DE112019006324T5

DE112019006324T5 - Lineare temperaturkalibrierungskompensation für spektrometersysteme

Info

Publication number: DE112019006324T5
Application number: DE112019006324.3T
Authority: DE
Inventors: Javier MIGUEL SÁNCHEZ
Original assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Current assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-09-09
Also published as: CN113227730A; US20220026273A1; WO2020130940A1

Abstract

In einem Beispielverfahren wird Licht in Richtung eines Probenbereichs emittiert, und Probenlicht wird in einem Interferometer empfangen. Eine Teilmenge des Probenlichts wird vom Interferometer zu einem Detektor übertragen Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst das Bestimmen einer Referenzspannung, die dem Wellenlängenbereich der Teilmenge des Probenlichts entspricht, und einer Referenztemperatur. Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst auch das Bestimmen einer Temperatur einer Umgebung, das Bestimmen einer Vorspannung, die einer Differenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der Umgebung entspricht, und das Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer, die der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung entspricht. Die Teilmenge des Probenlichts wird von dem Detektor gemessen, und eine spektrale Verteilung des Lichts wird basierend auf den Messungen bestimmt.

Description

TECHNIKBEREICH
Die Offenbarung bezieht sich auf Spektrometer.
HINTERGRUND
Ein Spektrometer ist ein Gerät, das zur Messung eines Lichtspektrums von Probenlicht verwendet wird (z. B. zur Bestimmung der Spektralanteile von ultraviolettem, sichtbarem und/oder infrarotem Licht). In einigen Fällen können Spektrometer die Intensität von Licht als Funktion der Wellenlänge oder der Frequenz bestimmen.
Spektrometer können für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel können Spektrometer für Umweltanalysen, industrielle Überwachung, Farbmessungen und pharmakologische Studien eingesetzt werden.
Ein Lichtspektrum kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden, z. B. durch direkte Messung oder indirekte Messung. Ein Spektrometer, das für die direkte Messung konfiguriert ist, kann beispielsweise verschiedene Wellenlängen des Lichts räumlich trennen (z. B. mit wellenlängendispersiven Vorrichtungen wie Beugungsgittern oder Prismen) und die Leistungsverteilung jeder Lichtwellenlänge einzeln messen (z. B. um das Spektrum in Bezug auf bestimmte Wellenlängen „direkt“ zu messen).
Als weiteres Beispiel kann ein Spektrometer, das für indirekte Messungen konfiguriert ist, Licht gemäß einer Reihe bekannter spektraler Modulationsmuster modulieren und Messungen des modulierten Lichts erhalten. Jede Messung liefert Informationen, die von mehreren Wellenlängen und mit unterschiedlichen Gewichtungen getragen werden, und kann verwendet werden, um das Spektrum des ursprünglichen Lichts zu rekonstruieren (z. B. unter Verwendung einer Multiplex-Technik).
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Spektrometersystem kann verwendet werden, um Informationen über eine Probe (z. B. ein Objekt) zu bestimmen, die auf den Eigenschaften des von der Probe reflektierten und/oder durch die Probe übertragenen Lichts basieren. Ein Spektrometersystem kann beispielsweise eine Lichtquelle enthalten, die Licht (z. B. Licht mit bekannten spektralen Eigenschaften) in Richtung der Probe aussendet, und einen Detektor, der das von der Probe reflektierte und/oder durch die Probe übertragene Licht misst. Das Spektrometersystem kann die spektralen Eigenschaften des reflektierten und/oder durchgelassenen Lichts bestimmen (z. B. die Verteilung des Lichts in Bezug auf einen Bereich von Wellenlängen) und basierend auf diesen Messungen Informationen über die Probe ermitteln. Beispielsweise kann das Spektrometersystem die physikalische Form oder das Profil der Probe, die Eigenschaften der Oberfläche der Probe und/oder die Zusammensetzung der Probe bestimmen.
In einigen Fällen kann ein Spektrometersystem Licht in Bezug auf eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich messen. Dies kann z. B. nützlich sein, da Lichtmessungen in Bezug auf bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche bei der Bestimmung der Eigenschaften der Probe besonders nützlich sein können (z. B. im Vergleich zur Lichtmessung in Bezug auf andere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche). Dementsprechend kann das Spektrometersystem selektiv Licht innerhalb bestimmter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche messen (z. B. solche, die mehr Informationen und/oder wünschenswertere Informationen bezüglich der Probe liefern), während Licht innerhalb anderer Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche nicht gemessen wird (z. B. solche, die weniger Informationen und/oder weniger wünschenswerte Informationen bezüglich der Probe liefern), um die Effizienz und Genauigkeit der Messungen zu verbessern.
In einigen Fällen kann ein Spektrometersystem mit Hilfe eines Interferometers Licht nach einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich messen. Ein Interferometer ist ein Gerät, das Lichtinterferenz (z. B. durch Überlagerung von Lichtwellen) nutzt, um Informationen aus dem Licht zu extrahieren. Ein Interferometer kann z. B. reflektiertes und/oder transmittiertes Licht von einer Probe empfangen und durch Überlagerung des empfangenen Lichts nach verschiedenen Phasen selektiv eine Teilmenge des Lichts mit einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich zur Messung an den Detektor weiterleiten. Dementsprechend misst der Detektor nicht die Gesamtheit des von der Probe empfangenen Lichts, sondern eine begrenzte Teilmenge des empfangenen Lichts, die vom Interferometer selektiv übertragen wird.
In einigen Fällen kann ein Interferometer „abstimmbar“ sein, so dass ein System oder ein Benutzer eine bestimmte Wellenlänge oder Bereiche von Wellenlängen des Lichts festlegen kann, das vom Interferometer zur Messung übertragen wird. Beispielsweise hängt der Ausgang eines abstimmbaren Interferometers von einer Eingangsspannung ab, die an das Interferometer angelegt wird. Die Eingangsspannung kann variiert werden, um die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich des Lichts einzustellen, das vom Interferometer selektiv an den Detektor zur Messung übertragen wird.
In einigen Fällen kann die Ausgabe eines Interferometers jedoch auch von der Temperatur der Umgebung abhängen. Dementsprechend kann ein Interferometer als Reaktion auf eine bestimmte Eingangsspannung aufgrund von Temperaturschwankungen in der Umgebung Licht innerhalb unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche ausgeben. Diese Schwankungen können die Genauigkeit und/oder Präzision der Messungen eines Spektrometersystems verringern, insbesondere wenn das Spektrometersystem in unterschiedlichen Umgebungen und/oder in einer ungeregelten Umgebung eingesetzt wird.
Um die Leistung des Spektrometersystems zu verbessern, kann das Spektrometersystem die Eingangsspannung, die an das Interferometer angelegt wird, basierend auf einer gemessenen Temperatur der Umgebung kalibrieren. Zum Beispiel kann das Spektrometersystem eine Referenzspannung bestimmen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer veranlasst, Licht innerhalb einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs in Bezug auf eine Referenztemperatur auszugeben. Weiterhin kann das Spektrometersystem die Temperatur der Umgebung messen und eine Vorspannung bestimmen, um die Differenz zwischen der Referenztemperatur und der gemessenen Temperatur zu kompensieren. In einigen Fällen kann die Vorspannung die Summe aus der gemessenen Temperatur, multipliziert mit einem skalaren Wert, und einem konstanten Wert sein. Das Spektrometersystem kann eine kalibrierte Eingangsspannung (z. B. eine Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung) an das Interferometer anlegen, so dass das Interferometer die ausgewählte Wellenlänge oder den ausgewählten Wellenlängenbereich des Lichts an den Detektor ausgibt. Dadurch kann das Spektrometersystem Temperaturschwankungen kompensieren und genauere und/oder präzisere Messungen durchführen. Außerdem kann das Spektrometersystem dadurch in einem größeren Bereich von Umgebungen und Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.
In einem Aspekt umfasst ein Verfahren das Aussenden von Licht in Richtung eines Probenbereichs unter Verwendung einer Lichtquelle eines Spektrometers und das Empfangen von Probenlicht an einem Interferometer des Spektrometers, wobei es sich um Licht handelt, das von einem Objekt im Probenbereich reflektiert oder durch dieses hindurchgelassen wird. Das Probenlicht hat einen ersten Bereich von Wellenlängen. Ferner umfasst das Verfahren das Übertragen einer Teilmenge des Probenlichts vom Interferometer zu einem Detektor des Spektrometers. Die Teilmenge des Probenlichts hat einen zweiten Wellenlängenbereich. Der zweite Wellenlängenbereich ist eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs. Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst das Bestimmen einer Referenzspannung, die dem zweiten Wellenlängenbereich und einer Referenztemperatur entspricht, und das Bestimmen einer Temperatur der Umgebung des Spektrometers mit einem Temperatursensor. Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst auch das Bestimmen einer Vorspannung, die einer Differenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der Umgebung des Spektrometers entspricht, und das Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer, die der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Messen, unter Verwendung des Detektors, der Teilmenge des Probenlichts; und das Bestimmen, unter Verwendung einer elektronischen Steuervorrichtung, einer spektralen Verteilung von Licht, das dem Objekt entspricht, basierend auf der gemessenen Teilmenge des Probenlichts.
Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
In einigen Implementierungen kann die Vorspannung eine Summe aus (i) der Temperatur der Umgebung des Spektrometers, multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert sein.
In einigen Implementierungen kann die Referenzspannung einer zweiten Eingangsspannung entsprechen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer veranlasst, die Teilmenge des Probenlichts zu übertragen, wenn die Temperatur der Umgebung des Spektrometers die Referenztemperatur ist.
In einigen Implementierungen kann das Anlegen der Eingangsspannung das Erzeugen eines Befehlssignals unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung beinhalten, das eine Spannungsquelle anweist, die Eingangsspannung an das Interferometer anzulegen, und das Anlegen der Spannungsquelle an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal.
In einigen Implementierungen kann das Anlegen der Eingangsspannung das Erzeugen eines Befehlssignals unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung umfassen, das eine Spannungsquelle anweist, die Referenzspannung zu erzeugen, und das Erzeugen der Referenzspannung unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal. Ferner kann das Anlegen der Eingangsspannung das Erzeugen der Vorspannung unter Verwendung der Spannungsquelle auf der Grundlage der gemessenen Temperatur der Umgebung des Spektrometers und das Anlegen der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal umfassen.
In einem anderen Aspekt umfasst ein System eine Lichtquelle, die so betrieben werden kann, dass sie Licht in Richtung eines Probenbereichs emittiert, ein Interferometer, einen Detektor und eine elektronische Steuereinrichtung. Die Lichtquelle ist betreibbar, um Licht in Richtung eines Probenbereichs zu emittieren. Das Interferometer ist in der Lage, Probenlicht zu empfangen, das von einem Objekt im Probenbereich reflektiert oder durch dieses hindurchgelassen wird. Das Probenlicht hat einen ersten Bereich von Wellenlängen. Das Interferometer ist auch in der Lage, eine Teilmenge des Probenlichts vom Interferometer zum Detektor zu übertragen. Die Untermenge des Probenlichts hat einen zweiten Wellenlängenbereich. Der zweite Wellenlängenbereich ist eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs. Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst das Bestimmen einer Referenzspannung, die dem zweiten Wellenlängenbereich und einer Referenztemperatur entspricht, und das Bestimmen einer Temperatur der Umgebung des Spektrometers mit einem Temperatursensor. Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst auch das Bestimmen einer Vorspannung, die einer Differenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der Umgebung des Spektrometers entspricht, und das Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer, die der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung entspricht. Der Detektor ist betreibbar, um die Teilmenge des Probenlichts zu messen. Die elektronische Steuervorrichtung ist betreibbar, um eine dem Objekt entsprechende Spektralverteilung des Lichts auf der Grundlage der gemessenen Teilmenge des Probenlichts zu bestimmen.
Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
In einigen Implementierungen kann die Vorspannung eine Summe aus (i) der Temperatur der Umgebung des Spektrometers, multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert sein.
In einigen Implementierungen kann die Referenzspannung einer zweiten Eingangsspannung entsprechen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer veranlasst, die Teilmenge des Probenlichts zu übertragen, wenn die Temperatur der Umgebung des Spektrometers die Referenztemperatur ist.
In einigen Implementierungen kann das System außerdem eine Spannungsquelle umfassen. Das Anlegen der Eingangsspannung kann das Erzeugen eines Befehlssignals unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung umfassen, das eine Spannungsquelle anweist, die Eingangsspannung an das Interferometer anzulegen, und das Anlegen der Spannungsquelle an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal.
In einigen Implementierungen kann das System außerdem eine Spannungsquelle umfassen. Das Anlegen der Eingangsspannung kann das Erzeugen eines Befehlssignals unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung umfassen, das eine Spannungsquelle anweist, die Referenzspannung zu erzeugen, und das Erzeugen der Referenzspannung unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal. Das Anlegen der Eingangsspannung kann auch das Erzeugen der Vorspannung unter Verwendung der Spannungsquelle auf der Grundlage der gemessenen Temperatur der Umgebung des Spektrometers und das Anlegen der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal umfassen.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beiliegenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargestellt. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
Figurenliste

ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Spektrometersystems.
ist ein Diagramm, das eine Beispielbeziehung zwischen der an ein Interferometer angelegten Eingangsspannung und einer entsprechenden Wellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts zeigt.
ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen der an ein Interferometer angelegten Eingangsspannung und einer entsprechenden Wellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf mehrere verschiedene Temperaturen zeigt.
ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels eines Spektrometersystems.
und sind schematische Darstellungen eines weiteren Beispiels eines Spektrometersystems.
zeigen experimentelle Daten, die während des Betriebs eines Beispiel-Interferometers erhalten wurden.
zeigen experimentelle Daten, die während des Betriebs von Beispiel-Interferometern gewonnen wurden.
ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Messung einer spektralen Verteilung von Licht, das von einer Probe reflektiert und/oder durch sie hindurchgelassen wird
ist eine schematische Darstellung eines Beispiel-Computersystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt Implementierungen eines Spektrometersystems zur Messung der spektralen Verteilung von Licht, das von einer Probe reflektiert und/oder durch sie hindurchgelassen wird. Implementierungen des Spektrometersystems umfassen ein spannungsabstimmbares Interferometer zur Auswahl bestimmter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche von Licht für die Messung. Um temperaturbedingte Schwankungen im Ausgang des Interferometers zu berücksichtigen, kann das Spektrometersystem die an das Interferometer angelegte Eingangsspannung auf der Grundlage einer gemessenen Umgebungstemperatur kalibrieren. Dadurch kann das Spektrometersystem Temperaturschwankungen kompensieren und genauere und/oder präzisere Messungen durchführen. Außerdem kann das Spektrometersystem dadurch in einem größeren Bereich von Umgebungen und Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.
zeigt ein Beispiel für ein Spektrometersystem 100. Das Spektrometersystem 100 kann als eigenständiges Gerät (z. B. als Einzelgerät) oder als Teil eines anderen Geräts (z. B. als Teil eines Mehrzweckgeräts) implementiert werden. In einigen Fällen kann das Spektrometersystem 100 als Teil eines mobilen Geräts, wie z. B. eines Smartphones, eines Tablet-Computers oder eines tragbaren Computers, implementiert werden.
Wie in dargestellt, umfasst das Spektrometersystem 100 eine Lichtquelle 102, ein Interferometer 104, eine Spannungsquelle 106, einen Detektor 108 und eine elektronische Steuereinrichtung 110. In einem Verwendungsbeispiel des Spektrometersystems 100 erzeugt die Lichtquelle 102 Licht 112, das in Richtung einer Probe 114 (z. B. ein in einem Probenbereich 150 positioniertes Objekt) emittiert wird. Zumindest ein Teil des Probenlichts 116, das von der Probe 114 reflektiert und/oder durch sie hindurchgelassen wird, fällt auf das Interferometer 104. Basierend auf einer Eingangsspannung, die von der Spannungsquelle 106 erzeugt wird, überträgt das Interferometer 104 selektiv eine Teilmenge des Probenlichts 118 (z. B. Probenlicht innerhalb einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs) zum Detektor 108. Der Detektor 108 misst die Eigenschaften der Teilmenge des Probenlichts 118 und liefert die Messungen an die elektronische Steuereinrichtung 110. Basierend auf den Messungen bestimmt die elektronische Steuervorrichtung 106 Informationen bezüglich der Probe 114 (z. B. ein Histogramm 120, das die spektrale Verteilung der Teilmenge des Probenlichts 118 darstellt, Eigenschaften der Probe 114, etc. ).
Die Lichtquelle 102 ist eine Komponente, die Licht erzeugen und in Richtung des Probenbereichs 150 emittieren kann. Die Lichtquelle 102 kann ein oder mehrere lichtemittierende Elemente enthalten. Beispielsweise kann die Lichtquelle 102 eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator (VCSELs), organische Leuchtdioden (OLEDs) oder andere Vorrichtungen umfassen, die selektiv Licht erzeugen.
Das Interferometer 104 ist eine Komponente, die dazu dient, mittels Lichtinterferenz Informationen aus Licht zu extrahieren. Beispielsweise kann das Interferometer das Probenlicht 116 empfangen und durch eine Überlagerung des Probenlichts 116 nach verschiedenen Phasen selektiv die Teilmenge des Probenlichts 118 mit einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich zur Messung an den Detektor 108 übertragen. Das Interferometer 104 ist „abstimmbar“, so dass ein System oder ein Benutzer eine bestimmte Wellenlänge oder Bereiche von Wellenlängen des Lichts angeben kann, das vom Interferometer 118 zum Detektor 108 übertragen wird. Der Ausgang des Interferometers 104 kann zum Beispiel von einer Eingangsspannung abhängen V_in abhängen, die von der Spannungsquelle 106 erzeugt und an das Interferometer 104 angelegt wird. Die Eingangsspannung V_in kann variiert werden, um die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich des Lichts einzustellen, das selektiv durch das Interferometer 104 zum Detektor 108 übertragen wird.
Die Spannungsquelle 106 ist eine Komponente, die zur Erzeugung der Eingangsspannung V_in . Die Spannungsquelle 106 kann eine oder mehrere digitale und/oder analoge Schaltungskomponenten zur Spannungserzeugung enthalten. In manchen Fällen kann die Spannungsquelle 106 eine oder mehrere Batterien oder elektrische Generatoren enthalten. In einigen Fällen kann die Spannungsquelle 106 elektrische Energie von einer externen Quelle (z. B. einer externen Stromversorgung) empfangen und die Eingangsspannung V_in , unter Verwendung der empfangenen elektrischen Energie erzeugen. In einigen Fällen kann die Spannungsquelle 106 kommunikativ mit der elektronischen Steuervorrichtung 110 gekoppelt sein und eine Eingangsspannung erzeugen V_in mit einem bestimmten Spannungswert auf der Basis von Befehlssignalen s_Spannung die von der elektronischen Steuereinrichtung 110 empfangen werden.
Der Detektor 108 ist eine Komponente, die die Eigenschaften der Teilmenge des vom Interferometer 104 empfangenen Probenlichts 118 messen kann. In einigen Fällen kann der Detektor 108 einen oder mehrere Photodetektoren oder andere lichtempfindliche Sensoren enthalten. Der Detektor 108 kann verschiedene Eigenschaften der Teilmenge des Probenlichts 118 messen. Als Beispiel kann der Detektor 108 die Intensität des Lichts und/oder die spektralen Eigenschaften des reflektierten Lichts in Bezug auf bestimmte Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche messen. In einigen Fällen kann der Detektor 108 so betrieben werden, dass er die Teilmenge des Probenlichts 118 gemäß einem oder mehreren diskreten Punkten in der Zeit misst. In einigen Fällen kann der Detektor 108 so betrieben werden, dass er Licht kontinuierlich, periodisch, intermittierend oder nach einem anderen Muster misst.
Die elektronische Steuervorrichtung 110 ist eine Komponente, die zur Steuerung einer oder mehrerer Funktionen des Spektrometersystems 110 dient. Beispielsweise kann die elektronische Steuervorrichtung 110 kommunikativ mit der Lichtquelle 102 gekoppelt sein und Befehlssignale an die Lichtquelle 102 senden, um die Lichtquelle 102 selektiv ein- oder auszuschalten (z. B. um Licht während ausgewählter Zeiträume zu erzeugen, wie z. B. während eines Messvorgangs) und/oder die Eigenschaften des erzeugten Lichts zu spezifizieren (z. B. um Licht gemäß einem bestimmten Muster, einer spektralen Zusammensetzung usw. zu erzeugen). Als weiteres Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 110 kommunikativ mit der Spannungsquelle 106 gekoppelt sein und Befehlssignale s_Spannung an die Spannungsquelle 106 senden, um eine Eingangsspannung zu erzeugen V_in , mit einem bestimmten Spannungswert zu erzeugen (z.B. um den Ausgang des Interferometers 104 abzustimmen). Als weiteres Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 110 kommunikativ mit dem Detektor 108 gekoppelt sein und kann Messungen von dem Detektor 108 erhalten.
Weiterhin kann das elektronische Steuergerät 110 basierend auf den Messungen Informationen aus der Probe 114 ermitteln. Zum Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 110 ein Histogramm 120 erzeugen, das die spektrale Verteilung der Teilmenge des Probenlichts 118 darstellt. Als weiteres Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 110 andere Eigenschaften der Probe 114 basierend auf den Messungen bestimmen, wie die physikalische Form oder das Profil der Probe, die Eigenschaften der Oberfläche der Probe und/oder die Zusammensetzung der Probe.
In einigen Fällen ist die elektronische Steuereinrichtung 110 als ein von einer oder mehreren der anderen Komponenten des Spektrometersystems 110 getrenntes Gerät implementiert. Beispielsweise kann die elektronische Steuereinrichtung 110 ein Computersystem (z. B. ein Client-Computersystem oder ein Server-Computersystem) oder ein Computerprozessor sein, der von einer oder mehreren der anderen Komponenten des Spektrometersystems 100 getrennt und verschieden ist. In einigen Fällen kann die elektronische Steuervorrichtung 110 in Verbindung mit einer oder mehreren der anderen Komponenten des Spektrometersystems 100 implementiert werden (z. B. als ein einziges integriertes Gerät).
Wie oben beschrieben, kann der Ausgang des Interferometers 104 von der Eingangsspannung abhängen V_in abhängen, die an das Interferometer 104 angelegt wird. Die Eingangsspannung V_in kann variiert werden, um die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich des Lichts einzustellen, das selektiv durch das Interferometer 104 zum Detektor 108 übertragen wird.
In einigen Fällen ist die Beziehung zwischen der an ein Interferometer angelegten Eingangsspannung V_in , die an ein Interferometer angelegt wird, und der entsprechenden Wellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts nichtlinear ist. zeigt zum Beispiel ein Diagramm 200, das eine Beziehung zwischen der an das Interferometer 104 angelegten Eingangsspannung V_in , die an das Interferometer 104 angelegt wird, und der entsprechenden Wellenlänge des vom Interferometer 104 ausgegebenen Lichts für ein Spektrometersystem mit einem abstimmbaren Fabry-Perot-Interferometer (FI) auf MEMS-Basis (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme). In diesem Beispiel führt das Anlegen einer Eingangsspannung V_in , Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer 104 würde in diesem Beispiel dazu führen, dass Licht mit einem Wellenlängenbereich mit einer mittleren Wellenlänge von ca. 1550 nm ausgegeben wird, während andere Wellenlängen des Lichts außerhalb des Bereichs im Wesentlichen nicht vom Interferometer ausgegeben werden. In diesem Beispiel kann die Beziehung durch die Gleichung angenähert werden: $V^{2} = [\frac{2 k}{ε_{0} ε_{α} A} x {(T - x)}^{2}],$
wobei k eine Federkonstante ist, x die Wellenlängenänderung ist (z. B. eine Verschiebung des Hohlraums des Interferometers), ε₀ die Dielektrizitätskonstante des Vakuums ist, ε_a die relative statische Dielektrizitätskonstante ist, A ist die Fläche der gleichen parallelen Platten des Interferometers, V ist die zwischen den Elektroden angelegte Spannung, und T ein Parameter ist, der mit der Geometrie und der elektrischen Permittivität des betrachteten Mediums zusammenhängt (z.B., $T = g - t_{d} (1 - \frac{ε_{a}}{ε_{b}}),$
wobei g die Dicke des Hohlraums ohne angelegte Spannung ist, und t_d die Dicke der Schicht über der Elektrode ist, mit einer relativen statischen Permittivität von ε_b).
In einigen Fällen kann die Ausgabe eines Interferometers jedoch auch von der Temperatur der Umgebung abhängen. Dementsprechend kann ein Interferometer als Reaktion auf eine bestimmte Eingangsspannung aufgrund von Temperaturschwankungen in der Umgebung Licht innerhalb unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche ausgeben. Diese Schwankungen können die Genauigkeit und/oder Präzision der Messungen eines Spektrometersystems verringern, insbesondere wenn das Spektrometersystem in unterschiedlichen Umgebungen und/oder in einer ungeregelten Umgebung eingesetzt wird. Obwohl beispielsweise eine elektronische Steuereinrichtung 110 vorgibt, dass eine bestimmte Lichtwellenlänge zur Messung an den Detektor 108 übertragen werden soll, kann stattdessen eine andere Lichtwellenlänge übertragen werden, was zu Abweichungen bei den Messungen und/oder Fehlern bei der Interpretation dieser Messungen führt.
Als Beispiel zeigt ein Diagramm 210, das eine Beziehung zwischen (i) der Eingangsspannung V_in , die an das Interferometer 104 angelegt wird, und (ii) der entsprechenden mittleren Wellenlänge des Wellenlängenbereichs des vom Interferometer 104 ausgegebenen Lichts in Bezug auf 7 verschiedene Temperaturen im Bereich von -40° C und 85°C (-40° C, -20° C, 5° C, 25° C, 45° C, 65° C und 85° C). Wie in gezeigt, kann ein Interferometer in Reaktion auf eine bestimmte Eingangsspannung V_in kann ein Interferometer in Abhängigkeit von der Temperatur Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen ausgeben. Daher können die resultierenden Messungen aufgrund von Temperaturschwankungen während und zwischen den einzelnen Messungen variieren.
Um die Leistung des Spektrometersystems 100 zu verbessern, kann das Spektrometersystem 100 die an das Interferometer 104 angelegte Eingangsspannung kalibrieren V_in die an das Interferometer 104 angelegt wird, basierend auf einer gemessenen Temperatur der Umgebung kalibrieren. Zum Beispiel kann das Spektrometersystem eine Referenzspannung bestimmen V_ref bestimmen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, bewirkt, dass das Interferometer 104 Licht innerhalb einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs (z. B. einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs, die bzw. der von der elektronischen Steuereinrichtung 110 oder einem Benutzer ausgewählt wird) in Bezug auf eine bestimmte Referenztemperatur T_ref (z. B. eine feste Temperatur). Weiterhin kann das Spektrometersystem 100 die Temperatur der Umgebung messen T_m messen und eine Vorspannung bestimmen Vbias zur Kompensation der Differenz zwischen der Referenztemperatur T_ref und der gemessenen Temperatur T_m . Das Spektrometersystem 100 kann eine kalibrierte Eingangsspannung V_in,cal (z.B. eine Summe aus der Referenzspannung V_ref und der Vorspannung V_bias ) an das Interferometer 104 anlegen, so dass das Interferometer 104 die ausgewählte Wellenlänge oder den ausgewählten Wellenlängenbereich des Lichts an den Detektor 108 ausgibt. Dies ermöglicht es dem Spektrometersystem 100, Temperaturschwankungen zu kompensieren und genauere und/oder präzisere Messungen in Bezug auf die ausgewählte Wellenlänge oder den ausgewählten Wellenlängenbereich durchzuführen. Außerdem kann das Spektrometersystem 100 dadurch in einer größeren Vielfalt von Umgebungen und Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.
Als Beispiel zeigt ein Spektrometersystem 300, das die Eingangsspannung, die an sein Interferometer angelegt wird, anhand der Umgebungstemperatur kalibriert.
Das Spektrometersystem 300 kann ähnlich aufgebaut sein wie das in beschriebene Spektrometersystem 100. Das Spektrometersystem 100 kann z. B. als eigenständiges Gerät oder als Teil eines anderen Geräts implementiert werden. In einigen Fällen kann das Spektrometersystem 100 als Teil eines mobilen Geräts, wie z. B. eines Smartphones, eines Tablet-Computers oder eines tragbaren Computers, implementiert werden. Ferner umfasst das Spektrometersystem 300 eine Lichtquelle 102, ein Interferometer 104, eine Spannungsquelle 106, einen Detektor 108 und eine elektronische Steuervorrichtung 110. Einige oder alle dieser Komponenten können in ähnlicher Weise arbeiten wie in beschrieben. In einem Anwendungsbeispiel des Spektrometersystems 300 erzeugt die Lichtquelle 102 Licht 112, das in Richtung einer Probe 114 (z. B. ein in einem Probenbereich 150 positioniertes Objekt) emittiert wird. Zumindest ein Teil des Probenlichts 116, das von der Probe 114 reflektiert und/oder durch sie hindurchgelassen wird, fällt auf das Interferometer 104. Basierend auf einer Eingangsspannung, die von der Spannungsquelle 106 erzeugt wird, überträgt das Interferometer 104 selektiv eine Teilmenge des Probenlichts 118 (z. B. Probenlicht innerhalb einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs) zum Detektor 108. Der Detektor 108 misst die Eigenschaften der Teilmenge des Probenlichts 118 und liefert die Messungen an die elektronische Steuereinrichtung 110. Basierend auf den Messungen bestimmt die elektronische Steuervorrichtung 106 Informationen über die Probe 114 (z. B. ein Histogramm, das die spektrale Verteilung der Teilmenge des Probenlichts 118 darstellt, Eigenschaften der Probe 114 usw.).
In diesem Beispiel umfasst das Spektrometersystem 300 auch einen Temperatursensor 300, der kommunikativ mit der elektronischen Steuereinrichtung 110 gekoppelt ist. Der Temperatursensor ist in der Lage, eine Temperatur T_m der Umgebung des Spektrometersystems 300 (z. B. eine Umgebungstemperatur) zu messen und ein der gemessenen Temperatur entsprechendes Sensorsignal an die elektronische Steuereinrichtung 110 auszugeben. Der Temperatursensor 300 kann z. B. eine oder mehrere temperaturempfindliche analoge oder digitale Komponenten enthalten, die ein variables Sensorsignal ausgeben s_temp ausgeben, das die gemessene Temperatur angibt T_m .
Die elektronische Steuereinrichtung 110 kann auf der Grundlage des Sensorsignals Befehlssignale an die Spannungsquelle 106 senden s_temp . Zum Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 110 eine Referenzspannung bestimmen V_ref bestimmen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer 104 veranlassen würde, Probenlicht 118 innerhalb einer ausgewählten Wellenlänge oder eines Bereichs von Wellenlängen in Bezug auf eine feste Referenztemperatur T_ref . Die Referenzspannung V_ref kann auf der Grundlage einer Nachschlagetabelle, eines mathematischen Modells oder anderer Daten bestimmt werden, die die Beziehung zwischen (i) der Referenzspannung V_ref und (ii) der entsprechenden Wellenlänge oder dem entsprechenden Wellenlängenbereich, die von dem Interferometer ausgegeben werden, wenn die Referenzspannung V_ref bei der Referenztemperatur angelegt wird T_ref . In einigen Fällen kann diese Beziehung experimentell oder empirisch bestimmt werden (z. B. durch Betreiben des Interferometers 104 bei einer festen Referenztemperatur, Anlegen verschiedener Referenzspannungen an das Interferometer und Messen der Wellenlänge oder der Wellenlängen des Lichts, die vom Interferometer 104 als Reaktion auf die angelegte Spannung ausgegeben werden).
Weiterhin kann die elektronische Steuereinrichtung 110 eine Vorspannung bestimmen Vbias zur Kompensation der Differenz zwischen der Referenztemperatur T_ref und der Temperatur der Umgebung T_m zu kompensieren, so dass, wenn die Summe aus der Referenzspannung V_ref und der Vorspannung V_bias an das Interferometer 104 bei der Temperatur der Umgebung angelegt wird T_m wenn die Summe der Referenzspannung und der Vorspannung an das Interferometer 104 bei der Temperatur der Umgebung angelegt wird, das Interferometer genau Licht innerhalb der ausgewählten Wellenlänge oder des ausgewählten Wellenlängenbereichs ausgibt.
Basierend auf diesen Feststellungen sendet die elektronische Steuereinrichtung 110 ein Befehlssignal s_Spannung,cal an die Spannungsquelle 106, das die Spannungsquelle 106 anweist, eine kalibrierte Eingangsspannung zu erzeugen und anzulegen V_in,cal (z.B. eine Summe aus der Referenzspannung V_ref und der Vorspannung V_bias ) an das Interferometer 104 anzulegen. Daraufhin erzeugt die Spannungsquelle 106 die kalibrierte Eingangsspannung und legt sie V_in,cal an das Interferometer 104 an, wodurch das Interferometer 104 veranlasst wird, Licht innerhalb der spezifizierten Wellenlänge oder des spezifizierten Wellenlängenbereichs an den Detektor 108 auszugeben (z. B. unter genauer Berücksichtigung der Temperatur der Umgebung). Der Detektor 108 misst die Eigenschaften des übertragenen Lichts und liefert die Messungen an die elektronische Steuereinrichtung 110. Basierend auf den Messungen ermittelt das elektronische Steuergerät 106 Informationen über die Probe 114.
In einigen Fällen kann die Bias-Spannung Vbias die Summe aus (i) der Temperatur der Umgebung T_m multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert sein. Zum Beispiel kann die Bias-Spannung Vbias mit Hilfe der Beziehung bestimmt werden: $V_{b i a s} = a T_{m} + b,$
wobei α ein Einzelwert ist, und b ein konstanter Wert ist. Die Werte α und b können experimentell oder empirisch ermittelt werden. Es können z. B. mehrere Messversuche mit dem Interferometer 104 durchgeführt werden. Während jedes Versuchs wird das Interferometer 104 einer bestimmten Umgebungstemperatur ausgesetzt, und eine bestimmte Referenzspannung wird an das Interferometer 104 angelegt (z. B. eine Referenzspannung, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer 104 veranlassen würde, Licht innerhalb einer ausgewählten Wellenlänge oder eines ausgewählten Wellenlängenbereichs in Bezug auf eine feste Referenztemperatur auszugeben). Die tatsächliche(n) Wellenlänge(n) des Lichts, die vom Interferometer 104 ausgegeben werden, werden gemessen. Auf der Grundlage dieser Informationen wird bestimmt, dass die Referenzspannung um einen bestimmten Spannungswert verschoben oder vorgespannt werden sollte, um die ausgewählte Wellenlänge oder den ausgewählten Wellenlängenbereich für diese Umgebungstemperatur auszugeben. Diese Versuche können mehrfach für verschiedene Umgebungstemperaturen, Eingangsspannungen und ausgewählte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche wiederholt werden. Die Werte α und b können berechnet werden, indem eine Beziehung zwischen (i) der Temperatur der Umgebung und (ii) dem entsprechenden Betrag der Spannung, um den die Referenzspannung verschoben oder vorgespannt werden müsste, damit die Interferometer Licht genau innerhalb der ausgewählten Wellenlänge oder der Wellenlängenbereiche ausgeben, ermittelt wird.
Wie oben beschrieben, kann eine Referenzspannung V_ref um eine Vorspannung verschoben werden Vbias verschoben werden, die die Summe aus der Temperatur der Umgebung T_m multipliziert mit einem skalaren Wert, und einem konstanten Wert ist. Diese Technik kann verschiedene technische Vorteile bieten. So kann z. B. ein Spektrometersystem schnell und effizient kalibriert werden. So kann es z. B. zeit- und ressourcenintensiv sein, eine Nachschlagetabelle zu erstellen, die einen umfassenden Bereich von Temperaturen, an ein Interferometer angelegte Eingangsspannungen und entsprechende Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des von einem Interferometer ausgegebenen Lichts auflistet. Im Vergleich dazu kann es schneller und/oder effizienter sein, Werte zu schätzen α und b basierend auf einer begrenzten Anzahl von Versuchen (z. B. die Vorspannung zu schätzen V_bias basierend auf der oben beschriebenen linearen Beziehung), und eine kalibrierte Eingangsspannung an das Interferometer anzulegen, die auf der geschätzten linearen Beziehung basiert. In einigen Fällen kann diese Kalibrierungstechnik besonders nützlich sein, um den Betrieb von Spektrometern mit bestimmten spektralen Auflösungen (z. B. mit einer Granularität von 1 nm oder mehr) zu kalibrieren.
Außerdem kann die lineare Beziehung anhand einer begrenzten Anzahl repräsentativer Geräte geschätzt werden. Anschließend kann der Betrieb mehrerer anderer Geräte auf der Grundlage der geschätzten linearen Beziehung kalibriert werden. Dementsprechend kann der Betrieb vieler verschiedener Geräte auf schnelle und effiziente Weise kalibriert werden.
In dem in gezeigten Beispiel empfängt die elektronische Steuereinrichtung 110 Temperaturmessungen vom Temperatursensor 300 und kompensiert die Auswirkung der Umgebungstemperatur auf den Ausgang des Interferometers 104 (z. B. durch Senden von Befehlssignalen, die die Temperaturschwankungen berücksichtigen, an die Spannungsquelle 106). Dies muss jedoch nicht der Fall sein. In einigen Fällen kann die Spannungsquelle beispielsweise die Auswirkung der Umgebungstemperatur des Ausgangs des Interferometers 104 direkt kompensieren (z. B. durch Anlegen einer Vorspannung zusätzlich zu der von der elektronischen Steuereinrichtung 110 festgelegten Referenzspannung).
Als Beispiel zeigt ein weiteres Spektrometersystem 400, das die Eingangsspannung, die an sein Interferometer angelegt wird, anhand der Temperatur der Umgebung kalibriert.
Das Spektrometersystem 400 kann ähnlich aufgebaut sein wie die Spektrometersysteme 100 und 300, die in den bzw. beschrieben sind. Beispielsweise kann das Spektrometersystem 400 als eigenständiges Gerät oder als Teil eines anderen Geräts implementiert werden. In einigen Fällen kann das Spektrometersystem 400 als Teil eines mobilen Geräts, wie z. B. eines Smartphones, eines Tablet-Computers oder eines tragbaren Computers, implementiert werden. Ferner umfasst das Spektrometersystem 400 eine Lichtquelle 102, ein Interferometer 104, eine Spannungsquelle 106, einen Detektor 108 und eine elektronische Steuervorrichtung 110. Einige oder alle dieser Komponenten können in ähnlicher Weise arbeiten wie in den und beschrieben. In einem Verwendungsbeispiel des Spektrometersystems 400 erzeugt die Lichtquelle 102 Licht 112, das in Richtung einer Probe 114 (z. B. ein in einem Probenbereich 150 positioniertes Objekt) emittiert wird. Zumindest ein Teil des Probenlichts 116, das von der Probe 114 reflektiert und/oder durch sie hindurchgelassen wird, fällt auf das Interferometer 104. Basierend auf einer Eingangsspannung, die von der Spannungsquelle 106 erzeugt wird, überträgt das Interferometer 104 selektiv eine Teilmenge des Probenlichts 118 (z. B. Probenlicht innerhalb einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs) zum Detektor 108. Der Detektor 108 misst die Eigenschaften der Teilmenge des Probenlichts 118 und liefert die Messungen an die elektronische Steuereinrichtung 110. Basierend auf den Messungen bestimmt das elektronische Steuergerät 106 Informationen bezüglich der Probe 114 (z. B. ein Histogramm, das die spektrale Verteilung der Teilmenge des Probenlichts 118 darstellt, Eigenschaften der Probe 114 usw.).
Die elektronische Steuereinrichtung 110 kann ein Befehlssignal s_Spannung an die Spannungsquelle 106 senden, um eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich des Probenlichts 118 auszuwählen, das vom Interferometer 104 an den Detektor 108 zur Messung übertragen wird. Zum Beispiel kann die elektronische Steuervorrichtung 110 eine Referenzspannung bestimmen V_ref bestimmen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer 104 veranlassen würde, Probenlicht 118 innerhalb einer ausgewählten Wellenlänge oder eines ausgewählten Bereichs von Wellenlängen in Bezug auf eine feste Referenztemperatur T_ref . Basierend auf dieser Bestimmung kann die elektronische Steuereinrichtung 110 ein Befehlssignal s_Spannung an die Spannungsquelle 106 senden, das die Referenzspannung V_ref .
Die Referenzspannung V_ref kann auf der Grundlage einer Nachschlagetabelle, eines mathematischen Modells oder anderer Daten bestimmt werden, die die Beziehung zwischen (i) der Referenzspannung V_ref und (ii) der entsprechenden Wellenlänge oder dem Bereich von Wellenlängen, die vom Interferometer ausgegeben werden, wenn die Referenzspannung V_ref bei der Referenztemperatur angelegt wird T_ref . In einigen Fällen kann diese Beziehung experimentell oder empirisch bestimmt werden (z. B. durch Betreiben des Interferometers 104 gemäß einer festen Referenztemperatur, Anlegen verschiedener Referenzspannungen an das Interferometer und Messen der Wellenlänge(n) des Lichts, die vom Interferometer 104 in Reaktion auf die angelegte Spannung ausgegeben werden).
In diesem Beispiel umfasst das Spektrometersystem 400 auch einen Temperatursensor 400, der kommunikativ mit der Spannungsquelle 106 gekoppelt ist. Der Temperatursensor ist in der Lage, eine Temperatur zu messen T_m der Umgebung des Spektrometersystems 400 (z. B. eine Umgebungstemperatur) zu messen und ein der gemessenen Temperatur entsprechendes Sensorsignal an die Spannungsquelle 106 auszugeben. Der Temperatursensor 300 kann z. B. eine oder mehrere temperaturempfindliche analoge oder digitale Komponenten enthalten, die ein variables Sensorsignal ausgeben s_temp ausgeben, das die gemessene Temperatur anzeigt T_m .
Basierend auf dem Führungssignal s_Spannung und der gemessenen Temperatur T_m erzeugt und legt die Spannungsquelle 106 eine kalibrierte Eingangsspannung V_in,cal an das Interferometer 104 an, so dass das Interferometer 104 genau Licht innerhalb der ausgewählten Wellenlänge oder des ausgewählten Wellenlängenbereichs ausgibt. Dies kann mit Hilfe von oder mehreren oder elektronischen Komponenten erfolgen.
Als Beispiel zeigt ein schematisches Diagramm der Spannungsquelle 106. Wie in dargestellt, kann die Spannungsquelle zwei Digital-Analog-Wandler (DACs) 402 und 404 sowie einen Spannungssummierer 406 enthalten.
Der erste DAC 402 ist kommunikativ mit der elektronischen Steuereinrichtung 110 gekoppelt und empfängt das Befehlssignal s_Spannung von der elektronischen Steuervorrichtung 110 (z. B. ein digitales Signal). In Reaktion darauf wandelt der erste DAC 402 das Befehlssignal s_Spannung in seine entsprechende Referenzspannung V_ref . In einigen Fällen kann der erste DAC 402 ein bestimmtes Befehlssignal s_Spannung in seine entsprechende Referenzspannung V_ref basierend auf einer Nachschlagetabelle, einem mathematischen Modell oder anderen Daten, die die Beziehung zwischen den beiden Werten angeben.
Ferner ist der zweite DAC 404 kommunikativ mit dem Temperatursensor 400 gekoppelt und empfängt das Sensorsignal s_temp von dem Temperatursensor 400 (z. B. ein digitales Signal). In Reaktion darauf wandelt der zweite DAC 404 das Befehlssignal S_temp in eine entsprechende Vorspannung V_bias . In einigen Fällen kann der zweite DAC 404 ein bestimmtes Sensorsignal s_temp in seine entsprechende Vorspannung Vbias basierend auf einer Nachschlagetabelle, einem mathematischen Modell oder anderen Daten, die die Beziehung zwischen den beiden Werten angeben.
Die Vorspannung Vbias kann in ähnlicher Weise bestimmt werden wie in beschrieben. Zum Beispiel kann die Vorspannung Vbias so gewählt werden, dass sie die Differenz zwischen der Referenztemperatur T_ref und der Temperatur der Umgebung T_m zu kompensieren, so dass, wenn die Summe aus der Referenzspannung V_ref und der Vorspannung Vbias an das Interferometer 104 bei der Temperatur der Umgebung angelegt wird T_m das Interferometer genau Licht innerhalb der ausgewählten Wellenlänge oder des ausgewählten Wellenlängenbereichs ausgibt.
Außerdem kann in einigen Fällen die Vorspannung Vbias die Summe sein aus (i) der Temperatur der Umgebung T_m multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert sein. Zum Beispiel kann die Bias-Spannung Vbias unter Verwendung der Beziehung bestimmt werden: $V_{b i a s} = a T_{m} + b,$
wobei α ein Einzelwert ist, und b ein konstanter Wert ist. Die Werte α und b können experimentell oder empirisch bestimmt werden (z. B. in ähnlicher Weise wie in beschrieben).
Die Referenzspannung V_ref und die Vorspannung Vbias werden durch den Spannungssummierer 406 aufsummiert und ergeben die kalibrierte Eingangsspannung V_in,cal . Die kalibrierte Eingangsspannung V_in,cal wird an das Interferometer 104 angelegt, wodurch das Interferometer 104 veranlasst wird, Licht innerhalb der spezifizierten Wellenlänge oder des spezifizierten Wellenlängenbereichs an den Detektor 108 auszugeben (z. B. unter genauer Berücksichtigung der Temperatur der Umgebung). Der Detektor 108 misst die Eigenschaften des übertragenen Lichts und liefert die Messungen an die elektronische Steuereinrichtung 110. Basierend auf den Messungen ermittelt das elektronische Steuergerät 106 Informationen über die Probe 114.
Beispielhafte Versuchsdaten sind in den dargestellt.
zeigt ein Diagramm 500, das die Beziehung zwischen (i) der Referenzspannung V_in die an ein Beispiel-Interferometer angelegt wird, und (ii) der entsprechenden Abweichung zwischen der erwarteten Mittenwellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts und den tatsächlichen Mittenwellenlängen des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf 7 verschiedene Temperaturen im Bereich von -40° C und 85°C. Wie in gezeigt, weist die Ausgabe bei einer Temperatur von 25° C (z. B. entsprechend der Referenztemperatur) geringe bis keine Abweichungen auf. Bei anderen Temperaturen weist der Ausgang jedoch Abweichungen auf.
Die Abweichung zwischen der erwarteten mittleren Wellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts und den tatsächlichen mittleren Wellenlängen des vom Interferometer ausgegebenen Lichts ist innerhalb bestimmter Wellenlängenbereiche ungefähr proportional zur Temperatur plus einem konstanten Wert. zeigt beispielsweise ein Diagramm 510, das die Beziehung zwischen (i) der gewünschten zentralen Wellenlänge des vom Interferometer auszugebenden Lichts und (ii) der Verschiebung der Spannung der Referenzspannung V_in , die erforderlich ist, um diese gewünschte mittlere Wellenlänge des Lichts auszugeben. Wie in gezeigt, ist die Spannungsverschiebung für jede Temperatur im Allgemeinen konstant zwischen 1300 nm und 1500 nm. Beachten Sie, dass die Kurven im Wellenlängenbereich von 1500 nm und höher gezackte Artefakte aufweisen, die auf eine Interpolation der Werte im Plotprozess zurückzuführen sind und nicht den tatsächlich beobachteten Trend wiedergeben.
zeigt ein Diagramm 520, das die Beziehung zwischen (i) der Temperatur und (ii) der Verschiebung der Spannung der Referenzspannung V_in die benötigt wird, um die gewünschte mittlere Wellenlänge des Lichts auszugeben. Jeder der Kreispunkte zeigt einen anderen Versuch an, der durchgeführt wurde, und die Trendlinie zeigt eine Regressionsanpassung der Punkte. Wie in gezeigt, ist die Beziehung annähernd linear. Diese Beziehung kann mathematisch ausgedrückt werden als: $V_{b i a s} (T_{m}) = 8.055213076 * 10^{- 3} * T - 0.2049443082,$
mit einem Korrelationskoeffizienten von r = 0.9990684297, einem Bestimmungskoeffizienten R² = 0.9981377272und einer Restquadratsumme RSS = 1,481276766 * 10^-3.
Diese lineare Beziehung kann zur Kalibrierung der an das Interferometer angelegten Eingangsspannung verwendet werden, so dass das Interferometer genau Licht innerhalb der gewünschten Wellenlängen ausgibt. zeigt beispielsweise ein Diagramm 530, das die Beziehung zwischen (i) der Referenzspannung V_in (i) der Referenzspannung, die an ein Beispiel-Interferometer angelegt wird, und (ii) der entsprechenden mittleren Wellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf 7 verschiedene Temperaturen im Bereich von -40° C und 85°C. zeigt auch ein Diagramm 540, das die Beziehung zwischen (i) der an das Interferometer angelegten Referenzspannung V_in die an das Interferometer angelegt wird (eingestellt durch eine Vorspannung V_bias (i) der an das Interferometer angelegten Referenzspannung (angepasst durch eine Vorspannung, die unter Verwendung der obigen linearen Beziehung berechnet wird) und (ii) der entsprechenden Mittelwellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf 7 verschiedene Temperaturen im Bereich von -40° C und 85°C. Wie in gezeigt, werden die temperaturbedingten Schwankungen in der Ausgabe des Interferometers (z. B. wie in Diagramm 530 gezeigt) im Wesentlichen entfernt, nachdem die Referenzspannung V_in um eine ungefähre Vorspannung verschoben wird Vbias (z. B. wie in Diagramm 540 dargestellt).
zeigt die Diagramme 550 und 560, in denen die Beziehung von Diagramm 540 in zwei verschiedenen Spannungs- und Wellenlängenbereichen detaillierter dargestellt ist. Wie in gezeigt, weist das Interferometer in diesem Beispiel temperaturbedingte Abweichungen in seiner Ausgabe von weniger als 2 nm für bestimmte längere Wellenlängen (z. B. in einem Bereich von etwa 564,4 nm bis 565,2 nm) und temperaturbedingte Abweichungen in seiner Ausgabe von weniger als 1 nm für bestimmte kürzere Wellenlängen (z. B. in einem Bereich von etwa 135,3 nm bis 134,8 nm) auf.
Obwohl oben beispielhafte experimentelle Daten gezeigt werden, sind diese Daten nur ein anschauliches Beispiel. In der Praxis können diese Beziehungen und die entsprechende geschätzte lineare Beziehung je nach Implementierung abweichen.
In einigen Fällen kann die lineare Beziehung zwischen der Temperatur und der Bias-Spannung Vbias anhand eines oder mehrerer repräsentativer Geräte abgeschätzt werden. Anschließend kann der Betrieb mehrerer anderer Geräte auf der Grundlage der geschätzten linearen Beziehung kalibriert werden. Dementsprechend kann der Betrieb vieler verschiedener Geräte schnell und effizient kalibriert werden.
zeigt beispielsweise ein Diagramm 600, das die Beziehung zwischen (i) der Referenzspannung V_in , (i) der Referenzspannung, die an ein Beispiel-Interferometer für ein erstes Gerät angelegt wird, und (ii) der entsprechenden Mittelwellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf 6 verschiedene Temperaturen im Bereich von -20° C und 80°C (-20° C, 0° C, 25° C, 40° C, 60° C und 80° C). zeigt auch ein Diagramm 620, das die Beziehung zwischen (i) der an das Interferometer angelegten Referenzspannung V_in die an das Interferometer angelegt wird (eingestellt durch eine Vorspannung Vbias berechnet unter Verwendung einer linearen Beziehung, die unter Verwendung der hier beschriebenen Techniken berechnet wurde), und (ii) der entsprechenden Mittelwellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf 6 verschiedene Temperaturen im Bereich von -20° C und 80°C. Wie in gezeigt, werden die temperaturbedingten Schwankungen in der Ausgabe des Interferometers (z. B. wie in Diagramm 600 gezeigt) im Wesentlichen entfernt, nachdem die Referenzspannung V_in um eine ungefähre Vorspannung verschoben wird Vbias (z. B. wie in Diagramm 610 gezeigt).
Die geschätzte lineare Beziehung für das erste Gerät kann verwendet werden, um die Eingangsspannungen für ein oder mehrere zusätzliche Geräte zu kalibrieren. Beispielsweise zeigen die , und die Diagramme 620, 640 bzw. 660, die jeweils die Beziehung zwischen (i) der an ein Beispiel-Interferometer angelegten Referenzspannung V_in , (i) der Referenzspannung, die an ein Beispiel-Interferometer für ein anderes zusätzliches Gerät angelegt wird, und (ii) der entsprechenden Mittelwellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf sechs verschiedene Temperaturen im Bereich von -20° C und 80°C. Weiterhin zeigen die , und die Diagramme 630, 650 bzw. 670, die jeweils die Beziehung zwischen (i) der an das jeweilige Interferometer angelegten Referenzspannung V_in , die an das jeweilige Interferometer angelegt wird (eingestellt durch eine Vorspannung Vbias die unter Verwendung einer linearen Beziehung berechnet wurde, die mit der ersten Vorrichtung unter Verwendung der hier beschriebenen Techniken berechnet wurde), und (ii) der entsprechenden Mittelwellenlänge des vom Interferometer ausgegebenen Lichts in Bezug auf 6 verschiedene Temperaturen im Bereich von -20° C und 80°C. Wie in gezeigt, werden die temperaturbedingten Schwankungen in den Ausgängen der Interferometer (z. B. wie in den Diagrammen 620, 640 und 660 gezeigt) im Wesentlichen entfernt, nachdem die Referenzspannung V_in durch annähernde Vorspannungen verschoben wird Vbias (z. B. wie in den Diagrammen 630, 650 und 670 dargestellt).
Bei den oben beschriebenen Beispieltechniken wird eine kalibrierte Eingangsspannung V_in,cal (z.B. eine Summe aus einer Referenzspannung V_ref und einer Vorspannung Vbias) an ein Interferometer angelegt, um temperaturbedingte Schwankungen im Ausgang des Interferometers zu berücksichtigen (z. B. eine A-priori-Kalibrierungstechnik). Dies muss jedoch nicht der Fall sein. In einigen Fällen können die Messungen des Detektors nach ihrer Erfassung modifiziert werden, um temperaturbedingte Schwankungen in der Ausgabe des Interferometers zu berücksichtigen (z. B. eine A-posteriori- Kalibrierungstechnik).
Als Beispiel kann ein Spektrometersystem eine bestimmte Referenzspannung V_ref an ein Interferometer anlegen, das eine bestimmte Wellenlänge oder bestimmte Wellenlängenbereiche für die Messung auswählt, unabhängig von der Temperatur der Umgebung des Spektrometersystems (z. B. in ähnlicher Weise wie in beschrieben). Da an das Interferometer keine Vorspannung angelegt wird, kann die tatsächliche Lichtleistung des Interferometers in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen von den ausgewählten Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen abweichen. Daher können die vom Detektor erhaltenen Messungen anderen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen entsprechen (z. B. Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, die um einen bestimmten Betrag relativ zu den ausgewählten Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen verschoben sind).
Diese Abweichung kann berücksichtigt werden, indem die Messungen basierend auf einer gemessenen Temperatur modifiziert werden. Beispielsweise kann die elektronische Steuervorrichtung für jede vom Detektor durchgeführte Messung einen Datensatz erzeugen, der (i) die vom Detektor durchgeführte Messung und (ii) die ausgewählten Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des Lichts anzeigt, die der Messung zugeordnet sind (z. B. die Wellenlänge oder die Wellenlängenbereiche, die vom Detektor voraussichtlich ausgegeben werden, wobei Temperaturschwankungen ignoriert werden). Des Weiteren kann die elektronische Steuereinrichtung die Temperatur des Spektrometersystems während der Messung bestimmen (z. B. mit einem Temperatursensor 300 oder 400, wie in den , und beschrieben). Basierend auf diesen Informationen kann die elektronische Steuereinrichtung die tatsächlichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des vom Interferometer ausgegebenen Lichts bestimmen (z. B. aufgrund einer temperaturbedingten Verschiebung der Ausgabe). Dies kann z. B. auf der Grundlage einer Nachschlagetabelle, eines mathematischen Modells oder anderer Daten bestimmt werden, die die Beziehung zwischen den beiden Werten als Funktion der gemessenen Temperatur angeben. Weiterhin kann das elektronische Steuergerät den Datensatz so modifizieren, dass er eine Angabe der tatsächlichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des Lichts enthält, die mit der Messung verbunden sind (z. B. durch Einfügen eines zusätzlichen Datenfelds in den Datensatz und/oder Ersetzen eines bestehenden Datenfelds im Datensatz). Dementsprechend wird die Messung a posteriori kalibriert, um die Temperatur zu berücksichtigen, und kann anschließend zur Bestimmung der Eigenschaften der Probe verwendet werden.
Beispiel-Prozesse
Ein Beispielprozess 700 zur Verwendung eines Spektrometersystems ist in dargestellt. Der Prozess 700 kann durchgeführt werden, um eine spektrale Verteilung von Licht zu messen, das von einer Probe reflektiert und/oder durch sie hindurchgelassen wird. In einigen Fällen kann der Prozess 700 von einem oder mehreren der in , und dargestellten Spektrometersysteme durchgeführt werden.
Im Prozess 700 wird mit einer Lichtquelle eines Spektrometers Licht in Richtung einer Probenregion emittiert (Schritt 710).
Probenlicht, das mindestens eines von Licht ist, das von einem Objekt im Probenbereich reflektiert oder durch dieses transmittiert wird, wird von einem Interferometer des Spektrometers empfangen (Schritt 720). Das Probenlicht hat einen ersten Bereich von Wellenlängen.
Eine Teilmenge des Probenlichts wird vom Interferometer zu einem Detektor des Spektrometers übertragen (Schritt 730). Die Teilmenge des Probenlichts hat einen zweiten Wellenlängenbereich. Der zweite Wellenlängenbereich ist eine Untermenge des ersten Wellenlängenbereichs.
Das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts kann einen oder mehrere Schritte umfassen. Zum Beispiel kann das Übertragen der Teilmenge der Probe das Bestimmen einer Referenzspannung, die dem zweiten Wellenlängenbereich und einer Referenztemperatur entspricht, und das Bestimmen einer Temperatur einer Umgebung des Spektrometers unter Verwendung eines Temperatursensors umfassen. Das Übertragen der Teilmenge der Probe kann auch das Bestimmen einer Vorspannung umfassen, die einer Differenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der Umgebung des Spektrometers entspricht, und das Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer, die der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung entspricht;
Die Teilmenge des Probenlichts wird mit dem Detektor gemessen (Schritt 730).
Eine dem Objekt entsprechende spektrale Verteilung des Lichts auf Basis der gemessenen Teilmenge des Probenlichts wird mit einer elektronischen Steuereinrichtung bestimmt (Schritt 740).
In einigen Implementierungen kann die Vorspannung eine Summe aus (i) der Temperatur der Umgebung des Spektrometers, multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert sein. Zum Beispiel kann die Vorspannung Vbias unter Verwendung der Beziehung bestimmt werden: $V_{b i a s} = a T_{m} + b,$
wobei α ein Einzelwert ist, und b ein konstanter Wert ist.
In einigen Implementierungen kann die Referenzspannung einer zweiten Eingangsspannung entsprechen, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer veranlasst, die Teilmenge des Probenlichts zu übertragen, wenn die Temperatur der Umgebung des Spektrometers die Referenztemperatur ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Anlegen der Eingangsspannung das Erzeugen eines Befehlssignals unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung umfassen, das eine Spannungsquelle anweist, die Eingangsspannung an das Interferometer anzulegen, und das Anlegen der Spannungsquelle an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle als Reaktion auf das Befehlssignal (z. B. wie in beschrieben).
In einigen Implementierungen kann das Anlegen der Eingangsspannung das Erzeugen eines Befehlssignals unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung umfassen, das eine Spannungsquelle anweist, die Referenzspannung zu erzeugen, und das Erzeugen der Referenzspannung unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal. Ferner kann das Anlegen der Eingangsspannung das Erzeugen der Vorspannung unter Verwendung der Spannungsquelle auf der Grundlage der gemessenen Temperatur der Umgebung des Spektrometers und das Anlegen der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle als Reaktion auf das Befehlssignal umfassen (z. B. wie in den und beschrieben).
Beispielsysteme
Einige Implementierungen der in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstände und Vorgänge können in digitalen elektronischen Schaltkreisen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Spezifikation offengelegten Strukturen und ihrer strukturellen Äquivalente oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon. Beispielsweise können in einigen Implementierungen eine oder mehrere Komponenten der Spektrometersysteme 100, 300 oder 400 (z. B. die elektronische Steuervorrichtung 110) unter Verwendung digitaler elektronischer Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden. In einem anderen Beispiel können die in gezeigten Prozesse unter Verwendung digitaler elektronischer Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden.
Einige in dieser Spezifikation beschriebene Implementierungen können als eine oder mehrere Gruppen oder Module digitaler elektronischer Schaltungen, Computersoftware, Firmware oder Hardware oder in Kombinationen aus einem oder mehreren davon implementiert werden. Obwohl verschiedene Module verwendet werden können, muss nicht jedes Modul einzeln sein, und mehrere Module können auf derselben digitalen elektronischen Schaltung, Computersoftware, Firmware oder Hardware oder einer Kombination davon implementiert werden.
Einige der in dieser Spezifikation beschriebenen Implementierungen können als ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, die auf einem Computerspeichermedium zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder zur Steuerung des Betriebs einer solchen Vorrichtung kodiert sind. Ein Computer-Speichermedium kann ein computerlesbares Speichergerät, ein computerlesbares Speichersubstrat, ein Speicherfeld oder -gerät mit wahlfreiem oder seriellem Zugriff oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon sein oder darin enthalten sein. Während ein Computer-Speichermedium kein propagiertes Signal ist, kann ein Computer-Speichermedium außerdem eine Quelle oder ein Ziel von Computerprogramm-Befehlen sein, die in einem künstlich erzeugten propagierten Signal codiert sind. Das Computer-Speichermedium kann auch eine oder mehrere separate physische Komponenten oder Medien (z. B. mehrere CDs, Disketten oder andere Speichergeräte) sein oder darin enthalten sein.
Der Begriff „Datenverarbeitungsgerät“ umfasst alle Arten von Geräten, Vorrichtungen und Maschinen zur Verarbeitung von Daten, einschließlich eines programmierbaren Prozessors, eines Computers, eines Systems auf einem Chip oder mehrerer oder Kombinationen der vorgenannten. Das Gerät kann spezielle Logikschaltungen enthalten, z. B. ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Die Vorrichtung kann zusätzlich zur Hardware auch Code enthalten, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm schafft, z. B. Code, der eine Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankmanagementsystem, ein Betriebssystem, eine plattformübergreifende Laufzeitumgebung, eine virtuelle Maschine oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon darstellt. Das Gerät und die Ausführungsumgebung können verschiedene Infrastrukturen mit unterschiedlichen Rechenmodellen realisieren, z. B. Webdienste, verteiltes Rechnen und Grid-Computing-Infrastrukturen.
Ein Computerprogramm (auch als Programm, Software, Softwareanwendung, Skript oder Code bezeichnet) kann in jeder Form von Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, deklarativer oder prozeduraler Sprachen. Ein Computerprogramm kann, muss aber nicht, einer Datei in einem Dateisystem entsprechen. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei gespeichert werden, die andere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere Skripte, die in einem Auszeichnungssprachendokument gespeichert sind), in einer einzelnen Datei, die dem betreffenden Programm gewidmet ist, oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile des Codes speichern). Ein Computerprogramm kann zur Ausführung auf einem Computer oder auf mehreren Computern bereitgestellt werden, die sich an einem Standort befinden oder über mehrere Standorte verteilt und über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.
Einige der in dieser Spezifikation beschriebenen Prozesse und Logikflüsse können von einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren ausgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Aktionen auszuführen, indem sie auf Eingabedaten arbeiten und Ausgaben erzeugen. Die Prozesse und Logikflüsse können auch von speziellen Logikschaltungen, z. B. einem FPGA (Field Programmable Gate Array) oder einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ausgeführt werden, und die Vorrichtung kann auch als solche implementiert werden.
Zu den Prozessoren, die für die Ausführung eines Computerprogramms geeignet sind, gehören beispielsweise sowohl allgemeine und spezielle Mikroprozessoren als auch Prozessoren jeder Art von Digitalcomputern. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Befehle und Daten aus einem Festwertspeicher oder einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder aus beiden. Ein Computer umfasst einen Prozessor zur Durchführung von Aktionen in Übereinstimmung mit Anweisungen und eine oder mehrere Speichereinrichtungen zum Speichern von Anweisungen und Daten. Ein Computer kann auch ein oder mehrere Massenspeichergeräte zum Speichern von Daten, z. B. magnetische, magnetooptische oder optische Platten, enthalten oder operativ gekoppelt sein, um Daten von diesen zu empfangen oder an diese zu übertragen, oder beides. Ein Computer muss jedoch nicht über solche Vorrichtungen verfügen. Zu den Vorrichtungen, die sich zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten eignen, gehören alle Formen von nichtflüchtigen Speichern, Medien und Speichervorrichtungen, z. B. Halbleiterspeichervorrichtungen (z. B. EPROM, EEPROM, Flash-Speichervorrichtungen und andere), Magnetplatten (z. B. interne Festplatten, Wechselplatten und andere), magnetooptische Platten sowie CD-ROM- und DVD-ROM-Platten. Der Prozessor und der Speicher können durch spezielle Logikschaltungen ergänzt werden oder in diese integriert sein.
Um eine Interaktion mit dem Benutzer zu ermöglichen, können Vorgänge auf einem Computer implementiert werden, der eine Anzeigevorrichtung (z. B. einen Monitor oder eine andere Art von Anzeigevorrichtung) zur Anzeige von Informationen für den Benutzer sowie eine Tastatur und eine Zeigevorrichtung (z. B. eine Maus, einen Trackball, ein Tablet, einen berührungsempfindlichen Bildschirm oder eine andere Art von Zeigevorrichtung) besitzt, mit denen der Benutzer Eingaben in den Computer machen kann. Es können auch andere Arten von Geräten verwendet werden, um eine Interaktion mit dem Benutzer zu ermöglichen; zum Beispiel kann das Feedback, das dem Benutzer gegeben wird, jede Form von sensorischem Feedback sein, z. B. visuelles Feedback, auditives Feedback oder taktiles Feedback; und Eingaben des Benutzers können in jeder Form empfangen werden, einschließlich akustischer, sprachlicher oder taktiler Eingaben. Darüber hinaus kann ein Computer mit einem Benutzer interagieren, indem er Dokumente an ein vom Benutzer verwendetes Gerät sendet und von diesem empfängt, z. B. durch Senden von Webseiten an einen Webbrowser auf einem Client-Gerät des Benutzers als Reaktion auf vom Webbrowser empfangene Anforderungen.
Ein Computersystem kann ein einzelnes Computergerät oder mehrere Computer umfassen, die in der Nähe oder im Allgemeinen entfernt voneinander arbeiten und typischerweise über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander kommunizieren. Beispiele für Kommunikationsnetzwerke sind ein lokales Netzwerk („LAN“) und ein Weitverkehrsnetzwerk („WAN“), ein Inter-Netzwerk (z. B. das Internet), ein Netzwerk mit einer Satellitenverbindung und Peer-to-Peer-Netzwerke (z. B. Ad-hoc-Peer-to-Peer-Netzwerke). Eine Beziehung von Client und Server kann dadurch entstehen, dass Computerprogramme auf den jeweiligen Computern laufen und eine Client-Server-Beziehung zueinander haben.
zeigt ein beispielhaftes Computersystem 800, das einen Prozessor 810, einen Speicher 820, ein Speichergerät 830 und ein Eingabe-/Ausgabegerät 840 umfasst. Jede der Komponenten 810, 820, 830 und 840 kann z. B. durch einen Systembus 850 miteinander verbunden sein. In einigen Implementierungen kann das Computersystem 800 dazu verwendet werden, den Betrieb eines Spektrometers zu steuern. Beispielsweise kann die in den , , und dargestellte elektronische Steuervorrichtung 110 ein Computersystem 800 enthalten, um den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten eines Spektrometers zu steuern und/oder Messdaten zu verarbeiten. Der Prozessor 810 ist in der Lage, Anweisungen zur Ausführung innerhalb des Systems 800 zu verarbeiten. In einigen Implementierungen ist der Prozessor 810 ein Single-Thread-Prozessor, ein Multi-Thread-Prozessor oder eine andere Art von Prozessor. Der Prozessor 810 ist in der Lage, Anweisungen zu verarbeiten, die im Speicher 820 oder auf dem Speichergerät 830 gespeichert sind. Der Speicher 820 und das Speichergerät 830 können Informationen innerhalb des Systems 800 speichern.
Das Eingabe-/Ausgabegerät 840 bietet Eingabe-/Ausgabeoperationen für das System 800. In einigen Implementierungen kann die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 840 eine oder mehrere Netzwerkschnittstellenvorrichtungen, z. B. eine Ethernet-Karte, eine serielle Kommunikationsvorrichtung, z. B. einen RS-232-Anschluss, und/oder eine drahtlose Schnittstellenvorrichtung, z. B. eine 802.11-Karte, ein 3G-Funkmodem, ein 4G-Funkmodem, ein 5G-Funkmodem usw. umfassen. In einigen Implementierungen kann das Eingabe-/Ausgabegerät Treibergeräte enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie Eingabedaten empfangen und Ausgabedaten an andere Eingabe-/Ausgabegeräte senden, z. B. Tastatur, Drucker und Anzeigegeräte 860. In einigen Implementierungen können mobile Datenverarbeitungsgeräte, mobile Kommunikationsgeräte und andere Geräte verwendet werden.
Obwohl diese Spezifikation viele Details enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs dessen, was beansprucht werden kann, verstanden werden, sondern als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Beispiele spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Zusammenhang mit separaten Implementierungen beschrieben werden, können auch kombiniert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Implementierung beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden.
Es wurde eine Reihe von Ausführungsformen beschrieben. Dennoch können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind andere Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereichs der Ansprüche.

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Aussenden von Licht mit einer Lichtquelle eines Spektrometers in Richtung eines Probenbereichs; Empfangen von Probenlicht an einem Interferometer des Spektrometers, das mindestens eines von Licht ist, das von einem Objekt in der Probenregion reflektiert oder durch dieses transmittiert wird, wobei das Probenlicht einen ersten Bereich von Wellenlängen aufweist; Übertragen einer Teilmenge des Probenlichts von dem Interferometer zu einem Detektor des Spektrometers, wobei die Teilmenge des Probenlichts einen zweiten Wellenlängenbereich aufweist, wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs ist, wobei das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst: Bestimmen einer Referenzspannung, die dem zweiten Wellenlängenbereich und einer Referenztemperatur entspricht, Bestimmung der Temperatur einer Umgebung des Spektrometers mit einem Temperatursensor, Bestimmen einer Vorspannung, die einer Differenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der Umgebung des Spektrometers entspricht, und Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer, die der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung entspricht; wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Messen, unter Verwendung des Detektors, der Teilmenge des Probenlichts; und Bestimmen, unter Verwendung einer elektronischen Steuervorrichtung, einer spektralen Verteilung von Licht, das dem Objekt entspricht, basierend auf der gemessenen Teilmenge des Probenlichts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorspannung eine Summe aus (i) der Temperatur der Umgebung des Spektrometers, multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Referenzspannung einer zweiten Eingangsspannung entspricht, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer veranlasst, die Teilmenge des Probenlichts zu übertragen, wenn die Temperatur der Umgebung des Spektrometers die Referenztemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anlegen der Eingangsspannung umfasst: Erzeugen, unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung, eines Befehlssignals, das eine Spannungsquelle anweist, die Eingangsspannung an das Interferometer anzulegen, und Anlegen der Spannungsquelle an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anlegen der Eingangsspannung umfasst: Erzeugen eines Befehlssignals, das eine Spannungsquelle anweist, die Referenzspannung zu erzeugen, unter Verwendung der elektronischen Steuereinrichtung, Erzeugen der Referenzspannung unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal, Erzeugen der Vorspannung unter Verwendung der Spannungsquelle, basierend auf der gemessenen Temperatur der Umgebung des Spektrometers, und Anlegen der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal.
System bestehend aus: eine Lichtquelle; ein Interferometer; einen Detektor; und ein elektronisches Steuergerät, wobei die Lichtquelle betreibbar ist, um Licht in Richtung eines Probenbereichs zu emittieren, wobei das Interferometer betreibbar ist, um: Empfangen von Probenlicht, das mindestens eines von Licht ist, das von einem Objekt im Probenbereich reflektiert oder durch dieses transmittiert wird, wobei das Probenlicht einen ersten Bereich von Wellenlängen aufweist, und Übertragen einer Teilmenge des Probenlichts von dem Interferometer zu dem Detektor, wobei die Teilmenge des Probenlichts einen zweiten Wellenlängenbereich aufweist, wobei der zweite Wellenlängenbereich eine Teilmenge des ersten Wellenlängenbereichs ist, wobei das Übertragen der Teilmenge des Probenlichts umfasst: Bestimmen einer Referenzspannung, die dem zweiten Wellenlängenbereich und einer Referenztemperatur entspricht, Bestimmung der Temperatur einer Umgebung des Spektrometers mit einem Temperatursensor, Bestimmen einer Vorspannung, die einer Differenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der Umgebung des Spektrometers entspricht, und Anlegen einer Eingangsspannung an das Interferometer, die der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung entspricht, wobei der Detektor betreibbar ist, um die Teilmenge des Probenlichts zu messen, und wobei die elektronische Steuervorrichtung betreibbar ist, um eine dem Objekt entsprechende Spektralverteilung des Lichts auf der Grundlage der gemessenen Teilmenge des Probenlichts zu bestimmen.
System nach Anspruch 6, wobei die Vorspannung eine Summe aus (i) der Temperatur der Umgebung des Spektrometers, multipliziert mit einem skalaren Wert, und (ii) einem konstanten Wert ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Referenzspannung einer zweiten Eingangsspannung entspricht, die, wenn sie an das Interferometer angelegt wird, das Interferometer veranlasst, die Teilmenge des Probenlichts zu übertragen, wenn die Temperatur der Umgebung des Spektrometers die Referenztemperatur ist.
System nach Anspruch 6, wobei das System weiterhin eine Spannungsquelle umfasst, und wobei das Anlegen der Eingangsspannung umfasst: Erzeugen, unter Verwendung der elektronischen Steuervorrichtung, eines Befehlssignals, das eine Spannungsquelle anweist, die Eingangsspannung an das Interferometer anzulegen, und Anlegen der Spannungsquelle an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal.
System nach Anspruch 6, wobei das System weiterhin eine Spannungsquelle umfasst, und wobei das Anlegen der Eingangsspannung umfasst: Erzeugen eines Befehlssignals, das eine Spannungsquelle anweist, die Referenzspannung zu erzeugen, unter Verwendung der elektronischen Steuereinrichtung, Erzeugen der Referenzspannung unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal, Erzeugen der Vorspannung unter Verwendung der Spannungsquelle, basierend auf der gemessenen Temperatur der Umgebung des Spektrometers, und Anlegen der Summe aus der Referenzspannung und der Vorspannung an das Interferometer unter Verwendung der Spannungsquelle in Reaktion auf das Befehlssignal.