DE102018200124A1 - Illumination module for a spectrometer, spectrometer, method for operating a lighting module and method for producing a spectrometer - Google Patents

Illumination module for a spectrometer, spectrometer, method for operating a lighting module and method for producing a spectrometer Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul (100) für ein Spektrometer. Das Beleuchtungsmodul (100) umfasst eine Weißlichtquelle (102) mit einer Laserquelle (104) zum Aussenden einer Laserstrahlung und einem Konversionsmaterial (106) zum Aussenden einer gerichteten Weißlichtstrahlung (108) unter Verwendung der Laserstrahlung, einen Monochromator (110) zum Erzeugen einer monochromatischen Strahlung (112) mit änderbarem Wellenlängenbereich unter Verwendung der Weißlichtstrahlung (108) und eine Lichtaustrittsstelle (114) zum Lenken der monochromatischen Strahlung (112) auf eine mittels des Spektrometers (200) zu analysierende Probe.The invention relates to a lighting module (100) for a spectrometer. The illumination module (100) comprises a white light source (102) having a laser source (104) for emitting a laser radiation and a conversion material (106) for emitting a directed white light radiation (108) using the laser radiation, a monochromator (110) for generating a monochromatic radiation (112) with changeable wavelength range using the white light radiation (108) and a light exit point (114) for directing the monochromatic radiation (112) onto a sample to be analyzed by means of the spectrometer (200).

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.

Verschiedene technische Anwendungen benötigen monochromatische Lichtquellen mit durchstimmbarer Wellenlänge. Insbesondere in der Spektroskopie ist dies von Interesse. Abgesehen von teuren und technisch aufwendigen Verfahren wie beispielsweise Laser mit externem Resonator gibt es praktisch keine Lichtquelle, die bereits von sich aus Licht eines schmalen, aber gleichzeitig veränderlichen Wellenlängenbereichs herstellt. Laser- oder Leuchtdioden emittieren zwar ein mehr oder weniger monochromatisches Licht, die Wellenlänge ist in der Regel jedoch festgelegt und kann nicht eingestellt werden. Kombinationen von roten, grünen und blauen Leuchtdioden wie in Displays sind dabei nicht als durchstimmbare Quellen in dem hier relevanten Sinn zu verstehen. Mit solchen Verfahren wird lediglich ein Farbeindruck erzeugt. Physikalisch liegt eine Mischung der immer gleichen drei Wellenlängen vor, wobei lediglich deren Anteile variieren. Durchstimmbare Lichtquellen, etwa für Laboranwendungen, bestehen in der Regel aus einer breitbandigen, weißen Lichtquelle und einem nachgeschalteten Monochromator.Various technical applications require tunable wavelength monochromatic light sources. This is of particular interest in spectroscopy. Apart from expensive and technically complex methods such as lasers with external resonator, there is virtually no light source that already produces light of a narrow, but at the same time variable wavelength range. Although laser or LEDs emit a more or less monochromatic light, the wavelength is usually fixed and can not be adjusted. Combinations of red, green and blue light-emitting diodes, as in displays, are not to be understood as tunable sources in the relevant sense here. With such methods, only a color impression is produced. Physically, there is a mixture of always the same three wavelengths, with only their proportions vary. Tunable light sources, such as for laboratory applications, usually consist of a broadband, white light source and a downstream monochromator.

Bekannt ist beispielsweise der Czerny-Turner-Monochromator. Dabei wird das Licht der Quelle durch einen Hohlspiegel kollimiert und auf ein Gitter gelenkt. For example, the Czerny Turner monochromator is known. The light of the source is collimated by a concave mirror and directed to a grid.

Licht verschiedener Wellenlängen wird dort in unterschiedlich großem Winkel gebeugt und trifft auf einen zweiten Hohlspiegel, der die kollimierten Strahlen bündelt, sodass jede Wellenlänge auf einen bestimmten Punkt trifft. Ein Austrittsspalt selektiert je eines dieser Bündel. Welche Wellenlänge das ist, kann durch Drehen des Gitters variiert werden.Light of different wavelengths is diffracted there at a different angle and hits a second concave mirror, which focuses the collimated rays, so that each wavelength hits a certain point. An exit slit selects one of these bundles. Which wavelength this is, can be varied by turning the grid.

Diese kommerziell erhältlichen Lichtquellen sind meist groß und teuer. Der Miniaturisierung sind Grenzen gesetzt, weil bei kürzeren Strahlengängen die Auflösung ab-, die Streulichtintensität aber zunimmt, d. h. die Lichtintensität unerwünschter Wellenlängen im Ausgangsstrahl wird immer stärker. Grundsätzlich ist ein Kompromiss zwischen Größe der Eingangsblende und Auflösung zu treffen. Kleinere Blenden verbessern die Auflösung, kosten aber Intensität, weil breitbandige Lichtquellen eine schlechte Etendue (Produkt aus emittierender Fläche und Raumwinkel der Strahlung) besitzen und sich nicht, wie etwa ein Laser, beliebig scharf bündeln lassen.These commercially available light sources are usually large and expensive. There are limits to miniaturization because the resolution decreases with shorter beam paths, but the scattered light intensity increases, ie. H. The light intensity of unwanted wavelengths in the output beam is getting stronger. Basically, a compromise between size of the input aperture and resolution is to be made. Smaller apertures improve resolution but cost intensity because broadband light sources have a poor etendue (product of emitting surface and solid angle of radiation) and can not be arbitrarily focused, such as a laser.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Beleuchtungsmodul für ein Spektrometer, ein Spektrometer, ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls für ein Spektrometer, eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Spektrometers 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, an illumination module for a spectrometer, a spectrometer, a method for operating a lighting module for a spectrometer, a device using this method, a corresponding computer program and a method for producing 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.

Die große Etendue breitbandiger Lichtquellen wie etwa Gasentladungslampen, Glühlampen, Halogenlampen oder Leuchtdioden kann die Energieeffizienz, Auflösung und Streulichtunterdrückung begrenzen. Eine Optimierung eines der Parameter ist meist möglich, ist aber häufig mit Kompromissen bezüglich anderer Parameter verbunden. Typische Lichtquellen für Spektrometer nutzen beispielsweise Halogenlichtquellen mit 20 bis 200 W Leistung und erzeugen ca. 1 nm breite Spektralbänder mit bestenfalls 20 µW.The large Etendue broadband light sources such as gas discharge lamps, incandescent lamps, halogen lamps or light-emitting diodes can limit energy efficiency, resolution and stray light suppression. Optimizing one of the parameters is usually possible, but often involves compromising other parameters. Typical light sources for spectrometers use, for example, halogen light sources with 20 to 200 W power and produce about 1 nm wide spectral bands with at best 20 μW.

Demgegenüber schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Beleuchtungsanordnung bestehend aus einer kompakten und effizienten Weißlichtquelle in Kombination mit einem Monochromator, etwa einem Czerny-Turner-Monochromator. Die Weißlichtquelle weist ein spezielles Konversionsmaterial auf, das beispielsweise bei Anregung mit rotem Laserlicht eine gerichtete Weißlichtemission zeigt. Physikalisch bemerkenswert ist dabei nicht nur die gerichtete Emission, sondern auch die Tatsache, dass Photonen von niedrigen zu höheren Energien, also kürzeren Wellenlängen, konvertiert werden können. Vorteilhafterweise kann eine Laserquelle, vorzugsweise eine preisgünstige Laserdiode, mit diesem Konversionsmaterial zu einer Weißlichtquelle mit kleiner Etendue kombiniert werden. Durch die Verwendung einer solchen durchstimmbaren Weißlichtquelle wird beispielsweise ein Reflexionsspektrometer mit besonders kompakter Bauform ermöglicht.In contrast, the approach presented here creates a lighting arrangement consisting of a compact and efficient white light source in combination with a monochromator, such as a Czerny Turner monochromator. The white light source has a special conversion material which, for example when excited with red laser light, shows a directed white light emission. Physically noteworthy is not only the directional emission, but also the fact that photons can be converted from low to higher energies, ie shorter wavelengths. Advantageously, a laser source, preferably a low-cost laser diode, can be combined with this conversion material to form a white light source with a smaller etendue. By using such a tunable white light source, for example, a reflection spectrometer with a particularly compact design is made possible.

Es wird ein Beleuchtungsmodul für ein Spektrometer vorgestellt, wobei das Beleuchtungsmodul folgende Merkmale aufweist:

  • eine Weißlichtquelle mit einer Laserquelle zum Aussenden einer Laserstrahlung und einem Konversionsmaterial zum Aussenden einer gerichteten Weißlichtstrahlung unter Verwendung der Laserstrahlung;
  • einen Monochromator zum Erzeugen einer monochromatischen Strahlung mit änderbarem Wellenlängenbereich unter Verwendung der Weißlichtstrahlung; und
  • eine Lichtaustrittsstelle zum Lenken der monochromatischen Strahlung auf eine mittels des Spektrometers zu analysierende Probe.
A lighting module for a spectrometer is presented, the lighting module having the following features:
  • a white light source having a laser source for emitting a laser radiation and a conversion material for emitting a directed white light radiation using the laser radiation;
  • a monochromator for generating a monochromatic radiation with changeable Wavelength range using white light radiation; and
  • a light exit point for directing the monochromatic radiation to a sample to be analyzed by means of the spectrometer.

Unter einem Spektrometer kann ein Gerät zum Messen oder Darstellen eines Spektrums verstanden werden. Unter einer Weißlichtquelle kann eine Lichtquelle zum Aussenden breitbandiger elektromagnetischer Strahlung verstanden werden. Unter einer Laserquelle kann beispielsweise eine Laserdiode oder eine Anordnung aus mehreren Laserdioden verstanden werden. Unter einem Konversionsmaterial kann beispielsweise eine Schicht mit einem Kern aus anorganischen Nanokristallen und einer mit organischen Liganden beschichteten Oberfläche verstanden werden. Das Konversionsmaterial kann auf die Laserquelle aufgebracht sein, etwa in Form einer Schicht, oder als separates Bauelement ausgeführt sein. Unter einem Monochromator kann ein optisches Gerät zur spektralen Isolierung einer bestimmten Wellenlänge aus einer einfallenden Menge elektromagnetischer Strahlung verstanden werden. Beispielsweise kann der Monochromator als Czerny-Turner-Monochromator ausgeführt sein. Die Wellenlänge der monochromatischen Strahlung kann beispielsweise durch Verstellen eines Beugungsgitters zum Beugen der Weißlichtstrahlung änderbar sein. Unter einer Lichtaustrittsstelle kann beispielsweise eine Öffnung in einem Gehäuse des Beleuchtungsmoduls oder ein lichtdurchlässiger Abschnitt des Beleuchtungsmoduls verstanden werden.A spectrometer may be understood to mean a device for measuring or displaying a spectrum. A white light source can be understood as a light source for emitting broadband electromagnetic radiation. By a laser source, for example, a laser diode or an arrangement of a plurality of laser diodes can be understood. A conversion material may, for example, be understood as meaning a layer having a core of inorganic nanocrystals and a surface coated with organic ligands. The conversion material can be applied to the laser source, for example in the form of a layer, or designed as a separate component. A monochromator can be understood to mean an optical device for the spectral isolation of a specific wavelength from an incidental amount of electromagnetic radiation. For example, the monochromator can be designed as a Czerny Turner monochromator. The wavelength of the monochromatic radiation can be changed, for example, by adjusting a diffraction grating to diffract the white light radiation. A light exit point can be understood, for example, to be an opening in a housing of the illumination module or a light-transmitting section of the illumination module.

Die Lichtquelle kann beispielsweise zumindest ein zwischen der Laserquelle und dem Konversionsmaterial angeordnetes optisches Element zum Lenken der Laserstrahlung auf das Emissionselement aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Lichtquelle zumindest ein dem Konversionsmaterial nachgeschaltetes weiteres optisches Element, etwa in Form einer Blende, zum Fokussieren der Weißlichtstrahlung auf eine Komponente des Monochromators aufweisen.For example, the light source may have at least one optical element arranged between the laser source and the conversion material for directing the laser radiation onto the emission element. Additionally or alternatively, the light source may comprise at least one further optical element connected downstream of the conversion material, for example in the form of a diaphragm, for focusing the white-light radiation onto a component of the monochromator.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Laserquelle zumindest eine Laserdiode aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Laserquelle ausgebildet sein, um Infrarotstrahlung als die Laserstrahlung auszusenden. Zusätzlich oder alternativ kann das Konversionsmaterial amorph sein. Dadurch kann das Beleuchtungsmodul besonders kostengünstig hergestellt und effizient betrieben werden.According to one embodiment, the laser source may comprise at least one laser diode. Additionally or alternatively, the laser source may be configured to emit infrared radiation as the laser radiation. Additionally or alternatively, the conversion material may be amorphous. As a result, the lighting module can be produced in a particularly cost-effective manner and operated efficiently.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Monochromator zumindest ein Kollimationselement zum Kollimieren der Weißlichtstrahlung, zumindest ein Beugungselement zum Erzeugen der monochromatischen Strahlung durch wellenlängenabhängiges Beugen der Weißlichtstrahlung, zumindest ein Umlenkelement zum Lenken der monochromatischen Strahlung auf die Lichtaustrittsstelle oder eine Kombination aus zumindest zwei der genannten optischen Elemente aufweisen. Unter einem Kollimationselement kann beispielsweise ein Hohlspiegel oder ein sonstiges gleichrichtendes Element verstanden werden. Unter einem Beugungselement kann beispielsweise ein verstellbares Beugungsgitter, etwa ein MEMS-Gitter, verstanden werden. Unter einem Umlenkelement kann beispielsweise ebenfalls ein Hohlspiegel oder ein sonstiges reflektierendes Element verstanden werden. Dadurch kann der Monochromator mit einer geringen Anzahl an Bauteilen und somit besonders kostengünstig und kompakt hergestellt werden.According to a further embodiment, the monochromator can comprise at least one collimating element for collimating the white-light radiation, at least one diffraction element for generating the monochromatic radiation by wavelength-dependent bending of the white-light radiation, at least one deflecting element for directing the monochromatic radiation onto the light exit point or a combination of at least two of said optical elements respectively. By a collimating element, for example, a concave mirror or other rectifying element can be understood. For example, a diffractive element can be understood to mean an adjustable diffraction grating, for example a MEMS grating. For example, a deflecting element can also be understood to mean a concave mirror or another reflecting element. As a result, the monochromator can be produced with a small number of components and thus particularly cost-effectively and compactly.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Beugungselement als verstellbares Beugungsgitter ausgeführt ist. Das Kollimationselement und/oder das Umlenkelement kann dabei als Hohlspiegel ausgeführt sein. Dadurch kann das Beleuchtungsmodul möglichst kompakt realisiert werden.It is particularly advantageous if the diffraction element is designed as an adjustable diffraction grating. The collimation element and / or the deflecting element can be designed as a concave mirror. As a result, the lighting module can be realized as compact as possible.

Das Beleuchtungsmodul kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Kapsel und ein Verschlusselement zum Verschließen der Kapsel zu einem Gehäuse aufweisen. Dabei können die Weißlichtquelle und der Monochromator im Gehäuse angeordnet oder anordenbar sein. Unter einer Kapsel kann beispielsweise ein schalenförmiges Bauteil verstanden werden. Unter einem Verschlusselement kann ein beispielsweise plattenförmiger Deckel verstanden werden. Dadurch kann das Beleuchtungsmodul vor Umwelteinflüssen geschützt werden.The illumination module may according to another embodiment comprise a capsule and a closure element for closing the capsule to a housing. In this case, the white light source and the monochromator can be arranged or arranged in the housing. Under a capsule, for example, a cup-shaped component can be understood. A closure element may be understood to mean, for example, a plate-shaped lid. As a result, the lighting module can be protected from environmental influences.

Die Weißlichtquelle und/oder das Beugungselement kann am Verschlusselement angeordnet oder anordenbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Kollimationselement und/oder das Umlenkelement an einer Innenwand der Kapsel angeordnet oder anordenbar sein. Auch durch diese Ausführungsform kann die Bauform des Beleuchtungsmoduls möglichst kompakt gehalten werden.The white light source and / or the diffraction element can be arranged on the closure element or can be arranged. Additionally or alternatively, the collimating element and / or the deflecting element can be arranged or arranged on an inner wall of the capsule. Also by this embodiment, the design of the lighting module can be kept as compact as possible.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verschlusselement als Leiterplatte ausgeführt ist. Das Verschlusselement kann zusätzlich oder alternativ die Lichtaustrittsstelle aufweisen. Dadurch kann das Verschlusselement zur elektrischen Kontaktierung der Weißlichtquelle oder von Komponenten des Monochromators dienen. Somit können zusätzliche Bauteile zur elektrischen Kontaktierung entfallen.It is particularly advantageous if the closure element is designed as a printed circuit board. The closure element may additionally or alternatively have the light exit point. As a result, the closure element can serve for making electrical contact with the white light source or components of the monochromator. Thus, additional components for electrical contact can be omitted.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Spektrometer mit folgenden Merkmalen:

  • einem Beleuchtungsmodul gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen; und
  • einem Detektor zum Detektieren einer von der Probe reflektierten Strahlung, wobei der Detektor am Beleuchtungsmodul angeordnet oder anordenbar ist.
The approach presented here also creates a spectrometer with the following features:
  • a lighting module according to one of the preceding embodiments; and
  • a detector for detecting a radiation reflected from the sample, wherein the detector is arranged or can be arranged on the illumination module.

Unter einem Detektor kann ein lichtempfindliches Bauelement wie beispielsweise ein CMOS- oder CCD-Sensor, eine Fotodiode oder ein Fototransistor oder ein Array aus mehreren solcher lichtempfindlichen Bauelemente verstanden werden.A detector may be understood to mean a photosensitive component such as, for example, a CMOS or CCD sensor, a photodiode or a phototransistor or an array of a plurality of such photosensitive components.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Spektrometer eine lichtdurchlässige Kappe aufweisen. Die Kappe kann mit dem Verschlusselement ein Detektorgehäuse bilden. Dabei kann der Detektor so im Detektorgehäuse angeordnet sein, dass der Detektor und die Lichtaustrittsstelle nicht einander gegenüberliegen. Unter einer lichtdurchlässigen Kappe kann beispielsweise eine transparente Kunststoffkappe verstanden werden. Der Detektor kann beispielsweise an einer vom Gehäuse abgewandten Seite des Verschlusselements angebracht sein. Dadurch kann der Detektor platzsparend und vor Umwelteinflüssen geschützt in das Spektrometer integriert werden.In one embodiment, the spectrometer may include a translucent cap. The cap can form a detector housing with the closure element. In this case, the detector may be arranged in the detector housing so that the detector and the light exit point are not opposite each other. Under a translucent cap, for example, a transparent plastic cap can be understood. The detector may be mounted, for example, on a side facing away from the housing side of the closure element. As a result, the detector can be integrated into the spectrometer in a space-saving and protected from environmental influences.

Zudem kann das Spektrometer ein lichtundurchlässiges Sperrelement aufweisen. Das Sperrelement kann im Detektorgehäuse zwischen dem Detektor und der Lichtaustrittsstelle angeordnet sein, um einen direkten Lichtweg zwischen dem Detektor und der Lichtaustrittsstelle zu versperren. Unter einem Spiegelelement kann ein Bauteil aus einem lichtundurchlässigen Material verstanden werden. Dadurch kann verhindert werden, dass aus dem Gehäuse austretendes Licht direkt auf den Detektor fällt. Somit können Fehldetektionen vermieden werden.In addition, the spectrometer may have an opaque blocking element. The blocking element may be arranged in the detector housing between the detector and the light exit point in order to obstruct a direct light path between the detector and the light exit point. A mirror element may be understood to mean a component made of an opaque material. As a result, it is possible to prevent light emerging from the housing from falling directly onto the detector. Thus, misdetections can be avoided.

Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

  • Einschalten der Laserquelle, um die Weißlichtstrahlung bereitzustellen; und
  • Ansteuern des Monochromators ansprechend auf das Einschalten, um den Wellenlängenbereich der monochromatischen Strahlung zu ändern.
Furthermore, the approach presented here creates a method for operating a lighting module according to one of the preceding embodiments, wherein the method comprises the following steps:
  • Turning on the laser source to provide the white light radiation; and
  • Driving the monochromator in response to turning on to change the wavelength range of the monochromatic radiation.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the device may comprise at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the sensor Actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Schließlich schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Herstellen eines Spektrometers gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgenden Schritt umfasst: Finally, the approach presented here provides a method for producing a spectrometer according to one of the preceding embodiments, wherein the method comprises the following step:

Anordnen des Detektors am Beleuchtungsmodul, um das Spektrometer herzustellen.Place the detector on the lighting module to make the spectrometer.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Spektrometers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Spektrometers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Weißlichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Weißlichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Spektrometers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
  • 1 a schematic representation of a lighting module according to an embodiment;
  • 2 a schematic representation of a spectrometer according to an embodiment;
  • 3 a schematic representation of a spectrometer according to an embodiment;
  • 4 a schematic representation of a white light source according to an embodiment;
  • 5 a schematic representation of a white light source according to an embodiment;
  • 6 a schematic representation of a device according to an embodiment;
  • 7 a flowchart of a method for operating a lighting module according to an embodiment; and
  • 8th a flowchart of a method for producing a spectrometer according to an embodiment.

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.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beleuchtungsmoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Beleuchtungsmodul 100 für ein Spektrometer, beispielsweise ein Mikrospektrometer, umfasst eine Weißlichtquelle 102 bestehend aus einer Laserquelle 104 und einem Konversionsmaterial 106. Die Laserquelle 104 ist ausgebildet, um eine Laserstrahlung auszusenden, durch die das Konversionsmaterial 106 zum Aussenden einer gerichteten Weißlichtstrahlung 108 angeregt wird. Beispielhaft sind die Laserquelle 104, etwa eine Laserdiode, und das Konversionsmaterial 106 als kompakter Schichtverbund ausgeführt. Des Weiteren umfasst das Beleuchtungsmodul 100 einen Monochromator 110, der ausgebildet ist, um die Weißlichstrahlung 108 in eine monochromatische Strahlung 112 zu zerlegen. Die monochromatische Strahlung 112 fällt durch eine Lichtaustrittstelle 114 auf eine mittels des Spektrometers zu analysierende Probe. 1 shows a schematic representation of a lighting module 100 according to an embodiment. The lighting module 100 for a spectrometer, such as a microspectrometer, includes a white light source 102 consisting of a laser source 104 and a conversion material 106 , The laser source 104 is designed to emit a laser radiation through which the conversion material 106 for emitting a directed white light radiation 108 is stimulated. Exemplary are the laser source 104 , such as a laser diode, and the conversion material 106 designed as a compact layer composite. Furthermore, the lighting module includes 100 a monochromator 110 , which is adapted to the whiteness radiation 108 in a monochromatic radiation 112 disassemble. The monochromatic radiation 112 falls through a light exit point 114 to a sample to be analyzed by means of the spectrometer.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Monochromator 110 als Czerny-Turner-Monochromator mit einem Kollimationselement 116 in Form eines ersten Hohlspiegels zum Kollimieren der aus der Weißlichtquelle 102 austretenden Weißlichtstrahlung 108, einem Beugungselement 118 zum Erzeugen der monochromatischen Strahlung 112 durch wellenlängenabhängiges Beugen der Weißlichtstrahlung 108, hier beispielhaft in Form eines verstellbaren MEMS-Beugungsgitters, und einem Umlenkelement 120 in Form eines zweiten Hohlspiegels zum Umlenken und Bündeln der vom Beugungselement 118 austretenden monochromatischen Strahlung 112 in Richtung der Lichtaustrittstelle 114 ausgeführt.According to this embodiment, the monochromator 110 as a Czerny Turner monochromator with a collimation element 116 in the form of a first concave mirror for collimating the white light source 102 emerging white light radiation 108 , a diffraction element 118 for generating the monochromatic radiation 112 by wavelength-dependent bending of the white light radiation 108 , here by way of example in the form of an adjustable MEMS diffraction grating, and a deflecting element 120 in the form of a second concave mirror for deflecting and bundling the diffraction element 118 emanating monochromatic radiation 112 in the direction of the light exit point 114 executed.

Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist das Beleuchtungsmodul 100 mit einem Gehäuse bestehend aus einer durch ein plattenförmiges Verschlusselement 122 verschlossenen Kapsel 124 ausgeführt, wobei die Weißlichtquelle 102 und der Monochromator 110 innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Dabei dient das Verschlusselement 122 als Träger für die Weißlichtquelle 102 und das Beugungselement 118. Das Kollimationselement 116 und das Umlenkelement 120 sind hingegen an einer dem Verschlusselement 122 gegenüberliegenden Innenwand der Kapsel 124 angeordnet. Beispielhaft ist die Lichtaustrittsstelle 114 als eine dem Umlenkelement 120 gegenüberliegende Durchgangsöffnung im Verschlusselement 122 realisiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verschlusselement 122, wie in 1 beispielhaft gezeigt, als Leiterplatte zur elektrischen Kontaktierung der Weißlichtquelle 102, des Beugungselements 118 oder sonstiger Komponenten des Spektrometers realisiert ist.To protect against environmental influences is the lighting module 100 with a housing consisting of a through a plate-shaped closure element 122 closed capsule 124 executed, the white light source 102 and the monochromator 110 are arranged within the housing. The closure element serves this purpose 122 as a carrier for the white light source 102 and the diffraction element 118 , The collimation element 116 and the deflecting element 120 are on the other hand, the closure element 122 opposite inner wall of the capsule 124 arranged. An example is the light exit point 114 as a the deflector 120 opposite passage opening in the closure element 122 realized. It is particularly advantageous if the closure element 122 , as in 1 shown as an example, as a printed circuit board for electrical contacting of the white light source 102 , the diffraction element 118 or other components of the spectrometer is realized.

1 zeigt beispielhaft ein besonders kompaktes Ausführungsbeispiel. Dabei ist auf dem Verschlusselement 122 ein VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) als Laserquelle 104 und ein MEMS-Gitter als Beugungselement 118 angeordnet. Unter einem MEMS-Gitter ist ein MEMS-Bauteil zu verstehen, das einem einachsigen Mikrospiegel entspricht, aber statt einer Spiegelfläche ein Beugungsgitter trägt. Die Laserquelle 104 ist mit einer Schicht aus dem Konversionsmaterial 106 beschichtet. Optional umfasst die Weißlichtquelle 102 eine auf dem Konversionsmaterial 106 direkt aufliegende, beispielsweise aufgedruckte Blende 126. Das Kollimationselement 116 und das Umlenkelement 120 sind in die Kapsel 124, bei der es sich beispielsweise um ein metallbeschichtetes Spritzgussteil handelt, integriert. Die Kapsel 124 ist auf dem Verschlusselement 122 fixiert und bildet somit ein Gehäuse für das Beleuchtungsmodul 100. Es ist vorteilhaft, wenn alle anderen Innenflächen der Kapsel 124 geschwärzt sind. Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Kapsel 124, zumindest ein Streulichtreduktionselement 128 aufweist, das der Streulichtreduktion im Gehäuse dient und entweder als Komponente der Kapsel 124 oder durch Ansetzen weiterer Teile an die Kapsel 124 realisiert ist. Die am Umlenkelement 120 gebündelte monochromatische Strahlung 112 verlässt das Beleuchtungsmodul 100 beispielsweise durch eine Öffnung oder Bohrung im Verschlusselement 122. Die Wellenlänge der austretenden Strahlung 112 ist durch Verstellen des MEMS-Gitters änderbar. 1 shows an example of a particularly compact embodiment. It is on the closure element 122 a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) as a laser source 104 and a MEMS grating as a diffraction element 118 arranged. A MEMS grating is to be understood as meaning a MEMS component which corresponds to a single-axis micromirror, but instead of a mirror surface carries a diffraction grating. The laser source 104 is with a layer of the conversion material 106 coated. Optionally includes the white light source 102 one on the conversion material 106 directly resting, for example imprinted panel 126 , The collimation element 116 and the deflecting element 120 are in the capsule 124 , which is, for example, a metal-coated injection molded part integrated. The capsule 124 is on the closure element 122 fixed and thus forms a housing for the lighting module 100 , It is beneficial if all other inner surfaces of the capsule 124 are blackened. It is also beneficial if the capsule 124 , at least one stray light reduction element 128 which serves to reduce the stray light in the housing and either as a component of the capsule 124 or by adding more parts to the capsule 124 is realized. The at the deflection 120 bundled monochromatic radiation 112 leaves the lighting module 100 for example, through an opening or hole in the closure element 122 , The wavelength of the emerging radiation 112 can be changed by adjusting the MEMS grating.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Spektrometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Spektrometer 200 umfasst beispielsweise ein Beleuchtungsmodul 100, wie es vorangehend anhand von 1 beschrieben ist. Dabei ist an einer vom Gehäuse des Beleuchtungsmoduls 100 abgewandten Seite des Verschlusselements 122 ein Detektor 202 zum Detektieren einer von einer Probe 204 reflektierten Strahlung 206 angebracht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Detektor 202 von einer lichtdurchlässigen Kappe 208 eingehaust, die zusammen mit dem Verschlusselement 122 ein Detektorgehäuse um den Detektor 202 und die Lichtaustrittsstelle 114 bildet. Der Detektor 202 ist seitlich versetzt zur Lichtaustrittsöffnung 114 angeordnet und liegt dieser somit nicht gegenüber. Das Detektorgehäuse ist mit einer Trennwand in Form eines lichtundurchlässigen Sperrelements 210 ausgeführt. Das Sperrelement 210 ist zwischen dem Detektor 202 und der Lichtaustrittsstelle 114 angeordnet und verhindert so, dass die aus dem Beleuchtungsmodul 100 austretende monochromatische Strahlung 112 auf direktem Weg, d. h. ohne Umweg über die Probe 204, auf den Detektor 202 fällt. 2 shows a schematic representation of a spectrometer 200 according to an embodiment. The spectrometer 200 includes, for example, a lighting module 100 as previously stated by 1 is described. It is at one of the housing of the lighting module 100 opposite side of the closure element 122 a detector 202 for detecting one of a sample 204 reflected radiation 206 appropriate. According to this embodiment, the detector 202 from a translucent cap 208 housed together with the closure element 122 a detector housing around the detector 202 and the light exit point 114 forms. The detector 202 is laterally offset from the light exit opening 114 arranged and thus this is not opposite. The detector housing is provided with a partition wall in the form of an opaque blocking element 210 executed. The blocking element 210 is between the detector 202 and the light exit point 114 arranged and prevented so that the out of the lighting module 100 exiting monochromatic radiation 112 on the direct way, ie without detouring over the sample 204 , on the detector 202 falls.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Spektrometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 2 ist der Detektor 202 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Array aus entlang des Verschlusselements 122 aneinandergereihten lichtsensitiven Bauteilen realisiert. 3 shows a schematic representation of a spectrometer 200 according to an embodiment. In contrast to 2 is the detector 202 according to this embodiment as an array along the closure element 122 realized lined up light-sensitive components.

Die 2 und 3 zeigen beispielhaft ein Mikrospektrometer gemäß einem Ausführungsbeispiel. Geschützt durch die zumindest an einigen Stellen transparente Kappe 208 befindet sich an der Unterseite des Verschlusselements 122 beispielsweise eine Fotodiode, die als Detektor 202 fungiert. Es ist vorteilhaft, wenn eine direkte Belichtung des Detektors 202 durch die monochromatische Strahlung 112 mittels einer undurchsichtigen Barriere, vorangehend auch Sperrelement 210 genannt, unterbunden ist. Über Reflexion oder Streuung an der angenäherten Probe 204 kann jedoch Licht zum Detektor 202 gelangen. Durch Scannen des MEMS-Gitters und die damit verursachte Wellenlängenänderung der monochromatischen Strahlung 112 ist es möglich, ein Reflexions- oder Absorptionsspektrum aufzunehmen. Fremdlicht ist beispielsweise durch eine Referenzmessung bei ausgeschalteter Laserquelle 104 eliminierbar.The 2 and 3 show by way of example a microspectrometer according to an embodiment. Protected by the at least in some places transparent cap 208 located at the bottom of the closure element 122 For example, a photodiode that serves as a detector 202 acts. It is advantageous if a direct exposure of the detector 202 through the monochromatic radiation 112 by means of an opaque barrier, above also blocking element 210 called, is prevented. About reflection or scattering on the approximated sample 204 However, light can go to the detector 202 reach. By scanning the MEMS grating and the resulting wavelength change of the monochromatic radiation 112 it is possible to record a reflection or absorption spectrum. External light is, for example, by a reference measurement with the laser source switched off 104 eliminated.

Diffuse Rückstreuung ist besonders gut zu messen, wenn die Probe 204, wie in den 2 und 3 gezeigt, direkt auf die Kappe 208 gesetzt ist, sodass Abstände und Grenzflächen optimal definiert sind.Diffuse backscattering is especially good to measure when the sample 204 as in the 2 and 3 shown, directly on the cap 208 is set so that distances and interfaces are optimally defined.

Bei diffuser Rückstreuung und definiertem Objektabstand ist es außerdem vorteilhaft, wenn mehrere Detektoren bzw. ein Array als Detektor 202 verwendet wird, wie in 3 gezeigt. Der Ort der Lichtdetektion auf dem Array gibt dann Aufschluss über die Eindringtiefe der Lichtpfade in der Probe 204 und die zurückgelegte Weglänge. Dies kann einerseits zur Ermittlung einer tiefenabhängigen Streuung oder Absorption, andererseits zur Unterscheidung von Absorptions- und Streueigenschaften ausgenutzt werden.With diffuse backscatter and defined object distance, it is also advantageous if multiple detectors or an array as a detector 202 is used as in 3 shown. The location of the light detection on the array then provides information about the penetration depth of the light paths in the sample 204 and the distance covered. This can be exploited on the one hand to determine a depth-dependent scattering or absorption, on the other hand to distinguish absorption and scattering properties.

Es existieren zahlreiche Konzepte für einfache Spektrometer, insbesondere miniaturisierte Spektrometer. Dabei wird jedoch gewöhnlich die Probe breitbandig beleuchtet, während das Spektrometer das zurückgestreute Licht analysiert. Der Strahlengang geht dabei von der Lichtquelle zur Probe, von dort zum Monochromator und von dort schließlich zum Detektor. Der Hauptgrund dafür ist, dass preisgünstige breitbandige Lichtquellen nicht gerichtet emittieren, sondern eine große Etendue aufweisen. Bei solchen Quellen kostet ein Monochromator sehr viel Intensität. Sein Output hat zwar wieder eine geringere Etendue, aber das von einer diffus reflektierenden Probe zurückgestreute Licht ist wieder ungerichtet und wird auch nur unvollständig vom Detektor erfasst. Es ist vorteilhaft, wenn der Detektor in diesem Fall in die Monochromatoranordnung integriert wird, weil so wenigstens das den Monochromator passierende Licht vollständig erfasst wird.There are numerous concepts for simple spectrometers, in particular miniaturized spectrometers. However, the sample is usually broadband illuminated while the spectrometer analyzes the backscattered light. The beam path goes from the light source to the sample, from there to the monochromator and from there finally to the detector. The main reason for this is that inexpensive broadband light sources do not emit directional, but have a large etendue. With such sources, a monochromator costs a great deal of intensity. Although its output has a lower etendue again, the light backscattered by a diffusely reflecting sample is again undirected and is only incompletely detected by the detector. It is advantageous if the detector is integrated in this case in the monochromator, because so at least the light passing through the monochromator is completely detected.

Bei einer gerichteten Weißlichtquelle jedoch ist es von großem Vorteil, wenn das von ihr ausgesandte Licht erst in den Monochromator geleitet wird, anstelle die niedrige Etendue bei der Streuung an der Probe zu verschenken. Zwar ist auch bei dieser Anordnung, in der die Strahlung von der Quelle zum Monochromator, von dort zur Probe und schließlich von der Probe zum Detektor geht, das von der Probe diffus reflektierte Licht ungerichtet, die spektrale Intensität ist jedoch wesentlich höher.In a directional white light source, however, it is of great advantage if the light emitted by it is first conducted into the monochromator instead of giving away the low etendue in the scattering on the sample. Although this arrangement, in which the radiation from the source to the monochromator, from there to the sample and finally from the sample to the detector, the light diffusely reflected by the sample is undirected, but the spectral intensity is much higher.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Weißlichtquelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa der vorangehend anhand von 1 beschriebenen Weißlichtquelle. Im einfachsten Fall besteht die Weißlichtquelle 102 aus einer Laserdiode als Laserquelle 104 und einer Konversionsschicht als Konversionsmaterial 106. Die Konversionsschicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie durch Anregung mit der Laserstrahlung eine gerichtete Emission bewirkt, ist je nach Ausführungsbeispiel freistehend oder als Beschichtung auf einem transparenten Substrat realisiert oder direkt auf die Laserquelle 104 aufgebracht. Die erzeugte Weißlichtstrahlung 108 wird dann von einer Fläche emittiert, die mindestens so groß wie die Apertur der Laserquelle 104 ist. Der Raumwinkel entspricht mindestens dem Raumwinkel des Laserstrahls, ist jedoch eher etwas größer. 4 shows a schematic representation of a white light source 102 according to an embodiment, such as the above with reference to 1 described white light source. In the simplest case, there is the white light source 102 from a laser diode as a laser source 104 and a conversion layer as conversion material 106 , The conversion layer, which is characterized in that it causes a directed emission by excitation with the laser radiation, depending on the embodiment realized free-standing or as a coating on a transparent substrate or directly to the laser source 104 applied. The generated white light radiation 108 is then emitted from a surface at least as large as the aperture of the laser source 104 is. The solid angle corresponds at least to the solid angle of the laser beam, but is rather slightly larger.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Weißlichtquelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 4 ist die Weißlichtlichtquelle 102 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit weiteren optischen Elementen realisiert, etwa mit einer Linse 500 oder einem ähnlich wirkenden Element zwischen der Laserquelle 104 und dem Konversionsmaterial 106 zum Fokussieren des von der Laserquelle 104 ausgesandten Laserstrahls. Ein kleinerer Strahlquerschnitt des Laserstrahls und damit auch der weißlichtemittierenden Fläche bringt zwar nur in Spezialfällen Vorteile für den Strahlengang (die Etendue kann sich dadurch nicht verbessern), aber die höhere Strahlungsdichte auf dem Konversionsmaterial 106 kann erforderlich sein, wenn eine effiziente Weißlichterzeugung erst oberhalb einer gewissen Schwelle stattfinden soll. Gezeigt ist auch die Blende 126. 5 shows a schematic representation of a white light source 102 according to an embodiment. In contrast to 4 is the white light source 102 realized according to this embodiment with other optical elements, such as a lens 500 or a similar element between the laser source 104 and the conversion material 106 for focusing the laser source 104 emitted laser beam. A smaller beam cross-section of the laser beam and thus of the white-light emitting surface brings only in special cases advantages for the beam path (the etendue can not improve this), but the higher radiation density on the conversion material 106 may be necessary if efficient white light generation is to take place above a certain threshold. Shown is the aperture 126 ,

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 600 dient beispielsweise zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls, wie es vorangehend anhand der 1 bis 5 beschrieben ist. Hierzu umfasst die Vorrichtung 600 eine Einschalteinheit 610 zum Einschalten der Laserquelle durch Ausgeben eines entsprechenden Einschaltsignals 612. Eine Ansteuereinheit 620 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Einschaltsignals 612 ein Ansteuersignal 622 zum Ansteuern des Monochromators bereitzustellen. Das Ansteuersignal 622 dient zur Änderung des Wellenlängenbereichs der monochromatischen Strahlung, beispielsweise durch Verstellen eines Beugungsgitters des Monochromators. 6 shows a schematic representation of a device 600 according to an embodiment. The device 600 serves for example for operating a lighting module, as described above with reference to FIG 1 to 5 is described. For this purpose, the device comprises 600 an activation unit 610 for turning on the laser source by outputting a corresponding turn-on signal 612 , A drive unit 620 is configured to use the turn-on signal 612 a drive signal 622 to provide for driving the monochromator. The drive signal 622 serves to change the wavelength range of the monochromatic radiation, for example by adjusting a diffraction grating of the monochromator.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 kann beispielsweise durch die vorangehend anhand von 6 beschriebene Vorrichtung ausgeführt werden. Dabei wird in einem Schritt 710 die Laserquelle eingeschaltet, um die Weißlichtstrahlung bereitzustellen. In einem weiteren Schritt 720 erfolgt ansprechend auf das Einschalten der Laserquelle die Ansteuerung des Monochromators, um den Wellenlängenbereich der monochromatischen Strahlung zu ändern. 7 shows a flowchart of a method 700 for operating a lighting module according to an embodiment. The procedure 700 For example, by the foregoing by means of 6 be executed described device. It is in one step 710 the laser source is turned on to provide the white light radiation. In a further step 720 In response to turning on the laser source, the monochromator is driven to change the wavelength range of the monochromatic radiation.

8 zeigt ein Ablaufdiagramm als Verfahrens 800 zum Herstellen eines Spektrometers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Mittels des Verfahrens 800 kann beispielsweise das vorangehend anhand der 2 und 3 beschriebene Spektrometer hergestellt werden. Dabei werden in einem optionalen vorbereitenden Schritt 810 das Beleuchtungsmodul und der Detektor bereitgestellt. In einem weiteren Schritt 820 werden das Beleuchtungsmodul und der Detektor miteinander kombiniert, indem der Detektor am Beleuchtungsmodul, etwa am Verschlusselement des Beleuchtungsmoduls, befestigt wird. 8th shows a flowchart as a method 800 for producing a spectrometer according to an embodiment. By means of the procedure 800 For example, the above with reference to the 2 and 3 described spectrometer can be produced. This will be done in an optional preparatory step 810 provided the lighting module and the detector. In a further step 820 For example, the illumination module and the detector are combined with each other by attaching the detector to the illumination module, such as the closure element of the illumination module.

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.

Claims (15)

Beleuchtungsmodul (100) für ein Spektrometer (200), wobei das Beleuchtungsmodul (100) folgende Merkmale aufweist: eine Weißlichtquelle (102) mit einer Laserquelle (104) zum Aussenden einer Laserstrahlung und einem Konversionsmaterial (106) zum Aussenden einer gerichteten Weißlichtstrahlung (108) unter Verwendung der Laserstrahlung; einen Monochromator (110) zum Erzeugen einer monochromatischen Strahlung (112) mit änderbarem Wellenlängenbereich unter Verwendung der Weißlichtstrahlung (108); und eine Lichtaustrittsstelle (114) zum Lenken der monochromatischen Strahlung (112) auf eine mittels des Spektrometers (200) zu analysierende Probe (204).Illumination module (100) for a spectrometer (200), wherein the illumination module (100) has the following features: a white light source (102) having a laser source (104) for emitting a laser radiation and a conversion material (106) for emitting a directional white light radiation (108) using the laser radiation; a monochromator (110) for generating a monochromatic radiation (112) having a changeable wavelength range using the white light radiation (108); and a light exit site (114) for directing the monochromatic radiation (112) onto a sample (204) to be analyzed by the spectrometer (200). Beleuchtungsmodul (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Laserquelle (104) zumindest eine Laserdiode aufweist und/oder ausgebildet ist, um Infrarotstrahlung als die Laserstrahlung auszusenden, und/oder bei dem das Konversionsmaterial (106) amorph ist.Lighting module (100) according to Claim 1 in which the laser source (104) has at least one laser diode and / or is designed to emit infrared radiation as the laser radiation, and / or in which the conversion material (106) is amorphous. Beleuchtungsmodul (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Monochromator (110) zumindest ein Kollimationselement (116) zum Kollimieren der Weißlichtstrahlung (108) und/oder zumindest ein Beugungselement (118) zum Erzeugen der monochromatischen Strahlung (112) durch wellenlängenabhängiges Beugen der Weißlichtstrahlung (108) und/oder zumindest ein Umlenkelement (120) zum Lenken der monochromatischen Strahlung (112) auf die Lichtaustrittsstelle (114) aufweist.Illumination module (100) according to one of the preceding claims, wherein the monochromator (110) at least one collimating element (116) for collimating the white light radiation (108) and / or at least one diffraction element (118) for generating the monochromatic radiation (112) by wavelength-dependent bending the white light radiation (108) and / or at least one deflection element (120) for directing the monochromatic Radiation (112) on the light exit point (114). Beleuchtungsmodul (100) gemäß Anspruch 3, bei dem das Beugungselement (118) als verstellbares Beugungsgitter ausgeführt ist und/oder das Kollimationselement (116) und/oder das Umlenkelement (120) als Hohlspiegel ausgeführt ist.Lighting module (100) according to Claim 3 in which the diffraction element (118) is designed as an adjustable diffraction grating and / or the collimation element (116) and / or the deflection element (120) is designed as a concave mirror. Beleuchtungsmodul (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Kapsel (124) und einem Verschlusselement (122) zum Verschließen der Kapsel (124) zu einem Gehäuse, wobei die Weißlichtquelle (102) und der Monochromator (110) im Gehäuse angeordnet oder anordenbar sind.Lighting module (100) according to one of the preceding claims, comprising a capsule (124) and a closure element (122) for closing the capsule (124) to a housing, wherein the white light source (102) and the monochromator (110) arranged in the housing or can be arranged are. Beleuchtungsmodul (100) gemäß Anspruch 3 und 5 oder gemäß Anspruch 4 und 5, bei dem die Weißlichtquelle (102) und/oder das Beugungselement (118) am Verschlusselement (122) angeordnet oder anordenbar ist und/oder das Kollimationselement (116) und/oder das Umlenkelement (120) an einer Innenwand der Kapsel (124) angeordnet oder anordenbar ist.Lighting module (100) according to Claim 3 and 5 or according to Claim 4 and 5 in which the white light source (102) and / or the diffraction element (118) is arranged or arrangeable on the closure element (122) and / or the collimation element (116) and / or the deflection element (120) are arranged on an inner wall of the capsule (124) or can be arranged. Beleuchtungsmodul (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem das Verschlusselement (122) als Leiterplatte ausgeführt ist und/oder die Lichtaustrittsstelle (114) aufweist.Lighting module (100) according to Claim 5 or 6 in which the closure element (122) is designed as a printed circuit board and / or has the light exit point (114). Spektrometer (200) mit folgenden Merkmalen: einem Beleuchtungsmodul (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche; und einem Detektor (202) zum Detektieren einer von der Probe (204) reflektierten Strahlung (206), wobei der Detektor (202) am Beleuchtungsmodul (100) angeordnet oder anordenbar ist.Spectrometer (200) with the following features: a lighting module (100) according to one of the preceding claims; and a detector (202) for detecting a radiation (206) reflected from the sample (204), the detector (202) being arranged or arrangeable on the illumination module (100). Spektrometer (200) gemäß Anspruch 8, mit einem Beleuchtungsmodul (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 und einer lichtdurchlässigen Kappe (208), wobei die Kappe (208) mit dem Verschlusselement (122) ein Detektorgehäuse bildet und der Detektor (202) so im Detektorgehäuse angeordnet ist, dass der Detektor (202) und die Lichtaustrittsstelle (114) nicht einander gegenüberliegen.Spectrometer (200) according to Claim 8 , with a lighting module (100) according to one of Claims 5 to 7 and a translucent cap (208), wherein the cap (208) forms a detector housing with the closure member (122) and the detector (202) is disposed in the detector housing such that the detector (202) and the light exit site (114) are not opposed to each other , Spektrometer (200) gemäß Anspruch 9, mit einem lichtundurchlässigen Sperrelement (210), das im Detektorgehäuse zwischen dem Detektor (202) und der Lichtaustrittsstelle (114) angeordnet ist, um einen direkten Lichtweg zwischen dem Detektor (202) und der Lichtaustrittsstelle (114) zu versperren.Spectrometer (200) according to Claim 9 lens with an opaque barrier member (210) disposed in the detector housing between the detector (202) and the light exit site (114) to obstruct a direct light path between the detector (202) and the light exit site (114). Verfahren (700) zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren (700) folgende Schritte umfasst: Einschalten (710) der Laserquelle (104), um die Weißlichtstrahlung (108) bereitzustellen; und Ansteuern (720) des Monochromators (110) ansprechend auf das Einschalten (710), um den Wellenlängenbereich der monochromatischen Strahlung (112) zu ändern.A method (700) for operating a lighting module (100) according to any one of Claims 1 to 7 wherein the method (700) comprises the steps of: turning on (710) the laser source (104) to provide the white light radiation (108); and driving (720) the monochromator (110) in response to the turn-on (710) to change the wavelength range of the monochromatic radiation (112). Verfahren (800) zum Herstellen eines Spektrometers (200) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verfahren (800) folgenden Schritt umfasst: Anordnen (820) des Detektors (202) am Beleuchtungsmodul (100), um das Spektrometer (200) herzustellen.Method (800) for producing a spectrometer (200) according to one of the Claims 8 to 10 wherein the method (800) comprises the step of: arranging (820) the detector (202) on the illumination module (100) to produce the spectrometer (200). Vorrichtung (600) mit Einheiten (610, 620), die ausgebildet sind, um das Verfahren (700) gemäß Anspruch 11 auszuführen und/oder anzusteuern.Apparatus (600) comprising units (610, 620) adapted to perform the method (700) of Claim 11 execute and / or control. Computerprogramm, das ausgebildet ist, um das Verfahren (700) gemäß Anspruch 11 auszuführen und/oder anzusteuern.Computer program adapted to perform the method (700) according to Claim 11 execute and / or control. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 14 is stored.
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