CH701109A1

CH701109A1 - Interferometer, sowie spektrometer mit einem solchen.

Info

Publication number: CH701109A1
Application number: CH00783/09A
Authority: CH
Inventors: Marc Raobert; Dschen Tsing; Jevgenij Mannhart; Cyrill Roethlin; Widmer Beat
Original assignee: Carag Ag
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-11-30
Also published as: WO2010133003A1

Abstract

Ein Interferometer zur Erzeugung eines Interferenzmusters umfasst eine Lamellargittereinheit (5) mit Reflexionsflächen zur Reflexion des Lichts, eine Lichtaussendeeinheit (1) zum Aussenden des Lichts auf die Lamellargittereinheit (5) und eine Lichtempfangseinheit (2) zum Empfang des von der Lamellargittereinheit (5) reflektierten Lichts. Die Lichtaussendeeinheit (1) umfasst eine Vielzahl einzelner Lichtleiter (110), welche in mindestens einer Lichtleiterreihe (11) angeordnet sind und das Licht als Strahlenbündel auf die Lamellargittereinheit (5) senden. Das Strahlenbündel kann unmittelbar auf die Lamellargittereinheit (5) gerichtet sein. Das erfindungsgemässe Interferometer und das dieses Interferometer verwendende Spektrometer ermöglichen die Auswertung von relativ viel Licht und weisen somit eine erhöhte Sensitivität auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Interferometer gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Spektrometer.

STAND DER TECHNIK

[0002] MEMS ist eine Technologie, in welcher mechanische Elemente, Sensoren, Aktuatoren und Elektronik in einer gemeinsamen Siliziumbasis integriert mittels Mikrofabrikationstechnologie hergestellt werden.

[0003] Fouriertransformations (FT)-Spektroskopie ist eine bekannte Methode, um anhand einer Spektralanalyse inhaltliche Schlüsse über ein Medium, üblicherweise eine Probe, zu treffen.

[0004] MEMS (mikro- elektromechanisches System) basierte Interferometer und Spektrometer, welche derartige Interferometer verwenden, sind bekannt, beispielsweise aus Omar Manzardo et al., Microfabricated Spectral Analysers, Optics for the quality of life, SPIE, 2003 (XP-002342374)

[0005] Omar Manzardo et al., Infrared MEMS-based Lamellar Gräting Spectrometer, MEMS, MOEMS, and Micromachining, Vol. 5455, SPIE, 2004 (XP-002342373) und WO 2006/000 120.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Interferometer und ein Spektrometer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen möglichst viel Licht ausgewertet werden kann.

[0007] Diese Aufgabe löst ein Interferometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Spektrometer mit den Merkmalen des Anspruchs 15.

[0008] Das erfindungsgemässe Interferometer zur Erzeugung eines Interferenzmusters umfasst eine Lamellargittereinheit mit Reflexionsflächen zur Reflexion des Lichts, eine Lichtaussendeeinheit zum Aussenden des Lichts auf die Lamellargittereinheit und eine Lichtempfangseinheit zum Empfang des von der Lamellargittereinheit reflektierten Lichts. Die Lichtaussendeeinheit umfasst eine Vielzahl einzelner Lichtleiter, welche in mindestens einer Lichtleiterreihe angeordnet sind, welche das Licht auf die Lamellargittereinheit senden.

[0009] Unter Lichtstrahl wird hier das aus einem einzigen Lichtleiter ausgestrahlte oder in einen einzelnen Lichtleiter eingekoppelte Licht verstanden. Mehrere derartiger Lichtstrahlen bilden ein Lichtbündel, hier auch Strahlenbündel genannt. Unter flächigem Strahlenbündel wird ein Lichtbündel verstanden, bei welchem das Licht entlang einer Linie, vorzugsweise einer Geraden, ausgestrahlt wird. Das Lichtbündel weitet sich selbstverständlich aus dieser Fläche heraus auf, insbesondere bei Durchgang in einem dreidimensionalen Medium, wie beispielsweise Luft.

[0010] Durch die Verwendung eines Strahlenbündels, insbesondere eines flächigen Strahlenbündels, kann im Vergleich zu herkömmlichen Interferometern mehr Licht reflektiert und empfangen werden. Dies erhöht das Signal-Rausch Verhältnis und resultiert in einer besseren Sensitivität. Des Weiteren lassen sich die Spiegel gleichmässiger und über ihre gesamte Breite ausleuchten.

[0011] Vorteilhaft ist ferner, dass das Interferometer platzsparend ausgebildet und kostengünstig hergestellt werden kann.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlenbündel unmittelbar auf die Lamellargittereinheit gerichtet. In anderen Ausführungsformen sind weitere optische Elemente zwischen den Enden der Lichtleiter und der Spiegel vorhanden, beispielsweise Linsen, Filter oder Strahlteiler. Durch die direkte und flächige Bestrahlung der Lamellargittereinheit erübrigen sich weitere optische Bauteile innerhalb des Interferometers. Dies reduziert die Materialkosten.

[0013] Aufgrund der geringen Anzahl optischer Bauteile ist ferner die Justierung dieser Bauteile relativ einfach. Mindestens eines davon kann feststehend angeordnet sein, so dass üblicherweise nur eine einzelne Komponente, d.h. entweder die gemeinsame Lichtaussende- und Lichtempfangseinheit oder die Lamellargittereinheit, in ihrer Lage justiert werden muss.

[0014] Vorzugsweise sind die Lichtleiter der Lichtaussendeeinheit entlang mindestens einer, vorzugsweise entlang genau einer Geraden parallel nebeneinander angeordnet. Dabei können sie einen Abstand zueinander aufweisen oder dicht aneinander liegen. Vorzugsweise weisen alle Lichtleiter der Lichtaussendeeinheit dieselbe Lichtauskopplungsrichtung auf, wobei diese Lichtauskopplungsrichtung in einem Winkel, vorzugsweise annähernd senkrecht, zu den Reflexionsflächen der Lamellargittereinheit ausgerichtet ist.

[0015] Alternativ oder zusätzlich weisen die Lichtleiter der Lichtempfangseinheit alle dieselbe Lichteinkopplungsrichtung auf, wobei diese Lichteinkopplungsrichtung in einem Winkel, vorzugsweise annähernd senkrecht, zu den Reflexionsflächen der Lamellargittereinheit ausgerichtet sind.

[0016] Sind die Lichtauskopplungsrichtung und die Lichteinkopplungsrichtung in einem Winkel ungleich 90[deg.] angeordnet, so weisen sie vorzugsweise denselben Winkel, jedoch mit ungleichen Vorzeichen auf. Dadurch wird von der Lichtaussendeinheit ausgesendetes Licht zumindest mehrheitlich in Richtung der Lichteinkopplungsrichtung reflektiert.

[0017] Unter Lichteinkopplungsrichtung wird hier die Richtung verstanden, in welcher die Mehrheit des ausgesendeten Lichts aus dem Lichtleiter, insbesondere der Glasfaser, austritt. Unter Lichtauskopplungsrichtung wird hier die Richtung verstanden, welche die Mehrheit des reflektierten Lichts aufweisen muss, um in den Lichtleiter, insbesondere eine Glasfaser, optimal einzukoppeln.

[0018] Vorzugsweise besteht die Lamellargittereinheit aus einem ersten und einen zweiten Spiegelset mit mehreren Spiegeln. Diese zwei Spiegelsets greifen ineinander, indem ein Spiegel des ersten Spiegelsets neben einem Spiegel des zweiten Spiegelsets angeordnet ist. Die Position des ersten Spiegelsets ist relativ zur Lage des zweiten Spiegelsets veränderbar. Vorzugsweise ist die Lamellargittereinheit von einem mikroelektromechanischem Gitter (MEM-Gitter) gebildet. Die Spiegel der zwei Sets sind dabei in einer Reihe, vorzugsweise einer Geraden, angeordnet. Die Spiegel je eines Sets weisen vorzugsweise alle dieselbe Höhe auf. Vorzugsweise weisen die Spiegel beider Sets dieselbe Höhe auf.

[0019] Optimale Resultate werden erzielt, wenn der Durchmesser eines Licht aussendenden Lichtleiters kleiner als oder gleich wie die Höhe eines ihm gegenüber liegenden Spiegels ist und/oder wenn der Durchmesser eines Licht empfangenden Lichtleiters gleich wie oder grösser als die Höhe eines ihm gegenüber liegenden Spiegels ist.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lichtempfangseinheit eine Vielzahl einzelner Lichtleiter. Vorzugsweise fällt das reflektierte Licht unmittelbar auf die Lichtempfangseinheit. Vorzugsweise sind auch diese Lichtleiter auf mindestens einer, vorzugsweise genau einer Geraden angeordnet. Auch dies erhöht wieder die Sensitivität.

[0021] Der Lichtleiterarray bzw. die Lichtleiterreihe der Lichtaussendeeinheit und derjenige bzw. diejenige der Lichtempfangseinheit weisen vorzugsweise gemeinsam oder je annähernd die Länge der Spiegelreihe auf. Dadurch lässt sich das Licht über eine grosse Fläche, insbesondere über die gesamte Breite der Lamellargittereinheit bzw. die Länge der Spiegelreihe verteilen.

[0022] Lichtaussendeeinheit und Lichtempfangseinheit können vollständig voneinander getrennt ausgebildet sein. Sie können als zwei getrennte Lichtleiterarrays ausgebildet, aber mechanisch miteinander verbunden sein oder sie können auch durch dieselben Lichtleiter gebildet werden. Des Weiteren sind Mischformen dieser Varianten möglich.

[0023] Insbesondere kann mindestens ein Teil der Lichtleiter der Lichtaussendeeinheit gleichzeitig mindestens einen Teil der Lichtleiter der Lichtempfangseinheit bilden.

[0024] Des Weiteren können die Lichtleiter der Lichtaussendeeinheit nur zum Aussenden des Lichts und die Lichtleiter der Lichtempfangseinheit nur zum Empfangen des von der Lamellargittereinheit reflektieren Lichts vorgesehen sein.

[0025] Es ist auch möglich, dass sich die Licht aussendenden Lichtleiter und die Licht empfangenden Lichtleiter entlang mindestens einer Geraden alternierend abwechseln.

[0026] Es ist alternativ möglich, dass mindestens eine Reihe von Licht aussendenden Lichtleitern und mindestens eine Reihe von Licht empfangenden Lichtleitern übereinander angeordnet sind. In diesem Fall sind Reihen von Licht aussendenden Lichtleitern und Reihen von Licht empfangenden Lichtleitern alternierend übereinander angeordnet.

[0027] Die Lichtaussendeeinheit und vorzugsweise auch die Lichtempfangseinheit sind Bestandteil des Interferometers. Mindestens die Lichtaussendeeinheit, vorzugsweise auch die Lichtempfangseinheit sind vorzugsweise zusammen mit der Lamellargittereinheit auf einer gemeinsamen Basis angeordnet. Als Basis eignet sich beispielsweise ein metallischer Träger. Andere bekannte Mittel sind ebenfalls geeignet. Dabei ist die relative Lage der Lichtaussendeeinheit und vorzugsweise auch der Lichtempfangseinheit zur Lamellargittereinheit veränderbar, so dass die einzelnen Komponenten (Lamellargittereinheit, Lichtaussendeeinheit und Lichtempfangseinheit) in ihrer Lage im Interferometer justierbar sind. Hierfür lassen sich bekannte Mittel einsetzen. Anstelle des Lichts empfangenden Lichtleiterarrays lässt sich auch ein bekannter Sensor, beispielsweise ein Photodetektor verwenden.

Vorzugsweise ist dieser zellenförmig, also als array, ausgebildet. Dadurch lässt sich der Verlust der Lichtintensität, welcher beim Einkuppeln des reflektierten Lichts in das lichtempfangende Faserbündel auftreten, vermieden.

[0028] Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0029] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung des Grundprinzips des erfindungsgemässen Interferometers;

<tb>Fig. 2<sep>eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Interferometers in einer ersten Ausführungsform;

<tb>Fig. 3<sep>eine vergrösserte Darstellung eines Teils der Fig. 2;

<tb>Fig. 4<sep>eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Interferometers in einer zweiten Ausführungsform;

<tb>Fig. 5<sep>eine vergrösserte Darstellung eines Teils der Fig. 4;

<tb>Fig. 6<sep>eine vergrösserte Darstellung eines erfindungsgemässen Interferometers in einer dritten Ausführungsform;

<tb>Fig. 7<sep>eine vergrösserte Darstellung eines erfindungsgemässen Interferometers in einer vierten Ausführungsform;

<tb>Fig. 8<sep>eine vergrösserte Darstellung eines erfindungsgemässen Interferometers in einer fünften Ausführungsform;

<tb>Fig. 9<sep>eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Interferometers in einer sechsten Ausführungsform und

<tb>Fig. 10<sep>eine schematische Darstellung eines Spektrometers.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0030] In Fig. 1 ist das Grundprinzip des erfindungsgemässen Interferometers gut erkennbar. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Lamellargittereinheit 5. Sie weist beweglich angeordnete erste Spiegel 510 und unbeweglich angeordnete zweite Spiegel 511 auf, welche sich in diesem Beispiel in einer Reihe entlang einer Geraden erstrecken. Die zweiten Spiegel 510 sind kammartig zwischen die ersten Spiegel 511 geschoben, so dass jeweils ein erster neben einem zweiten Spiegel zu liegen kommt. Die Spiegel 510, 511 weisen vorzugsweise eine plane Spiegeloberfläche auf. Die Spiegel- oder Reflexionsoberflächen aller Spiegel 510, 511 sind gleich ausgerichtet. Die Spiegeloberflächen der ersten Spiegel 510 fluchten vorzugsweise in einer gemeinsamen ersten planen Ebene und die Spiegeloberflächen der zweiten Spiegel fluchten in einer gemeinsamen zweiten planen Ebene.

Die zwei Ebenen verlaufen vorzugsweise parallel zueinander.

[0031] Die Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Lichtaussendeeinheit, welche mit einer hier nicht dargestellten Lichtquelle verbunden ist. Die Lichtquelle kann eine kohärente oder inkohärente, monochromatische, mehrfarbige Lichtquelle oder eine Weisslichtquelle sein.

[0032] Die Lichtaussendeeinheit weist eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Lichtleiter auf, welche auf der lichtemittierenden, der Lamellargittereinheit 5 zugewandter Seite in mindestens einer Reihe 11 angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie auf mindestens, noch bevorzugter auf genau einer Geraden angeordnet. Die Lichtleiter können als kreisrundes oder ovales Bündel 10 zur Lichtquelle geführt sein. Das in diese Lichtleiter eingekoppelte Licht ist in der Fig. 1mit E bezeichnet. Die Darstellung ist nicht massstäblich zu verstehen.

[0033] Licht, welches aus den Lichtleitern 110 ausgekoppelt wird, gelangt senkrecht oder in einem Winkel auf die Reflexionsflächen der Spiegel 510, 511. Dies ist die Auskoppelrichtung.

[0034] Die Bezugsziffer 2 bezeichnet eine Lichtempfangseinheit, welche ebenfalls über eine Lichtleitung mit einer hier nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden ist. Vorzugsweise besteht auch die Lichtempfangseinheit aus einer Vielzahl von Lichtleitern, welche am lichtempfangenden Ende in mindestens einer Reihe 21 angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie in mindestens einer Geraden und noch bevorzugter in genau einer Gerade angeordnet. Auch diese Lichtleiterreihe 21 kann zu einem vorzugsweise runden oder ovalen Bündel 20 zusammengeführt werden und so das Licht zu einer Auswerteeinheit übermitteln.

[0035] Licht, welches von den Spiegeln reflektiert wird, wird in der Einkoppelrichtung bevorzugt in die Lichtempfangseinheit eingekoppelt. Diese Einkoppelrichtung ist vorzugsweise senkrecht zur Reflexions- oder Spiegeloberfläche. Sie kann auch in einem Winkel dazu liegen. Im Falle eines Winkels ist der Winkel zwischen der Licht auskoppelnden Lichtleiterreihe 11 und der Reflexionsoberfläche annähernd gleich dem Winkel zwischen der Licht einkoppelnden Lichtleiterreihe 21 und der Reflexionsoberfläche, jedoch mit anderem Vorzeichen.

[0036] Als Lichtleiter für die Lichtaussendeeinheit und gegebenenfalls für die Lichtempfangseinheit eignen sich Monomodefasern oder Multimodefasern.

[0037] Licht, welches nun von der Lichtquelle in die Lichtleiterreihe 11 der Lichtaussendeeinheit 1 gelangt, wird unmittelbar auf die Spiegel 510, 511 des Lamellargitters 5 gerichtet. Dort wird es von allen Spiegeln 510, 511 reflektiert. Da die erste Spiegelgruppe 510 einen anderen Abstand zur ersten Lichtleiterreihe 11 aufweist als die zweite Spiegelgruppe 511, kommt es zu einer Phasenverschiebung des reflektierten Lichts, abhängig davon, an welchem Spiegel der einzelne Lichtstrahl reflektiert wurde. Das reflektierte Licht mit den zwei unterschiedlichen Phasen gelangt zur Lichtempfangseinheit 2. Es wird an die Auswerteeinheit 7 weitergeleitet, wo Veränderungen in der Lichtintensität detektiert werden. Vorzugsweise wird zuerst eine Phasenkorrektur durchgeführt. Die Interferenz ist in Fig. 1 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen I versehen.

[0038] Dieses Interferometer benötigt eigentlich keine weiteren optischen Bauteile im Strahlengang zwischen Lichtaussendeinheit und Spiegel bzw. zwischen Spiegel und Lichtempfangseinheit. Vorzugsweise sind auch keine weiteren optischen Bauteile in den genannten Bereichen des Interferometers vorhanden. Es können jedoch je nach Anwendung weitere optische Bauteile, wie beispielsweise Filter, Linsen oder Stahlteiler, verwendet werden.

[0039] In Fig. 10 ist ein Spektrometer schematisch dargestellt. Zusätzlich zum oben genannten Interferometer umfasst es eine Lichtquelle 6 und eine Auswerteeinheit 7. Die Lichtquelle 6 sendet Licht in das erste Lichtleiterbündel 10. Der Strahlengang ist in der Fig. nicht geradlinig dargestellt. Er kann, muss aber nicht zwingend, mittels optischer Elemente umgelenkt werden. Die Auswerteeinheit 7 detektiert das reflektierte Licht und wertet es aus. In der Fig. 10 sind Spektren S dargestellt.

[0040] Eine zu bestimmende Probe P ist vorzugsweise zwischen Lichtquelle 6 und Lichteinkoppeleinheit 1 angeordnet. Sie kann jedoch auch zwischen Lichtauskoppeleinheit 2 und Auswerteeinheit 7 angeordnet sein.

[0041] In den Fig. 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Interferometers dargestellt. Die Lamellargittereinheit 5 ist eine MEMS basierte Struktur mit einem Rahmen oder Grundkörper 50 und einer daran einstückig angeformten ersten Spiegelseite 51 mit zwei Spiegelsets 510, 511. Sie kann eine zweite, entgegengesetzt gerichtete Spiegelseite 51 aufweisen und insgesamt symmetrisch ausgebildet sein. Eine derartige Struktur ist beispielsweise in der eingangs erwähnten WO 2006/000120 beschrieben. Typische Längen der Spiegelreihe 51 betragen 3.5 bis 4 mm. Typische Breiten und Höhen der einzelnen Spiegel 510, 511 liegen im Mikrometerbereich. Bevorzugt betragen die Breiten der einzelnen Spiegel 510, 51112 um und die Höhen 75 bis 100 um oder sogar bis 150 um.

Die einzelnen Spiegel sind in ihrer Breite aneinander gereiht und ergeben so die Länge der Spiegelreihe. Die Höhe der Spiegelreihe entspricht vorzugsweise der Höhe der einzelnen Spiegel.

[0042] Wie in Fig. 3 erkennbar ist, besteht die erste Spiegelseite 51 aus einer Reihe der oben genannten ersten beweglichen Spiegel 510 und einer Reihe von relativ zu den ersten Spiegeln ortsfesten zweiten Spiegeln 511.

[0043] Gegenüberliegend zur ersten Spiegelreihe 51 befindet sich die Lichtaussendeeinheit 1, welche der Spiegelreihe 51 zugewandt die Lichtleiterreihe 11 aufweist. Die Lichtleiterreihe 11 erstreckt sich bevorzugt annähernd über die gesamte Breite der ersten Spiegelseite 51.

[0044] Diese Lichtleiterreihe 11 besteht, wie in Fig. 3 erkennbar ist, aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Lichtleitern 110. Es können identische oder unterschiedliche Lichtleiter verwendet werden. Vorzugsweise sind sie identisch zueinander. Die Lichtleiter 110 können einander berührend oder beabstandet zueinander angeordnet sein.

[0045] Die einzelnen Lichtleiter 110 der Lichtleiterreihe 11 gehen in ein Lichtleiterbündel 10 über, wie dies in Fig. 2 erkennbar ist. Dieses Lichtleiterbündel 10 erstreckt sich in den Bereich der nicht dargestellten Lichtquelle 6, von welcher das Licht in die Lichtleiter eingekoppelt wird. Das zylinderförmige Element am oberen Bildrand symbolisiert die Ummantelung des Lichtleiterbündels 10.

[0046] Im hier dargestellten Beispiel bildet die Lichtaussendeeinheit 1 auch die oben beschriebene Lichtempfangseinheit. Das heisst, die Lichtleiter 110 senden sowohl Licht aus und empfangen auch das reflektierte, teilweise phasenverschobene Licht. Im Bereich der Lichtquelle 6 ist auch eine Auswerteeinheit vorhanden, welche das über die Lichtleiter zurückgesandte Licht auswertet. Vorzugsweise ist in diesem Fall ein Strahlteiler vorhanden, um das reflektierte Licht der Auswerteeinheit zuzuführen.

[0047] In den Fig. 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier sind die Lichtaussendeinheit 1 und die Lichtempfangseinheit 2 zwei voneinander getrennte Einheiten. Im hier dargestellten Beispiel sind sie übereinander angeordnet. Dabei kann die erste Lichtleiterreihe 11 über oder unter der zweiten Lichtleiterreihe angeordnet sein. Je nach Grundkörper 50 ist es vorteilhaft, wenn die erste Lichtleiterreihe unterhalb der zweiten angeordnet ist. Vorzugsweise sind beide Reihen 11, 21 annähernd gleich lang ausgebildet und erstrecken sich über annähernd die gesamte Breite der ersten Spiegelseite 51.

[0048] Vorzugsweise werden dieselben Lichtleitertypen für die Lichtaussendeeinheit 1 wie für die Lichtempfangseinheit 2 verwendet. Typische Durchmesser der Lichtleiter 110, 210 betragen 50 - 100 p.m. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Licht aussendenden Lichtleiter 110 gleich oder kleiner als die Höhe der gegenüberliegenden Spiegel 510, 511. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Licht empfangenden Lichtleiter 210 gleich oder grösser als die Höhe der gegenüberliegenden Spiegel 510, 511.

[0049] Wiederum ist eine Lichtquelle 6 vorhanden, welche Licht in das erste Lichtleiterbündel 10 der Lichtaussendeeinheit 1 einkoppelt. Das reflektierte, teilweise phasenverschobene Licht wird in die zweite Lichtleiterreihe 20 der Lichtempfangseinheit 2 eingekoppelt und gelangt über das zweite Lichtleiterbündel 20 zur Auswerteeinheit.

[0050] In Fig. 6 ist eine weitere Variante dargestellt. Hier ist die zweite Lichtleiterreihe 21 der Lichtempfangseinheit 2 länger ausgebildet als die erste Lichtleiterreihe 11 der Lichtaussendeeinheit 1. Dadurch kann möglichst viel Licht von der Lichtempfangseinheit 2 aufgenommen werden. Die Anordnung kann jedoch auch umgekehrt sein.

[0051] Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7weisen die Lichtleiter 210 der Lichtempfangseinheit 2 einen grösseren Durchmesser auf als die Lichtleiter 110 der Lichtaussendeeinheit 1, um möglichst viel Licht aufzunehmen. Der Durchmesser kann um ein Vielfaches grösser sein.

[0052] In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier sind die Licht aussendenden Lichtleiter 110 und die Licht empfangenden Lichtleiter 210 alternierend nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise folgt jeweils einem Licht aussendenden Lichtleiter 110 ein Licht empfangender Lichtleiter 210.

[0053] In Fig. 9 ist nun die Empfangseinheit nicht durch Lichtleiter, sondern durch einen Sensor 2 gebildet. Dieser ist im Bereich der Licht aussendenden Lichtleiterreihe 11 angeordnet. Als Sensor eignet sich insbesondere ein Photodetektor bekannter Art.

[0054] Die oben genannten Ausführungsformen lassen sich auch miteinander verbinden. Anstelle von einer einzigen Lichtleiterreihe lassen sich auch mehrere Lichtleiterreihen einsetzen. Diese Reihen können sich auf gebogenen anstelle von geradlinigen Strecken ausdehnen. Des Weiteren können diese Reihen in einem Winkel zueinander und in einem Winkel zu den Spiegeloberflächen angeordnet sein, solange durch die Wahl der Winkel sichergestellt ist, dass genügend ausgesendetes Licht auf die Spiegel und genügend reflektiertes Licht von den Spiegeln zur Empfangseinheit gelangt. So können beispielweise in einer weiteren Ausführungsform Lichtleiter sowohl Licht aussenden und empfangen und andere Lichtleiter lediglich empfangen oder aussenden.

[0055] Diese Interferometer lassen sich in Spektrometer mit den bekannten Auswertemethoden und Anwendungsmöglichkeiten einsetzen. Beispiele hierfür sind: Gas- und Flüssigkeitsanalysen, Wasserkontrollen, Analysen von Körperflüssigkeiten wie Blut, Milchanalysen, Qualitätskontrollen im Lebensmittel- und Pharmabereich sowie Lichtanalysen.

[0056] Das erfindungsgemässe Interferometer und das dieses Interferometer verwendende Spektrometer ermöglichen eine Auswertung von relativ viel Licht und sie weisen deshalb eine erhöhte Sensitivität auf. Ferner sind nur wenige optische Bauteile notwendig, die Justierung ist erleichtert und sie sind kostengünstig herstellbar.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0057]
<tb>1<sep>Lichtaussendeeinheit

<tb>10<sep>erstes Lichtleiterbündel

<tb>11<sep>erste Lichtleiterreihe

<tb>110<sep>erster Lichtleiter

<tb>2<sep>Lichtempfängereinheit

<tb>2<sep>Photodetektor 20 zweites Lichtleiterbündel

<tb>21<sep>zweite Lichtleiterreihe

<tb>210<sep>zweiter Lichtleiter

<tb>5<sep>Lamellargittereinheit

<tb>50<sep>Grundkörper

<tb>51<sep>erster Spiegel

<tb>51<sep>zweiter Spiegel

<tb>510<sep>beweglicher Spiegel

<tb>511<sep>fester Spiegel 6 Lichtquelle

<tb>7<sep>Auswerteeinheit

<tb>E<sep>ausgestrahltes Licht

<tb>I<sep>zur Interferenz gebrachtes reflektiertes Licht

<tb>S<sep>Spektrum

Claims

1. Interferometer zur Erzeugung eines Interferenzmusters umfassend: eine Lamellargittereinheit (5) mit Reflexionsflächen zur Reflexion des Lichts, eine Lichtaussendeeinheit (1) zum Aussenden des Lichts auf die Lamellargittereinheit (5) und eine Lichtempfangseinheit (2) zum Empfang des von der Lamellargittereinheit (5) reflektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaussendeeinheit (1) eine Vielzahl einzelner Lichtleiter (110) umfasst, welche in mindestens einer Lichtleiterreihe (11) angeordnet sind und das Licht als Strahlenbündel auf die Lamellargittereinheit (5) senden.

2. Interferometer nach Anspruch 1, wobei die Lichtleiter (110) das Strahlenbündel unmittelbar auf die Lamellargittereinheit (5) richten.

3. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Lichtleiter (110) der Lichtaussendeinheit (1) alle dieselbe Lichtauskopplungsrichtung aufweisen, wobei diese Lichtauskopplungsrichtung in einem Winkel, vorzugsweise annähernd senkrecht, zu den Reflexionsflächen der Lamellargittereinheit (5) ausgerichtet sind.

4. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtempfangseinheit (2) eine Vielzahl einzelner Lichtleiter (210) umfasst, und wobei das reflektierte Licht unmittelbar auf die Lichtempfangseinheit (2) fällt.

5. Interferometer nach Anspruch 4, wobei die Lichtleiter (210) der Lichtempfangseinheit (2) alle dieselbe Lichteinkopplungsrichtung aufweisen, wobei diese Lichteinkopplungsrichtung in einem Winkel, vorzugsweise annähernd senkrecht, zu den Reflexionsflächen der Lamellargittereinheit (5) ausgerichtet sind.

6. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lamellargittereinheit aus einem ersten und einem zweiten Spiegelset (510, 511) mit mehreren Spiegeln besteht, wobei die zwei Spiegelsets (510, 511) ineinander greifen, indem ein Spiegel des ersten Spiegelsets (510) neben einem Spiegel des zweiten Spiegelsets (511) angeordnet ist, und wobei die Position des ersten Spiegelsets (510) relativ zur Lage des zweiten Spiegelsets (511) veränderbar ist.

7. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lamellargittereinheit (5) von einem mikroelektromechanischem Gitter (MEM-Gitter) gebildet wird.

8. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtleiter (110, 210) der Lichtempfangseinheit (2) und/oder der Lichtaussendeeinheit (1) entlang mindestens einer Geraden parallel nebeneinander angeordnet sind.

9. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein Teil der Lichtleiter (110) der Lichtaussendeeinheit (1) gleichzeitig mindestens einen Teil der Lichtleiter (210) der Lichtempfangseinheit (2) bilden.

10. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lichtleiter (110) der Lichtaussendeeinheit (1) nur zum Aussenden des Lichts und die Lichtleiter (210) der Lichtempfangseinheit (2) nur zum Empfangen des von der Lamellargittereinheit (5) reflektieren Lichts vorgesehen sind.

11. Interferometer nach Anspruch 10, wobei sich die Licht aussendenden Lichtleiter (110) und die Licht empfangenden Lichtleiter (210) entlang mindestens einer Geraden alternierend abwechseln.

12. Interferometer nach Anspruch 10, wobei mindestens eine Reihe von Licht aussendenden Lichtleitern (110) und mindestens eine Reihe von Licht empfangenden Lichtleitern (210) übereinander angeordnet sind.

13. Interferometer nach Anspruch 12, wobei Reihen (11) von Licht aussendenden Lichtleitern (110) und Reihen (21) von Licht empfangenden Lichtleitern (210) alternierend übereinander angeordnet sind.

14. Interferometer nach Anspruch 6, wobei der Durchmesser eines Licht aussendenden Lichtleiters (110) kleiner als oder gleich wie eine Höhe eines ihm gegenüber liegenden Spiegels (510, 511) ist und/oder wobei der Durchmesser eines Licht empfangenden Lichtleiters (210) gleich wie oder grösser als die Höhe eines ihm gegenüber liegenden Spiegels (510, 511) ist.

15. Spektrometer mit einer Lichtquelle und einem Interferometer gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14.