DE102022122543A1

DE102022122543A1 - Filterbasiertes Spektrometer

Info

Publication number: DE102022122543A1
Application number: DE102022122543.7A
Authority: DE
Inventors: Robert Brunner; Matthias Kraus; Aliaksei Kobylinskiy; Hartmut Hillmer
Original assignee: Ernst Abbe Hochschule Jena Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Universitaet Kassel
Current assignee: Ernst Abbe Hochschule Jena Koerperschaft Des De; Universitaet Kassel Koerperschaft Des Oeffent De
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2042-09-07
Also published as: DE102022122543B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein filterbasiertes Spektrometer, umfassend mindestens einen Gesamtfilter (2), welcher aus mehreren Einzelfiltern (3) gebildet ist, wobei jeder Einzelfilter (3) durchlässig für Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs ist und die für die Einzelfilter (3) vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind, mindestens einen Gesamtdetektor (5), welcher aus mehreren Einzeldetektoren (6) gebildet ist, wobei jeder Einzeldetektor (6) dazu ausgelegt ist, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs zu detektieren und die für die Einzeldetektoren (6) vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind und eine Lichteintrittsöffnung (8), durch die ein zu analysierendes Lichtbündel (1) mit einem Durchmesser (D) unter einem Einfallswinkel (α) auf den Gesamtfilter (2) einfallen kann, wobei jedem Einzeldetektor (6) mindestens ein Einzelfilter (3) zugeordnet ist, jeder Einzeldetektor (6) aus mehreren Pixeln besteht, dem Gesamtfilter (2) gegenüberliegend ein Gesamtreflektor (9) angeordnet ist, welcher aus mehreren Einzelreflektoren (10) gebildet ist, wobei jeder Einzelreflektor (10) dazu ausgelegt ist, das Lichtbündel (1) in Richtung des Gesamtfilters (2) zu reflektieren und wobei jeder Einzelfilter (3) aus mindestens zwei Filtereinheiten (4) gebildet ist, die jeweils durchlässig für Licht einer vorgegebenen Wellenlänge sind und jeder Filtereinheit (4) zugeordnet mindestens ein Pixel eines Einzeldetektors (6) auslesbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein filterbasiertes Spektrometer zur spektralen Analyse von einfallendem Licht.
Spektrale Sensoren bzw. Spektrometer werden gegenwärtig unter anderem in der Landwirtschaft, der Lebensmittelindustrie, der Biomedizin, der Pharmazie und in der Prozesskontrolle verwendet. In den genannten Anwendungsbereichen werden überwiegend kompakte, gitterbasierte Spektrometer verwendet. Dabei sollen die Spektrometer eine möglichst große spektrale Bandbreite, eine hohe spektrale Auflösung sowie einen kompakten und robusten Aufbau aufweisen. Da bei gitterbasierten Spektrometern immer ein Kompromiss zwischen spektraler Auflösung und Sensitivität nötig ist, werden als Alternative filterbasierte Spektrometer verwendet.
Filterbasierte Spektrometer weisen mehrere Detektoren auf, wobei jedem Detektor ein Filter im Strahlengang des einfallenden Lichts vorgeordnet ist. Die Filter unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Transmissionseigenschaften voneinander, wodurch jeder Detektor nur einen Anteil des einfallenden Lichts, der einer Wellenlänge zugeordnet ist, detektiert. Filterbasierte Spektrometer können sehr kompakt aufgebaut sein, weisen jedoch häufig den Nachteil auf, dass das einfallende Licht nur zu einem geringen Anteil zu den Detektoren gelangt.
Um die Detektionseffizienz eines filterbasierten Spektrometers zu erhöhen, kann das Spektrometer kaskadierend aufgebaut sein, so dass ein einfallendes Lichtbündel zunächst nur auf einen der Filter trifft und der von dem Filter reflektierte Anteil des einfallenden Lichts auf einen weiteren Filter abgelenkt wird. Durch einen kaskadierenden Aufbau kann das Spektrometer eine hohe spektrale Auflösung bei kompakter Bauweise aufweisen.
Die WO 01 / 46659 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der optischen Eigenschaften eines Objekts oder Materials. Die offenbarte Vorrichtung ist ein Spektrometer, das ein Substrat, eine Vielzahl von optischen Sensoren, eine Vielzahl von Spektralfiltern, einen optischen Verteiler und ein oder mehrere Verarbeitungselemente umfasst. Die Vielzahl von Spektralfiltern und das eine oder die mehreren Verarbeitungselemente sind auf dem Substrat montiert. Die Spektralfilter sind fest über mindestens einer Gruppe der optischen Sensoren und fest in Bezug auf das Substrat positioniert. Ein optischer Verteiler ist fest über den Spektralfiltern positioniert. Der optische Verteiler hat eine Vielzahl von Ausgangsöffnungen und eine Eingangsöffnung, wobei Licht, das in die Eingangsöffnung eintritt, zu einem inneren Teil des optischen Verteilers übertragen wird und Anteile des Lichts von den Ausgangsöffnungen zu den Spektralfiltern übertragen werden. Dadurch, dass auf jeden der Spektralfilter nur ein Teil des einfallenden Lichts einfällt, ist die Detektionseffizienz des Spektrometers sehr gering. Es wird also entweder viel einfallendes Licht benötigt, oder es müssen lange Integrations- bzw. Detektionszeiten in Kauf genommen werden. Um diesen Nachteil auszugleichen, können die Spektralfilter so angeordnet sein, dass der nicht transmittierte Anteil jeweils zu einem nächsten Spektralfilter reflektiert wird.
Ein aus der US 7 623 243 B2 bekanntes Spektrometer umfasst eine Vielzahl von dichroitischen Spiegeln, die jeweils transmittiv für voneinander verschiedene Wellenlängenbereiche sind, ein Reflexionselement, das parallel gegenüber von den dichroitischen Spiegeln angeordnet ist, sowie einen Photodetektor. Durch den kaskadierenden Aufbau ist das Spektrometer zum spektroskopischen Trennen des detektierten Lichts in Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen geeignet, die anschließend von einem Photodetektor detektiert werden können.
Ein Infrarotspektrometer ist in der CN 106841105 A beschrieben. Das Infrarotspektrometer enthält eine Breitband-Infrarotlichtquelle mit einer Objektivlinse, um eine Probe zu belichten sowie ein Endoskop, das die von einer Oberfläche der Probe reflektierte Infrarotstrahlung sammelt. Das gesammelte Licht wird kollimiert und in mehrere Messzweige spektral aufgespalten. In den Messzweigen sind Infrarotdetektoren angeordnet, die die jeweils in den Messzweig transmittierten Anteile des Infrarotlichts detektieren.
Aus der US 7 466 419 B2 ist ein Spektrometer bekannt, das eine Vielzahl von Interferenzfiltern, die aus dielektrischen Mehrschichtfilmen hergestellt sind und voneinander verschiedene Durchlasswellenbänder haben, und die in der Reihenfolge so angeordnet sind, dass Licht, das von einem bestimmten Interferenzfilter reflektiert wurde, auf einen Interferenzfilter auf der nächsten Stufe einfällt, und Photodetektionsvorrichtungen, die an Positionen vorgesehen sind, auf die das Licht, das durch die jeweiligen Interferenzfilter durchgelassen wurde, einfällt, enthält. Das Spektrometer weist außerdem eine Kollimationslinse auf, um einfallendes Licht zu kollimieren.
Die beschriebenen filterbasierten Spektrometer benötigen zur Detektion eines vorgegebenen Spektralbereichs des einfallenden Lichts immer genau einen Filter oder dichroitischen Spiegel sowie einen Detektor. Eine Anzahl der spektralen Stützstellen entspricht also stets der Anzahl an Detektoren und Filtern. Dadurch ist ein Kompromiss zwischen spektraler Bandbreite und Kompaktheit des Spektrometers notwendig und Spektrometer mit großer spektraler Bandbreite können nicht kompakt ausgeführt werden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes Spektrometer mit hoher spektraler Auflösung, hoher Detektionseffizienz und großer spektraler Bandbreite bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein filterbasiertes Spektrometer gelöst, wobei das filterbasierte Spektrometer mindestens einen Gesamtfilter sowie mindestens einen Gesamtdetektor umfasst. Der Gesamtfilter ist aus mehreren Einzelfiltern gebildet, wobei jeder Einzelfilter durchlässig für Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs ist und die für die Einzelfilter vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind. Zwei Elemente sind dann paarweise verschieden, wenn keine zwei von ihnen gleich sind. Jeder Einzelfilter ist aus mindestens zwei Filtereinheiten gebildet, die jeweils durchlässig für Licht einer vorgegebenen Wellenlänge sind, wobei sich die Wellenlängen voneinander unterscheiden. Prinzipiell können Filtereinheiten auch für einen Wellenlängenbereich durchlässig sein, in diesem Fall unterscheiden sich die Wellenlängenbereiche voneinander. Dadurch, dass die Einzelfilter aus mindestens zwei Filtereinheiten gebildet sind, können mehr spektrale Stützstellen mit dem filterbasierten Spektrometer aufgenommen werden, als es Einzelfilter gibt. Somit ist ein Spektralbereich des filterbasierten Spektrometers sehr groß, während das filterbasierte Spektrometer sehr kompakt ist. Der Gesamtdetektor ist aus mehreren Einzeldetektoren gebildet, wobei jeder Einzeldetektor dazu ausgelegt ist, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs zu detektieren und die für die Einzeldetektoren vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind. Die für die Einzeldetektoren vorgegebenen Spektralbereiche können auch disjunkt sein. Jeder Einzeldetektor besteht aus mehreren Pixeln, wobei jeder Filtereinheit zugeordnet mindestens ein Pixel eines Einzeldetektors auslesbar ist. Jedem Einzeldetektor ist mindestens ein Einzelfilter zugeordnet. Es können pro Filtereinheit mehrere Pixel vorhanden sein. Jeder Pixel detektiert Licht einer Wellenlänge und erzeugt so eine spektrale Stützstelle des zu vermessenden Spektrums. Den Einzeldetektoren sind die Einzelfilter im Strahlengang eines einfallenden, vorzugsweise parallelen, Lichtbündels vorgeordnet. Durch die Einzelfilter wird jeweils ein Anteil des Lichtbündels zu je einem Einzeldetektor transmittiert und ein Anteil des Lichtbündels wird jeweils an den Einzelfiltern reflektiert. Das filterbasierte Spektrometer umfasst weiterhin eine Lichteintrittsöffnung, durch die das zu analysierende Lichtbündel mit einem Durchmesser unter einem Winkel auf den Gesamtfilter einfallen kann. Das filterbasierte Spektrometer ist vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, um Umgebungslicht bestmöglich auszublenden. Die Lichteintrittsöffnung kann in das Gehäuse eingebracht sein. Dem Gesamtfilter gegenüberliegend ist ein Gesamtreflektor angeordnet, welcher aus mehreren Einzelreflektoren gebildet ist, wobei jeder Einzelreflektor dazu ausgelegt ist, das Lichtbündel in Richtung des Gesamtfilters zu reflektieren. Gesamtfilter und Gesamtreflektor sind so angeordnet, dass der Strahlengang des Lichtbündels zwischen Gesamtfilter und Gesamtreflektor verläuft, wobei das Lichtbündel an den Einzelreflektoren und den Einzelfiltern jeweils zumindest teilweise reflektiert wird. Dadurch durchläuft das Lichtbündel in dem filterbasierten Spektrometer zwischen dem Gesamtfilter und dem Gesamtreflektor einen gefalteten Lichtbündelweg. Die Mittelpunkte der Einzelfilter, der Einzeldetektoren sowie der Einzelreflektoren liegen jeweils auf einem gedachten Achsstrahl des Lichtbündels, der ebenfalls unter dem Einfallswinkel auf den Gesamtfilter in das filterbasierte Spektrometer einfällt.
Das Lichtbündel kommt in der Regel von einer Probe und ist vorzugsweise durch eine zwischen der Probe und dem Gesamtfilter angeordneten Kollimationsoptik kollimiert. Wenn das Lichtbündel beim Einfall in das filterbasierte Spektrometer nicht kollimiert ist, können mehrere Einzelfilter bzw. Einzeldetektoren beim Auftreffen des Lichtbündels beleuchtet werden. Der Durchmesser des Lichtbündels ist dann nicht konstant über den gesamten Lichtbündelweg und das Lichtbündel fällt in einem Einfallswinkelbereich auf den Gesamtfilter. Die Kollimationsoptik ist vorzugsweise im Strahlengang des Lichtbündels in, vor oder nach der Lichteintrittsöffnung angeordnet, um das zu analysierende Lichtbündel zu kollimieren. Das Lichtbündel ist, während es das filterbasierte Spektrometer durchläuft, vorzugsweise kollimiert, damit es einen definierten Lichtbündelweg in dem filterbasierten Spektrometer durchläuft. Die Kollimationsoptik kann eine Sammellinse oder einen Parabolspiegel, der das Lichtbündel in Richtung der Lichteintrittsöffnung umlenkt, umfassen. Die Kollimationsoptik kann ebenso andere refraktive, reflektive, diffraktive und/oder hybride Optiken umfassen, beispielsweise zwei gekreuzte Zylinderlinsen mit unterschiedlichen Krümmungsradien.
Dadurch, dass das Lichtbündel zwischen dem Gesamtfilter und dem Gesamtreflektor hin- und her reflektiert wird, ist eine Detektionseffizienz des filterbasierten Spektrometers gegenüber herkömmlichen filterbasierten Spektrometern erhöht. Der Abstand von Gesamtfilter und Gesamtreflektor ist dabei so groß, dass das Lichtbündel in dem filterbasierten Spektrometer nicht mit sich selbst interferiert.
Die Filtereinheiten weisen vorzugsweise einen hohen Transmissionsgrad in ihrem spektralen Durchlassbereich und einen hohen Reflexionsgrad in ihrem spektralen Sperrbereich auf. Darüber hinaus weisen die Einzelfilter vorzugsweise nur eine geringe Absorption und Streuung auf, sodass je nach Wellenlänge des Lichts möglichst viel Licht an ihnen transmittiert oder reflektiert wird. Die Filtereinheiten bzw. die Einzelfilter können als Interferenzfilter ausgebildet sein.
An dem der Lichteintrittsöffnung abgewandten Ende des Gesamtfilters und des Gesamtreflektors ist vorzugsweise mindestens ein Prisma oder mindestens ein Spiegel vorhanden, um das von dem Gesamtfilter oder dem Gesamtreflektor reflektierte Lichtbündel auf den Gesamtfilter oder den Gesamtreflektor zurück zu reflektieren, wodurch die Lichtausbeute erhöht wird. Da an den Einzelfiltern wellenlängenabhängig nur ein Teil des Lichtbündels zu den Einzeldetektoren transmittiert wird, die Einzelfilter aus mehreren Filtereinheiten bestehen und die Filtereinheiten einen Transmissionsgrad, der kleiner als einhundert Prozent ist, aufweisen können, wird in der Regel nicht eine gesamte Intensität des Lichtbündels an den Einzelfiltern beim Durchlaufen des filterbasierten Spektrometers transmittiert. Daher ist es zur Erhöhung der Lichtausbeute vorteilhaft, wenn das Lichtbündel das filterbasierte Spektrometer mehrfach durchläuft. Es ist ebenso vorteilhaft, wenn das Lichtbündel bei jedem Durchlauf einen anderen Lichtbündelweg durch das filterbasierte Spektrometer zurücklegt. Dazu kann das mindestens eine Prisma oder der mindestens eine Spiegel so angeordnet und ausgebildet sein, dass der Lichtbündelweg invertiert wird. Invertiert wird der Lichtbündelweg, wenn die Randstrahlen des Lichtbündels den Weg des jeweils anderen Randstrahls nehmen, nachdem sie durch den Spiegel oder das Prisma reflektiert worden sind. Das Invertieren des Lichtbündelwegs kann vorteilhaft sein, da aufgrund der unterschiedlichen Transmissionseigenschaften der Filtereinheiten nicht jeder Strahl des Lichtbündels nach dem Durchlaufen des filterbasierten Spektrometers dieselbe spektrale Zusammensetzung aufweist.
Der Gesamtreflektor ist vorzugsweise ein weiterer Gesamtfilter, auf dessen dem Gesamtdetektor abgewandten Seite ein weiterer Gesamtdetektor angeordnet ist. Dadurch kann die Anzahl der spektralen Stützstellen noch weiter erhöht werden und das filterbasierte Spektrometer kann bei gleichem Spektralbereich noch kompakter ausgestaltet sein und/oder eine spektrale Auflösung kann verbessert werden. Außerdem werden potentielle Reflexionsverluste, die an dem Gesamtreflektor auftreten können, vermieden. Der weitere Gesamtfilter ist dann analog zu dem Gesamtfilter aufgebaut und der weitere Gesamtdetektor ist analog zu dem Gesamtdetektor aufgebaut.
Vorteilhaft ist zwischen dem Gesamtfilter und dem Gesamtreflektor ein Zwischenraum mit einer Breite vorhanden und die Breite ist so gewählt, dass die Breite gleich dem Durchmesser des kollimierten bzw. parallelen Lichtbündels geteilt durch zwei Mal den Sinus des Einfallswinkels ist, sodass das Lichtbündel alle Bereiche des Gesamtfilters und des Gesamtreflektors ausleuchtet. Wenn die Breite größer als der Durchmesser des Lichtbündels geteilt durch zwei Mal den Sinus des Einfallswinkels ist, gibt es Bereiche des Gesamtfilters und des Gesamtreflektors, die nicht durch das Lichtbündel beleuchtet werden und daher nicht zur spektralen Analyse des Lichtbündels beitragen. Wenn die Breite kleiner als der Durchmesser des Lichtbündels geteilt durch zwei Mal den Sinus des Einfallswinkels ist, gibt es Bereiche des Gesamtfilters und des Gesamtreflektors, auf die das Lichtbündel mehrmals während eines Durchlaufs durch das filterbasierte Spektrometer trifft. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Filtereinheiten einen geringen Transmissionsgrad aufweisen.
Vorteilhaft ist der Zwischenraum mit einem Medium gefüllt, das eine erste Brechzahl aufweist und für die erste Brechzahl gilt, dass sie größer als eins geteilt durch den Sinus des Einfallswinkels ist, sodass das Lichtbündel an einer Außenfläche des Mediums, die in diesem Fall den Gesamtreflektor bildet, totalreflektiert wird. Der Gesamtreflektor ist dann die dem Gesamtdetektor abgewandte Außenfläche des Mediums. Das Medium kann beispielsweise ein Glas oder ein Kunststoff sein.
Da das Lichtbündel, insbesondere wenn es das filterbasierte Spektrometer mehrfach durchläuft, auseinanderlaufen kann, sind vorteilhaft zu einer Zwischenkollimation des Lichtbündels Strahlformungsoptiken in dem Zwischenraum angeordnet. Alternativ kann der Gesamtreflektor zur Zwischenkollimation des Lichtbündels Hohlspiegel aufweisen, die in den Gesamtreflektor eingebracht sind. Prinzipiell können auch weitere optische Elemente zur Formung des Lichtbündels in das filterbasierte Spektrometer eingebracht sein.
Jeder Einzelfilter kann durch einen Teilbereich des Gesamtfilters gebildet sein. Dadurch kann eine Kompaktheit des filterbasierten Spektralsensors erhöht werden. Alternativ können die Einzelfilter voneinander unabhängige Elemente sein. Die Einzelfilter können voneinander beabstandet sein.
Jeder Einzeldetektor kann durch einen Teilbereich des Gesamtdetektors gebildet sein. Dadurch kann eine Kompaktheit des filterbasierten Spektralsensors erhöht werden. Alternativ können die Einzeldetektoren voneinander unabhängige Elemente sein. Auch die Einzeldetektoren können voneinander beabstandet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen bzw. Ausführungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführung eines filterbasierten Spektrometers in einem Gehäuse mit einem Strahlengang eines Lichtbündels,
2A-B unterschiedliche Varianten der Anordnung von Gesamtfilter und Gesamtreflektor,
3A-D unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers,
4A-C unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers, wobei ein Zwischenraum zwischen einem Gesamtfilter und einem Gesamtreflektor mit einem Medium gefüllt ist,
5A-B unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers, wobei der Gesamtreflektor ein weiterer Gesamtfilter ist, auf dessen dem Gesamtdetektor abgewandten Seite ein weiterer Gesamtdetektor angeordnet ist,
6A-B unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers, wobei im Strahlengang des Lichtbündels eine Kollimationsoptik angeordnet ist,
7 eine dreizehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers mit einem Strahlengang eines Lichtbündels,
8A-C unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers mit einem Spiegel oder einem Prisma,
9 eine siebzehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers, wobei in den Gesamtreflektor Hohlspiegel eingebracht sind, und
10 eine achtzehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers, wobei in einem Zwischenraum Strahlformungsoptiken angeordnet sind.

In 1 ist eine erste Ausführung eines filterbasierten Spektrometers sowie ein Strahlengang eines von einer Probe kommenden Lichtbündels 1 dargestellt. Das filterbasierte Spektrometer umfasst einen Gesamtfilter 2, welcher aus mehreren Einzelfiltern 3 gebildet ist, wobei jeder Einzelfilter 3 durchlässig für Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs ist und die für die Einzelfilter 3 vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind. Die Einzelfilter 3 sind jeweils aus mindestens zwei Filtereinheiten 4 gebildet, die durchlässig für Licht einer vorgegebenen Wellenlänge sind. Die Wellenlängen, für die die Filtereinheiten 4 durchlässig sind, unterscheiden sich voneinander. In der ersten Ausführung weist jeder Einzelfilter 3 acht Filtereinheiten 4 auf. Jeder Einzelfilter 3 ist durch einen Teilbereich des Gesamtfilters 2 gebildet.
Das filterbasierte Spektrometer umfasst einen Gesamtdetektor 5, welcher aus mehreren Einzeldetektoren 6 gebildet ist, wobei jeder Einzeldetektor 6 dazu ausgelegt ist, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs zu detektieren. Jeder Einzeldetektor 6 ist durch einen Teilbereich des Gesamtdetektors 5 gebildet und jeder Einzeldetektor 6 weist acht Pixel auf. Jedes Pixel ist einer Filtereinheit 4 zugeordnet auslesbar. Der Gesamtdetektor 5 ist im Strahlengang des Lichtbündels 1 unmittelbar hinter dem Gesamtfilter 2 angeordnet. Die für die Einzeldetektoren 6 vorgegebenen Spektralbereiche sind paarweise verschieden. Jedem Einzeldetektor 6 ist ein Einzelfilter 3 bzw. acht Filtereinheiten zugeordnet und jeder Einzeldetektor 6 ist im Strahlengang des Lichtbündels 1 unmittelbar hinter den ihm zugeordneten Filtereinheiten 4 angeordnet. Die für die Einzeldetektoren 6 vorgegebenen Spektralbereiche stimmen jeweils mit dem Spektralbereich, für den der dem jeweiligen Einzeldetektor 6 zugeordnete Einzelfilter 3 bzw. die Filtereinheiten 4 durchlässig sind, überein. Die Einzelfilter 3, die Filtereinheiten 4 und die Einzeldetektoren 6 sind jeweils gleich dimensioniert.
Das filterbasierte Spektrometer ist in einem Gehäuse 7 angeordnet. In das Gehäuse 7 ist eine Lichteintrittsöffnung 8, durch die das zu analysierende Lichtbündel 1 mit einem Durchmesser D unter einem Einfallswinkel α auf den Gesamtfilter 2 einfällt, eingebracht. Das Lichtbündel 1 kann durch die Lichteintrittsöffnung 8 und/oder durch den Gesamtreflektor 9 und den Gesamtfilter 2 begrenzt sein.
Dem Gesamtfilter 2 gegenüberliegend ist ein Gesamtreflektor 9 angeordnet, welcher aus mehreren Einzelreflektoren 10 gebildet ist, wobei jeder Einzelreflektor 10 dazu ausgelegt ist, das Lichtbündel 1 in Richtung des Gesamtfilters 2 zu reflektieren.
2A zeigt eine erste Variante der Anordnung von Gesamtfilter und Gesamtreflektor. Das Lichtbündel 1 trifft auf den Einzelfilter 3, der in fünf Filtereinheiten 4 aufgeteilt ist. Jeder der Einzelfilter 3 ist durchlässig für Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs und die für die Einzelfilter 3 vorgegebenen Spektralbereiche sind paarweise verschieden. Jede der Filtereinheiten 4 ist durchlässig für eine Wellenlänge, wobei die Wellenlängen voneinander verschieden sind, was durch unterschiedliche Schraffuren der Filtereinheiten 4 schematisch dargestellt ist. Dadurch weisen die von dem Einzelfilter 3 reflektierten Teillichtbündel T₁-T₅ eine voneinander verschiedene spektrale Zusammensetzung auf. Die durch den Einzelfilter 3 transmittierten Anteile des Lichtbündels 1 werden auf dem Einzeldetektor 6 detektiert. Der Einzeldetektor 6 besteht in diesem Fall aus mehreren Pixeln, wobei die Pixel den Filtereinheiten 4 zugeordnet auslesbar sind.
28 zeigt eine zweite Variante der Anordnung von Gesamtfilter und Gesamtreflektor. Bei der zweiten Variante sind die Einzelfilter 3 mit den Einzeldetektoren 6 als voneinander unabhängige Elemente ausgeführt und voneinander beabstandet. Jeder Einzelfilter 3 weist hier zwei Filtereinheiten 4 auf und jeder Einzeldetektor weist vier Pixel auf. Das einfallende Lichtbündel 1 wird in drei reflektierte Teillichtbündel T₁-T₃ aufgeteilt, die in Richtung des Gesamtreflektors 9 reflektiert werden.
Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind die Filtereinheiten 4 der Einzelfilter 3 in den nachfolgenden Ausführungen nicht dargestellt. Selbstverständlich verfügt auch in den nachfolgenden Ausführungen jeder Einzelfilter 3 über mindestens zwei Filtereinheiten 4.
Unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers sind in den 3A-3D dargestellt. Bei den in den 3A-3D dargestellten Ausführungen ist jeweils zwischen dem Gesamtreflektor 9 und dem Gesamtfilter 2 ein Zwischenraum mit einer Breite B vorhanden.
Eine zweite Ausführung des filterbasierten Spektrometers ist in 3A dargestellt. Der Gesamtfilter 2 besteht aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzelfiltern 3, der Gesamtdetektor 5 besteht aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzeldetektoren 6 und der Gesamtreflektor 9 besteht aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzelreflektoren 10. Die Breite B ist so gewählt, dass die Breite B gleich dem Durchmesser D des Lichtbündels 1 geteilt durch zwei Mal den Sinus des Einfallswinkels α ist, sodass das Lichtbündel 1 alle Bereiche des Gesamtfilters 2 und des Gesamtreflektors 9 ausleuchtet. Ein Randstrahl des reflektierten Anteils des Lichtbündels 1 ist in 3A gestrichelt dargestellt und ein anderer Randstrahl des reflektierten Anteils des Lichtbündels 1 ist durchgängig gezeichnet. Die beiden Randstrahlen liegen, während sie das filterbasierte Spektrometer durchlaufen, übereinander. Aus Gründen der besseren Nachvollziehbarkeit der 3A sind sie jedoch nebeneinander dargestellt. Ebenso sind die Anteile des Lichtbündels 1, die jeweils durch Transmission an den Einzelfiltern 3 aus dem Lichtbündel 1 ausgekoppelt werden, nicht dargestellt. Die Einzeldetektoren 6 sind gegenüber den Einzelfiltern 3 verschoben, sodass der Anteil des unter dem Einfallswinkel α einfallenden Lichtbündels 1, der durch die Einzelfilter 3 transmittiert wird, jeweils vollständig von den Einzeldetektoren 6 detektiert wird.
Eine dritte Ausführung des filterbasierten Spektrometers ist in 3B dargestellt. Der Gesamtdetektor 5 besteht aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzeldetektoren 6 und der Gesamtreflektor 9 besteht aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzelreflektoren 10. Der Gesamtfilter 2 besteht aus voneinander beabstandeten und unabhängigen Einzelfiltern 3. Die Einzeldetektoren 6 sind auch hier jeweils so angeordnet, dass der von einem dem jeweiligen Einzeldetektor 6 zugeordneten Einzelfilter 3 transmittierte Anteil des Lichtbündels 1 vollständig auf dem Einzeldetektor 6 trifft.
Eine vierte Ausführung des filterbasierten Spektrometers ist in 3C dargestellt. Der Gesamtreflektor 9 besteht aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzelreflektoren 10. Der Gesamtfilter 2 besteht aus voneinander beabstandeten und unabhängigen Einzelfiltern 3 und der Gesamtdetektor 5 besteht aus voneinander beabstandeten und unabhängigen Einzeldetektoren 6.
Eine fünfte Ausführung des filterbasierten Spektrometers ist in 3D dargestellt. Der Gesamtfilter 2 besteht hier aus voneinander beabstandeten und unabhängigen Einzelfiltern 3, der Gesamtdetektor 5 besteht aus voneinander beabstandeten und unabhängigen Einzeldetektoren 6 und der Gesamtreflektor 9 besteht aus voneinander beabstandeten und unabhängigen Einzelreflektoren 10. Der Abstand der Einzelfilter 3, der Einzeldetektoren 6 und der Einzelreflektoren 10 zueinander ist durch den Einfallswinkel α vorgegeben.
Unterschiedliche Ausführungen des filterbasierten Spektrometers, bei denen der Zwischenraum zwischen dem Gesamtfilter 2 und dem Gesamtreflektor 9 mit einem Medium gefüllt ist, sind in den 4A-4D dargestellt. Dabei weist das Medium eine erste Brechzahl n₁ auf, wobei die erste Brechzahl n₁ größer als eins geteilt durch den Sinus des Einfallswinkels α ist. Dadurch wird das Lichtbündel 1 an einer Au ßenfläche des Mediums totalreflektiert. Die Außenfläche Mediums, an der das Lichtbündel 1 totalreflektiert wird, ist die dem Gesamtdetektor 5 abgewandte Au ßenfläche des Mediums. In diesem Fall ist die Außenfläche, an der das Lichtbündel 1 totalreflektiert wird, der Gesamtreflektor 9. An der anderen Außenfläche des Mediums wird das Lichtbündel 1 an den Einzelfiltern 3 jeweils teilweise reflektiert. Der Gesamtdetektor 5 ist jeweils durch mehrere Einzeldetektoren 6 gebildet und in einem Abstand zu dem Gesamtfilter 2 angeordnet.
Bei der in 4A gezeigten sechsten Ausführung des filterbasierten Spektrometers ist die Lichteintrittsöffnung 8 als senkrecht zu dem einfallenden Lichtbündel 1 geneigte Ebene ausgebildet. An dem Gesamtfilter 2 ist ein Auskoppelement 12 mit einer weiteren senkrecht zu dem einfallenden Lichtbündel 1 geneigten Ebene angeordnet. Das Auskoppelelement 12 ist bei der sechsten Ausführung im Strahlengang des Lichtbündels 1 hinter den Einzelfiltern 3 angeordnet und dazu ausgelegt, das Lichtbündel 1 aus dem Gesamtreflektor 9 auszukoppeln. Ohne das Auskoppelelement 12 würde das Lichtbündel 1 an der Unterseite des Gesamtfilters 2 totalreflektiert werden. Das Auskoppelelement 12 weist dieselbe Breite auf wie die drei Einzelfilter 3. Durch das Auskoppelelement 12 werden die Anteile des Lichtbündels 1 mehrerer Einzelfilter 3 aus dem Gesamtfilter 2 ausgekoppelt.
Bei der in 4B gezeigten siebten Ausführung des filterbasierten Spektrometers ist jedem Einzelfilter 3 zugeordnet jeweils ein Auskoppelement 12 mit je einer senkrecht zu dem einfallenden Lichtbündel 1 geneigten Ebene angeordnet. Durch die Auskoppelelemente 12 werden die durch die Einzelfilter 3 transmittierten Anteile des Lichtbündels 1 aus dem Gesamtfilter 2 ausgekoppelt. Außerdem ist die Lichteintrittsöffnung 8 durch ein auf den Gesamtreflektor 9 aufgebrachtes Einkoppelelement 11 mit einer senkrecht zu dem einfallenden Lichtbündel 1 geneigten Ebene gebildet.
Bei der in 4C gezeigten achten Ausführung des filterbasierten Spektrometers sind jedem Einzelfilter 3 zugeordnet jeweils zwei Auskoppelelemente 12 im Strahlengang des Lichtbündels 1 hinter den Einzelfiltern 3 angeordnet. Jeder Einzelfilter 3 besteht aus zwei Filtereinheiten 4 und jeder Filtereinheit 4 ist ein Auskoppelelement 12 zugeordnet.
Bei den in den 4A-4C gezeigten Ausführungen ist der Gesamtreflektor 9 jeweils unmittelbar an dem Gesamtfilterfilter 2 angeordnet. Prinzipiell können die Auskoppelelemente 12 auch an dem Gesamtreflektor 9 angeordnet sein, um das Lichtbündel 1 aus diesem auszukoppeln. Der Gesamtfilter 2 kann dann zwischen den Auskoppelelementen 12 und dem Gesamtdetektor 5 angeordnet sein.
In 5A ist eine neunte Ausführung des filterbasierten Spektrometers abgebildet. Der Gesamtreflektor 9 ist bei der neunten Ausführung ein weiterer Gesamtfilter 13, auf dessen dem Gesamtdetektor 5 abgewandten Seite ein weiterer Gesamtdetektor 14 angeordnet ist. Dadurch kann die Anzahl der spektralen Stützstellen weiter erhöht werden, ohne dass eine Kompaktheit des filterbasierten Spektrometers abnimmt. Alternativ kann die Kompaktheit bei gleichbleibender Anzahl spektraler Stützstellen erhöht werden. Der Gesamtfilter 2 und der weitere Gesamtfilter 13 sind in der neunten Ausführung jeweils durch mehrere voneinander beabstandete und unabhängige Einzelfilter 3 gebildet. Der Gesamtdetektor 5 und der weitere Gesamtdetektor 14 sind jeweils durch mehrere voneinander beabstandete und unabhängige Einzeldetektoren 6 gebildet.
5B zeigt eine zehnte Ausführung der Anordnung von Gesamtfilter 2, Gesamtdetektor 5 und Gesamtreflektor 9. Der Gesamtreflektor 9 ist auch bei der zehnten Ausführung ein weiterer Gesamtfilter 13, auf dessen dem Gesamtdetektor 5 abgewandten Seite ein weiterer Gesamtdetektor 14 angeordnet ist. Im Gegensatz zu der neunten Ausführung sind der Gesamtfilter 2 sowie der weitere Gesamtfilter 13 jeweils aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzelfiltern 3 gebildet und der Gesamtdetektor 5 sowie der weitere Gesamtdetektor 14 sind jeweils aus unmittelbar aneinander angrenzenden Einzeldetektoren 6 gebildet.
Eine elfte Ausführung eines filterbasierten Spektrometers mit einem Strahlengang eines Lichtbündels 1 ist in der 6A dargestellt. Bei der elften Ausführung ist in der Lichteintrittsöffnung 8, die in das Gehäuse 7 eingebracht ist, eine Kollimationsoptik 15 eingebracht. Die Kollimationsoptik 15 ist dazu ausgelegt, das divergente Lichtbündel 1 zu kollimieren. Bei der elften Ausführung ist die Kollimationsoptik 15 eine Sammellinse. Die Kollimationsoptik 15 kann auch im Strahlengang des Lichtbündels 1 vor der Lichteintrittsöffnung 8 angeordnet sein, wie in der in 6B abgebildeten zwölften Ausführung des filterbasierten Spektrometers.
In 7 ist eine dreizehnte Ausführung eines filterbasierten Spektrometers mit einem Strahlengang eines Lichtbündels 1 dargestellt. Die Kollimationsoptik 15 ist auch bei der dreizehnten Ausführung vor der Lichteintrittsöffnung 8 angeordnet. Die Kollimationsoptik 15 ist ein Parabolspiegel und lenkt das Lichtbündel 1 in Richtung der Lichteintrittsöffnung 8 um.
In der 8A ist eine vierzehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers abgebildet. Die vierzehnte Ausführung weist einen Spiegel 16 auf, der als Planspiegel ausgebildet und an dem der Lichteintrittsöffnung 8 abgewandten Ende des Gesamtfilters 2 und des Gesamtreflektors 9 angeordnet ist. Der Spiegel 16 ist dazu ausgelegt das Lichtbündel 1, nachdem es von dem Gesamtfilter 2 reflektiert worden ist, wieder in Richtung des Gesamtfilters 2 zu reflektieren. Das Lichtbündel 1 durchläuft bei der vierzehnten Ausführung also zweimal denselben Lichtbündelweg.
In der 8B ist eine fünfzehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers gezeigt. Auch die fünfzehnte Ausführung weist einen Spiegel 16 auf, der an dem der Lichteintrittsöffnung 8 abgewandten Ende des Gesamtfilters 2 und des Gesamtreflektors 9 angeordnet ist. Der Spiegel 16 besteht aus zwei Planspiegeln, die einen Winkel von 90° miteinander einschließen und ist so angeordnet, dass das Lichtbündel 1 bei der fünfzehnten Ausführung einen invertierten Lichtbündelweg durchläuft.
In der 8C ist eine sechszehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers dargestellt. Bei der sechszehnten Ausführung ist ein Prisma 17 an dem der Lichteintrittsöffnung 8 abgewandten Ende des Gesamtfilters 2 und des Gesamtreflektors 9 angeordnet. Das Prisma 17 ist, wie der Spiegel 16, dazu ausgelegt das Lichtbündel 1, nachdem es von dem Gesamtfilter 2 reflektiert worden ist, wieder in Richtung des Gesamtfilters 2 zu reflektieren. Auch das Prisma 17 ist dazu ausgelegt, den Lichtbündelweg zu invertieren.
Prinzipiell kann der Spiegel 16 oder das Prisma 17 auch so angeordnet sein, dass das von dem Gesamtreflektor 9 reflektierte Lichtbündel 1 wieder in Richtung des Gesamtreflektors 9 reflektiert wird.
9 zeigt eine siebzehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers. In den Gesamtreflektor 9 sind Hohlspiegel 18 eingebracht, die dazu ausgelegt sind das Lichtbündel 1 zu formen und/oder zu kollimieren. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Lichtbündel 1 das filterbasierte Spektrometer mehrfach durchläuft und auseinanderläuft. Die Hohlspiegel 18 dienen dann zu einer Zwischenkollimation des Lichtbündels 1.
10 zeigt eine achtzehnte Ausführung des filterbasierten Spektrometers. Bei der achtzehnten Ausführung sind Strahlformungsoptiken 19 in dem Zwischenraum zwischen Gesamtreflektor 9 und Gesamtfilter 2 angeordnet, die dazu ausgelegt sind das Lichtbündel 1 zu formen und/oder zu kollimieren.
Bei allen gezeigten Ausführungen und Varianten ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur eine begrenzte Anzahl von Einzelfiltern 3, Einzeldetektoren 6 sowie Einzelreflektoren 10 dargestellt. Von der Anzahl an Einzelfiltern 3, Einzeldetektoren 6 sowie Einzelreflektoren 10 hängt die Anzahl der detektierbaren spektralen Stützstellen ab. Das filterbasierte Spektrometer kann insbesondere dann, wenn es einen großen Spektralbereich aufweisen soll bzw. zur Detektion eines großen Spektralbereichs ausgelegt sein soll, eine große Anzahl an Einzelfiltern 3, Einzeldetektoren 6 sowie Einzelreflektoren 10 aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Lichtbündel
2: Gesamtfilter
3: Einzelfilter
4: Filtereinheit
5: Gesamtdetektor
6: Einzeldetektor
7: Gehäuse
8: Lichteintrittsöffnung
9: Gesamtreflektor
10: Einzelreflektor
11: Einkoppelelement
12: Auskoppelelement
13: weiterer Gesamtfilter
14: weiterer Gesamtdetektor
15: Kollimationsoptik
16: Spiegel
17: Prisma
18: Hohlspiegel
19: Strahlformungsoptik
α: Einfallswinkel
D: Durchmesser
n1: erste Brechzahl
T1-T5: Teillichtbündel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 0146659 A1 [0005]
US 7623243 B2 [0006]
CN 106841105 A [0007]
US 7466419 B2 [0008]

Claims

Filterbasiertes Spektrometer, umfassend: - mindestens einen Gesamtfilter (2), welcher aus mehreren Einzelfiltern (3) gebildet ist, wobei jeder Einzelfilter (3) durchlässig für Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs ist und die für die Einzelfilter (3) vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind, - mindestens einen Gesamtdetektor (5), welcher aus mehreren Einzeldetektoren (6) gebildet ist, wobei jeder Einzeldetektor (6) dazu ausgelegt ist, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs zu detektieren und die für die Einzeldetektoren (6) vorgegebenen Spektralbereiche paarweise verschieden sind, und - eine Lichteintrittsöffnung (8), durch die ein zu analysierendes Lichtbündel (1) mit einem Durchmesser (D) unter einem Einfallswinkel (α) auf den Gesamtfilter (2) einfallen kann, wobei - jedem Einzeldetektor (6) mindestens ein Einzelfilter (3) zugeordnet ist, - jeder Einzeldetektor (6) aus mehreren Pixeln besteht, und - dem Gesamtfilter (2) gegenüberliegend ein Gesamtreflektor (9) angeordnet ist, welcher aus mehreren Einzelreflektoren (10) gebildet ist, wobei jeder Einzelreflektor (10) dazu ausgelegt ist, das Lichtbündel (1) in Richtung des Gesamtfilters (2) zu reflektieren, dadurch gekennzeichnet, dass - jeder Einzelfilter (3) aus mindestens zwei Filtereinheiten (4) gebildet ist, die jeweils durchlässig für Licht einer vorgegebenen Wellenlänge sind, wobei sich die Wellenlängen voneinander unterscheiden, und - jeder Filtereinheit (4) zugeordnet mindestens ein Pixel eines Einzeldetektors (6) auslesbar ist.
Filterbasiertes Spektrometer nach Anspruch 1, wobei der Gesamtreflektor (9) ein weiterer Gesamtfilter (13) ist, auf dessen dem Gesamtdetektor (5) abgewandten Seite ein weiterer Gesamtdetektor (14) angeordnet ist.
Filterbasiertes Spektrometer nach Anspruch 1 oder 2, wobei an dem der Lichteintrittsöffnung (8) abgewandten Ende des Gesamtfilters (2) und des Gesamtreflektors (9) mindestens ein Prisma (17) oder mindestens ein Spiegel (16) vorhanden ist, um das von dem Gesamtfilter (2) oder dem Gesamtreflektor (9) reflektierte Lichtbündel (1) auf den Gesamtfilter (2) oder den Gesamtreflektor (9) zurück zu reflektieren, wodurch die Lichtausbeute erhöht wird.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen dem Gesamtfilter (2) und dem Gesamtreflektor (9) ein Zwischenraum mit einer Breite (B) vorhanden ist und die Breite (B) so gewählt ist, dass gilt: $B = \frac{D}{2 sin α}$
sodass das Lichtbündel (1) alle Bereiche des Gesamtfilters (2) und des Gesamtreflektors (9) ausleuchtet.
Filterbasiertes Spektrometer nach Anspruch 4, wobei Zwischenraum mit einem Medium gefüllt ist, für dessen erste Brechzahl (n₁) gilt: $n_{1} \geq \frac{1}{sin α}$
sodass das Lichtbündel (1) an einer Außenfläche des Mediums, die den Gesamtreflektor (9) bildet, totalreflektiert wird.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Strahlengang des Lichtbündels (1) in, vor oder nach der Lichteintrittsöffnung (8) eine Kollimationsoptik (15) angeordnet ist, um das zu analysierende Lichtbündel (1) zu kollimieren.
Filterbasiertes Spektrometer nach Anspruch 6, wobei die Kollimationsoptik (15) eine Sammellinse oder einen Parabolspiegel umfasst.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelfilter (3) durch einen Teilbereich des Gesamtfilters (2) gebildet ist oder die Einzelfilter (3) voneinander unabhängige Elemente sind.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzeldetektor (6) durch einen Teilbereich des Gesamtdetektors (5) gebildet ist oder die Einzeldetektoren (6) voneinander unabhängige Elemente sind.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelreflektor (10) durch einen Teilbereich des Gesamtreflektors (9) gebildet ist oder die Einzelreflektoren (10) voneinander unabhängige Elemente sind.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei zu einer Zwischenkollimation des Lichtbündels (1) Strahlformungsoptiken (19) in dem Zwischenraum angeordnet sind.
Filterbasiertes Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Gesamtreflektor (9) zur Zwischenkollimation des Lichtbündels (1) Hohlspiegel (18) aufweist, die in den Gesamtreflektor (9) eingebracht sind.