DE60003084T2

DE60003084T2 - Verfahren und vorrichtung zur messung der räumlich gemittelten intensität eines lichtstrahls, verfahren und vorrichtung zur regelung einer lichtquelle

Info

Publication number: DE60003084T2
Application number: DE60003084T
Authority: DE
Inventors: Lukas Birrer; Thomas Caratsch; Olivier Elsenhans; Emad Sarofim; Urban Schnell
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: US6649896B2; JP2003518616A; DE60003084D1; EP1240484A1; ES2198373T3; WO2001048450A1; EP1240484B1; ATE241801T1; EP1111355A1; US20020190194A1

Description

Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Messen der Intensität eines von einer Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Regulieren einer Lichtquelle.
In der folgenden Schrift und den Ansprüchen bedeutet "Licht" jegliche elektromagnetische Strahlung zumindest im Spektrum des sichtbaren, des infraroten und des ultravioletten Lichts. Eine in etwa ähnliche Vorrichtung ist aus dem US Patent Nr. 5 489 771 bekannt. Der von einer Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl tritt durch einen Diffusorblock hindurch und ein kleiner Anteil von auf eine Messfotodiode an der Seite des Diffusorblocks gerichteten Lichts bildet die Basis für die Messung der Intensität des Lichtstrahls. Jedoch ist nicht garantiert, dass der Anteil des auf die Messfotodiode gerichteten Lichts wirklich für die Intensität des gesamten Lichtstrahls repräsentativ ist. Viel Licht, das zur Seite abgelenkt wird, geht verloren. Es ist schwierig, die Ausgangsintensität eines Lichtstrahls zu messen, dessen Wellenlänge korrigiert ist. Das vorbekannte Messsystem umfasst zumindest zwei getrennte Bestandteile, nämlich den Diffusor und die Fotodiode.
Aus EP 0 125 390 A ist eine Vorrichtung bekannt, die eine semitransparente Sensorschicht, wie auch semitransparente Elektroden umfasst.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es möglich machen, die obigen Nachteile zu vermeiden und eine kompakte, kostengünstige Messvorrichtung bereitzustellen.
Das oben erwähnte erste Ziel wird mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt, welche die in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung sind in abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Erreichen des oben erwähnten ersten Ziels ist durch Anspruch 12 definiert.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tritt ein Lichtstrahl direkt durch ein fotoelektrisches Modul hindurch, welches zur gleichen Zeit in optimaler Weise zur Übertragung und Messung des Lichtstrahls dient. Für diesen Zweck umfasst das letztere fotoelektrische Modul einen zumindest teilweise transparenten Träger und ein daran angebrachtes, überlagertes oder auf der Oberfläche dieses Trägers angeordnetes fotoelektrisches Element, welches zumindest ein Bauteil und vorzugsweise eine Anordnung von fotoelektrischen Bauteilen umfasst, das/die räumlich über die Oberfläche des Trägers bzw. über den Querschnitt des Lichtstrahls räumlich verteilt ist/sind. Wenn ein Lichtstrahl durch das oben erwähnte fotoelektrische Modul hindurchtritt, misst das oben erwähnte fotoelektrische Element die gemittelte Leistung oder Intensität des Lichtstrahls. Der transparente oder semitransparente Träger kann direkt als ein Wellenlängenfilter oder Polarisator dienen und das fotoelektrische Element misst korrekt die Intensität des aus dem fotoelektrischen Modul austretenden modifizierten Lichts. Der Ausdruck "Lichtstrahl tritt durch das fotoelektrische Element hindurch" bedeutet, dass Licht durch den Träger, auf einer Oberfläche von dem das fotoelektrische Element angeordnet ist, und zwischen den oben erwähnten räumlich verteilten Bauteilen des fotoelektrischen Elements hindurchtritt. Aufgrund der oben erwähnten Doppelfunktion einer als einteiliges Modul gebauten Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses Modul einfach und kompakt und kann leicht mit anderen Teilen von irgend einer anderen geeigneten Vorrichtung zusammengebaut werden. Der Aufbau gestattet eine hohe Flexibilität der Form des räumlich verteilten fotoelektrischen Elements, das beispielsweise ein gitterförmiges fotoelektrisches Element ist, wobei die Gitterform ein geeignetes Muster aufweist. Daher sind vielfache Verwendungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich.
Wie am Anfang dargestellt, bezieht sich ein zweiter Aspekt der Erfindung auf ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum Regulieren einer Lichtquelle. Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus US Patent Nr. 4 998 043 bekannt. Bei dieser vorbekannten Vorrichtung wird der Lichtstrahl von einer Licht ausstrahlenden Diode LED in einem Strahlteiler aufgeteilt und der dadurch aufgeteilte Teilstrahl wird auf eine Fotodiode PD gerichtet. Das vermittels der Fotodiode erzeugte Messsignal wird einem Komparator zugeführt, der als Steuerung oder Regulierschaltung dient, von denen der Ausgang einer Treiberschaltung zum Regulieren des der LED zugeführten Stroms steuert, um die Lichtemission durch diese LED auf einem konstanten Pegel zu halten. Solch ein Reguliersystem ist dann von besonderer Bedeutung, wenn eine LED als Lichtquelle verwendet wird, da die Charakteristika von LEDs bekanntlich großen Chargenvariationen, Alterungseffekten, Niedertemperaturstabilität der Spektraleigenschaften und der Lichtintensität und niedriger Homogenität des räumlichen Spektrums unterliegen. Die oben erwähnten bekannte Vorrichtung ist aufgrund der Verwendung eines Strahlteilers in einem faseroptischen System recht kompliziert und ihre einfache, kompakte und preiswerte Integration ist nicht garantiert.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der räumlich gemittelten Intensität eines Lichtstrahls vermittels von kompakten und preiswerten Mitteln bereitzustellen, ohne Faseroptik und mit hoher Leuchteffizienz.
Das oben erwähnte zweite Ziel wird mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt, welche die in Anspruch 13 definierten Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung werden von den abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Erzielen des oben erwähnten zweiten Teils wird durch Anspruch 17 definiert.
Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
1 bis 5 Ausführungsformen des fotoelektrischen Messmoduls 1 gemäß der Erfindung zeigen, und
6 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer ersten Ausführungsform einer regulierten Lichtquelle gemäß der Erfindung ist.
7 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer zweiten Ausführungsform einer regulierten Lichtquelle gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines fotoelektrischen Messmoduls 1, das ein Glassubstrat 2 umfasst, das elektrisch nicht leitfähig ist und als ein Träger für ein fotoelektrisches Element oder einen Messaufnehmer 3a dient. Dieser Messaufnehmer ist vorzugsweise eine Fotodiode, die eine Anordnung fotoelektrischer Bauteile umfasst, die in einem räumlich verteilten Muster angeordnet sind, beispielsweise einem Mäander- oder Zickzackmuster, wobei die letzteren Bauteile elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Anordnung fotoelektrischer Bauteile des fotoelektrischen Messaufnehmers 3a ist dafür eingerichtet, die Intensität eines auf diese Oberfläche des Trägers 2 gerichteten Lichtstrahls zu empfangen und zu messen.
Jedes der fotoelektrischen Bauteile des fotoelektrischen Messaufnehmers 3a hat eine Oberfläche, die zum Empfangen, jedoch nicht zum Ausstrahlen von Licht eingerichtet ist.
Die Oberfläche von Träger 2, auf dem die Anordnung fotoelektrischer Bauteile des fotoelektrischen Messaufnehmers 3a angeordnet ist, umfasst einen ersten Satz von Flächen, von denen jede durch eines der fotoelektrischen Bauteile abgedeckt ist und das dadurch keine Lichtübertragung gestattet, und einen zweiten Satz von Flächen, von denen keine durch irgendeines der fotoelektrischen Bauteile abgedeckt ist und die jede Lichtübertragung gestatten, wobei jede der Flächen des zweiten Satzes von Flächen zwischen zwei oder mehr der Flächen des ersten Satzes von Flächen angeordnet sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften von Messaufnehmer 3a und Träger 2 gelten auch für die anderen Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die nachfolgend beschrieben wird.
Der fotoelektrische Messaufnehmer 3a wird auf den Träger 2 durch irgendeinen geeigneten Prozess aufgebracht, der zum Aufbringen von Elementen wie diesem auf solch einem Träger verfügbar ist. Es können irgend ein geeignetes Substrat zum Lichtdurchtritt und irgend ein geeigneter fotoelektrischer Messaufnehmer verwendet werden, wie etwa irgendein passives Element, z. B. ein fotoresistives Element oder irgend ein geeignetes aktives Element, z. B. ein fotovoltaisches Element, das geeignet ist, eine Spannung oder einen Strom mit einem Wert zu erzeugen, der von der gemessenen Lichtintensität abhängt.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist Substrat 2 transparent oder semitransparent und wird das fotoelektrische Element auf einer Oberfläche von Substrat 2 aufgebracht oder befestigt, die im Pfad des von der Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls angeordnet ist.
Wie aus 1 ersichtlich, wird das Element 3a am Träger 2 in räumlich im Wesentlichen konstanter oder gleichmäßiger Verteilung angebracht oder befestigt, um den gesamten Querschnitt des hindurchgehenden Lichtstrahls zu messen. Das Element 3a hat zwei elektrische Verbindungspunkte, die voneinander beabstandet sind. Diese Verbindungspunkte sind beispielsweise Kontaktflächen 4. Die Richtung oder optische Achse eines durch das fotoelektrische Messmodul 1 gehenden Lichtstrahls ist durch Pfeil 5a oder 5b angezeigt, abhängig von der Seite des Trägers 2, auf der die Lichtquelle angeordnet ist.
In 2 sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet. Das fotoelektrische Element 3b dieser Ausführungsform ist ein Gitter orthogonaler Streifen.
3 zeigt ein anderes Beispiel eines fotoelektrischen Elements 3c, das aus konzentrischen Kreisen und kreuzenden Streifen besteht.
4 zeigt eine Ausführungsform mit einem gitterförmigen fotoelektrischen Element 3b, im Wesentlichen wie in 2 gezeigt, das jedoch ein zusätzliches oder ergänzendes Merkmal umfasst, nämlich einen abgeschirmten Referenzdetektor, z. B. eine Fotodiode 6. Dieser Detektor 6, bedeckt von einer Abschirmung 6a, ist dem Licht nicht ausgesetzt, es wird jedoch angenommen, dass er dieselbe Temperatur wie das fotoelektrische Element 3b aufweist. Daher erzeugt der Referenzdetektor 6, der dieselbe Temperaturcharakteristika wie das Element 3b haben sollte, ein Referenzsignal, welches von der Temperatur des Messsystems abhängig, und dieses Referenzsignal kann zur Temperaturkompensation mittels eines geeigneten elektronisches Schaltkreises dienen. Vorzugsweise ist der Referenzdetektor 6 in Material und Charakteristika mit dem fotoelektrischen Element 3b identisch, um die Kompensation des Effekts weiterer Parameter, wie etwa Alterung, Dunkelstrom oder Zwischenvorrichtungsvariabilität zu ermöglichen.
Wie oben erwähnt und durch 1 bis 4 illustriert, kann das Gitter fotoelektrischer Bauteile des fotoelektrischen Elements gleichförmig auf der Oberfläche des Trägers 2 verteilt sein. Jedoch kann die räumliche Verteilung der speziellen Verteilung von Lichtintensität innerhalb des Lichtstrahls angepasst sein.
Während das Substrat oder der Träger 2 z. B. aus Glas ohne besondere optische Eigenschaften gemacht sein kann, kann dieses Substrat gleichzeitig als Wellenlängenfilter oder als Polarisator dienen. In jedem Fall würde das fotoelektrische Element auf der, der Lichtquelle gegenüberliegenden hinteren Oberfläche angebracht sein, um nur polarisiertes bzw. gefiltertes Licht zu messen.
5 zeigt ein Beispiel eines Substrats, das Platten 7d bis 7g eines 4-Quadranten-Polarisationssystems umfasst. Fotoelektrische Messelemente 3d bis 3g sind an jedem Quadranten angebracht.
Im Allgemeinen sollte und kann die Gesamtoberfläche des fotoelektrischen Elements, d. h., die Summe der von den Bauteilen des fotoelektrischen Elements abgedeckten Oberflächen, so klein wie möglich im Vergleich zur von der Anordnung von Bauteilen des fotoelektrischen Elements auf einer Oberfläche des Trägers bzw. vom Querschnitt des Lichtstrahls belegten Oberfläche sein. Beispielsweise kann die Summe der von den Bauteilen des fotoelektrischen Elements abgedeckten Oberflächen im Bereich von 5 bis 30% des Querschnitts des Lichtstrahls liegen, d. h. 70 bis 95 % des verfügbaren Lichts würden durch das Messmodul 1 hindurchtreten.
Wie oben erwähnt, kann irgend ein geeignetes Substrat 2 und ein dazu kompatibles fotoelektrisches Element 3a bis 3g verwendet werden. Außer irgendwelchen wohlbekannten fotoelektrischen Elementen, die aus einem amorphen oder polykristallinen Halbleiter hergestellt sind, können neue Elemente mit günstigen Eigenschaften, wie etwa ein Element auf Polymerbasis (unter der Bezeichnung "Graetzel Zelle" bekannt) oder ein Element auf CIGS-Basis (CIGS steht für Kupfer-Indium, Gallium-Diselenid), verwendet werden.
Bei den oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen ist die Richtung der optischen Achse eines durch das fotoelektrische Messmodul 1 hindurchtretenden Lichtstrahls durch Pfeil 5a oder Pfeil 5b angezeigt und als orthogonal zur ebenen Oberfläche von Träger 2 dargestellt, auf den der Lichtstrahl auftrifft. In anderen Ausführungsformen gemäß der Erfindung bildet die optische Achse des Lichtstrahls, der durch das fotoelektrische Messmodul hindurchtritt, einen Winkel kleiner als 90° mit der ebenen Oberfläche von Träger 2, auf den der Lichtstrahl auftrifft.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ermöglichen die oben beschriebenen Vorrichtungen das Durchführen eines Verfahrens zum Messen von, von einer Lichtquelle 8 bereitgestellten Licht, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Positionieren eines fotoelektrischen Elements, z. B. eines der oben beschriebenen fotoelektrischen Elemente 3a bis 3g in dem von der Lichtquelle 8 ausgehenden Pfad des Lichtstrahls, wobei das fotoelektrische Element eine Anordnung von räumlich verteilten fotoelektrischen Bauteilen umfasst, die auf einer Oberfläche eines elektrisch nicht leitenden Trägers angebracht sind und die miteinander elektrisch verbunden sind, wobei jedes der fotoelektrischen Bauteile der Anordnung eine Oberfläche aufweist, die dafür ausgerichtet ist, Licht zu empfangen aber nicht zu übertragen, und die Oberfläche des Trägers Bereiche umfasst, die Lichtübertragung gestatten, wobei jede der letzteren Flächen zwischen zumindest zwei Flächen der Trägeroberfläche angeordnet sind, die durch die fotoelektrischen Bauteile bedeckt sind, und
(b) Messen der Intensität des von der Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls mittels des fotoelektrischen Elements.

6 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung, die ein Messmodul gemäß den 1 bis 5 in einer regulierten Lichtquelle beinhaltet. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform ist Substrat 2 zumindest teilweise transparent und eine Lichtquelle 8, vorzugsweise eine LED, mit dem Ausgang einer Treiberschaltung 9 verbunden. Der von der LED 8 ausgestrahlte Lichtstrahl wird mittels einer Linse 10 gebündelt und tritt dann durch das schematisch illustrierte fotoelektrische Messmodul 1 hindurch, von dem Details unten erläutert werden. Das fotoelektrische Element 3a des fotoelektrischen Messmoduls 1 ist mit einer Rückkopplungsschleifenelektronikschaltung verbunden, die schematisch durch Elektronikschaltung 11 illustriert ist. Diese elektronische Schaltung 11 ist mit der Treiberschaltung 9 zum Steuern des von derselben der LED 8 zugeführten Stroms verbunden. In einer als solches aus dem Stand der Technik bekannten Art kann die Steuerung oder Überwachung der Treiberschaltung und der, der LED 8 zugeführten Leistung (bzw.) in solcher Weise ausgewählt werden, dass die von der LED 8 erzeugte und gelieferte Lichtintensität auf einen Konstantwert reguliert wird, trotz der oben erwähnten Instabilitäten der LED.
Wie in 6 gezeigt, tritt durch das fotoelektrische Modul übertragenes Licht in der durch Pfeil 5a angezeigten Richtung aus. Solch übertragenes Licht kann beispielsweise zum Bestrahlen einer Messküvette verwendet werden, die beispielsweise eine Probe oder eine Probenreagenzienmischung enthält, die analysiert werden soll.
7 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung, die ein Messmodul gemäß den 1 bis 5 bei einer regulierten Lichtquelle enthält. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in Bezug auf 6 beschriebenen ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten:

– Das fotoelektrische Modul 1 umfasst ein elektrisch nicht leitendes Substrat 22 und ein auf einer lichtreflektierenden Oberfläche von Substrat 22 befestigtes fotoelektrisches Element 3a bis 3g,
– an Linse 10 angrenzend gibt es ein Substrat 21, das beispielsweise ein Wellenlängenfilter oder ein Polarisator sein kann, jedoch weist dieses Substrat kein an seiner Oberfläche angeordnetes fotoelektrisches Element auf.

Wie durch 7 gezeigt, tritt der von der Lichtquelle 8 bereitgestellte Lichtstrahl durch Linse 10 und Substrat 21 hindurch und wird zum fotoelektrischen Element 3a bis 3g und der lichtreflektierenden Oberfläche von Substrat 22 in der durch Pfeil 5c angezeigten Richtung geleitet und von dieser Oberfläche in der durch Pfeil 5d angezeigten Richtung reflektiert. Solches reflektiertes Licht kann beispielsweise zum Bestrahlen einer Messküvette verwendet werden, die beispielsweise eine Probe oder eine Probenreagenzienmischung enthält, die analysiert werden soll.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist das fotoelektrische Element 3a bis 3g mit einer Rückkopplungsschleifenelektronikschaltung verbunden, die schematisch durch elektronische Schaltung 11 illustriert ist, wie in der Ausführungsform gemäß 6.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ermöglichen die oben beschriebenen Vorrichtungen das Durchführen eines Verfahrens zum Regulieren eines Lichtquelle 8, welches die folgenden Schritte umfasst:

(a) Messen der Intensität des von der Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls vermittels eines fotoelektrischen Elements (3a bis 3g), das im Pfad des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls angeordnet ist, wobei das fotoelektrische Element eine Anordnung von räumlich verteilten fotoelektrischen Bauteilen umfasst, die auf einer Oberfläche eines elektrisch nicht leitfähigen Trägers 2 aufgebracht sind und die miteinander elektrisch verbunden sind, wobei jedes der fotoelektrischen Bauteile der Anordnung eine Oberfläche aufweist, die zum Empfangen, jedoch nicht Übertragen von Licht eingerichtet ist, und die Oberfläche des Trägers (2) Flächen umfasst, die Lichtübertragung gestatten, wobei jede der letzteren Flächen zwischen zumindest zwei Flächen der Trägeroberfläche angeordnet ist, die von den fotoelektrischen Bauteilen bedeckt sind, und
(b) Regulieren der Intensität des von der Lichtquelle (8) bereitgestellten Lichtstrahls vermittels einer Treiberschaltung (9), wobei der Regulierschritt eine Rückkopplung des Messsignals des fotoelektrischen Elements an die Treiberschaltung beinhaltet.

Um den Lichtdurchtritt richtig auf die von der Anordnung von fotoelektrischen Bauteilen von irgend einem fotoelektrischen Element 3a bis 3g bedeckte Fläche zu beschränken, kann ein Diaphragma 12 vor oder hinter der Linse 10 vorgesehen sein. Das Diaphragma kann auch an der vorderen Oberfläche von Substrat 2 angeordnet sein, während irgend ein fotoelektrisches Element 3a bis 3g an dessen rückwärtiger Oberfläche angebracht ist.
Das Gleichstromsignal vom fotoelektrischen Element kann für einfache Intensitätsmessung oder für analoge geschlossene Rückkopplungssteuerung verwendet werden. Das Signal kann in eine digitale Information zur digitalen Berechnung oder Steuerung gemäß einem Programm oder Algorithmus übertragen werden. Auch kann mehr als eine auf dem Substrat 2 angebrachte fotoelektrische Einheit für Differentialmessung verwendet werden.
Stabilisierte Lichtquellen gemäß dieser Erfindung können vorzugsweise mit optischen Messsystemen verwendet werden, z. B. auf dem Gebiet der In-vitro Diagnose oder dem Gebiet des Überwachens von in Reaktionsgefäßen stattfindenden Reaktionen.

Liste der Bezugszeichen

1: Fotoelektrisches Messmodul
2: Träger, Substrat
3a: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer, Fotodiode
3b: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer , Fotodiode
3c: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer, Fotodiode
3d: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer, Fotodiode
3e: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer, Fotodiode
3f: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer, Fotodiode
3g: Fotoelektrisches Element, fotoelektrisches Messelement, fotoelektrischer Messaufnehmer, Fotodiode
4: Kontaktfläche
4a: Kontaktfläche von 6
5a: Richtung der optischen Achse des Lichtstrahls
5b: Richtung der optischen Achse des Lichtstrahls
5c: Richtung der optischen Achse des Lichtstrahls
5d: Richtung der optischen Achse des Lichtstrahls
6: Abgeschirmter Referenzdetektor, Fotodiode
6a: Abschirmung von 6
7d: Platte eines 4-Quadranten-Polarisationssystems
7e: Platte eines 4-Quadranten-Polarisationssystems
7f: Platte eines 4-Quadranten-Polarisationssystems
7g: Platte eines 4-Quadranten-Polarisationssystems
8: Lichtquelle, z. B. LED
9: Treiberschaltung
10: Linse
11: Rückkopplungselektronikschaltung
12: Diaphragma
21: Substrat, Träger
22: Substrat, Träger

Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung spezifischer Ausdrücke beschrieben worden sind, ist eine solche Beschreibung nur für illustrative Zwecke und es versteht sich, dass Änderungen und Variationen gemacht werden können, ohne vom Schutzanspruch der vorliegenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Messen einer räumlich gemittelten Intensität eines Lichtstrahls, umfassend: (a) einen elektrisch nicht-leitenden Träger (2), der eine Oberfläche hat, und (b) ein fotoelektrisches Element, welches eine Anordnung (3a–3g) von räumlich verteilten fotoelektrischen Elementen umfasst, die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Anordnung auf der Oberfläche des Trägers (2) befestigt ist, die Anordnung von fotoelektrischen Elementen dafür ausgelegt ist, einen auf diese Oberfläche des Trägers (2) gerichteten Lichtstrahls zu empfangen und seine Intensität zu messen, jedes der fotoelektrischen Elemente der Anordnung eine Oberfläche aufweist, die darauf ausgelegt ist, Licht zu empfangen, aber nicht abzustrahlen, die Oberfläche des Trägers (2) umfasst: einen ersten Satz von Flächen, die jede durch eines der fotoelektrischen Elemente abgedeckt ist und daher keinen Lichtdurchtritt gestattet und einen zweiten Satz von Flächen, von denen keine durch irgendeines der fotoelektrischen Elemente abgedeckt ist und von denen jedes Lichtdurchtritt gestattet, wobei jede der Flächen des zweiten Satzes von Flächen zwischen zwei oder mehr der Flächen des ersten Satzes von Flächen angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Träger (2) transparent oder semitransparent ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Träger (2) eine lichtreflektierende Oberfläche aufweist und die Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen auf der reflektierenden Oberfläche angebracht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Anordnung (3a–3g) von räumlich verteilten fotoelektrischen Elementen zwei elektrische Verbindungspunkte (4) aufweist, die voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein erster Teil der durch die Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen auf der Trägeroberfläche besetzten Oberfläche von den Oberflächen der letzteren Elemente abgedeckt ist und daher keinen Lichtdurchtritt gestattet, und ein zweiter Teil der von der Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen auf der Trägeroberfläche besetzten Oberfläche nicht von den Oberflächen der letzteren Elemente abgedeckt ist und dafür ausgelegt ist, Lichtdurchtritt zu gestatten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der erste Teil der von der Anordnung (3a–3g) auf der Trägeroberfläche besetzten Oberfläche viel kleiner als der zweite Teil dieser Oberfläche ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen eine Gitterstruktur aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Träger (2) ein strahlformendes Element oder ein Wellenlängenfilter oder ein Polarisationsfilter oder eine Kombination davon ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen aus einem amorphen Halbleiter gefertigt ist oder auf Polymerbasis gefertigt ist oder auf CIGS-Basis gefertigt ist oder als eine Fotowiderstandszelle hergestellt ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin umfassend ein Diaphragma (12), das am Träger (2) angebracht ist und zum Begrenzen des Querschnitts des Lichtstrahls , der auf das fotoelektrische Element aufprallt auf die Fläche dient, die von der Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen auf der Trägeroberfläche besetzt ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dichte der räumlichen Verteilung der Elemente der Anordnung (3a–3g) von fotoelektrischen Elementen an die Verteilung der Lichtintensität des Lichtstrahls angepasst ist.
Verfahren zum Messen der räumlich gemittelten Intensität eines durch eine Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls, umfassend: (a) Positionieren einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 in dem von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahl, und (b) Messen der Intensität des von der Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls vermittels der Vorrichtung.
Vorrichtung zum Regulieren der Intensität eines von einer Lichtquelle (8) bereitgestellten Lichtstrahls, umfassend eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die im Pfad des von der Lichtquelle (8) bereitgestellten Lichtstrahls angeordnet ist, vermittels derer die Intensität des Lichtstrahls gemessen wird, und eine Treiberschaltung (9) zum Regulieren der Ausgangsleistung der Lichtquelle (8) durch Rückkopplung eines von der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellten Signals an die Treiberschaltung.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, die weiterhin ein Referenzmesselement (6) umfasst, welches mit dem fotoelektrischen Element (3b) assoziiert ist und in Wirkverbindung mit der Treiberschaltung zum Ausgleichen der Temperaturcharakteristika, der Alterung, des Dunkelstroms oder der Zwischenvorrichtungsvariabilität des fotoelektrischen Elements steht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, umfassend Mittel zum Regulieren der Lichtquelle (8), um eine konstante Lichtintensität zu erzielen oder gemäß einem vorgegebenen Programm.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, umfassend Mittel zum Messen zumindest eines der Parameter Temperatur, Altern, Dunkelstrom und Zwischenvorrichtungsvariabilität des fotoelektrischen Elements (3a-3g) und zum Bereitstellen eines für den Parameter repräsentativen Messsignals und von Mitteln zum Steuern der Treiberschaltung (9) vermittels des Messsignals zum Ausgleichen von Variationen des fotoelektrischen Elements.
Verfahren zum Regulieren einer Lichtquelle (8) umfassend: (a) Messen der Intensität des von der Lichtquelle (8) bereitgestellten Lichtstrahls vermittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die im Pfad des von der Lichtquelle bereitgestellten Lichtstrahls angeordnet ist, um ein Messsignal zu erzeugen, welches für die Intensität repräsentativ ist, und (b) Regulieren der Intensität des von der Lichtquelle (8) bereitgestellten Lichtstrahls vermittels einer Treiberschaltung (9), wobei der Regulierschritt eine Rückkopplung des von der Vorrichtung bereitgestellten Messsignals an die Treiberschaltung beinhaltet.