CN117441094A - 经稳定化且经调制的双通道宽带光源 - Google Patents
经稳定化且经调制的双通道宽带光源 Download PDFInfo
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Abstract
提出了一种光谱光源(112)。光谱光源(112)包括：‑至少一个发光元件(128)；‑至少一个电子电路(136)，该至少一个电子电路被配置用于向发光元件(128)施加电功率；以及‑至少一个壳体(150)，其中，该壳体(150)至少部分地围绕发光元件(128)；以及‑至少两个输出通道(156)，该至少两个输出通道穿过壳体(150)，其中，输出通道(156)中的每一个被配置用于将至少一个光束(116)与光谱光源(112)解耦。光谱光源(112)被配置用于独立地控制输出通道(156)中的每一个。
Description
技术领域
本发明总体上涉及光谱光源、光谱测量系统和操作光谱测量系统的方法。作为示例，本发明的装置和方法可以用于光谱学领域。这可以具体地包括在可见光谱或红外光谱、更具体地在近红外光谱或中红外光谱工作的光谱仪。这些光谱仪可以进一步包括傅立叶变换红外(FTIR)装置或气体光谱学。此外，本发明的装置和方法也可以用于干涉测量应用，比如白光干涉测量。因此，本发明的装置和方法可以具体地用于实验室测量。然而，本发明的装置和方法也可以用于工业环境中，包括近线测量和在线测量。本发明的装置和方法甚至可以用于消费环境，例如用于空气质量测量。然而，其他应用也是可能的。
背景技术
现有技术中已知用于光谱测量的大量光谱光源。在许多情况下，这种光谱测量需要两个或更多个单独光束，例如一个测量光束和一个参考光束。因此，典型地应用附加的光学元件，具体是分束器，以便在光谱光源中产生这两个或更多个光束。一个相当耗时的替代方案是进行至少两次连续测量，其中，这些测量中的一个用作参考。许多光谱测量进一步要求该两个或更多个光束具有不同光学特性，例如调制不同。这可能具体地涉及不同调制频率的周期性调制，这些调制频率可以例如通过使用斩波轮或音叉来实现。这一切都加大了结构复杂性，并且因此使光谱测量系统更容易发生错误。具体地，光学元件的缺陷、灰尘、划痕等会导致不可避免的光散射。这种杂散光同样会影响光谱测量的精确度。连续测量的另一缺点是由于光路、光源或灯泡的短时间波动。这些波动典型地可能在参考与样本测量之间产生系统差异。由此，噪声增加。
EP 0 729 017 A1披露了一种测量并补偿光谱仪中的杂散光的影响的方法、以及使用该方法来提高光谱仪的线性度和精确度。来自宽带光源的光的特定波长带被滤光器阻挡，而该特定波长带之外的光被滤光器透射。特定带内的光谱测量会测量总偏移，该总偏移包括杂散光、暗电流和电子偏移的影响。在吸收光谱测定法中，特定带内的第一光谱测量是在不存在化学样本的情况下测量的，而第二光谱测量是在存在化学样本的情况下进行的。第一光谱测量用于补偿参考光谱，而第二光谱测量用于补偿样本光谱，两者都是在特定带内。对滤波器的插入损耗和波长在特定带的波长带内的杂散光进行进一步补偿。然而，在EP0 729 017 A1中披露的方法需要附加的过程步骤，其中，过程步骤是连续执行的。因此，在EP 0 729 017 A1中披露的方法在可以开始实际的光谱测量之前需要附加的时间。
此外，普通光谱光源需要的加热时间长。这意味着光谱光源在开启后的较长时间段内以不稳定的方式发射光。然而，这种状态不适于可靠且精密的光谱测量。因此，每次进行光谱测量之前，都必须等待加热时间过去，直到光谱光源工作稳定。因此，光谱光源在许多情况下并不关闭，而是保持开着比实际需要的时间长。这同样导致了光谱光源的寿命缩短。
JP H05144576A披露了一种当开关接通时逐渐增大白炽灯的亮度的装置。提供了与交流(AC)电源AC和白炽灯L的串联电路连接的端子。端子内设置有软启动电路。当开关SW1接通时，晶体管Q4关闭，电容器C6的电荷开始放出，并且点(c)的电位开始下降。因此，晶体管Q3的集电极电流减小，并且点(d)的阻抗增大。在Ve>Vf+VQ1BE的情况下，晶体管Q1接通，并且三端双向可控硅开关Q5接通以点亮白炽灯L。上述动作每半个循环重复一次，直到电容器C6的电荷放完。然而，因为点(d)的阻抗逐渐增大，所以三端双向可控硅开关Q5接通的相位相应地变得更快。当电容器C6的电荷放完时，点(d)的阻抗变得恒定，并且三端双向可控硅开关Q5的触发相位变得恒定。
JP 3300173 B2披露了一种过载检测设备和一种白炽灯控制设备，这些设备可以通过消除输入电源电压的变化经检测穿过DC电路的过电流来检测过电流。商用电源电压的瞬时值用瞬时值检测电路来检测，并且负载电流由电流互感器转换为电压、接着被引导到过电流检测器。当瞬时值达到预定电压时，过电流检测器取决于电流互感器的输出电压是否等于或高于阈值来检测过电流，并将结果输出到相位控制电路。在相位控制电路中，门控制信号被输出到三端双向可控硅开关，使得当检测到过电流时，白炽灯被控制以半波发光。
WO 2005/050148 A2披露了用于提供光谱测量的系统和方法。在一个实施例中，一种光谱测量装置包括：至少一个辐射源，该至少一个辐射源被配置为提供N(N>＝2)个线性独立的照明源，其特征是在预定波长范围内的M(M>＝N)个波长通道；传感器单元，该传感器单元包括至少一个传感器，被配置为与辐射源和物体光通信；存储器，该存储器存储照明表征矩阵，该照明表征矩阵包括N个照明源在M个波长通道中的光谱特性；以及处理器，该处理器被配置为至少部分基于照明表征矩阵来提供物体在该M个波长通道中的光谱响应。所描述的文献的实施例可以用于构造新类别的紧凑光谱测量装置，比如手持式颜色测量装置。
US 3 277 773 A披露了一种辐射测量设备，更具体地披露了一种用于测量从样本反射的辐射能的设备。
WO 2017/040431 A1披露了用于测量采样接口处的样本中的物质的浓度和类型的系统和方法。该系统包括光源、一个或多个光学器件、一个或多个调制器、参考、检测器和控制器。在所描述的文献中披露的系统和方法能够通过在不同测量光路之间共用一个或多个部件来解决源自光源、一个或多个光学器件和检测器的漂移。附加地，通过在光源与样本或参考之间放置一个或多个调制器，该系统能够区分不同类型的漂移并消除因杂散光所致的错误测量。此外，通过将检测器像素和微光学器件映射到样本中的位置和深度，系统能够沿着样本内的不同位置和深度检测物质。
WO 2011/072870 A1披露了一种特别用于光谱仪的环形灯。对于传统的环形灯，可以将照明光用作用于测量的参考，这花费很大，并且甚至精确度有限。所描述的申请旨在较不费力地实现参考辐射的获取。出于此目的，在环形灯的至少一个入射束中，附加地布置了多个参考光波导的入射端，这些参考光波导的出射端与环间隔开而组合以形成至少一个参考束。
在一个实施例中，US2009/316149 A1披露了一种具有模块化45/0头的分光光度计。用于测量样本的反射率的设备的一个实施例包括：多个发光二极管，该多个发光二极管用于发射光；反射壳体，该反射壳体位于该多个发光二极管上方，其中，反射壳体是具有围绕其周界形成的多个孔的圆顶；样本通道，该样本通道用于捕获光的第一部分，其中，光的第一部分与样本相互作用；以及参考通道，该参考通道用于捕获光的第二部分，其中，光的第二部分与样本无关。
虽然通过已知的光谱光源实现了优点，但是仍然存在不同技术挑战。因此，为了提供两个或更多个光束，典型地需要附加的光学元件。这加大了结构复杂性，并且使光谱测量系统更容易发生错误。替代地，可以进行至少两次连续测量。然而，这种方法需要的时间更多，并且可能容易在光谱测量系统内出现短时间波动。
要解决的问题
因此，希望提供一种光谱光源、一种光谱测量系统和一种操作该光谱测量系统的方法，它们适合于光谱测量，并且至少部分解决了类似类型的已知装置和方法的上述挑战。具体地，希望提供以下装置和方法，这些装置和方法适合于生成用于光谱测量的两个或更多个独立的且可能不同的光束，同时具体地，避免测量时间的显著增加或光谱光源的结构复杂性的显著提高的问题，这个问题也与光谱测量的错误易发性升高和噪声的增加相关。进一步具体地希望光束展现出高的短期和/或长期稳定性，其中希望光谱光源在不影响光束的稳定性的情况下是可开关的。
发明内容
这个问题通过具有独立权利要求的特征的光谱光源、光谱测量系统和操作光谱测量系统的方法来解决。从属权利要求以及整个说明书中列出了可以以独立方式或任何任意组合方式实现的有利实施例。
通常，如本文所使用，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任意语法变型是以非排他的方式使用的。因此，这些术语既可以涉及除了这些术语引入的特征之外，在此上下文中描述的实体中不存在进一步的特征的情形，也可以涉及存在一个或多个进一步的特征的情形。作为示例，表述“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”都既可以涉及除B之外，A中不存在其他元素的情形(即，A单独且排他地由B组成的情形)，也可以涉及除B之外，实体A中存在一个或多个进一步的元素(比如元素C、元素C和D或者甚至进一步的元素)的情形。
进一步地，应注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或指示特征或元素可能出现一次或不止一次的类似表述典型地在引入相应特征或元素时仅使用一次。在大多数情况下，当涉及相应特征或元素时，不重复表述“至少一个”或“一个或多个”，虽然相应的特征或元素可能出现一次或不止一次。
进一步地，如本文所使用，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似术语与可选特征结合使用，而不限制替代可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选特征，并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如技术人员将认识到的，本发明可以通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”或类似表述引入的特征旨在是可选特征，而没有关于本发明的替代实施例的任何限制，没有关于本发明的范围的任何限制，并且也没有关于以这种方式引入的特征与本发明的其他可选或非可选特征组合的可能性的任何限制。
在本发明的第一方面，提出了一种光谱光源。如本文所使用，术语“光谱学”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于研究或分析物质与电磁辐射之间根据辐射的波长或频率而出现的相互作用的过程。因此，形容词“光谱的”可以涉及可用于光谱学的目的。因此，具体地，术语“光谱的”可以是术语“用于光谱应用”和/或术语“可用于光谱应用”的同义词。具体地，光谱学可以涉及如从可见光到电磁波谱的所有光带概括的颜色的研究。光谱学具体地可以是涉及根据光的至少一种光学特性(比如波长、频率、波数或能量)来分隔光的过程。因此，作为示例，光谱测量可以涉及光学测量，其中，取决于光的分隔光学特性，例如取决于光的波长，对测量变量进行测量，例如测量物体对光的吸收。
如本文所使用，术语“光”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于波长范围为10nm至1mm的电磁辐射。具体地，光谱光源可以被配置用于发射至少一个波长的光，或者在可见光和/或红外光谱范围内的至少一个光谱范围内的光，具体地，在近红外光谱范围内的光。其中，380nm至760nm的光谱范围可以称为可见光谱范围，其中，波长低于此可见光谱范围的光的波长范围可以称为紫外光谱范围，并且其中，波长高于可见光谱范围的光的波长范围可以称为红外光谱范围。其中，760nm至1.4μm的光谱范围可以称为近红外(NIR)光谱范围。1.4μm至3μm的光谱范围可以称为长波近红外光谱范围，或者替代地称为短波中红外光谱范围。
因此，如本文所使用，术语“光谱光源”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于发射用于光谱测量的光(比如具有预定义和/或受控光学特性的光)的任意装置。光谱光源可以具体地被配置用于发射具有稳定光学特性的光。作为示例，光谱光源可以生成至少一个波长范围内的光，其中，具体是在较长时间段内，针对该波长范围内的每个波长，光强度保持在至少一个预定义值。
光谱光源包括至少一个发光元件。如本文所使用，术语“发光元件”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于发射光的装置。具体地，发光元件可以被配置用于以各向同性的方式发射光，即在所有空间方向上均匀地发射光。作为示例，发光元件可以被配置用于由于加热而发射光，和/或可以是或可以包括至少一个热辐射器。这种加热可以具体地通过向发光元件施加电功率(例如，以便加热电阻器)来诱发。因此，发光元件可以包括至少一个电连接件和/或至少一个灯丝。此外或替代地，发光元件可以包括发光二极管和激光二极管中的至少一个。另外的种类的发光元件也可以是可行的。
光谱光源包括至少一个电子电路。电子电路被配置用于向发光元件施加电功率，具体是电压。如本文所使用，术语“电子电路”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于至少两个电子部件的组件，这些电子部件是比如独立地选自由电功率源、电阻器、电感器、电容器、二极管、运算放大器或晶体管组成的组的电子部件，这些电子部件通过一个或多个导电元件(比如导线和/或迹线)至少部分地互连。电子电路可以被配置用于以受控方式生成至少一个电输出，例如电压。作为示例，电子电路可以被配置用于随时间系统地改变施加到发光元件的电压。因此，作为示例，电子电路可以包括至少一个可控电功率源、电流源或电压源。
光谱光源包括至少一个壳体。壳体至少部分围绕发光元件。如本文所使用，术语“壳体”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于至少部分保护在其内部中的元件的机械盖。壳体可以具体地被配置用于至少部分保护在其内部中的元件以防机械性质的外部影响，例如以防与另外的物体的碰撞和/或以防振动。壳体可以包括至少一个壁，具体是至少一个实心且不可变形的壁。壳体可以包括至少一个振动阻尼件。壳体可以进一步具体地被配置用于至少部分地屏蔽电磁辐射，具体是热辐射。壳体可以至少部分地屏蔽发光元件发射的光，其中，壳体可以至少部分地防止光离开光谱光源。作为示例，至少部分地围绕发光元件的壳体可以包括至少一个壁，其中，该壁可以被配置用于防止另外的物体触碰并潜在地损坏发光元件，其中，该壁此外可以被配置用于防止发光元件发射的光在至少一个空间方向上离开光谱光源。该壁可以包括至少一个开口，光可以穿过该至少一个开口。
光谱光源包括至少两个穿过壳体的输出通道。输出通道中的每一个被配置用于将至少一个光束与光谱光源解耦。如本文所使用，术语“输出通道”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于传输光同时在传输期间可选地修改光的任意元件或装置。作为示例，在光谱光源内，发光元件发射的光可以被壳体屏蔽，并且因此仅通过输出通道中的至少一个离开光谱光源。输出通道可以包括至少一个开口，具体是光谱光源的壳体中的至少一个开口。输出通道可以包括对光谱光源的发光元件发射的光至少部分地透明的至少一种材料。输出通道可以具体地包括至少一个元件，更具体地包括至少一个光学元件，该至少一个元件被配置用于修改光谱光源的发光元件发射的光，这将在下文更详细地描述。
如本文所使用，术语“解耦”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于将至少一个第一实体从至少一个第二实体释放开的动作，其中，第一实体和第二实体在释放后可以彼此独立。作为示例，至少一个光束可以由光谱光源通过输出通道中的至少一个释放，并且因此可以通过输出通道中的至少一个离开光谱光源。解耦的光束和光谱光源既而可以彼此独立，从而意味着光谱光源无法再操控光束。如本文所使用，术语“光束”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于一定量的光，具体是各向异性地发射到至少一个方向的光，比如光的定向投射。光束可以具体地以各向异性的方式在一个具体方向上传播至少一个空间距离。光束可能被散射，具体是被反射，这可以导致光束的方向改变或者光束的光强度的至少一部分改变。光束可以被分成两个或更多个次级光束，这些次级光束各自在不同方向上传播。光束可以具有指定的或可确定的宽度，该宽度可以根据沿着例如光束的光轴的纵向位置而增大和/或减小。
光谱光源被配置用于独立地控制输出通道中的每一个。如本文所使用，术语“独立地控制”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于调节第一实体同时并行地或以时移方式选择性地同等或不同地调节第二实体的动作。作为示例，第一元件可以被引入光谱光源的第一输出通道中，而在第二输出通道中，没有元件可以被引入和/或第二元件可以被引入，其中，第一元件和第二元件可以不同。第一元件和第二元件可以均为相同种类的元件，然而它们可以具有不同的具体特性，例如具有不同焦点的透镜或者具有不同调制频率的调制元件。第一元件和第二元件可以属于不同种类的元件。例如，第一元件可以是孔径，并且第二元件可以是滤光器。下文将概述另外的示例。因此，通过第一输出通道解耦的第一光束可以与通过第二输出通道解耦的第二光束被不同地操控。
发光元件可以包括至少一个白炽灯，具体是至少一个填充有卤素的白炽灯泡。如本文所使用，术语“白炽灯”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于包括被配置用于发射光的至少一个加热灯丝的发光元件。白炽灯可以包括至少一个灯泡，至少一个灯丝位于该至少一个灯泡内部。灯丝可以包括至少一根导线，具体是至少一个盘绕导线。灯丝可以包括钨。灯泡可以是填充有惰性气体的玻璃灯泡。惰性气体可以具体地包括氩气和/或氮气。此外，玻璃灯泡可以填充有卤素。卤素可以具体地包括碘和/或溴。当向发光元件施加电功率时，电流流经灯丝并升高灯丝的温度，使得灯丝发射热辐射。白炽灯可以具体地被配置用于发射红外光谱范围内的光。
壳体可以至少部分围绕电子电路。因此，壳体可以至少部分地保护电子电路以防外部影响，例如灰尘、污垢或水。具体地，电子电路的灵敏部件可以放在壳体内部，而电子电路的坚固部件可以放置在壳体外部。壳体可以被进一步配置用于使光谱光源、具体是发光元件的温度稳定。因此，壳体可以被配置用于从发光元件耗散热量，该发光元件可以具体地包括如上所述的热辐射器。
光谱光源可以被配置用于接通和关闭输出通道中的至少一个。因此，在输出通道中的至少一个中，至少只要输出通道关闭，便没有光束可以与光谱光源解耦。作为示例，光阻挡元件(例如快门)可以放在输出通道中，例如放在输出通道的端部处，以用于关闭输出通道。为了再次接通输出通道，可以从输出通道取出光阻挡元件。
光谱光源可以被配置用于在输出通道中的至少一个中调制光束。光谱光源可以具体地被配置用于调制光束的振幅、光束的频率和光束的占空比中的至少一个。如本文所使用，术语“调制”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于改变、具体是周期性地改变光的至少一个特性、具体是光的强度或相位中的一个或两个的过程。如技术人员将知道的，强度同样与光的振幅有关。调制可以是从最大值到零的完全调制，或者可以是从最大值到大于零的中间值的部分调制。
光谱光源可以具体地被配置用于在输出通道中的每一个中独立地调制光束。因此，第一输出通道可以调制通过第一输出通道解耦的第一光束，这不同于第二输出通道可以调制通过第二输出通道解耦的第二光束。作为示例，第一光束可以以不同于第二光束的频率调制。光束可以被不同地调制的事实可以具体地允许在多个光路上对测量物体进行同步测量。由于调制的差异，即使光束被同一个检测器检测，也可以对这些光束进行区分。光谱光源可以被配置用于以0Hz到1000Hz、优选地0.5Hz到1000Hz、更优选地1Hz到500Hz、更优选地8Hz到128Hz的频率在输出通道中的至少一个中调制光束的振幅。
壳体可以包括至少部分地围绕发光元件的内部壳体。壳体可以进一步包括至少部分地围绕内部壳体的外部壳体。内部壳体和外部壳体可以均包括至少两个作为输出通道的一部分的开口。输出通道中的至少一个可以包括至少一个用于调制相应光束的调制元件。调制元件可以位于内部壳体与外部壳体之间的中间空间中，具体是位于内部壳体和外部壳体上的相应开口之间。因此，调制元件可以被外部壳体保护以防外部影响，例如以防污垢。同时，调制元件可以被内部壳体保护以防可以由发光元件产生的热量。这一事实可以有助于调制元件的可靠且安全的操作以及长使用寿命。
如本文所使用，术语“调制元件”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于调制光的任意元件。具体地，调制元件可以被配置用于通过在输出通道中的一个内周期性地阻挡和/或削弱光束的强度的至少一部分而将至少一个光束的振幅在最大值到最小值(具体是零)之间进行调制。调制元件可以被配置成例如用于机械地调制光(例如通过使用旋转斩波轮)和/或用于电子地调制光(例如通过使用电光效应和/或声光效应，例如通过使用泡克耳斯盒和/或克尔盒)。下文将更详细地给出调制元件的另外的示例。调制元件可以安装到内部壳体。电子电路可以至少部分地被外部壳体围绕。壳体可以包括至少一个基座元件。内部壳体和外部壳体可以直接或间接地搁置在基座元件上。电子电路可以被接纳在外部壳体内位于内部壳体下方。发光元件可以安装到电子电路。发光元件可以从电子电路突起到内部壳体中。
至少一个光学元件可以位于外部壳体内部，具体是位于内部壳体上的开口中的至少一个内。光学元件可以包括被接纳在内部壳体的开口中的每一个中的透镜。如本文所使用，术语“光学元件”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于改变入射光的至少一个光学特性(例如光的强度或光的至少一部分的方向)的任意元件。光可以在光学元件处散射。光可以至少部分地被光学元件反射和/或吸收。
光谱光源可以进一步包括至少一个致动器。如本文所使用，术语“致动器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于向至少一个元件施加至少一个力和/或至少一个动作和/或被配置用于改变该元件的至少一个特性的任意装置。致动器可以具体是或可以包括至少一个机械致动器，该至少一个机械致动器被配置用于向元件施加至少一个机械动作。该至少一个机械致动器具体地可以包括至少一个马达，比如至少一个电动马达。该至少一个致动器具体地可以是或可以包括至少一个旋转致动器，比如转子。除了机械致动器之外，其他类型的致动器也是可行的，比如以下中的一个或多个：电致动器、机电致动器、光学致动器和光学机械致动器。具体地，致动器可以被配置用于使至少一个元件移入和/或移出光谱光源的光学通道中的至少一个和/或在这些光学通道中的至少一个内移动。作为示例，致动器可以被配置用于将至少一个光学元件(例如滤光器)移动到输出通道中的至少一个中。进一步地，致动器可以被配置用于在光谱光源的输出通道中的至少一个中调制至少一个光束。
致动器可以包括至少一个调制元件，具体是快门和斩波轮中的至少一个。如本文所使用，术语“快门”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于在预定时间段内阻挡光的任意装置。快门可以包括至少一个不透明元件，该至少一个不透明元件可以是在至少两个不同空间位置之间可移动的，其中，在该至少两个空间位置的每一个中可以阻挡不同量的光。具体地，在第一位置中，没有光可以被阻挡，而在第二位置中，所有的光可以被阻挡。作为示例，不透明元件可以是枢转不透明元件，该枢转不透明元件可以被配置成在第一位置与第二位置之间枢转。快门可以进一步包括弹簧和掣子机构中的至少一个。如上所述，通过将快门移入和移出输出通道，快门也可以用于打开和关闭输出通道中的至少一个。进一步地，通过以预定方式、具体是周期性地将快门移入和移出输出通道，可以调制通过输出通道解耦的至少一个光束。
如本文所使用，术语“斩波轮”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于调制光的可旋转扇形孔径。斩波轮可以具体地被配置用于在最大值到零之间周期性地阻挡光强度。扇形孔径可以包括至少一个阻挡所有入射光强度的不透明扇形间。具体地，斩波轮可以被布置用于在斩波轮的旋转期间将该至少一个不透明扇形件周期性地移动到光谱光源的输出通道中的至少一个中。因此，通过输出通道解耦的至少一个光束的振幅可以以对应频率调制。
致动器可以包括至少一个步进马达。如本文所使用，术语“步进马达”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于将电动马达的转子的完整旋转划分成具有相等步长大小的许多可单独到达的步长的电动马达。具体地，光谱光源的快门和/或斩波轮可以由步进马达驱动。通过使用步进马达，可以将另外的元件、具体是光学元件移动到输出通道中的至少一个中。如上所述，输出通道中的至少一个可以进一步包括至少一个光学元件，具体是可移动的光学元件。因此，光学元件可以被配置用于移入和/或移出输出通道和/或在输出通道内移动。光学元件可以包括透镜(具体是聚光透镜)、孔径、滤光器、光栅、色散元件、衍射元件、比如空间光调制器的有源元件、以及反射镜中的至少一个。
输出通道中的至少一个可以包括光纤连接器。如本文所使用，术语“光纤”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于通过全内反射来引导光的光波导，具体是被配置用于在两个空间点之间、具体是在较长距离上传输光的柔性波导。光纤可以包括可选地被至少一种(例如具有较低折射率的)包层材料围绕的芯材料。因此，例如只要光与边界之间的角度大于临界角，由于例如在芯材料与包层材料之间的一个或多个边界处的全内反射，光便可以在芯材料中被引导。如本文所使用，术语“光纤连接器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于将光耦合到光纤中或将光与光纤解耦、具体地用于将光耦合到光纤的芯中使得光可以由光纤传输的任意装置。作为示例，光纤连接器可以包括用于固持光纤的端部的固持器。进一步地，光纤连接器可以包括至少一个光学元件，比如至少一个透镜，该至少一个光学元件例如用于将要耦合到光纤中的光聚焦到光纤的自由端部上。光纤连接器可以具体是插入式光纤连接器。作为示例，光纤连接器可以放在光谱光源的输出通道的端部处，使得光束可以与光谱光源解耦而进入光纤中。光纤连接器可以安装到壳体的外侧，具体地安装到外部壳体的外侧，更具体地安装到外部壳体的外侧、在外部壳体上的开口中的至少一个的位置中。具体地，光纤连接器可以插入外部壳体的开口中。可选地，适配器可以首先附接到外部壳体上的开口，并且光纤连接器可以插入适配器中。
电子电路可以包括至少一个印刷电路板。如本文所使用，通常缩写为“PCB”的术语“印刷电路板”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于不导电的平面衬底，又表示为“板”，在该衬底上，施加由至少一个导电材料片材、特别是铜层、具体是层压到衬底，并且该衬底此外包括一个或多个电子元件、电气元件和/或光学元件。指代这种类型的电路载体的其他术语有印刷电路组件(简称为“PCA”)、印刷电路板组件(简称为“PCB组件”或“PCBA”)、电路卡组件(简称为“CCA”或简称为“卡”)。在PCB中，电绝缘衬底可以包括玻璃环氧树脂，其中，浸渍有酚醛树脂(典型地为棕褐色或褐色)的棉纸也可以用作衬底材料。取决于片材的数量，印刷电路板可以是单面PCB、双层或双面PCB或多层PCB，其中，不同片材可以通过使用所谓的“过孔”彼此连接。双面PCB可以在两面上都有金属，而多层PCB可以通过在电绝缘材料的另外的层之间夹入附加的金属层来设计。进一步地，通过使用两个双面PCB，可以产生四层PCB。在多层PCB中，这些层可以以交替的方式层压在一起，比如按照金属、衬底、金属、衬底、金属等的顺序来层压，其中，每个金属层可以单独蚀刻，并且其中，任何内部过孔可以在多个层被层压在一起之前被镀通。进一步地，过孔可以是或者包括镀铜孔，优选地，这些镀铜孔可以被设计为穿过电绝缘衬底的电隧道。出于此目的，也可以使用通孔部件，这些通孔部件通常可以通过穿过衬底的引线来安装，并焊接到另一侧上的轨道或迹线。
印刷电路板可以包括至少一个传感器，该至少一个传感器被配置用于实时监测以下中的至少一个：发光元件两端的电压；穿过发光元件的电流；供应给发光元件的电功率；发光元件的电阻；发光元件的温度，其中，发光元件可以热耦合到传感器。如本文所使用，术语“传感器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于检测至少一个条件或用于测量至少一个测量变量的任意装置。作为示例，传感器可以是热敏电阻器，具体是负温度系数(NTC)热敏电阻器，该热敏电阻器可以经由至少一种导热材料(例如铜)热耦合到发光元件。进一步地，传感器可以例如包括电压表、电流表、功率表和电阻表中的至少一个。传感器可以具体地被配置用于间接监测发光元件，例如通过测量电源电压和在预定义的小串联电阻时的电压降。可以从这些测量导出另外的物理量，例如电功率、电流和电阻中的至少一个。
电子电路可以包括至少一个接口，比如无线和/或有线电子或电气接口，具体是可从壳体外部接入的USB端口。如本文所使用，术语“接口”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于形成被配置用于传送信息的边界的任意装置。特别地，该接口可以被配置用于从计算装置(例如计算机)传送信息，以便发送或输出信息到例如另一装置上。此外或替代地，接口可以被配置用于将信息传递到计算装置上，例如传送到计算机上，以便接收信息。通信接口可以具体地提供用于传送或交换信息的方式。特别地，该接口可以提供数据传送连接，例如蓝牙、NFC、电感耦合等。作为示例，接口可以是或可以包括至少一个端口，该至少一个端口包括网络或互联网端口、USB端口和磁盘驱动器中的一个或多个。该接口可以是至少一个网络接口。具体地，经由该接口，电子电路与至少一个外部装置(例如，计算机、平板电脑或智能手机)之间的数据传送会是可能的。作为示例，传感器数据可以经由该接口从电子电路传送到外部装置。作为另一示例，用于控制电子电路的命令可以经由该接口从外部装置传送，例如，传送用于生成电子电路的至少一个电输出(比如电功率，具体是电压)的命令。
电子电路可以包括至少一个控制器，具体地至少一个微控制器。控制器可以被配置用于控制施加到发光元件的电功率中的至少一个。控制器可以被配置用于控制输出通道中的至少一个。控制器可以被配置用于控制传感器和/或接口。如本文所使用，术语“控制器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于控制光谱光源的或光谱光源的零件的一个或多个操作的任意电子装置。控制器具体地可以是可编程的。因此，控制器具体地可以包括至少一个处理器。如本文所使用，术语“处理器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于执行计算机或系统的基本操作的任意逻辑电路，和/或通常指但不限于被配置用于执行计算或逻辑运算的装置。特别地，处理器可以被配置用于处理驱动计算机或系统的基本指令。作为示例，处理器可以包括至少一个算术逻辑单元(ALU)、至少一个浮点单元(FPU)(比如数学协处理器或数字协处理器)、多个寄存器(具体是被配置用于将运算元供应给ALU并存储运算的结果的寄存器)以及存储器(比如L1和L2缓存存储器)。特别地，处理器可以是多核处理器。具体地，处理器可以是或者可以包括中央处理单元(CPU)。此外或替代地，处理器可以是或者可以包括微处理器，因此具体地，处理器的元件可以包含在一个单一集成电路(IC)芯片中。此外或替代地，处理器可以是或者可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)等。
如上所述，控制器可以被配置用于控制施加到发光元件的电功率中的至少一个，具体是施加到发光元件的电压。因此，控制器可以被配置用于控制发光元件的发射，具体是根据光谱光源的用户的说明来控制。控制器可以被配置用于使用查找表来使施加到发光元件的电功率与发光元件的发射匹配。作为示例，发光元件可以是白炽灯。控制器可以控制施加到白炽灯的电功率，并因此控制白炽灯的温度。因此，控制器可以控制白炽灯发射的热辐射的强度和光谱分布。施加到白炽灯的电功率和白炽灯的温度之间的关系可以从校准测量中得知，并且可以记录在查找表中。进一步地，白炽灯的温度与白炽灯发射的热辐射的强度或光谱分布之间的关系可以从校准测量得知，并且可以记录在查找表中。
控制器可以被配置用于执行发光元件的软启动和/或软停止。如本文所使用，术语“软启动”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于当打开装置时的功率控制措施。这些措施可以被配置用于防止装置过载。这些措施可以具体地限制装置的潜在的大的涌入电流。作为示例，当打开光谱光源的发光元件时，电压斜坡可以随着时间从零到目标电压施加到发光元件以进行操作。可以在1秒到60秒、优选地2秒到30秒、更优选地3秒到10秒变化的时间间隔内施加电压斜坡。类似地，如本文所使用，术语“软停止”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于当关闭装置时的功率控制措施。具体地，与软启动的电压斜坡相比，可以施加反向电压斜坡。软启动和/或软停止可以具体地减小光谱光源的发光元件的操作应力。因此，软启动和/或软停止可以延长发光元件的使用寿命。进一步地，当使用软启动和/或软停止时，可以避免在发光元件稳定工作之前必须等待的发光元件加热时间。
控制器可以包括至少一个降压调节器。降压调节器可以包括至少一个反馈连接件。如本文所使用，术语“降压调节器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于将至少一个输入电压修改为小于或等于输入电压的至少一个输出电压的DC-DC转换器。在上文和下文中，DC指的是直流电流。降压调节器可以包括晶体管、二极管、电感器和电容器中的至少一个。作为示例，降压调节器可以接收输入电压，将输入电压降低到可变目标电压，并提供目标电压作为输出电压。
控制器可以包括至少一个电阻器网络。如本文所使用，术语“网络”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于一组至少部分互连的部件。如本文所使用，术语“电阻器网络”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于包括至少一个电阻器的网络。电阻器可以接地。电阻器网络可以具体地包括多个电阻器和用于将电阻器至少部分地互连的导线和/或迹线。电阻器网络或电阻器网络的至少部分可以形成至少一个分压器。控制器可以包括至少一个数模转换器(DAC)。数模转换器可以接地。数模转换器可以被配置用于控制降压调节器对输入电压的修改。具体地，数模转换器可以连接到电阻器网络，其中，电阻器网络可以进一步至少连接到降压调节器的反馈连接件。因此，数模转换器的数控输出电压可以被加到降压调节器的反馈连接件中。
控制器可以包括至少一个分流器。分流器可以包括电压表和电流表中的至少一个。如本文所使用，术语“分流器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于为电流产生低电阻旁路的任意装置。具体地，分流器可以被配置用于电流感测和/或电压感测。作为示例，分流器可以包括与分流电压表并联的分流电阻器。
光谱光源可以包括至少一个冷却装置，具体地风扇和散热器中的至少一个。如本文所使用，术语“冷却装置”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于从至少一个物体提取热能的任意装置。冷却装置可以被配置用于从物体耗散热量。因此，冷却装置可以被配置用于保持物体的温度稳定。冷却装置可以被配置用于主动降低物体的温度。发光元件、电子电路和冷却装置可以是在空间上分离的。这可以具体地有助于保护发光元件和/或电子电路以防环境影响，例如污垢或灰尘，这可以对于防爆特别重要。这可以产生光谱光源的高保护水平，最高达到完全浸入水中。
在本发明的另一方面，提出了一种光谱测量系统。如本文所使用，术语“系统”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于形成整体的任意一套相互作用或相互依赖的部件或零件。具体地，这些部件可以彼此交互，以便实现至少一个共同的功能。至少两个部件可以独立处理，或者可以耦合或可连接。如本文所使用，术语“光谱测量系统”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于光谱测量的系统。
光谱测量系统包括至少一个根据上文或下文进一步详细描述的实施例中的任一个的光谱光源。光谱测量系统进一步包括至少一个检测器。检测器被配置用于检测与光谱光源解耦的至少一个光束。检测器被进一步配置用于生成至少一个对应的检测器信号。如本文所使用，术语“检测器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于能够定性和/或定量地检测光的任意装置。因此，检测器具体地可以包括至少一个敏感元件，该至少一个灵敏元件能够取决于光的照射改变至少一个可测量的特性。检测器具体地可以包括以下中的一个或多个：光电二极管、光电晶体管、光敏电阻器、半导体传感器、光电倍增器、光电池、光电管、热检测器、热电检测器、热电堆、辐射热测量计、戈莱盒(Golay cell)、光化学传感器。检测器可以是具有单一均匀灵敏元件或灵敏表面的单一检测器，或者可以是具有多个灵敏元件的检测器，比如像素化传感器，例如CCD或CMOS器件。检测器可以配备有至少一个光学通滤波器，该至少一个光通滤波器具体是选自光学短通滤波器、光学长通滤波器或光学带通滤波器中的至少一个。光学通滤波器可以被配置用于透射波长在有限波长范围内的光。
光谱测量系统包括至少一个被配置用于读出检测器信号的读出电子器件。如本文所使用，术语“读出电子器件”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于对检测器生成的检测器信号进行接收、监测、解释和预处理中的至少一个的任意装置。读出电子器件可以具体地被配置用于生成对应于检测器信号的数字信号，其中，该数字信号可以适合于进一步的计算处理。读出电子器件可以包括至少一个被配置用于积累光电流的读出集成电路。读出电子器件可以具体地包括至少一个数字读出集成电路，更具体地至少一个数字像素读出集成电路。
读出电子器件可以包括至少一个被配置用于放大检测器信号的锁定放大器。如本文所使用，术语“锁定放大器”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于从潜在的非常嘈杂的环境中提取并放大具有至少一个已知特性的测量信号的任意装置。具体地，锁定放大器可以被配置用于提取和放大经调制的测量信号，更具体地用已知频率调制的测量信号。作为示例，可以用具有已知频率的周期信号来调制测量信号。在这种情况下，可以在锁定放大器中将周期信号与测量信号混合，并且可以通过使用至少一个低通滤波器对混合信号进行滤波。考虑到周期性调制的其他锁定放大器技术通常是已知的，并且可以在此处使用。这样的锁定放大器技术可以允许区分同一个检测器检测到的不同信号，具体地不同地调制的信号。这样的锁定放大器技术可以进一步允许显著降低检测器噪声，并因此增大信噪比，这样可以例如增强干涉测量，例如FTIR或白光光谱学。
光谱测量系统包括至少一个被配置用于基于检测器信号确定至少一条信息的评估装置。如本文所使用，术语“评估装置”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于被配置用于分析和/或解释数据的任意装置。评估装置可以是或者可以包括一个或多个集成电路(特别是专用集成电路(ASIC)中的至少一个)、和/或数据处理装置，特别是数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器、微型计算机或计算机中的至少一个。替代地或此外，评估装置可以特别是至少一个电子通信单元、具体地智能手机或平板电脑，或者被该至少一个电子通信单元所包括。附加部件可以是可行的，特别是一个或多个预处理装置和/或数据获取装置，特别是用于接收和/或预处理检测器信号的一个或多个装置，特别是一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。进一步地，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置，该一个或多个数据存储装置特别用于存储至少一个电子表格，特别是至少一个查找表。进一步地，评估装置可以包括一个或多个接口，特别是一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
评估装置可以被配置成执行和/或运行至少一个计算机程序，特别是执行或支持生成信息的步骤的至少一个计算机程序。举例来说，可以实施一种或多种算法，该一种或多种算法通过使用光谱仪信号作为至少一个输入变量，可以执行到信息的变换。出于此目的，评估装置可以特别地包括至少一个数据处理装置，特别是电子数据处理装置，该至少一个数据处理装置可以被配置为通过评估至少一个检测器信号来生成信息。因此，评估装置可以被配置为使用检测器信号作为输入变量，并且通过处理输入变量来生成信息。该处理可以并行、相继或者甚至以组合的方式进行。评估装置可以使用任意的过程来生成信息，特别是通过计算和/或使用至少一个存储的和/或已知的关系来生成信息。
如本文所使用，术语“信息”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于提供至少一个实体的定性和/或定量描述的数据、知识或证据中的至少一个，该描述是比如关于元件或对象的物理特性。信息可以例如指材料的化学组成。作为示例，光谱测量系统可以用于分析至少一种材料。在这种情况下，该至少一个检测器可以例如检测至少一个波长的至少一个光束透射过材料。从至少一个对应的检测器信号，可以在评估装置中导出材料的吸收光谱，该吸收光谱可以是具体化学组成的特性。
在本发明的另一方面，提出了一种操作根据上文或下文进一步详细描述的实施例中的任一个的光谱测量系统的方法。该方法包括以下方法步骤：
a)通过使用电子电路向光谱光源的发光元件施加电功率，具体是至少一个电压；
b)通过使用发光元件发射光；
c)在独立地控制至少两个输出通道中的每一个的同时，使用这些输出通道中的至少一个，将至少一个光束与光谱光源解耦；
d)用光束照射至少一个测量物体；
e)通过使用光谱测量系统的检测器来检测光束，并生成至少一个对应的检测器信号；
f)通过使用光谱测量系统的读出电子器件读出检测器信号；以及
g)通过使用光谱测量系统的评估装置，基于检测器信号确定至少一条信息。
方法步骤a)至g)可以以给定的顺序执行。然而，应注意，不同的顺序也可以是可能的。进一步地，方法步骤中的一个或多个可以执行一次或重复执行。进一步地，方法步骤中的两个或更多个可以同时执行或以时间重叠的方式执行。该方法可以包括未列出的另外的方法步骤。在步骤f)中，可以通过使用锁定放大器进一步放大检测器信号。
在步骤c)中，控制可以包括打开和关闭输出通道中的至少一个。该控制可以包括在输出通道中的至少一个中调制光束，具体是调制光束的振幅、光束的频率和光束的占空比中的至少一个。该控制可以包括以0Hz到1000Hz、优选地0.5Hz到1000Hz、更优选地1Hz到500Hz、更优选的8Hz到128Hz的频率在输出通道中的至少一个中调制光束的振幅。
在步骤c)中，至少两个光束可以与光谱光源解耦。每个光束可以通过光谱光源的一个不同输出通道解耦。在步骤d)中，测量物体可以被该至少两个光束中的至少一个照射。当在步骤g)中确定信息时，该至少两个光束中的至少一个光束可以用作参考。光谱测量系统可以包括至少一个被配置用于组合两个光束的元件。如本文所使用，术语“参考”是广义术语，并且对于本领域普通技术人员来说，被给予其普通的且习惯性的含义，并且不限于特殊的或定制的含义。该术语具体地可以指但不限于适合于比较目的、具体是与测量信号进行比较的任意实体。测量信号与参考的比较可以具体地方便测量信号的进一步处理和/或评估。具体地，测量信号与参考之间的差异可以用于测量信号的进一步处理和/或评估。作为示例，测量物体可以由第一光束照射，而第二光束可以直接发送到检测器。然而，也可以向测量物体发送至少两个光束。这可以允许对测量物体进行同步光谱测量。
在步骤c)中，输出通道的独立控制可以包括在相应输出通道中调制至少一个光束不同于在至少一个其余输出通道中调制至少一个其余光束。具体地，当由同一个检测器检测时，两个不同地调制的光束可以是可区分的。作为示例，第一光束可以通过第一输出通道解耦。在第一输出通道中，例如通过使用第一斩波轮，可以以第一频率调制第一光束的振幅。同时，第二光束可以通过第二输出通道解耦。在第二输出通道中，例如通过使用第二斩波轮，可以以第二频率调制第二光束的振幅。第一斩波轮和第二斩波轮可以具体地以不同旋转频率操作，其中第一斩波轮和第二斩波轮可以在设计上是相同的。因此，可以用同一个检测器检测第一光束和第二光束，同时由于调制的差异仍然能够区分第一光束和第二光束。
该方法可以是计算机实施的。参考本发明的计算机实施的方面，根据本文披露的实施例中的一个或多个的方法的方法步骤中的一个或多个或者甚至所有方法步骤可以通过使用计算机或计算机网络来执行。因此，通常，包括数据的提供和/或操控的方法步骤中的任一个可以通过使用计算机或计算机网络来执行。通常，这些方法步骤可以包括方法步骤中的任一个，典型地需要手动工作的方法步骤除外。
根据本发明的装置和方法可以提供优于已知装置和方法的大量优点。特别地，光谱光源可以被配置用于同时提供用于光谱测量的多个单独调适的高功率光束。光束可以是自由光束，或者也可以是光纤耦合的。这些光束可以均具有单一波长，或者这些光束可以均在较宽的光谱范围内延伸，具体是在红外光谱范围内延伸。尽管如此，光谱光源原则上可以只需要一个发光元件，例如现成的白炽灯泡，而不需要分束器或另外的光学元件。这保持光谱光源的结构复杂性低，并节省了结构空间。通过两个或更多个输出通道，光谱光源进一步可以自动地包括内置参考通道。此外，通过使用不同的输出通道可以同时进行若干测量，以节省测量时间。因为光束可以在光谱光源的输出通道中被单独调适，所以光束也可以具体地被单独调制。以不同调制频率调制不同光束可以允许用光谱测量系统的同一个检测器检测光束，同时仍然能够区分这些光束。为此，可以使用常见的锁定放大器技术。该调制进一步有助于减少检测器噪声，并因此方便获得良好的信噪比。
而且，通过主动稳定化的选项，光谱光源可以被配置用于提供短期与长期都非常稳定的光束。其中，打开和关闭光谱光源通常不会影响稳定性。通过软启动和软停止可以显著减小发光元件的应力。通过这种解决方案，光谱光源通常可以不需要任何加热时间就能使发光元件稳定工作。因为用户在进行可靠的测量之前不再需要等待加热时间过去，所以如果不再需要，用户更有可能在每次测量后关闭光谱光源，而不是让光谱光源一直开着较长时间段。同时，若干传感器可以实时监测发光元件，并直接触发潜在故障的校正。这一切可以显著延长发光元件的使用寿命。
进一步地，发光元件、电子电路和冷却装置可以在光谱光源中在空间上分离。这具体地可以允许通过防止与外部环境接触来保持光学器件和电子器件清洁。这可以同样具体地在较脏或多尘的环境中是重要的，具体是在防爆方面。因此，光谱光源可以被完全封装，并且可以适合于危险场所使用。进一步地，光谱光源可以提供高保护水平，例如最高达到完全浸入水中。具体地，可以包括内部壳体和外部壳体的壳体可以有助于这种特性。灵敏元件可以放在壳体内进行保护。为了甚至更好地保护，灵敏元件可以放在内部壳体与外部壳体之间。因此，通过内部壳体，灵敏元件可以被保护以防电磁辐射，具体地以防发光元件发射的热量，而通过外部壳体，灵敏元件可以同时被保护以防外部影响。
如本文所提出的光谱光源的另外的优点涉及上述连续测量的缺点，即短期波动导致噪声的增加。目前提出的双输出通道或多输出通道设置优选地通过实现参考和样本的并行测量可以补偿这种影响。噪声典型地对于输出通道和路径两者而言是相同的，并且因此不会增加。
总结并且在不排除另外可能的实施例的情况下，可以设想以下实施例：
实施例1：一种光谱光源，包括：
-至少一个发光元件；
-至少一个电子电路，该至少一个电子电路被配置用于向该发光元件施加电功率，具体是电压；以及
-至少一个壳体，其中，该壳体至少部分围绕该发光元件；以及
-至少两个输出通道，该至少两个输出通道穿过该壳体，其中，这些输出通道中的每一个被配置用于将至少一个光束与该光谱光源解耦；
其中，该光谱光源被配置用于独立地控制这些输出通道中的每一个。
实施例2：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该发光元件包括至少一个白炽灯，具体地至少一个填充有卤素的白炽灯泡。
实施例3：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该壳体至少部分地围绕该电子电路。
实施例4：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该光谱光源被配置用于打开和关闭这些输出通道中的至少一个。
实施例5：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该光谱光源被配置用于在这些输出通道中的至少一个中调制该光束，具体地用于调制该光束的振幅、该光束的频率和该光束的占空比中的至少一个，具体地用于在这些输出通道中的每一个中独立地调制光束。
实施例6：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该光谱光源被配置用于以0Hz到1000Hz、优选地0.5Hz到1000Hz、更优选地1Hz到500Hz、更优选地8Hz到128Hz的频率在这些输出通道中的至少一个中调制该光束的振幅。
实施例7：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该壳体包括至少部分地围绕该发光元件的内部壳体，其中，该壳体进一步包括外部壳体，该外部壳体至少部分地围绕该内部壳体，其中，该内部壳体和该外部壳体均包括至少两个开口作为这些输出通道的一部分。
实施例8：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，这些输出通道中的至少一个包括至少一个用于调制相应光束的调制元件，其中，该调制元件位于该内部壳体与该外部壳体之间的中间空间中，具体地位于该内部壳体与该外部壳体上的相应开口之间。
实施例9：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该调制元件安装到该内部壳体。
实施例10：根据三个前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该电子电路至少部分地被该外部壳体围绕。
实施例11：根据四个前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该壳体包括至少一个基座元件，其中，该内部壳体和该外部壳体直接或间接搁置在该基座元件上。
实施例12：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该电子电路被接纳在该外部壳体内、在该内部壳体下方，其中，该发光元件安装到该电子电路，并且其中，该发光元件从该电子电路突起到该内部壳体中。
实施例13：根据六个前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该至少一个光学元件位于该外部壳体内部，具体地位于该内部壳体上的这些开口中的至少一个内。
实施例14：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该光学元件包括被接纳在该内部壳体的开口中的每一个中的透镜。
实施例15：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该光谱光源进一步包括至少一个致动器。
实施例16：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该致动器包括至少一个调制元件，具体是快门和斩波轮中的至少一个。
实施例17：根据两个前述权利要求中的任一个所述的光谱光源，其中，该致动器包括至少一个步进马达。
实施例18：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，这些输出通道中的至少一个进一步包括至少一个光学元件，具体是可移动的光学元件。
实施例19：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该光学元件包括透镜(具体是聚光透镜)、孔径、滤光器、光栅、色散元件、衍射元件、比如空间光调制器的有源元件、以及反射镜中的至少一个。
实施例20：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，这些输出通道中的至少一个包括光纤连接器。
实施例21：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该光纤连接器安装到该壳体的外侧，具体地安装到该外部壳体的外侧，更具体地安装到该外部壳体的外侧、在该外部壳体上的这些开口中的至少一个的位置中。
实施例22：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该电子电路包括至少一个印刷电路板。
实施例23：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该印刷电路板包括至少一个传感器，该至少一个传感器被配置用于实时监测以下中的至少一个：发光元件两端的电压；穿过发光元件的电流；供应给发光元件的电功率；发光元件的电阻；发光元件的温度，其中，该发光元件热耦合到该传感器。
实施例24：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该电子电路包括至少一个接口，具体是可从该壳体外部接入的USB端口。
实施例25：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该电子电路包括至少一个控制器，具体是至少一个微控制器，该至少一个控制器被配置用于控制施加到该发光元件的电功率中的至少一个、这些输出通道中的至少一个、以及可选地该传感器和该接口。
实施例26：根据前一个实施例所述的光谱光源，其中，该控制器被配置用于执行该发光元件的软启动和/或软停止。
实施例27：根据两个前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该控制器包括降压调节器、电阻器网络、数模转换器(DAC)和分流器中的至少一个，该降压调节器包括反馈连接件，该分流器包括电压表和电流表中的至少一个。
实施例28：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该光谱光源进一步包括至少一个冷却装置，具体是风扇和散热器中的至少一个。
实施例29：根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源，其中，该发光元件、该电子电路以及可选地该冷却装置是在空间上分离的。
实施例30：一种光谱测量系统，包括：
-至少一个根据前述实施例中的任一个所述的光谱光源；
-至少一个检测器，该至少一个检测器被配置用于检测与该光谱光源解耦的至少一个光束，并且被进一步配置用于生成至少一个对应的检测器信号；
-至少一个读出电子器件，该至少一个读出电子器件被配置用于读出该检测器信号；以及
-至少一个评估装置，该至少一个评估装置被配置用于基于该检测器信号确定至少一条信息。
实施例31：根据前一个实施例所述的光谱测量系统，其中，这些读出电子器件包括至少一个被配置用于放大该检测器信号的锁定放大器。
实施例32：一种操作根据涉及光谱测量系统的前述实施例中的任一个所述的光谱测量系统的方法，该方法包括：
a)通过使用电子电路向该光谱光源的发光元件施加电功率，具体是至少一个电压；
b)通过使用该发光元件发射光；
c)在独立地控制该至少两个输出通道中的每一个的同时，使用这些输出通道中的至少一个，将至少一个光束与该光谱光源解耦；
d)用光束照射至少一个测量物体；
e)通过使用该光谱测量系统的检测器来检测光束，并生成至少一个对应的检测器信号；
f)通过使用该光谱测量系统的读出电子器件读出该检测器信号；以及
g)通过使用该光谱测量系统的评估装置，基于该检测器信号确定至少一条信息。
实施例33：根据前一个实施例所述的方法，其中，在步骤c)中，该控制包括打开和关闭这些输出通道中的至少一个。
实施例34：根据涉及方法的前述实施例中的任一个所述的方法，其中，在步骤c)中，该控制包括在输出通道中的至少一个中调制光束，具体是调制光束的振幅、光束的频率和光束的占空比中的至少一个。
实施例35：根据涉及方法的前述实施例中的任一个所述的方法，其中，在步骤c)中，该控制包括以0Hz到1000Hz、优选地0.5Hz到1000Hz、更优选地1Hz到500Hz、更优选地8Hz到128Hz的频率在这些输出通道中的至少一个中调制光束的振幅。
实施例36：根据涉及方法的前述实施例中的任一个所述的方法，其中，在步骤c)中，至少两个光束与该光谱光源解耦，其中，每个光束通过该光谱光源的一个不同输出通道解耦，其中，在步骤d)中，测量物体被该至少两个光束中的至少一个照射。
实施例37：根据前一各实施例所述的，其中，当在步骤g)中确定信息时，该至少两个光束中的至少一个光束用作参考。
实施例38：根据两个前述实施例中的任一个所述的方法，其中，在步骤c)中，这些输出通道的独立控制包括在相应的输出通道中调制至少一个光束不同于在至少一个其余输出通道中调制至少一个其余光束。
实施例39：根据涉及方法的前述实施例中的任一个所述的方法，其中，该方法是计算机实施的。
附图说明
另外的可选特征和实施例优选结合从属权利要求将在随后的实施例描述中更详细地披露。其中，如技术人员将认识到的，相应可选特征可以以独立的方式以及任何任意可行的组合来实现。本发明的范围不受优选实施例的限制。附图中示意性地描绘了实施例。其中，这些附图中的相同的附图标记表示相同或功能相当的元素。
在附图中：
图1示意性地示出了光谱测量系统的示例性实施例；
图2以分解图示出了光谱光源的示例性实施例；
图3示出了用于控制施加到光谱光源的发光元件的电功率的控制器的示意性电路图的实施例；
图4A至图4E示出了光谱光源的实施例的稳定性测量的实验结果；以及
图5示出了操作光谱测量系统的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了光谱测量系统110的实施例。光谱测量系统110包括至少一个光谱光源112，下文将参考图2更详细地描述该光谱光源。光谱测量系统110进一步包括至少一个检测器114。检测器114被配置用于检测与光谱光源112解耦的至少一个光束116。检测器114被进一步配置用于生成至少一个对应检测器信号。光谱测量系统110进一步包括被配置用于读出检测器信号的至少一个读出电子器件118。光谱测量系统110进一步包括被配置用于基于检测器信号确定至少一条信息的至少一个评估装置120。
如图1所示，光谱光源112可以被配置用于生成两个光束116，例如测量光束122和参考光束124。测量光束122可以用于照射测量物体126，比如样本。测量光束122可以在测量物体126处散射。具体地，测量光束122的强度的至少一部分可以被测量物体126吸收。吸收可以表征测量物体126的至少一个物理特性，例如测量物体126的化学组成。测量光束122的强度的至少一部分可以透射穿过测量物体126并到达检测器114。参考光束124可以被引导向检测器114，而不与测量物体126相互作用。光谱测量系统110可以被配置用于区分测量光束122和参考光束124。具体地，测量光束122和参考光束124可以由光谱光源112独立地调制，从而使得测量光束和参考光束可区分。作为示例，测量光束122和参考光束124可以由光谱光源112以不同频率调制。
检测器114可以至少连接到读出电子器件118，例如通过无线连接和/或有线连接来连接。读出电子器件118可以被配置用于生成对应于检测器信号的数字信号，其中，该数字信号可以适合于进一步的计算处理。读出电子器件118可以包括至少一个锁定放大器127。锁定放大器127可以根据预定的调制提取并放大至少一个检测器信号。锁定放大器127可以进一步至少连接到光谱光源112，例如通过无线连接和/或有线连接来连接。光谱光源112可以被配置用于将关于光束116的调制的信息转发给锁定放大器127。具体地，光谱光源112可以被配置用于将光束116的调制频率转发到锁定放大器127，例如通过使用至少一个参考信号来转发。参考信号的相位可以与测得的检测器信号的相位同步，例如通过使用移相器来同步。锁定放大器127可以连接到评估装置120，例如通过无线连接和/或有线连接来连接。锁定放大器127可以被配置为将至少一个放大的检测器信号转发到评估装置120，例如对应于测量光束122的放大的检测器信号和/或对应于参考光束124的放大的检测器信号。评估装置120可以被配置用于对放大的检测器信号进行处理和/或比较，例如用于计算它们的差和/或商。由此，评估装置120可以确定该至少一条信息，该至少一条信息例如关于测量物体126的化学组成。
图2以分解图示出了光谱光源112的实施例。光谱光源112包括至少一个发光元件128。发光元件128可以被配置用于在所有空间方向上以各向同性的方式发射光，具体是由于加热而发射光。发光元件128可以包括至少一个白炽灯130，具体是至少一个填充有卤素的白炽灯泡132。加热具体地可以通过向填充有卤素的白炽灯泡132的至少一个灯丝施加电功率来诱发。因此，发光元件128可以包括至少一个电连接件，具体是至少一个插座134。插座134可以进一步至少部分机械固持发光元件128。
光谱光源112包括至少一个电子电路136。电子电路136被配置用于向发光元件128施加电功率，具体是电压。电子电路136可以包括至少一个印刷电路板138。印刷电路板138可以包括至少一个传感器140。传感器140可以被配置用于实时监测以下中的至少一个：发光元件128两端的电压；穿过发光元件128的电流；供应给发光元件128的电功率；发光元件128的电阻；发光元件128的温度，其中，发光元件128可以热耦合到传感器。作为示例，传感器140可以是热敏电阻器，具体是负温度系数(NTC)热敏电阻器，该热敏电阻器可以经由至少一种导热材料(例如铜)热耦合到发光元件128。进一步地，传感器140可以例如包括电压表、电流表、功率表和电阻表中的至少一个。电子电路136可以进一步包括至少一个接口142，具体是USB端口144。电子电路136可以进一步包括至少一个控制器146，具体是至少一个微控制器148。具体地，印刷电路板138可以至少部分包括控制器146。控制器146可以被配置用于控制接口142。控制器146可以被配置用于控制施加到发光元件128的电功率，这将在下文参考图3进一步详细描述。
光谱光源112包括至少一个壳体150。壳体150至少部分地围绕发光元件128。壳体150可以至少部分地围绕整个电子电路136或其至少一部分。电子电路136的灵敏部件(例如印刷电路板138)可以放置在壳体150内部。一个或多个部件(例如至少一个电源152)可选地也可以放置在壳体外部。壳体150可以包括至少一个电缆馈通件154，该至少一个电缆馈通件用于将电子电路136的在壳体150内部的部件与电子电路136的在壳体150外部的部件连接。电子电路136的USB端口144可以从壳体150的外部接入，例如也通过电缆馈通件154接入。
光谱光源112包括至少两个穿过壳体150的输出通道156。输出通道156中的每一个被配置用于将至少一个光束116与光谱光源112解耦。输出通道156中的每一个可以包括在光谱光源112的壳体150内的至少一个开口158。壳体150可以被配置用于屏蔽发光元件128发射的光，使得光只能通过输出通道156的开口158离开光谱光源112。
光谱光源112被配置用于独立地控制输出通道156中的每一个。控制器146可以被配置用于控制输出通道156中的至少一个。光谱光源112可以被配置用于打开和关闭输出通道156中的至少一个。光谱光源112可以被配置用于在输出通道156中的至少一个中调制光束116，具体地用于调制光束116的振幅、光束116的频率和光束116的占空比中的至少一个，具体地用于在输出通道156中的每一个中独立地调制光束116。光谱光源112可以具体地被配置用于以0Hz到1000Hz、优选0.5Hz到1000Hz、更优选1Hz到500Hz、更优选8Hz到128Hz的频率输出通道156中的至少一个中调制光束116的振幅。
壳体150可以包括至少部分地围绕发光元件128的内部壳体160。壳体150可以进一步包括至少部分地围绕内部壳体160的外部壳体162。内部壳体158和外部壳体162可以均包括至少两个作为输出通道156的一部分的开口158。输出通道156中的至少一个可以包括至少一个用于调制相应光束116的调制元件164。调制元件164可以位于内部壳体160与外部壳体162之间的中间空间中，具体是位于内部壳体160和外部壳体162上的相应开口158之间。调制元件164可以安装到内部壳体160。
电子电路136可以至少部分地被外部壳体162围绕。具体地，至少印刷电路板138可以被外部壳体162围绕。壳体150可以包括至少一个基座元件166。内部壳体160和外部壳体162可以直接或间接搁置在基座元件166上。具体地，外部壳体162可以直接搁置在基座元件166上。电子电路136可以被接纳在外部壳体162内位于内部壳体160下方。发光元件128可以安装到电子电路136。发光元件128可以从电子电路136突起到内部壳体160中。内部壳体160可以搁置在电子电路136上，具体是在印刷电路板138上。印刷电路板138可以搁置在基座元件166上。基座元件166可以包括多个支脚168，该多个支脚可以具体是减振的。
至少一个光学元件170可以位于外部壳体162内部，具体是位于内部壳体160上的开口158中的至少一个内。具体地，光学元件170可以包括被接纳在内部壳体160的开口158中的每一个中的透镜172。透镜172可以具体是聚光透镜174。光学元件170可以进一步包括孔径、滤光器、色散元件、衍射元件、比如空间光调制器的有源元件、以及反射镜(未示出)中的至少一个。光学元件170可以由输出通道156中的至少一个包括。光学元件170可以尤其是可移动的。更具体地，光学元件170可以分别移入输出通道156中的至少一个和移出输出通道156中的至少一个。因此，光学元件170可以用于独立控制输出通道156中的每一个。
光谱光源112可以包括至少一个致动器176。致动器176可以包括调制元件164。调制元件164可以具体是或者可以包括至少一个斩波轮178。致动器176可以包括至少一个步进马达180。步进马达180可以被配置用于以预定频率旋转斩波轮178。这可以用于调制通过输出通道156与光谱光源112解耦的光束116。斩波轮178可以包括被配置用于阻挡所有入射光强度的至少一个不透明扇形件182。斩波轮178可以被布置成在斩波轮178的旋转期间将至少一个不透明扇形件182周期性地移动到光谱光源112的输出通道156中的至少一个中。因此，可以以对应频率调制通过相应输出通道156解耦的至少一个光束116的振幅。致动器176可以进一步是或者可以包括图中未示出的至少一个快门。
输出通道156中的至少一个可以包括光纤连接器184。光纤连接器184可以安装到壳体150的外侧，具体地安装到外部壳体162的外侧，更具体地安装到外部壳体162的外侧、在外部壳体162上的开口158中的至少一个的位置中。具体地，适配器186可以附接到外部壳体162上的开口158。适配器186可以包括螺纹。光纤连接器184可以被配置用于拧入适配器186的螺纹中。
光谱光源112可以包括至少一个冷却装置188。冷却装置188可以是或者可以包括至少一个风扇190。壳体150可以包括至少一个顶盖192。风扇190可以安装到顶盖192。冷却装置可以进一步是或者可以包括图中未示出的至少一个散热器。发光元件128、电子电路136和冷却装置188可以是在空间上分离的。这可以具体地有助于保护发光元件128和/或电子电路136免受环境影响，例如污垢或灰尘，这可能对于防爆特别重要。
图3示出了用于控制施加到光谱光源112的发光元件128的电功率的控制器146的示意性电路图的实施例。控制器146可以被配置用于执行发光元件128的软启动和/或软停止。具体地，当分别打开和关闭发光元件128时，电压斜坡可以随着时间施加到发光元件128。可以在1秒到60秒、优选地2秒到30秒、更优选地3秒到10秒变化的时间间隔内施加电压斜坡。控制器146可以包括至少一个降压调节器194。降压调节器可以包括至少一个输入连接件196，以用于从电源152接收电功率，具体是输入电压。降压调节器194可以包括至少一个输出连接件198，以用于提供输出电压。降压调节器194可以包括至少一个反馈连接件200。控制器146可以包括至少一个电阻器网络202。电阻器网络202可以包括至少一个电阻器204。具体地，电阻器网络202可以包括三个电阻器204和用于至少部分地将三个电阻器204互连的导线206和/或迹线208。电阻器200中的至少一个可以接地。在图3中，接地电位或仅仅是接地以附图标记210表示。电阻器网络202可以形成分压器。控制器可以包括至少一个数模转换器212。数模转换器212可以接地。数模转换器212可以被配置用于通过使用反馈连接件200来控制降压调节器194对输入电压的修改。控制器146可以包括至少一个分流器214。分流器214可以被配置用于电流感测和/或电压感测。具体地，分流器214可以包括与分流电压表218并联的分流电阻器216。
电源152可以经由输入连接件196向降压调节器194提供输入电压，具体是DC输入电压。降压调节器194可以将输入电压降低到输出电压，该输出电压经由输出连接件198提供给分流器214和电阻器网络202。可以通过使用数模转换器212来数字控制输出电压。数模转换器212可以将例如来自测量计算机的预定数字信号转换成模拟电压。数模转换器212可以连接到电阻器网络202，其中，电阻器网络202可以进一步连接到降压调节器194的反馈连接件200。因此，数模转换器212的数控模拟电压可以被加到降压调节器194的反馈连接件200中。在输出电压和输出电流可以被施加到发光元件128之前，可以通过测量分流电阻器216上的电压降并使用欧姆定律来进一步测量对应于输出电压的输出电流。具体地，分流电压表218上的电流损耗可以忽略不计，例如这是由于使用了低电阻分流电阻器216。输出电压和输出电流最终可以相乘，以便计算施加到发光元件126的电功率。
图4A至图4E示出了光谱光源112的实施例的稳定性测量的实验结果。图4A示出了光谱光源112约100秒的时间t的短期稳定性测量。发光元件128的光功率输出Popt可以通过使用Thorlabs公司的具有S122C锗功率表头的PM400功率表来测量。测量显示平均光功率输出为4.573mW，标准偏差为2.3μW。因此，可以认为光功率输出在短期内非常稳定。图4B至图4E都示出了超过8000秒的长期稳定性测量。如图4B所示，对于前约4000秒，光功率输出实际上略有增大。在初始增大之后，光功率输出以高度稳定的方式保持在约4.580mW。同时，如图4C所示，由电子电路136施加到发光元件128的电功率Pel保持恒定在约12W。如上所述，可以从传感器测量中得出电功率。具体地，可以通过使用控制器146、更具体是通过使用数模转换器212来控制施加到发光元件128的电压。在这方面，可以参考图3中描绘的示意性电路图和说明的对应部分。如在本文中进一步指出的，施加到发光元件128的电流可以通过使用分流器214来测量。图4D和图4E示出了另外的传感器数据。图4D示出了在超过8000秒的长期测量内，发光元件128的电阻R恒定地保持在约14.46Ω。图4E示出了温度T在前约6000秒内升高到约37℃，接着以高度稳定的方式进一步继续保持在此温度。这种测量可以形成为光谱光源112生成温度校准表的基础。
图5示出了操作光谱测量系统110的方法的实施例的流程图。操作光谱测量系统110的方法包括以下测量步骤：
a)(用附图标记220表示)通过使用电子电路136向光谱光源112的发光元件128施加电功率，具体是至少一个电压；
b)(用附图标记222表示)通过使用发光元件128发射光；
c)(用附图标记224表示)在独立地控制该至少两个输出通道156中的每一个的同时，使用这些输出通道156中的至少一个，将至少一个光束116与光谱光源112解耦；
d)(用附图标记226表示)用光束116照射至少一个测量物体126；
e)(用附图标记228表示)通过使用光谱测量系统110的检测器114来检测光束116，并产生至少一个对应检测器信号；
f)(用附图标记230表示)通过使用光谱测量系统110的读出电子器件118读出检测器信号；以及
g)(用附图标记232表示)通过使用光谱测量系统110的评估装置120，基于检测器信号确定至少一条信息。
方法步骤a)至g)可以以给定的顺序执行。然而，应注意，不同的顺序也可以是可能的。进一步地，方法步骤中的一个或多个可以执行一次或重复执行。进一步地，方法步骤中的两个或更多个可以同时执行或以时间重叠的方式执行。该方法可以包括未列出的另外的方法步骤。在步骤f)中，可以通过使用锁定放大器127进一步放大检测器信号。
在步骤c)中，控制可以包括打开和关闭输出通道156中的至少一个。该控制可以包括在输出通道156中的至少一个中调制光束116，具体是调制光束116的振幅、光束116的频率和光束116的占空比中的至少一个。该控制可以包括以0Hz到1000Hz、优选地0.5Hz到1000Hz、更优选地1Hz到500Hz、更优选的8Hz到128Hz的频率在输出通道156中的至少一个中调制光束116的振幅。
在步骤c)中，至少两个光束116可以与光谱光源112解耦。每个光束116可以通过光谱光源112的不同输出通道156解耦。在步骤d)中，测量物体126可以被至少两个光束116中的至少一个照射。当在步骤g)中确定信息时，至少两个光束116中的至少一个光束116可以用作参考。在步骤c)中，输出通道156的独立控制可以包括在相应输出通道156中调制至少一个光束116不同于在至少一个其余输出通道156中调制至少一个其余光束116。
该方法可以是计算机实施的。参考本发明的计算机实施的方面，根据本文披露的实施例中的一个或多个的方法的方法步骤中的一个或多个或者甚至所有方法步骤可以通过使用计算机或计算机网络来执行。因此，通常，包括数据的提供和/或操控的方法步骤中的任一个可以通过使用计算机或计算机网络来执行。通常，这些方法步骤可以包括方法步骤中的任一个，典型地需要手动工作的方法步骤除外。
附图标记清单
110 光谱测量系统
112 光谱光源
114 检测器
116 光束
118 读出电子器件
120 评估装置
122 测量光束
124 参考光束
126 测量物体
127 锁定放大器
128 发光元件
130 白炽灯
132 填充有卤素的白炽灯泡
134 插座
136 电子电路
138 印刷电路板
140 传感器
142 接口
144 USB端口
146 控制器
148 微控制器
150 壳体
152 电源
154 电缆馈通件
156 输出通道
158 开口
160 内部壳体
162 外部壳体
164 调制元件
166 基座元件
168 支脚
170 光学元件
172 透镜
174 聚光透镜
176 致动器
178 斩波轮
180 步进马达
182 不透明扇形件
184 光纤连接器
186 适配器
188 冷却装置
190 风扇
192 顶盖
194 降压调节器
196 输入连接件
198 输出连接件
200 反馈连接件
202 电阻器网络
204 电阻器
206 导线
208 迹线
210 接地
212 数模转换器(DAC)
214 分流器
216 分流电阻器
218 分流电压表
220 方法步骤a)
222 方法步骤b)
224 方法步骤c)
226 方法步骤d)
228 方法步骤e)
230 方法步骤f)
232 方法步骤g)
Claims (14)
1.一种光谱光源(112)，包括：
-至少一个发光元件(128)；
-至少一个电子电路(136)，该至少一个电子电路被配置用于向该发光元件(128)施加电功率；以及
-至少一个壳体(150)，其中，该壳体(150)至少部分地围绕该发光元件(128)；以及
-至少两个输出通道(156)，该至少两个输出通道穿过该壳体(150)，其中，这些输出通道(156)中的每一个被配置用于将至少一个光束(116)与该光谱光源(112)解耦；
其中，该光谱光源(112)被配置用于独立控制这些输出通道(156)中的每一个，其中，该壳体(150)包括至少部分地围绕该发光元件(128)的内部壳体(160)，其中，该壳体(150)进一步包括外部壳体(162)，该外部壳体(162)至少部分地围绕该内部壳体(160)，其中，该内部壳体(160)和该外部壳体(162)均包括至少两个作为这些输出通道(156)的一部分的开口(158)，其中，该壳体(150)包括至少一个基座元件(166)，其中，该内部壳体(160)和该外部壳体(162)直接或间接搁置在该基座元件(166)上，其中，该电子电路(136)被接纳在该外部壳体(162)内在该内部壳体(160)下方，其中，该发光元件(128)安装到该电子电路(136)，并且其中，该发光元件(128)从该电子电路(136)突起到该内部壳体(160)中。
2.根据前一项权利要求所述的光谱光源(112)，其中，该发光元件(128)包括至少一个白炽灯(130)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，该光谱光源(112)被配置用于打开和关闭这些输出通道(156)中的至少一个。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，该光谱光源(112)被配置用于在这些输出通道(156)中的至少一个中调制该光束(116)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，该光谱光源(112)被配置用于在这些输出通道(156)中的每一个中独立地调制这些光束。
6.根据两个前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，至少一个光学元件(170)位于该外部壳体(162)内部，其中，该光学元件(170)包括被接纳在该内部壳体(160)的开口(158)中的每一个中的透镜(172)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，该光谱光源(112)进一步包括至少一个致动器(176)，其中，该致动器(176)包括至少一个调制元件(164)，其中，该调制元件(164)包括快门和斩波轮(178)中的至少一个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，这些输出通道(156)中的至少一个包括光纤连接器(184)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，该电子电路(136)包括至少一个接口(142)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)，其中，该电子电路(136)包括至少一个控制器(146)，该至少一个控制器被配置用于控制施加到该发光元件(128)的电功率中的至少一个、这些输出通道(156)中的至少一个。
11.根据前一项权利要求所述的光谱光源(112)，其中，该控制器(146)被配置用于执行该发光元件(128)的软启动和/或软停止。
12.一种光谱测量系统(110)，包括：
-至少一个根据前述权利要求中任一项所述的光谱光源(112)；
-至少一个检测器(114)，该至少一个检测器被配置用于检测与该光谱光源(112)解耦的至少一个光束(116)，并且被进一步配置用于生成至少一个对应的检测器信号；
-至少一个读出电子器件(118)，该至少一个读出电子器件被配置用于读出该检测器信号；以及
-至少一个评估装置(120)，该至少一个评估装置被配置用于基于该检测器信号确定至少一条信息。
13.一种操作根据前一项权利要求所述的光谱测量系统(110)的方法，该方法包括：
a)通过使用该电子电路(136)向该光谱光源(112)的发光元件(128)施加电功率；
b)通过该使用发光元件(128)发射光；
c)在独立地控制该至少两个输出通道(156)中的每一个的同时，使用这些输出通道(156)中的至少一个，将至少一个光束(116)与该光谱光源(112)解耦；
d)用该光束(116)照射至少一个测量物体(126)；
e)通过使用该光谱测量系统(110)的检测器(114)来检测该光束(116)，并生成至少一个对应的检测器信号；
f)通过使用该光谱测量系统(110)的读出电子器件(118)读出该检测器信号；以及
g)通过使用该光谱测量系统(110)的评估装置(120)，基于该检测器信号确定至少一条信息。
14.根据前一项涉及方法的权利要求所述的方法，其中，在步骤c)中，至少两个光束(116)与该光谱光源(112)解耦，其中，每个光束(116)通过该光谱光源(112)的一个不同输出通道(156)解耦，其中，在步骤d)中，该测量物体(126)被该至少两个光束(116)中的至少一个照射，其中，在步骤c)中，这些输出通道(156)的独立控制包括在相应的输出通道(156)中调制至少一个光束(116)不同于在该至少一个其余输出通道(156)中调制至少一个其余的光束(116)。
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