have an average spacing of between 5% and 25% of the diameter of the entry bundle, in particular between 10% and 20% of the diameter of the entry bundle, in particular with a standard deviation of not more than 5% of the diameter of the entry bundle, more particularly of maximum 2% of the diameter of the entrance bundle. In the case of an exemplary diameter of the entry bundle of 9 mm, this corresponds to an average distance of 0.45 mm to 2.25 mm, in particular 0.9 mm to 0.18 mm, and a standard deviation of not more than 0.45 mm, in particular maximum 0.18 mm. These values can be local despite high illumination efficiency

Strahldichteschwankungen mit hoher Genauigkeit bei der Referenzierung Radiance fluctuations with high accuracy in referencing

berücksichtigt werden. be taken into account.

Alternativ zur Beschreibung durch den mittleren Abstand kann der Grad der Alternatively to the description by the mean distance, the degree of

Gleichverteilung der Referenzlichtwellenleiter als Quotient der Anzahl N der Uniform distribution of the reference optical waveguide as a quotient of the number N of

Referenzlichtwellenleiter und der Gesamtfläche A des Eintrittsbündels beschrieben werden (Flächendichte). Bei differentieller Betrachtung ist in einem Flächenstück dA eine Anzahl dN von Lichtwellenleitern enthalten. Bei einer ideal gleichmäßigen Verteilung gilt an jedem Ort des Querschnitts dN/dA=N/A. Eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung ist in dieser Darstellung gegeben, wenn die lokale Reference optical waveguide and the total area A of the entrance bundle are described (area density). In a differential analysis, a number dN of optical waveguides is contained in a patch dA. For an ideally uniform distribution, dN / dA = N / A at each location of the cross section. A substantially uniform distribution is given in this illustration when the local

Flächendichte ΔΝ/ΔΑ bei Aufteilung des Bündelquerschnitts in N gleichgroße Flächenstücke in keinem Flächenstück um mehr als 20% von der mittleren  Area density ΔΝ / ΔΑ when dividing the bundle cross-section into N equal-sized area pieces in no area piece by more than 20% from the mean

Flächendichte Ν/Α abweicht. Bei Verwendung mehrerer Referenzfasern wird die maximal mögliche Unterdrückung der Schwankungen der Strahldichte der Lichtquelle erreicht, wenn die Fasern vollkommen gleichmäßig im Bündel angeordnet wären. Diese ideale Area density Ν / Α deviates. When using multiple reference fibers, the maximum possible suppression of fluctuations in the beam density of the light source is achieved if the fibers were arranged completely uniformly in the bundle. This ideal

Anordnung der Referenzfasern im Bündel ist bei tausenden Einzelfasern nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Zu Darstellung der möglichen Unterdrückung der Strahldichteschwankungen der Lichtquelle mit einer realen Faseranordnung wird vereinfachend angenommen, dass die Lichtquelle zumindest näherungsweise ein Lambertstrahler ist, d.h. die emittierte Strahldichte nicht vom Winkel, sondern nur vom Ort (x, y) der Abstrahlung abhängt. Die Betrachtung lässt sich jedoch ohne weiteres auch auf den Fall der Winkelabhängigkeit der Strahldichte erweitern. Die von der Lichtquelle emittierte Strahldichte, die an sich eine Zufallsfunktion ist, kann durch eine Gaußfunktion angenähert werden. Dann kann die Fehlerfortpflanzung der Lichtquellenschwankung auf die Schwankung des Quotienten aus Mess- und Arrangement of the reference fibers in the bundle can be realized with thousands of individual fibers only with great effort. To illustrate the possible suppression of the beam density fluctuations of the light source with a real fiber arrangement, it is assumed for simplicity that the light source is at least approximately a Lambert radiator, i. the emitted radiance does not depend on the angle, but only on the location (x, y) of the radiation. However, the consideration can easily be extended to the case of the angular dependence of the radiance. The radiance emitted by the light source, which in itself is a random function, can be approximated by a Gaussian function. Then, the error propagation of the light source fluctuation on the fluctuation of the quotient of measurement and

Referenzsignal durch einen Fehlerfortpflanzungsfaktor beschrieben werden, der auch als Fehlerunterdrückungsfaktor bezeichnet werden kann. Reference signal can be described by an error propagation factor, which can also be referred to as error suppression factor.

Bei ideal gleichmäßig verteilten Fasern ergibt sich der minimal mögliche Ideally uniformly distributed fibers result in the minimum possible

Fehlerfortpflanzungsfaktor näherungsweise zu Error propagation factor approximately to

mit With

E = Fehlerfortpflanzungsfaktor  E = error propagation factor

Rbundei = Radius des Faserbündels undRbundei = radius of the fiber bundle and

KF = Radius der Autokorrelationsfunktion (AKF) der Lichtquelle.  KF = radius of the autocorrelation function (AKF) of the light source.

Bei vollständig unkorrelierten Strahldichteschwankungen des Quotienten gegen unendlich(rAKF = 0) geht die Schwankung des Quotienten gegen unendlich. Bei vollständig korrelierten Schwankungen (Lichtleistung der Quelle ändert sich nur als Ganzes) geht die Standardabweichung des Quotienten gegen 0. Bei einer beliebigen Verteilung der Referenzfasern im Bündel ergibt sich folgender With completely uncorrelated radiance fluctuations of the quotient against infinity (rAKF = 0), the fluctuation of the quotient approaches infinity. For completely correlated fluctuations (light output of the source changes only as a whole), the standard deviation of the quotient approaches 0. For any distribution of the reference fibers in the bundle, the following results

Fehlerfortpflanzungsfaktor: Error propagation factor:

mit With

wobei Integration über Fläche des Faserbündels erfolgt. wherein integration takes place over the surface of the fiber bundle.

Dabei sind There are

dA = Flächenelement innerhalb der Faserbündels dA = surface element within the fiber bundle

TAKF = Radius der Autokorrelationsfunktion der Lichtquelle  TAKF = radius of the autocorrelation function of the light source

(x,y) = Koordinaten im Faserbündel, über die Integriert werden soll  (x, y) = coordinates in the fiber bundle to be integrated

w(x,y) = Überlappungswahrscheinlichkeit (Wahrscheinlichkeit für Gleichlauf der w (x, y) = probability of overlapping (probability of synchronization of the

Strahldichten) und  Radiance) and

(Xi.y,) = Koordinaten der Referenzfasern. (Xi.y,) = coordinates of the reference fibers.

Diese Formel kann zur Überprüfung einer realen Faserverteilung auf genügend kleinen Fehlerfortpflanzungfaktor eingesetzt werden. Zur Berechnung des This formula can be used to check a real fiber distribution for a sufficiently small error propagation factor. To calculate the

Fehlerfortpflanzungsfaktors kann folgendes Verfahren verwendet werden: Error propagation factor, the following method can be used:

1. Bestimmung der Autokorrelationsfunktion der Lichtquelle. Bei Bestimmung der AKF müssen alle möglichen Ursachen, die zu Schwankungen der Lichtenergie führen können, berücksichtigt werden.  1. Determination of the autocorrelation function of the light source. When determining the ACF, all possible causes that can lead to fluctuations in the light energy must be taken into account.

2. Referenzfasern werden rückseitig beleuchtet. Bildaufnahme des Fasereingangs, Bestimmung der Position(en) (Xj.yj) der leuchtenden Referenzfaser(n) mit bekannten Methoden der Bildverarbeitung,  2. Reference fibers are backlit. Image acquisition of the fiber input, determination of the position (s) (Xj.yj) of the luminous reference fiber (s) with known methods of image processing,

3. Berechnung des Fehlerfortpflanzungsfaktors nach obigen Formeln  3. Calculation of the error propagation factor according to the above formulas

4. Vergleich des ermittelten Fehlerfortpflanzungsfaktors mit vorgegeben Maximalwert bei Überschreitung muss für gleichmäßiger Faserverteilung oder mehr  4. Comparison of the determined error propagation factor with predetermined maximum value for exceeding must for uniform fiber distribution or more

Referenzfasern gesorgt werden  Reference fibers are taken care of

Als Maximalwert könnte beispielsweise das Doppelte des minimalen  For example, the maximum value could be twice the minimum

Fehlerfortpflanzungsfaktors E_min festgelegt werden. Dazu müssen der Radius der Autokorrelationsfunktion der Lichtquelle und die Position aller Referenzfasern bekannt sein. Error propagation factor E _{min are} determined. For this purpose, the radius of the autocorrelation function of the light source and the position of all reference fibers must be known.

Fig. 1 zeigt zufällig erzeugte Gleichverteilungen von Fasern über einen kreisförmigen Bündelquerschnitt. Horizontal weisen die Verteilungen gleiche Faseranzahlen auf, vertikal steigt die Faserzahl nach unten hin von 10 auf 150 Fasern an (Schrittweite 10). Die dargestellten Faserverteilungen sind die Grundlage für die Berechnung des Fehlerfortpflanzungsfaktors in Fig. 2. Dargestellt ist jeweils der quadratisch gemittelte Fehlerfortpflanzungsfaktor der zehn Verteilungen in einer Zeile von Fig. 1. Die resultierenden Fehlerfortpflanzungsfaktoren sind näherungsweise gleich und nahezu ideal, obwohl der visuelle Eindruck eine ungleichmäßige Verteilung zu vermitteln scheint. Fig. 1 shows randomly generated equal distributions of fibers over a circular bundle cross-section. Horizontally, the distributions have the same number of fibers, vertically increases the number of fibers down from 10 to 150 fibers (increment 10). The illustrated fiber distributions are the basis for calculating the error propagation factor in FIG. 2. The quadratic error propagation factor of the ten distributions in a row of FIG. 1 is shown. The resulting error propagation factors are approximately equal and nearly ideal, although the visual impression is uneven Distribution seems to mediate.

Die einzusetzende Mindestfaserzahl hängt von Halbwertsbreite der The minimum fiber number depends on the half width of the

Autokorrelationsfunktion AKF der Lichtquelle ab. Bei Bestimmung der AKF müssen alle möglichen Ursachen, die zu Schwankungen der Lichtenergie führen können, berücksichtigt werden. Eine große Halbwertsbreite der AKF ist generell günstig für den Gleichlauf der Lichtleistung in Beleuchtungs- und Referenzlichtleitern, ist jedoch nicht bei jeder Lichtquelle gegeben. Autocorrelation function AKF of the light source. When determining the ACF, all possible causes that can lead to fluctuations in the light energy must be taken into account. A large half-width of the AKF is generally favorable for the synchronization of the light output in illumination and reference light guides, but is not given in each light source.

Alternativ oder zusätzlich zu einer gleichmäßigen Verteilung der Alternatively or in addition to a uniform distribution of

Referenzlichtwellenleiter kann im optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und dem Eintrittsbündel ein die Strahlung homogenisierender Körper angeordnet sein, was jedoch einen größeren Bauraum erfordert. Auch mit einem solchen Körper können lokale Schwankungen der Strahldichte einer räumlich ausgedehnten Lichtquelle bei der Referenzierung berücksichtigt werden, da sie durch den homogenisierenden Körper gleichmäßig auf die Beleuchtungs- und Referenzlichtwellenleiter verteilt werden, auch wenn die Referenzlichtwellenleiter ungleichmäßig über das Reference optical waveguide may be arranged in the optical path between the light source and the inlet beam, a radiation homogenizing body, but this requires a larger space. Even with such a body, local variations in the radiance of a spatially extended light source can be taken into account in the referencing since they are uniformly distributed to the illumination and reference waveguides by the homogenizing body, even if the reference optical waveguides are unevenly distributed over the

Eintrittsbündel verteilt sind. Entry bundles are distributed.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen das Eintrittsbündel mindestens 1000, insbesondere mindestens 5000, weiter insbesondere mindestens 8000, separate Lichtwellenleiter aufweist, wovon mindestens 1 %, insbesondere mindestens 10%, Referenzlichtwellenleiter sind. Diese Ausführungsformen ermöglichen eine hohe Beleuchtungs- und Referenzierungseffizienz, insbesondere bei einem Durchmesser der Lichtwellenleiter von 70 μιη. Embodiments in which the entry bundle has at least 1000, in particular at least 5000, more particularly at least 8000, separate optical waveguides, of which at least 1%, in particular at least 10%, are reference optical waveguides, are preferred. These embodiments enable a high illumination and referencing efficiency, in particular with a diameter of the optical waveguides of 70 μm.

Vorteilhafterweise kann das Eintrittsbündel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dies bewirkt eine hohe Effizienz der Strahlungsübertragung, Advantageously, the entry bundle can have a rectangular cross section. This causes a high efficiency of the radiation transmission,

beispielsweise in Verbindung mit Glühlampen oder Leuchtdioden als Lichtquellen. Bei anderen Lichtquellen wie Bogenlampen kann ein runder Bündelquerschnitt vorteilhafter sein. for example, in connection with incandescent lamps or light-emitting diodes as light sources. For other light sources, such as arc lamps, a round bundle cross-section may be more advantageous.

Zweckmäßigerweise sind die Austrittsenden der Beleuchtungslichtleiter unter 45° zu einer Mittelachse des Rings angeordnet, wobei ihre optischen Achsen die Conveniently, the exit ends of the illumination light guide are arranged at 45 ° to a central axis of the ring, wherein their optical axes of the

Mittelachse schneiden oder zumindest näherungsweise schneiden. Eine solche Beleuchtungsanordnung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem Cut central axis or at least approximately cut. Such a lighting arrangement is particularly advantageous in connection with a

Spektrometer (45 0°-Messgeometrie). Die Messung der diffusen Reflexion ist dann signifikant weniger von Glanz und Struktur der Oberfläche abhängig als bei kollinearer Anordnung von Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang. Spectrometer (45 ° measurement geometry). The measurement of the diffuse reflection is then significantly less dependent on the gloss and structure of the surface than in a collinear arrangement of illumination and observation beam path.

Vorzugsweise sind die Austrittsenden der Beleuchtungslichtwellenleiter dicht gepackt. Unter der dichten Packung ist die abstandslose (lückenlose) Anordnung der Austrittsenden zu verstehen. Es ist nicht notwendig, die Austrittsenden zu diesem Zweck aneinanderzupressen. Eine drucklose Einfassung der Preferably, the exit ends of the illumination optical fibers are densely packed. Under the dense packing is the distance-free (gapless) arrangement of the outlet ends to understand. It is not necessary to press the exit ends together for this purpose. A pressureless enclosure of

Beleuchtungslichtwellenleiter im Bereich der Austrittsenden ist ausreichend. Die sich aus der lückenlosen Anordnung der Beleuchtungslichtwellenleiter zum Ring ergebende Form der Beleuchtung wird im Sinne der Erfindung als zirkulär Illuminating optical fiber in the area of the outlet ends is sufficient. The resulting from the complete arrangement of the illumination optical fiber to the ring shape of the illumination is in the context of the invention as circular

bezeichnet, wohingegen die Beleuchtung mit voneinander beabstandeten while the illumination is spaced apart

Beleuchtungslichtwellenleitern als annular bezeichnet wird. Die zirkuläre Beleuchtung hat den Vorteil, in guter Näherung rotationssymmetrisch zu sein, so dass die Illuminating optical waveguides is referred to as annular. The circular illumination has the advantage of being rotationally symmetrical to a good approximation, so that the

Aufnahme von remittiertem Licht einer Probe unabhängig von deren Orientierung ist. Dadurch können Proben mit anisotropen Remissionseigenschaften auch ohne Bewegung spektroskopisch korrekt vermessen werden. Eine besonders hohe Recording of remitted light of a sample is independent of their orientation. As a result, specimens with anisotropic remission properties can be measured correctly even without movement by spectroscopy. A particularly high one

Genauigkeit wird erreicht, wenn die Eintrittsenden der Beleuchtungslichtwellenleiter im Eintrittsbündel stochastisch verteilt sind, wenn also - mit anderen Worten - der Ort der Austrittsenden im Ring nicht mit dem Ort der Eintrittsenden im Eintrittsbündel korreliert. Dadurch werden lokale Variationen der Strahldichte einer ausgedehnten Lichtquelle nahezu isotrop auf der Probe verteilt. Accuracy is achieved when the entrance ends of the illumination fibers in the entrance bundle are stochastically distributed, that is, when, in other words, the location of the exit ends in the ring does not correlate with the location of the entrance ends in the entrance bundle. This distributes local variations in the radiance of an extended light source almost isotropically on the sample.

Vorteilhafterweise ist vor den Austrittsenden der Beleuchtungslichtwellenleiter oder vor einer Untermenge davon eine Zylinderlinse in Form eines Torussegmentes angeordnet. Dadurch gelingt mit geringem Aufwand eine Fokussierung des Advantageously, a cylindrical lens in the form of a torus segment is arranged in front of the outlet ends of the illumination optical waveguides or in front of a subset thereof. This succeeds with little effort focusing the

Beleuchtungslichts auf eine Ringfläche, so dass in einem scharf begrenzten Raumbereich eine hohe Lichtintensität erzielt werden kann. Vorzugsweise ist die Zylinderlinse ringförmig, so dass sie eine zentrale Ausnehmung aufweist. Auf separate Optiken für verschiedene Beleuchtungslichtwellenleiter kann verzichtet werden, es ist aber auch denkbar die Zylinderlinse aus mehreren Torussegmenten zu einem Ring zusammenzusetzen. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung einer torischen Zylinderlinse hoher Dichte der Austrittsenden der Illuminating light on a ring surface, leaving in a sharply delineated Space a high light intensity can be achieved. Preferably, the cylindrical lens is annular, so that it has a central recess. Separate optics for different illumination optical waveguide can be dispensed with, but it is also conceivable to assemble the cylinder lens of several torus segments into a ring. Particularly advantageous is the arrangement of a toric cylindrical lens of high density of the outlet ends of

Beleuchtungslichtwellenleiter, insbesondere bei dicht gepackten Austrittsenden, da die Übertragungseffizienz deutlich höher ist als bei Einzeloptiken. Im Sinne der Erfindung schließt der Begriff des Torussegmentes auch Körper mit ein, bei denen an ein Torussegment im eigentlichen Sinne nahtlos ein Plankörper angeschlossen ist. Illuminating optical waveguides, in particular in densely packed outlet ends, since the transmission efficiency is significantly higher than in Einzelopstiken. For the purposes of the invention, the term of the torus segment also includes bodies in which a plane body is connected seamlessly to a torus segment in the true sense.

Die Erfindung umfasst unabhängig vom Einsatzgebiet auch eine Linse in Form eines Rotationskörpers, der mindestens eine optisch wirksame Oberfläche und eine zentrale Ausnehmung aufweist. Mit anderen Worten, die Form der Linse entspricht einem Körper, der als Einhüllende einer Rotation einer an sich bekannten optischen Linse um eine Achse, die außerhalb der Linse liegt, entsteht. Die Linse kann aus für Linsen an sich bekanntem Material bestehen. Irrespective of the area of use, the invention also encompasses a lens in the form of a rotational body which has at least one optically effective surface and a central recess. In other words, the shape of the lens corresponds to a body that arises as an envelope of rotation of a per se known optical lens about an axis that is outside the lens. The lens may be made of material known per se for lenses.

Die Erfindung umfasst daneben insbesondere einen Messkopf für ein optisches Spektrometersystem, aufweisend ein Gehäuse mit einer Lichtdurchlassöffnung und eine erfindungsgemäße Ringleuchte, in deren Eintrittsbündel neben In addition, the invention additionally comprises, in particular, a measuring head for an optical spectrometer system, comprising a housing with a light transmission opening and a ring light according to the invention, in whose inlet bundle next to

Beleuchtungslichtwellenleitern zusätzlich Referenzlichtwellenleiter, deren Illuminating optical waveguides additionally reference optical waveguides whose

Austrittsenden abseits des Rings zu einem Referenzbündel zusammengefasst sind, angeordnet sind, wobei der Ringleuchtenring um die Lichtdurchlassöffnung herum angeordnet ist, insbesondere mit paralleler Ausrichtung einer Mittelachse des Outlet ends are arranged to form a reference bundle away from the ring, wherein the ring ring ring is arranged around the light passage opening, in particular with parallel alignment of a central axis of the

Ringleuchtenrings und einer Längsachse der Lichtdurchlassöffnung. In einem solchen Messkopf ist die Verwendung einer Ringleuchte besonders vorteilhaft, da sie die Vermessung von Proben mit beliebigen optischen Eigenschaften bei einer Lichtaufnahmerichtung von 0° zur Probenoberflächennormalen erlaubt. Hierbei ist die einfache interne Referenzierung mittels eines abgezweigten Ring ring light and a longitudinal axis of the light passage opening. In such a measuring head, the use of a ring light is particularly advantageous because it allows the measurement of samples with any optical properties in a light-receiving direction of 0 ° to the sample surface normal. Here, the simple internal referencing by means of a branched

Referenzlichtwellenleiterbündels besonders vorteilhaft. Die Lichtdurchlassöffnung setzt sich dabei vorzugsweise tunnelförmig in das Gehäuse hinein fort. Vorteilhafterweise kann vor dem Austrittsbündel der Referenzlichtwellenleiter ein optisches Koppelelement angeordnet sein, insbesondere zur Einkopplung in ein Spektrometer oder in mindestens einen weiteren Lichtwellenleiter. Dadurch ist der Messkopf universell verwendbar. Das gilt insbesondere für modular Reference optical waveguide bundle particularly advantageous. The light passage opening is preferably tunnel-shaped into the housing. Advantageously, an optical coupling element can be arranged in front of the exit beam of the reference optical waveguide, in particular for coupling into a spectrometer or into at least one further optical waveguide. As a result, the measuring head is universally usable. This is especially true for modular

zusammengesetzte Spektrometersysteme, in denen das zur Referenzmessung vorgesehene Spektrometer mittels des weiteren Lichtwellenleiters vom eigentlichen Messkopf abgesetzt ist. Es ist auch möglich, das Koppelelement außerhalb des Messkopfs anzuordnen, beispielsweise in einem separaten Modul wie einem composite spectrometer systems in which the spectrometer provided for reference measurement is offset from the actual measuring head by means of the further optical waveguide. It is also possible to arrange the coupling element outside the measuring head, for example in a separate module such as a

Beleuchtungsmodul. Unabhängig vom Ort des Koppelelements kann sie einen optisch homogenisierenden Körper umfassen, so dass ein Querversatz im Lighting module. Regardless of the location of the coupling element, it may comprise an optically homogenizing body, so that a transverse offset in

Strahlengang weniger problematisch ist. Beam path is less problematic.

Zur modularen Zusammensetzung ist es insbesondere zweckmäßig, in dem For modular composition, it is particularly useful in the

Gehäuse in oder hinter der Lichtdurchlassöffnung ein optisches Koppelelement für durch die Lichtdurchlassöffnung einfallendes Licht zur Einkopplung desselben in mindestens einen Messlichtwellenleiter oder in ein Spektrometer anzuordnen. Housing in or behind the light passage opening to arrange an optical coupling element for incident through the light passage opening light for coupling the same in at least one measuring optical waveguide or in a spectrometer.

Dadurch ist der Messkopf universell verwendbar. Das gilt insbesondere für modular zusammengesetzte Spektrometersysteme, in denen das zur Messung vorgesehene Spektrometer mittels des Messlichtwellenleiters vom eigentlichen Messkopf abgesetzt ist. Bei Ausführungsformen ohne Messlichtwellenleiter kann das Messlicht zwischen dem Koppelelement und dem Spektrometer beispielsweise frei propagieren und insbesondere durch Spiegel abgelenkt werden. Dadurch wird eine hohe As a result, the measuring head is universally usable. This applies in particular to modularly assembled spectrometer systems in which the spectrometer provided for the measurement is offset from the actual measuring head by means of the measuring optical waveguide. In embodiments without measuring optical waveguide, the measuring light between the coupling element and the spectrometer, for example, freely propagate and in particular be deflected by mirrors. This will be a high

Übertragungseffizienz für Messstrahlung erzielt. Transmission efficiency achieved for measuring radiation.

Vorzugsweise ist der Messkopf so ausgebildet, dass der optische Weg zwischen den Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter und dem Koppelelement frei ist von diffus reflektierenden Flächen und frei ist von spiegelnden Flächen, beispielsweise Preferably, the measuring head is designed so that the optical path between the inlet ends of the reference optical waveguide and the coupling element is free of diffuse reflecting surfaces and is free of reflective surfaces, for example

Referenzkörpern wie Weiß-Standards. In Verbindung mit einer statistisch Reference bodies such as white standards. In conjunction with a statistical

gleichmäßigen Verteilung der Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter im uniform distribution of the entrance ends of the reference optical waveguide in

Eintrittsbündel ist die Referenzierung auch ohne Weiß-Standard mit hoher Entry bundle is the referencing even without white standard with high

Genauigkeit möglich. Accuracy possible.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, in denen die Lichtdurchlassöffnung und die Ringleuchte gemeinsam in einem Modul angeordnet sind und die Austrittsenden der Referenzlichtwellenleiter und die Eintrittsenden der Referenzlichtwellenleiter und der Beleuchtungslichtwellenleiter parallel enden. Das Messkopfmodul kann dann flexibel mit einem Beleuchtungsmodul und/oder mit einem Spektrometermodul verbunden werden, in denen sich weitere Lichtwellenleiter oder unmittelbar eine Lichtquelle beziehungsweise ein oder mehrere Spektrometer befinden. Embodiments are advantageous in which the light passage opening and the ring light are arranged together in a module and the outlet ends of the Reference optical waveguide and the incident ends of the reference optical waveguide and the illumination optical waveguide ends in parallel. The measuring head module can then be flexibly connected to an illumination module and / or to a spectrometer module in which further optical waveguides or directly a light source or one or more spectrometers are located.

Die Erfindung umfasst insbesondere ein Spektrometersystem mit einem optischen Spektrometer und einem Messkopf, der die oben beschriebenen Eigenschaften einzeln oder in Kombination aufweist. In particular, the invention comprises a spectrometer system with an optical spectrometer and a measuring head which has the properties described above individually or in combination.

Vorzugsweise ist der Messkopf als Modul ausgebildet und mit einem Preferably, the measuring head is designed as a module and with a

Beleuchtungsmodul verbunden oder verbindbar, wobei in dem Beleuchtungsmodul eine Lichtquelle und Mittel zur Einkopplung von Licht der Lichtquelle in das Lighting module connected or connectable, wherein in the lighting module, a light source and means for coupling light of the light source in the

Eintrittsbündel der Ringleuchte angeordnet sind. Dies ermöglicht die flexible Auswahl von Lichtquellen und Spektrometern und erlaubt gleichzeitig die wirtschaftlich günstige Vorhaltung vorkonfektionierter Module. Als Lichtquelle können Entry bundle of the ring light are arranged. This allows the flexible selection of light sources and spectrometers and at the same time allows the economically favorable provision of pre-assembled modules. As a light source can

beispielsweise Halogenlampen, Deuteriumlampen, Kurzbogenlampen, Leuchtdioden und Laser oder Kombinationen davon verwendet werden. For example, halogen lamps, deuterium lamps, short arc lamps, light emitting diodes and lasers or combinations thereof may be used.

Vorteilhafterweise können die Austrittsenden der Referenzlichtwellenleiter mit dem Spektrometer verbunden oder verbindbar sein und es kann mindestens ein Advantageously, the exit ends of the reference optical waveguides can be connected or connectable to the spectrometer and it can be at least one

Messlichtwellenleiter oder eine Freistrahloptik einen Lichtaufnehmer in der Measuring optical waveguide or a free-beam optics a light sensor in the

Lichtdurchlassöffnung optisch mit dem Spektrometer verbinden. Optional kann dem Spektrometer ein Schalter vorgeordnet sein, mittels dessen die Verbindung zum Spektrometer zwischen den Referenzlichtwellenleitern und dem Lichtaufnehmer in der Lichtdurchlassöffnung umschaltbar ist. Zur Umschaltung kann ein Optically connect the light aperture to the spectrometer. Optionally, the spectrometer may be preceded by a switch by means of which the connection to the spectrometer can be switched between the reference optical waveguides and the light receiver in the light passage opening. For switching can be

einschwenkbarer Spiegel oder ein Strahlteiler mit schaltbaren Eingängen oder ein Multiplexer angeordnet sein. Alternativ zur Umschaltung können im Referenzkanal und im Messkanal separate Spektrometer angeordnet sein. einschwenkbarer mirror or a beam splitter with switchable inputs or a multiplexer may be arranged. As an alternative to switching, separate spectrometers can be arranged in the reference channel and in the measuring channel.

Insbesondere kann das Beleuchtungsmodul neben der Lichtquelle In particular, the lighting module next to the light source

Zusatzreferenzlichtwellenleiter zum Anschluss an die Referenzlichtwellenleiter und Messlichtwellenleiter zur Aufnahme von Messlicht aus der Lichtdurchlassöffnung des Messkopfmoduls umfassen, die die betreffende Strahlung an entsprechende Koppelstellen weiterleiten. An ein solches Beleuchtungsmodul kann dann zweckmäßigerweise ein Spektrometermodul so angeschlossen werden, dass die Mess- beziehungsweise Referenzsstrahlung von den Koppelstellen zu einem oder mehreren Spektrometern geleitet werden. Zu diesem Zweck können weitere Additional reference optical waveguide for connection to the reference optical waveguide and measuring optical waveguides for receiving measuring light from the light passage opening of the measuring head module comprise, the radiation in question to appropriate Forward coupling points. A spectrometer module can then be suitably connected to such a lighting module in such a way that the measuring or reference radiation is conducted from the coupling points to one or more spectrometers. For this purpose can further

Lichtwellenleiter im Spektrometermodul angeordnet sein. An den Koppelstellen der Module können Koppeloptiken zum Auskoppeln und Wiedereinkoppeln der betreffenden Strahlung angeordnet sein. Anstelle von Lichtwellenleitern kann das betreffende Licht (Referenzlicht oder Messlicht) im Beleuchtungsmodul und/oder im Spektrometermodul beispielsweise frei propagieren (Freistrahloptik). Zur Ablenkung zu den Koppelstellen sind beispielsweise Spiegel vorzusehen. Be arranged optical waveguide in the spectrometer module. Coupling optics for decoupling and re-coupling of the relevant radiation can be arranged at the coupling points of the modules. Instead of optical waveguides, the relevant light (reference light or measuring light) in the illumination module and / or in the spectrometer module can, for example, freely propagate (free-space optics). To deflect to the coupling points, for example, mirrors are provided.

Wie oben beschrieben kann das Spektrometersystem zwischen der Lichtquelle und dem Eintrittsbündel der Referenzlichtwellenleiter und Beleuchtungslichtwellenleiter ein Mittel zur optischen Homogenisierung von auf die Mittel treffendem Licht enthalten, um eine lokal variierende Strahldichte einer ausgedehnten Lichtquelle in gleicher Weise über den Messkanal wie über den Referenzkanal zu dem einen oder mehreren Spektrometern zu übertragen. Zusätzlich können im Referenzkanal Mittel zur Homogenisierung angeordnet sein. As described above, the spectrometer system may include means for optically homogenizing light impinging on the means between the light source and the entrance bundle of the reference optical waveguides and illumination optical waveguides to provide a locally varying radiance of an extended light source via the measurement channel as well as the reference channel to the one or several spectrometers. In addition, means for homogenization can be arranged in the reference channel.

In bevorzugten Ausführungsformen eines Spektrometersystems weist die Lichtquelle im Verhältnis zu einem Radius des Eintrittsbündels einen relativen In preferred embodiments of a spectrometer system, the light source has a relative relative to a radius of the entrance bundle

Autokorrelationsfunktionsradius von mindestens 0,1 und die Anordnung der Autocorrelation function radius of at least 0.1 and the arrangement of

Eintrittsfasern der Referenzlichtwellenleiter im Eintrittsbündel einen Entry fibers of the reference optical waveguide in the entrance bundle a

Fehlerfortpflanzungsfaktor E auf, der höchstens ein Zweifaches eines minimal möglichen Fehlerfortpflanzungsfaktors E_min ist. Error propagation factor E on, which is at most a double of a minimum possible error propagation factor E _min .

In vorteilhaften Ausgestaltungen ist der Messkanal im Messkopf frei von In advantageous embodiments, the measuring channel in the measuring head is free of

Lichtwellenleitern, insbesondere in Verbindung damit, dass im Spektrometersystem der gesamte optische Weg zwischen der Lichtdurchlassöffnung und dem Optical waveguides, in particular in conjunction with the fact that in the spectrometer system, the entire optical path between the light passage opening and the

Spektrometer frei von Lichtwellenleitern ist. Zur Lichtaufnahme und -ablenkung zum Spektrometer ist dann ausschließlich Freistrahloptik vorgesehen. Durch den Einsatz von Freistrahloptik im Messkanal wird eine signifikant höhere spektrale Spectrometer is free of optical fibers. For light absorption and deflection to the spectrometer is then provided exclusively free-beam optics. The use of free-beam optics in the measuring channel results in a significantly higher spectral

Energieeffizienz ermöglicht als beim Einsatz von Lichtwellenleitern. Das gilt insbesondere in Fällen, in denen das Spektrometer so angeordnet ist, dass durch die Lichtdurchlassöffnung einfallendes Messlicht ohne Richtungsänderung zum Energy efficiency is possible than with the use of optical fibers. This is especially true in cases where the spectrometer is arranged so that through the Light passing incident light without changing the direction of the

Spektrometer gelangt. Spectrometer arrives.

Das erfindungsgemäße Spektrometersystem kann insbesondere ein The spectrometer system according to the invention can in particular a

Kompaktspektrometersystem sein. Ein Kompaktspektrometersystem im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle, die Be compact spectrometer system. A compact spectrometer system according to the invention is characterized in that the light source, the

Referenzlichtwellenleiter, die Beleuchtungslichtwellenleiter und das Spektrometer im Innenraum eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet und dort gegenüber der Umgebung abgeschirmt sind. Vorzugsweise weist das Gehäuse den Schutzgrad IP65 gemäß DIN EN 60529 auf, schützt seinen Innenraum also vollständig vor Berührung, Staubeintritt und Strahlwasser. Darüber hinaus kann das Gehäuse den Schutzgrad IP67 aufweisen, also seinen Innenraum zusätzlich vor Flüssigkeitseintritt bei zeitweiligem Untertauchen schützen. Das gemeinsame Gehäuse braucht dabei nicht einstückig ausgeführt zu sein, sondern kann aus mehreren Teilen bestehen, die den gemeinsamen Innenraum mittels Dichtungen gegenüber der Umgebung abschirmen. Reference optical waveguide, the illumination optical waveguide and the spectrometer are arranged in the interior of a common housing and shielded there from the environment. Preferably, the housing has the degree of protection IP65 according to DIN EN 60529, thus completely protects its interior from contact, dust and water jets. In addition, the housing can have the degree of protection IP67, thus additionally protecting its interior against liquid entry during temporary submersion. The common housing need not be made in one piece, but may consist of several parts that shield the common interior by means of seals against the environment.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. In the drawings show:

Fig. 1 simulierte Faserverteilungen in einem runden Eintrittsbündel, 1 simulated fiber distributions in a round entrance bundle,

Fig. 2 Fehlerfortpflanzungsfaktoren der simulierten Faserverteilungen, FIG. 2 shows error propagation factors of the simulated fiber distributions, FIG.

Fig. 3 eine Ringleuchte mit Referenzabzweigung in pseudoperspektivischer Fig. 3 is a ring light with Referenzabzweigung in pseudo-perspective

Darstellung, Presentation,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Eintrittsbündels in Draufsicht, 4 is a schematic representation of the inlet bundle in plan view,

Fig. 5 ein modular zusammengesetztes Spektrometersystem und Fig. 5 is a modular composite spectrometer and

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungsmoduls mit Fig. 6 is a schematic representation of a lighting module with

Homogenisierungskörper. In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen. Homogenizing. In all drawings, like parts bear like reference numerals.

Fig. 3 zeigt eine Ringleuchte 1 , die eine Vielzahl von Fig. 3 shows a ring lamp 1, which has a plurality of

Beleuchtungslichtwellenleitern 2 mit Eintrittsenden 2.1 und Austrittsenden 2.2 umfasst. Es handelt sich beispielsweise um 7165 Glasfasern mit einer Dicke von jeweils 70 μηη, von denen der Übersicht halber nur wenige abgebildet sind. Daneben weist die Ringleuchte 1 eine kleinere Anzahl von Illuminating optical waveguides 2 with inlet ends 2.1 and outlet ends 2.2 includes. For example, there are 7165 glass fibers each having a thickness of 70 μm, of which only a few are shown for the sake of clarity. In addition, the ring light 1 has a smaller number of

Referenzlichtwellenleitern 3 mit Eintrittsenden 3.1 und Austrittsenden 3.2 auf. Auch hier handelt es sich beispielsweise um Glasfasern, im gezeigten Fall um 800 Stück.  Reference optical waveguides 3 with inlet ends 3.1 and 3.2 outlet ends. Here, too, it is for example glass fibers, in the case shown by 800 pieces.

Die dicht gepackten Eintrittsenden 2.1 und 3.1 beider Lichtwellenleiterarten bilden zusammen das Eintrittsbündel 4, das einen rechteckigen Querschnitt mit The densely packed inlet ends 2.1 and 3.1 of both types of optical fibers together form the inlet bundle 4, which has a rectangular cross section with

beispielsweise 89 Reihen ä abwechselnd 90 und 89 Eintrittsenden 2.1 und 3.1 aufweist und von einer entsprechend rechteckigen Fassung 5 gehalten wird. Die Austrittsenden 2.2 der Beleuchtungslichtwellenleiter 2 sind dicht zu einem Ring 9 gepackt, wobei sie beispielsweise parallel in eine kreisförmige Fassung 6 For example, 89 rows a alternately 90 and 89 inlet ends 2.1 and 3.1 and is held by a corresponding rectangular socket 5. The exit ends 2.2 of the illumination optical waveguide 2 are packed tightly to a ring 9, wherein they are for example parallel in a circular socket. 6

eingespannt sind. Aufgrund der großen Anzahl von Beleuchtungslichtwellenleitern 2 ist der Ring 9 näherungsweise rotationssymmetrisch. Die Austrittsenden 3.2 der Referenzlichtwellenleiter 3 sind ebenfalls dicht zu einem Austrittsbündel 7 mit rechteckigem Querschnitt gepackt, das durch eine rechteckige Fassung 8 gehalten wird. are clamped. Due to the large number of illumination optical waveguides 2, the ring 9 is approximately rotationally symmetrical. The outlet ends 3.2 of the reference optical waveguide 3 are also packed tightly to an outlet bundle 7 with a rectangular cross-section, which is held by a rectangular frame 8.

Im abgebildeten Fall sind die Eintrittsenden 3.1 der Referenzlichtwellenleiter 3 so über das Eintrittsbündel verteilt, dass sie aufgrund der dazwischenliegenden Eintrittsenden 2.1 der Beleuchtungslichtwellenleiter 2 voneinander einen mittleren Abstand von etwa 20 Durchmessern der Lichtwellenleiter, also etwa 1 ,4 mm, aufweisen. Dabei ist die Standardabweichung des mittleren Abstands von Null verschieden, sie beträgt etwa 5 Durchmesser der Lichtwellenleiter, also etwa 0,35 mm. In anderen Ausführungsformen (nicht abgebildet) können die In the illustrated case, the entrance ends 3.1 of the reference optical waveguide 3 are distributed over the entrance bundle that they have a mean distance of about 20 diameters of the optical waveguides, ie about 1, 4 mm, due to the intermediate inlet ends 2.1 of the illumination optical waveguide 2 from each other. The standard deviation of the average distance is different from zero, it is about 5 diameters of the optical waveguide, ie about 0.35 mm. In other embodiments (not shown), the

Einrittsenden 3.2 der Referenzlichtwellenleiter 3 im Eintrittsbündel 4 äquidistant angeordnet sein. Das Eintrittsbündel 4 kann auf eine Lichtquelle (nicht dargestellt) oder auf eine zwischengeschaltete Einkoppeloptik (nicht dargestellt) ausgerichtet werden, so dass Strahlung der Lichtquelle in die Lichtwellenleiter 2, 3 eintritt, durch die Einrittsenden 3.2 of the reference optical waveguide 3 in the entrance bundle 4 may be arranged equidistantly. The entrance bundle 4 can be aligned with a light source (not shown) or with an interposed coupling optics (not shown), so that radiation from the light source enters the optical waveguides 2, 3, through which

Lichtwellenleiter 2, 3 - im Falle von Glasfasern aufgrund von Totalreflexion - zu den Austrittsenden 2.2 und 3.2 geleitet wird und dort wieder austritt. Im abgebildeten Fall wird das austretende Licht jedes Lichtwellenleiters 2, 3 beispielsweise kegelförmig mit einem ebenen Winkel von 45° aufgefächert. Die optischen Achsen der Optical waveguide 2, 3 - in the case of glass fibers due to total reflection - is passed to the outlet ends 2.2 and 3.2 and exits there again. In the illustrated case, the emerging light of each optical waveguide 2, 3 is fanned out, for example, conically with a plane angle of 45 °. The optical axes of the

Austrittsenden 2.2 der Beleuchtungslichtwellenleiter 2 verlaufen parallel zueinander, ebenso die optischen Achsen der Austrittsenden 3.2 der Referenzlichtwellenleiter 3. In anderen Ausführungsformen (nicht abgebildet) schneiden die optischen Achsen der Austrittsenden 2.2 der Beleuchtungslichtwellenleiter 2 einander beispielsweise in einem gemeinsamen Punkt auf der Mittelachse M des Rings 9 oder sind unter einem gleichen ebenen Winkel, beispielsweise von 45°, zur Mittelachse M ausgerichtet. In other embodiments (not shown), the optical axes of the exit ends 2.2 of the illumination optical waveguides 2 intersect, for example, at a common point on the central axis M of the ring 9 or are aligned at a same even angle, for example, of 45 ° to the central axis M.

In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) können die Austrittsenden 2.2 zum Zwecke einer annularen Beleuchtung voneinander beabstandet sein, so dass jedes Austrittsenden 2.2 für sich befestigt sein muss. Alternativ zur rechteckigen Form können die Fassungen 5 und 8 und entsprechend die Bündel 4 und 7 auch jede andere Form haben. Insbesondere können sie oval, insbesondere elliptisch sein. Die Fassung 5 und das Bündel 4 können eine andere Form aufweisen als die Fassung 8 und das Bündel 7. In other embodiments (not shown), the exit ends 2.2 may be spaced apart for the purpose of annular illumination, so that each exit end 2.2 must be secured to itself. As an alternative to the rectangular shape, the sockets 5 and 8 and correspondingly the bundles 4 and 7 may also have any other shape. In particular, they may be oval, in particular elliptical. The socket 5 and the bundle 4 may have a different shape than the socket 8 and the bundle 7.

In Fig. 4 ist die geometrisch gleichmäßige Verteilung von Referenzlichtwellenleitern 3 (schwarz dargestellt) zwischen Beleuchtungslichtwellenleitern 2 (weiß dargestellt) in einem rechteckigen Eintrittsbündel 4 schematisch dargestellt. Der besseren 4, the geometrically uniform distribution of reference optical waveguides 3 (shown in black) between illumination optical waveguides 2 (shown in white) in a rectangular inlet bundle 4 is shown schematically. The better one

Übersicht halber ist stellvertretend nur eine sehr geringe Anzahl von For the sake of clarity, only a very small number is representative

Lichtwellenleitern 2, 3 bei einem geringen mittleren Abstand der Optical waveguides 2, 3 at a small average distance of the

Referenzlichtwellenleiter 3 dargestellt. Erkennbar ist die näherungsweise Reference optical waveguide 3 shown. Recognizable is the approximate

gleichmäßige Verteilung der Referenzlichtwellenleiter 3. Alternativ können die Referenzlichtwellenleiter 3 Im Eintrittsbündel 4 äquidistant angeordnet sein (nicht dargestellt). Runde oder andersförmige Eintrittsbündel können entsprechend hergestellt werden. Fig. 5 zeigt einen modularen Messkopf 10 als lösbares Teil eines uniform distribution of the reference optical waveguide 3. Alternatively, the reference optical waveguide 3 in the entrance bundle 4 may be arranged equidistantly (not shown). Round or other entry bundles can be made accordingly. Fig. 5 shows a modular measuring head 10 as a detachable part of a

Spektrometersystems 1. In Teilfigur 3A ist das Spektrometersystem 1 im Spectrometer system 1. In Figure 3A, the spectrometer system 1 is in

Querschnitt und Teilfigur 3B in Draufsicht aus Richtung der Probe S dargestellt. Im Messkopfmodul 10, das von einem Gehäuse 12 mit einer Lichtdurchlassöffnung 13 umgeben ist, ist eine Ringleuchte 1 angeordnet, die weitgehend der in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform entspricht. Die Abweichungen sind nachstehend beschrieben. Das Spektrometersystem 11 weist neben dem Messkopfmodul 10 ein Spektrometermodul 14, ein Beleuchtungsmodul 17 und einen Steuerrechner (nicht abgebildet) auf. Cross-section and part figure 3B in plan view from the direction of the sample S shown. In the measuring head module 10, which is surrounded by a housing 12 with a light passage opening 13, a ring lamp 1 is arranged, which largely corresponds to the embodiment described in Fig. 3. The deviations are described below. The spectrometer system 11 has, in addition to the measuring head module 10, a spectrometer module 14, a lighting module 17 and a control computer (not shown).

Das Spektrometermodul 14 ist mechanisch mit dem Beleuchtungsmodul 17 verbunden und umfasst einen optischen Umschalter 15, der einen Strahlteiler 15.1 und zwei optische Verschlüsse 15.2 aufweist, und ein polychromatisches The spectrometer module 14 is mechanically connected to the illumination module 17 and comprises an optical switch 15, which has a beam splitter 15.1 and two optical shutters 15.2, and a polychromatic

Spektrometer 16 mit einem abbildenden Beugungsgitter 16.1 und einer Spectrometer 16 with an imaging diffraction grating 16.1 and a

Detektorzeile 16.2, die mit dem nicht abgebildeten Steuerrechner verbunden ist. Das Beugungsgitter 16.1 spaltet das durch den Eintrittsspalt 16.3 einfallende Licht in bekannter Weise räumlich-spektral auf und fokussiert es wellenlängenabhängig auf unterschiedliche Detektorelemente der Detektorzeile 16.2. Die Detektorzeile 16.2 ist beispielsweise ein ortsauflösender optischer Halbleitersensor aus Silizium. Es ist auch möglich, Detektorelemente aus unterschiedlichen Materialien mit Detector line 16.2, which is connected to the control computer, not shown. The diffraction grating 16.1 splits the light incident through the entrance slit 16.3 spatially-spectrally in a known manner and focuses it on different detector elements of the detector row 16.2, depending on the wavelength. The detector line 16.2 is, for example, a spatially resolving optical semiconductor sensor made of silicon. It is also possible to use detector elements made of different materials

unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten je nach Ort und damit zu different spectral sensitivities depending on the location and therefore

detektierender Wellenlänge auf der Detektorzeile 16.2 einzusetzen, beispielsweise Si-Detektorelemente für VIS und NIR und InGaAs-Detektorelemente für detecting wavelength on the detector line 16.2, for example, Si detector elements for VIS and NIR and InGaAs detector elements for

längerwelliges Licht. Alternativ können für unterschiedliche Spektralbereiche verschiedene Spektrometer angeordnet sein, die über Farbteilerspiegel oder Y- Lichtwellenleiter angebunden sind. longer-wave light. Alternatively, different spectrometers can be arranged for different spectral ranges, which are connected via color divider mirror or Y-optical waveguides.

Das Messkopfmodul 10 ist mechanisch mit dem Beleuchtungsmodul 17 verbunden. In dem Beleuchtungsmodul 17 sind eine Lichtquelle 18, beispielsweise eine The measuring head module 10 is mechanically connected to the lighting module 17. In the illumination module 17 are a light source 18, for example a

Halogenglühlampe, und Mittel 19, beispielsweise ein Ellipsoidreflektor 19.1 und eine Sammeloptik 19.2 mit hoher numerischer Apertur, zum Einkoppeln von von der Lichtquelle 18 emittiertem Licht in das Eintrittsbündel 4 der Ringleuchte 1 Halogen incandescent lamp, and means 19, for example, an ellipsoidal reflector 19.1 and a collection optics 19.2 with high numerical aperture, for coupling light emitted by the light source 18 into the entrance beam 4 of the ring light. 1

angeordnet. Bei bestehender Verbindung von Messkopfmodul 10 und arranged. With existing connection of measuring head module 10 and

Beleuchtungsmodul 17 können auf diese Weise etwa 50% des von der Lichtquelle 18 emittierten Lichts in das Eintrittsbündel 4 der Ringleuchte 1 eingekoppelt werden. Die elektrischen Zuleitungen zur Lichtquelle sind der Übersicht halber nicht dargestellt. Illumination module 17 can in this way about 50% of that of the light source 18th emitted light into the entrance bundle 4 of the ring light 1 are coupled. The electrical leads to the light source are not shown for clarity.

Die Ringleuchte 1 weist im abgebildeten Fall einen näherungsweise The ring light 1 has an approximate in the case shown

rotationssymmetrischen Ring 9 aus Austrittsenden 2.2 von 7165 rotationally symmetric ring 9 from outlet ends 2.2 of 7165

Beleuchtungslichtwellenleitern auf, deren optische Achsen jeweils unter 45° zur Längsachse L der Lichtdurchlassöffnung 13, die hier beispielsweise mit der Lighting optical waveguides on whose optical axes at 45 ° to the longitudinal axis L of the light passage opening 13, which here for example with the

Mittelachse M des Rings 9 zusammenfällt, angeordnet sind. Vor den ringförmig um die Lichtdurchlassöffnung 13 angeordneten Austrittsenden 2.2 ist eine Center axis M of the ring 9 coincides are arranged. In front of the annular ends 2.2 arranged around the light passage opening 13 is a

rotationssymmetrische Zylinderlinse 20 in Form eines Torussegmentes angeordnet, die das aus den Beleuchtungslichtwellenleitern 2 divergent austretende rotationally symmetrical cylindrical lens 20 is arranged in the form of a torus segment, which emerges divergently from the illumination optical waveguides 2

Beleuchtungslicht zu einem Lichtspalt mit einem ebenen Öffnungswinkel von beispielsweise 22,5° bündelt. Illuminating light to a light gap with a flat opening angle, for example, 22.5 ° bundles.

In der Lichtdurchlassöffnung 13 ist eine Sammeloptik als Lichtaufnehmer 21 angeordnet, welche von der Probe remittiertes Licht auf eine Öffnung im Gehäuse 12 fokussiert, über die das Beleuchtungsmodul 17 dieses Messlicht mittels Arranged in the light passage opening 13 is a collecting optics as light receiver 21, which focuses light reflected from the sample onto an opening in the housing 12, via which the illumination module 17 uses this measuring light

Koppelelementen 22, beispielsweise Sammeloptiken, an das Spektrometermodul 14 weiterleitet. Das Austrittsbündel 7 der Referenzlichtwellenleiter 3 ist parallel zum Eintrittsbündel 4 angeordnet und mündet an einer Öffnung des Gehäuses 12 senkrecht zu dessen Oberfläche. Das Beleuchtungsmodul 17 leitet das hier austretende Referenzlicht ebenfalls mittels Koppelelementen 22 zum Coupling elements 22, for example collection optics, to the spectrometer module 14 forwards. The outlet bundle 7 of the reference optical waveguide 3 is arranged parallel to the inlet bundle 4 and opens at an opening of the housing 12 perpendicular to its surface. The illumination module 17 also directs the reference light emerging here by means of coupling elements 22

Spektrometermodul 14 weiter. Eine gemeinsame Schutzscheibe 23, beispielsweise aus Saphirglas, verhindert mechanische Einwirkungen auf das Innere des Spectrometer module 14 on. A common protective plate 23, for example of sapphire crystal, prevents mechanical effects on the interior of the

Messkopfes 10, insbesondere auf die optischen Einrichtungen 9, 2, 20 und 21. Der optische Weg von der Lichtquelle 18 bis zur Probe S wird als Measuring head 10, in particular to the optical devices 9, 2, 20 and 21. The optical path from the light source 18 to the sample S is as

Beleuchtungsstrahlengang bezeichnet. Illuminating beam path called.

In der abgebildeten Ausführungsform sind der Messkanal, also der optische Weg von der Probe S bis zum Spektrometer 16 - auch als Messstrahlengang bezeichnet - und alternativ der Referenzkanal, also der optische Weg von der Lichtquelle 18 bis zum Spektrometer 16, mittels des Umschalters 15 mit dem Spektrometer 16 verbindbar. In dem abgebildeten Schaltzustand ist der Referenzkanal mit dem Spektrometer 16 verbunden. Ein beispielhafter Strahlengang von an der Lichtquelle 18 emittiertem Licht ist mit unterbrochenen Linien dargestellt. In the illustrated embodiment, the measuring channel, ie the optical path from the sample S to the spectrometer 16 - also referred to as measuring beam path - and alternatively the reference channel, ie the optical path from the light source 18 to the spectrometer 16, by means of the switch 15 with the Spectrometer 16 connectable. In the illustrated switching state, the reference channel with the Spectrometer 16 connected. An exemplary beam path of light emitted at the light source 18 is shown in broken lines.

Das Beleuchtungsmodul 17 kann bei minimalem Bauraumbedarf einfach gegen ein anderes Modul mit entsprechender Anordnung von Lichtquelle 18 und The lighting module 17 can easily with a minimum space requirement against another module with a corresponding arrangement of light source 18 and

Freistrahloptiken als Koppelelementen 22 oder Lichtwellenleitern ausgetauscht werden. Entsprechendes gilt für das auch das Spektrometermodul 14. Freistrahloptiken be replaced as coupling elements 22 or optical fibers. The same applies to the spectrometer module 14.

In alternativen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann der Lichtaufnehmer 21 als Koppeloptik zum Einkoppeln des remittierten Messlichts in einen oder mehrere Messlichtwellenleiter (nicht abgebildet), die optisch mit einem Spektrometer 16 verbunden sind, ausgebildet sein. Wenn auch im Referenzkanal weitere In alternative embodiments (not shown), the light pickup 21 may be designed as coupling optics for coupling the remitted measurement light into one or more measurement optical waveguides (not shown), which are optically connected to a spectrometer 16. Although in the reference channel more

Lichtwellenleiter an das Austrittsbündel 7 angeschlossen sind, kann das Fiber optic cables are connected to the outlet beam 7, the

Spektrometermodul beispielsweise räumlich vom Messkopf 10 und vom Spectrometer module, for example, spatially from the measuring head 10 and from

Beleuchtungsmodul 17 getrennt angeordnet werden. Insbesondere kann auch das Beleuchtungsmodul 17 über ein reines Beleuchtungslichtwellenleiterbündel, dass an das Eintrittsbündel 4 des Messkopfs 10 anschließbar ist, vom Messkopf 10 abgesetzt werden. Dies kann beispielsweise bei temperaturempfindlichen Anwendungen oder bei geringem verfügbarem Bauraum erforderlich sein. In diesen Fällen kann das Spektrometermodul 14 ausschließlich über die zusätzlichen Lichtwellenleiter oder, entsprechend der Abbildung, über das Beleuchtungsmodul 17 mit dem Messkopf 10 verbunden sein. Insbesondere beim Anschluss von Lichtwellenleiterbündeln an den Messkopf 10 ist es sinnvoll, jeweilige Koppeloptiken im Messkopf 10 anzuordnen, so dass von außen nur Kabel in die betreffenden Koppelstellen einzustecken sind. Es sind aber auch Varianten ohne Koppeloptiken möglich, so dass interne Illumination module 17 are arranged separately. In particular, the illumination module 17 can also be set down from the measuring head 10 via a pure illumination optical waveguide bundle that can be connected to the inlet bundle 4 of the measuring head 10. This may be necessary, for example, in temperature-sensitive applications or in a small space available. In these cases, the spectrometer module 14 can be connected exclusively via the additional optical waveguides or, according to the illustration, via the illumination module 17 to the measuring head 10. In particular, when connecting optical fiber bundles to the measuring head 10, it makes sense to arrange respective coupling optics in the measuring head 10, so that only cables are to be inserted into the respective coupling points from the outside. But there are also variants without coupling optics possible, so that internal

Lichtwellenleiterbündel des Messkopfs 10 unmittelbar auf die externen Fiber optic bundle of the measuring head 10 directly to the external

Lichtwellenleiterbündel stoßen. Fiber optic bundles collide.

Der Umschalter 15 kann alternativ auch als beweglicher Spiegel ausgeführt sein, der je nach Stellung entweder den Referenzkanal zum Spektrometer 16 spiegelt und dabei den Messkanal blockiert oder aber den Referenzkanal blockiert und den der Messkanal zum Spektrometer 16 durchlässt. Generell können das oder die Spektrometer 16 und optional auch die Lichtquelle 18 im Gehäuse 12 des Messkopfs 10 angeordnet sein. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise möglich. Ein einzelnes Spektrometer 16 kann vorteilhafterweise in der oder am Ende der Lichtdurchlassöffnung angeordnet sein, zweckmäßigerweise hinter dem Lichtaufnehmer 21. Auch der Steuerrechner kann im Gehäuse 12 integriert sein, beispielsweise bei Ausführung als„Microcontroller" oder„System-on- Chip". The switch 15 may alternatively be embodied as a movable mirror, which either reflects the reference channel to the spectrometer 16 depending on the position, blocking the measuring channel or blocking the reference channel and allowing the measuring channel to pass to the spectrometer 16. In general, the spectrometer or spectrometers 16 and optionally also the light source 18 can be arranged in the housing 12 of the measuring head 10. This makes a particularly compact design possible. A single spectrometer 16 can advantageously be arranged in or at the end of the light transmission opening, expediently behind the light receiver 21. The control computer can also be integrated in the housing 12, for example when designed as a "microcontroller" or "system-on-chip".

In Fig. 6 ist ein alternatives Spektrometersystem 11 dargestellt. Die Module 14 und 17 können beispielsweise in einem Spektrometersystem 11 gemäß Fig. 5 eingesetzt werden und umgekehrt, da die Koppelstellen 27 und 28 und die FIG. 6 shows an alternative spectrometer system 11. The modules 14 and 17 can be used for example in a spectrometer system 11 according to FIG. 5 and vice versa, since the coupling points 27 and 28 and the

mechanischen Verbindungselemente identisch sind. Die Messkopfmodule 0 sind in diesen Beispielen identisch. mechanical fasteners are identical. The measuring head modules 0 are identical in these examples.

Im Beleuchtungsmodul 17 ist zwischen der Lichtquelle 18 und dem Eintrittsbündel 4 ein optisch homogenisierender Körper, beispielsweise ein holographischer Diffusor (engl,„holographic diffuser"), als Mittel 24 zur optischen Homogenisierung der in Abhängigkeit der Eigenschaften der Lichtquelle 18 und des Reflektors 19.1 anisotropen Strahlung der Lichtquelle 18 angeordnet. Auf eine gleichmäßige In the illumination module 17, an optically homogenizing body, for example a holographic diffuser ("holographic diffuser"), is used as means 24 for optically homogenizing the anisotropic radiation depending on the properties of the light source 18 and the reflector 19.1, between the light source 18 and the entrance bundle 4 the light source 18. On a uniform

Verteilung der Referenzlichtwellenleiter 3 im Eintrittsbündel 4 kann dann verzichtet werden, sie schadet aber auch nicht. Ein zusätzlicher Homogenisator kann in allen Ausführungsformen im Referenzkanal zwischen den Austrittsenden 3.2 der Distribution of the reference optical waveguide 3 in the entrance bundle 4 can then be dispensed with, but it does not hurt either. An additional homogenizer can in all embodiments in the reference channel between the outlet ends of the 3.2

Referenzlichtwellenleiter und dem Spektrometer 16 angeordnet sein. Reference optical waveguide and the spectrometer 16 may be arranged.

In der abgebildeten Ausführungsform sind die Austrittsenden 3.2 der In the illustrated embodiment, the exit ends 3.2 of

Referenzlichtwellenleiter 3 über ein Bündel 25 von Zusatzreferenzlichtwellenleitern optisch mit einem ersten Spektrometer 16A verbunden. Ein Bündel 26 von Reference optical waveguide 3 via a bundle 25 of additional reference optical fibers optically connected to a first spectrometer 16A. A bunch 26 of

Messlichtwellenleitern verbindet den Lichtaufnehmer 21 in der Measuring optical waveguides connects the light receiver 21 in the

Lichtdurchlassöffnung 13 optisch mit einem zweiten Spektrometer 16B. Light transmission opening 13 optically with a second spectrometer 16B.

In einer alternativen Ausgestaltung (nicht abgebildet) kann das In an alternative embodiment (not shown), the

Spektrometermodul 14 mittels zusätzlicher Lichtwellenleiter vom Spectrometer module 14 by means of additional optical fibers from

Beleuchtungsmodul 17 abgesetzt werden. Die Koppelstelle 27 für das Referenzlicht und die Koppelstelle 28 für das Messlicht können dann beispielsweise so angeordnet sein, dass sie über einen gemeinsamen Stecker für die Illumination module 17 sold. The coupling point 27 for the reference light and the coupling point 28 for the measuring light can then be arranged, for example be that they have a common plug for the

Zusatzreferenzlichtwellenleiter 25 die Messlichtwellenleiter 26 und mit dem Additional reference optical fiber 25, the measuring optical fiber 26 and with the

Spektrometermodul 14 verbunden werden können. Vorzugsweise können auch die elektrischen Zuleitungen für die Lichtquelle 18 mit diesem Stecker angeschlossen werden. Dann ist beispielsweise nur ein einzelnes Kabel zur betriebsbereiten Spectrometer module 14 can be connected. Preferably, the electrical leads for the light source 18 can be connected with this plug. Then, for example, only a single cable is ready for operation

Verbindung von Spektrometermodul 14 und Beleuchtungsmodul 17 notwendig. Connection of spectrometer module 14 and lighting module 17 necessary.

Alternativ zur Leitungsführung im Gehäuse des Beleuchtungsmoduls 17 können die Bündel 25 und 26 außerhalb des Gehäuses des Beleuchtungsmoduls 17 verlaufen (nicht abgebildet), so dass dieses nur mehr die Lichtquelle 18 und die Mittel 19 und, falls vorhanden, die Mittel 24 samt elektrischer Zuleitungen umschließt. As an alternative to routing in the housing of the lighting module 17, the bundles 25 and 26 may extend outside the housing of the lighting module 17 (not shown) so that it only surrounds the light source 18 and the means 19 and, if present, the means 24 together with electrical leads ,

In allen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 dem Schutzgrad IP65 oder IP67 entsprechen. Zu diesem Zweck können die Dichtungen 29 staubdicht und In all embodiments, the housing 12 may correspond to the degree of protection IP65 or IP67. For this purpose, the seals 29 dustproof and

strahlwasserdicht (IP65) beziehungsweise staubdicht und dicht gegen zumindest zeitweiliges Untertauchen (IP67) ausgebildet sein. Entsprechend dicht ist dann der Grenzbereich zwischen Schutzscheibe 23 und Gehäuse 12 ausgebildet. jet-water-tight (IP65) or dust-tight and tight against at least temporary submersion (IP67) be formed. The boundary area between the protective screen 23 and the housing 12 is then correspondingly dense.

Die erfindungsgemäße Ringleuchte kann beispielsweise zur Beleuchtung in der Mikroskopie, Ophthalmologie oder Fotographie eingesetzt werden. Die The ring light according to the invention can be used for example for illumination in microscopy, ophthalmology or photography. The

erfindungsgemäßen Spektrometersysteme können beispielsweise zur Erkennung und/oder Klassifizierung von Stoffen durch Messung von optischen Spectrometer systems according to the invention can, for example, for the detection and / or classification of substances by measuring optical

Stoffeigenschaften eingesetzt werden. Diese Fähigkeiten können beispielsweise in der Landwirtschaft, der Nahrungsmittelindustrie, der Reststoffverwertung oder bei der Solarzellenproduktion nutzbringend verwendet werden. Substance properties are used. These capabilities can be used beneficially in, for example, agriculture, the food industry, waste recycling, or solar cell production.

Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES

1 Ringleuchte 1 ring light

2 Beleuchtungslichtwellenleiter  2 illumination fiber optic cables

2.1 Eintrittsenden Beleuchtungslichtwellenleiter 2.1 entrance end illumination fiber optic cable

2.2 Austrittsenden Beleuchtungslichtwellenleiter2.2 exit end illumination fiber optic cable

3 Referenzlichtwellenleiter 3 reference fiber optics

3.1 Eintrittsenden Referenzlichtwellenleiter 3.1 entry end reference fiber optic cable

3.2 Austrittsenden Referenzlichtwellenleiter3.2 exit ends reference fiber optic cable

4 Eintrittsbündel 4 entrance bundles

5 Fassung Eintrittsbündel  5 version entry bundle

6 Fassung Beleuchtungsring  6 socket lighting ring

7 Austrittsbündel  7 exit bundles

8 Fassung Austrittsbündel  8 version exit bundle

9 Ring  9 ring

10 Messkopf  10 measuring head

11 Spektrometersystems  11 spectrometer system

12 Gehäuse  12 housing

13 Lichtdurchlassöffnung  13 light passage opening

14 Spektrometermodul  14 Spectrometer module

15 Umschalter  15 switches

15.1 Optischer Verschluss Messkanal  15.1 Optical shutter measuring channel

15.2 Optischer Verschluss Referenzkanal 15.2 Optical shutter reference channel

16 Spektrometer 16 spectrometers

16.1 Beugungsgitter  16.1 Diffraction grating

16.2 Detektorzeile  16.2 Detector line

16.3 Eintrittsspalt  16.3 entrance slit

17 Beleuchtungsmodul  17 lighting module

18 Lichtquelle  18 light source

19 Mittel zum Einkoppeln  19 means for coupling

19.1 Ellipsoidreflektor  19.1 Ellipsoid reflector

19.2 Sammeloptik  19.2 collection optics

20 Zylinderlinse  20 cylindrical lens

21 Lichtaufnehmer  21 light sensors

22 Koppelelement  22 coupling element

23 Schutzscheibe  23 protective screen

24 Homogenisator  24 homogenizer

25 Zusatzreferenzlichtwellenleiter  25 additional reference fiber optic cable

26 Messlichtwellenleiter  26 measuring fiber optic cable

27 Koppelstelle Referenzlicht  27 Coupling point Reference light

28 Koppelstelle Messlicht  28 Coupling point measuring light

29 Dichtung  29 seal

S Probe  S sample

M Mittelachse Ring  M central axis ring

L Längsachse Lichtdurchlassöffnung  L longitudinal axis light aperture

RK Referenzkanal  RK reference channel

MK Messkanal  MK measuring channel

Claims

Patentansprüche claims

1. Ringleuchte (1), insbesondere Spaltringleuchte, mit einer Vielzahl von 1. ring light (1), in particular split-ring light, with a variety of

Beleuchtungslichtwellenleitern (2), deren Austrittsenden (2.2) in Form eines Rings (9) angeordnet sind und deren Eintrittsenden (2.1) zu mindestens einem Eintrittsbündel (4) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Eintrittsbündel (4) zusätzlich Eintrittsenden (3.1) einer Vielzahl von Referenzlichtwellenleitern (3) angeordnet sind, deren  Illuminating optical waveguides (2) whose outlet ends (2.2) are arranged in the form of a ring (9) and whose inlet ends (2.1) are combined to form at least one inlet bundle (4), characterized in that in the at least one inlet bundle (4) additional inlet ends ( 3.1) of a plurality of reference optical waveguides (3) are arranged, whose

Austrittsenden (3.2) abseits des Rings (9) zu mindestens einem  Outlet ends (3.2) off the ring (9) to at least one

Referenzbündel (7) zusammengefasst sind.  Reference bundles (7) are summarized.

2. Ringleuchte (1) nach Anspruch 1 , wobei die Eintrittsenden (3.1) der 2. ring lamp (1) according to claim 1, wherein the inlet ends (3.1) of the

Referenzlichtwellenleiter (3) oder lokale Gruppen von Eintrittsenden (3.1) über den Querschnitt des Eintrittsbündels (4) statistisch (im wesentlichen) gleichverteilt angeordnet sind.  Reference optical waveguide (3) or local groups of inlet ends (3.1) over the cross section of the inlet beam (4) statistically (substantially) are arranged uniformly distributed.

3. Ringleuchte (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in flächengleichen, insbesondere kongruenten, Abschnitten eines Querschnitts des Eintrittsbündels (4) jeweils eine (im wesentlichen) identische, von Null verschiedene Anzahl 3. ring lamp (1) according to claim 1 or 2, wherein in area equal, in particular congruent, sections of a cross section of the entrance bundle (4) each have a (substantially) identical, non-zero number

Referenzlichtwellenleitern (3) endet.  Reference fiber optic cables (3) ends.

4. Ringleuchte (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Eintrittsenden (3.1) der Referenzlichtwellenleiter (3) oder lokale Gruppen von Eintrittsenden (3.1) eine vorgegebene Standardabweichung ihres mittleren Abstands voneinander aufweisen, insbesondere mit einem vorgegebenen mittleren Abstand. 4. ring lamp (1) according to claim 1, 2 or 3, wherein the inlet ends (3.1) of the reference optical waveguides (3) or local groups of inlet ends (3.1) have a predetermined standard deviation of their mean distance from each other, in particular with a predetermined average distance.

5. Ringleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 5. ring lamp (1) according to any one of the preceding claims, wherein the

Eintrittsbündel (4) mindestens 1000, insbesondere mindestens 5000, weiter insbesondere mindestens 8000, separate Lichtwellenleiter (2, 3) aufweist, wovon mindestens 1%, insbesondere mindestens 10%, Referenzlichtwellenleiter (3) sind.  Inlet bundle (4) at least 1000, in particular at least 5000, more particularly at least 8000, separate optical waveguides (2, 3), of which at least 1%, in particular at least 10%, reference optical waveguides (3).

6. Ringleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das 6. ring lamp (1) according to one of the preceding claims, wherein the

Eintrittsbündel (4) einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Inlet bundle (4) has a rectangular cross-section.

7. Ringleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die 7. ring lamp (1) according to one of the preceding claims, wherein the

Austrittsenden (2.2) der Beleuchtungslichtwellenleiter (2) dicht gepackt sind.  Outlet ends (2.2) of the illumination optical waveguide (2) are tightly packed.

8. Ringleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor den 8. ring lamp (1) according to one of the preceding claims, wherein before the

Austrittsenden (2.2) der Beleuchtungslichtwellenleiter (2) oder vor einer  Exit ends (2.2) of the illumination optical waveguide (2) or in front of a

Untermenge davon eine Zylinderlinse (20) in Form eines Torussegmentes angeordnet ist.  Subset of which a cylindrical lens (20) is arranged in the form of a torus segment.

9. Messkopf (10) für ein optisches Spektrometersystem (11), aufweisend ein 9. measuring head (10) for an optical spectrometer system (11), comprising a

Gehäuse (12) mit einer Lichtdurchlassöffnung (13) und eine Ringleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ringleuchtenring (9) um die Lichtdurchlassöffnung (13) herum angeordnet ist, insbesondere mit paralleler Ausrichtung einer Mittelachse (M) des Ringleuchtenrings (9) und einer  A housing (12) having a light passage opening (13) and a ring light (1) according to one of the preceding claims, wherein the ring ring (9) is arranged around the light passage opening (13), in particular with parallel alignment of a center axis (M) of the ring ring ring (13). 9) and one

Längsachse (L) der Lichtdurchlassöffnung (13).  Longitudinal axis (L) of the light passage opening (13).

10. Messkopf (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei vor dem 10. measuring head (10) according to the preceding claim, wherein before the

Austrittsbündel (7) der Referenzlichtwellenleiter (3) ein optisches  Outlet bundle (7) of the reference optical waveguide (3) an optical

Koppelelement (22) angeordnet ist, insbesondere zur Einkopplung in ein  Coupling element (22) is arranged, in particular for coupling into a

Spektrometer (14) oder in mindestens einen weiteren Lichtwellenleiter (25).  Spectrometer (14) or in at least one other optical waveguide (25).

11. Messkopf (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der optische Weg zwischen den Eintrittsenden (3.1) der Referenzlichtwellenleiter (3) und dem optischen Koppelelement (22) frei ist von diffus reflektierenden Flächen und frei ist von spiegelnden Flächen. 11. measuring head (10) according to the preceding claim, wherein the optical path between the inlet ends (3.1) of the reference optical waveguide (3) and the optical coupling element (22) is free of diffuse reflecting surfaces and is free of reflective surfaces.

12. Messkopf (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , bei dem die 12. measuring head (10) according to any one of claims 9 to 11, wherein the

Lichtdurchlassöffnung (13) und die Ringleuchte (1) gemeinsam in einem Modul angeordnet sind und die Austrittsenden (3.2) der Referenzlichtwellenleiter (3) und die Eintrittsenden (3.1 , 2.1) der Referenzlichtwellenleiter (3) und der  Light transmission opening (13) and the ring lamp (1) are arranged together in a module and the outlet ends (3.2) of the reference optical waveguides (3) and the inlet ends (3.1, 2.1) of the reference optical waveguide (3) and the

Beleuchtungslichtwellenleiter (2) parallel enden.  Lighting fiber optic cable (2) ends in parallel.

13. Spektrometersystem (11) mit einem optischen Spektrometer (14) und einem 13. spectrometer system (11) with an optical spectrometer (14) and a

Messkopf (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12. Measuring head (10) according to one of claims 9 to 12.

14. Spektrometersystem (11) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Messkopf (10) als Modul ausgebildet und mit einem Beleuchtungsmodul (17) verbunden oder verbindbar ist, wobei in dem Beleuchtungsmodul (17) eine Lichtquelle (18) und Mittel (19) zur Einkopplung von Licht der Lichtquelle (18) in das Eintrittsbündel (4) der Ringleuchte (1) angeordnet sind. 14. spectrometer system (11) according to the preceding claim, wherein the measuring head (10) formed as a module and connected to a lighting module (17) or connectable, wherein in the lighting module (17) comprises a light source (18) and means (19) for Coupling of light from the light source (18) in the inlet bundle (4) of the ring lamp (1) are arranged.

15. Spektrometersystem (11) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die 15. spectrometer system (11) according to the preceding claim, wherein the

Austrittsenden (3.2) der Referenzlichtwellenleiter (3) mit dem Spektrometer (14) verbunden oder verbindbar sind und mindestens ein Messlichtwellenleiter (26) oder eine Freistrahloptik einen Lichtaufnehmer (21) in der  Outlet ends (3.2) of the reference optical waveguide (3) with the spectrometer (14) are connected or connectable and at least one measuring optical waveguide (26) or a free-beam optic a Lichtaufnehmer (21) in the

Lichtdurchlassöffnung (13) optisch mit dem Spektrometer (14) verbindet, insbesondere mit einem dem Spektrometer (14) vorgeordneten Schalter, mittels dessen die Verbindung zum Spektrometers zwischen den  Optical passage with the spectrometer (14), in particular with a spectrometer (14) upstream switch, by means of which the connection to the spectrometer between the

Referenzlichtwellenleitern (3) und dem Lichtaufnehmer (21) in der  Reference optical waveguides (3) and the Lichtaufnehmer (21) in the

Lichtdurchlassöffnung (13) umschaltbar ist.  Light passage opening (13) is switchable.

16. Spektrometersystem (11) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die 16. spectrometer system (11) according to any one of claims 13 to 15, wherein the

Lichtquelle im Verhältnis zu einem Radius des Eintrittsbündels (4) einen relativen Autokorrelationsfunktionsradius von mindestens 0,1 aufweist und die Anordnung der Eintrittsfasern (3.1) der Referenzlichtwellenleiter (3) im Eintrittsbündel (4) einen Fehlerfortpflanzungsfaktor aufweist, der höchstens ein Zweifaches eines minimal möglichen Fehlerfortpflanzungsfaktors ist.  Light source in relation to a radius of the entrance bundle (4) has a relative autocorrelation radius of function of at least 0.1 and the arrangement of the entrance fibers (3.1) of the reference optical waveguides (3) in the entrance bundle (4) has an error propagation factor which is at most twice a minimum possible error propagation factor is.

17.Spektrometersystem (11) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei zwischen der Lichtquelle (18) und dem Eintrittsbündel (4) der Referenzlichtwellenleiter (3) und Beleuchtungslichtwellenleiter (2) Mittel (24) zur optischen Homogenisierung von auf die Mittel (24) treffendem Licht angeordnet ist. 17. The spectrometer system (11) according to any one of claims 13 to 16, wherein between the light source (18) and the entrance bundle (4) of the reference optical waveguide (3) and illumination optical waveguides (2) means (24) for optical homogenization of the means (24 ) is arranged appropriate light.

18. Linse (20), insbesondere für eine Ringleuchte (1), ausgebildet als 18. Lens (20), in particular for a ring light (1), designed as

Rotationskörper, der mindestens eine optisch wirksame Oberfläche und eine zentrale Ausnehmung aufweist.  Rotary body having at least one optically active surface and a central recess.