CN115427773A - 用于探测光谱的方法和光谱装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在时间上不同地探测测试对象的光谱的方法，所述方法包括提供第一转换颜料，其设计用于将具有可见范围中的第一光谱分布的光转换为具有红外范围中的第二光谱分布的光。在第一时间段期间通过第一光谱分布范围中的光脉冲激发第一转换颜料并且在第一时间间隔期间检测其中一个由测试对象反射的或者透射的处于第一光谱分布范围中的光份额。在之后的第二时间段期间检测由测试对象反射或透射的转换光的份额。按照本发明，所述第一时间间隔选择为，使得该第一时间间隔基本上处于针对所述第一转换颜料在所述第一时间段中的发光寿命内。

Description

用于探测光谱的方法和光谱装置

本申请要求2020年4月22日的德国专利申请DE102020205119.4的优先权，其公开内容通过引用被涵盖到本申请中。

本发明涉及一种用于对对象的光谱进行时间上不同的探测的方法和一种光谱装置。

光电元件和传感器的一个典型应用是对测试对象进行光谱学检查。简而言之，测试对象被第一波长的光照射并且探测由测试对象反射或者透射或者说传输的光。由所探测到的光的量或者其光谱分布可以推断出关于对象或其参数的结论。

目前市场上的移动的光谱应用通常包括红外光谱相对较宽的发光二极管。该发光二极管由具有对应的转换颜料的光电元件构成，所述转换颜料将由光电元件可见的光、例如蓝光转换到红外光谱范围中。由此转换的光被传送到待检查的试样上并且由该试样反射或者传送。所述光之后落到探测器单元上，并且因此可以被探测到。

在通常的应用中，探测器单元包括具有窄带的光谱滤光器的光电探测器，因此探测器仅检测狭窄地限定的波长范围。由此可以通过各个单独的检测器的信号强度的关系生成和分析反射或透射或者说传输光谱。

然而目前仅有少数发光材料混合物能够覆盖700-1050nm范围内的所需的和可能的红外光谱。此外，发光材料不会对电子元件发射的全部光进行转换，因此未转换的光也会被测试对象反射或透射或者说传输。光谱中未转换的光的强度在此可能比红外光谱范围中的平均强度高几倍。针对所述应用相应地需要具有高工作电流的适宜的衰减滤光器。安装在探测器上方的滤光器由此也在所需的光谱范围中降低光功率，从使信噪比变差。

所述问题的备选解决方案为，使用具有不同光谱范围的多个不同的光电元件，并且由此模拟宽带检测器的光谱。然而，为此需要多个光电元件，从而位置空间需求相应地增加。此外，在可见范围和红外范围内进行测量时，需要额外的元件以产生可见的光谱范围内的光。因此，大的位置空间需求使针对移动终端设备的光谱学应用困难。

因此需要提供一种同样适用于移动终端设备并且尤其是需要较少位置空间需求的方法和模块。用于在时间上不同地探测光谱的方法以及相应的光谱装置考虑了这种需要。在此认识到的是，在光脉冲入射时，转换颜料不是立即地、而是在时间上错开地转换入射光。这是因为转换颜料的产生光转换的激发状态具有一定的寿命。由于这一寿命使载流子保持在激发态并且因此在一段时间之后才通过发射红外的或转换光谱范围内的光返回基态。本发明在所述方法和光谱模块中利用了这一点。

因此提出了一种用于时间上不同地对测试对象的光谱进行探测的方法，其中，在第一步骤中提供第一转换颜料。转换颜料设计用于将具有可见范围内的第一光谱分布的光转换成具有红外范围内的第二光谱分布的光。这种转换可以至少尤其是通过荧光或至多通过磷光进行。荧光是指从外部输入的能量在物理系统中被吸收并导致所述物理系统的激发态的过程。这种激发态通过发出可见或不可见范围中的光而回落到基态。如果在能量的吸收和随后的发射之间不需要附加的激活过程，则称之为荧光。而术语“磷光”描述了下述过程，其中，需要通常形式为光子碰撞或类似形式的附加的激活过程。换言之，对于荧光而言，通过所谓的允许的转变实现从激发态到基态的转变。其特点是寿命特别短。而对于磷阻抗，光通过不允许的转变发射，该转变需要激活过程，因此具有明显更长的寿命。

在选择转换颜料时该寿命被用于建议的方法。在所述方法的第二步骤中，在第一时间段中通过第一光谱分布范围中的光脉冲激发第一转换颜料。第一光谱分布的该光脉冲例如可以处于可见范围中。在该第一时间段内，在第一时间间隔期间检测由测试对象反射或透射或者说传输的处于第一光谱分布范围中的光份额。第一时间间隔在此基本上处于第一转换颜料的至少一个寿命内。

此外，在第一时间段之后的第二时间段期间，测量转换光的由测试对象反射或透射或者说传输的份额。

通过所建议的方法由此测量第一光谱分布范围内例如在可见范围内的光的反射的或透射或者说传输的份额，然后测量第二光谱范围内的光、即例如第二范围中的转换光的份额。在第一时间间隔中检测第一光谱分布范围中的光份额，因为在该时间间隔内光还没有被转换颜料转换。这是由针对第一转换颜料的最低寿命产生的。换言之，第一时间间隔选择得这样小，使得该时间间隔小于针对第一转换颜料的发光寿命

在在一个方面中紧随第一时间段之后的第二时间段期间，仅检测转换光的光份额，而没有检测光脉冲的份额、即第一光谱分布范围中的光的份额。由此通过所建议的方法通过光电二极管在时间上不同地检测和测量光的不同光谱份额。这使得光电二极管可以特别简单地设计、即没有复杂的滤光器。同时也降低了位置空间需求，因为具有转换颜料的发光二极管既发射在第一光谱分布范围的光，又发射在第二光谱分布范围的光，并且光电探测器能够检测两个光谱范围中的光。

如前所述，第二时间段可以紧随在第一时间段之后。这是适宜的，因为在切断光脉冲之后仅存在转换光，并且所述转换光由转换颜料以高强度发出。由于转换的光份额呈指数地下降，因此适宜的是在光脉冲切断后立即地或在不久后设置第二时间段。

在另一方面，提供第二转换颜料，所述第二转换颜料设计用于将具有第一或第二光谱分布的光转换成具有红外范围内的第三光谱分布的光。第二转换颜料通过第一光脉冲激发。在激发之后，在第二时间段之后的第三时间段期间检测具有第三光谱分布的转换光的由测试对象反射或透射或者说传输的光。通过这一方面能够由此通过光脉冲激发不同的转换颜料。这些转换颜料的特点在于不同的最低寿命，从而由转换颜料转换的光在不同的时间点发出。在此在一个方面中规定，第二转换颜料的发光寿命比第一时间段和第二时间段的总和更长。由此在光脉冲以及通过第一转换颜料转换光脉冲之后，才由第二转换颜料发出转换光。换言之，在一个方面中，第三时间段的开始时间选择为，使得所述第三时间段处于第一转换颜料的发光衰减之后。第三时间段的开始时间由此在很大程度上取决于第一转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不由第一转换颜料进行发光。

在这一方面中能够通过单独的光脉冲和适宜地选择不同的转换颜料和所述转换颜料的寿命检测转换光的不同的光谱。

在另一方面，提供第二转换颜料，所述第二转换颜料将具有第一光谱分布或者第四光谱分布的光转换成具有红外范围中的第三光谱分布的光。在第五时间段期间通过第一或者第四光谱分布范围中的光脉冲激发第二转换颜料。在一个方面中，第五时间段可以处于第三时间段之后。在第五时间段中的第二时间间隔期间，检测由测试对象反射或者透射或者说传输的第一或者第四光谱分布范围中的光份额。接着在第五时间段之后的第六时间段期间探测并且检测被测试对象反射或透射或者说传输的转换光。

所建议的该方面由此在不同的时间点针对相应的转换颜料产生光脉冲，所述光脉冲使得在颜料的相应的发光寿命之后发出转换光。在相应的光脉冲开始时、即在相应的转换颜料开始进行发光之前检测未被转换的光的由测试对象反射或者透射或者说传输的份额。在相应的光脉冲结束之后，由相应的转换颜料发出的转换光随即被测试对象反射或透射或者说传输，然后被测量。

对于所建议的方法，第一和第二转换颜料分别设计为，仅有一部分具有第一或第四光谱分布的光不被颜料转换。在一个方面中，由此通过第一或第二光脉冲将优选处于可见范围中的光发出至转换颜料上。该光的一部分穿过转换颜料并且因此能够输送至测试对象。该光份额在反射或者部分地透射或者说传输之后由探测器检测。在一个方面中，具有可见范围中的第一和/或第三光谱分布的光仅被转换30％-70％、尤其是45％-55％。

在另一个方面中，在第四时间段期间检测环境光份额。该第四时间段在第二时间段、第三时间段或者第六时间段之后。通过对环境光份额的检测能够检测剩余光并且将所述剩余光用于进一步的信号处理。在另一个方面中，第四时间段的开始时间取决于第一和或第二转换颜料的弛豫时间。所述开始时间尤其选择为，在第一和或第二转换颜料中基本上不进行发光。环境光份额由此在相应的转换颜料的发光衰减之后确定，从而仅检测到环境光而不会检测到其余的发光。

另一个方面涉及一种光谱装置，在所述光谱装置中提供了至少一个第一光电元件。所述第一光电元件设计为在运行时发出第一光谱分布范围、尤其是可见范围中的光。第一转换颜料布置在光电元件的光路中。所述第一转换颜料设计为将可见范围中的第一光谱分布中的光转换成红外范围中的第二光谱分布中的光。转换颜料由此由可见范围中的光产生红外范围中的光。此外，光谱装置包括光学传感器，所述光学传感器设计为检测第一光谱分布和第二光谱分布中的光。

按照本发明提供了一种控制电路，所述控制电路与至少一个光电元件和光学传感器耦连。此外，控制电路这样控制传感器，使得在第一时间段内的时间间隔期间和在第一时间段之后的第二时间段中都检测由光学发射器产生的信号。第一时间间隔在此选择为，使得该第一时间间隔基本上处于在第一时间段中第一转换颜料的发光寿命内。

控制电路由此以时分复用技术控制光电元件和光学传感器，从而检测由测试对象反射或透射或者说传输的光。该光一方面是在第一时间间隔期间由至少一个光电元件反射的和未转换的光以及在接着的第二时间段期间由测试对象反射或透射或者说传输的转换光

以此方式能够简单地设计光学传感器，因为具有不同光谱份额的光信号在不同的时间被检测。所建议的光谱装置由此能够宽频带地、即在可见的和红外的光谱的较大的频率范围中检查测试对象。

在另一个方面中，光谱装置包括第二转换颜料，该第二转换颜料设置在光电元件的光路中。所述第二转换颜料设计为将第一光谱分布中的光转换成红外范围中的第三光谱分布中的光。控制电路还设计为在第三时间段期间检测由光学传感器产生的信号。第三时间段跟随在第二时间段之后。此外，第二转换颜料表现出比第一和第二时间段的总和更长的发光寿命。

换言之，在这一方面中，在第三时间段期间由传感器检测的反射的或者透射或者说传输的信号仅通过第二转换颜料的发光产生。由此确保了在第三时间段期间由传感器检测到的信号仅由第二转换颜料产生而不是由第一转换颜料的仍然持续存在的发光产生。

为此在一个方面中规定，第三时间段的开始时间取决于第一转换颜料的弛豫时间。第三时间段的开始时间因此尤其可以选择为，使得基本上不再由第一转换颜料进行发光。

另一个方面涉及的是对所建议的光谱装置的补充方案。在该补充方案中设置有第二光电元件，所述第二光电元件在运行时发出可见范围中的第四光谱分布范围中的光。在第二光电元件的光路中布置有第二转换颜料，所述第二转换颜料将来自第四光谱分布范围的光转换成红外范围内的第三光谱分布中的光。根据该原理，控制电路也设计为在第五时间段期间控制第二光电元件产生第二光脉冲。在第五时间段中的第二时间间隔期间由光学传感器产生的信号由控制电路检测。此外，传感器同样在第六时间段期间产生信号，所述信号包含第二转换颜料的发光光份额。第六时间段在此处于第五时间段之后。

上述第二时间间隔在这一方面中选择为，使得该第二时间间隔基本上位于针对第二转换颜料在第五时间段中的发光寿命内。

通过该建议的原理实现了光谱装置，其中，依次地控制多个光电元件，所述光电元件分别具有布置在其上方的转换颜料。同时由控制电路检测由光学传感器探测的光。所述检测同样在时间上适配，从而一方面分别探测相应的光电元件的未转换的光份额，另一方面探测由相应的转换颜料转换的光的由测试对象反射或透射或者说传输的光份额。光谱装置由此特别宽频带地检测、即所述光谱装置既能够检测可见范围的光谱也能够检测红外范围内的光谱。

在另一个方面中，控制电路设计为在第四时间段期间检测由光学传感器产生的信号。第四时间段在此处于第二时间段、第三时间段或第六时间段之后。在该方面中，光学传感器由控制电路这样控制，使得所述光学传感器接收剩余光或者环境光并且将其传递给控制电路以进行进一步分析。通过对剩余光或者环境光的分析能够改善光谱装置的信噪比。

在一个方面中，对剩余光或环境光的测量适宜地在下述时间点进行，在该时间点基本上不再由第一或第二转换颜料进行发光。针对剩余光或环境光的测量的开始时间由此取决于第一和第二转换颜料的弛豫时间。

以下参照附图详细阐述本发明。在附图中：

图1示出了根据所建议的原理的光谱装置；

图2示出了用于阐述所建议的原理的具有不同时间点和时间段的时间图线；

图3示出了具有对应的发光变化图线的不同时间段的其它视图；

图4示出了用于在时间上不同地探测测试对象的光谱的方法的第一实施例；

图5示出了时间图线，该时间图线具有用于控制光电元件或者光电二极管的信号以及转换颜料的与之对应的时间变化；

图6示出了所建议的方法的另一实施例，该实施例与图5所示的实施方式对应。

图1示出了具有所建议的原理的一些方面的光谱装置的实施方式。光谱装置10包括具有多个布置成矩阵的光电元件11、12、13和14的阵列。在此例如将4个光电元件布置在2×2的矩阵中，然而也可以根据应用和要求布置附加的或者更少的元件。每个光电组件都设计用于在运行时发出可见光的预定的光谱范围中的光。例如光电元件11产生蓝色光，光电元件12产生绿色光，元件13产生橙色光并且元件14产生红色光。通过适宜的共同控制，能够除了单独的不同颜色之外实现混合颜色，从而能够通过在此所示的布置结构在宽频带上覆盖可见光谱。

此外，每个光电元件包括与相应的光电元件11至14适配的转换颜料。所述转换颜料布置在相应的光电元件的光路中。相应的转换颜料设计用于将由光电元件发出的光至少部分地转换成红外光谱中的光。

与光电元件类似地，转换颜料选择为，使得所述转换颜料在红外光谱的相应地不同的范围中发出其转换光。通过这种布置结构由此能够实现宽频带的发射器，所述发射器的光电元件与转换颜料共同分别构成发光二极管，所述发光二极管既在可见范围也在红外范围中发光。

光谱装置还包括形式为光电二极管3的光学传感器。二极管设计用于接收由光电元件11至14发出的光并且根据接收的强度将所述光转化成相应的信号。光电二极管3在此设计得特别简单、即不具有附加的滤光器。为了校正频率特性、即对相应的光谱份额的不同灵敏度，可以预先校准光谱装置的二极管3。同样可行的是，通过相应的措施得到尽可能平坦并且均匀的频率特性。

此外，光谱装置10包括控制电路2。电路2在输出侧与每个光电元件11至14耦连以进行控制。此外，控制电路通过输入端25与光电二极管3连接。

在所建议的光谱装置运行时，控制电路2通过分别来自输出端21至24的相应的信号单独地控制对应的光电元件。所述控制在此在时间错开地进行，从而在实施例中仅有其中一个光电元件是激活的。在该时间段期间，光电元件由此发出可见范围中的光。所发出的光部分地由转换颜料吸收，所述转换颜料由此进入激发状态中。其它光份额同时未转换地被发射并且照射到待检查的对象上。所述其它光份额从所述对象朝向光电二极管3的方向反射。根据所探测到的光，光电二极管3产生信号并将所述信号返回给控制电路。在转换颜料开始进行发光之后，该反射的份额也被检测并且被反射回来。可以通过在时间上适宜地选择光电二极管发射的信号和对光电二极管的控制来检测和测量未转换的和转换的光的由测试对象反射或透射或者说传输的各个单独的份额。

在图2中示出这种实施例关于对光电元件的控制的时间变化和随后的探测。

在时间点t1到时间点t3，光电元件被控制电路激活。由此发射光脉冲并且所述光脉冲被导引到相应元件的光路中的转换颜料K1上。时间点t1至t3之间的时间段被称为时间段T2。如图2的下方部分所示，转换颜料K1的发光并不是与由光电元件发出的光脉冲的开始同时进行的，而是在时间上错开的。这是因为由元件发出的光脉冲至少部分地被转换颜料K1吸收并因此进入较高的激发状态中。

转换颜料保持在这种能量激发状态一段时间，直到所述转换颜料通过发射光子重新返回基态或较低的状态。该时间段也被称为寿命、特别是发光寿命。术语“发光寿命”在此是指激发的系统在通过发射光子转变回到基态或较低的状态之前保持在激发状态的时间段。根据转变、即所述转变是自发地实现还是在激活之后、例如通过冲击或动量转移实现，该寿命更长或更短。荧光通常被称为具有自发的转变和较短寿命的发光。磷光是指通过在激活后转变产生的发光，由此通常产生比荧光寿命。

在所述示例中，转换颜料K1由此在时间点t2之后才开始发光。在t1至t2之间的时间中不发出转换光，因为在该时间间隔中尚未进行转换。也可以说转换颜料在该时间间隔中被泵送、即进入激发状态中。在时间点t2之后，转换颜料K1的发光例如开始以指数增加直至确定的最大值。在时间段T2中、即在时间点t3之前还是能达到该最大值。就此而言，由此在该实施例中建立了发出的转换光和吸收的光之间的平衡状态。

从时间点t3开始，光脉冲被切断。由此仅通过颜料继续发出光。光学传感器由此在时间段T3期间仅探测到转换光份额。因此可以由控制电路从信号变化和已知的强度降低中检测出时间段T3期间的光量。一定时间后，转换颜料K1的发光已经下降到可以忽略由转换颜料产生的发光强度的程度。从时间点t5到时间点t6、即在时间段T4中，光学传感器仅检测到环境光份额。

因此在所建议的原理中，不同的光份额分别在不同的时间被检测，而不必为光电二极管或光学传感器提供诸如滤光器等附加措施。在第一时间段T1期间，光电二极管因此仅检测到未转换的光以及环境光。在与光脉冲衔接的时间段T3中，光电二极管继续探测环境光和被转换颜料转换的光份额。在时间点T5和T6之间进行探测期间仅检测环境光，因此可以从之前的测量值中减去所述环境光。

图3示出了其它实施方式，其中，设置了具有不同长度的发光寿命的两种转换颜料K1和K2。两个转换颜料K1和K2通过相同的光脉冲激发。

在时间段T2内的时间间隔T1期间，由光电二极管仅检测未转换的光以及环境光。在时间点t₂，控制电路关闭光学传感器，而光电元件继续发光。在时间点t₂之后不久，第一转换颜料K1的发光急剧增加。在时间点t₃，至少第一转换颜料K1的发光与由光电元件产生的激发平衡。t₃也是控制电路关闭光学电子元件的时间点，因此现在只有由第一转换颜料转换的光和环境光落在光电探测器上。

在时间段T3期间，光学传感器检测到第一转换颜料K1的转换光的强度。发光略微降低直到时间段T₃结束并且越来越多地减少直到时间点t₇。然而同时第二转换颜料K2的发光增加。这是由于第二转换颜料K2具有比第一转换颜料K1明显更长的发光寿命。即在光电元件激活地接通的时间段T2期间，第二转换颜料K2也进入激发状态中。该激活的状态具有更长的寿命，从而颜料从时间点T7起才显示出足够高的用于测量的发光。相应地在时间段T5期间由光学传感器检测第二转换颜料K2的由测试对象反射的发光。第二转换颜料K2的强度也随着时间降低，从而在时间点t₅，第一和第二转换颜料K1、K2的发光基本上可以忽略不计。由此又使得在时间点t₅和t₆之间的时间段T4中，仅有环境光可以被光学传感器检测并从先前的信号中减去。

通过使用具有不同发光寿命的转换颜料可以检测由光电元件的发射光谱与不同转换颜料的光谱结合所形成的光谱。

图4与之相关地示出了用于根据所建议的原理在时间上不同地对测试对象的光谱进行探测的方法的实施例。在步骤S1中提供第一转换颜料，所述第一转换颜料能够将具有或处于可见范围中的第一光谱分布的光转换成红外范围中的第二光谱分布的光。在随后的第二步中，通过第一光谱分布区域中的光脉冲激发第一转换颜料。在光脉冲在第一时间段期间实现。

此外，在该第一时间段内的第一时间间隔期间，检测由测试对象反射或透射或者说传输的处于第一光谱分布的范围中的光。因此，该步骤检测由物体反射或透射或者说传输的光，这些光在第一时间段期间未被转换颜料转化地照射到对象上。在时间上随后的步骤S4中探测由测试对象反射或透射或者说传输的转换光的份额。在衔接在第一时间段之后的第二时间段期间进行探测。第二时间段在此可以直接衔接在第一时间段之后，然而也可行的是，在开始对转换光的份额进行检测与在第一时间段期间激活光脉冲之间还有较短的时间间隔。

通过在步骤S3和S4中的不同的时间上的探测，一方面实现了仅检测未转换的或转换的光，但不检测未转换的光和转换的光的混合。在随后的可选的步骤S5中，在随后的时段中探测剩余光或环境光。在步骤S6中共同分析由此检测和探测的光份额，以得到由测试对象反射或透射或者说传输的光谱。

除了在此所建议的各个单独的方法步骤之外，步骤S1附加地包括可选的步骤S11。在该可选的步骤S11中提供第二转换颜料，所述第二转换颜料设计用于将第一光谱分布中的光转换成具有红外范围的具有第三光谱分布的光。第二转换颜料的特征尤其在于比第一转换颜料的发光寿命更长的发光寿命。因此，在步骤S2期间，不只是第一转换颜料，而是两种转换颜料都被光脉冲激发。在随后的可选的步骤S41中，在已探测第一转换颜料的转换光之后，还探测被测试对象反射或透射或者说传输的并且对应于具有第三光谱分布的转换光的光份额。

图5示出了另一实施方式，其中，不只是一个光电元件，而是多个光电元件依次地被激活并且所述光电元件的相应的转换颜料K1、K2、K3至少被激发。各个光电元件的激活以及信号的探测因此在时间上错开地进行。在所述设计方案中，在第一时间段T2期间接通第一光电元件并且因此激发第一转换颜料K1。在该实施例中，转换颜料K1的发光寿命选择为使得在第二时间段之后才开始发光。因此可以在整个第二时间段T2中探测到未被吸收的光份额。由此可以将用于探测反射或透射或者说传输的信号的第一时间段选择为与第二时间段相同。

在时间点t3到时间点t4探测由第一转换颜料K1发出的转换光。该转换光处于红外光谱的已知范围内，所述红外光谱与其它两个转换颜料K2和K3的转化光谱不同。在时间点t10，第一转换颜料K1的发光已经充分地衰减，从而在第二光电元件中产生其它新的光脉冲。第二光电元件的光脉冲激发第二转换颜料K2并将其“泵送”到激发状态。由于颜料K2的发光寿命，在该时间段中不产生发光。由此在该时间段T2中检测第二光电元件的光的未被吸收的份额。在该设计方案中，第二转换颜料K2的发光也在时间点t11之后、即在随后的时间段T3中切断光脉冲之后进行。在时间点t12和t13之间检测由转换颜料K2转换的光的份额。最后，在转换颜料K2的光衰减之后，在时间点t14接通第三光电元件并且将光脉冲发出至第三转换颜料K3上。在时间点t16到t17之间的时间段T3中检测第三转换颜料的发光。

通过这样前后相连地激活光电元件以及随后探测未转换的和转换的光份额能够由此宽频带地检测和分析由测试对象反射或透射或者说传输的光谱。

图6与之相关地示出了这种方法的各个单独的步骤。在步骤S1中提供不同的光电元件以及对应的转换颜料。然后，在随后的步骤S2中激活第一光电元件以及同时检测未被转换但由测试对象反射或透射或者说传输的光份额。在光脉冲之后，在步骤S4中重新检测由转换颜料发射的被测试对象反射或透射或者说传输的转换光。在步骤S7中重复这两个步骤S2和S4，直到所有光电元件都被激活至少一次。由此既在可见范围中也在红外范围中检测宽频带的光谱。

接着在步骤S5中进行用于检测环境光的其它测量。将剩余光或环境光的由此确定的信号强度与步骤S6中的先前步骤的结果进行计算和分析。

不言而喻的是，在此公开的公开内容并不限于所描述的装置的确定组件或者所描述的方法的步骤，因为这种装置和这种方法是可以变化的。同样不言而喻的是，在此所使用的术语仅用于描述确定的实施方式，并不旨在进行限制。应当说明的是，例如在说明书和所附的权利要求书中使用的定冠词和不定冠词除非上下文另有明确规定均旨在表示存在一个或多个元件。例如，对“一个单元”或“单元”的引用可以包括多个装置等。此外，词语“包括”、“包含”和类似的词语不排除其它的元件或步骤。

附图标记列表

2 控制电路

3 光学传感器、光电二极管

10 光谱装置

21、22 输出端

23、24 输出端

25 输入端

T1、t2 时间点

T3、t4 时间点

T5、t6 时间点

T7、t8 时间点

T11、t12 时间点

T13、t14 时间点

T15、t16 时间点

T17 时间点

T1 时间段

T2、T3 时间间隔

T4、T5 时间间隔

K1、K2 转换颜料

K3 转换颜料

S1、S2 方法步骤

S3、S4 方法步骤

S5、S6 方法步骤

Claims (21)

1.一种用于在时间上不同地探测测试对象的光谱的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供(S1)第一转换颜料(K1)，所述第一转换颜料设计用于将可见范围中的第一光谱分布中的光转换成红外范围中的第二光谱分布中的光；

-在第一时间段(T₂)期间通过所述第一光谱分布范围中的光脉冲激发(S2)所述第一转换颜料(K1)；

-在第一时间间隔(T₁)期间检测由测试对象反射或透射的处于所述第一光谱分布范围中的光份额；

-在所述第一时间段(T₂)之后的第二时间段(T₃)期间检测(S4)所述转换光的由所述测试对象反射或透射的光份额；

其中，所述第一时间间隔(T₁)选择为，使得所述第一时间间隔(T₁)基本上处于针对所述第一转换颜料在所述第一时间段(T₂)中的发光寿命内。

2.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一时间间隔选择为，使得基本上不检测所述转换光的光份额。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第二时间段(T₃)直接与所述第一时间段(T₂)衔接。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括

-提供(S11)第二转换颜料(K2)，所述第二转换颜料设计用于将第一光谱分布中的光转换成具有红外范围中的第三光谱分布的光；

-通过所述第一光脉冲激发所述第二转换颜料(K2)；

-在所述第二时间段(T₃)之后的第三时间段期间检测具有第三光谱分布的转换光的由所述测试对象反射或透射的光份额。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二转换颜料(K2)的发光寿命比所述第一时间段和第二时间段(T₂、T₃)的总和更长。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述第三光谱分布至少不完全地与所述第二光谱分布重叠。

7.根据权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述第三时间段的开始时间取决于所述第一转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不再由所述第一转换颜料进行发光。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括

-提供第二转换颜料(K2)，所述第二转换颜料设计用于将所述第一光谱分布或第四光谱分布中的光转换成具有红外范围中的第三光谱分布的光；

-在第五时间段期间通过第一光谱分布范围或者第四光谱分布范围中的光脉冲激发所述第二转换颜料(K2)；

-在第二时间间隔期间检测由所述测试对象反射或透射的处于所述第一光谱分布范围或者第四光谱分布范围中的光份额；

-在所述第五时间段之后的第六时间段期间检测所述转换光的由所述测试对象反射或透射的光份额；

其中，所述第二时间间隔选择为，使得所述第二时间间隔基本上处于所述针对第二转换颜料(K2)在所述第五时间段中的发光寿命内。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第五时间段处于所述第三时间段之后。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一和/或所述第二转换颜料(K1、K2)设计为，使得具有可见范围中的第一光谱分布范围或者第三光谱分布范围的光的一部分不被颜料转换。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一转换颜料设计为，使得具有可见范围中的第一光谱分布的光的30％至70％、尤其是45％至55％被转化。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括以下步骤

-在第四时间段期间检测环境光份额，其中，所述第四时间段(T₄)处于第二时间段(T₃)、第三时间段(T₅)和第六时间段其中之一之后。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第四时间段的开始时间取决于所述第一和/或第二转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不再在所述第一和/或第二转换颜料中进行发光。

14.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括：

-分析在第一时间间隔和第二时间段期间检测的光份额。

15.一种光谱装置，包括：

-至少一个第一光电元件(11、12、13、14)，所述第一光电元件设计用于在运行时发出可见范围中的第一光谱分布范围中的光；

-第一转换颜料(K1)，所述第一转换颜料布置在所述光电元件的光路中并且设计用于将可见范围中的第一光谱分布中的光转换成红外范围中的第二光谱分布中的光；

-光学传感器(3)，所述光学传感器设计用于检测第一光谱分布和第二光谱分布中的光；

-控制电路(2)，所述控制电路与所述至少一个光电元件和所述光学传感器耦连并且设计用于在第一时间段期间控制所述至少一个光学元件并且既在所述第一时间段内的第一时间间隔期间也在所述第一时间段之后的第二时间段期间检测由所述光学传感器(3)产生的信号，

其中，所述第一时间间隔(T₁)选择为，使得该第一时间间隔基本上处于所述第一转换颜料在所述第一时间段中的发光寿命内。

16.根据权利要求15所述的光谱装置，还包括

-第二转换颜料(K2)，所述第二转换颜料布置在所述光电元件(11、12、13、14)的光路中并且设计用于将第一光谱分布中的光转换为红外范围中的第三光谱分布中的光；

-其中，所述控制电路设计用于在所述第二时间段之后的第三时间段期间检测由所述光学传感器产生的信号，其中，所述第二转换颜料的发光寿命比第一和第二时间段的总和更长。

17.根据权利要求15至16之一所述的光谱装置，其中，所述第三时间段的开始时间取决于所述第一转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不再由所述第一转换颜料进行发光。

18.根据权利要求15至17之一所述的光谱装置，所述光谱装置还包括：第二光电元件，所述第二光电元件设计用于在运行时发出可见范围中的第四光谱分布范围中的光；

-第二转换颜料(K2)，所述第二转换颜料布置在所述第二光电元件的光路中并且设计用于将第四光谱分布中的光转换为红外范围中的第三光谱分布中的光；

-其中，所述控制电路设计用于在第五时间段期间控制所述第二光电元件以产生第二光脉冲；并且由所述光学传感器(3)产生的信号存在于所述第五时间段内的第二时间间隔期间和所述第五时间段之后的第六时间段期间，

其中，所述第二时间间隔选择为，使得该第二时间间隔基本上处于针对所述第二转换颜料(K2)在所述第五时间段中的发光寿命内。

19.根据权利要求15至18之一所述的光谱装置，其中，所述控制电路(2)设计用于在第四时间段期间检测由所述光学传感器(3)产生的信号，其中，所述第四时间段处于所述第二时间段、第三时间段和第六时间段其中之一之后。

20.根据权利要求19所述的光谱装置，其中，所述第四时间段的开始时间取决于所述第一和/或第二转换颜料(K1、K2)的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不再在所述第一和/或第二转换颜料中进行发光。

21.一种光谱装置，包括：

-至少一个第一光电元件(11、12、13、14)，所述第一光电元件设计用于在运行时发出可见范围中的第一光谱分布范围中的光；

-第一转换颜料(K1)，所述第一转换颜料布置在所述光电元件的光路中并且设计用于将可见范围中的第一光谱分布中的光转换成红外范围中的第二光谱分布中的光；

-光学传感器(3)，所述光学传感器设计用于检测第一光谱分布和第二光谱分布中的光；

其中，所述光谱装置设计用于执行根据前述步骤之一所述的方法。

Images