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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektrometer zur spektralen Analyse elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise ultraviolette Strahlung und sichtbares Licht. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen des erfindungsgemäßen Spektrometers. Das Verfahren kann ergänzend auch zum Rekalibrieren des Spektrometers ausgebildet sein.
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Bei Spektrometern kann durch unterschiedliche innere und äußere Einflüsse, wie beispielsweise thermische Effekte, Schock-/Vibrationsbelastungen, Verspannungen und Kriechen im Material, eine Wellenlängendrift auftreten. Trotz konstruktiver Maßnahmen zur Reduzierung der Wellenlängendrift, durch beispielsweise eine geeignete Materialauswahl und Verbindungstechnik, durch Tempern und durch Vergießen, kann mit vertretbarem Aufwand keine hinreichend gute Langzeitstabilität erzielt werden. In solchen Fällen kann eine nachträgliche Korrektur durch Software auf die Wellenlängenskale der Spektren angewendet werden, wofür die Wellenlängendrift messtechnisch zu erfassen und auszuwerten ist.
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Ein bekanntes Verfahren für die nachträgliche Wellenlängenkorrektur ist die Messung einer Probe oder Lichtquelle mit physikalisch definierten Absorptionsbanden bzw. Emissionslinien. Dies ist zumeist nicht in-situ möglich, da die Integration der Referenzprobe bzw. Referenzlichtquelle zu aufwändig wäre.
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Aus der
US 2018/0128679 A1 und aus der
DE 10 2016 013 267 A1 ist ein Verfahren zur Kompensation der Spektrumsdrift in einem Spektrometer bekannt. Das Spektrometer umfasst eine Strahlungsquelle, eine optische Vorrichtung zur Aufteilung eines Spektrums in Spektrallinien und mehrere Detektoren zum Empfangen von Teilspektren. Das Verfahren umfasst das Erzeugen und Aufzeichnen eines Emissionsspektrums einer Probe und das Bestimmen von Pixeln, welche das Maximum der Peaks für die jeweiligen Teilspektren empfangen. Die jeweiligen Peakpositionen werden ermittelt und es wird für die jeweiligen Spitzenpositionen bestimmt, ob es eine Korrekturlinie innerhalb eines vorbestimmten maximalen Abstandes von der Spitzenposition gibt. Aus diesem Abstand wird eine Korrekturfunktion berechnet.
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Die
EP 0 121 714 A2 zeigt ein System zur Aufrechterhaltung der Wellenlängenskalenkalibrierung von Spektrometern und Monochromatoren auf der Basis von Beugungsgittern. Das System nutzt die annähernd feste Winkelbeziehung zwischen gebeugtem und ungebeugtem Licht, um die Kalibrierung des Instrumentes aufrechtzuerhalten. Ein oder mehrere Fotodetektoren werden verwendet, um Verschiebungen in einem ungebeugten Bild aufgrund mechanischer Fehlausrichtungen zu messen. Sobald Richtung und Grad der Verschiebung bekannt sind, wird das Instrument neu kalibriert, indem verschiedene mechanische und/oder optische Strukturen innerhalb des Instrumentes eingestellt werden, um die ungebeugten Bilder um einen Betrag zu verschieben, der entgegengesetzt zu der gemessenen Verschiebung ist. Bei dem gebeugten Licht handelt es sich um eine Beugung der nullten Ordnung. Die separate Detektion des gebeugten Lichtes der nullten Ordnung ist oftmals aus Platzgründen nicht möglich, da dieses Licht auf die Kante der eigentlichen Detektorzeile fällt. Ein zusätzliches Detektorelement würde zu einem hohen Aufwand führen.
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Die
DE 10 2007 029 405 A1 lehrt einen Wellenlängen- und Intensitätsstandard für Spektrometer, welcher insbesondere zur Kalibrierung und Prüfung von Messköpfen von Spektrometern vorgesehen ist. Der Standard umfasst eine Fassung und einen in der Fassung angeordneten Plattenkörper aus transparentem Kunststoff mit einer hohen Festigkeit und Formstabilität über einen großen Temperaturbereich. Der Kunststoff besitzt im gesamten NIR-Bereich ausgeprägte Absorptionsbanden.
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Die
DE 698 36 166 T2 betrifft einen Wellenlängenstandard für den sichtbaren Bereich und den Infrarotbereich zum Gebrauch bei der Analyse und Identifizierung von Materialen. Der Wellenlängenstandard umfasst einen Betonmix mit einem in der Matrix verteilten Seltenerdoxid.
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Die
DE 10 2004 021 448 A1 zeigt einen spektrometrischen Reflexionsmesskopf mit einer internen Rekalibrierung, welcher aus einem mit einem Fenster versehenen Gehäuse besteht, in welchem eine Beleuchtungsquelle und eine Optikbaugruppe zum Sammeln und Einkoppeln des Messlichtes in einen Lichtleiter angeordnet sind. Das Gehäuse weist Verbindungen zu einem Spektrometer auf. Im Gehäuse sind zusätzlich mindestens zwei Standards zur internen Rekalibrierung vorhanden, die wahlweise in den Strahlengang des Reflexionsmesskopfes zur Erfassung der Messdaten für die Rekalibrierung geschwenkt werden können.
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Aus der
DE 10 2004 048 103 A1 ist eine Anordnung zur Bestimmung der Bestandteile geernteter landwirtschaftlicher Produkte bekannt. Diese Anordnung umfasst einen spektrometrischen Messkopf, welcher aus einem mit einem Fenster versehenen Gehäuse besteht, in welchem eine Beleuchtungsquelle, eine Spektrometeranordnung und mindestens zwei Standards zur internen Rekalibrierung vorhanden sind. Die Standards können so in den Strahlengang des Messkopfes geschwenkt werden, dass das gesamte von der Beleuchtungsquelle ausgehende Messlicht zur Rekalibrierung verwendet wird.
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Die
DE 10 2018 103 509 B3 zeigt ein Verfahren zur probenrichtigen Messung mit einem mobilen Inhaltsstoffanalysesystem, welches ein Gehäuse mit Fenster, eine Schnittstelle für eine externe Referenzeinheit, eine Anzeige- und Bedieneinheit, eine Lichtquelle, ein optisches Spektrometer, eine Kamera, eine interne Referenzeinheit und eine elektronische Steuereinheit aufweist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine Wellenlängendrift eines Spektrometersystems aufwandsarm ermitteln zu können.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Spektrometer gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 8.
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Das erfindungsgemäße Spektrometer dient zum Vermessen eines Spektrums einer elektromagnetischen Strahlung. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich bevorzugt um ultraviolette Strahlung, sichtbares Licht und ggf. auch um infrarote Strahlung. Das Spektrometer ist bevorzugt für eine Reflexionsmessung ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Spektrometer umfasst eine Eintrittsöffnung für eine zu analysierende elektromagnetische Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung, deren Spektrum zu vermessen ist, tritt durch die Eintrittsöffnung in das Spektrometer ein.
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Das erfindungsgemäße Spektrometer umfasst ein dispersives Element zur räumlich-spektralen Aufspaltung der durch die Eintrittsöffnung eingetretenen elektromagnetischen Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung wird durch das dispersive Element in Abhängigkeit von der Wellenlänge unterschiedlich stark gebeugt oder gebrochen, sodass sich ein Spektrum der elektromagnetischen Strahlung zeigt.
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Das erfindungsgemäße Spektrometer umfasst zudem einen ortsauflösenden Detektor zur wellenlängenabhängigen Wandlung der räumlich-spektral aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung. Orte auf dem ortsauflösenden Detektor sind jeweils einer Wellenlänge der räumlich-spektral aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung zugeordnet. Durch die Ortsauflösung des Detektors kann somit eine wellenlängenabhängige Messung erfolgen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Spektrometer weiterhin eine Lichtquelle, durch welche Licht emittierbar ist. Die Lichtquelle dient zum Prüfen und ggf. auch zum Rekalibrieren des Spektrometers, sodass sie eine Referenzlichtquelle bildet. Daher wird die Lichtquelle bevorzugt nur während eines Prüfens bzw. eines Rekalibrierens des Spektrometers in Betrieb genommen, während sie bei der Analyse der durch die Eintrittsöffnung eingetretenen elektromagnetischen Strahlung außer Betrieb bleibt. Die Lichtquelle befindet sich bevorzugt im Inneren des Spektrometers. Bei dem Licht der Lichtquelle handelt es sich bevorzugt um sichtbares Licht, wobei es sich im weiteren Sinne auch um ultraviolette Strahlung oder infrarote Strahlung handeln kann.
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Erfindungsgemäß ist die Lichtquelle gegenüber dem dispersiven Element so angeordnet, dass Licht einer nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, auf den ortsauflösenden Detektor gerichtet ist. Das Licht der Lichtquelle wird also wie die zu analysierende, durch die Eintrittsöffnung eintretende elektromagnetische Strahlung vom dispersiven Element gebeugt bzw. gebrochen, aber nicht während einer Analyse der durch die Eintrittsöffnung eingetretenen elektromagnetischen Strahlung, sondern während eines Prüfens bzw. eines Rekalibrierens des Spektrometers, wenn die Lichtquelle betrieben wird und Licht emittiert. Das Licht der nullten Ordnung, welches vom dispersiven Element gebeugt bzw. gebrochen dispergiert wurde, ist gekennzeichnet durch ein Maximum einer nullten Ordnung. Es handelt sich somit um eine nullte Ordnung der Beugung bzw. Brechung. Das Licht, welches vom dispersiven Element gebeugt bzw. gebrochen wurde, kann Licht einer ersten Ordnung und weiterer Ordnungen umfassen, welche jeweils durch ein Maximum einer ersten bzw. weiterten Ordnung gekennzeichnet sind, und welches nicht auf den Detektor gerichtet sein muss und bevorzugt nicht auf den Detektor gerichtet ist. Das Licht der nullten Ordnung, welches vom dispersiven Element gebeugt bzw. gebrochen wurde, weist in Bezug auf das dispersive Element einen Einfallswinkel und einen Ausfallswinkel auf, welche bevorzugt gleich groß sind. Das Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element gebeugt bzw. gebrochen wurde, ist bevorzugt in einem kalibrierten Zustand des Spektrometers und auch in einem nichtkalibrierten Zustand des Spektrometers auf den ortsauflösenden Detektor gerichtet.
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Da das Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, auf den ortsauflösenden Detektor gerichtet ist, kann ein Ort auf dem ortsauflösenden Detektor detektiert werden und es kann geprüft werden, inwieweit dieser Ort von einem vordefinierten Ort, auf welchen das Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, in einem kalibrierten Zustand des Spektrometers gerichtet ist, abweicht. Da jeder dieser Orte einer Wellenlänge zugeordnet ist, kann auf diese Weise eine Wellenlängendrift des Spektrometers erkannt und auch gemessen werden.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Spektrometers besteht darin, dass es für die Prüfbarkeit und Rekalibrierbarkeit des Spektrometers lediglich der Lichtquelle im Spektrometer bedarf. Die Lichtquelle kann klein dimensioniert werden, sodass kein Bauraumkonflikt entsteht. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist kein weiterer Detektor erforderlich, denn zum Prüfen bzw. Rekalibrieren des Spektrometers wird der ohnehin vorhandene Detektor genutzt. Die Lichtquelle, beispielsweise in Form einer LED, ist kostengünstiger als ein weiterer Detektor. Hat das Spektrometer seinen kalibrierten Zustand verlassen, so kommt es zu einer Verschiebung des von der Lichtquelle emittierten und von dem dispersiven Element dispergierten Lichtes auf dem Detektor, was auf ungewollte Änderungen im optischen Strahlengang des Spektrometers schließen lässt. Hierfür wird der Strahlengang des von der Lichtquelle emittierten Lichtes im Spektrometer bevorzugt so gestaltet, dass er weitestgehend einem Strahlengang der zu analysierenden, durch die Eintrittsöffnung eingetretenen elektromagnetischen Strahlung im Spektrometer gleicht.
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Wie bereits erläutert kann das Licht, welches vom dispersiven Element gebeugt bzw. gebrochen wurde, Licht einer ersten Ordnung und weiterer Ordnungen umfassen, welches nicht auf den Detektor gerichtet sein muss und bevorzugt nicht auf den Detektor gerichtet ist. Entsprechend ist dieses Licht im kalibrierten Zustand des Spektrometers und auch bevorzugt in einem nichtkalibrierten Zustand des Spektrometers bevorzugt auf einen Bereich neben dem ortsauflösenden Detektor gerichtet.
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Bevorzugt ist die Lichtquelle gegenüber dem dispersiven Element so angeordnet, dass das Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, auf den ortsauflösenden Detektor fokussiert ist, sodass es dort als ein Lichtpunkt auf den ortsauflösenden Detektor trifft. Allerdings muss das Licht nicht notwendigerweise scharf auf dem ortsauflösenden Detektor abgebildet sein.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Spektrometers ist die Lichtquelle durch eine Punktlichtquelle gebildet, sodass auch das fokussierte Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, punktförmig ist und somit nur einen kleinen Bereich auf dem Detektor bestrahlt. Der Ort dieses kleinen Bereiches ist damit genau ermittelbar.
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Die Lichtquelle bzw. die Punktlichtquelle weist bevorzugt eine sehr kleine Lichtaustrittsfläche auf. Die Lichtaustrittsfläche weist einen Durchmesser auf, welcher bevorzugt kleiner als 0,1 mm und weiter bevorzugt kleiner als 0,05 mm ist.
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Das Licht, welches durch die Lichtquelle emittierbar ist, weist bevorzugt ein derartiges Spektrum auf, durch welches gewährleistet ist, dass sich Licht der ersten und höherer Ordnungen, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, nicht mit Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, auf dem Detektor örtlich überlappt. Das Licht, welches durch die Lichtquelle emittierbar ist, weist bevorzugt ein Spektrum auf, welches von dem Detektor detektierbar ist. Im Übrigen bestehen keine besonderen Anforderungen an dieses Spektrum, insbesondere nicht hinsichtlich Wellenlänge und Wellenlängenstabilität.
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Die Lichtquelle ist besonders bevorzugt durch eine LED gebildet. Die LED ist bevorzugt als ein Punktstrahler-Chip ausgebildet.
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Die Lichtquelle bzw. die LED ist bevorzugt auf das dispersive Element ausgerichtet.
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Das dispersive Element ist bevorzugt durch ein Beugungsgitter gebildet. Somit wird die zu analysierende elektromagnetische Strahlung bzw. das von der Lichtquelle emittierte Licht am Beugungsgitter gebeugt. Die vom Beugungsgitter gebeugte zu analysierende elektromagnetische Strahlung bzw. das von der Lichtquelle emittierte und vom Beugungsgitter gebeugte Licht ist auf den ortsauflösenden Detektor gerichtet. Insbesondere ist die nullte Ordnung des vom Beugungsgitter gebeugten Lichtes der Lichtquelle auf den ortsauflösenden Detektor gerichtet. Das dispersive Element kann alternativ durch ein anderes das Licht beugendes Element gebildet sein. Das dispersive Element kann alternativ durch ein das Licht brechendes Element, wie ein Prisma, gebildet sein.
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Der ortsauflösende Detektor ist bevorzugt durch eine Detektorzeile gebildet. Die Detektorzeile umfasst linear in einer Zeile angeordnete Detektorelemente, welche auch als Pixel bezeichnet werden können. Die Detektorelemente weisen einen mittleren Abstand in der Zeile auf, welcher bevorzugt zumindest gleich oder größer als der Durchmesser der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle ist.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Spektrometers sind die Eintrittsöffnung und der ortsauflösende Detektor gemeinsam gegenüberliegend zu dem dispersiven Element angeordnet, wobei die Eintrittsöffnung und der ortsauflösende Detektor beabstandet sind, sodass die Eintrittsöffnung, der ortsauflösende Detektor und das dispersive Element in den Eckpunkten eines Dreieckes liegen. Der ortsauflösende Detektor erstreckt sich in einer Ebene, in welcher bevorzugt auch die Eintrittsöffnung angeordnet ist.
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Die Eintrittsöffnung und der ortsauflösende Detektor sind bevorzugt gemeinsam mit der Lichtquelle gegenüberliegend zu dem dispersiven Element angeordnet. Dabei befindet sich die Lichtquelle bevorzugt nahe der Eintrittsöffnung, wobei der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Eintrittsöffnung bevorzugt weniger als 10 mm und weiter bevorzugt weniger als 5 mm beträgt.
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In Bezug auf die Ebene, in welcher sich der ortsauflösende Detektor erstreckt und über welcher sich das dispersive Element befindet, befindet sich die Lichtquelle bevorzugt um einen Abstand beabstandet von dieser Ebene. Dieser Abstand beträgt bevorzugt zwischen 0,5 mm und 5 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm. In Bezug auf die Ebene, in welcher sich der ortsauflösende Detektor erstreckt und über welcher sich das dispersive Element befindet, befindet sich die Lichtquelle bevorzugt um ein Erhöhungsmaß erhöht gegenüber dieser Ebene, sodass sich die Lichtquelle zwischen dieser Ebene und dem dispersiven Element befindet. Das Erhöhungsmaß beträgt bevorzugt zwischen 0,5 mm und 5 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm. Diese erhöhte Position ist bevorzugt dadurch realisiert, dass die Lichtquelle auf einer Leiterplatte angeordnet ist, welche auf einer auch den ortsauflösenden Detektor tragenden Basisleiterplatte angeordnet ist.
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Das Spektrometer umfasst bevorzugt weiterhin mindestens einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Spektrometers. Mithilfe des Messwertes der Temperatur können ergänzend temperaturbedingte Abweichungen der spektralen Analyse korrigiert werden.
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Das Spektrometer umfasst bevorzugt weiterhin eine Messsigalverarbeitungseinheit in Form einer Recheneinheit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Prüfen des erfindungsgemäßen Spektrometers. In einem Schritt des Verfahrens wird Licht mit der Lichtquelle emittiert. Hierfür ist die Lichtquelle zu betreiben, wofür die Lichtquelle insbesondere zu bestromen ist. Das Licht der Lichtquelle ist auf das dispersive Element gerichtet, von welchem das Licht dispergiert wird. Das dispergierte Licht der nullten Ordnung ist auf den ortsauflösenden Detektor gerichtet. In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird das von der Lichtquelle emittierte und vom dispersiven Element dispergierte Licht der nullten Ordnung mit dem ortsauflösenden Detektor erkannt. Erfindungsgemäß wird geprüft, inwieweit ein Ort auf dem ortsauflösenden Detektor, auf welchem das von der Lichtquelle emittierte und vom dispersiven Element dispergierte Licht der nullten Ordnung erkannt wurde, von einem vordefinierten Ort auf dem ortsauflösenden Detektor abweicht. In einem kalibrierten Zustand des Spektrometers fällt das Licht der nullten Ordnung, welches von der Lichtquelle emittiert und von dem dispersiven Element dispergiert wurde, auf den vordefinierten Ort auf dem ortsauflösenden Detektor. Die Abweichung des Ortes auf dem ortsauflösenden Detektor, auf welchem das dispergierte Licht der nullten Ordnung erkannt wurde, von dem vordefinierten Ort auf dem ortsauflösenden Detektor ist somit ein Maß für eine Wellenlängendrift des Spektrometers. Entsprechend der ermittelten Wellenlängendrift kann eine Aussage darüber getroffen werden, wie genau das Spektrometer misst bzw. ob es eine gesetzte Genauigkeitsanforderung erfüllt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient bevorzugt zum Prüfen einer der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Spektrometers. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt auch Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Spektrometer und dessen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt weiterhin zum Rekalibrieren des Spektrometers ausgebildet. Hierfür umfasst das Verfahren einen Schritt, in welchem eine Korrekturvorschrift bestimmt wird ausgehend von der ermittelten Abweichung des Ortes auf dem ortsauflösenden Detektor, auf welchem das von der Lichtquelle emittierte und vom dispersiven Element dispergierte Licht der nullten Ordnung erkannt wurde, von dem vordefinierten Ort auf dem ortsauflösenden Detektor. Das Bestimmen der Korrekturvorschrift umfasst bevorzugt ein Bestimmen eines Korrekturfaktors, welcher von der ermittelten Abweichung abhängt.
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Die Korrekturvorschrift ist zum Verarbeiten von Messwerten, welche mit dem Spektrometer aufgenommen werden, anzuwenden, sodass korrigierte Messwerte erhalten werden. Die Messwerte, welche mit dem Spektrometer aufgenommen werden, werden für elektromagnetische Strahlung aufgenommen, welche durch die Eintrittsöffnung eintritt. Die korrigierten Messwerte sind um die Wellenlängendrift bereinigt. Das spektrale Rekalibrieren des Spektrometers erfolgt mit einer Genauigkeit, welche ein Genauigkeitsmaß von bevorzugt kleiner als ± 1 nm, weiter bevorzugt kleiner als ± 0,5 nm aufweist.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Temperatur des Spektrometers gemessen, wodurch ein Temperaturmesswert erhalten wird. Dies erfolgt bevorzugt durch Nutzung des oben beschriebenen Temperatursensors. Das Bestimmen der Korrekturvorschrift erfolgt ergänzend auch ausgehend von dem Temperaturmesswert, um temperaturbedingte Abweichungen des Spektrometers zu korrigieren. Hierdurch werden temperaturbedingte Abweichungen der spektralen Analyse ausgeglichen.
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Die Messsigalverarbeitungseinheit des Spektrometers ist bevorzugt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert.
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Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1: eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spektrometers; und
- 2: eine in 1 gezeigte LED im Detail.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spektrometers. Das Spektrometer umfasst ein Gehäuse 01, welches eine Eintrittsöffnung 02 aufweist. Durch die Eintrittsöffnung 02 kann elektromagnetische Strahlung (nicht dargestellt) in das Spektrometer eintreten, um im Spektrometer spektral analysiert zu werden. Bei dieser elektromagnetischen Strahlung handelt es sich bevorzugt um ultraviolette Strahlung und/oder sichtbares Licht.
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Zur spektralen Analyse der durch die Eintrittsöffnung 02 eintretenden elektromagnetischen Strahlung (nicht dargestellt) umfasst das Spektrometer ein Beugungsgitter 03 zur räumlich-spektralen Aufspaltung der elektromagnetischen Strahlung und einen zeilenförmigen ortsauflösenden Detektor 04 zur wellenlängenabhängigen Wandlung der räumlich-spektral aufgespaltenen elektromagnetischen Strahlung.
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Erfindungsgemäß umfasst das Spektrometer eine Lichtquelle in Form einer LED 06, welche im Gehäuse 01 angeordnet ist und der Bestimmung einer möglichen Wellenlängendrift des Spektrometers dient, sodass dieses geprüft und rekalibriert werden kann. Die LED 06 ist so angeordnet, dass ihr Licht 07 einen Strahlengang im Spektrometer aufweist, welcher möglichst nahe dem Strahlengang der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung im Spektrometer kommt. Somit durchläuft das Licht 07 der LED 06 möglichst alle Elemente des Spektrometers, welche auch durch die zu analysierende elektromagnetische Strahlung durchlaufen werden. Aus diesen Gründen ist die LED 06 nahe der Eintrittsöffnung 02 angeordnet. Der seitliche Abstand zwischen der LED 06 und der Eintrittsöffnung 02 beträgt bevorzugt beispielhaft nur 3,5 mm.
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Das Licht 07 der LED 06 wird wie die zu analysierende elektromagnetische Strahlung vom Beugungsgitter 03 gebeugt. Erfindungsgemäß trifft gebeugtes Licht 08 der nullten Ordnung auf den ortsauflösenden Detektor 04. Gebeugtes Licht 09 der ersten Ordnung trifft nicht auf den ortsauflösenden Detektor 04 sondern neben den ortsauflösenden Detektor 04.
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Die LED 06 ist bevorzugt so positioniert, dass das gebeugte Licht 08 der nullten Ordnung auf den ortsauflösenden Detektor 04 fokussiert ist, sodass es dort einen Lichtpunkt erzeugt, dessen Durchmesser sehr klein ist. Dieser Durchmesser ist bevorzugt kleiner als eine Ausdehnung von zwei bis fünf einzelner Detektorelemente (nicht gezeigt) des ortsauflösenden Detektors 04. Aus diesem Grund ist die LED 06 bevorzugt erhöht gegenüber dem ortsauflösenden Detektor 04 angeordnet. Diese Erhöhung beträgt beispielhaft 1,8 mm. Damit der auf dem ortsauflösenden Detektor 04 erzeugte Lichtpunkt möglichst klein ist, ist die LED 06 bevorzugt als ein Punktstrahler (im Detail gezeigt in 2) ausgebildet. Allerdings muss das auf den ortsauflösenden Detektor 04 fallende Licht nicht notwendigerweise fokussiert sein.
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2 zeigt die in 1 gezeigte LED 06. Die LED 06 ist als ein Punktstrahler-Chip ausgebildet. Die LED 06 umfasst einen Träger 11, welcher beispielhaft eine Länge von 360 µm und eine Breite von 260 µm aufweist. Auf dem Träger 11 befindet sich eine Bondfläche 12, auf welcher eine punktförmige Leuchtfläche 13 angeordnet ist, welche einen Durchmesser von beispielhaft nur 25 µm besitzt. Die Leuchtfläche 13 emittiert Licht mit einer Wellenlänge von beispielhaft 650 nm.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Gehäuse
- 02
- Eintrittsöffnung
- 03
- Beugungsgitter
- 04
- ortsauflösender Detektor
- 05
- -
- 06
- LED
- 07
- Licht der LED
- 08
- gebeugtes Licht nullter Ordnung
- 09
- gebeugtes Licht erster Ordnung
- 10
- -
- 11
- Träger
- 12
- Bondfläche
- 13
- Leuchtfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2018/0128679 A1 [0004]
- DE 102016013267 A1 [0004]
- EP 0121714 A2 [0005]
- DE 102007029405 A1 [0006]
- DE 69836166 T2 [0007]
- DE 102004021448 A1 [0008]
- DE 102004048103 A1 [0009]
- DE 102018103509 B3 [0010]
