DE102016212088A1 - Device for limiting an angle of incidence for a spectrometer and method for operating such a device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Begrenzen eines Einfallswinkels (102) für ein Spektrometer, wobei die Vorrichtung (100) ein fokussierendes Element (104) zum Fokussieren eines auf ein der Vorrichtung (100) nachgelagertes spektrales Element einfallenden Lichts (116) auf einen Fokus (112), ein Blendenelement (108) und ein lenkendes Element (106) zum Lenken des innerhalb einer Blendenöffnung (110) des Blendenelements (108) fokussierten Lichts (116) aufweist, wobei das Blendenelement (108) im Bereich des Fokus (112) auf einer optischen Achse (114) zwischen dem fokussierenden Element (104) und dem lenkenden Element (106) angeordnet ist.The invention relates to a device (100) for limiting an angle of incidence (102) for a spectrometer, wherein the device (100) has a focusing element (104) for focusing a light (116) incident on a spectral element downstream of the device (100) a focus (112), an aperture element (108), and a directing element (106) for directing the light (116) focused within an aperture (110) of the aperture element (108), the aperture element (108) being in the area of focus (11); 112) is disposed on an optical axis (114) between the focusing element (104) and the directing element (106).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Begrenzen eines Einfallswinkels für ein Spektrometer, weiterhin ein Verfahren, das diese Vorrichtung verwendet, sowie schließlich ein Spektrometer gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a device for limiting an angle of incidence for a spectrometer, furthermore a method which uses this device, and finally a spectrometer according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Ein Fabry-Pérot-Interferometer (FPI) wirkt als Filter, der nur einen schmalbandigen Bereich um eine Resonanzwellenlänge durchlässt. Bei einem mikromechanischen Fabry-Pérot-Interferometer kann ein Abstand zwischen zwei Spiegelelementen die Resonanzwellenlänge und deren Obertöne bestimmen. Durch Variation des Abstands kann die gewünschte Resonanzwellenlänge eingestellt werden. In einem nachfolgenden Detektor wird eine Intensität der Transmission gemessen und so seriell ein Spektrum aufgenommen.A Fabry-Pérot interferometer (FPI) acts as a filter that passes only a narrow band around a resonance wavelength. In a micromechanical Fabry-Pérot interferometer, a distance between two mirror elements can determine the resonance wavelength and its overtones. By varying the distance, the desired resonance wavelength can be adjusted. In a subsequent detector, an intensity of the transmission is measured and so serially recorded a spectrum.
Bei Fabry-Pérot Interferometern bewirkt eine Variation des Einfallswinkels des Lichtstrahles eine Verschiebung der zu messenden Wellenlänge. Der hier vorgestellte Ansatz verhindert, dass gleichzeitig Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf den Fabry-Pérot Interferometer-Filter ankommen. In Fabry-Pérot interferometers, a variation of the angle of incidence of the light beam causes a shift in the wavelength to be measured. The approach presented here prevents light beams with different angles of incidence from arriving simultaneously on the Fabry-Pérot interferometer filter.
Es wird eine Vorrichtung zum Begrenzen eines Einfallswinkels für ein Spektrometer vorgestellt, wobei die Vorrichtung ein fokussierendes Element zum Fokussieren eines auf ein der Vorrichtung nachgelagertes spektrales Element des Spektrometers einfallenden Lichts auf einen Fokus, ein Blendenelement und ein lenkendes Element zum Lenken des innerhalb einer Blendenöffnung des Blendenelements fokussierten Lichts (beispielsweise auf das spektrale Element) des Spektrometers aufweist, wobei das Blendenelement im Bereich des Fokus auf einer optischen Achse zwischen dem fokussierenden Element und dem lenkenden Element angeordnet ist. Das lenkende Element kann den Strahl auch kollimieren.The invention relates to a device for limiting an angle of incidence for a spectrometer, the device comprising a focusing element for focusing a light incident on a spectral element of the spectrometer downstream of the device onto a focus, an aperture element and a steering element within a diaphragm aperture of the spectrometer Aperture element focused light (for example, the spectral element) of the spectrometer, wherein the aperture element is arranged in the region of the focus on an optical axis between the focusing element and the guiding element. The directing element can also collimate the beam.
Unter einem spektralen Element kann ein Fabry-Pérot Interferometer verstanden werden. Das spektrale Element ist in einem Strahlengang des Spektrometers der Vorrichtung nachgeordnet anordenbar. Ein Fokus kann ein rechnerischer Brennpunkt sein. By a spectral element, a Fabry-Pérot interferometer can be understood. The spectral element can be arranged downstream in a beam path of the spectrometer of the device. A focus can be a computational focus.
Das fokussierende Element und/oder das lenkende Element kann eine optische Linse sein. Durch Linsen ergibt sich ein geradliniger Strahlengang und die optische Achse weist keinen Versatz auf.The focusing element and / or the guiding element may be an optical lens. Lenses result in a rectilinear beam path and the optical axis has no offset.
Das fokussierende Element und/oder das lenkende Element kann ein Spiegel sein. Durch Spiegel können Abbildungsfehler vermieden werden. Spiegelelemente sind einfach herstellbar. Spiegel sind beispielsweise als Freiformfläche im Spritzgussverfahren und anschließendem Aufbringen einer reflektierenden Schicht herstellbar.The focusing element and / or the guiding element may be a mirror. Mirrors can avoid aberrations. Mirror elements are easy to produce. Mirrors can be produced, for example, as a free-form surface by injection molding and subsequent application of a reflective layer.
Das fokussierende Element und/oder das lenkende Element kann zumindest teilweise ein Abschnitt eines Hohlspiegels sein. Insbesondere kann der Hohlspiegel ein Parabolspiegel mit einem definierten Fokus sein.The focusing element and / or the guiding element may at least partially be a section of a concave mirror. In particular, the concave mirror can be a parabolic mirror with a defined focus.
Das Blendenelement kann eine Lochblende sein. Das Blendenelement kann ein Durchgangsloch für das gebündelte Licht aufweisen. Eine Lochblende ist einfach herstellbar. The aperture element may be a pinhole. The diaphragm member may have a through hole for the collimated light. A pinhole is easy to produce.
Das Blendenelement kann zumindest teilweise ein Lichtleiter sein. Ein Lichtleiter kann beispielsweise aus Glasfaser oder Kunststofffaser sein. Ein Lichtleiter kann gebogen werden und alternativ oder ergänzend das Licht über eine größere Entfernung nahezu dämpfungsfrei transportieren. Dadurch können das fokussierende Element und das lenkende Element räumlich getrennt angeordnet sein.The diaphragm element may be at least partially a light guide. An optical fiber may be, for example, fiberglass or plastic fiber. A light guide can be bent and alternatively or additionally transport the light over a greater distance with virtually no attenuation. As a result, the focusing element and the guiding element can be arranged spatially separated.
Die optische Achse kann quer zu dem einfallenden Licht ausgerichtet sein. Unter einer quer zu dem einfallenden Licht ausgerichteten optischen Achse kann eine Ausrichtung der optischen Achse verstanden werden, die nicht parallel, insbesondere rechtwinklig zu dem einfallenden Licht ausgerichtet ist. Durch einen Knick im optischen Pfad kann eine geringe Bauhöhe erreicht werden.The optical axis may be oriented transversely to the incident light. An optical axis aligned transversely to the incident light may be understood to mean an alignment of the optical axis which is not aligned parallel, in particular at right angles to the incident light. By a kink in the optical path, a low height can be achieved.
Weiterhin wird ein Spektrometer mit einer Vorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei die Vorrichtung einem spektralen Element des Spektrometers und einem Fotodetektor des Spektrometers vorgelagert ist und das lenkende Element ausgerichtet ist, um Licht auf das spektrale Element zu lenken.Furthermore, a spectrometer is presented with a device according to the approach presented here, wherein the device is preceded by a spectral element of the spectrometer and a photodetector of the spectrometer and the steering element is aligned to direct light onto the spectral element.
Ein spektrales Element kann beispielsweise zwei Spiegelelemente aufweisen, deren Abstand veränderbar ist, um eine Resonanzwellenlänge zu beeinflussen. Ein Fotodetektor ist dazu ausgebildet, eine Intensität von Licht in einem elektrischen Signal abzubilden.For example, a spectral element may have two mirror elements whose spacing is changeable to influence a resonance wavelength. A photodetector is configured to image an intensity of light in an electrical signal.
Das Spektrometer kann zumindest eine weitere Vorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz umfassen. Die weitere Vorrichtung kann benachbart zu der Vorrichtung angeordnet sein. Durch mehrere Vorrichtungen kann mehr Licht zu dem Spektrometer geleitet werden, als bei einer einzelnen Vorrichtung. Die Vorrichtungen können um das spektrale Element herum angeordnet sein.The spectrometer may comprise at least one further device according to the approach presented here. The further device may be arranged adjacent to the device. Multiple devices can deliver more light to the spectrometer than a single device. The devices may be arranged around the spectral element.
Das Spektrometer kann eine Lichtquelle aufweisen. Die Lichtquelle kann dazu ausgebildet sein, Licht im Wesentlichen entgegen einer Einfallsrichtung des fokussierenden Elements für Licht zu emittieren. Die Lichtquelle kann eine Diode sein. Die Lichtquelle kann Licht einer bestimmten Wellenlänge emittieren. Die Lichtquelle kann auf der Symmetrieachse angeordnet werden. Dadurch wird ein Fehler durch die Parallaxe wie bei schräger Beleuchtung vermieden.The spectrometer may have a light source. The light source may be configured to emit light substantially opposite to an incident direction of the focusing element for light. The light source may be a diode. The light source can emit light of a certain wavelength. The light source can be arranged on the axis of symmetry. This avoids parallax errors such as oblique illumination.
Die Lichtquelle und der Fotodetektor können auf einer (beispielsweise flexiblen) Kontaktierungseinrichtung angeordnet sein. Die Kontaktierungseinrichtung kann insbesondere um die Vorrichtung herumgebogen sein. Durch eine gemeinsame Kontaktierung kann eine Herstellung vereinfacht werden.The light source and the photodetector can be arranged on a (for example flexible) contacting device. The contacting device can in particular be bent around the device. By a common contacting a production can be simplified.
Ferner wird ein Verfahren zum Begrenzen eines Einfallswinkels auf ein Spektrometer vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:Furthermore, a method for limiting an angle of incidence on a spectrometer is presented, the method comprising the following steps:
Fokussieren eines auf das Spektrometer einfallenden Lichts auf einen Fokus im Bereich eines Blendenelements; undFocusing a light incident on the spectrometer to a focus in the region of an aperture element; and
Lenken des innerhalb einer Blendenöffnung des Blendenelements fokussierten Lichts auf ein spektrales Element des Spektrometers.Directing the focused within an aperture of the diaphragm element light on a spectral element of the spectrometer.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
Wenn das Licht
In
Die Spiegel
In
Durch die Verwendung eines Lichtleiters
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Spektrometer
In einem Ausführungsbeispiel sind das fokussierende Element
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine Einstellung eines Einfallswinkelbereichs einer auf ein Fabry-Perot-Interferometer
Ein mikromechanisches Fabry-Pérot-Interferometer (FPI)
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Spektrometer
Die Kombination aus Spiegel
Durch schräg stellen der optischen Achsen der beiden Spiegel
In
Der Aufbau kann analog genutzt werden, wenn dieser entlang der optischen Achse
Es wird eine geometrische Kontur
Durch die Lochblende
In
Wenn die Anzahl der Reflektor-Lochblenden-Reflektor Kombinationen
Mit anderen Worten zeigt
Hier besteht die Lichtführung
In einem Ausführungsbeispiel ist das spektrale Element
In
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |