[0001] Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe, auf ein entsprechendes Verfahren, auf die Verwendung der optischen Messvorrichtung in einer agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Vorrichtung, wobei die spektrale Analyse möglichst ohne störenden Eingriff in den ablaufenden Prozess durchgeführt wird.

[0002] In beispielhaften Ausgestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Messvorrichtungen und Messverfahren, die dazu ausgebildet sind, in unterbrechungsfreier oder unterbrechungsarmerWeise die (diffuse) Transmission von Licht durch die Probe spektrometrisch zu erfassen und auszuwerten, um damit präzise Rückschlüsse auf Eigenschaften der Probe ziehen zu können.

[0003] Aus der US 2013/0086977 A1 ist eine Anordnung zur Analyse von Gasen bekannt, bei der im Probenpfad zwischen einem Eintrittsfenster und einem Austrittsfenster optisch wirksame Elemente in Form von Umlenkspiegeln verbaut sind, die für einen Strahlungsverlauf auf Basis direkter Reflexion an den optisch wirksamen Elementen sorgen. Die in die Probe eingehende Strahlung und die die Probe verlassenden Strahlung weisen einen parallelen Verlauf auf, aufgrund der verbauten Umlenkspiegel handelt es sich bei der die Probe verlassenden Strahlung jedoch nicht um Strahlung, die auf Basis diffuser Transmission mit der Probe interagiert hat Damit eignet sich die Anordnung der US 2013/0086977 A1 zwar für Gase, nicht aber für Proben mit teilweise flüssigen und/oder granulären Bestandteilen. Solche im Vergleich zu Gasen heterogenen Proben liegen regelmäßig in der Landwirtschaft und/oder der Lebensmitteltechnologie vor.

[0004] Unter einem Spektrometer ist eine Anordnung zu verstehen, die dazu eingerichtet ist, die Intensität von einfallendem Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge zu erfassen und ein entsprechendes Signal auszugeben. Dies kann beispielsweise auf Basis von Dispersion (beispielsweise durch ein Gitter oder Prisma), filterbasiert, mit selektiver Empfindlichkeit oder interferometrisch erfolgen.

[0005] Ausgestaltungen von Spektrometern als solches sind bekannt. Üblicherweise umfasst ein Spektrometer drei funktional voneinander abgrenzbare Elemente, wobei diese strukturell durchaus kombiniert sein können. Ein erstes Element dient dem "Sammeln" einfallenden Lichts (bzw. elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich und in dem sichtbaren Bereich benachbarten Bereichen). Ein zweites Element dient dem "Auftrennen" des einfallenden Lichts zur Separierung verschiedener Wellenlängen im Licht. Das erste Element und das zweite Element können gemeinsam in einer optischen Baugruppe zusammengefasst sein. Ein drittes Element dient zur Detektion des einfallenden Lichts, das das erste Element und das zweite Element passiert hat. Beispielsweise werden Einzelsensoren oder pixelbasierte Sensor-Arrays verwendet. Üblicherweise ist ferner eine Steuereinheit zur Steuerung und Auswertung vorgesehen.

[0006] Messsysteme zur spektralen Auswertung von Proben sind in verschiedenen Gestaltungen grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Dies umfasst Anordnungen für die Absorptionsspektroskopie. Häufig handelt es sich um Systeme zum Einsatz in Laborumgebungen. Es sind Messsysteme bekannt, die auf der Beobachtung von Transmission von Licht durch die Probe beruhen. Zum anderen existieren Messsysteme, die sich die Reflexion von Licht an der Probe zu Nutze machen.

[0007] Bei beiden Arten von Messsystemen dienen sogenannte Normale (auch bezeichnet als Standards) dazu, die Einflüsse des Messaufbaus bei einer Messung von den Eigenschaften der Probe zu trennen. Bei der Absorptionsspektroskopie, die auf der Transmission von Licht beruht, werden beispielsweise mit sogenannten "Schwarz"- und "Weiß"-Normalen Sensorsignale erfasst, die repräsentativ für Signale sehr heller bzw. sehr dunkler Proben stehen. Grundsätzlich weisen erfasste Sensorsignale nämlich Merkmale auf, die sowohl aus der Probe bzw. der Interaktion mit der Probe resultieren als auch von der Messvorrichtung bzw. deren Umgebung herrühren. Da die (Proben-) Eigenschaften der Normale aber bekannt sind, können die Vorrichtungseigenschaften allein (d.h. probenunabhängig) ermittelt werden und bei einer Messung unbekannter Proben entsprechend kompensiert bzw. numerisch korrigiert werden. Zu den Vorrichtungseigenschaften, die auf das Messsignal Einfluss nehmen können, zählen beispielsweise eine wellenlängenabhängige Emission der Beleuchtung durch die Vorrichtung, eine wellenlängenabhängige Empfindlichkeit der Detektoren, sowie Stör- und Fremdlicht, das von der Vorrichtung nicht genügend abgeschirmt wird. Wird dieser Vorgang vor einer Messung durchgeführt, kann eine initiale Kalibrierung der Messvorrichtung erfolgen.

[0008] Die Messergebnisse in Bezug auf die zu messenden Proben ordnen sich in der Regel zwischen den beiden Messwerten für die Normale "Schwarz" und "Weiß" ein. Denkbar sind aber auch Normale bzw. Hilfsnormale, die nicht unbedingt einem Rand (Extremum) des Dynamikumfangs der Messung zuzuordnen sind, sondern innerhalb dieses Umfangs angeordnet sind.

[0009] Für möglichst präzise Messergebnisse sollten idealerweise Veränderungen der Messbedingungen während des Betriebes der Messvorrichtung berücksichtigt werden. Solche Veränderungen können beispielsweise aus Ablagerungen oder Verschmutzungen an der Lichtquelle resultieren oder aus Änderungen von Intensität oder Farbtemperatur der Lichtquelle im Laufe der Betriebszeit. Weiterhin sind auch thermische Einflüsse auf das Messsystem relevant hinsichtlich etwaiger Schwankungen in der Empfindlichkeit bzw. der Verfälschung von Messergebnissen. So können sich optische Bauteile oder Detektorbauteile innerhalb des in der Messvorrichtung verwendeten Spektrometers in ihren Eigenschaften derart verändern, dass sich Messungenauigkeiten ergeben können. Entlang der Kette zwischen Lichtquelle, Probe und Sensoreinheit können diverse Faktoren einen Einfluss auf die spektrale Messung haben. Gerade bei einem Dauerbetrieb der Messvorrichtung (nicht nur Einzelmessungen oder intermittierende Messungen) ist mit einem gewissen Drift beim Messergebnis zu rechnen. Dies gilt umso mehr, je weiter sich die konkrete Messaufgabe von idealen Laborumgebungen entfernt.

[0010] Um weiterhin korrekte Messergebnisse sicherzustellen, sind daher in regelmäßigen Zeitabständen Rekalibrierungen mit den genannten Hilfsnormalen erforderlich. Dies erhöht den Aufwand und erfordert gegebenenfalls eine Unterbrechung des beobachteten Prozesses. Daher scheidet regelmäßig auch eine engmaschige Rekalibrierung aus. In der Regel wird für die Rekalibrierung die Probe aus der Probenebene entfernt und durch die Normale bzw. Kalibrierstandards ersetzt. Nach Messung der Normale wird die Probe dann wieder in die Probenebene gebracht und in Bezug auf die jüngst ermittelten Normale gemessen.

[0011] Allerdings ist dieser Vorgang nicht nur störend und zeitaufwendig, sondern unter Umständen gar nicht realisierbar. Dies gilt insbesondere für zumindest teilweise kontinuierliche Prozesse im landwirtschaftlichen, lebensmitteltechnologischen oder einem vergleichbaren industriellen Umfeld. Derartige Prozesse sollen idealerweise unterbrechungsfrei ablaufen.

[0012] Die DE 10 2004 021 448 A1 offenbart einen spektrometrischen Reflexionsmesskopf mit interner Rekalibrierung. Bei dem Messkopf sind im Gehäuse des Messkopfes mindestens zwei Standards (Normale), vorzugsweise ein Schwarz- und ein Weißstandard, zur internen Rekalibrierung vorhanden, die wahlweise in den Strahlengang des Reflexionsmesskopfes geschwenkt werden können. Nach der Erfassung der Messdaten der Standards durch das Spektrometer erfolgt die Rekalibrierung des Reflexionsmesskopfes durch eine Steuer- und Auswerteeinheit. Zusätzlich können zur Kalibrierung des Reflexionsmesskopfes vor der Inbetriebnahme der Messanordnung bzw. in bestimmten Zeitabständen mindestens zwei externe Standards genutzt werden. Die Rekalibrierung erfordert also eine Unterbrechung der Beobachtung der Probe.

[0013] Die DE 10 2004 048 102 A1 betrifft ebenfalls eine Anordnung zum Messen der diffusen Reflexion entsprechender Proben sowie ein Verfahren zur internen Rekalibrierung des Messkopfes. Der offenbarte spektrometrische Messkopf mit Rekalibrierung besteht aus einem mit einem Fenster versehenen Gehäuse, in dem eine Beleuchtungsquelle, eine Spektrometeranordnung und mindestens zwei Standards (Normale) zur internen Rekalibrierung vorhanden sind, wobei diese Standards wahlweise so in den Strahlengang des Messkopfes geschwenkt werden können, dass das gesamte von der Beleuchtungsquelle ausgehende Messlicht zur Rekalibrierung verwendet wird. Die interne Rekalibrierung erfolgt intermittierend, während der Rekalibrierung kann die Probe nicht beobachtet werden. Die vorgeschlagene Anordnung kann im Bereich des sichtbaren Lichts und im Nahinfrarot-Bereich angewendet werden.

[0014] Die Verwendung von transmittiertem Licht zur Untersuchung einer Probe ist beispielsweise aus der DE 102017 108552 A1 bekannt, die einen spektrometrischen Messkopf mit einer Messfläche offenbart, die an einer Untersuchungsfläche einer Probe positionierbar ist. Der Messkopf umfasst eine Lichtquelle, mindestens ein Beleuchtungsfenster in der Messfläche, durch das von der Lichtquelle bereitgestelltes Licht in Richtung zur Untersuchungsfläche der Probe ausgestrahlt wird, mindestens zwei Transmissionslicht-Eintrittsfenster, die ebenfalls in der Messfläche positioniert sind und von der Probe remittiertes Licht eintreten lassen, das einen optischen Pfad durch die Probe zurückgelegt hat, wobei jedes Transmissionslicht-Eintrittsfenster vom Beleuchtungsfenster um ein vorbestimmtes, voneinander abweichendes Maß beabstandet ist, und eine Spektralsensoreinheit mit mehreren Spektralsensoren oder Sensorkanälen, wobei jedem Transmissionslicht-Eintrittsfenster mindestens einer dieser Spektralsensoren oder Sensorkanäle zugeordnet ist, um das dort eingetretene Licht zu detektieren und jeweils ein entsprechendes Sensorsignal an eine nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit abzugeben.

[0015] Insbesondere werden bei dem in der DE 102017 108552 A1 offenbarten Messkopf die Transmissionslicht-Eintrittsfenster optisch abgeschirmt, um Streulicht, das direkt aus dem Beleuchtungsfenster austritt, oder von der Probe reflektiertes Licht, das keinen optischen Pfad in der Probe durchlaufen hat, abzuschirmen. Damit erlaubt der Messkopf die spektrometrische Auswertung der diffusen Transmission von Licht, das eine Probe durchlaufen hat, beispielsweise um Eigenschaften der Probe anhand chemometrischer Modelle zu bestimmen. [0016] Herausfordernd bei der in der DE 10 2017 108 552 A1 offenbarten Herangehensweise ist, dass eine praktische Umsetzung im kontinuierlichen Betrieb womöglich nur unter idealisierten Bedingungen ("Laborbedingungen") zuverlässige Ergebnisse liefern kann. Dies liegt beispielsweise bei einer Implementation im Agrarbereich an unvermeidbaren Vibrationseinflüssen durch Maschinen und dgl. , die konstant bleibende Pfadlängen des Lichts überhaupt nicht zulassen. Der gewählte Ansatz, nämlich die Ableitung eines stabilen Modells zur Nachführung des Weißnormals über verschiedene Längen durch die Probe, ist hinsichtlich der praktischen Implementation hochgradig herausfordernd. Darüber hinaus vermag das offenbarte Verfahren nicht die Kalibrierung eines initialen Weißnormals zu ersetzen.

[0017] Die vorstehend beschriebenen und weitere bekannte Ansätze und Vorrichtungen zur Bestimmung von Probeneigenschaften mittels Transmissionsmessungen müssen sich ebenso der Herausforderung des Einsatzes im praktischen Betrieb, also beispielsweise auf dem Feld oder in einem landwirtschaftlichen oder lebensmitteltechnologischen Betrieb, stellen.

[0018] Aufgrund der rauen Einsatzbedingungen ist eine Nachreferenzierung bzw. Nachkalibrierung des Detektors durch ein Hilfsnormal wünschenswert. Während, wie oben beschrieben, bei Reflexionsmessungen ein Einschwenken eines Hilfsnormals die Rekalibrierung ermöglicht, kann bei Transmissionsmessungen in der Regel kein Hilfsnormal eingeschwenkt werden, da hier die Probe schlicht "im Weg" ist, wenn sie wie üblich zwischen Lichtquelle und Detektor positioniert und ggfs. Bestandteil eines Materialstroms ist. Wenn nun dieser Materialstrom möglichst direkt - im Sinne einer Inprozessmessung - erfasst und ausgewertet werden soll, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass die Messvorrichtung mit Beleuchtungsfenster und Transmissionslicht-Eintrittsfenster möglichst nahe an einen Pfad/Kanal der Materialströmung herangeführt werden muss. Ein Hilfsnormal kann dort nicht einfach so platziert werden.

[0019] Bei Messungen von Proben im landwirtschaftlichen oder lebensmitteltechnologischen Bereich hat sich herausgestellt, dass Messungen mittels Transmission gegenüber Messungen mittels Reflexion in der Regel den Vorteil bieten, dass die Signalstärke höher ist. Dies hängt mit den in diesen Bereichen verwendeten Stoffen und Materialien zusammen, die oftmals eine granuläre Struktur mit vielen Hohlräumen aufweisen und damit mehrfache Reflexion bei diffuser Transmission ermöglichen. Ferner können Proben zumindest teilweise fluidisch sein, insbesondere zumindest teilweise verflüssigt. Gegebenenfalls kann bei Transmissionsmessungen auf kostengünstige Detektoren zurückgegriffen werden, während bei Reflexionsmessungen unter Umständen empfindlichere Detektoren, wie beispielsweise Indium-Gallium-Arsenid-Detektoren, erforderlich sind.

[0020] Eine allgemeine Zielsetzung für die Entwicklung und Gestaltung optischer Messvorrichtungen zur Eigenschaftsanalyse von Proben, insbesondere für den industriellen und agrartechnischen Einsatz, ist die Erhöhung der Genauigkeit und die Verbesserung der Robustheit bzw. Tauglichkeit für den Einsatz unter rauen Bedingungen, wie beispielsweise bei Verwendung in landwirtschaftlichen Vorrichtungen, lebensmitteltechnologischen Anlagen und dgl. Ferner sollte eine optische Messvorrichtung bei solchen Anwendungen einen kontinuierlichen Einsatz, möglichst unterbrechungsarm oder unterbrechungsfrei, ermöglichen. Darüber hinaus sollen die verbesserten Eigenschaften möglichst ohne zusätzlichen Kostenaufwand, vorzugsweise mit geringerem Kostenaufwand, realisierbar sein.

[0021] Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe bereitzustellen, die möglichst unterbrechungsfrei eingesetzt werden kann und mit der sich dauerhaft hohe Messgenauigkeiten realisieren lassen. Die Messvorrichtung soll für agrartechnische und verwandte lebensmitteltechnologische Anwendungen geeignet sein, insbesondere im Hinblick auf die Robustheit der Vorrichtung. Die Messvorrichtung soll für Anwendungen im landwirtschaftlichen oder lebensmitteltechnologischen Umfeld geeignet sein. Die Messvorrichtung soll möglichst eine Inprozessmessung eines Materialstroms ermöglichen, ohne dass der Materialstrom als solches beeinflusst wird.

[0022] Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen zieht die vorliegende Offenbarung darauf ab, eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse anzugeben, die bei idealerweise einfachem und kostengünstigem Aufbau eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit ermöglicht. Allgemein soll sich die Messvorrichtung zum Einsatz im Agri- Food-Umfeld und in verwandten Bereichen (Agrarenergiebereich, Lebensmitteltechnologie und ähnliches) eignen.

[0023] Diese Aufgabe wird durch eine optische Messvorrichtung zur spektralen Analyse einer Probe unter Nutzung diffuser Transmission gelöst, wobei die Messvorrichtung Folgendes aufweist: eine Beleuchtungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die Probe mit Licht zu bestrahlen, und eine Spektralsensoreinheit, die dazu eingerichtet ist, über einen ersten Beobachtungspfad von der Probe diffus transmittiertes Licht zu erfassen und ein entsprechendes erstes Sensorsignal bereitzustellen, und über einen zweiten Beobachtungspfad das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht unabhängig von der Probe zu erfassen und ein entsprechendes zweites Sensorsignal bereitzustellen, wobei sich die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe befinden.

[0024] Auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.

[0025] Offenbarungsgemäß wird die Probe mittels Licht analysiert, das von der Probe transmittiert wurde. Das erste Sensorsignal ist damit im Vergleich zu einem Signal, das primär auf Reflexion basiert, idealerweise stärker, wodurch eine präzisere spektrale Analyse der Eigenschaften der Probe ermöglicht sein kann. Die Analyse der Probe erfolgt beispielsweise mit einem Aufbau, bei dem sich die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe befinden, also nicht durch die Probe voneinander getrennt sind. Dadurch kann die Vorrichtung auch den widrigen Umständen beispielsweise in agrartechnischen Maschinen standhalten. Selbst wenn die Probe beispielsweise Getreidekörner, Häckselgut, Silage oder Gülle umfasst, ermöglicht die Anordnung eine genaue und robuste Transmissionsmessung. [0026] Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter einer Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe eine Positionierung zu verstehen, bei der die Probe nicht räumlich zwischen der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit angeordnet ist. Auf diese Weise wird auf eine Anordnung verzichtet, bei der der Beobachtungsstrahlengang des ersten Beobachtungspfades und dazugehörige Beleuchtungsstrahlengang zumindest in Nachbarschaft zur Probe im Wesentlichen koaxial angeordnet sind. Mit anderen Worten wird eine Durchlichtanordnung, wie sie bei Mikroskopen oder anderen Bildverarbeitungsanwendungen genutzt wird, bewusst vermieden. Auf diese Weise eignet sich die Messvorrichtung zur Beobachtung von Materialströmungen, wobei auf einen etwaigen Durchmesser oder eine Querschnittsgestaltung eines Strömungskanals keine Rücksicht genommen werden muss, da die Messvorrichtung seitlich an eine solchen Strömungskanal angeflanscht sein kann.

[0027] Die Formulierung "auf derselben Seite der Probe" beschreibt eine durchlichtfreie Gestaltung, bei der die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit so angeordnet sind, dass sich zwischen dem Beleuchtungspfad und dem ersten Beobachtungspfad keine Durchlichtanordnung ergibt. Bei einer Durchlichtanordnung könnte das Licht direkt zwischen einem Eintrittsfenster und einem Austrittsfenster oder optisch wirksamen Umlenkelementen geführt werden, ohne dass es zu der gewünschten Interaktion mit der Probe kommt. Wenn also über den ersten Beobachtungspfad erfasstes Licht nicht überwiegend oder ausschließlich auf von der Probe diffus transmittiertes Licht zurückgehen würde, kann die Probe nicht wie gewünscht analysiert werden.

[0028] In beispielhaften Ausgestaltungen sind die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit zueinander benachbart angeordnet, wobei dies bei einer angenommenen Strömung der Probe durch ein zylindrisches Rohr oder dergleichen auch einen Axialversatz und/oder einen geringen Winkelversatz umfassen kann.

[0029] Eine Gestaltung, bei der die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit im Sinne der vorliegenden Offenbarung auf derselben Seite der Probe angeordnet sind, bei der jedoch optisch wirksame Elemente (Umlenkspiegel oder dergleichen) zur direkten Strahlführung zwischen einem Eintrittsfenster und einem Austrittsfenster verbaut sind, führt zu einer Anordnung gemäß dem Durchlichtprinzip, bei dem das erfasste Licht nicht in ausreichendem Maße von der Probe diffus transmittiert wurde. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung führt daher auch eine Strahlführung mittels direkter Reflexion an optisch wirksamen Elementen zwischen dem Eintrittsfenster und dem Austrittsfenster zu einer Durchlichtanordnung.

[0030] In einer beispielhaften Ausgestaltung bezieht sich demgemäß die Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe auf eine benachbarte Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit in einem Umfangsabschnitt des Strömungskanals. In Bezug auf einen solchen Strömungskanal und dessen gedachtes Zentrum sind also die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit gerade nicht um 180° in Bezug auf das Zentrum zueinander versetzt. Stattdessen sind die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit in einem Umfangsabschnitt mit einer Erstreckung von weniger als 180°, vorzugsweise von weniger als 90°, weiter bevorzugt von weniger als 45° angeordnet. In einer beispielhaften Ausgestaltung liegen der erste Beobachtungspfad und der zugehörige Beleuchtungspfad geometrisch in derselben Hemisphäre in Bezug auf ein (gedachtes) Zentrum des Strömungskanals, wobei eine Symmetrieachse der Hemisphäre senkrecht zur (gedachten) Strömungsrichtung orientiert ist.

[0031] Diese beispielhafte Unterteilung lässt sich auch auf Strömungskanäle mit nicht-rundem Querschnitt übertragen. Bei einem Strömungskanal mit rechteckigem Querschnitt heißt dies beispielsweise, dass die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit gemeinsam auf einer der vier Seiten des Rechtecks angeordnet sind. Die Anordnung der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit können gerade bei Berücksichtigung einer strömenden Probe auch einen Versatz entlang der Strömungsrichtung zwischen der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit umfassen. Die spektroskopische Erfassung erfolgt also nicht nach dem Durchlichtprinzip. Stattdessen wird bewusst auf die Erfassung von Licht abgestellt, dass anderweitig von der Probe transmittiert wurde.

[0032] Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen erlaubt die Messvorrichtung eine Inprozessmessung bzw. Inprozessüberwachung. Dies kann auch bei widrigen Bedingungen erfolgen. Die Messvorrichtung eignet sich zur Überwachung eines Materialstroms, beispielsweise zur Überwachung von Erntegut oder vergleichbaren Gütern.

[0033] Die Gestaltung der Messvorrichtung erlaubt die stetige Bereitstellung eines Referenzsignals. Idealerweise steht dauerhaft ein Referenzsignal zur Verfügung, das nicht oder nur minimal von der Probe beeinflusst ist. In beispielhaften Ausgestaltungen erfolgt die Erfassung über den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad zeitparallel (simultan). Mit anderen Worten stehen zumindest zeitweise (vorzugsweise dauerhaft) während des Betriebs der Messvorrichtung erste Sensorsignale über den ersten Beobachtungspfad und zweite Sensorsignale über den zweiten Beobachtungspfad bereit. Idealerweise steht jederzeit ein Referenzsignal zur Verfügung, das die Berücksichtigung/Eliminierung externer Einflüsse erlaubt, die nicht auf die Probe zurückgehen.

[0034] Beispielhaft lässt sich diese Gestaltung auch dann nutzen, wenn zusätzlich ein Normal (Schwarznormal oder Weißnormal) genutzt wird. Auch dann kann es von Vorteil sein, wenn zusätzlich zum Normal (beispielsweise in den ersten Beobachtungspfad eingefahren) eine Referenz über den zweiten Beobachtungspfad zur Verfügung steht. Sodann können etwaige Einflüsse, die nicht auf das jeweilige Normal zurückgehen, erfasst und berücksichtigt werden.

[0035] Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen entfällt jedoch die Verwendung von zusätzlichen (beispielsweise mechanisch einfahrbaren/einschwenkbaren) Hilfsnormalen (zum Beispiel Schwarznormal oder Weißnormal), da das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht auch unabhängig von der Probe erfasst wird. Gemäß diesen Ausgestaltungen entfallen zum einen komplizierte mechanische Bauteile, was den Aufbau der Messvorrichtung grundsätzlich vereinfacht. Zum anderen erhöht sich die Robustheit der Vorrichtung, da insbesondere bewegliche Teile wegfallen, die gerade bei Vibrationen oder Stößen oftmals Schaden nehmen und damit ursächlich für verfälschte Messergebnisse sein können. [0036] Grundsätzlich kann die probenunabhängige Beobachtung der Lichtquelle bei der offenbarungsgemäßen Messvorrichtung dauerhaft und ohne Unterbrechung des Messvorgangs erfolgen, während die Vermessung eines Hilfsnormals eine dedizierte Messung notwendig macht, bei der die eigentliche Messung der Probe unterbrochen werden muss, weil beispielsweise das Hilfsnormal in den Lichtpfad zwischen Lichtquelle und Detektor eingeschwenkt werden muss. Mithin kann eine zeitlich parallele Referenzierung anstatt einer zeitlich seriellen Referenzierung vorgenommen werden. D.h. die Referenzierung kann gleichzeitig mit der Messung der Probe erfolgen, so dass kein zeitlicher Versatz zwischen Probenmessung und Messung der Abweichung von einem Normal auftritt. Damit können jeweilige Abweichungen viel präziser erfasst werden, so dass die Genauigkeit der Messung der Probeneigenschaften deutlich gesteigert werden kann.

[0037] Dass das über den zweiten Beobachtungspfad von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht unabhängig von der Probe erfasst werden kann, bedeutet, dass der zweite Beobachtungspfad an der Probe vorbeigeht, diese also nicht passiert. Mit anderen Worten findet zwischen dem abgestrahlten Licht auf diesem Beobachtungspfad und der Probe keine Interaktion statt, so dass das Licht dieses Pfades von der Probe, und damit insbesondere von deren lichtverändernden Eigenschaften unbeeinflusst bleibt. Die Beobachtung der Beleuchtungseinheit über die Spektralsensoreinheit bzw. genauer gesagt die Erfassung von Licht über den zweiten Beobachtungspfad erfolgt vorzugsweise simultan mit der Erfassung von Licht über den ersten Beobachtungspfad. Es ist aber auch denkbar, dass die Erfassung von Licht über den zweiten Beobachtungspfad und die Erfassung von Licht über den ersten Beobachtungspfad zeitlich versetzt (d.h. asynchron) erfolgt, wobei der zeitliche Versatz beispielsweise einen vorbestimmten Wert annimmt. Auch eine teilweise zeitliche Überlappung ist denkbar. Ferner kann die Erfassung von Licht über beide Pfade (jeweils) in diskreten, aber bevorzugt möglichst kurzen zeitlichen Abständen erfolgen. Die zeitlichen Abstände entsprechen vorzugsweise der Integrationszeit des zugeordneten Detektors (oder der jeweils zugeordneten Detektoren) in der Spektralsensoreinheit. Grundsätzlich denkbar ist aber auch eine Erfassung des Lichtes über den ersten Pfad und den zweiten Pfad in kontinuierlicher Weise. [0038] Der erste Beobachtungspfad umfasst einen Beobachtungsstrahlengang, der direkt oder mittelbar auf die Probe gerichtet ist. Üblicherweise ist ferner ein Beleuchtungsstrahlengang vorgesehen, über den die Probe von der Beleuchtungseinheit beleuchtet wird, wobei diffus transmittiertes Licht, das mit der Probe interagiert hat, in den Beobachtungsstrahlengang des ersten Beobachtungspfades eintritt. Der zweite Beobachtungspfad umfasst einen Beobachtungsstrahlengang, der direkt oder mittelbar auf die Beleuchtungseinheit gerichtet ist. Mit anderen Worten fällt beim zweiten Beobachtungspfad der Beobachtungsstrahlengang zumindest abschnittsweise mit dem Beleuchtungsstrahlengang zusammen, da das Licht der Beleuchtungseinheit ohne Interaktion mit der Probe in den Beobachtungsstrahlengang des zweiten Beobachtungspfades eintritt.

[0039] Eine offenbarungsgemäße Spektralsensoreinheit umfasst gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung eine gemeinsame Optik für beide (gleichwohl hinreichend voneinander getrennten) Beobachtungspfade, die zum Führen, Sammeln des Lichts und zum Auftrennen des Lichts in verschiedene Wellenlängenbereiche nutzbar ist. Diese Gestaltung kann gemäß einer ersten Variante mit einem (einzigen) spektralen Detektor kombiniert werden, der dazu befähigt ist, Licht über beide Beobachtungspfade zu empfangen. Gemäß einer zweiten Variante kann diese Gestaltung mit zwei spektralen Detektoren kombiniert werden, die jeweils einem der beiden Pfade zugeordnet sind. Diese Gestaltungen können ferner eine Platzierung der Komponenten auf einer gemeinsamen Platine umfassen. Insgesamt kann eine derart gestaltete Spektralsensoreinheit als integrierte Spektralsensoreinheit bezeichnet werden.

[0040] Eine offenbarungsgemäße Spektralsensoreinheit umfasst gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung zwei Spektralsensoren, die jeweils eine eigene Optik sowie einen eigenen spektralen Detektor umfassen. Jeder der beiden spektralen Sensoren ist einem der beiden spektralen Beobachtungspfade zugeordnet. Die beiden Spektralsensoren können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden. Dies kann eine benachbarte oder voneinander beabstandete Anordnung umfassen. Insgesamt kann eine derartige Spektralsensoreinheit als verteilte Spektralsensoreinheit bezeichnet werden. [0041] Unabhängig davon, ob eine integrierte Spektralsensoreinheit oder eine verteilte Spektralsensoreinheit gegeben ist, ist eine gemeinsame Auswertung der erfassten Sensorsignale der beiden Beobachtungspfade vorgesehen. Auf diese Weise kann das über den zweiten Beobachtungspfad bereitgestellte Referenzsignal bei der Auswertung des über den ersten Beobachtungspfad bereitgestellten Sensorsignals berücksichtigt werden. Unabhängig davon, ob die spektralen Detektoren strukturell miteinander gekoppelt sind, ist auf diese Weise eine funktionale Kopplung gegeben.

[0042] In einer beispielhaften Ausgestaltung weist das mit der Probe interagierende Licht innerhalb der durch einen Materialstrom gebildeten Probe zwischen einem Eintrittsfenster und einem Austrittsfenster, die sich derselben Seite der Probe befinden, einen auf diffuser Transmission beruhenden Strahlungsverlauf auf, der insbesondere zwischen dem Eintrittsfenster und dem Austrittsfenster unbeeinflusst von optisch wirksamen Elementen zur Strahlumlenkung ist. Auf diese Weise kann die Erfassung von Licht auf Basis direkter Reflexion an optisch wirksamen Elementen (Umlenkspiegeln oder dergleichen) vermieden werden. Ein hoher Anteil von durch die Probe diffus transmittiertem Licht im ersten Beobachtungspfad erhöht die Aussagekraft des erfassten Signals.

[0043] In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die optische Messvorrichtung ein Trennelement auf, das dazu eingerichtet ist, einen Reflexionspfad, der von der Probe (direkt) reflektiertes Licht an die Spektralsensoreinheit liefert, zu blockieren. Das Licht, das im ersten Beobachtungspfad erfasst wird, umfasst mehrheitlich solches Licht, das durch die Probe transmittiert wurde. Anteile von direkt reflektiertem Licht sind zwar grundsätzlich nicht schädlich für die Messung, enthalten aber weniger Information über die Probenbeschaffenheit. Es ist also wünschenswert durch die geometrisch-optische Anordnung von Beleuchtung, Probe, Trennelement und erstem Beobachtungspfad einen möglichst hohen Anteil transmittieren Lichtes und einen niedrigen Anteil reflektierten Lichtes zu erfassen. Üblicherweise kann jedoch ein niedriger Anteil an reflektiertem Licht nicht ausgeschlossen werden. Eine Anpassung oder Optimierung des Trennelementes kann je nach Probenbeschaffenheit erfolgen. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise, das Verhältnis von direkt reflektiertem Licht zu transmittiertem Licht in Abhängigkeit von der Granularität bei Schüttgütern und dergleichen optimieren. Insbesondere handelt es sich bei dem Trennelement um ein lichtundurchlässiges Trennelement. [0044] Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist ferner ein Reflexionsbeobachtungspfad vorgesehen, über den durch eine lichtempfindliche Sensoreinheit direkt von der Probe reflektiertes Licht, insbesondere ortsaufösend, erfasst wird. Demgemäß ist die Messvorrichtung bewusst dazu eingerichtet, über einen weiteren, dritten Beobachtungspfad (auch: Reflexionspfad) von der Probe direkt reflektiertes Licht zu erfassen und ein entsprechendes weiteres Sensorsignal (Reflexionssignal) bereitzustellen. Zu diesem Zweck eignet sich als Sensoreinheit beispielsweise ein ortsauflösender lichtempfindlicher Sensor, beispielsweise eine Kamera mit Bildsensorarray, der zusätzlich zu dem zumindest einen Spektralsensor der Spektralsensoreinheit vorgesehen ist. Der ortsauflösende Sensor erfasst gemäß dieser Ausführungsform keine in Wellenlängenbereiche unterteilten spektrometrischen Signale. Die Erfassung erfolgt in dieser Ausführungsform spektralzerlegungsfrei, wobei grundsätzlich auch eine spektrometrische Erfassung über den Reflexionsbeobachtungspfad denkbar ist. Auf diese Weise lassen sich weitere Referenzdaten gewinnen, die bei der Auswertung nutzbar sind.

[0045] In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Spektralsensoreinheit dazu eingerichtet, das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht direkt zu erfassen. Unter einer direkten Erfassung des abgestrahlten Lichts durch die Spektralsensoreinheit ist zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen zu verstehen, dass das Licht auf dem zweiten Beobachtungspfad in Form freier Lichtausbreitung (ohne Umlenkung) zu der Spektralsensoreinheit gelangt. Angestrebt wird generell eine möglichst geringe Wechselwirkung mit der Probe, vorzugsweise keinerlei Wechselwirkung mit der Probe. Ferner wird das Licht gemäß dieser Ausführungsform idealerweise nicht durch eine optische Einheit beeinflusst. Insofern verläuft der zweite Beobachtungspfad gemäß dieser Ausgestaltung entlang eines Pfades, der sich direkt und ohne Beeinflussung durch optische Elemente zwischen der Beleuchtungseinheit und der Spektralsensoreinheit erstreckt.

[0046] In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist die Spektralsensoreinheit dazu eingerichtet, das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht über eine optische Einheit (auch: optisch wirksame Einheit) zu erfassen. Dies bezieht sich beispielhaft auf den ersten und/oder den zweiten Beobachtungspfad Beispiele für optische Einheiten sind Spiegel, diffuse Flächen (insbesondere Hilfsnormale), Lichtleiter, Linsen, Strahlteiler, Homogenisierer, Filter und Strahltransformatoren. Idealerweise ist bekannt, in welcher Weise die optischen Einheiten Einfluss auf das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht nehmen, damit deren Einfluss bei der Auswertung des entsprechenden Sensorsignals berücksichtigt werden kann.

[0047] In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit der optischen Messvorrichtung einen ersten Strahlengang und einen zweiten Strahlengang auf, wobei der erste Strahlengang dazu eingerichtet ist, das von der Probe diffus transmittierte Licht über den ersten Beobachtungspfad aufzunehmen, und wobei der zweite Strahlengang dazu eingerichtet ist, das von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahlte Licht über den zweiten Beobachtungspfad aufzunehmen. Beispielsweise sind der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad hinreichend räumlich oder baulich voneinander getrennt, damit Wechselwirkungen möglichst vermieden werden. Damit kann die Spektralsensoreinheit das Licht des ersten Beobachtungspfades über den ersten Strahlengang unabhängig von dem Licht des zweiten Beobachtungspfades über den zweiten Strahlengang (und umgekehrt) erfassen.

[0048] In einer beispielhaften Ausgestaltung weisen der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad eine gemeinsame spektroskopische Optikeinheit auf, durch die das von der Probe diffus transmittierte Licht entlang des ersten Beobachtungspfads und das von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahlte Licht entlang des zweiten Beobachtungspfads laufen.

[0049] In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit eine monolithische Optikeinheit (auch: Optik) auf, in die zumindest der erste Beobachtungspfad oder der zweite Beobachtungspfad zumindest abschnittsweise integriert sind. In einer beispielhaften Ausgestaltung sind der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad - zumindest abschnittsweise - in die monolithische Optikeinheit integriert. Diese Gestaltung kann ferner einen oder mehrere Spektralsensoren umfassen, die der Optikeinheit benachbart sind, so dass insgesamt ein kompaktes Modul entsteht, das zumindest Strahlführung (Optikeinheit) und Detektor für den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad umfasst. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, jeweils für den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad eine separate monolithische Optik vorzusehen.

[0050] Eine beispielhafte Ausgestaltung einer monolithischen Optik für ein Spektrometer ist in der WO 2014/001074 A1 gezeigt. Monolithisch bezieht sich insbesondere auf die einschlägige Gestaltung der Optik. Dies kann beispielhaft bei einem Spektrometer zumindest die Sammeloptik und das dispersive Element umfassen. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die monolithische Optik einstückig aus einem mittels Spritzguss verarbeitbaren Material (Kunststoff) hergestellt. Dies vereinfacht eine Serienfertigung. Ferner ergeben sich insbesondere bei einer Serienfertigung Kostenvorteile. Eine monolithische Optik erhöht die Robustheit der Spektralsensoreinheit.

[0051] Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung versteht man unter einem Spektrometer ein Gerät, das von einer Mischung elektromagnetischer Strahlung die Intensität in Abhängigkeit der Wellenlänge bestimmen kann und üblicherweise Sensorsignale für eine Auswerteeinheit zur Verfügung stellt. Welcher Teil des elektromagnetischen Spektrums, welche Gesamtbandbreite und welche Wellenlängenauflösung benötigt wird, hängt üblicherweise von der konkreten Anwendung ab. Grundsätzlich umfasst ein Spektrometer zumindest zwei Einheiten, nämlich einen Detektor und eine dem Detektor vorgeschaltete Optik. Die Optik sorgt wiederum für das Sammeln und wellenlängenselektive Aufteilen des Lichts. Der Detektor umfasst häufig Halbleiter-Bauelemente, die den inneren fotoelektrischen Effekt nutzen. Die Optik ist dazu ausgebildet, dem Detektor die Strahlung wellenlängenselektiv zuzuführen.

[0052] Verschiedene physikalische Effekte lassen sich zu Zwecken der Wellenlängendiskriminierung/Wellenlängenselektion nutzen. Dies umfasst beispielsweise dispersive optische Systeme, filterbasierte Systeme und/oder interferometrische Anordnungen. Ferner wird häufig danach unterschieden, ob die Aufnahme des gesamten Spektrums simultan oder zeitlich versetzt erfolgt. Detektoren der ersten Gruppe weisen beispielsweise ein Array mit mehreren Detektorpixeln auf. Detektoren der zweiten Gruppe weisen beispielsweise Einzeldetektoren auf. [0053] Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die Wellenlängendiskriminierung für den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad durch ein und dieselbe Optik erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eventuelle Abweichungen beide Pfade gleichermaßen beeinflussen. In beispielhaften Ausgestaltungen ist ferner vorgesehen, einerseits das gesamte Spektrum zeitgleich oder quasi-zeitgleich und andererseits das Spektrum im ersten Beobachtungspfad und im zweiten Beobachtungspfad zeitgleich oder quasi-zeitgleich zu erfassen. Auf diese Weise kann sich eine sehr robuste Kompensation von Abweichungen ergeben. In beispielhaften Ausgestaltungen ist daher die Verwendung eines einzelnen monolithisch aufgebauten Gitterspektrographs vorgesehen, der die Detektoren für beide Pfade bedient.

[0054] In einer beispielhaften Ausgestaltung münden die beiden Beobachtungspfade in einem gemeinsamen Detektor, wobei es sich bei dem Detektor beispielhaft um einen ortsauflösenden Detektor handelt. Beispielsweise werden die Spektren des einfallenden Lichts der beiden Beobachtungspfade in zwei unterschiedlichen Detektordimensionen abgebildet. Dies kann simultan erfolgen. Die jeweilige Orientierung ist beispielhaft an ein Dispersionselement angepasst, das dem jeweiligen Beobachtungspfad zugeordnet ist. Beispielsweise stellen dann zwei voneinander verschiedene Detektorzeilen jeweils einen Messkanal dar. Derartige Spektralsensoren nutzen beispielsweise eine Sensormatrix bzw. einen Sensorarray, wobei die Beobachtungspfade verschiedenen Abschnitten davon zugewiesen werden können.

[0055] In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit zwei Spektralsensoren auf, von denen einer dem ersten Beobachtungspfad und ein weiterer dem zweiten Beobachtungspfad zugeordnet ist. In einer beispielhaften Ausgestaltung sind die beiden Spektralsensoren einander benachbart oder voneinander beabstandet angeordnet. Beispielsweise handelt es sich bei den Spektralsensoren um sogenannte Zeilendetektoren, die jeweils einem der Beobachtungspfade zugeordnet sind.

[0056] Im Sinne der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Begriffe erster Beobachtungspfad und zweiter Beobachtungspfad auf die Unterteilung des Lichts, das der Spektralsensoreinheit zugeführt wird. Der erste Beobachtungspfad bezieht sich auf Licht, das mit der Probe interagiert hat, üblicherweise transmittierend. Der zweite Beobachtungspfad bezieht sich auf Licht, das probenunabhängig (idealerweise ohne Interaktion mit der Probe) der Spektralsensoreinheit zugeführt wird.

[0057] In einer Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung weisen der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad eine gemeinsame spektroskopische Optik auf, durch die das von der Probe transmittierte Licht und das von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahlte Licht laufen. Damit läuft das Licht des ersten Beobachtungspfades und das Licht des zweiten Beobachtungspfades durch dieselbe spektroskopische Optik. Die spektroskopische Optik kann als optische Elemente eines oder mehrere von Spiegeln, Lichtleitern, Linsen, Strahlteilern, Homogenisierern, Filtern, Strahltransformatoren, Beugungsgitter, Prismen und Blenden (beispielsweise einen optischen Spalt) umfassen.

[0058] Die Verwendung einer gemeinsamen spektrometrischen Optik für das Licht beider Beobachtungspfade hat den Vorteil, dass etwaige Einflüsse auf den ersten Beobachtungspfad (Messkanal zur Beobachtung der Probe) auch den zweiten Beobachtungspfad (Referenzpfad) beeinflussen. Auf diese Weise können derartige Einflüsse teilweise oder vollständig kompensiert werden.

[0059] Sofern der erste Beobachtungspfad und der zweite Beobachtungspfad jeweils geradlinig ausgerichtet sind, ist eine zueinander geneigte Orientierung vorstellbar. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der zweite Beobachtungspfad direkt auf die Beleuchtungseinheit und der erste Beobachtungspfad direkt auf die von der Beleuchtungseinheit angestrahlte Probe, aber nicht direkt auf die Beleuchtungseinheit, gerichtet ist. Dies gilt zumindest für beispielhafte Ausgestaltungen. Ein Neigungswinkel zwischen den ersten Beobachtungspfad und den zweiten Beobachtungspfad liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 10° und 170°, insbesondere in einem Bereich zwischen 75° und 105°. Es versteht sich, dass die (Strahlengänge umfassenden) Beobachtungspfade in anderen Ausgestaltungen auch optisch wirksame Elemente aufweisen können, die Strahlen ablenken oder anderweitig beeinflussen. [0060] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die Spektralsensoreinheit zumindest einen Spektralsensor mit zumindest einem fotoelektrischen Detektor auf, der dazu eingerichtet ist, Licht im sichtbaren Bereich und im Nahinfrarotbereich zu erfassen. Dies umfasst beispielsweise den Bereich zwischen 550 nm und 1100 nm (Nanometer). Das erfassbare Spektrum ist üblicherweise abhängig vom Detektormaterial. Sichtbares Licht umfasst beispielsweise Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, wobei für die spektrale Erfassung und Auswertung gegebenenfalls nur Teilbereiche genutzt werden. Der Nahinfrarotbereich umfasst beispielsweise Wellenlängen zwischen 690 nm und 3000 nm, wobei für die spektrale Erfassung und Auswertung gegebenenfalls nur Teilbereiche genutzt werden. Der Fachmann kann das erfassbare Spektrum durch Wahl eines geeigneten Detektormaterials beeinflussen, wobei grundsätzlich auch andere Frequenzbereiche als sichtbares Licht und Nahinfrarot denkbar sind, beispielsweise UV- Strahlung.

[0061] Üblicherweise ist der erfassbare Bereich vom verwendeten Detektormaterial abhängig. Beispielsweise handelt es sich bei dem fotoelektrischen Detektor um einen Fotodiodensensor. Denkbar ist die Verwendung von Detektoren Silizium-Basis, Germanium-Basis und Indium-Gallium-Arsenid-Basis. Auch die Verwendung von Detektoren auf Basis von Bleisulfid oder Bleiselenid ist grundsätzlich denkbar. Grundsätzlich kann der fotoelektrische Detektor ein Detektorarray mit mehreren Sensoren umfassen.

[0062] Beispielhaft weist die die Beleuchtungseinheit der optischen Messvorrichtung eine oder mehrere Lichtquellen auf. Verschiedene Arten von Lichtquellen sind denkbar, beispielsweise Halbleiterlichtquellen, thermische Lichtquellen, Gasentladungslampen. Auch sind Lumineszenz-Lichtquellen vorstellbar, die beispielsweise Phosphoreszenz oder Fluoreszenz nutzen. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die zumindest eine Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED), eine Glühlampe (insbesondere eine Wolfram- Glühlampe) oder eine Halogenlampe (insbesondere eine Quarz-Halogenlampe) umfassen. Kombinationen sind grundsätzlich denkbar. Es versteht sich, dass das Emissionsspektrum der zumindest einen Lichtquelle der Beleuchtungseinheit in geeigneter Weise an das erfassbare Spektrum des zumindest einen Detektors angepasst ist. Die zumindest eine Lichtquelle kann gepulst oder kontinuierlich betrieben werden. [0063] Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist die optische Messvorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, zumindest eine Eigenschaft der Probe basierend auf dem ersten Sensorsignal und dem zweiten Sensorsignal zu bestimmen. Die zumindest eine Eigenschaft der Probe bezieht sich beispielsweise auf Feuchtigkeit, Zusammensetzung, Bestandteile, Oberflächenbeschaffenheit, Größe, Form oder Temperatur der Probe. Es versteht sich, dass die Auswertung auch eine andere, hiervon ableitbare Größe zum Ziel haben kann. Die zumindest eine Eigenschaft der Probe kann die Probe insgesamt oder einen Bestandteil davon betreffen.

[0064] Da das zweite Sensorsignal (Referenzsignal) lediglich Eigenschaften der Beleuchtungseinheit widerspiegelt bzw. insbesondere keine Eigenschaften aufweist, die auf die Probe zurückgehen, während das erste Sensorsignal sowohl auf Eigenschaften der Beleuchtungseinheit als auch auf Eigenschaften der Probe basiert, ist es möglich, das erste Sensorsignal mit Hilfe des zweiten Sensorsignals zu bereinigen und damit ein Sensorsignal bzw. Messergebnis zu erzeugen, das nur geringe oder keine Verfälschungen aufgrund von Änderungen der Beleuchtungseinheit (wie z.B. schwankende Intensität) oder sonstiger Einflüsse, die nicht auf die Probe zurückgehen, aufweist.

[0065] Beispielhaft ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, aus dem zweiten Sensorsignal die (aktuellen) Eigenschaften der Beleuchtungseinheit zu bestimmen und aus dem ersten Sensorsignal unter Berücksichtigung der Auswertung des zweiten Sensorsignals (bzw. der Bestimmung der Eigenschaften der Beleuchtungseinheit) die Eigenschaften der Probe zu bestimmen. Dies kann sich beispielhaft auf Intensitätsschwankungen der Beleuchtungseinheit beziehen. Damit ist die Auswerteeinheit dazu befähigt, die Eigenschaften der Probe derart zu ermitteln, dass Einflüsse aufgrund von Änderungen der Beleuchtungseinheit berücksichtigt und kompensiert werden.

[0066] Grundsätzlich besteht mit der offenbarungsgemäßen Messvorrichtung auch die Möglichkeit, andere Effekte und Einflussfaktoren zu berücksichtigen, die nicht zwingend auf die Beleuchtungseinheit zurückgehen. Grundsätzlich können Effekte erfasst und kompensiert werden, die sowohl im ersten Beobachtungspfad als auch im zweiten Beobachtungspfad erfassbar sind. [0067] Beispielsweise ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die Feuchtigkeit oder Größe von Erntegut, wie beispielsweise Getreidekörnen, zu bestimmen. Gleichwohl kann beispielsweise auch der Eiweißgehalt, Stärkegehalt oder Ölgehalt von Erntegut bestimmt werden. Ebenso denkbar ist, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die Eigenschaften von Saatgut oder Dünger zu überwachen oder die Schnittlänge, den Faserzustand oder dergleichen von Schnittgut zu bestimmen. Vorstellbar ist auch, dass Inhaltsstoffe von Gülle oder anderen landwirtschaftlichen Abfallprodukten ermittelt werden. Eine weitere denkbare Anwendung ist beispielsweise die Analyse von Silage oder vergleichbaren Produkten.

[0068] Gemäß einer anderen beispielhaften Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung ist die Spektralsensoreinheit ferner dazu eingerichtet, über den ersten und/oder zweiten Beobachtungspfad eingehendes Licht zu erfassen, wenn die Beleuchtungseinheit ausgeschaltet ist oder das Licht der Beleuchtungseinheit abgeschirmt ist, und ein entsprechendes Normalsignal bereitzustellen. Das Normalsignal kann für den ersten Beobachtungspfad und/oder den zweiten Beobachtungspfad gewonnen werden.

[0069] Damit wird neben der "Weiß-Kalibrierung" über die Lichtquelle auch eine "Schwarz- Kalibrierung" ermöglicht. Während man beispielsweise eine Beleuchtungseinheit mit Halbleiterlichtquelle verzögerungsarm oder verzögerungsfrei an- und ausschalten (zum Beispiel für einen gepulsten Betrieb) kann, reagieren andere Lichtquellen wesentlich träger, beispielsweise thermische Lichtquellen. Solche Lichtquellen werden üblicherweise kontinuierlich betrieben. Bei derartigen Lichtquellen ist es vorstellbar, für die Schwarz- bzw. Dunkel-Kalibrierung die Lichtquelle in ihrem Zustand zu belassen und die ausgesandten Lichtstrahlen durch ein Blockierelement zu blockieren, so dass sie den Detektor nicht erreichen.

[0070] Das Blockierelement ist beispielsweise so ausgestaltet, dass es sowohl das Licht auf dem ersten Beobachtungspfad als auch das Licht auf dem zweiten Beobachtungspfad blockiert. Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr Blockierelemente vorstellbar sind. In einer beispielhaften Ausgestaltung schirmt das Blockierelement auch etwaiges Streulicht von der Spektralsensoreinheit ab bzw. blockiert sämtliches Licht, das von der Beleuchtungseinheit ausgeht. Bei dem Blockierelement kann es sich beispielsweise um einen mechanischen Verschluss ("shutter") handeln. Es versteht sich, dass auch Anordnungen mit vergleichsweise "dynamischen" Lichtquellen mit zumindest einem Blockierelement kombiniert werden können.

[0071] In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der optischen Messvorrichtung ist die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet, die Eigenschaft der Probe unter Berücksichtigung des zumindest einen Normalsignals zu bestimmen. Beispielhaft umfasst dies eine Ermittlung einer Probeneigenschaft sowohl unter Berücksichtigung der Weiß- Kalibrierung (bzw. Weiß-Referenzierung anhand der Lichtquelle) als auch unter Berücksichtigung der Schwarz-Kalibrierung.

[0072] In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Probe, die von der optischen Messvorrichtung analysiert werden soll, Bestandteil eines agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Materialstroms. Bei dem Materialstrom kann es sich um ein Gemisch handeln. Der Materialstrom kann feste oder flüssige Bestandteile enthalten. Der Materialstrom kann ein Gemisch aus festen und flüssigen Bestandteilen enthalten. Der Materialstrom kann ein granuläres, körniges oder stückiges Gemenge sein, das schüttfähig ist. Der Materialstrom kann Schwebstoffe aufweisen. Auch gasförmige Bestandteile sind denkbar. Der Materialstrom kann Bestandteile auf pflanzlicher und/oder tierischer Basis enthalten. Der Materialstrom kann auch Bestandteile synthetischen Ursprungs enthalten, beispielsweise synthetischen Dünger und/oder synthetische Pflanzenschutzmittel. Beispielhaft umfasst der Materialstrom Pflanzen oder Pflanzenteile, pflanzliche Abfälle oder tierische Abfälle, landwirtschaftliche Produkte, lebensmitteltechnologische Produkte, und dergleichen. Beispielhaft umfasst der Materialstrom landwirtschaftliche Hilfsstoffe wie Dünger oder Pflanzenschutzmittel auf organischer oder synthetischer Basis. Beispielhaft enthält der Materialstrom Erntegut, Gülle oder dergleichen.

[0073] Dementsprechend weist die optische Messvorrichtung vorzugsweise eine Schutzvorrichtung auf, die sich zwischen Probe und Beleuchtungseinheit bzw. Spektralsensoreinheit befindet und damit die Beleuchtungseinheit und die Spektralsensoreinheit vor der Probe schützt. Die Schutzvorrichtung ist üblicherweise transparent für das von der Beleuchtungseinheit abgestrahlte Licht sowie für das von der Probe transmittierte Licht. Bei der Schutzvorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Schutzglas handeln, das sowohl robust als auch kratzfest ist, wie etwa Saphirglas. Die Schutzvorrichtung kann einteilig sein oder mehrere Teile umfassen. Beispielsweise kann die Schutzvorrichtung ein erstes Schutzglas zwischen Beleuchtungseinheit und Probe und ein zweites Schutzglas zwischen Spektralsensoreinheit und Probe aufweisen. In einer beispielhaften Ausgestaltung wird die Schutzvorrichtung derart gewählt, dass keine oder möglichst nur eine geringe Interaktion mit dem Licht erfolgt, das von der Probe transmittiert wird.

[0074] In einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform ist die optische Messvorrichtung dazu eingerichtet, in einer agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Maschine verbaut zu werden. Als agrartechnische oder lebensmitteltechnologische Maschinen kommen Traktoren, Geräte für die Bodenbearbeitung, Geräte für die Aussaat, Düngung und Pflanzenpflege, Erntetechnik, Transporttechnik und Logistik, Forsttechnik, Maschinen und Anlagen für die Innenwirtschaft (z. B. Melktechnik), Bewässerungsanlagen sowie Geräte für die Garten- und Landschaftspflege in Frage. In beispielhaften Ausgestaltungen handelt es sich um eine mobile (fahrbare) Maschine. Maschinen für die Erntetechnik umfassen beispielsweise Mähdrescher, Feldhäcksler und dergleichen.

[0075] Weiterhin kann eine offenbarungsgemäße Messvorrichtung auch Anwendung bei Maschinen aus dem Agri-Food-Bereich finden, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ebenso den agrartechnischen Maschinen zugeordnet sind.

[0076] Vorzugsweise wird die optische Messvorrichtung in der agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Maschine so angebracht, dass sie in der Nähe eines von der Maschine ausgebrachten oder eingenommenen Materialstroms angeordnet ist, damit der erste Beobachtungspfad und/oder der zweite Beobachtungspfad möglichst kurz sind. Auf diese Weise wird eine Inprozessmessung und/oder Inprozessüberwachung direkt an der Maschine ermöglicht. Der Materialstrom kann bei Bedarf kontinuierlich überwacht werden.

[0077] Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung einer optischen Messvorrichtung gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen in einer agrartechnischen oder lebensmitteltechnologischen Vorrichtung zur Analyse einer Probe, insbesondere zur Analyse eines Materialstroms.

[0078] Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auch auf eine agrartechnische oder lebensmitteltechnologische Vorrichtung mit einer offenbarungsgemäßen optischen Messvorrichtung. Die agrartechnische oder lebensmitteltechnologische Vorrichtung ist daher beispielsweise als Erntemaschine, Bodenbearbeitungsmaschine, Aussaatmaschine und Maschine zur Ausbringung von Dünger oder Pflanzenschutzmitteln ausgebildet.

[0079] Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auch auf ein optisches Messverfahren zur spektralen Analyse einer Probe unter Nutzung diffuser Transmission, insbesondere mit einer optischen Messvorrichtung gemäß zumindest einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Anordnen einer Beleuchtungseinheit und einer Spektralsensoreinheit auf derselben Seite der Probe, Bestrahlen der Probe mit Licht der Beleuchtungseinheit, Erfassen von von der Probe diffus transmittiertem Licht mit der Spektralsensoreinheit über einen ersten Beobachtungspfad und Bereitstellen eines entsprechenden ersten Sensorsignals, und

Erfassen von von der Beleuchtungseinheit unabhängig von der Probe abgestrahltem Licht mit der Spektralsensoreinheit über einen zweiten Beobachtungspfad und Bereitstellen eines entsprechenden zweiten Sensorsignals.

[0080] Eine offenbarungsgemäße Messvorrichtung und das offenbarungsgemäße Messverfahren eignen sich insbesondere zur Anwendung in der Agrar- und Ernährungswirtschaft. Dies schließt andere Anwendungen nicht aus, beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie. Auch auf diesem Gebiet und in verwandten Gebieten werden Materialströme verarbeitet, deren genaue Überwachung wünschenswert ist. [0081] Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff "Reflexion" das Zurückwerfen von Licht bei seinem Auftreffen auf eine Grenzfläche der Probe. Präziser ausgedrückt ist damit das einmalige Zurückwerfen des Lichts von der Probe weg beispielsweise hin zu einem Detektor bzw. einer Spektralsensoreinheit gemeint. Ferner kann Reflexion an optisch wirksamen Elementen (Spiegel oder dergleichen) auftreten, wobei derartige Reflexion im Probenpfad vermieden werden soll.

[0082] Der Begriff "Transmission" umfasst den Durchgang von Licht durch die Probe. Die Transmission des Lichts unterliegt verschiedenen Mechanismen, wobei dies auch eine probeninterne Reflexion umfassen kann.

[0083] Sowohl Reflexion als auch Transmission können mit Diffusion (auch Streuung genannt) einhergehen. Dabei wird der in die Probe eingehende Lichtstrahl in verschiedene Richtungen abgelenkt. Diffuse Reflexion wird auch als "Remission" bezeichnet. Diffuse Transmission kann auch als Aneinanderreihung von Lichtreflexionen innerhalb der Probe verstanden werden. Tritt keine Diffusion auf, wird sowohl bei Reflexion als auch bei Transmission gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik ein Lichtstrahl mit einer bestimmten Ausbreitungsrichtung in einen Lichtstrahl mit einer (anderen) bestimmten Richtung abgelenkt. Ob Reflexion bzw. Transmission in gerichteter oder diffuser Weise auftreten, hängt wesentlich von der Art der Probe ab. Bei transluzenten Proben wie etwa Jauche kann bei Transmissionsmessungen die direkte Transmission überwiegen, während bei einem Strom aus Körnern als Probe, bedingt durch die vielen Hohlräume zwischen den Körnern, diffuse Transmission überwiegen kann.

[0084] Der Begriff "Kalibrierung" ist als Prozess zu verstehen, bei dem die Abweichung des Messergebnisses einer Messvorrichtung von einem anderweitig ermittelten Messwert, der als Normal (oder Standard) bezeichnet wird, erfasst und dokumentiert wird. Als weiteren Schritt kann eine Kalibrierung die Berücksichtigung der ermittelten Abweichung bei der anschließenden Benutzung der Messvorrichtung zur Korrektur der gemessenen Werte umfassen. Eine Kalibrierung findet mithin üblicherweise vor einem eigentlichen Messprozess statt und wird daher auch oft als "initiale Kalibrierung" bezeichnet. Eine "Rekalibrierung" ist als Wiederholung einer Kalibrierung zu verstehen. [0085] Eine "Referenzierung" im Sinne einer Referenzmessung kann Bestandteil einer "Kalibrierung" sein. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Begriff "Referenzierung" die Bereitstellung einer Referenz (gewonnen über den zweiten Beobachtungspfad) zu verstehen, zu der das primär interessierende Signal (gewonnen über den ersten Beobachtungspfad) in Referenz gesetzt wird. Dies erlaubt die kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Berücksichtigung und Kompensation von Einflussfaktoren, die sowohl im zweiten Beobachtungspfad als auch im ersten Beobachtungspfad präsent sind und damit nicht auf die Interaktion des Lichts mit der Probe zurückgehen.

[0086] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.

[0087] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausgestaltung einer agrartechnischen Maschine;

Fig. 2 eine schematische, vereinfachte Darstellung einer optischen Messvorrichtung;

Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung;

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung;

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung;

Fig. 7 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung;

Fig. 8 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung; und

Fig. 9 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Signalverarbeitung in einer Steuereinheit einer optischen Messvorrichtung.

[0088] Fig. 1 zeigt anhand einer schematisch vereinfachten Darstellung eine beispielhafte Ausgestaltung einer agrartechnischen Maschine 10, die im Ausführungsbeispiel als fahrbare Erntemaschine 12, insbesondere als sogenannter Feldhäcksler gestaltet ist.

[0089] Die Maschine 10 weist ein Fahrwerk 14 auf, das einen Aufbau 16 trägt. Ferner ist ein Antrieb 18 vorgesehen, der als Fahrantrieb und als Prozessantrieb für weitere Aggregate ausgebildet ist. Der Aufbau 16 trägt eine Kabine 20. Die Maschine 10 kann auf einem Feld 22 beispielsweise zur Ernte von Pflanzen 24 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Maschine 10 Erntegut 26 mit einem Vorbau 30 aufnehmen. In der beispielhaften Ausgestaltung als Feldhäcksler weist die Maschine 10 eine Prozesskammer 32 zur Behandlung des Ernteguts 26 auf. Dies umfasst im Ausführungsbeispiel ein Häckselwerk 34, das das Erntegut 26 zerkleinert. Zerkleinertes/gehäckseltes Erntegut 40 wird im Ausführungsbeispiel als Materialstrom 42 über einen von einer Wand 44 umgebenen Kanal/Schacht in Richtung auf einen Auswurf 46 zum Transfer an andere Maschinen oder Speicher gefördert. Es versteht sich, dass die Maschine 10 auch einen internen Speicher für Erntegut 26 oder gehäckseltes Erntegut 40 aufweisen kann.

[0090] Der Materialstrom 42 kann mittels einer optischen Messvorrichtung 50 spektroskopisch überwacht werden. Auf diese Weise können diverse Eigenschaften des Materialstroms 42 ermittelt werden. Dies kann insbesondere während des Betriebs der Maschine 10 erfolgen, wobei dies eine gewisse Robustheit der Messvorrichtung 50 voraussetzt. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung 50 nahe bei dem Materialstrom 42 positioniert. Vorzugsweise eignet sich die Messvorrichtung 50 zur kontinuierlichen Messung und Überwachung des vorbeiströmenden Materialstroms 42, der hier als Probe fungiert.

[0091] Die Maschine 10 weist ferner eine (globale) Steuereinrichtung 52 auf, die in geeigneter Weise mit der Messvorrichtung 50 kommuniziert. Dies kann einen Datenaustausch mit einer in die Messvorrichtung 50 integrierten Steuereinheit umfassen. Dies kann auch die Entgegennahme und Verarbeitung von Sensordaten umfassen, die von zumindest einem Spektralsensor einer Spektralsensoreinheit der Messvorrichtung 50 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 52 ist beispielhaft dazu ausgestaltet, Parameter des in der Prozesskammer 32 stattfindenden Prozesses (beispielsweise Zerkleinerung des Ernteguts 26) in Abhängigkeit von den von der Messvorrichtung 50 bereitgestellten Daten zu verändern.

[0092] Anhand der in Fig. 1 gezeigten Maschine 10 wird eine beispielhafte Anwendung einer offenbarungsgemäßen optischen Messvorrichtung 50 veranschaulicht. Es versteht sich, dass diverse andere Anwendungen denkbar sind, insbesondere solche mit einem zu überwachenden Materialstrom.

[0093] Fig. 2 veranschaulicht anhand einer schematischen Blockdarstellung eine beispielhafte Ausgestaltung einer offenbarungsgemäßen optischen Messvorrichtung 50. Die Messvorrichtung 50 dient zur Beobachtung einer Probe 54, bei der es sich im Ausführungsbeispiel um einen Materialstrom 42 handelt, beispielsweise aus gehäckseltem Erntegut 40. Der Materialstrom 42 verläuft durch einen von einer Wand 44 umgebenen Kanal. Die Messvorrichtung 50 ist im Ausführungsbeispiel an die Wand 44 angedockt.

[0094] Wesentliche Baugruppen der Messvorrichtung 50 sind im Ausführungsbeispiel eine Beleuchtungseinheit 56 mit zumindest einer Lichtquelle 58 und eine Spektralsensoreinheit 62. Die Spektralsensoreinheit 62 umfasst im Ausführungsbeispiel einen ersten Spektralsensor 64 und einen zweiten Spektralsensor 66. Diese können funktional und/oder strukturell miteinander gekoppelt sein. Die Spektralsensoreinheit 62 observiert einen ersten Beobachtungspfad 70 und einen zweiten Beobachtungspfad 80. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 observiert der erste Spektralsensor 64 den ersten Beobachtungspfad 70. Der zweite Spektralsensor 66 observiert den zweiten Beobachtungspfad 80.

[0095] Entlang des ersten Beobachtungspfades 70 erstreckt sich ein Beobachtungsstrahlengang 72. Über den ersten Beobachtungspfad 70 wird Licht (elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich sowie gegebenenfalls in benachbarten Bereichen) erfasst, das von der Probe 54 transmittiert wurde, vergleiche einen mit 74 angedeuteten Strahlungsverlauf durch die Probe. Das durch die Probe 54 transmittierte Licht geht auf die Beleuchtungseinheit 56 zurück. Die Beleuchtungseinheit 56 sendet Licht entlang eines Beleuchtungspfades 76 in Richtung auf die Probe 54, welches dann von der Probe 54 transmittiert wird. Der Beleuchtungspfad 76 umfasst einen Beleuchtungsstrahlengang 78.

[0096] Damit erfasst die Spektralsensoreinheit 62 von der Beleuchtungseinheit 56 ausgehendes Licht, das mit der Probe 54 interagiert hat. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel über den ersten Spektralsensor 64. Es erfolgt jedoch auch eine Erfassung entlang des zweiten Beobachtungspfades 80. Der zweite Beobachtungspfad 80 erstreckt sich so zwischen der Beleuchtungseinheit 56 und der Spektralsensoreinheit 62, dass das erfasste Licht über den zweiten Beobachtungspfad 80 nicht mit der Probe interagiert hat. Beispielhaft umfasst dies eine direkte Erfassung des von der Beleuchtungseinheit 56 emittierten Lichts über den zweiten Spektralsensor 66. Im Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Beobachtungspfad 80 einen Strahlengang 82, der gleichermaßen Beleuchtungsstrahlengang und Beobachtungsstrahlengang ist. Die Strahlengänge 72, 78, 82 sind in Fig. 2 schematisch durch gedachte optische Achsen angedeutet.

[0097] Die Spektralsensoreinheit 62 umfasst eine Optikeinheit 88, die beispielhaft die Funktion des Sammelns einfallenden Lichts und des Auftrennens in verschiedene Wellenlängen bereitstellt. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Optikeinheit 88 eine erste Optik 90, die dem ersten Spektralsensor 64 zugeordnet ist, und eine zweite Optik 94, die dem zweiten Spektralsensor 66 zugeordnet ist. Die Optiken 90, 94 sind beispielhaft als monolithische Optiken gestaltet. Es ist auch vorstellbar, die Optikeinheit 88 mit den Optiken 90, 94 insgesamt als monolithische Optikeinheit zu gestalten. [0098] Die Spektralsensoreinheit 62 umfasst ferner zumindest einen Detektor, wobei im Ausführungsbeispiel ein erster Detektor 92, der dem ersten Spektralsensor 64 zugeordnet ist, und ein zweiter Detektor 96 vorgesehen sind, der dem zweiten Spektralsensor 66 zugeordnet ist. Die Spektralsensoreinheit 62 kann grundsätzlich auch derart gestaltet sein, dass über beide Beobachtungspfade 70, 80 auf ein und demselben Detektor abgebildet wird. Dies kann beispielhaft die Nutzung einzelner Zeilen einer Pixelmatrix umfassen.

[0099] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ferner eine mit 100 bezeichnete Steuereinheit angedeutet, die dazu ausgebildet ist, von der Spektralsensoreinheit 62 über den ersten Beobachtungspfad 70 und den zweiten Beobachtungspfad 80 erfasste Signale zu verarbeiten.

[0100] Über den zweiten Beobachtungspfad 80 erfasste Signale dienen zur Referenzierung, etwaige Einflüsse auf den zweiten Beobachtungspfad 80 gehen bei der gezeigten Gestaltung der optischen Messvorrichtung 50 gerade nicht auf die Interaktion des von der Beleuchtungseinheit 56 emittierten Lichts mit der Probe 54 zurück. Daher können derartige Einflüsse bei den über den ersten Beobachtungspfad 70 erfassten Signalen kompensiert werden, wodurch die spektrometrische Analyse der Probe 54 genauer erfolgen kann.

[0101] Fig. 2 veranschaulicht ferner, dass die Beleuchtungseinheit 56 und die Spektralsensoreinheit 62 einander benachbart nahe der Probe 54 angeordnet sind. Dies umfasst beispielhaft eine Anordnung auf ein und derselben Seite der Probe 54, beispielsweise in Bezug auf die Wand 44, die den Strömungskanal der Probe 54 umgibt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Probe 54 über den ersten Beobachtungspfad 70 also nicht über ein Durchlichtverfahren beobachtet. Stattdessen konzentriert sich die Beobachtung über den ersten Beobachtungspfad 70 auf Licht, das von der Probe transmittiert wurde. Der Eintritt und der Austritt des Lichts erfolgt über Fenster 102, 104 in der Wand 44. Die Fenster 102, 104 sind hinreichend optisch durchlässig und hinreichend verschleißfest gestaltet. Das von der Beleuchtungseinheit 56 über den Beleuchtungspfad 76 emittierte Licht tritt über das Fenster 104 in die Probe 54 ein. Zumindest ein Teil dieses Lichts wird von der Probe derart transmittiert, dass über das Fenster 102 ein Austritt aus der Probe 54 entlang des ersten Beobachtungspfads 70 der Spektralsensoreinheit 62 erfolgen kann.

[0102] Auf Basis der anhand der Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform einer optischen Beobachtungsvorrichtung 50 werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die Figuren 3-7 weitere Gestaltungen und Aspekte solcher Beobachtungsvorrichtungen 50 erläutert. Es versteht sich, dass Einzelaspekte und Einzelmerkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinierbar sind.

[0103] Fig. 3 veranschaulicht anhand einer vereinfachten schematischen Darstellung eine Ausführungsform einer insgesamt mit 50 bezeichneten optischen Messvorrichtung. Die optische Messvorrichtung 50 umfasst eine Beleuchtungseinheit 56 und eine Spektralsensoreinheit 62, wobei die Beleuchtungseinheit 56 dazu eingerichtet ist, eine Probe 54 mit Licht (sichtbares Licht und benachbarte Wellenlängenbereiche) zu bestrahlen. Die Spektralsensoreinheit 62 ist dazu eingerichtet, sowohl das von der Probe 54 transmittierte Licht der Beleuchtungseinheit 56 als auch das von der Beleuchtungseinheit 56 unabhängig von der Probe 54 abgestrahlte Licht zu erfassen. Ferner umfasst die optische Messvorrichtung 50 ein lediglich schematisch angedeutetes Trennelement 110, das dafür sorgt, das von der Probe reflektiertes Licht (einfache Reflexion) nicht zu der Spektralsensoreinheit 50 gelangt.

[0104] Die optische Messvorrichtung 50 ist von der Probe 54 durch eine Schutzvorrichtung mit Fenstern 102, 104 getrennt. Die Beleuchtungseinheit 56 strahlt Licht (zum Beispiel sichtbares Licht und benachbarte Wellenlängenbereiche) aus und beleuchtet damit die Probe 54 hinter den schützenden Fenstern 102, 104. Die Fenster sind für Licht im genutzten Wellenlängenbereich durchlässig. Innerhalb der Probe 54 wird das Licht zumindest teilweise transmittiert, wobei das Bezugszeichen 74 einen beispielhaften Strahlungsverlauf veranschaulicht, und tritt danach wieder aus der Probe 54 aus. Das austretende transmittierte Licht wird sodann von der Spektralsensoreinheit 62 erfasst. Über den ersten Beobachtungspfad 70 beobachtet die Spektralsensoreinheit 62 das Licht, das mit der Probe 54 interagiert hat. Der Weg des Lichts hin zur Probe 54 erfolgt über einen Beleuchtungspfad 76. [0105] Gleichzeitig zur Erfassung des Lichts über den ersten Beobachtungspfad 70 erfasst die Spektralsensoreinheit 62 das Licht der Beleuchtungseinheit 56 auf direktem Weg über den zweiten Beobachtungspfad 80. Der zweite Beobachtungspfad 80 verläuft im Ausführungsbeispiel in gerader Linie (direkt) von der Beleuchtungseinheit 56 zu der Spektralsensoreinheit 62 und ist damit von der Probe 54 unbeeinflusst. Zur Auswertung der mit der Spektralsensoreinheit 62 gewonnenen Signale dient die Steuereinheit 100.

[0106] Fig. 4 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der optischen Messvorrichtung 50 auf Basis der in Fig. 3 gezeigten Gestaltung. Die Anordnung gemäß Fig. 4 ist ferner dazu ausgebildet, direkt von der Probe 54 reflektiertes Licht über eine Sensoreinheit 120 mit ortsauflösendem Bildsensor 122 zu erfassen. Beispielhaft ist die Sensoreinheit 120 als Kamera mit Pixelmatrix ausgestaltet. Auf diese Weise kann zusätzlich ein Reflexionsbeobachtungspfad 124 genutzt werden. Die mit dem ortsauflösenden Bildsensor 122 erfassten Signale können unter Beibehaltung der Ortsauflösung weiterverarbeitet werden. Es ist jedoch auch eine Agglomeration über eine Mehrzahl von Pixeln vorstellbar. Über die Sensoreinheit 120 erfasste Daten und Signale können als zusätzliche Referenz bei der Auswertung der mit der Spektralsensoreinheit 62 erfassten Signale herangezogen werden. Direkt von der Probe 54 reflektiertes Licht wurde nicht oder nicht wesentlich durch die Probe 54 transmittiert. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Erfassung über den Reflexionsbeobachtungspfad 124 nicht spektroskopisch. Grundsätzlich ist aber auch eine spektroskopische Erfassung vorstellbar. In der Gestaltung gemäß Fig. 4 ist der Reflexionsbeobachtungspfad 124 dem ersten Beobachtungspfad 70 benachbart.

[0107] In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist dem Reflexionsbeobachtungspfad 124 eine Lichtquelle 126 (in Fig. 4 lediglich gestrichelt dargestellt) zugeordnet, die das von Bildsensor 122 erfasste Bild illuminiert, gegebenenfalls zusätzlich zur Beleuchtung über die Beleuchtungseinheit 56. Zur Vermeidung störender Einflüsse der Lichtquelle 126 auf die Erfassung mit der Spektralsensoreinheit 62 über den ersten Beobachtungspfad 70 ist ein getakteter oder gepulster Betrieb der Lichtquelle 126 für den Reflexionsbeobachtungspfad 124 vorstellbar, der mit der spektralen Erfassung synchronisiert ist. Mit anderen Worten kann die Beleuchtung über die Lichtquelle 126 und die Erfassung über den Bildsensor 122 zeitlich in einer Tastlücke der Aufnahme über die Spektralsensoreinheit 62 im ersten Beobachtungspfad 70 erfolgen. Die Taktung bzw. Synchronisierung kann über die Steuereinheit 100 erfolgen. Ein Reflexionsbeobachtungspfad 124 kann auch bei anderen der hierin gezeigten Ausführungsbeispiele vorgesehen sein.

[0108] Fig. 4 veranschaulicht ferner eine Gestaltung, bei der die beiden Fenster 102, 104 für den ersten Beobachtungspfad 70 und den Beleuchtungspfad 76 integral (einstückig) gestaltet sind. Dies kann die Herstellung der Schutzvorrichtung vereinfachen und aufgrund der bei integraler Gestaltung identischen Eigenschaften der Fenster 102, 104 die Qualität der Erfassung weiter erhöhen. Vorzugsweise ist dann das Trennelement 110, das den ersten Beobachtungspfad 70 und den Beleuchtungspfad 76 voneinander separiert, in der Nachbarschaft zu den Fenstern 102, 104 derart an die Dicke der Schutzvorrichtung (die die Fenster 102, 104 bereitstellt) und zu erwartende Einfallswinkel über den Beleuchtungspfad 76 angepasst, dass eine interne Reflexion innerhalb der Schutzvorrichtung in Richtung auf den ersten Beobachtungspfad 70 vermieden wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jedenfalls der überwiegende Teil des über den ersten Beobachtungspfad 70 erfassbaren Lichts durch die Probe 54 transmittiert wurde. Die durchgehende Gestaltung der Fenster 102, 104 kann mit anderen der hierin gezeigten Ausführungsbeispiele kombiniert werden.

[0109] Fig. 5 veranschaulicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der optischen Messvorrichtung 50 auf Basis der in Fig. 3 gezeigten Gestaltung. In dieser Ausführungsform ist die Messeinrichtung 50 um zumindest ein Blockierelement 130, 134 für den ersten Beobachtungspfad 70 und/oder den zweiten Beobachtungspfad 80 ergänzt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist das Blockierelement 130 dem ersten Beobachtungspfad 70 und das Blockierelement 134 dem zweiten Beobachtungspfad 80 zugeordnet. Das Blockierelement 130 kann bedarfsweise in den Strahlengang des ersten Beobachtungspfades 70 eingeschwenkt oder eingefahren werden, vergleiche den Doppelpfeil 132. Das Blockierelement 134 kann bedarfsweise in den Strahlengang des zweiten Beobachtungspfades 80 eingeschwenkt oder eingefahren werden, vergleiche den Doppelpfeil 136. Bei blockiertem Beobachtungspfad 70, 80 (Schwarznormal) kann ein Signal zur Kalibrierung gewonnen werden, und zwar unabhängig vom Schaltzustand der Beleuchtungseinheit 56. [0110] Fig. 6 veranschaulicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der optischen Messvorrichtung 50 auf Basis der in Fig. 3 gezeigten Gestaltung. In dieser Ausführungsform weist die Messvorrichtung 50 eine Spektralsensoreinheit 62 mit zwei separaten Spektralsensoren 64, 66 auf, die nicht integral gestaltet aber funktional in der Spektralsensoreinheit 62 zusammengefasst sind. Der Spektralsensor 64 dient zur Erfassung von Strahlung entlang des ersten Beobachtungspfades 70. Der Spektralsensor 66 dient zur Erfassung von Strahlung entlang des zweiten Beobachtungspfades 80. Die Steuereinheit 100 kann von den beiden Spektralsensoren 64, 66 bereitgestellte Signale bearbeiten und in geeigneter Weise zusammenführen.

[0111] Fig. 7 veranschaulicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der optischen Messvorrichtung 50 auf Basis der in Fig. 3 gezeigten Gestaltung. Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 veranschaulicht, dass die jeweiligen Pfade 70, 76, 80 nicht derart gestaltet sein müssen, dass eine möglichst direkte Strahlführung erfolgt. Beispielsweise ist dem ersten Beobachtungspfad 70 zumindest ein optisch wirksames Element 140 zugeordnet, beispielsweise eine Vorschaltoptik zum Sammeln und Bündeln des einfallenden Lichts. Dem Beleuchtungspfad 76 und dem zweiten Beobachtungspfad 80 sind optisch wirksame Elemente 142, 144 zugeordnet, die im Ausführungsbeispiel jeweils zur Strahlumlenkung dienen. Mit anderen Worten hat die Spektralsensoreinheit 62 im Ausführungsbeispiel keine direkte Sicht auf das über den zweiten Beobachtungspfad 80 einfallende Licht, das direkt (ohne Interaktion mit der Probe 54) auf die Beleuchtungseinheit 56 zurückgeht. In ähnlicher Weise kann auch die Strahlführung in Richtung auf die Probe 54 im Beleuchtungspfad 76 zumindest eine Umlenkung umfassen. Die optisch wirksamen Elemente 140 (Vorschaltoptik), 142 (Spiegel oder Planspiegel), 144 (Spiegel oder Planspiegel) sind stellvertretend für verschiedenste optisch wirksamen Elemente dargestellt, die ergänzend zur Optik der Spektralsensoreinheit 62 in den Beobachtungspfaden verbaut sind.

[0112] Fig. 8 veranschaulicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der optischen Messvorrichtung 50 auf Basis der in Fig. 3 gezeigten Gestaltung. Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 zeigt eine Anordnung mit mehreren Beleuchtungspfaden 76. Im Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungseinheit 56 zwei Lichtquellen 58 auf, wobei die Probe demgemäß über zwei Fenster 104 illuminiert wird. Der erste Beobachtungspfad 70 ist zwischen den beiden gezeigten Beleuchtungspfaden 76 angeordnet. Zur Strahlführung für den zweiten Beobachtungspfad 80 dienen im Ausführungsbeispiel ein optisch wirksames Element 150, das beispielhaft als konkav gewölbter Spiegel gestaltet ist. Auf diese Weise kann das Licht von zwei oder mehreren Lichtquellen 58 der Beleuchtungseinheit 56 über den zweiten Beobachtungspfad 80 konzentriert und kombiniert der Spektralsensoreinheit 62 zugeführt werden. Es versteht sich, auch andere optisch wirksame Elemente zur Strahlführung und Kombination der Lichtquellen genutzt werden können. Es versteht sich ferner, dass das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 weitere Lichtquellen 58 außerhalb der Zeichnungsebene aufweisen kann, beispielsweise insgesamt vier oder sechs Lichtquellen, die kreisförmig um den ersten Beobachtungspfad orientiert sind.

[0113] Fig. 9 veranschaulicht anhand eines Blockdiagramms eine beispielhafte Signalverarbeitung der mittels der Beobachtungsvorrichtung 50 gewonnenen Signale. Die Signalverarbeitung erfolgt beispielhaft bei der Steuereinheit 100 (vergleiche Fig. 2). Es ist auch vorstellbar, Teile der Signalverarbeitung auszulagern, beispielsweise an eine übergeordnete Steuervorrichtung, die Bestandteil der agrartechnischen Maschine 10 (vergleiche Fig. 1). Es versteht sich, dass die Signalverarbeitung zumindest teilweise durch einen externen Server erfolgt, dem die Signale und die diese verkörpernden Daten von der Steuereinheit 100 übermittelt werden.

[0114] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind im wesentlichen obligatorische Schritte durch Blöcke mit durchgezogenen Linien und grundsätzlich optionale Schritte durch Blöcke mit gestrichelten Linien veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Signalverarbeitung grundsätzlich auch nach anderen Schemata und Vorgaben erfolgen kann.

[0115] Ein mit 200 bezeichneter Block bezieht sich auf erste Signale, die über den ersten Beobachtungspfad durch Beobachtung der Probe mit der Spektralsensoreinheit gewonnen wurden. Ein mit 202 bezeichneter Block bezieht sich auf zweite Signale, die über den zweiten Beobachtungspfad durch Beobachtung der Lichtquelle mit der Spektralsensoreinheit gewonnen wurden. Die Bezeichnung erste Signale und zweite Signale dient primär zur Unterscheidung und ist nicht einschränkend zu verstehen. Die Signale 200, 202 werden bei einem mit 210 bezeichneten Block miteinander verrechnet. Die zweiten Signale 202 beziehen sich auf Informationen, die nicht auf die Probe zurückgehen. Daher können die ersten Signale 200 um diesen Beitrag bereinigt/kompensiert werden. Dies erhöht insgesamt die Aussagekraft und Genauigkeit der spektrometrischen Beobachtung.

[0116] Auf diese Weise wird ein bereinigtes Probensignal 212 gewonnen, das unter Hinzunahme eines Auswertemodells 214, das eine Datenbasis enthält, in einem Block 218 ausgewertet wird. Die Datenbasis bezieht sich beispielsweise auf spektroskopische Eigenschaften bestimmter Inhaltsstoffe der Probe. Die gewonnenen Daten können als Messergebnisse in einem Block 220 ausgegeben werden. Ein beispielhaftes Messergebnis betrifft die Angabe eines Anteils eines bestimmten Inhaltsstoffes in der observierten Probe. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen.

[0117] Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit können die zweiten Signale 202, die durch Beobachtung der Beleuchtungseinheit gewonnen werden, mit einem Kalibriermodell 230 kombiniert werden. Die Verrechnung erfolgt in einem Block 232. Das Kalibriermodell 230 kann sich beispielsweise auf ein sogenanntes Weißnormal beziehen. Ein entsprechend abgeglichenes Signal 234 kann der Verrechnung bei 210 zugrunde gelegt werden. Abweichungen vom Weißnormal lassen sich auf Einflüsse zurückführen, die gegebenenfalls auch bei der beobachteten Probe präsent sind. Zur Erhöhung der Aussagekraft der zweiten Signale 202, die über den zweiten Beobachtungspfad gewonnen werden, kann auch auf Signale 238 im zweiten Beobachtungspfad zurückgegriffen werden, die bei ausgeschalteter Beleuchtungseinheit oder Blockierung des Strahlengangs entlang des zweiten Beobachtungspfades gewonnen werden. Die Signale 238 entsprechend beispielhaft einem Schwarznormal im zweiten Beobachtungspfad. Auf diese Weise kann zumindest periodisch eine Kalibrierung für den zweiten Beobachtungspfad stattfinden.

[0118] In ähnlicher Weise kann auch beim ersten Beobachtungspfad eine Kalibrierung berücksichtigt werden. Beispielhaft ist ein Kalibriermodell 240 für ein sogenanntes Schwarznormal im ersten Beobachtungspfad vorgesehen. Bei deaktivierter Beleuchtungseinheit oder anderweitig blockierte Strahlengang entlang des ersten Beobachtungspfades können Signale 242 für das Schwarznormal ermittelt werden. Diese Signale 242 werden in einem Block 244 mit dem Kalibriermodell 240 abgeglichen. Die Signale 242 können zumindest periodisch ermittelt werden, wobei dann keine Beobachtung der Probe im ersten Beobachtungspfad ermöglicht ist. Entsprechend abgeglichene Signale 246 für das Schwarznormal können Eingang in die Verrechnung der interessierenden Signale 200, 202 entlang des ersten Beobachtungspfades und des zweiten Beobachtungspfades bei 210 finden.

[0119] Bezugszeichenliste:

10 agrartechnische Maschine

12 Erntemaschine

14 Fahrwerk

16 Aufbau

18 Antrieb

20 Kabine

22 Feld

24 Pflanzen

26 Erntegut

30 Vorbau

32 Prozesskammer

34 Häckselwerk

40 gehäckseltes Erntegut

42 Materialstrom

44 Wand

46 Auswurf

50 optische Messvorrichtung

52 globale Steuereinrichtung

54 Probe

56 Beleuchtungseinheit

58 Lichtquelle

62 Spektralsensoreinheit

64 Spektralsensor Spektralsensor erster Beobachtungspfad Strahlengang

Strahlungsverlauf Beleuchtungspfad

Strahlengang zweiter Beobachtungspfad

Strahlengang

Optikeinheit

Optik

Detektor

Optik

Detektor

Steuereinheit

Fenster

Fenster

Trennelement

Sensoreinheit ortsauflösender Sensor

Reflexionsbeobachtungspfad Lichtquelle

Blockierelement

Bewegung

Blockierelement

Bewegung optisch wirksames Element optisch wirksames Element optisch wirksames Element optisch wirksames Element erste Signale zweite Signale

Verrechnung bereinigtes Probensignal Auswertungsmodell

Verrechnung

Ausgabe

Kalibriermodell

Verrechnung abgeglichenes Signal

Signal bei Schwarznormal

Kalibriermodell

Signal bei Schwarznormal

Verrechnung abgeglichenes Signal