DE102010047061A1 - Optical spectrometer has several optoelectronic detection elements arranged in detector in series along incident direction of diffracted light, which have optoelectronic transducers to detect different spectral detection ranges - Google Patents

Optical spectrometer has several optoelectronic detection elements arranged in detector in series along incident direction of diffracted light, which have optoelectronic transducers to detect different spectral detection ranges Download PDF

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Abstract

The optical spectrometer (10) has a housing which comprises an inlet opening (1), a diffraction grating (2) and a spatially resolving detector (3). The light (L) passes into the diffraction grating through inlet opening. Several optoelectronic detection elements are arranged in detector in series along incident direction of diffracted light (S). Each detection element is provided with optoelectronic transducers (3-1-A,3-10-A,3-10-B,3-17-B,3-18-A,3-18-B) for detecting different spectral detection ranges simultaneously, and delivering electric signals.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Spektrometer mit einem Gehäuse, das einen Eintrittsspalt aufweist, einem Beugungsgitter und einem ortsauflösenden Detektor mit mehreren optoelektronischen Detektionselementen, wobei das Beugungsgitter Licht, dass durch den Eintrittsspalt in das Gehäuse fällt, wellenlängenabhängig in Richtung unterschiedlicher Detektorelemente beugt. In derartigen Spektrometern können darüber hinaus auf bekannte Weise weitere optische Elemente wie Linsen oder Spiegel angeordnet sein.The invention relates to an optical spectrometer with a housing, which has an entrance slit, a diffraction grating and a spatially resolving detector with a plurality of optoelectronic detection elements, wherein the diffraction grating diffracts light, which falls through the entrance slit in the housing, depending on wavelength in the direction of different detector elements. Moreover, in such spectrometers further optical elements such as lenses or mirrors can be arranged in a known manner.

Im Sinne der Erfindung ist Licht jede mit optischen Mitteln manipulierbare elektromagnetische Strahlung und schließt insbesondere ultraviolette (UV) und infrarote (IR) Strahlung ein.For the purposes of the invention, light is any electromagnetic radiation that can be manipulated by optical means and, in particular, includes ultraviolet (UV) and infrared (IR) radiation.

Optoelektronische Halbleiterdetektoren weisen je nach Bauart eine spektral eingeschränkte Nachweisempfindlichkeit für Licht auf. Um Proben spektrometrisch in einem breiten, (engl. „wide”) Spektralbereich vermessen zu können, werden in der Regel mehrere Spektrometer mit spektral unterschiedlichen Detektionsbereichen eingesetzt, wobei die Detektionsbereiche der verschiedenen Spektrometer einander typischerweise spektral teilweise überlappen. Ein solches Spektrometersystem ist beispielsweise in DE 10010213 A1 offenbart.Depending on the design, optoelectronic semiconductor detectors have a spectrally limited detection sensitivity for light. In order to be able to measure samples spectrometrically in a broad spectral range, a plurality of spectrometers with spectrally different detection ranges are generally used, wherein the detection ranges of the different spectrometers typically partially overlap each other spectrally. Such a spectrometer system is, for example, in DE 10010213 A1 disclosed.

Unterschiedliche spektrale Detektionsbereiche liegen vor, wenn die Halbleiterdetektoren der beiden Spektrometer eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeitskurve aufweisen, wenn also die unteren Grenzwellenlängen der Spektrometer nicht identisch sind oder die oberen Grenzwellenlängen der Spektrometer nicht identisch sind. Die Grenzwellenlängen des Detektionsbereiches eines Spektrometers beschreiben den spektralen Detektionsbereich seines Detektors, der beispielsweise dadurch definiert ist, dass der Detektor in dem betreffenden Wellenlängenbereich mindestens 10% seiner maximalen spektralen Empfindlichkeit aufweist. Unabhängig von dieser Spezifikation kann ein Detektor aber auch in bestimmten Anwendungsfällen in einem breiteren Spektralbereich verwendet werden, wenn die dann eingeschränkte Empfindlichkeit genügt.Different spectral detection ranges are present when the semiconductor detectors of the two spectrometers have a different spectral sensitivity curve, that is to say when the lower limit wavelengths of the spectrometers are not identical or the upper limit wavelengths of the spectrometers are not identical. The cut-off wavelengths of the detection range of a spectrometer describe the spectral detection range of its detector, which is defined for example in that the detector has at least 10% of its maximum spectral sensitivity in the relevant wavelength range. Regardless of this specification, a detector can also be used in certain applications in a broader spectral range, if the then limited sensitivity is sufficient.

Beispielsweise wird für einen gesamten Spektralbereich von 400 nm bis 1680 nm ein erstes Spektrometer mit einem Silizium-Detektor (Si), der einen Detektionsbereich von 400 nm bis 1100 nm aufweist, und ein zweites Spektrometer mit einem Indium-Gallium-Arsenid-Detektor (InGaAs), der einen Detektionsbereich von 950 nm bis 1680 nm aufweist, eingesetzt, weil Si-Detektoren nur bis maximal 1100 nm eine brauchbare Nachweisempfindlichkeit aufweisen. In der Nähe der oberen Grenzwellenlänge ist die Nachweisempfindlichkeit von Si-Detektoren gering und sie weisen hinsichtlich der von ihnen abgegebenen Signalamplitude eine starke Temperaturabhängigkeit auf. Für den langwelligeren Teil des Spektrums wird in der Regel in dem zweiten Spektrometer ein gegenüber dem Si-Detektor kostenaufwendigerer InGaAs-Detektor eingesetzt, dessen Nachweisempfindlichkeit vorteilhafterweise weniger temperaturabhängig ist, jedoch ein höheres Rauschen aufweist.For example, for a total spectral range from 400 nm to 1680 nm, a first spectrometer with a silicon detector (Si) having a detection range of 400 nm to 1100 nm, and a second spectrometer with an indium gallium arsenide detector (InGaAs ), which has a detection range of 950 nm to 1680 nm, used because Si detectors only up to a maximum of 1100 nm have a useful detection sensitivity. Near the upper cutoff wavelength, the detection sensitivity of Si detectors is low and they have a strong temperature dependence with respect to the signal amplitude they emit. For the longer wavelength portion of the spectrum, a more expensive InGaAs detector than the Si detector is typically used in the second spectrometer, whose detection sensitivity is advantageously less temperature dependent but has higher noise.

Der Einsatz von zwei oder mehr Spektrometern hat jedoch neben dem erforderlichen großen Bauraum noch den Nachteil, dass die optischen Wege von der Probe zu den jeweiligen Detektoren unterschiedlich sind und dass die Spektrometer in der Regel einen unterschiedlichen optischen Aufbau aufweisen, so dass im gemessenen Spektrum eine Diskontinuität in Form eines Sprungs entsteht. Bei empfindlichen Anwendungen führt dies zu Messfehlern.However, the use of two or more spectrometers in addition to the required large space still has the disadvantage that the optical paths from the sample to the respective detectors are different and that the spectrometer usually have a different optical structure, so that in the measured spectrum Discontinuity in the form of a jump arises. For sensitive applications, this leads to measurement errors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spektrometer der eingangs genannten Art zu verbessern, um bei empfindlichen Anwendungen eine höhere Messgenauigkeit zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object to improve a spectrometer of the type mentioned in order to allow for sensitive applications higher measurement accuracy.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Spektrometer, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Betriebsverfahren, welches die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by a spectrometer having the features specified in claim 1, and by an operating method having the features specified in claim 12.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eines der Detektionselemente zwei (oder mehr) optoelektronische Wandler aufweist, die zur simultanen Detektion zweier (beziehungsweise entsprechend vieler) unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen, separate elektrische Signale abgeben und längs einer Einfallsrichtung des gebeugten Lichts auf den Detektor hintereinander angeordnet sind.According to the invention, at least one of the detection elements has two (or more) optoelectronic transducers which have a different composition for the simultaneous detection of two (or correspondingly many) different spectral detection regions, emit separate electrical signals and along an incident direction of the diffracted light onto the detector arranged one behind the other.

Im Sinne der Erfindung ist ein optoelektronischer Wandler ein Bauteil, das mittels eines Halbleiter-Werkstoffs einfallende Photonen zu absorbieren und in elektrische Ladungsträger (Elektronen und Löcher) umzuwandeln vermag. Beispiele für optoelektronische Wandler sind Photodioden, Phototransistoren und Photowiderstände.In the context of the invention, an optoelectronic transducer is a component that absorbs incident photons by means of a semiconductor material and into electrical charge carriers (electrons and holes). able to transform. Examples of optoelectronic transducers are photodiodes, phototransistors and photoresistors.

Im Sinne der Erfindung bedeutet die simultane Detektion unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche in verschiedenen optoelektronischen Wandlern, dass ein erster spektraler Anteil des gebeugten, auf den Detektor fallenden Lichts zumindest anteilig in dem ersten optoelektronischen Wandler absorbiert wird, während ein zweiter spektraler Anteil des gebeugten, auf den Detektor fallenden Lichts den ersten optoelektronischen Wandler (im wesentlichen) unvermindert durchdringt und zumindest anteilig in dem zweiten optoelektronischen Wandler absorbiert wird. Die optoelektronische Umwandlung findet also aufgrund der endlichen Lichtgeschwindigkeit nicht gleichzeitig in mehreren optoelektronischen Wandlern statt. Vielmehr bedeutet simultan hier, dass Photonen, die die Detektoroberfläche gleichzeitig erreichen (also zur selben Wellenfront gehören), aber unterschiedliche Energien aufweisen (entsprechend unterschiedlichen spektralen Detektionsbereichen), unabhängig voneinander in separaten optoelektronischen Wandlern detektierbar sind.For the purposes of the invention, the simultaneous detection of different spectral detection ranges in different optoelectronic transducers means that a first spectral portion of the diffracted light incident on the detector is at least partially absorbed in the first optoelectronic transducer, while a second spectral portion of the diffracted, on the detector falling light penetrates the first opto-electronic transducer (substantially) undiminished and at least partially absorbed in the second opto-electronic converter. The optoelectronic conversion thus does not take place simultaneously in several optoelectronic converters due to the finite speed of light. Rather, simultaneous here means that photons that reach the detector surface simultaneously (ie, belong to the same wavefront), but have different energies (corresponding to different spectral detection ranges) are independently detectable in separate optoelectronic transducers.

Das mindestens eine Detektionselement mit mehreren hintereinander angeordneten optoelektronischen Wandlern kann als „Sandwich”-Element bezeichnet werden. Die lichtempfindlichen Bereiche der Wandler sind vorzugsweise kongruent und versatzfrei angeordnet. Sie müssen aber nicht zwingend kongruent sein und können auch gegeneinander versetzt angeordnet sein. Sie können unmittelbar aufeinander angeordnet sein. Alternativ kann mindestens eine andere Schicht (Isolator oder Halbleiter) zwischen ihnen angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die Wandler durch einen Spalt, beispielsweise einen Luftspalt, voneinander beabstandet sein. Allgemein ist die mechanische Anordnung und Befestigung der optoelektronischen Wandler zueinander beliebig, solange sie nur beide in dem Strahlengang des betreffenden Detektionselementes hintereinander angeordnet sind. Zweckmäßig ist jedoch ein minimaler Abstand zwischen den Wandlern.The at least one detection element with a plurality of optoelectronic transducers arranged one behind the other can be referred to as a "sandwich" element. The photosensitive regions of the transducers are preferably arranged congruent and without offset. But they do not necessarily have to be congruent and can also be staggered. They can be arranged directly one above the other. Alternatively, at least one other layer (insulator or semiconductor) may be disposed between them. Additionally or alternatively, the transducers may be spaced apart by a gap, for example an air gap. In general, the mechanical arrangement and attachment of the optoelectronic transducers to one another is arbitrary, as long as they are both arranged one behind the other in the beam path of the relevant detection element. It is expedient, however, a minimum distance between the transducers.

Das erfindungsgemäße Spektrometer mit mehrschichtiger Bauweise zumindest eines Detektionselementes kann als Weitbereichsspektrometer mit zwei (oder mehr) Zeilen- oder Matrixdetektoren, die durch voneinander verschiedene Typen von optoelektronischen Wandlern unterschiedliche spektrale Detektionsbereiche aufweisen, in spektral sequentieller Anordnung angesehen werden, die über denselben Strahlengang beleuchtet werden, wobei die beiden Detektorzeilen beziehungsweise Detektormatrizen einander zumindest teilweise überlappen. Die Anordnung dieser Detektoren in demselben Spektrometer in demselben Beleuchtungsstrahlengang ermöglicht eine hohe Detektionsgenauigkeit, da das Licht nicht auf zwei verschiedene Spektrometer und damit Strahlwege aufgeteilt zu werden braucht.The spectrometer according to the invention with a multi-layered construction of at least one detection element can be viewed in spectrally sequential arrangement as a wide-range spectrometer with two (or more) line or matrix detectors, which have different spectral detection areas due to mutually different types of optoelectronic transducers, which are illuminated via the same beam path. wherein the two detector rows or detector arrays at least partially overlap each other. The arrangement of these detectors in the same spectrometer in the same illumination beam path allows a high detection accuracy, since the light does not need to be divided into two different spectrometers and thus beam paths.

Vorzugsweise ist der erste, dem Beugungsgitter zugewandte optoelektronische Wandler zur Detektion eines kürzerwelligen spektralen Detektionsbereiches und der zweite, vom Beugungsgitter abgewandte optoelektronische Wandler zur Detektion eines längerwelligen spektralen Detektionsbereiches, der den kürzerwelligen Detektionsbereich spektral überlappt, ausgebildet, da das einfallende Licht so zuerst auf den ersten optoelektronischen Wandler trifft, dessen Halbleiterschicht(en) Licht im kürzerwelligen Detektionsbereich außerhalb des Überlappungsbereichs (im wesentlichen) absorbiert, Licht im Überlappungsbereich teilweise absorbiert und Licht im längerwelligen Detektionsbereich außerhalb des Überlappungsbereichs nahezu absorptionsfrei passieren lässt, so dass es zusammen mit dem nicht absorbierten Anteil des Überlappungsbereichs in dem zweiten optoelektronischen Wandler mit hoher Effizienz detektiert werden kann. Durch diese Reihenfolge der optoelektronischen Wandler wirkt der erste optoelektronische Wandler als spektraler Filter für den kürzerwelligen Detektionsbereich mit Ausnahme des Überlappungsbereichs, was eine kompakte Bauweise ermöglicht. Bei dem als kürzerwellig bezeichneten Detektionsbereich ist die obere Grenzwellenlänge kleiner als die obere Grenzwellenlänge des als längerwellig bezeichneten Detektionsbereiches. Die obere Grenzwellenlänge des als kürzerwellig bezeichneten Detektionsbereiches liegt im als längerwellig bezeichneten Detektionsbereich – die beiden Detektionsbereiche überlappen einander. Die Untergrenze des kürzerwelligen Detektionsbereiches ist also kleiner als die Untergrenze des längerwelligen Detektionsbereiches, welche ihrerseits kleiner ist als die Obergrenze des kürzerwelligen Detektionsbereiches, welche kleiner ist als die Obergrenze des längerwelligen Detektionsbereiches.Preferably, the first, the diffraction grating facing opto-electronic transducer for detecting a shorter-wavelength spectral detection range and the second, remote from the diffraction grating optoelectronic transducer for detecting a longer wavelength spectral detection range, which spectrally overlaps the shorter wavelength detection range is formed, since the incident light so first on the first An optoelectronic transducer whose semiconductor layer (s) absorbs light in the shorter wavelength detection region outside the overlap region (partially) absorbs light in the overlap region partially and allows light in the longer wavelength detection region outside the overlap region to pass almost without absorption, so that it together with the unabsorbed portion of the Overlap region can be detected in the second optoelectronic transducer with high efficiency. As a result of this sequence of the optoelectronic transducers, the first optoelectronic transducer acts as a spectral filter for the shorter-wavelength detection region, with the exception of the overlap region, which allows a compact design. In the case of the detection area designated as shorter-wave, the upper limit wavelength is smaller than the upper limit wavelength of the detection area designated as longer-wavelength. The upper limit wavelength of the detection area designated as shorter-wave lies in the detection area designated as longer-wavelength - the two detection areas overlap one another. The lower limit of the shorter-wavelength detection range is thus smaller than the lower limit of the longer-wavelength detection range, which in turn is smaller than the upper limit of the shorter-wavelength detection range, which is smaller than the upper limit of the longer-wavelength detection range.

Die spektrale Überlappung des kürzerwelligen Detektionsbereiches und des längerwelligen Detektionsbereiches erlaubt die Kompensation temperaturabhängiger Schwankungen der elektrischen Signale mit hoher Genauigkeit, wenn eine (spektrale) Empfindlichkeit eines der optoelektronischen Wandler im wesentlichen temperaturunabhängig oder zumindest (signifikant) weniger temperaturabhängig als eine entsprechende (spektrale) Empfindlichkeit des anderen optoelektronischen Wandlers ist. Aus den elektrischen Signalen des Sandwich-Elements kann dadurch mit hoher Genauigkeit die innere Temperatur des Sandwich-Elements ermittelt werden, anhand derer die Kompensation durchgeführt werden kann. In Verbindung mit dem einheitlichen Strahlengang ermöglicht das eine besonders hohe Messgenauigkeit.The spectral overlap of the shorter-wavelength detection range and the longer-wavelength detection range allows the compensation of temperature-dependent fluctuations of the electrical signals with high accuracy, if a (spectral) sensitivity of the optoelectronic transducer substantially temperature-independent or at least (significantly) less temperature-dependent than a corresponding (spectral) sensitivity of another opto-electronic transducer. From the electrical signals of the sandwich element can be determined with high accuracy, the internal temperature of the sandwich element, by means of which the compensation can be performed. In conjunction with the uniform beam path, this enables particularly high measuring accuracy.

Es sind auch Ausführungsformen mit mehr als zwei optoelektronischen Wandlern pro Sandwich-Element möglich. Mindestens zwei davon müssen erfindungsgemäß voneinander verschiedene spektrale Detektionsbereiche aufweisen. Embodiments with more than two optoelectronic transducers per sandwich element are also possible. At least two of them must according to the invention have different spectral detection ranges from one another.

Bei Ausführungsformen mit mehreren Sandwich-Elementen können die Sandwich-Elemente beispielsweise eine echte Untermenge aller Detektorelemente darstellen. Alternativ können alle Detektorelemente mehrschichtig ausgebildet sein.For example, in embodiments having multiple sandwich elements, the sandwich elements may represent a true subset of all detector elements. Alternatively, all the detector elements may be formed in multiple layers.

Eine Kombination unterschiedlicher Halbleiterschichten ist beispielsweise von InGaAs-Detektoren mit Ausleseverstärkern auf Si-Basis bekannt. Hier dient der Si-Vorverstärker als Träger für InGaAs-Photodioden. Beide Halbleiterstücke sind mittels Kugelgittern (engl. „ball grids”) miteinander verbunden, die Beleuchtung erfolgt von der InGaAs-Seite aus. Erfindungsgemäß kann die Si-Schicht zur Detektion von Licht ausgebildet werden, das kürzerwellig ist als das im InGaAs detektierbare Licht. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Si-Vorverstärker des InGaAs-Detektors um einen Si-Detektor ergänzt werden, dessen lichtempfindliche Fläche genau unter der lichtempfindlichen Fläche der InGaAs-Photodioden liegt. Das Silizium wird zu diesem Zweck beispielsweise von der von dem InGaAs abgewandten Seite, also der dem Licht zugewandten Seite aus geätzt, um Lichtverluste zu vermeiden und die Charakteristik der spektralen Empfindlichkeit abzustimmen. Im Sinne der Erfindung ist der Si-Detektor der erste optoelektronische Wandler und der InGaAs-Detektor der zweite optoelektronische Wandler.A combination of different semiconductor layers is known, for example, from InGaAs detectors with Si-based readout amplifiers. Here, the Si preamplifier serves as a carrier for InGaAs photodiodes. Both semiconductors are connected to each other by means of ball grids ("ball grids"), with illumination from the InGaAs side. According to the invention, the Si layer can be formed to detect light shorter than the wavelength detectable in the InGaAs. For this purpose, for example, the Si preamplifier of the InGaAs detector can be supplemented by a Si detector whose photosensitive surface lies just below the photosensitive surface of the InGaAs photodiodes. For this purpose, the silicon is etched for this purpose, for example, from the side facing away from the InGaAs, that is to say from the side facing the light, in order to avoid light losses and to tune the characteristic of the spectral sensitivity. For the purposes of the invention, the Si detector is the first optoelectronic transducer and the InGaAs detector is the second optoelectronic transducer.

Daneben ist eine InGaAs-Detektormatrix bekannt, die direkt auf einem mit Auslese- und Verstärkungselektronik versehenem Si-Träger aufgebracht ist ( Abhay M. Joshi et al.: „Monolithic InGaAs-on-silicon Short Wave Infrared Detector Arrays” in Imaging and Spectroscopy SPIE Vol. 2999, 211–224, 1997 ). Auch hier kann erfindungsgemäß die Si-Schicht zur Detektion von Licht ausgebildet werden (erster optoelektronischer Wandler), das kürzerwellig ist als das im InGaAs (zweiter optoelektronischer Wandler) detektierbare Licht.In addition, an InGaAs detector matrix is known which is applied directly to a Si carrier provided with readout and amplification electronics ( Abhay M. Joshi et al .: "Monolithic InGaAs-on-silicon Short Wave Infrared Detector Arrays" in Imaging and Spectroscopy SPIE Vol. 2999, 211-224, 1997 ). Again, according to the invention, the Si layer can be formed for the detection of light (first optoelectronic transducer) which is shorter than the light detectable in the InGaAs (second optoelectronic transducer).

Vorzugsweise weisen mehrere, insbesondere alle, Detektionselemente jeweils zwei verschiedene optoelektronische Wandler zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektralen Detektionsbereiche auf. So können aufgrund der Filterwirkung des ersten optoelektronischen Wandlers auf Licht im kürzerwelligen Detektionsbereich unterschiedliche Wellenlängenbereiche mit demselben Detektionselement aufgenommen werden.Preferably, several, in particular all, detection elements each have two different optoelectronic transducers for the simultaneous detection of two different spectral detection ranges. Thus, due to the filtering effect of the first optoelectronic transducer on light in the shorter-wavelength detection range, different wavelength ranges can be recorded with the same detection element.

Vorteilhafterweise bedeckt hierbei ein Langpassfilter einen echten Teilbereich des Detektors bis einschließlich zu seinem langwelligen Ende durchgängig. Dadurch wird vermieden, dass unerwünschte höhere Beugungsordnungen in den Detektor gelangen und dort detektiert werden. Der Langpassfilter kann unmittelbar auf dem Detektor aufgebracht sein. Alternativ kann er auf einem separaten Träger, beispielsweise aus Glas, angeordnet sein, der zweckmäßigerweise unmittelbar auf dem Detektor angeordnet ist. Der separate Träger kann in seiner Dicke so abgestimmt sein, dass die Fokallinien der jeweiligen Wellenlängenbereiche den unterschiedlichen Entfernungen der einzelnen Detektoren von dem Beugungsgitter angepasst werden. Dadurch kann eine größere Messgenauigkeit erreicht werden.Advantageously, a long-pass filter covers a real portion of the detector up to and including its long-wave end. This avoids that unwanted higher diffraction orders reach the detector and are detected there. The longpass filter can be applied directly to the detector. Alternatively, it can be arranged on a separate support, for example made of glass, which is expediently arranged directly on the detector. The separate carrier may be matched in its thickness so that the focal lines of the respective wavelength ranges are adapted to the different distances of the individual detectors from the diffraction grating. As a result, a greater accuracy of measurement can be achieved.

Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen eine Auswerteeinheit ein erstes elektrisches Signal eines Detektionselementes als rohes Signal für die absorbierte Energie in einem ersten Wellenlängenbereich verarbeitet und ein zweites elektrisches Signal desselben Detektionselementes als rohes Signal für die absorbierte Energie in einem zweiten Wellenlängenbereich, dessen untere Grenzwellenlänge ein k-faches der unteren Grenzwellenlänge des ersten Wellenlängenbereichs ist und dessen obere Grenzwellenlänge ein k-faches der oberen Grenzwellenlänge des ersten Wellenlängenbereichs ist, verarbeitet, wobei k ein Quotient zweier zu detektierender Beugungsordnungen ist. Beispielsweise ist k = 2:1, dann entspricht die untere Grenze des zweiten Wellenlängenbereichs dem Doppelten der unteren Grenze des ersten Wellenlängenbereichs und die obere Grenze des zweiten Wellenlängenbereichs dem Doppelten der oberen Grenze des ersten Wellenlängenbereichs. So können die erste und die zweite Beugungsordnung unterschiedlicher Wellenlängen mit denselben Detektionselementen simultan detektiert werden. Die spektrale Breite des gesamten Detektors kann so doppelt genutzt werden, wodurch sich das spektrale Auflösungsvermögen des Spektrometers verdoppelt. Alternativ zur ersten und zweiten Beugungsordnung können beispielsweise die zweite und die dritte Beugungsordnung unterschiedlicher Wellenlängen mit denselben Detektionselementen simultan detektiert werden (k = 3:2). Bei einem drei- oder mehrschichtigen Aufbau des Sandwich-Elementes, also drei oder mehr hintereinander angeordneten optoelektronischen Wandlern, können drei oder entsprechend mehr verschiedene Beugungsordnungen entsprechend drei oder mehr Wellenlängenbereichen mit denselben Detektionselementen simultan detektiert werden, wobei die oberen und unteren Grenzen der zweiten, dritten und gegebenenfalls höheren Wellenlängenbereiche bei jedem Detektionselement entsprechend viele unterschiedliche Vielfache der oberen beziehungsweise unteren Grenze des ersten Wellenlängenbereichs betragen.Embodiments in which an evaluation unit processes a first electrical signal of a detection element as a raw signal for the absorbed energy in a first wavelength range and a second electrical signal of the same detection element as a raw signal for the absorbed energy in a second wavelength range, the lower limit wavelength thereof, are particularly preferred k-times the lower limit wavelength of the first wavelength range and whose upper limit wavelength is k times the upper limit wavelength of the first wavelength range, where k is a quotient of two diffraction orders to be detected. For example, k = 2: 1, then the lower limit of the second wavelength range is twice the lower limit of the first wavelength range and the upper limit of the second wavelength range is twice the upper limit of the first wavelength range. Thus, the first and the second diffraction order of different wavelengths can be detected simultaneously with the same detection elements. The spectral width of the entire detector can thus be used twice, which doubles the spectral resolution of the spectrometer. As an alternative to the first and second diffraction order, for example, the second and the third diffraction order of different wavelengths can be detected simultaneously with the same detection elements (k = 3: 2). In a three- or multi-layer structure of the sandwich element, so three or more successively arranged optoelectronic transducers, three or more different diffraction orders corresponding to three or more wavelength ranges can be detected simultaneously with the same detection elements, the upper and lower limits of the second, third and optionally higher wavelength ranges in each detection element corresponding to many different multiples of the upper and lower limits of the first wavelength range.

Vorzugsweise weisen ein erstes Detektionselement, in dessen Richtung das Beugungsgitter eine Beugungsordnung einer Wellenlänge des einfallenden Lichts beugt, und ein zweites Detektionselement, in dessen Richtung das Beugungsgitter eine andere Beugungsordnung derselben Wellenlänge des einfallenden Lichts beugt, beide jeweils zwei optoelektronische Wandler zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche auf. Dadurch kann eine innere Temperatur des Detektors ohne separate Temperatursensoren auch in Anordnungen ermittelt werden, in denen zwei verschiedene Beugungsordnungen auf dieselben Detektionselemente gebeugt werden.Preferably, a first detection element, in whose direction the diffraction grating diffracts a diffraction order of a wavelength of the incident light, and a second detection element, in the direction of which the diffraction grating diffracts another diffraction order of the same wavelength of the incident light, both each have two optoelectronic transducers for the simultaneous detection of two different ones Spectral detection areas on. As a result, an internal temperature of the detector without separate temperature sensors can also be determined in arrangements in which two different diffraction orders are diffracted to the same detection elements.

In Ausführungsformen, in denen nur eine echte Teilmenge der Detektionselemente in Sandwich-Bauweise ausgeführt ist oder nur einer von mehreren optoelektronischen Wandlern zur Detektion genutzt wird, weist vorteilhafterweise von den Detektionselementen, die nicht zwei optoelektronische Wandler zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche aufweisen, eine erste echte Teilmenge einen optoelektronischen Wandler zur Detektion des ersten spektralen Detektionsbereiches und eine zweite echte Teilmenge einen optoelektronischen Wandler zur Detektion des zweiten spektralen Detektionsbereiches auf, wobei diese beiden Teilmengen disjunkt sind. Im dazwischenliegenden Detektionsbereich sind dann vorzugsweise ein oder zwei der Sandwich-Elemente angeordnet, insbesondere zur Ermöglichung einer Temperaturschwankungskompensation. Dadurch braucht nur ein Teil des Detektors mit einem temperaturunempfindlicheren, aber teureren optoelektronischen Wandler ausgerüstet zu werden.In embodiments in which only a true subset of the detection elements is designed in a sandwich construction or only one of a plurality of optoelectronic transducers is used for detection, advantageously one of the detection elements which do not have two optoelectronic transducers for the simultaneous detection of two different spectral detection areas first true subset of an optoelectronic transducer for detecting the first spectral detection range and a second real subset of an optoelectronic transducer for detecting the second spectral detection range, wherein these two subsets are disjoint. In the intermediate detection region, one or two of the sandwich elements are then preferably arranged, in particular for enabling a temperature fluctuation compensation. As a result, only a part of the detector needs to be equipped with a temperature-insensitive but more expensive opto-electronic converter.

Vorzugsweise ist dabei vor einer echten Untermenge derjenigen Detektionselemente, die einen optoelektronischen Wandler für den kürzerwelligen spektralen Detektionsbereich aufweisen, ein spektraler Langpassfilter angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass unerwünschte höhere Beugungsordnungen in die betreffenden Detektionselemente gelangen und dort detektiert werden. Der Langpassfilter für den kürzerwelligen Wellenlängenbereich ist erforderlich, wenn das Verhältnis von längster zu detektierenden Wellenlänge zu kürzester zu detektierender Wellenlänge größer als 2:1 ist, da sonst für den Wellenlängenbereich ab dem doppelten der kürzesten zu detektierenden Wellenlänge keine eindeutige Wellenlängenzuordnung des detektierten Lichts mehr möglich wäre. Ohne Langpassfilter würde Licht der ersten und der zweiten Beugungsordnung (halbe Wellenlänge) auf dasselbe Detektorelement treffen.In this case, a spectral long-pass filter is preferably arranged in front of a true subset of those detection elements which have an optoelectronic transducer for the shorter-wavelength spectral detection range. This avoids that unwanted higher diffraction orders reach the relevant detection elements and are detected there. The long-pass filter for the shorter wavelength range is required if the ratio of the longest wavelength to the shortest wavelength to be detected is greater than 2: 1, otherwise for the wavelength range from twice the shortest wavelength to be detected no clear wavelength allocation of the detected light longer possible would. Without a long-pass filter, light of the first and second orders of diffraction (half wavelength) would strike the same detector element.

Zweckmäßigerweise ist der erste optoelektronische Wandler (im wesentlichen) eine Halbleiterschicht aus Silizium und der zweite optoelektronische Wandler (im wesentlichen) eine Halbleiterschicht aus mindestens einem der Werkstoffe Indium-Gallium-Arsenid, Germanium und Bleisulfid.Expediently, the first optoelectronic transducer is (essentially) a semiconductor layer of silicon and the second optoelectronic transducer (essentially) a semiconductor layer of at least one of the materials indium gallium arsenide, germanium and lead sulfide.

Vorteilhafterweise kann der erste optoelektronische Wandler eine Halbleiterschicht sein, die von einer dem Beugungsgitter zugewandten Seite geätzt ist. Das ermöglicht mit geringem Aufwand eine kompakte Bauweise.Advantageously, the first optoelectronic transducer may be a semiconductor layer etched from a side facing the diffraction grating. This allows a compact design with little effort.

Bevorzugt werden Ausführungsformen, in denen eine Auswerteeinheit anhand mindestens eines elektrischen Signals des ersten optoelektronischen Wandlers und mindestens eines elektrischen Signals des zweiten optoelektronischen Wandlers einen Wert einer Temperatur des betreffenden Detektionselementes ermittelt. Dadurch kann auf separate Temperatursensoren verzichtet werden. Der erfindungsgemäße Wert der Temperatur kann beispielsweise in der Einheit °C oder K ermittelt werden, er kann aber alternativ auch gemäß einer beliebigen eineindeutigen Funktion von der Temperatur abhängen.Embodiments in which an evaluation unit determines a value of a temperature of the relevant detection element based on at least one electrical signal of the first optoelectronic transducer and at least one electrical signal of the second optoelectronic transducer are preferred. This eliminates the need for separate temperature sensors. The temperature value according to the invention can be determined, for example, in the unit ° C or K, but alternatively it can also depend on the temperature according to any one-to-one function.

Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen, in denen eine Auswerteeinheit anhand von vier elektrischen Signalen zweier mehrschichtiger Detektionselemente (mit jeweils zwei optoelektronischen Wandlern) einen Wert einer Temperatur des Detektors ermittelt, wobei die zwei Detektionselemente zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen oder zwei verschiedenen Beugungsordnungen desselben Wellenlängenbereichs entsprechen. Dadurch kann eine innere Temperatur des Detektors ohne separate Temperatursensoren auch in Anordnungen ermittelt werden, in denen zwei verschiedene Beugungsordnungen auf dieselben Detektionselemente gebeugt werden.Embodiments in which an evaluation unit determines a value of a temperature of the detector based on four electrical signals of two multilayer detection elements (with two optoelectronic transducers) are particularly preferred, the two detection elements corresponding to two different wavelength ranges or two different diffraction orders of the same wavelength range. As a result, an internal temperature of the detector without separate temperature sensors can also be determined in arrangements in which two different diffraction orders are diffracted to the same detection elements.

Zweckmäßigerweise ermittelt die Auswerteeinheit den Wert der Temperatur des Detektors durch Lösen des Gleichungssystems

Figure 00090001
für M Beugungsordnungen, M optoelektronische Wandler (i = A, B, ...) und M Detektionselemente (p = 1, ... M).Expediently, the evaluation unit determines the value of the temperature of the detector by solving the equation system
Figure 00090001
for M diffraction orders, M optoelectronic transducers (i = A, B, ...) and M detection elements (p = 1, ... M).

Vorteilhafterweise kann die Auswerteeinheit anhand des ermittelten Werts der Temperatur ein elektrisches Signal eines anderen Detektionselementes, insbesondere eines Detektionselementes mit nur einem (genutzten) optoelektronischen Wandler zur Detektion des kürzerwelligen spektralen Detektionsbereiches, gemäß einer temperaturabhängigen spektralen Empfindlichkeit normieren. Durch diese Kompensation der temperaturabhängigen Schwankungen der spektralen Empfindlichkeit der Detektionselemente wird, wie bereits oben beschrieben, die Messgenauigkeit verbessert.Advantageously, the evaluation unit can use the determined value of the temperature to normalize an electrical signal of another detection element, in particular of a detection element with only one (used) optoelectronic transducer for detecting the shorter-wavelength spectral detection range, according to a temperature-dependent spectral sensitivity. As a result of this compensation of the temperature-dependent fluctuations in the spectral sensitivity of the detection elements, as already described above, the measurement accuracy is improved.

Besonders kompakt sind Ausführungsformen, in denen eine Halbleiterschicht eines optoelektronischen Wandlers einen elektronischen Vorverstärker für eine Halbleiterschicht des anderen optoelektronischen Wandlers aufweist.Embodiments in which a semiconductor layer of an optoelectronic transducer has an electronic preamplifier for a semiconductor layer of the other optoelectronic transducer are particularly compact.

Zeckmäßigerweise ist im einfallenden Licht ein Langpassfilter angeordnet, der Wellenlängen unterhalb des kürzestwelligen spektralen Detektionsbereiches sperrt. Dadurch wird vermieden, dass unerwünschte höhere Beugungsordnungen und unerwünscht kurzwelliges Licht in den Detektor gelangen und dort die Messung der gewünschten Wellenlängen verfälschen, Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.Zeckmäßigerweise a long-pass filter is arranged in the incident light, the wavelengths below the shortest wavelength spectral detection range blocks. This avoids that unwanted higher orders of diffraction and undesired short-wave light get into the detector and there falsify the measurement of the desired wavelengths, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 ein Weitbereichsspektrometer mit einem einzelnen Sandwich-Element und 1 a wide-area spectrometer with a single sandwich element and

2 ein Weitbereichsspektrometer, bei dem alle Detektionselemente in Sandwich-Bauweise ausgeführt sind. 2 a wide-range spectrometer in which all detection elements are designed in sandwich construction.

In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.In all drawings, like parts bear like reference numerals.

1 stellt ein optisches Mehrkanal-Spektrometer 10 mit einem spektralen Detektionsbereich von λmin = 310 nm (untere Grenzwellenlänge) bis λmax = 1680 nm (obere Grenzwellenlänge) dar, wobei ausschließlich die erste Beugungsordnung (m = 1) des einfallenden Lichts L detektiert wird. Das Spektrometer 10 umfasst zu diesem Zweck einen Eintrittsspalt 1, ein abbildendes Beugungsgitter 2, einen Detektor 3 mit einem Träger 4 – beispielsweise ein Substrat aus Aluminiumoxid-Keramik (Al2O3)-, eine Steuer- und Auswerteeinheit 5 und beispielsweise zwei Temperatursensoren 6, die in Kontakt mit dem Detektor 3 stehen und in alternativen Ausführungsformen entfallen können. Der konkrete Aufbau des Strahlengangs ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Vor dem Eintrittsspalt 1 ist ein optischer Langpassfilter 7 angeordnet. Vor einer Teilfläche des Detektors 3 ist ein optischer Langpassfilter 8 angeordnet. Umschlossen wird das Spektrometer 10 von einem Gehäuse 9. Nicht abgebildet sind an sich bekannte Anschlüsse zur Energieversorgung sowie eine externe Schnittstelle zur Steuer- und Auswerteeinheit 5. Die Schnittstelle kann beispielsweise zur Übertragung der Messwerte und/oder zur Steuerung und/oder Programmierung der Steuer- und Auswerteeinheit 5 dienen. 1 represents a multichannel optical spectrometer 10 with a spectral detection range of λ min = 310 nm (lower limit wavelength) to λ max = 1680 nm (upper limit wavelength), wherein only the first diffraction order (m = 1) of the incident light L is detected. The spectrometer 10 includes for this purpose an entrance slit 1 , an imaging diffraction grating 2 , a detector 3 with a carrier 4 - For example, a substrate of alumina ceramic (Al 2 O 3 ) -, a control and evaluation 5 and for example two temperature sensors 6 in contact with the detector 3 stand and can be omitted in alternative embodiments. The concrete structure of the beam path is known to the person skilled in the art. In front of the entrance slit 1 is an optical long-pass filter 7 arranged. In front of a partial area of the detector 3 is an optical long-pass filter 8th arranged. The spectrometer is enclosed 10 from a housing 9 , Not shown are known connections to the power supply and an external interface to the control and evaluation 5 , The interface can be used, for example, for transmitting the measured values and / or for controlling and / or programming the control and evaluation unit 5 serve.

Der Detektor 3 weist der Übersichtlichkeit der Zeichnung halber beispielhaft nur achtzehn gleichbreite, voneinander getrennte Detektionselemente 3.1 ... 3.18 auf, die als Pixel bezeichnet werden können. Die Detektionselemente 3.1 ... 3.9 sind reine Silizium-Detektoren mit einem jeweiligen Si-Halbleiterschichtsystem als einzelnem optischem Wandler 3.1.A ... 3.9.A zur optoelektronischen Wandlung gebeugten Lichts S im Wellenlängenbereich von 310 nm bis 950 nm. Jeder der optoelektronischen Wandler 3.1.A ... 3.9.A umfasst auf bekannte Weise eine p-dotierte Si-Schicht und eine n-dotierte Si-Schicht und weist damit einen eigenen p-n-Übergang auf. Die Detektionselemente 3.11 ... 3.18 hingegen sind reine Indium-Gallium-Arsenid-Detektoren mit einem jeweiligen InGaAs-Halbleiterschichtsystem als einzelnem optoelektronischen Wandler 3.11.B ... 3.18.B zur optoelektronischen Wandlung im Wellenlängenbereich von 1100 nm bis 1680 nm und Zwischenschichten 3.11.A ... 3.18.A, beispielsweise aus Silizium. Die Zwischenschichten 3.11.A ... 3.18.A können gemeinsam aus einem durchgehenden Substrat oder separat gebildet sein. Jeder der optoelektronischen Wandler 3.11.B ... 3.18.B besteht auf bekannte Weise aus einer p-dotierten InGaAs-Schicht und einer n-dotierten InGaAs-Schicht und weist damit einen eigenen p-n-Übergang auf.The detector 3 For the sake of clarity of the drawing, for example, only eighteen equal width, separate detection elements 3.1 ... 3.18 on, which can be referred to as pixels. The detection elements 3.1 ... 3.9 are pure silicon detectors with a respective Si semiconductor layer system as a single optical converter 3.1.A ... 3.9.a for optoelectronic conversion of diffracted light S in the wavelength range of 310 nm to 950 nm. Each of the optoelectronic transducers 3.1.A ... 3.9.a comprises in a known manner a p-doped Si layer and an n-doped Si layer and thus has its own pn junction. The detection elements 3.11 ... 3.18 on the other hand, they are pure indium gallium arsenide detectors with a respective InGaAs semiconductor layer system as a single optoelectronic transducer 3.11.B ... 3.18.B for optoelectronic conversion in the wavelength range from 1100 nm to 1680 nm and intermediate layers 3.11.A ... 3.18.A , for example made of silicon. The intermediate layers 3.11.A ... 3.18.A may be formed together from a continuous substrate or separately. Each of the optoelectronic transducers 3.11.B ... 3.18.B consists in a known manner of a p-doped InGaAs layer and an n-doped InGaAs layer and thus has its own pn junction.

Das Detektionselement 3.10, auf das beispielsweise der Wellenlängenbereich von 950 nm bis 1100 nm gebeugt wird, ist als Sandwich-Element mit zwei verschiedenen optoelektronischen Wandlern 3.10.A und 3.10.B ausgebildet. Der erste optoelektronischen Wandler 3.10.A ist ein Silizium-Schichtsystem mit einem p-n-Übergang wie in jedem Si-Wandler 3.1.A ... 3.9.A, der zweite optoelektronischen Wandler 3.10.B ist ein InGaAs-Schichtsystem mit einem p-n-Übergang wie in jedem der InGaAs-Wandler 3.11.B ... 3.18.B. Die beiden optoelektronischen Wandler 3.10.A und 3.10.B stellen zwei hintereinander angeordnete Photodioden dar, die simultan disjunkte Raumladungszonen ausbilden, so dass in jedem dieser Wandler simultan eine von dem jeweils anderen Wandler unabhängige optoelektronische Wandlung stattfinden kann. Die Detektionselemente 3.1 ... 3.10 mit jeweiligem Si-Wandler 3.1.A ... 3.10.A können als eine erste Detektorzeile A und die Detektionselemente 3.10 ... 3.18 mit jeweiligem InGaAs-Wandler 3.10.B ... 3.18.B als eine zweite Detektorzeile B angesehen werden, die einander im Bereich des Sandwich-Elementes geometrisch und spektral überlappen. Die Detektion im überlappenden Wellenlängenbereich (950 nm bis 1100 nm) erfolgt sowohl mit dem InGaAs-Detektor A als auch mit dem Si-Detektor B. Letzterer weist zwar ein geringeres Rauschen auf, besitzt aber im Gegenzug eine höhere Temperaturabhängigkeit als der InGaAs-Detektor A. The detection element 3.10 , to which, for example, the wavelength range of 950 nm to 1100 nm is diffracted, is a sandwich element with two different optoelectronic transducers 3.10.A and 3.10.B educated. The first optoelectronic converter 3.10.A is a silicon layer system with a pn junction as in any Si converter 3.1.A ... 3.9.a , the second optoelectronic transducer 3.10.B is an InGaAs layer system with a pn junction as in any of the InGaAs converters 3.11.B ... 3.18.B , The two optoelectronic converters 3.10.A and 3.10.B represent two successively arranged photodiodes that form simultaneously disjoint space charge zones, so that in each of these transducers can take place simultaneously independent of the other transducer optoelectronic conversion. The detection elements 3.1 ... 3.10 with respective Si converter 3.1.A ... 3.10.A may be considered a first detector row A and the detection elements 3.10 ... 3.18 with respective InGaAs converter 3.10.B ... 3.18.B be regarded as a second detector line B, which overlap each other geometrically and spectrally in the region of the sandwich element. The detection in the overlapping wavelength range (950 nm to 1100 nm) is carried out both with the InGaAs detector A and with the Si detector B. Although the latter has a lower noise, but in turn has a higher temperature dependence than the InGaAs detector A. ,

Der Träger 4 ist in der Abbildung nur angedeutet und weist beispielsweise vor den lichtempfindlichen Bereichen der Detektionselemente 3.p Ausnehmungen (nicht dargestellt) oder transparente Abschnitte (nicht dargestellt) auf. Der Übersicht halber sind in der Abbildung die Substrate der Detektionselemente 3.p – im gezeigten Fall Si-Substrate, auf denen die Si-Schichten 3.p.A angeordnet sind – nicht separat dargestellt.The carrier 4 is only indicated in the figure and points, for example, in front of the photosensitive areas of the detection elements 3.P Recesses (not shown) or transparent sections (not shown) on. For clarity, in the figure are the substrates of the detection elements 3.P - In the case shown Si substrates on which the Si layers 3.pA are arranged - not shown separately.

Der Langpassfilter 7 sperrt Licht L einer Wellenlänge von beispielsweise bis zu 300 nm und lässt Licht L einer Wellenlänge ab beispielsweise 310 nm nahezu vollständig zum Eintrittsspalt 1 passieren. Der Langpassfilter 8 lässt in dem am Gitter 2 gebeugten Licht S unterhalb einer Wellenlänge von beispielsweise 550 nm maximal beispielsweise 1% Transmission zum Detektor 3 zu und weist oberhalb von. beispielweise 590 nm mindestens beispielsweise 90% Durchlässigkeit auf. Die nicht zur Detektion genutzten Si-Zwischenschichten 3.11.A ... 3.18.A (ersatzweise eine durchgehendes Decksubstrat) vor den Schichten der optoelektronischen Wandler 3.11.B ... 3.18.B dienen als Filter zum Sperren höherer Beugungsordnungen (m ≥ 2).The longpass filter 7 blocks light L of a wavelength of, for example, up to 300 nm and allows light L of a wavelength from, for example, 310 nm almost completely to the entrance slit 1 happen. The longpass filter 8th lets in the grid 2 diffracted light S below a wavelength of, for example, 550 nm maximum, for example, 1% transmission to the detector 3 to and points above. for example, 590 nm at least, for example, 90% transmittance. The non-detection Si interlayers 3.11.A ... 3.18.A (Alternatively, a continuous cover substrate) in front of the layers of the optoelectronic transducer 3.11.B ... 3.18.B serve as filters for blocking higher diffraction orders (m ≥ 2).

Einen Überblick über das Schicksal der unterschiedlichen Wellenlängen λ des einfallenden Lichts L gibt die folgende Tabelle: λ Schicksal ≤ 300 nm Vorab durch Langpassfilter 7 entfernt. 310 bis 590 nm Absorption im Si-Detektor A ohne vorherige Filterung; Beugungsordnungen m ≥ 2 vorab durch Langpassfilter 7 entfernt. 590 bis 600 nm Absorption im Si-Detektor A mit oder ohne Langpassfilter 8 (Position der Filterkante); Beugungsordnungen m ≥ 2 vorab durch Langpassfilter 7 entfernt. 600 bis 950 nm Absorption im Si-Detektor A mit Langpassfilter 8; Beugungsordnungen m ≥ 2 vorab durch Langpassfilter 8 entfernt. 950 bis 1100 nm Absorption im Si-Detektor A und im InGaAs-Detektor B mit Langpassfilter 8; Beugungsordnungen m ≥ 2 vorab durch Langpassfilter 8 entfernt. 1100 bis 1680 nm Absorption im InGaAs-Detektor B; Beugungsordnungen m ≥ 2 vorab durch Si-Zwischenschichten 3.11.A ... 3.11B ausreichender Dicke entfernt. An overview of the fate of the different wavelengths λ of the incident light L is given in the following table: λ fate ≤ 300 nm First through long pass filter 7 away. 310 to 590 nm Absorption in Si detector A without prior filtering; Diffraction orders m ≥ 2 in advance by long-pass filter 7 away. 590 to 600 nm Absorption in Si detector A with or without long pass filter 8th (Position of the filter edge); Diffraction orders m ≥ 2 in advance by long-pass filter 7 away. 600 to 950 nm Absorption in Si detector A with long-pass filter 8th ; Diffraction orders m ≥ 2 in advance by long-pass filter 8th away. 950 to 1100 nm Absorption in Si detector A and in InGaAs detector B with long-pass filter 8th ; Diffraction orders m ≥ 2 in advance by long-pass filter 8th away. 1100 to 1680 nm Absorption in the InGaAs detector B; Diffraction orders m ≥ 2 in advance by Si intermediate layers 3.11.A ... 3.11b sufficient thickness removed.

Die elektrischen Signale der Detektionselemente 3.p (p = 1 ... 18), die der Steuer- und Auswerteeinheit 5 bei Detektion von Licht der Energie W zugeführt werden, seien Ui,p = Di,p(T)·W(λp), wobei im vorliegenden Beispiel für p = 1 ... 9 gilt i = A; für p = 10 gilt i = A oder i = B und für p = 11 ... 18 gilt i = B. Der Detektor 3 gibt also 19 elektrische Signale Ui,p ab.The electrical signals of the detection elements 3.P (p = 1 ... 18), that of the control and evaluation unit 5 be supplied to the energy W upon detection of light, are U i, p = D i, p (T) x W (λ p ), in the present example, for p = 1 ... 9, i = A; for p = 10, i = A or i = B, and for p = 11 ... 18, i = B. The detector 3 So there are 19 electrical signals U i, p from.

Dabei ist Di,p(T) die spektrale Empfindlichkeit der optoelektronischen Wandler 3.p.i in den jeweiligen auf sie gebeugten Wellenlängenbereichen λp in Abhängigkeit der Temperatur des betreffenden optoelektronischen Wandlers 3.p.i. Sie muss vor Verwendung des Spektrometers 10 bei mehreren (mindestens zwei) Temperaturen Tk im vorgesehenen Betriebstemperaturbereich mit monochromatischem Licht bekannter Leistung in einem sogenannten Kalibrierdurchgang ermittelt werden. Die Empfindlichkeit bei beliebigen dazwischenliegenden Temperaturen kann beispielsweise durch lineare Interpolation auf bekannte Weise berechnet werden. Alternativ kann mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung (engl. „fitting”) auf bekannte Weise eine parametrisierte Modellfunktion an die gemessenen Temperaturwerte Tk angepasst werden, beispielsweise durch Ermittlung der kleinsten Abweichungsquadrate.In this case, D i, p (T) is the spectral sensitivity of the optoelectronic transducers 3.pi λ in the diffracted on them wavelength ranges p depending on the temperature of the optoelectronic converter concerned 3.pi , It must be before using the spectrometer 10 be determined at a plurality of (at least two) temperatures T k in the intended operating temperature range with monochromatic light of known power in a so-called calibration passage. The sensitivity at any Intermediate temperatures can be calculated, for example, by linear interpolation in a known manner. Alternatively, a parameterized model function can be adapted to the measured temperature values T k by means of a mathematical compensation calculation in a known manner, for example by determining the smallest deviation squares.

Für die zwei optoelektronischen Wandler 3.10.A und 3.10.B des Sandwich-Elements 3.10 ist die eingestrahlte Lichtenergie W(λ10) identisch, so dass für das Verhältnis der Signale Ui,p bei einer aktuellen Temperatur TD der beiden optoelektronischen Wandler gilt:

Figure 00140001
For the two optoelectronic converters 3.10.A and 3.10.B of the sandwich element 3.10 the irradiated light energy W (λ 10 ) is identical, so that for the ratio of the signals U i, p at a current temperature T D of the two optoelectronic converters:
Figure 00140001

Aus diesem Verhältnis der aktuellen Signalwerte UA,10/UB,10 kann anhand der spektralen Empfindlichkeitsfunktionen Di,10(T) ein aktueller Temperaturwert TD für das Detektorelement 3.10 ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise aus den spektralen Empfindlichkeitsfunktionen Di,10(T) die Quotientenfunktion q10(T) gebildet werden:

Figure 00140002
From this ratio of the current signal values U A, 10 / U B, 10 , an actual temperature value T D for the detector element can be determined on the basis of the spectral sensitivity functions D i, 10 (T) 3.10 be determined. For this purpose, for example , the quotient function q 10 (T) can be formed from the spectral sensitivity functions D i, 10 (T):
Figure 00140002

Mittels der aus der Quotientenfunktion q10(T) zu bestimmenden Umkehrfunktion q10 –1 kann dann der aktuelle Temperaturwert TD berechnet werden:

Figure 00140003
By means of the inverse function q 10 -1 to be determined from the quotient function q 10 (T), the current temperature value T D can then be calculated:
Figure 00140003

Alternativ können aus den spektralen Empfindlichkeitsfunktionen Di,p(T) Umkehrfunktionen Di,p –1 ermittelt werden und daraus anhand des Verhältnisses der Signalwerte UA,10 und UB,10 der aktuelle Temperaturwert TD ermittelt werden.Alternatively, reversal functions D i, p -1 can be determined from the spectral sensitivity functions D i, p (T) and the current temperature value T D can be determined on the basis of the ratio of the signal values U A, 10 and U B, 10 .

Anhand des aktuellen Temperaturwerts TD und der vorab ermittelten spektralen Empfindlichkeitsfunktionen Di,p(T) können temperaturabhängige Schwankungen der elektrischen Signale Ui,p aller Detektionselemente 3.p.i kompensiert werden. Zur Ermittlung der tatsächlichen momentanen Lichtleistung im Wellenlängenbereich λ ≤ 1100 nm werden von der Steuer- und Auswerteeinheit 5 wegen des geringeren Rauschens beispielsweise ausschließlich die Signale UA,p der Si-Wandler 3.1.A ... 3.10.A herangezogen und gemäß der jeweiligen spektralen Empfindlichkeitsfunktionen DA,p(T) temperaturabhängig normiert und über eine Schnittstelle ausgegeben:

Figure 00150001
On the basis of the current temperature value T D and the previously determined spectral sensitivity functions D i, p (T), temperature-dependent fluctuations of the electrical signals U i, p of all the detection elements 3.pi be compensated. To determine the actual momentary light power in the wavelength range λ ≤ 1100 nm are from the control and evaluation 5 because of the lower noise, for example, only the signals U A, p of the Si converter 3.1.A ... 3.10.A used and standardized according to the respective spectral sensitivity functions D A, p (T) temperature-dependent and output via an interface:
Figure 00150001

Die Temperaturermittlung über das Verhältnis der elektrischen Signale Ui,p im überlappenden Wellenlängenbereich hat gegenüber einer Temperaturmessung mit einem herkömmlichen, außen auf den Detektor 3 aufgebrachten separaten Temperatursensor 6.1 den Vorteil, dass nicht die Oberflächentemperatur des Trägers 4, sondern vielmehr die über die beiden optoelektronischen Wandler 3.10.A und 3.10.B gemittelte Temperatur T des eigentlichen Detektionselementes 3.10 ermittelt wird und so Einflüsse durch Temperaturgradienten (ungleichmäßige Erwärmung beispielsweise aufgrund von Wärmeleitung) minimiert sind. Der Temperatureinfluss auf die spektrale Empfindlichkeit des InGaAs-Detektors am langwelligen Ende λmax kann zusätzlich entweder mit einem externen Temperatursensor 6.2 möglichst nahe an der detektierenden Halbleiterschicht oder durch die oben ermittelte aktuelle Detektortemperatur TD (die allerdings exakt nur in der Mitte des Detektors 3 herrscht) kompensiert werden. Welche einzelne Kompensationsmöglichkeit oder eine Kombination aus beiden am besten wirkt, hängt von den thermischen Verhältnissen im Spektrometer 10 ab, insbesondere davon, wo die geringsten Temperaturgradienten bestehen. Der Fachmann ist in der Lage, in Kenntnis der thermischen Verhältnisse zu entscheiden, welche Art der Kompensation jeweils die genaueste Messung bewirkt.The temperature determination on the ratio of the electrical signals U i, p in the overlapping wavelength range has compared to a temperature measurement with a conventional, on the outside of the detector 3 applied separate temperature sensor 6.1 the advantage that does not affect the surface temperature of the wearer 4 but rather the two optoelectronic transducers 3.10.A and 3.10.B averaged temperature T of the actual detection element 3.10 is determined and thus influences by temperature gradients (non-uniform heating, for example, due to heat conduction) are minimized. The temperature influence on the spectral sensitivity of the InGaAs detector at the long-wave end λ max can additionally be determined either with an external temperature sensor 6.2 as close as possible to the detecting semiconductor layer or by the current detected detector temperature T D (which, however, exactly only in the middle of the detector 3 prevails) are compensated. Which single compensation option or a combination of both works best depends on the thermal conditions in the spectrometer 10 especially where the lowest temperature gradients exist. The person skilled in the art is able to decide, with regard to the thermal conditions, which type of compensation causes the most accurate measurement in each case.

In realen Ausführungsformen (nicht abgebildet) weist der Detektor 3 beispielsweise insgesamt 256 (p = 1 ... 256) Detektionselemente auf. Auch andere Anzahlen sind möglich. Die obigen Betrachtungen gelten entsprechend. Im überlappenden Wellenlängenbereich der Detektoren A und B liegen dann mehrere Detektionselemente (Pixel), von denen mindestens eines wie zuvor beschrieben ein Sandwich-Element ist. Es können alternativ auch mehrere Detektionselemente 3.p als Sandwich-Elemente ausgebildet sein, insbesondere im Bereich der überlappenden Detektionsbereiche der unterschiedlichen Detektortypen.In real embodiments (not shown), the detector has 3 for example, a total of 256 (p = 1 ... 256) detection elements. Other numbers are possible. The above considerations apply accordingly. In the overlapping wavelength range of the detectors A and B then there are several detection elements (pixels), of which at least one as described above is a sandwich element. Alternatively, several detection elements can be used 3.P be designed as sandwich elements, in particular in the region of overlapping detection areas of the different detector types.

Allgemein gilt für das Verhältnis der elektrischen Signale UA,p und UB,p der optoelektronischen Wandler 3.p.A und 3.p.B eines Sandwich-Detektionselementes 3.p:

Figure 00160001
Generally applies to the ratio of the electrical signals U A, P and U B, p of the optoelectronic transducer 3.pA and 3.pB a sandwich detection element 3.P :
Figure 00160001

Weist der Detektor 3 mehrere Sandwich-Elemente auf, kann für mehrere davon, insbesondere für jedes davon, ein eigener Temperaturwert TD ermittelt werden. Um den Einfluss von Rauschen des InGaAs-Wandlers auf den aus den unterschiedlichen optoelektronischen Wandlern ermittelten Temperaturwert TD zu vermindern, kann ein zusammengefasster Temperaturwert TD aus den Signalen mehrerer Sandwich-Elementen im überlappenden Spektralbereich ermittelt werden. So kann eine Glättung der ermittelten Temperatur erfolgen, beispielsweise durch gleitende Mittelwertbildung mit einer vorgegebenen Zeitkonstante. Dies kann beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinheit 7 geschehen.Indicates the detector 3 a plurality of sandwich elements, a separate temperature value T D can be determined for several of them, in particular for each of them. In order to reduce the influence of noise of the InGaAs converter on the temperature value T D determined from the different optoelectronic converters, a combined temperature value T D can be determined from the signals of several sandwich elements in the overlapping spectral range. Thus, a smoothing of the determined temperature can be carried out, for example by moving averaging with a predetermined time constant. This can be done, for example, in the control and evaluation unit 7 happen.

2 zeigt ein optisches Mehrkanal-Spektrometer 10 mit einem spektralen Detektionsbereich von λmin = 400 nm bis λmax = 1680 nm, das ausschließlich die erste Beugungsordnung (m = 1) und die zweite Beugungsordnung (m = 2) des einfallenden Lichts L detektiert. Der Aufbau des Spektrometers 10 entspricht im wesentlichem dem in 1 gezeigten Gerät, jedoch ist die gesamte lichtempfindliche Fläche des Detektors 3 in Sandwich-Struktur ausgeführt. Auch hier weist der Detektor 3 rein der Übersicht halber nur achtzehn Detektionselemente 3.1 ... 3.18 auf. Alle achtzehn Detektionselemente 3.p (p = 1 ... 18) weisen jeweils zwei optoelektronische Wandler 3.p.i (i = A, B) auf. Es handelt sich beispielsweise bei den ersten optoelektronischen Wandlern 3.p.A jeweils um eine Si-Schicht mit einem ersten p-n-Übergang und bei den zweiten optoelektronischen Wandlern 3.p.A um eine Indium-Gallium-Arsenid-Schicht mit einem zweiten p-n-Übergang, deren elektrische Signale auf bekannte Weise der Steuer- und Auswerteeinheit 5 zugeführt werden. 2 shows a multi-channel optical spectrometer 10 with a spectral detection range of λ min = 400 nm to λ max = 1680 nm, which detects only the first diffraction order (m = 1) and the second diffraction order (m = 2) of the incident light L. The construction of the spectrometer 10 is essentially the same as in 1 shown device, however, is the entire photosensitive surface of the detector 3 executed in sandwich structure. Again, the detector points 3 purely for the sake of clarity only eighteen detection elements 3.1 ... 3.18 on. All eighteen detection elements 3.P (p = 1 ... 18) each have two optoelectronic transducers 3.pi (i = A, B). These are, for example, the first optoelectronic transducers 3.pA in each case around an Si layer with a first pn junction and in the second optoelectronic transducers 3.pA to an indium-gallium arsenide layer with a second pn junction, whose electrical signals in a known manner the control and evaluation 5 be supplied.

Beispielhaft sind die ersten optoelektronischen Wandler 3.p.A alle in einer ersten Ebene und die zweiten optoelektronischen Wandler 3.p.B alle in einer zweiten Ebene angeordnet. Die zweiten optoelektronischen Wandler 3.p.B sind weiter von dem Beugungsgitter 2 entfernt als die ersten optoelektronischen Wandler 3.p.A und damit auf der vom Beugungsgitter 2 abgewandten Seite der ersten optoelektronischen Wandler 3.p.A angeordnet. Die Gesamtheit der ersten optoelektronischen Wandler 3.p.A der Detektionselemente 3.p kann als erster Zeilen-Detektor A (hier aus Si) und die Gesamtheit der zweiten optoelektronischen Wandler 3.p.B als zweiter Zeilen-Detektor B (hier aus InGaAs) angesehen werden. Detektor B liegt längs der Einfallsrichtung des gebeugten Lichts S hinter Detektor A.Exemplary are the first optoelectronic transducers 3.pA all in a first level and the second optoelectronic transducers 3.pB all arranged in a second level. The second optoelectronic transducers 3.pB are further from the diffraction grating 2 removed as the first optoelectronic transducers 3.pA and on the diffraction grating 2 opposite side of the first opto-electronic converter 3.pA arranged. The entirety of the first optoelectronic transducers 3.pA the detection elements 3.P can be used as the first line detector A (here Si) and the entirety of the second optoelectronic converter 3.pB be considered as a second line detector B (here InGaAs). Detector B is located along the direction of incidence of the diffracted light S behind detector A.

Über einer Teilfläche des Detektors 3 ab einer Wellenlänge von beispielsweise m·λ = (1165 ± 5) nm befindet sich ein Langpassfilter 8, der von gebeugtem Licht S bis zu einer Wellenlänge von beispielsweise λ = 560 nm maximal beispielsweise 1% und ab einer Wellenlänge von beispielsweise λ = 580 nm mindestens beispielweise 90% passieren lässt. Der Langpassfilter 8 ist unmittelbar auf der genannten Teilfläche des Detektors aufgebracht. In alternativen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann er auf einem separaten Träger, beispielsweise aus Glas, angeordnet sein. Die Dicke des Träges ist dann zweckmäßigerweise so abgestimmt, das die Fokallinie der zweiten Beugungsordnung (längere Wellenlängen) nach hinten in Richtung der InGaAs-Wandler 3.p.B verschoben sind und dadurch zumindest teilweise die bezüglich des Beugungsgitters 2 unterschiedlichen Detektorpositionen ausgleichen. Die Fokallinie, welche die Linie des besten Fokus des Beugungsgitters 2 darstellt, ist im allgemeinen keine Gerade. Die Position und Orientierung des ebenen Detektors 3 ist daher zweckmäßigerweise im geringstem Abstand an die Fokallinie angepasst (geringster Abstand in den Teilbereichen mit der höchsten Forderung an die spektrale Auflösung). Vor dem Eintrittsspalt 1 ist ein Langpassfilter 7 angeordnet, der Wellenlängen bis beispielsweise λ = 390 nm im wesentlichen sperrt und Wellenlängen ab beispielsweise λ = 400 nm nahezu vollständig passieren lässt. Wellenlängen mit λ ≤ 390 nm brauchen daher nachfolgend nicht beachtet zu werden.Over a partial area of the detector 3 from a wavelength of for example m · λ = (1165 ± 5) nm, there is a long-pass filter 8th which allows at least for example 1% of diffracted light S up to a wavelength of, for example, λ = 560 nm and at least for example 90% at a wavelength of, for example, λ = 580 nm. The longpass filter 8th is applied directly on said subarea of the detector. In alternative embodiments (not shown), it may be arranged on a separate support, for example made of glass. The thickness of the support is then suitably adjusted so that the focal line of the second diffraction order (longer wavelengths) to the rear in the direction of the InGaAs converter 3.pB are shifted and thereby at least partially with respect to the diffraction grating 2 compensate for different detector positions. The focal line representing the line of the best focus of the diffraction grating 2 is generally not a straight line. The position and orientation of the planar detector 3 Therefore, it is expediently adapted to the focal line at the smallest distance (smallest distance in the subregions with the highest requirement for the spectral resolution). In front of the entrance slit 1 is a longpass filter 7 arranged, the wavelengths to, for example, λ = 390 nm substantially blocks and Wavelengths from, for example, λ = 400 nm almost completely pass. Wavelengths with λ ≤ 390 nm therefore need not be considered below.

Kurzwelliges Licht S der zweiten Beugungsordnung (m = 2) mit Wellenlängen zwischen λ = 400 nm und λ = 840 nm, also m·λ = 800 nm bis m·λ = 1680 nm, wird vorwiegend im ersten Zeilen-Detektor A absorbiert, der daraus auf bekannte Weise elektrische Signale UA,p erzeugt, und damit vom zweiten Zeilen-Detektor B ferngehalten. Langwelliges Licht der ersten Beugungsordnung (m = 1) mit Wellenlängen zwischen λ = 800 nm und λ = 1680 nm wird vom ersten Zeilen-Detektor A nicht oder nur wenig absorbiert und damit nahezu vollständig zum zweiten Zeilen-Detektor B durchgelassen, der daraus auf bekannte Weise elektrische Signale UB,p erzeugt.Short-wave light S of the second order of diffraction (m = 2) with wavelengths between λ = 400 nm and λ = 840 nm, ie m · λ = 800 nm to m · λ = 1680 nm, is absorbed predominantly in the first line detector A, which from this in a known manner electrical signals U A, P generated, and thus kept away from the second line detector B. Long-wave light of the first diffraction order (m = 1) with wavelengths between λ = 800 nm and λ = 1680 nm is not or only slightly absorbed by the first line detector A and thus almost completely transmitted to the second line detector B, the resulting known Way electrical signals U B, p generated.

Mit dem prinzipiellen optischen Aufbau gemäß der in 2 skizzierten Ausführungsform können drei verschiedene Betriebsweisen realisiert werden:

  • 1. Herkömmliche polychromatische Messung von 400 nm bis 840 nm mit Si-Detektor und Langpassfilter.
  • 2. Herkömmliche polychromatische Messung von 800 nm bis 1680 nm mit InGaAs-Detektor.
  • 3. Erfindungsgemäße polychromatische Weitbereichsmessung von 400 nm bis 1680 nm.
With the basic optical structure according to the in 2 sketched embodiment, three different modes of operation can be realized:
  • 1. Conventional polychromatic measurement from 400 nm to 840 nm with Si detector and long pass filter.
  • 2. Conventional polychromatic measurement from 800 nm to 1680 nm with InGaAs detector.
  • 3. Polychromatic long-range measurement according to the invention from 400 nm to 1680 nm.

Die höheren Beugungsordnungen (m ≥ 3) werden im Spektrometer 10 durch die Langpassfilter 7 und 8 unterdrückt: Beugungsordnung M = 1 m = 2 m = 3 Detektion (Absorption) Vorwiegend in InGaAs (Zeilen-Detektor B) vorwiegend in Si (Zeilen-Detektor A) keine ohne Filter 800 ... 1160 nm 400 ... 580 nm bis 390 nm wegen Filterkante, Filter 8 vorhanden oder nicht 1160 ... 1170 nm 580 ... 585 nm Langpassfilter 7 Langpassfilter 8 Sperrung bis 560 nm, Durchlass ab 580 nm 1170 ... 1680 nm 585 ... 840 nm 390...560 nm wegen Langpassfilter 8 The higher diffraction orders (m ≥ 3) are in the spectrometer 10 through the longpass filter 7 and 8th suppressed: diffraction order M = 1 m = 2 m = 3 Detection (absorption) Mainly in InGaAs (line detector B) predominantly in Si (line detector A) none without filter 800 ... 1160 nm 400 ... 580 nm to 390 nm because of Filter edge, filter 8th present or not 1160 ... 1170 nm 580 ... 585 nm Long-pass filter 7 Long-pass filter 8th Blocking up to 560 nm, passage from 580 nm 1170 ... 1680 nm 585 ... 840 nm 390 ... 560 nm due to long-pass filter 8th

Die erste Beugungsordnung des Spektralbandes von 800 nm bis 1680 nm wird also simultan zur zweiten Beugungsordnung des Spektralbandes von 400 nm bis 840 nm auf den Detektor 3 geleitet. Die Auswerteeinheit 5 verarbeitet beispielsweise das elektrische Signal UA,1 des optoelektronischen Wandlers 3.1.A des Detektionselementes 3.1 als rohes Signal für die absorbierte Energie in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 424,4 nm und das elektrische Signal UB,1 des optoelektronischen Wandlers 3.1.B desselben Detektionselementes 3.1 als rohes Signal für die absorbierte Energie in dem Wellenlängenbereich 800 nm bis 848,8 nm. Für die anderen Detektionselemente gilt entsprechendes, soweit kürzere Wellenlängen nicht durch den Langpassfilter 8 unterdrückt werden. Durch die derartige doppelte Nutzung der Detektionselemente ist das spektrale Auflösungsvermögen näherungsweise doppelt so groß wie das der in 1 dargestellten Ausführungsform.The first diffraction order of the spectral band from 800 nm to 1680 nm thus becomes simultaneous with the second diffraction order of the spectral band from 400 nm to 840 nm onto the detector 3 directed. The evaluation unit 5 processed, for example, the electric signal U A, 1 of the optoelectronic converter 3.1.A of the detection element 3.1 as a raw signal for the absorbed energy in the wavelength range of 400 nm to 424.4 nm and the electrical signal U B, 1 of the optoelectronic transducer 3.1.B the same detection element 3.1 as a raw signal for the absorbed energy in the wavelength range 800 nm to 848.8 nm. For the other detection elements corresponding, so far shorter wavelengths does not apply through the long-pass filter 8th be suppressed. Due to such dual use of the detection elements, the spectral resolution is approximately twice as large as that in 1 illustrated embodiment.

Die in den Beugungsordnungen m1 = 1 und m2 = 2 bei einer über den Detektor 3 hinweg einheitlichen Temperatur TD absorbierte Lichtenergie W(λp/mj) kann anhand der aufgenommenen Detektorsignale Ui,p (i = A, B) aus folgendem Gleichungssystem ermittelt werden:

Figure 00190001
The in the diffraction orders m 1 2 = 1 and m = 2 at an over the detector 3 uniform temperature T D absorbed light energy W (λ p / m j ) can be determined on the basis of the recorded detector signals U i, p (i = A, B) from the following system of equations:
Figure 00190001

Dabei ist Di,j,p(T) die spektrale Empfindlichkeit der optoelektronischen Wandler 3.p.i bei der ihnen zugeordneten Wellenlänge λp/mj. in Abhängigkeit der Temperatur des betreffenden optoelektronischen Wandlers 3.p.i. Sie muss vor Verwendung des Spektrometers 10 bei mehreren (mindestens zwei) Temperaturen Tk im vorgesehenen Betriebstemperaturbereich mit monochromatischem Licht bekannter Leistung in einem sogenannten Kalibrierdurchgang ermittelt werden:

Figure 00200001
D i, j, p (T) is the spectral sensitivity of the optoelectronic transducers 3.pi at their associated wavelength λ p / m j . depending on the temperature of the relevant optoelectronic transducer 3.pi , It must be before using the spectrometer 10 be determined at a plurality of (at least two) temperatures T k in the intended operating temperature range with monochromatic light of known power in a so-called calibration cycle:
Figure 00200001

Die spektrale Empfindlichkeit bei beliebigen dazwischenliegenden Temperaturen kann beispielsweise durch lineare Interpolation auf bekannte Weise berechnet werden. Alternativ kann mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung (engl. „fitting”) auf bekannte Weise eine parametrisierte Modellfunktion an die gemessenen Temperaturwerte Tk angepasst werden, beispielsweise durch Ermittlung der kleinsten Abweichungsquadrate.The spectral sensitivity at any intervening temperatures can be calculated, for example, by linear interpolation in a known manner. Alternatively, a parameterized model function can be adapted to the measured temperature values T k by means of a mathematical compensation calculation in a known manner, for example by determining the smallest deviation squares.

Die Temperaturabhängigkeit der von den Detektionselementen 3.p.i gemessenen Signale Ui,p kann wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch Normierung mit der spektralen Empfindlichkeit Di,j,p(TD,p) der Detektionselemente 3.p.i anhand deren aktueller Temperatur TD,p kompensiert werden. Konkret gelingt das auf zweierlei Weise:
Wenn, wie in 2 der Fall, mindestens ein erster separater Temperatursensor 6.1, vorzugsweise noch ein zweiter separater Temperatursensor 6.2, am Detektor 3 existiert, können die eine oder die mehreren damit gemessenen Temperaturen T1 (und gegebenenfalls T2) als aktuelle Detektortemperatur TD,p verwendet werden, um die Temperaturabhängigkeit der spektralen Empfindlichkeit Di,j,p(T) der optoelektronischen Wandler 3.p.i zu kompensieren. Wenn zwei separate Temperatursensoren 6.1 und 6.2 an den Enden des Detektors 3 angeordnet sind, kann die Temperatur TD,p des jeweiligen Detektionselementes 3.p beispielsweise anhand dessen Entfernung zu den Temperatursensoren 6 durch Interpolation zwischen den gemessenen Temperaturen T1 und T2 berechnet werden.
The temperature dependence of the detection elements 3.pi measured signals U i, p , as in the embodiment according to 1 by normalization with the spectral sensitivity of D i, j, p (T D, p) of the detection elements 3.pi based on their current temperature T D, p are compensated. Specifically, this succeeds in two ways:
If, as in 2 the case, at least a first separate temperature sensor 6.1 , preferably a second separate temperature sensor 6.2 , at the detector 3 the one or more temperatures T 1 (and optionally T 2 ) measured therewith may be used as the current detector temperature T D, p to determine the temperature dependence of the spectral sensitivity D i, j, p (T) of the optoelectronic transducers 3.pi to compensate. If two separate temperature sensors 6.1 and 6.2 at the ends of the detector 3 are arranged, the temperature T D, p of the respective detection element 3.P for example, by its distance to the temperature sensors 6 be calculated by interpolation between the measured temperatures T 1 and T 2 .

Auch ohne separate Temperatursensoren 6 kann – unter der Annahme oder der tatsächlichen Voraussetzung, dass entlang des Detektors 3 kein Temperaturgradient, sondern eine für alle optoelektronischen Wandler 3.p.i gleiche Temperatur TD vorliegt – diese Temperatur TD beispielsweise aus vier Detektorsignalen Ui,p bei zwei verschiedenen Wellenlängen λa und λb ermittelt werden. Wenn beispielsweise λb = k·λa gewählt wird, wobei k = m2:m1 der Quotient der beiden zu detektierenden Beugungsordnungen ist, hier beispielsweise m1 = 1, m2 = 2 und damit k = 2:1 = 2, kann zu diesem Zweck folgendes Gleichungssystem mit den vier unbekannten W(λa/k), W(λa), W(k·λa) und TD gelöst werden:

Figure 00210001
Even without separate temperature sensors 6 can - assuming or the actual requirement that along the detector 3 no temperature gradient, but one for all optoelectronic converters 3.pi same temperature T D is present - this temperature T D, for example, four detector signals U i, p are determined at two different wavelengths λ a and λ b . If, for example, λ b = k · λ a is selected, where k = m 2 : m 1 is the quotient of the two diffraction orders to be detected, here, for example, m 1 = 1, m 2 = 2 and thus k = 2: 1 = 2, For this purpose, the following equation system with the four unknown W (λ a / k), W (λ a ), W (k * λ a ) and T D can be solved:
Figure 00210001

Zu diesem Zweck kann das Gleichungssystem zunächst vereinfacht werden. Die Ermittlung von TD kann dann beispielsweise mittels der Umkehrfunktionen Di,j,p –1(T) erfolgen. Alternativ können beispielsweise Nachschlagetabellen (engl. „look-up tables”; LUT) zur Ermittlung von TD verwendet werden.For this purpose, the system of equations can be simplified at first. The determination of T D can then take place, for example, by means of the inverse functions D i, j, p -1 (T). Alternatively, for example, look-up tables (LUT) may be used to determine T D.

Um eine einheitliche Temperaturverteilung über alle optoelektronischen Wandler 3.p.i weitgehend sicherzustellen, kann der Detektor 3 vorteilhafterweise von der Umgebung thermisch isoliert werden.To achieve a uniform temperature distribution across all optoelectronic converters 3.pi To a large extent, the detector can ensure 3 advantageously be thermally isolated from the environment.

Aus der erfindungsgemäß ermittelten mittleren Temperatur TD des Detektors 3 und den Messwerten T1, T2 der externen Temperatursensoren 6.1, 6.2 kann bei Vorliegen eines Temperaturgradienten entlang des Detektors 3 die Temperatur TD,p jedes einzelnen Detektorelements bestimmt werden und zur Korrektur dessen spektraler Empfindlichkeiten Di,j,p(T) herangezogen werden.From the inventively determined average temperature T D of the detector 3 and the measured values T 1 , T 2 of the external temperature sensors 6.1 . 6.2 may occur in the presence of a temperature gradient along the detector 3 the temperature T D, p of each individual detector element are determined and used to correct its spectral sensitivities D i, j, p (T).

In realen Ausführungsformen (nicht abgebildet) weist der Detektor 3 beispielsweise insgesamt 256 Detektionselemente auf. Auch andere Anzahlen sind möglich, ebenso andere spektrale Detektionsbereiche. Die obigen Betrachtungen gelten entsprechend.In real embodiments (not shown), the detector has 3 For example, a total of 256 detection elements. Other numbers are possible as well as other spectral detection ranges. The above considerations apply accordingly.

Sofern die Detektionselemente 3.p drei oder mehr optoelektronische Wandler 3.p.i mit paarweise unterschiedlichen spektralen Detektionsbereichen aufweisen und eine entsprechende Anzahl von Signalen Ui,p (i = A, B, C, ...) abgeben, kann das obige Gleichungssystem auf eine entsprechende Anzahl M ≥ 3 von simultan messbaren Beugungsordnungen erweitert werden. Allgemein kann das Gleichungssystem folgendermaßen formuliert werden:

Figure 00220001
Provided the detection elements 3.P three or more optoelectronic transducers 3.pi having pairs of different spectral detection ranges and output a corresponding number of signals U i, p (i = A, B, C, ...), the above equation system can be extended to a corresponding number M ≥ 3 of simultaneously measurable diffraction orders. In general, the equation system can be formulated as follows:
Figure 00220001

Zur Temperaturermittlung müssen im Fall von M = 3 dann drei verschiedene Wellenlängen an drei verschiedenen Detektionselementen verwendet werden.For temperature determination, in the case of M = 3, three different wavelengths must be used on three different detection elements.

In 3 ist die aus der Beugung von Wellenlängen λ des einfallenden Lichts L am Gitter 2 resultierende Strahlrichtung auf die Zeilen-Detektoren A und B eines Detektors 3 mit 256 Detektionselementen 3.p mit jeweils zwei optoelektronischen Wandlern 3.p.i grafisch dargestellt. Die Wirkung des Langpassfilters 8 ist dabei nicht berücksichtigt.In 3 is the result of the diffraction of wavelengths λ of the incident light L at the grating 2 resulting beam direction on the line detectors A and B of a detector 3 with 256 detection elements 3.P each with two optoelectronic transducers 3.pi shown graphically. The effect of the long-pass filter 8th is not taken into account.

Es ist in allen Ausführungsformen möglich, die Steuer- und Auswerteeinheit 5 außerhalb des Spektrometers 10 anzuordnen, beispielsweise in einem anderen architektonischen Raum.It is possible in all embodiments, the control and evaluation 5 outside the spectrometer 10 to arrange, for example, in another architectural space.

In allen Ausführungsformen der Erfindung können die Berechnungen zur Ermittlung des Temperaturwerts TD sofort nach der der Messung der elektrischen Signale Ui,p oder mit zeitlichem Abstand davon vorgenommen werden. In beiden Fällen können sie in der internen Steuer- und Auswerteeinheit 5 oder in räumlichem Abstand vom Spektrometer 10 in einer externen Auswerteeinheit (nicht abgebildet) durchgeführt werden. Zu diesem Zweck können die rohen (unkompensierten) Signalwerte Ui,p gespeichert und/oder über eine Schnittstelle ausgegeben werden.In all embodiments of the invention, the calculations for determining the temperature value T D can be made immediately after the measurement of the electrical signals U i, p or with a time interval thereof. In both cases, they can be used in the internal control and evaluation unit 5 or at a distance from the spectrometer 10 in an external evaluation unit (not shown). For this purpose, the raw (uncompensated) signal values U i, p can be stored and / or output via an interface.

In allen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kompensation von Temperaturschwankungen sofort nach der der Messung der elektrischen Signale Ui,p oder in zeitlichem Abstand davon erfolgen. In beiden Fällen können sie in der internen Steuer- und Auswerteeinheit 5 oder in räumlichem Abstand vom Spektrometer 10 in einer externen Auswerteeinheit (nicht abgebildet) durchgeführt werden. Zu diesem Zweck können die rohen (unkompensierten) Signalwerte Ui,p und/oder bereits ermittelte Temperaturwerte TD gespeichert und/oder über eine Schnittstelle ausgegeben werden. Dadurch kann die zu speichernde und/oder übertragende Datenmenge minimiert werden.In all embodiments of the invention, the compensation of temperature fluctuations can take place immediately after the measurement of the electrical signals U i, p or in temporal distance thereof. In both cases, they can be used in the internal control and evaluation unit 5 or at a distance from the spectrometer 10 in an external evaluation unit (not shown). For this purpose, the raw (uncompensated) signal values U i, p and / or already determined temperature values T D can be stored and / or output via an interface. As a result, the amount of data to be stored and / or transmitted can be minimized.

In allen Ausführungsführungsformen kann der Detektor 3 eine zweidimensionale Verteilung von Detektionselementen 3.pxy aufweisen, vorzugsweise in Form rechtwinklig zu einander angeordneter Zeilen und Spalten. In solchen Ausführungsformen kann ein einzelnes Detektionselement 3.pxy als Sandwich-Element ausgebildet sein, während alle anderen Detektionselemente nur einen spektralen Detektionsbereich aufweisen. Alternativ kann eine echte Untermenge der Detektionselemente 3.pxy als Sandwich-Element ausgebildet sein, während alle anderen Detektionselemente nur einen spektralen Detektionsbereich aufweisen. Alternativ können alle Detektionselemente 3.pxy als Sandwich-Element ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Detektor 3 256 × 256 Detektionselemente 3.pxy umfassen, die alle zwei- oder mehr hintereinander angeordnete optoelektronische Wandler aufweisen.In all embodiments, the detector 3 a two-dimensional distribution of detection elements 3.pxy have, preferably in the form of perpendicular to each other arranged rows and columns. In such embodiments, a single detection element 3.pxy be designed as a sandwich element, while all other detection elements have only one spectral detection range. Alternatively, a true subset of the detection elements 3.pxy be designed as a sandwich element, while all other detection elements have only one spectral detection range. Alternatively, all detection elements 3.pxy be designed as a sandwich element. For example, a detector 3 256 × 256 detection elements 3.pxy comprising all two or more successively arranged optoelectronic transducers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Eintrittsspaltentrance slit
22
Beugungsgitterdiffraction grating
33
Detektordetector
3.p3.P
Detektionselement (p = 1 ... 18)Detection element (p = 1 ... 18)
3.p.i 3.pi
Optoelektronischer Wandler (i = A, B)Optoelectronic converter (i = A, B)
44
Trägercarrier
55
Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
66
Temperatursensortemperature sensor
77
LangpassfilterLong-pass filter
88th
LangpassfilterLong-pass filter
99
Gehäusecasing
1010
Spektrometerspectrometer
LL
Einfallendes LichtIncident light
SS
Gebeugtes LichtBent light
T1,2 T 1,2
Temperatursignaletemperature signals
Ui,p U i, p
Photoelektrische SignalePhotoelectric signals
λmin λ min
Untere GrenzwellenlängeLower limit wavelength
λmax λ max
Obere GrenzwellenlängeUpper limit wavelength
AA
Zeilen-DetektorSlice detector
BB
Zeilen-DetektorSlice detector

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10010213 A1 [0003] DE 10010213 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Abhay M. Joshi et al.: „Monolithic InGaAs-on-silicon Short Wave Infrared Detector Arrays” in Imaging and Spectroscopy SPIE Vol. 2999, 211–224, 1997 [0020] Abhay M. Joshi et al .: "Monolithic InGaAs-on-silicon Short Wave Infrared Detector Arrays" in Imaging and Spectroscopy SPIE Vol. 2999, 211-224, 1997 [0020]

Claims (15)

Optisches Spektrometer (10) mit einem Gehäuse (9), das einen Eintrittsspalt (1) aufweist, einem Beugungsgitter (2) und einem ortsauflösenden Detektor (3) mit mehreren optoelektronischen Detektionselementen (3.p), wobei das Beugungsgitter Licht (L), dass durch den Eintrittsspalt (1) in das Gehäuse (9) fällt, wellenlängenabhängig in Richtung unterschiedlicher Detektionselemente (3.p) beugt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Detektionselemente (3.10) zwei optoelektronische Wandler (3.10.A, 3.10.B) aufweist, die zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche – eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen, – separate elektrische Signale (UA,10, UB,10) abgeben und – längs einer Einfallsrichtung des gebeugten Lichts (S) auf den Detektor (3) hintereinander angeordnet sind.Optical spectrometer ( 10 ) with a housing ( 9 ), which has an entrance slit ( 1 ), a diffraction grating ( 2 ) and a spatially resolving detector ( 3 ) with a plurality of optoelectronic detection elements ( 3.P ), wherein the diffraction grating light (L), that through the entrance slit ( 1 ) in the housing ( 9 ), depending on the wavelength in the direction of different detection elements ( 3.P ), characterized in that at least one of the detection elements ( 3.10 ) two optoelectronic transducers ( 3.10.A . 3.10.B ), which - for the simultaneous detection of two different spectral detection areas - have a different composition, - separate electrical signals (U A, 10 , U B, 10 ) and - along an incident direction of the diffracted light (S) on the detector ( 3 ) are arranged one behind the other. Spektrometer (10) nach Anspruch 1, wobei mehrere, insbesondere alle, Detektionselemente (3.p) jeweils zwei verschiedene optoelektronische Wandler (3.p.A, 3.p.B) zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektralen Detektionsbereiche aufweisen.Spectrometer ( 10 ) according to claim 1, wherein several, in particular all, detection elements ( 3.P ) two different optoelectronic transducers ( 3.pA . 3.pB ) for the simultaneous detection of two different spectral detection areas. Spektrometer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Langpassfilter (8) einen echten Teilbereich des Detektor (3) bis einschließlich zu seinem langwelligen Ende durchgängig bedeckt.Spectrometer ( 10 ) according to the preceding claim, wherein a long-pass filter ( 8th ) a real portion of the detector ( 3 ) up to and including its long-wave end. Spektrometer (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Auswerteeinheit (5) ein erstes elektrisches Signal eines Detektionselementes (3.1) als rohes Signal für die absorbierte Energie in einem ersten Wellenlängenbereich verarbeitet und ein zweites elektrisches Signal desselben Detektionselementes (3.1) als rohes Signal für die absorbierte Energie in einem zweiten Wellenlängenbereich, dessen untere Grenzwellenlänge ein k-faches der unteren Grenzwellenlänge des ersten Wellenlängenbereichs ist und dessen obere Grenzwellenlänge ein k-faches der oberen Grenzwellenlänge des ersten Wellenlängenbereichs ist, verarbeitet, wobei k ein Quotient zweier zu detektierender Beugungsordnungen ist.Spectrometer ( 10 ) according to claim 2 or 3, wherein an evaluation unit ( 5 ) a first electrical signal of a detection element ( 3.1 ) is processed as a raw signal for the absorbed energy in a first wavelength range and a second electrical signal of the same detection element ( 3.1 ) as a raw signal for the absorbed energy in a second wavelength range whose lower limit wavelength is k times the lower limit wavelength of the first wavelength range and whose upper cut-off wavelength is k times the upper cut-off wavelength of the first wavelength range, where k is a quotient of two is to be detected diffraction orders. Spektrometer (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein erstes Detektionselement (3.p), in dessen Richtung das Beugungsgitter (2) eine Beugungsordnung einer Wellenlänge des einfallenden Lichts (L) beugt, und ein zweites Detektionselement (3.p'), in dessen Richtung das Beugungsgitter (2) eine andere Beugungsordnung derselben Wellenlänge des einfallenden Lichts (L) beugt, beide jeweils zwei optoelektronische Wandler (3.p(').A, 3.p(').B) zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche aufweisen.Spectrometer ( 10 ) according to one of claims 2 to 4, wherein a first detection element ( 3.P ), in the direction of which the diffraction grating ( 2 ) diffracts a diffraction order of a wavelength of the incident light (L), and a second detection element ( 3.P ' ), in the direction of which the diffraction grating ( 2 ) diffracts another diffraction order of the same wavelength of the incident light (L), both two optoelectronic transducers ( 3.P ( '). A . 3.P ( '). B ) for the simultaneous detection of two different spectral detection areas. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von den Detektionselementen (3.p), die nicht zwei optoelektronische Wandler (3.p.A, 3.p.B) zur simultanen Detektion zweier unterschiedlicher spektraler Detektionsbereiche aufweisen, eine erste echte Teilmenge einen optoelektronischen Wandler zur Detektion des ersten spektralen Detektionsbereiches und eine zweite echte Teilmenge einen optoelektronischen Wandler zur Detektion des zweiten spektralen Detektionsbereiches aufweist, wobei die beiden Teilmengen disjunkt sind.Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein of the detection elements ( 3.P ), which are not two opto-electronic converters ( 3.pA . 3.pB ) for simultaneously detecting two different spectral detection ranges, a first true subset comprising an optoelectronic transducer for detecting the first spectral detection range and a second true subset comprising an optoelectronic transducer for detecting the second spectral detection range, the two subsets being disjoint. Spektrometer (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei vor einer echten Untermenge derjenigen Detektionselemente, die einen optoelektronischen Wandler (3.p.A) für den kürzerwelligen spektralen Detektionsbereich aufweisen, ein spektraler Langpassfilter (8) angeordnet ist.Spectrometer ( 10 ) according to the preceding claim, wherein in front of a true subset of those detection elements comprising an optoelectronic transducer ( 3.pA ) for the shorter wavelength spectral detection range, a spectral long-pass filter ( 8th ) is arranged. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Empfindlichkeit eines der optoelektronischen Wandler (3.10.A) im wesentlichen temperaturunabhängig oder zumindest weniger temperaturabhängig als eine entsprechende Empfindlichkeit des anderen optoelektronischen Wandlers (3.10.B) ist und/oder wobei der erste optoelektronische Wandler (3.p.A) (im wesentlichen) eine Halbleiterschicht aus Silizium und der zweite optoelektronische Wandler (3.p.B) (im wesentlichen) eine Halbleiterschicht aus mindestens einem der Werkstoffe Indium-Gallium-Arsenid, Germanium und Bleisulfid ist.Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a sensitivity of one of the optoelectronic transducers ( 3.10.A ) is substantially temperature-independent or at least less temperature-dependent than a corresponding sensitivity of the other optoelectronic transducer ( 3.10.B ) and / or wherein the first optoelectronic transducer ( 3.pA ) (essentially) a silicon semiconductor layer and the second optoelectronic converter ( 3.pB ) is (essentially) a semiconductor layer of at least one of the materials indium gallium arsenide, germanium and lead sulfide. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste optoelektronische Wandler (3.p.A) eine Halbleiterschicht ist, die von einer dem Beugungsgitter (2) zugewandten Seite geätzt ist.Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the first optoelectronic transducer ( 3.pA ) is a semiconductor layer, which differs from a diffraction grating ( 2 ) side is etched. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Auswerteeinheit (5) anhand mindestens eines elektrischen Signals (UA,p) des ersten optoelektronischen Wandlers (3.p.A) und mindestens eines elektrischen Signals (UB,p) des zweiten optoelektronischen Wandler (3.p.B) einen Wert (TD) einer Temperatur des betreffenden Detektionselementes (3.10) ermittelt. Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein an evaluation unit ( 5 ) based on at least one electrical signal (U A, P ) of the first optoelectronic transducer ( 3.pA ) and at least one electrical signal (U B, P ) of the second optoelectronic transducer ( 3.pB ) a value (T D ) of a temperature of the respective detection element ( 3.10 ). Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Auswerteeinheit (5) anhand von vier elektrischen Signalen (Ui,p) zweier mehrschichtiger Detektionselemente einen Wert (TD) einer Temperatur des Detektors (3) ermittelt, wobei die zwei Detektionselemente zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen oder zwei verschiedenen Beugungsordnungen desselben Wellenlängenbereichs entsprechen.Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein an evaluation unit ( 5 ) on the basis of four electrical signals (U i, p ) of two multilayer detection elements, a value (T D ) of a temperature of the detector ( 3 ), wherein the two detection elements correspond to two different wavelength ranges or two different diffraction orders of the same wavelength range. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteeinheit (5) den Wert (TD) der Temperatur durch Lösen des Gleichungssystems
Figure 00270001
für M Beugungsordnungen, M optoelektronischen Wandler (i = A, B, ...) und M Detektionselemente (p = 1, ... M) ermittelt.
Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, in particular according to the preceding claim, wherein the evaluation unit ( 5 ) the value (T D ) of the temperature by solving the equation system
Figure 00270001
for M diffraction orders, M optoelectronic transducer (i = A, B, ...) and M detection elements (p = 1, ... M) determined.
Spektrometer (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Auswerteeinheit anhand des ermittelten Werts (TD) der Temperatur ein elektrisches Signal eines anderen Detektionselementes, insbesondere eines Detektionselementes mit nur einem optoelektronischen Wandler (3.p.A) zur Detektion des kürzerwelligen spektralen Detektionsbereiches, gemäß einer temperaturabhängigen spektralen Empfindlichkeit normiert.Spectrometer ( 10 ) according to one of claims 10 to 12, wherein the evaluation unit based on the determined value (T D ) of the temperature, an electrical signal of another detection element, in particular a detection element with only one optoelectronic transducer ( 3.pA ) for the detection of the shorter-wavelength spectral detection range, normalized according to a temperature-dependent spectral sensitivity. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Halbleiterschicht eines optoelektronischen Wandlers (3.10.A) einen elektronischen Vorverstärker für eine Halbleiterschicht des anderen optoelektronischen Wandlers (3.10.B) aufweist.Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a semiconductor layer of an optoelectronic transducer ( 3.10.A ) an electronic preamplifier for a semiconductor layer of the other optoelectronic transducer ( 3.10.B ) having. Spektrometer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im einfallenden Licht (L) ein Langpassfilter (7) angeordnet ist, der Wellenlängen unterhalb des kürzestwelligen spektralen Detektionsbereiches sperrt.Spectrometer ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein in the incident light (L) a long-pass filter ( 7 ), which blocks wavelengths below the shortest wavelength spectral detection range.
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