CN108496066B - 微型光谱仪和用于在成像模式与光谱仪模式之间切换微型光谱仪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光谱分析和图像检测的微型光谱仪（10），包括：‑探测单元（7），用于检测光学参量；和‑光学单元，包括极化器（2）、Savart元件（40）和分析器（5），所述Savart元件包括第一双折射元件（4a）和第二双折射元件（4b），其特征在于，‑在极化器（2）和Savart元件（40）之间的光路中布置第一液晶元件（3a），其被设计用于将从第一液晶元件射出的辐射（103）的第四极化轴（203）调整为，使得从第一液晶元件射出的辐射（103）在微型光谱仪（10）的成像模式中在没有分裂的情况下通过第一双折射元件（4a）并且从第一液晶元件射出的辐射（103）在微型光谱仪（10）的光谱仪模式中在第一双折射元件（4a）中被分裂成第一正常射束（500b）和第一异常射束（500a），并且‑其中在Savart元件（40）后方的光路中布置分析器（5），并且‑在分析器（5）后方的光路中布置探测单元（7）。

Description

微型光谱仪和用于在成像模式与光谱仪模式之间切换微型光 谱仪的方法

技术领域

本发明涉及微型光谱仪和用于在成像模式与光谱仪模式之间切换微型光谱仪的方法。

背景技术

本发明从具有独立权利要求的特征的微型光谱仪和用于在成像模式与光谱仪模式之间切换微型光谱仪的方法出发。

在“A static polarization imaging spectrometer based on a Savartpolariscope”（Zhang等人，Optics Communications 203 (2002), 21-26）中描述一种成像的极化光谱仪（PIS）。PIS基于简单的Savart偏振镜。所述Savart偏振镜产生二维的强度分布，所述二维的强度分布在一个空间方向上包含干涉图并且在与其正交的方向上包含图像信息。这两个分量在此同时存在并且必须被彼此分离。该二维分布借助二维的CCD（charge-coupled device = 电荷耦合构件）探测器来记录。PIS包括无限光学装置、偏振干涉器、成像透镜和用于信号记录和信号处理的系统，其中所述偏振干涉器包括极化器、Savart偏振镜和分析器，其中所述Savart偏振镜包括两个双折射晶体。

从“Wide-field-of-view polarization interference imaging spectrometer”（Zhang等人，Applied Optics 43.33（2004），6090-6094）中已知经修改的Savart偏振镜。在具有相互平行的主切面的第一双折射晶体和第二双折射晶体之间布置半波小板。该半波小板引起极化矢量分别旋转90°，使得像也在PIS情况下那样，使第一双折射晶体的正常射束变成第二晶体的异常射束，并且使第一双折射晶体的异常射束在进入到第二双折射晶体中时变成异常射束。这种经修改的Savart偏振镜的优点是可以利用增大的入射角范围以便处理。

发明内容

本发明的核心和优点

本发明说明微型光谱仪和用于借助根据本发明的微型光谱仪来在成像模式与光谱仪模式之间切换微型光谱仪的方法。

光谱仪属于分析学的最广泛传播的技术，利用所述技术可以在其组成方面对不同材料进行研究。获得对象的光谱信息的可能性是静态傅里叶光谱仪。光谱仪的微型化使得能够更广泛地使用和集成光谱仪到消费类电子装置（诸如智能电话）中。借助于极化器、Savart偏振镜、分析器和成像元件、诸如透镜，可以记录对象的干涉图，以便由此数字地计算由该对象发出的电磁辐射的光谱。这例如在“A static polarization imagingspectrometer based on a Savart polariscope”（Zhang等人，Optics Communications203 (2002), 21-26）中被描述。可以通过物理学的方式来如此解释该工作原理：每个波长有一余弦形干涉图，其具有依赖于所述波长的频率。宽带光源的许多这样的干涉图样的线性叠加得出复杂图样，该复杂图样借助傅里叶变换可以再次被分解成其谱分量。该方法被称为傅里叶变换光谱法。

根据Zhang的Savart偏振镜的原理基于：由待研究的对象引起的光束被分裂成具有优选相同的强度的第一射束和第二射束，并且第一射束比第二射束经过光学上更长的路径。之后，第一射束和第二射束又在探测面中的点上被叠加。根据光学路径的差别和由此产生的相位差，第一射束和第二射束干涉并且形成具有如下强度的光斑，所述强度与第一射束和第二射束的相位差有关。Savart偏振镜的核心是极化器、两个双折射晶体和分析器。如果光束以确定的角度击中到Savart偏振镜中，则该光束被分成第一射束和第二射束。第一射束和第二射束再次以确定的间隔彼此平行地离开偏振镜。它们通过成像光学装置被成像到探测面中的共同的点上。这两个射束的光程差和共同的成像点的位置主要与入射角有关并且因此在像平面中产生二维的干涉图。该干涉图样附加地通过待研究的对象的二维图像被叠加，所述待研究的对象已经发出电磁辐射。只有在Savart偏振镜借助利用已知速度的连续移动在待测量的对象上方被移动的情况下，才可以不仅记录图像也记录对象的光谱。

微型光谱仪是具有厘米范围内的尺寸的光谱仪，其中也包括在厘米范围以下的更小尺寸。具有独立权利要求的特征的本发明的优点是：待研究的对象的成像是可能的，而并不像在现有技术中所描述的那样使对象的干涉图叠加。由此相对于干涉图被叠加的情况得出成像质量的改善。此外，在成像模式与光谱仪模式之间的切换在没有机械元件的情况下是可能的，其中在所述成像模式中对象的成像在没有干涉图的叠加的情况下被记录，在光谱仪模式中对象的干涉图被记录。由此，根据本发明的微型光谱仪的制造耗费和容易出错性被减小。此外，省去机械元件有利地实现根据本发明的微型光谱仪相对微型光谱仪包括机械元件的情况明显更紧凑的构造，因为在微型光谱仪包括机械元件的情况下必须设置用于机械元件的移动的结构空间。另一优点是：在成像模式中，应该被光谱分析的待研究的对象可以被居中并且可以随后通过切换到光谱仪模式中而被光谱分析。在此，在成像模式中干涉图可以叠加，因为也能够利用质量较低的高值成像来执行所述居中。

这借助用于光谱分析和用于图像检测的微型光谱仪来实现，包括用于检测光学参量的探测单元和光学单元。所述光学单元包括极化器、Savart元件和分析器，所述Savart元件包括第一双折射元件和第二双折射元件。根据本发明的微型光谱仪的特征在于，在极化器与Savart元件之间的光路中布置第一液晶元件，所述第一液晶元件被设计用于，将从第一液晶元件射出的辐射的第四极化轴调整为，使得从第一液晶元件射出的辐射在微型光谱仪的成像模式中在没有分裂的情况下通过第一双折射元件并且从第一液晶元件射出的辐射在微型光谱仪的光谱仪模式中在第一双折射元件中分裂成第一正常射束和第一异常射束。在Savart元件后方的光路中布置分析器并且在分析器后方的光路中布置探测单元。探测单元在成像模式中记录待研究的对象的成像并且在光谱仪模式中记录待研究的对象的干涉图。从干涉图中可以获得涉及待研究的对象的光谱信息。

在另一实施方式中，在第一双折射元件与第二双折射元件之间的光路中，布置第二液晶元件。第二液晶元件被设计用于，将从第二液晶元件射出的辐射的第六极化轴调整为，使得从第二液晶元件射出的辐射在成像模式中在没有分裂的情况下通过第二双折射元件并且在光谱仪模式中第一正常射束作为第二异常射束进入到第二双折射元件中并且第一异常射束作为第二正常射束进入到第二双折射元件中。优点是：利用该实施方式，由探测单元所记录的干涉图可以在更大的角范围中被评估。该实施方式相对于没有第二液晶元件的实施方式的另一优点是：待研究的对象的由探测单元所记录的成像或由探测单元所记录的干涉图不具有位移。

可替代地或补充地，在所述第二双折射元件与分析器之间的光路中布置第三液晶元件，所述第三液晶元件被设计用于，将从第三液晶元件射出的辐射的第八极化轴调整为，使得第八极化轴在成像模式中平行于分析器的第九极化轴。由此，在成像模式中有利地减小从第二元件射出的辐射在经过分析器时的损失。

在一种可替代的或补充的实施方式中，在光学单元之前的光路中布置扩散器。这在光谱仪模式中具有如下优点：由探测单元所探测的测量结果在大范围内与光的入射角和微型光谱仪与待研究的对象之间的间隔无关。此外，扩散器引起空间图像信息的均匀化。空间图像信息的均匀化在光谱仪模式中有利地引起：在由探测单元所记录的数据中仅存在光谱信息并且无须一并考虑复杂的背景信号。这提高了光谱分析测量的精确度。尤其是，扩散器可以在光谱仪模式中机械地通过手或电动化地被引入到极化器前方的光路中并且在成像模式中又从光路中被移出。由此得出在光谱仪模式中测量结果的质量的改善，而并不损失在成像模式中的图像检测时的质量。

扩散器可以在另一实施方式中包括可切换的扩散器。所述可切换的扩散器可在对于从待研究的对象入射的辐射而言透明的状态与对于从待研究的对象入射的辐射而言不透明的状态之间切换。可切换的扩散器的实施方式例如包括在聚合物液晶膜中被分解的颗粒，其是不透明的，因为当分子展开时，分子例如形成胶束并且在施加电压的情况下变得透明。在可切换的扩散器的另一实施方式中，微型百叶窗（Mikrojalousien）也即包括微薄板（Mikrolamellen），所述微薄板在透明的基质上存在，在没有电压的情况下被卷起，使得面是透明的，并且在施加电压的情况下被展开并且所述面变得不透明（术语“智能玻璃”或者“Smart glass”）。有利的是：通过使用可切换的扩散器不需要机械构件。由此，相对于具有不可切换的扩散器的实施方式实现了根据本发明的微型光谱仪的更紧凑的构造以及因此进一步的微型化，其中保留了不可切换的扩散器的实施方式的成像模式中以及光谱仪模式中的关于测量结果的质量的优点。

可替代地或补充地，在光学单元或扩散器前方的光路中可以根据所选择的实施方式来布置无限光学装置。可以有利地使所述无限光学装置匹配到相应的成像情况，例如显微镜物镜、近射镜物镜、望远镜物镜或变倍物镜。

在另一有利的实施方式中，根据本发明的微型光谱仪包括用于照明或透视待研究的对象的光源。通过利用光源来照明或透视待研究的对象，有利地提高由待研究的对象所反射或透射的光的强度并且因此改善测量结果或才实现足够详细的测量。此外，通过光源实现与环境光无关的波长和频谱强度的使用。因此也可以在光谱仪模式中激发在如下频率范围中的频谱，所述频率范围并不被环境光覆盖或者仅不足地被环境光覆盖，例如紫外线或红外线光。此外，可以通过调制光源来进行通过所述光源所激发的、吸收的或透射的辐射的选择。因此，由对象发出的被测光谱不被环境辐射的光谱部分扭曲，并且还实现了在非暗室中的测量。这尤其是在受控制的实验室环境之外的日常使用中并且因此对于在日常使用的物品中的采用而言是不可缺少的。也可以通过这样的光源来选择性地照明确定的区域，这尤其是在具有不均匀性质的扩展试样的情况下是有利的。

根据本发明的用于运行根据本发明的微型光谱仪的方法包括切换模式，其中所述微型光谱仪被设计用于在成像模式中或在光谱仪模式中被运行，借助所述切换模式能够在成像模式与光谱仪模式之间切换，其中所述切换模式包括：至少一个液晶元件从成像模式到光谱仪模式中的第一切换和至少一个液晶元件从光谱仪模式到成像模式中的第二切换。一个优点是，通过所述切换模式，微型光谱仪的运行不仅在成像模式中而且也在光谱仪模式中是可能的，其中对于所述切换并不一定需要机械元件。这实现了将根据本发明的微型光谱仪用于不同的应用，尤其是用于图像检测和用于光谱分析，其中不同应用的测量结果的特点是比较高的质量和精确度。另一个优点是，所述成像模式适合于应该被光谱分析的待研究对象的瞄准。这在待研究的对象是不均匀的或待研究的对象的仅仅特定区域应该在光谱仪模式中被研究的情况下是尤其有利的。

在使用具有可切换的扩散器的根据本发明的微型光谱仪的情况下根据本发明的方法的特点在于：在第一切换情况下可切换的扩散器从透明状态切换到不透明状态，并且在第二切换情况下可切换的扩散器从不透明状态切换到透明状态。由此可以有利地进一步改善在光谱仪模式中测量结果的质量和精确度。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的描述中被进一步阐述。图中相同的附图标记表示相同的或相同作用的元素。其中：

图1 示出根据本发明的微型光谱仪在成像模式中运行时的分解视图；

图2 示出根据本发明的微型光谱仪在光谱仪模式中运行时的分解视图；

图3 示出根据本发明的微型光谱仪在成像模式中运行时的分解视图；

图4 示出根据本发明的微型光谱仪在光谱仪模式中运行时的分解视图；和

图5示出流程图，该流程图示出用于在成像模式与光谱仪模式之间切换的方法。

具体实施方式

根据本发明的微型光谱仪表示一种具有在厘米范围内的尺寸的光谱仪，其中也包括在厘米范围以下的更小的尺寸。光路表示击中到光学设备或光学系统上的、通过所述光学设备或所述光学系统的辐射的几何走向。在当前情况下，所述光学设备是根据本发明的微型光谱仪。

液晶元件包括如下物质，该物质包含晶体，该晶体的定向能够通过电场来改变。液晶元件因此是能够光电切换的。通过改变晶体的定向可以电气地调整用于使击中到液晶元件上的辐射的极化轴转动的角度。液晶元件因此适合用于调整并改变极化轴。为了调整极化轴，可以将可调整的电场施加到液晶元件上。根据本发明的微型光谱仪的液晶元件借助切换单元来调整，所述切换单元被构造用于将可调整的电场施加到液晶元件的物质上。切换单元可以例如由第一电极和第二电极构成，所述第一电极和第二电极以与所述物质间隔开的方式布置在所述物质上。通过施加可调整的电压到电极上，可以将可调整的电场施加到所述物质上，使得击中到液晶元件上的辐射的极化轴是可调整的。

根据本发明的微型光谱仪可以在成像模式700中或在光谱仪模式701中运行。在成像模式700中，待研究的对象的成像被记录。可以选择成像模式700，以便记录待研究的对象的图像或者以便从环境中选择所述待研究的对象，该待研究的对象在光谱仪模式701中应该以光谱方式被研究。光谱仪模式701是如下模式，在该模式中可以获取和/或分析关于待研究的对象的光谱信息。

图1示出在成像模式700中的根据本发明的微型光谱仪10。为了改善清楚性，根据本发明的微型光谱仪在图1中以分解视图来示出。待研究的对象未被示出。在图1中所示出的微型光谱仪10包括多个元件，这些元件相继布置在沿着平行于z轴的方向的光路中：无限光学装置6a，其能够可选地布置在光路中；扩散器1；极化器2；第一液晶元件3a；第一双折射元件4a；第二液晶元件3b；第二双折射元件4b；第三液晶元件3c；分析器5；聚焦光学装置6b；辐射敏感的表面7a和评估单元8。待研究的对象在光路中布置在扩散器1之前或可选的无限光学装置6a之前。第一双折射元件4a和第二双折射元件4b在该实施例中与第二液晶元件3b一起形成Savart元件40。极化器2、第一液晶元件3a、Savart元件40、第三液晶元件3c和分析器5在该实施例中形成光学单元。聚焦光学装置6b、辐射敏感的表面7a和评估单元8在该实施例中形成探测单元7。极化轴在光路中的射束处被描绘为双箭头。

从待研究的对象入射的辐射100击中扩散器1。扩散器1在该实施例中是可切换的扩散器1。该可切换的扩散器1可在对于从待研究的对象入射的辐射100而言透明的状态和对于从待研究的对象入射的辐射100而言不透明的状态之间切换。在成像模式700中，扩散器1处于透明状态中，也就是说，从待研究的对象入射的辐射100可以在不改变角分布的情况下经过扩散器1。扩散器1在透明的状态中就好像没有扩散器1布置在光路中那样来起作用。从扩散器射出的辐射101不具有突出的第一极化轴200。从扩散器射出的辐射101是非极化的。这在扩散器1与极化器2之间的光路中通过指向不同方向的两个箭头来表明。在一种实施变型方案中，可切换的扩散器1包括聚合物分散液晶（PDLC）。PDLC是具有显微的、光学各向异性的液晶滴的元件，所述液晶滴嵌入在不移动的聚合物基质中。所述液晶滴是随机定向的并且表示光学的散射中心。如果电场被施加到PDLC，则所述液晶滴对齐，由此整个材料变得透明。因此，PDLC是可电子切换的、光学的扩散器1。所述可切换的扩散器1经由切换单元来调整，所述切换单元被设计用于电子地切换PDLC。

从扩散器射出的辐射101击中到极化器2上。所述极化器2在第二极化轴201的方向上将从扩散器射出的辐射101极化。第二极化轴201位于平行于x-y平面的平面中并且分别相对于x-z平面和相对于y-z平面具有45°的角。

这样极化的辐射作为第一入射辐射102击中到第一液晶元件3a上。第一液晶元件3a被调整为，使得第三极化轴202在经过第一液晶元件3a时被转动45°。从第一液晶元件射出的辐射103的第四极化轴203现在平行于x轴。在一种变型方案中，第一液晶元件3a被实施为由经修改的Schadt-Helfrich单元组成的矩阵，这些单元如此被连接，使得其作用相当于第一液晶元件3a的之前所描述的作用。

从第一液晶元件射出的辐射103击中到第一双折射元件4a上。第一双折射元件4a的第一光轴300位于平行于y-z平面的平面中。双折射元件4a、4b的主截面通过如下平面来描述，该平面垂直于入射面600并且包含光轴300、301。从第一液晶元件射出的辐射103的第四极化轴203因此与第一双折射元件4a的主截面垂直并且因此在没有分裂的情况下作为第一正常射束500b经过第一双折射元件4a，所述第一正常射束根据斯涅尔折射定律被折射。在图1中示例性地针对四个射束400a、400b、401a、401b绘出在微型光谱仪10中的射束的几何走向。第一射束400a和第二射束400b彼此平行地伸展并且垂直于入射面600击中不同位置。因为这两个射束400a、400b分别作为正常射束经过第一双折射元件4a，所以它们未被偏转。第三射束401a和第四射束401b同样彼此平行地伸展，然而它们以与第一射束400a和第二射束400b不同的角度击中在入射面600上。因为第三射束和第四射束401a、401b分别作为正常射束经过第一双折射元件4a，所以它们以通过斯涅尔折射定义确定的角度被偏转。射束进入到第一双折射元件4a中并且射束射出的点分别通过黑色的点来标记。

从第一双折射元件射出的辐射104击中到第二液晶元件3b上。第二液晶元件3b被调整为，使得第五极化轴204在经过第二液晶元件3b时未被改变。从第二液晶元件射出的辐射105的第六极化轴205因此与第五极化轴204一致。从第二液晶元件射出的辐射105击中到第二双折射元件4b上。第六极化轴205垂直于第二双折射元件4b的主截面，该第二双折射元件的第二光轴301在图1中被描绘出。因此，射束400a、400b、401a、401以不被分裂的方式作为正常射束通过第二双折射元件4b，如在上面结合第一双折射元件4a所描述的那样。

从第二双折射元件射出的辐射106击中到第三液晶元件3c上。第三液晶元件3c被调整为，使得从第三液晶元件射出的辐射107的第八极化轴207调整为平行于分析器5的第九极化轴208。分析器5将从第三液晶元件射出的辐射107在第九极化轴208的方向上极化。第九极化轴208位于平行于x-y平面的平面中并且分别相对于x-z平面和相对于y-z平面具有45°的角。

从分析器射出的辐射108击中到聚焦光学装置6b上。聚焦光学装置在该实施例中是透镜6b。可替代地，聚焦光学装置6b可以包括以下元件中的至少一个：折射元件、衍射元件、全息光学元件或反射元件。可替代地，聚焦光学装置6b可以相当于智能电话相机中的光学装置。图1中的透镜6b被构造为会聚透镜。会聚透镜的特点在于：击中到透镜6b上的平行射束在透镜6b的焦平面中交会。

在透镜6b后方的光路中，在透镜6b的焦平面中布置辐射敏感的表面7a。所述辐射敏感的表面7a用于辐射的探测。由探测单元7所检测的光学参量例如是辐射的强度。在该实施例中，辐射敏感的表面7a通过各个辐射传感器的二维布置（所谓的二维传感器矩阵）实现在透镜6b的焦平面中。辐射敏感的表面7a与评估单元8连接。

在图2中示出在光谱仪模式701中的图1中所描绘的微型光谱仪10。微型光谱仪10的构造与图1中相同。在图1和图2中所示的微型光谱仪10之间的区别在于，在图1中的第一液晶元件3a、第二液晶元件3b、第三液晶元件3c和可切换的扩散器1具有与图2中不同的设定。在成像模式700与光谱仪模式701之间的切换在切换模式中经由液晶元件3a、3b、3c和可切换的扩散器1的设定的改变来进行。可切换的扩散器1在光谱仪模式701中被切换到不透明的状态，如这在上面所描述的那样。这意味着，可切换的扩散器1作为扩散器起作用。从扩散器射出的辐射101的强度的角度依赖性具有限定的形式并且与从待研究的对象入射的辐射100的角度和强度分布无关。在图2中示例性地针对第一射束400a示出通过微型光谱仪的辐射的走向。该走向直到第一液晶元件3a为止与图1中的描述一致。

入射的第一辐射102击中到第一液晶元件3a上。第一液晶元件3a被调整为，使得第三极化轴202在经过第一液晶元件3a时不被转动。从第一液晶元件射出的辐射103的第四极化轴203因此与第三极化轴202一致。在一种变型方案中，第一液晶元件3a被实施为由经修改的Schadt-Helfrich单元组成的矩阵，这些单元如此被连接，使得其作用相当于第一液晶元件3a的之前所描述的作用。

从第一液晶元件射出的辐射103击中到第一双折射元件4a上。第一光轴300在图2中被描绘。第一双折射元件4a的第一光轴300如在图1中那样位于平行于y-z平面的平面中。从第一液晶元件射出的辐射103在第一双折射元件4a中被分裂成第一正常射束500b和第一异常射束500a。在双折射情况下，到达的辐射被分裂成两个彼此垂直极化的分量204a、204b。一方面在第一正常射束500b中，其电场垂直于主截面；另一方面在第一异常射束500a中，其电场在第一双折射元件4a的主截面中振荡。从第一双折射元件射出的辐射104因此具有两个不同的极化轴204a、204b。第一异常射束500a具有异常射束的第五极化轴204a并且第一正常射束500b具有正常射束的第五极化轴204b。

从第一双折射元件射出的辐射104击中到第二液晶元件3b上。第二液晶元件3b被设置为，使得第五极化轴204a、204b在经过第二液晶元件3b时分别被转动90°。这在图2中通过双箭头在射束500a、500b处表明。从第二液晶元件射出的辐射105的异常射束205a的第六极化轴现在平行于x轴。从第二液晶元件射出的辐射105的正常射束205b的第六极化轴现在平行于y轴。

从第二液晶元件射出的辐射105现在击中在第二双折射元件4b上。第一正常射束500b作为第二异常射束501b经过第二双折射元件4b，并且第一异常射束500a作为第二正常射束501a经过第二双折射元件4b。在从第二双折射元件4b射出之后，射束501a、501b彼此平行地伸展。

从第二双折射元件4b射出的辐射106经过第三液晶元件3c。该第三液晶元件被调整为，使得第六极化轴205a、205b不被转动。因此，异常射束的第六极化轴205a与第二正常射束的第八极化轴207a一致，并且正常射束的第六极化轴205b与第二异常射束的第八极化轴207b一致。

从第三液晶元件射出的辐射107击中到分析器5上。分析器5将从第三液晶元件射出的辐射107在第九极化轴208的方向上极化。第九极化轴208位于平行于x-y平面的平面中并且相对于x-z平面和相对于y-z平面分别具有45°的角，以便实现这两个射束108在辐射敏感的表面7a上的干涉。接下来的走向参照图1的描述。

敏感表面7a在图1中在成像模式700中记录待研究的对象的图像。在图2中，敏感表面7a在光谱仪模式701中记录待研究的对象的干涉图。

图3和图4示出分别在成像模式700（图3）中和光谱仪模式701（图4）中的根据本发明的微型光谱仪10。在图3和图4中所示的微型光谱仪10与在图1和图2中所示的微型光谱仪10区分如下，即在图3和图4中所示的微型光谱仪10不具有第二液晶元件3b。Savart元件40在图3和图4中所示的实施例中仅包括第一双折射元件4a和第二双折射元件4b。此外，第二双折射元件的第二光轴301位于平行于x-z平面的平面中。

图3示出在成像模式700中的根据本发明的微型光谱仪10。射束400a、400b、401a、401b的示例性示出的走向和辐射的走向直到从第一双折射元件4a射出为止都与图1的描述类似，其中辐射100在该实施例中直接来自待研究的对象。从第一双折射元件射出的辐射104击中到第二双折射元件4b上。从第一双折射元件射出的辐射104在没有分裂成正常射束和异常射束的情况下作为异常射束经过第二双折射元件4b。通过使所有射束作为异常射束经过第二双折射元件4b，在敏感表面7a上应观察到图像相对于利用图1中所示的微型光谱仪10所记录的图像的横向移动。在第二双折射元件4b中以虚线的形式描绘出异常射束，因为所述异常射束具有进入到绘图平面中的分量。这也通过出射点的位置来表明。其他的走向与关于图1的描述类似。

图4示出在光谱仪模式701中的在图3中示出的微型光谱仪10。直到从第一双折射元件4a射出为止，描述都与图2的描述一致。从第一双折射元件射出的辐射104击中到第二双折射元件4b上。第一正常射束500b作为第二异常射束501b经过第二双折射元件4b。第一异常射束500a作为第二正常射束501a经过第二双折射元件4b。其他的走向与关于图2的描述类似。

在前面所描述的实施例的一种变型方案中，没有第三液晶元件3c布置在光路中。从第二双折射元件4b射出的辐射106在离开第二双折射元件4b之后直接击中到分析器5上。该分析器5的第九极化轴208同样地位于平行于x-y平面的平面中并且相对于x-z平面和相对于y-z平面分别具有45°的角。

替代于可切换的扩散器1，不可切换的扩散器能够机械地通过手或者电动化地在光谱仪模式701中被引入到光路中并且在成像模式700中再次被移出。

待研究的对象可以反射、发射或透射辐射，所述辐射接下来在根据本发明的微型光谱仪10的成像模式700中和/或光谱仪模式701中被处理。在反射和透射的情况下，优选地使用根据本发明的微型光谱仪10，该微型光谱仪包括光源。待研究的对象由光源来照明或透视。

上面所描述的实施例由于更好的清楚性分别在分解视图中被示出。在优选的实际构造中，扩散器1、极化器2、液晶元件3a、3b、3c、双折射元件4a、4b和分析器5优选地以彼此接触的方式来布置，使得在它们之间不存在空隙。

在图5中示出用于运行根据本发明的微型光谱仪的方法的流程图。根据本发明的微型光谱仪被设计用于在成像模式700中或在光谱仪模式701中运行。经由切换模式704在成像模式700与光谱仪模式701之间切换根据本发明的微型光谱仪。所述切换模式704包括：至少一个液晶元件3a、3b、3c从成像模式700到光谱仪模式701中的第一切换702和至少一个液晶元件3a、3b、3c从光谱仪模式701到成像模式700中的第二切换703。只要使用可切换的扩散器1，所述第一切换702就附加地包括：将可切换的扩散器1从透明状态切换到不透明状态；并且所述第二切换703就包括：将可切换的扩散器1从不透明的状态切换到透明的状态。切换702、703通过如下方式来实现，即将电场施加到液晶元件3a、3b、3c和可切换的扩散器1，如这在上面所描述的那样。

Claims (9)

1.用于光谱分析和图像检测的微型光谱仪（10），所述微型光谱仪包括：

- 探测单元（7），用于检测光学参量；和

- 光学单元，所述光学单元包括极化器（2）、Savart元件（40）和分析器（5），其中所述Savart元件包括第一双折射元件（4a）和第二双折射元件（4b），

其特征在于，

- 在所述极化器（2）与所述Savart元件（40）之间的光路中布置第一液晶元件（3a），所述第一液晶元件被设计用于，将从所述第一液晶元件射出的辐射（103）的第四极化轴（203）调整为，使得

• 从所述第一液晶元件射出的辐射（103）在所述微型光谱仪（10）的成像模式（700）中在没有分裂的情况下通过所述第一双折射元件（4a）并且

• 从所述第一液晶元件射出的辐射（103）在所述微型光谱仪（10）的光谱仪模式（701）中在第一双折射元件（4a）中被分裂成第一正常射束（500b）和第一异常射束（500a），并且

- 其中在所述Savart元件（40）后方的光路中布置所述分析器（5），并且

- 在所述分析器（5）后方的光路中布置所述探测单元（7）。

2.根据权利要求1所述的微型光谱仪（10），其特征在于，在所述第一双折射元件（4a）与所述第二双折射元件（4b）之间的光路中布置第二液晶元件（3b），所述第二液晶元件被设计用于，将从所述第二液晶元件射出的辐射（105）的第六极化轴（205、205a、205b）调整为，使得

- 从所述第二液晶元件射出的辐射（105）在所述成像模式（700）中在没有分裂的情况下通过所述第二双折射元件（4b）；和

- 在所述光谱仪模式（701）中所述第一正常射束（500b）作为第二异常射束（501b）进入到所述第二双折射元件（4b）中并且所述第一异常射束（500a）作为第二正常射束（501a）进入到所述第二双折射元件（4b）中。

3.根据以上权利要求中任一项所述的微型光谱仪（10），其特征在于，在所述第二双折射元件（4b）与所述分析器（5）之间的光路中布置第三液晶元件（3c），所述第三液晶元件被设计用于，将从所述第三液晶元件射出的辐射（107）的第八极化轴（207）调整为，使得所述第八极化轴（207）在所述成像模式（700）中平行于所述分析器的第九极化轴（208）。

4.根据权利要求1或2所述的微型光谱仪（10），其特征在于，在所述光学单元之前的光路中布置扩散器（1）。

5.根据权利要求4所述的微型光谱仪（10），其特征在于，所述扩散器包括可切换的扩散器（1），其中所述可切换的扩散器（1）能够在对于从待研究的对象入射的辐射（100）而言透明的状态与对于从待研究的对象入射的辐射（100）而言不透明的状态之间切换。

6.根据权利要求4所述的微型光谱仪（10），其特征在于，在所述光学单元之前或所述扩散器（1）之前的光路中布置无限光学装置（6a）。

7.根据权利要求1或2所述的微型光谱仪（10），其特征在于，所述微型光谱仪（10）包括用于照明或透视待研究的对象的光源。

8.用于运行根据以上权利要求中任一项所述的微型光谱仪（10）的方法，其中所述微型光谱仪（10）被设计用于，在成像模式（700）中或在光谱仪模式（701）中运行，并且通过切换模式（704）在所述成像模式（700）与所述光谱仪模式（701）之间切换，其中所述切换模式（704）包括：

- 至少一个液晶元件（3a、3b、3c）从所述成像模式（700）到所述光谱仪模式（701）中的第一切换（703）；和

- 至少一个液晶元件（3a、3b、3c）从所述光谱仪模式（701）到所述成像模式（700）中的第二切换（704）。

9.用于运行根据权利要求5所述的微型光谱仪（10）的根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第一切换（703）的情况下，所述可切换的扩散器（1）从透明状态切换到不透明状态中，并且在所述第二切换（704）的情况下，所述可切换的扩散器（1）从不透明状态切换到透明状态中。

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