DE102018200124A1 - Illumination module for a spectrometer, spectrometer, method for operating a lighting module and method for producing a spectrometer - Google Patents
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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 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.
- 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.
- 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.
-
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.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Monochromator
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist das Beleuchtungsmodul
Die
Diffuse Rückstreuung ist besonders gut zu messen, wenn die Probe
Bei diffuser Rückstreuung und definiertem Objektabstand ist es außerdem vorteilhaft, wenn mehrere Detektoren bzw. ein Array als Detektor
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.
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.
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DE102008019600A1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Stacked construction optical device and method of making the same |
DE102016207995A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | Robert Bosch Gmbh | An optical resonator for a sensor device for detecting a fluid, a sensor device for detecting a fluid, and a method for detecting a fluid |
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2018
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Patent Citations (2)
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