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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Strahlformeinrichtung zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung, eine optische Analysevorrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Strahlformeinrichtung.
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Stand der Technik
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Spektrometriesysteme können ein Sensorsystem bestehend aus einer Beleuchtungs- und Detektionskomponente umfassen. Hierbei kann eine oder mehrere Lichtquellen angewandt werden und einen Bereich einer zu analysierenden Probe beleuchten. Ein Detektor ist meist räumlich von der Lichtquelle getrennt angeordnet und kann ein von dem beleuchteten Bereich reflektiertes oder gestreutes Licht empfangen, wobei sich das Sichtfeld des Detektors meist nur bereichsweise mit dem beleuchteten Bereich auf der Probe deckt. Im Falle mehrerer Lichtquellen können die Beleuchtungsbereiche dieser sich üblicherweise auch nur bereichsweise überlappen. Die Lichtquellen können sich in Mulden eines Reflektors befinden, was einen Beleuchtungsreflektor formen kann. Die Position des Detektors kann bei üblichen Systemen wiederum nur einen Teilbereich der Beleuchtungsbereiche, insbesondere der Bereiche hoher Intensität, direkt einsehen, was aus der räumlichen Trennung der Lichtquellen und des Detektors resultiert. Aufgrund eines meist kurzen Messabstandes fällt der größte Teil des Lichts üblicherweise neben das Sichtfeld des Detektors, wo es durch den Detektor nicht mehr erfasst werden kann. Da das Sichtfeld einer Fläche auf der Probe bei einer gewissen Entfernung zwischen Probe und System (Detektor) entspricht, kann das Sichtfeld auch durch einen Akzeptanzwinkel beschrieben werden, wobei Licht, das einen größeren Einfallswinkel zur optischen Achse des Detektionspfades besitzt, nicht detektiert wird.
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Daher ist es wünschenswert, Licht von den beleuchtungsstarken Bereichen der einen oder mehrerer Lichtquellen dem Detektor zuzuführen, auch von solchen, die verhältnismäßig weit auseinanderliegen.
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In der
DE 196 81 285 T1 wird ein Zusatzgerät für ein Infrarot-Mikrospektrometer beschrieben bei welchem eine Linsenvorrichtung eine Strahlungsenergie von einer Probe auf eine aktive Fläche einer Videokamera fokussiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Strahlformeinrichtung zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 7, eine optische Analysevorrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe nach Anspruch 11 und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Strahlformeinrichtung nach Anspruch 12.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine optische Strahlformeinrichtung zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung sowie eine zugehörige Analysevorrichtung anzugeben, bei welchem Licht von einem oder mehreren Beleuchtungsbereichen zu einem Detektor hin gelenkt werden kann und somit das Sichtfeld des Detektors vergrößert und auch auf mehrere Beleuchtungsbereiche aufgespalten werden kann. Auf diese Weise kann eine höhere Lichtausbeute für an einer Probe reflektiertes oder gestreutes Licht am Detektor erzielt werden.
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Erfindungsgemäß umfasst die optische Strahlformeinrichtung zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung zumindest eine erste Linse und eine zweite Linse, welche in einer ersten Ebene und lateral nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste Linse eine erste Brennweite und die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist; eine optische Blende mit zumindest einer ersten Öffnung, welche in einer zweiten Ebene angeordnet ist, wobei sich die zweite Ebene parallel zur ersten Ebene im Abstand der ersten und/oder zweiten Brennweite erstreckt; eine dritte Linse, welche in einer dritten Ebene angeordnet ist, wobei die dritte Linse eine dritte Brennweite aufweist und die dritte Ebene sich parallel zur ersten Ebene und zur zweiten Ebene und an einer der ersten Ebene abgewandten Seite der zweiten Ebene und im Abstand der dritten Brennweite von der zweiten Ebene erstreckt, wobei eine Normale auf die drei Ebenen mittig durch die erste Öffnung, durch die dritte Linse und zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse verläuft.
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In der ersten Ebene können auch mehr als zwei Linsen angeordnet sein und Licht aus unterschiedlichen beleuchteten Bereichen der Probe durch die erste Öffnung fokussieren.
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Die Strahlformeinrichtung kann vorteilhaft das Licht von lateral zueinander versetzten Beleuchtungsbereichen der Probe auf die Detektoreinrichtung lenken und so das Sichtfeld der Detektoreinrichtung vergrößern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung weist die erste Öffnung eine erste Breite und die erste Linse einen ersten unteren Grenzwinkel und einen ersten oberen Grenzwinkel und die zweite Linse einen zweiten unteren Grenzwinkel und einen zweiten oberen Grenzwinkel auf, wobei nur Licht, welches unter einem Winkel zwischen oder gleich dem jeweiligen unteren und oberen Grenzwinkel gegen oder von der Normalen auf die jeweilige Linse fällt in die Öffnung innerhalb der ersten Breite fokussiert wird.
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Das Licht von dem Beleuchtungsbereich der Probe, an welchem die Probe analysiert werden soll, kann schräg von einer lateralen Seite auf die erste und zweite Linse fallen. Dieses Licht kann unter einem Einfallswinkel gegen die Normale auf die Linsen fallen. Ist der Einfallswinkel nun innerhalb des Intervalls zwischen ersten unteren Grenzwinkel und ersten oberen Grenzwinkel kann die erste und/oder zweite Linse (bei der zweiten Linse zwischen dem zweiten unteren Grenzwinkel und dem zweiten oberen Grenzwinkel) diese Lichtstrahlen in die erste Öffnung lenken und dort fokussieren und weiterhin das Bild des Beleuchtungsbereichs auf die dritte Linse lenken. Die dritte Linse kann dann als Kollimationslinse wirken und die Lichtstrahlen aus ihrem Fokus in der ersten Öffnung, welcher sich in deren dritter Brennweite befinden kann, nun als parallele Lichtstrahlen in Richtung einer Detektoreinrichtung abstrahlen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung umfasst die erste Linse und/oder die zweite Linse eine Mehrzahl von Teillinsen und die optische Blende eine Mehrzahl von Öffnungen, welche in einem jeweiligen Fokus dieser Teillinsen angeordnet sind.
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Vorteilhaft kann jede Teillinse einen eigenen Fokus auf der Blende bilden und dort das Licht von der Probe durch die Blende strahlen, wenn dort eine entsprechende Öffnung vorhanden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung sind die erste und/oder zweite Linse auf einem Glaswafer ausgeformt und umfassen auf der Rückseite des Glaswafers eine Aperturmatrix, welche die Öffnung oder mehrere Öffnungen umfasst.
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Ein Glaswafer mit einer Aperturmatrix lässt sich vorteilhaft einfach herstellen und kann für einen Verbund geeignet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung umfasst die dritte Linse eine Mehrzahl von Teillinsen, welche auf einem weiteren Glaswafer ausgeformt sind.
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Der Glaswafer und/oder der weitere Glaswafer können miteinander oder mit der restlichen Strahlformeinrichtung zu einer Einheit verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung ist der Glaswafer und/oder der weitere Glaswafer miteinander oder mit der restlichen Strahlformeinrichtung zu einer Einheit verbunden.
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Durch das Verbinden zu einer Einheit kann vorteilhaft ein kompaktes und mechanisch stabiles Bauteil gebildet werden.
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Die Glaswafer können mit den übrigen Komponenten der Strahlformeinrichtung gebondet sein.
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Erfindungsgemäß umfasst die optische Strahlformeinrichtung zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung eine erste Linse, welche in einer ersten Ebene angeordnet ist, wobei die erste Linse eine erste Brennweite aufweist; eine optische Blende mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung, welche in einer zweiten Ebene angeordnet ist, wobei sich die zweite Ebene parallel zur ersten Ebene im Abstand der ersten Brennweite erstreckt, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung in einem ersten Abstand voneinander angeordnet sind; eine zweite Linse und eine dritte Linse, welche in einer dritten Ebene angeordnet sind, wobei die zweite Linse eine zweite Brennweite und die dritte Linse eine dritte Brennweite aufweist und die dritte Ebene sich parallel zur ersten Ebene und zur zweiten Ebene und an einer der ersten Ebene abgewandten Seite der zweiten Ebene und im Abstand der zweiten und/oder dritten Brennweite von der zweiten Ebene erstreckt, wobei eine Normale auf die drei Ebenen durch die erste Linse und zwischen der zweiten Linse und der dritten Linse verläuft; eine Umlenkspiegeleinrichtung, welche sich senkrecht von der Blende in Richtung der dritten Ebene erstreckt und an einem lateral äußeren Rand der ersten Öffnung relativ zur Normalen angeordnet ist und/oder welche sich senkrecht von der Blende in Richtung der dritten Ebene erstreckt und an einem lateral äußeren Rand der zweiten Öffnung relativ zur Normalen angeordnet ist.
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Die Umlenkspiegeleinrichtung kann einen einzigen Spiegel umfassen, welcher die zweite und die dritte Linse zumindest teilweise umlaufen kann, oder mehrere einzelne Spiegel umfassen, welche sich an der jeweiligen Öffnung und an einem lateral äußeren Rand der jeweiligen Öffnung, relativ zur Normalen angeordnet, und senkrecht von der Blende in Richtung der dritten Ebene erstrecken können. Auf diese Weise kann die Blende auch mehrere Öffnungen umfassen und Licht von mehreren Einfallsrichtungen aus auf die zweite und dritte Linse fokussieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung umfasst die Umlenkspiegeleinrichtung einen ersten Spiegel, welcher sich senkrecht von der Blende in Richtung der dritten Ebene erstreckt und an einem lateral äußeren Rand der ersten Öffnung relativ zur Normalen angeordnet ist; und einen zweiten Spiegel, welcher sich senkrecht von der Blende in Richtung der dritten Ebene erstreckt und an einem lateral äußeren Rand der zweiten Öffnung relativ zur Normalen angeordnet ist.
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Durch die Spiegel kann vorteilhaft ein Umlenken der durch die jeweilige Öffnung fokussierten Strahlung auf die jeweils an den Spiegel anliegende Linse erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung schneidet die Normale die Blende mittig bei dem halben ersten Abstand zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung.
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Die Blende kann vorteilhaft symmetrisch bezüglich der Öffnungen hergestellt sein, was sich auch in der symmetrischen optischen Wirkung bezüglich einfallender Lichtbündel auswirken kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Strahlformeinrichtung weist die erste Linse einen ersten unteren Grenzwinkel und einen ersten oberen Grenzwinkel auf, wobei nur Licht, welches unter einem Winkel zwischen oder gleich dem ersten oberen und unteren Grenzwinkel gegen oder von der Normalen auf die erste Linse fällt in die erste Öffnung oder in die zweite Öffnung fokussiert wird.
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Erfindungsgemäß umfasst die optische Analysevorrichtung zum Analysieren von Licht von einer Probe zumindest eine Lichtquelle, mit welcher eine Probe unter einem bestimmten Winkel in zumindest einem Bestrahlungsbereich bestrahlbar ist; eine erfindungsgemäße optische Strahlformeinrichtung, welche derart angeordnet ist, dass ein vom Bestrahlungsbereich reflektiertes Licht auf zumindest eine der Linsen der Strahlformeinrichtung auftrifft; eine Detektoreinrichtung, welche der Strahlformeinrichtung an einer Abstrahlseite nachgeordnet ist und dazu eingerichtet ist, ein von der Strahlformeinrichtung transmittiertes Licht zu detektieren; und eine Auswerteeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das von der Detektoreinrichtung detektierte Licht spektral zu analysieren.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer optischen Strahlformeinrichtung ein Bereitstellen einer ersten Linse und einer zweiten Linse in einer ersten Ebene und Anordnen dieser lateral nebeneinander, wobei die erste Linse eine erste Brennweite und die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist; ein Anordnen einer optischen Blende mit zumindest einer ersten Öffnung, welche in einer zweiten Ebene angeordnet wird, wobei sich die zweite Ebene parallel zur ersten Ebene im Abstand der ersten und/oder zweiten Brennweite erstreckt; und Bereitstellen einer dritten Linse, welche in einer dritten Ebene angeordnet wird, wobei die dritte Linse eine dritte Brennweite aufweist und die dritte Ebene sich parallel zur ersten Ebene und zur zweiten Ebene und an einer der ersten Ebene abgewandten Seite der zweiten Ebene und im Abstand der dritten Brennweite von der zweiten Ebene erstreckt, wobei eine Normale auf die drei Ebenen mittig durch die erste Öffnung, durch die dritte Linse und zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse verläuft.
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Das Verfahren kann sich auch durch die in Verbindung mit der Strahlformeinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Lichtstrahlen in einer optischen Strahlformeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Lichtstrahlen in einer optischen Strahlformeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine optische Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 4 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer optischen Strahlformeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Lichtstrahlen in einer optischen Strahlformeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die optische Strahlformeinrichtung 1 zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung 3 umfasst eine erste Linse L1 und eine zweite Linse L2, welche in einer ersten Ebene E1 und lateral nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste Linse L1 eine erste Brennweite f1 und die zweite Linse L2 eine zweite Brennweite f2 aufweist; eine optische Blende BL mit zumindest einer ersten Öffnung PH1, welche in einer zweiten Ebene E2 angeordnet ist, wobei sich die zweite Ebene E2 parallel zur ersten Ebene E1 im Abstand der ersten und/oder zweiten Brennweite erstreckt; eine dritte Linse L3, welche in einer dritten Ebene E3 angeordnet ist, wobei die dritte Linse L3 eine dritte Brennweite f3 aufweist und die dritte Ebene E3 sich parallel zur ersten Ebene E1 und zur zweiten Ebene E2 und an einer der ersten Ebene E1 abgewandten Seite der zweiten Ebene E2 und im Abstand der dritten Brennweite f3 von der zweiten Ebene E2 erstreckt, wobei eine Normale O auf die drei Ebenen mittig durch die erste Öffnung PH1, durch die dritte Linse L3 und zwischen der ersten Linse L1 und der zweiten Linse L2 verläuft.
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Die erste Öffnung PH1 kann dabei eine erste Breite b1 und die erste Linse L1 einen ersten unteren Grenzwinkel θ1u und einen ersten oberen Grenzwinkel θ1o und die zweite Linse L2 einen zweiten unteren Grenzwinkel θ2u und einen zweiten oberen Grenzwinkel θ2o aufweisen, wobei nur Licht, welches unter einem Winkel zwischen oder gleich dem jeweiligen unteren und oberen Grenzwinkel gegen oder von der Normalen O auf die jeweilige Linse fällt in die Öffnung PH1 innerhalb der ersten Breite b1 fokussiert werden kann.
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Die erste Linse L1 und/oder die zweite Linse L2 können auch eine Mehrzahl von Teillinsen umfassen (nicht gezeigt) und die optische Blende BL eine Mehrzahl von Öffnungen umfassen, welche in einem jeweiligen Fokus dieser Teillinsen angeordnet sind (nicht gezeigt). Hierbei kann jede Teillinse einen eigenen Fokus auf der Blende bilden und dort das Licht von der Probe durch die Blende strahlen, wenn dort eine entsprechende Öffnung vorhanden ist.
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Die erste und zweite Linse können makroskopische Linsen umfassen oder als eine Optik mit Linsenarrays (Teillinsen) ausgeformt sein, wobei die Anordnung aus der 1 miniaturisiert sein kann.
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Die erste und/oder zweite Linse (L1, L2) können auf einem Glaswafer ausgeformt sein und auf der Rückseite des Glaswafers kann eine Aperturmatrix ausgebildet sein, etwa durch Sputtern, und die Öffnung oder mehrere Öffnungen umfassen. Die dritte Linse L3 kann eine Mehrzahl von Teillinsen umfassen (nicht gezeigt), welche auf einem weiteren Glaswafer ausgeformt sein können. Der Glaswafer und/oder der weitere Glaswafer können miteinander oder mit der restlichen Strahlformeinrichtung zu einer Einheit verbunden sein.
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Auf dem ersten Glaswafer können von einer Seite aus Linsenstrukturen aufgebracht werden und diese als Array angeordnet werden. Auf einem zweiten Glaswafer kann nun eine Linsenstruktur als Teillinsen einer dritten Linse (Linsenarray) erzeugt werden und beide Wafer verbondet werden (nicht gezeigt). Vorteilhaft weist dabei die Arrayanordnung dieselbe Symmetrie wie die Lichtquellenanordnung auf, etwa hexagonal bei sechs Lichtquellen. Des Weiteren kann das Array in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Anordnungen bezüglich der Linsenfokuspunkte und Positionen der Öffnungen aufweisen.
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Das Licht von dem Beleuchtungsbereich der Probe, an welchem die Probe analysiert werden soll, kann schräg von einer lateralen Seite auf die erste und zweite Linse fallen. Dieses Licht kann unter einem Einfallswinkel θ gegen die Normale O auf die Linsen L1 und L2 fallen. Ist der Winkel θ nun innerhalb des Intervalls zwischen ersten unteren Grenzwinkel θ1u und ersten oberen Grenzwinkel θ1o kann die erste und/oder zweite Linse (bei der zweiten Linse zwischen dem zweiten unteren Grenzwinkel θ2u und dem zweiten oberen Grenzwinkel θ2o) diese Lichtstrahlen in die erste Öffnung PH1 lenken und dort fokussieren und weiterhin das Bild des Beleuchtungsbereichs auf die dritte Linse L3 lenken. Die dritte Linse L3 kann dann als Kollimationslinse wirken und die Lichtstrahlen aus ihrem Fokus in der ersten Öffnung, welcher sich in deren dritter Brennweite f3 befinden kann, nun als parallele Lichtstrahlen in Richtung einer Detektoreinrichtung abstrahlen.
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Die gleiche Strahlformung kann nun von der zweiten Linse und einem anderen Beleuchtungsbereich der Probe, etwa von einer anderen Lichtquelle, durch die erste Öffnung PH1 und die dritte Linse L3 erfolgen. Die Lichtstrahlen der beiden Beleuchtungsbereiche können sich kollimiert nach der dritten Linse als Mischlicht ergeben und gemeinsam auf einen Detektor treffen. So kann die dritte Linse L3 das Licht mehrerer Beleuchtungsbereiche mit deren hoher Intensität in Richtung des Detektors konzentrieren.
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In der 1 wird der Einfall von Licht aus zwei lateral getrennten Bestrahlungsbereichen mit hoher Bestrahlungsintensität (E in der 3) gezeigt, die Bestrahlungsbereiche können hierbei außerhalb des Sichtbereichs der Detektoreinrichtung (DE aus der 3) liegen, welche der Linse L3 entlang der Normalen O nachgeordnet sein kann. Hierbei fällt ein erstes Strahlenbündel B1 schräg (gegen die Normale O) unter dem Winkel θ auf die erste Linse und ein zweites Strahlenbündel B2 schräg unter dem Winkel θ aber aus einer lateral anderen Außenrichtung auf die zweite Linse L2. Beide Einfallswinkel θ sind hierbei gleich, können aber auch verschiedenen sein, wobei die erste Breite b1 dann entsprechend anders gewählt werden müsste oder ausreichend groß sein müsste. Beide Strahlenbündel B1 und B2 können nun in den Brennebenen (E2) der ersten und der zweiten Linse fokussiert werden, etwa in einer gleichen Brennebene, wenn die Brennweiten gleich sind, und der Fokus sich in der ersten Öffnung PH1 befinden. Der Brennpunkt der dritten Linse L3 kann nun vorteilhaft in der Mitte der ersten Öffnung PH1 liegen.
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Der Einfallswinkel θ auf die erste und/oder zweite Linse kann um eine Abweichung ε vom Winkel θ abweichen und sich im Intervall [θ - ε; θ + ε] befinden, wobei ε durch die erste Breite b1 vorgegeben sein kann (nicht gezeigt). Die Abweichung ε vom Winkel θ kann beispielsweise +- 10 ° betragen. Der von der ersten und/oder zweiten Linse erzeugt Fokus kann dann in der Brennebene und in der ersten Öffnung PH1 entsprechend ε bewegt werden. Nach einer Kollimation durch die dritte Linse L3 kann dieses abweichend ausgelenkte Lichtbündel dann nach der dritten Linse L3 eine Abweichung in Abhängigkeit von ε und von den Brennweiten der durchstrahlten Linsen gegen die Normale O aufweisen. Dadurch kann also auch ein Licht, welches eigentlich außerhalb eines zur Detektion zulässigen Einfallswinkels auf die Detektoreinrichtung liegt, wenn die Detektoreinrichtung direkt und ohne Strahlumlenkung (Strahlformer) auf die Probe gerichtet wäre (also außerhalb eines Akzeptanzwinkels der Detektoreinrichtung liegen würde), auf ein kleineres Winkelintervall innerhalb der ersten Öffnung (und innerhalb des Akzeptanzwinkels) abgebildet werden und auf die Detektoreinrichtung DE gestrahlt werden. Ein Licht, welches unter eine zu kleinen Winkel zur Normalen O auf die erste und/oder zweite Linse fällt, etwa von parallel zur Normalen O, kann jedoch geblockt werden und nicht in die erste Öffnung eingestrahlt werden, was jeweils durch die Strahlbündel C1 und C2 in der 1 dargestellt ist. Solche Strahlenbündel C1 und C2 werden dann auf die Blende BL außerhalb der ersten Öffnung gestrahlt.
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Durch eine Wahl bei der Herstellung der Brennweiten und optischen Achsen der Linsen und der Öffnung kann hingegen die Richtung einer optischen Normalen auch von der Normalen O abweichen und der Fokus der Linsen in der ersten Öffnung auch unter der optischen Normalen erfolgen (nicht gezeigt). Diese Abweichung kann vorteilhaft sein, wenn das Licht nur von einer Lichtquelle und dann von einem Beleuchtungsbereich der Probe eingestrahlt wird, die Strahlformeinrichtung etwa asymmetrisch mit unterschiedlichen Brennweiten der Linsen ausgestaltet sein kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Lichtstrahlen in einer optischen Strahlformeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der 2 wird eine alternative Anordnung von Linsen im Strahlformer gezeigt.
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Die optische Strahlformeinrichtung 1 zum Erweitern eines Sichtfelds einer optischen Detektoreinrichtung umfasst eine erste Linse L1, welche in einer ersten Ebene E1 angeordnet ist, wobei die erste Linse L1 eine erste Brennweite f1 aufweist; eine optische Blende BL mit einer ersten Öffnung PH1 und einer zweiten Öffnung PH2, welche in einer zweiten Ebene E2 angeordnet ist, wobei sich die zweite Ebene E2 parallel zur ersten Ebene E1 im Abstand der ersten Brennweite f1 erstreckt, wobei die erste Öffnung PH1 und die zweite Öffnung PH2 in einem ersten Abstand d1 voneinander angeordnet sind; eine zweite Linse L2 und eine dritte Linse L3, welche in einer dritten Ebene E3 angeordnet sind, wobei die zweite Linse L2 eine zweite Brennweite F2 und die dritte Linse L3 eine dritte Brennweite f3 aufweist und die dritte Ebene E3 sich parallel zur ersten Ebene E1 und zur zweiten Ebene E2 und an einer der ersten Ebene E1 abgewandten Seite der zweiten Ebene E2 und im Abstand der zweiten und/oder dritten Brennweite (f2, f3) von der zweiten Ebene E2 erstreckt, wobei eine Normale O auf die drei Ebenen durch die erste Linse L1 und zwischen der zweiten Linse L2 und der dritten Linse L3 verläuft; einen ersten Spiegel SP1, welcher sich senkrecht von der Blende BL in Richtung der dritten Ebene E3 erstrecken kann und an einem lateral äußeren Rand der ersten Öffnung PH1 relativ zur Normalen O angeordnet sein kann; und einen zweiten Spiegel SP2, welcher sich senkrecht von der Blende BL in Richtung der dritten Ebene E3 erstrecken kann und an einem lateral äußeren Rand der zweiten Öffnung PH2 relativ zur Normalen O angeordnet sein kann.
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Die Normale O kann die Blende BL mittig bei dem halben ersten Abstand d1 zwischen der ersten Öffnung PH1 und der zweiten Öffnung PH2 schneiden.
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Die erste Linse L1 kann einen ersten unteren Grenzwinkel und einen ersten oberen Grenzwinkel aufweisen, wobei nur Licht, welches unter einem Winkel zwischen oder gleich dem ersten oberen und unteren Grenzwinkel gegen oder von der Normalen O auf die erste Linse L1 fällt in die zweite Öffnung PH2 fokussiert werden kann. Die erste Linse L1 kann für einen Einfall von einer anderen Seite auch einen zweiten unteren Grenzwinkel θ2u und einen zweiten oberen Grenzwinkel θ2o aufweisen, wobei nur Licht, welches unter einem Winkel zwischen oder gleich dem zweiten oberen und unteren Grenzwinkel gegen oder von der Normalen O auf die erste Linse L1 fällt in die erste Öffnung PH1 fokussiert werden kann.
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Ein erstes Strahlenbündel B1 kann also in die zweite Öffnung PH2 fokussiert werden und ein zweites Strahlenbündel aus einer anderen seitlichen Richtung, etwa unter dem gleichen Einfallswinkel gegen die Normale O einfallen, und in die erste Öffnung fokussiert werden. Die Reflexion des zweiten Bündels B2 am ersten Spiegel SP1 kann dann die zweite Linse L2 beleuchten, wobei die zweite Linse entlang der Richtung des ersten Abstands d1 direkt an den Bereich des ersten Spiegels SP1 anschließen kann. Der Fokus (Brennebene) der ersten Linse kann jeweils in der ersten Öffnung und in der zweiten Öffnung liegen, etwa auch mit einer Abweichung ε gemäß der Anordnung aus der 1. Die Reflexion des ersten Bündels B1 am zweiten Spiegel SP2 kann dann die dritte Linse L3 beleuchten, wobei die dritte Linse entlang der Richtung des ersten Abstands d1 direkt an den Bereich des zweiten Spiegels SP2 anschließen kann. So können die umgelenkten Strahlenbündel B1 und B2 als kollimierte Strahlen die zweite und dritte Linse parallel zueinander in Richtung einer Detektoreinrichtung (nicht gezeigt) verlassen. Somit kann eine Eintrittsapertur für die beiden Strahlenbündel vergrößert werden und eine Signalstärke für die Detektoreinrichtung verbessert werden.
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Die 3 zeigt eine optische Analysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die optische Analysevorrichtung 2 zum Analysieren von Licht von einer Probe F umfasst zumindest eine Lichtquelle LQ, insbesondere zwei, mit welcher eine Probe F unter einem bestimmten Winkel in zumindest einem Bestrahlungsbereich E bestrahlbar ist; eine erfindungsgemäße optische Strahlformeinrichtung 1, welche derart angeordnet ist, dass ein vom Bestrahlungsbereich E reflektiertes Licht LR auf zumindest eine der Linsen der Strahlformeinrichtung 1 auftrifft; eine Detektoreinrichtung DE, welche der Strahlformeinrichtung 1 an einer Abstrahlseite nachgeordnet ist und dazu eingerichtet ist, ein von der Strahlformeinrichtung 1 transmittiertes Licht zu detektieren; und eine Auswerteeinrichtung AE, welche dazu eingerichtet ist, das von der Detektoreinrichtung DE detektierte Licht spektral zu analysieren.
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Die optische Analysevorrichtung 2 kann mit anderen Worten ein Sensorsystem darstellen, welches einen optimierten Sichtbereich des Detektors auch für eine Bestrahlung der Probe von mehreren Lichtquellen aus aufweisen kann. Die optische Analysevorrichtung 2 kann beispielsweise ein miniaturisiertes Spektrometer darstellen. Die Lichtquelle oder die mehreren Lichtquellen können beispielsweise eine Glühbirne oder eine LED oder andere Lichtquellen umfassen. Die Lichtquelle oder die Mehrzahl von Lichtquellen kann zusammen mit der Strahlformeinrichtung 1 und der Detektoreinrichtung DE und der Auswerteeinrichtung AE in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, beispielsweise in einem TO-Gehäuse mit einer entsprechenden Apertur auf einer Seite, die der Probe zugewandt werden kann. Hierbei kann die Lichtquelle und die Detektoreinrichtung DE und etwa auch die Auswerteeinrichtung auf einer gemeinsamen Platine verbaut sein, und durch eine Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) einfach herstellbar sein. Eine laterale Trennung der Lichtquelle und der Detektoreinrichtung DE kann einen lateralen Versatz des Bestrahlungsbereichs E und des Sichtfeldes (FOV) der Detektoreinrichtung DE bewirken, die allerdings mittels des Strahlformers 1 zu einem akzeptablen Grad ausgeglichen werden kann. Dies ist insbesondere bei kurzen Messabständen von Vorteil. Durch dem Strahlformer 1 kann also vorteilhaft ein Schrägstellen des Sichtfeldes der Detektoreinrichtung DE zum Bestrahlungsbereich E der Lichtquelle hin erzielt werden, vorteilhaft auch für mehrere Bestrahlungsbereiche E auf einer selben Probe. Die seitliche Erweiterung des Sichtbereichs kann vorteilhaft ohne ein Schrägstellen der Detektoreinrichtung DE selbst erfolgen.
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4 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer optischen Strahlformeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen einer optischen Strahlformeinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 einer ersten Linse und einer zweiten Linse in einer ersten Ebene und ein Anordnen dieser lateral nebeneinander, wobei die erste Linse eine erste Brennweite und die zweite Linse eine zweite Brennweite aufweist; ein Anordnen S2 einer optischen Blende mit zumindest einer ersten Öffnung, welche in einer zweiten Ebene angeordnet wird, wobei sich die zweite Ebene parallel zur ersten Ebene im Abstand der ersten und/oder zweiten Brennweite erstreckt; ein Bereitstellen S3 einer dritten Linse, welche in einer dritten Ebene angeordnet wird, wobei die dritte Linse eine dritte Brennweite aufweist und die dritte Ebene sich parallel zur ersten Ebene und zur zweiten Ebene und an einer der ersten Ebene abgewandten Seite der zweiten Ebene und im Abstand der dritten Brennweite von der zweiten Ebene erstreckt, wobei eine Normale auf die drei Ebenen mittig durch die erste Öffnung, durch die dritte Linse und zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse verläuft.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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