EP3532813A1 - Verfahren zum betreiben eines mikrospektrometers und mikrospektrometer - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines mikrospektrometers und mikrospektrometer

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EP3532813A1
EP3532813A1 EP17780698.1A EP17780698A EP3532813A1 EP 3532813 A1 EP3532813 A1 EP 3532813A1 EP 17780698 A EP17780698 A EP 17780698A EP 3532813 A1 EP3532813 A1 EP 3532813A1
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EP
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intensity distribution
spectral intensity
wavelength range
spectral
microspectrometer
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EP17780698.1A
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French (fr)
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Martin HUSNIK
Christian Huber
Marc Schmid
Hartmut Kueppers
Benedikt Stein
Christoph Schelling
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J2003/425—Reflectance

Definitions

  • the invention is based on a device or a method
  • FPI Fabry-Perot interferometer
  • Light with the resonant wavelength can be the interferometer
  • an FPI can be considered as a spectral filter element
  • Intensity signal of the detector if only the intensity of the light of the
  • the harmonics are generated with a modulation other than the resonance wavelength.
  • Illuminated intensity distributions of an incident light is within the first spectral
  • the resulting first harmonic lies in the second spectral intensity distribution. At the detector all incident light is detected. The resulting signal has differently modulated signal components, which are separated from one another by demodulation.
  • two or more wavelengths can be detected simultaneously with one detector.
  • the wavelengths can be modulated and demodulation.
  • a method for operating a microspectrometer comprising the following steps:
  • Intensity distribution having a first pulse characteristic and at least a second spectral intensity distribution having a second pulse characteristic using a modulatable emitter device of the microspectrometer;
  • Intensity distribution associated second wavelength range from a re-emitted from the measurement object spectral reflectance intensity distribution using a tunable filter device of the microspectrometer Imaging a radiation intensity of the first wavelength range and the second wavelength range in a detector signal using a detector device of the microspectrometer; and demodulating the detector signal using the first one
  • Pulse characteristic and the second pulse characteristic to obtain a first intensity value associated with the first wavelength range and a second intensity value associated with the second wavelength range.
  • the microspectrometer has an emitter device, which has a first known spectral
  • Pulse characteristic can be an intensity curve, for example a
  • Modulation frequency or be a modulation rhythm.
  • a filter device may be a Fabry-Perot interferometer.
  • a detector device may comprise a photoelectric element and provide an electrical detector signal.
  • a spectral reflection intensity distribution can be understood to mean a spectral intensity distribution that has been reflected by an object.
  • the first spectral intensity distribution can be emitted offset by a wavelength amount relative to the second spectral intensity distribution.
  • the second spectral intensity distribution may be compared to the first spectral
  • the second spectral intensity distribution may be shifted to shorter wavelengths.
  • the first wavelength range may be part of the first spectral intensity distribution, while the second
  • Wavelength range is part of the second spectral intensity distribution.
  • Intensity distribution can be emitted partially overlapping.
  • Spectra may partially comprise the same wavelengths. Overlapping avoids a gap between the spectra.
  • a range around a set fundamental wavelength may be left by the filter device.
  • a range around a harmonic length of the first wavelength range may be left by the filter device.
  • Fundamental wavelength and the harmonic length can pass the same gap width of the filter element. As a result, only one filter is required to detect two wavelengths.
  • the filter device can be tuned to the first
  • Changing the wavelength range and the second wavelength range temporally In the step of demodulating, a first time sequence of first intensity values and a second sequence of second intensity values can be recorded.
  • the wavelength ranges can be adjusted within an adjustment range of the filter device.
  • the tuning can be called scanning. When tuning, a part or the entire adjustment range of the filter device can be used.
  • the measuring object can be equipped with at least one additional spectral
  • Intensity distribution are irradiated with a further pulse characteristic.
  • Wavelength range may be from the re-emitted spectral
  • Reflex intensity distribution are allowed to pass.
  • the radiation intensity of the further wavelength range can be imaged in the detector signal.
  • the detector signal may also be determined using the other
  • Wavelength range associated further intensity value to get By further spectra and other pulse characteristics can several
  • Wavelength ranges are detected simultaneously.
  • the further spectral intensity distribution can be emitted between the first spectral intensity distribution and the second spectral intensity distribution.
  • the additional spectral intensity distribution can be emitted in a gap between the spectra. Due to the intermediate spectral Intensity distribution, a large detection range of the microspectrometer can be achieved.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • a microspectrometer is presented with the following features: a modulatable emitter device which is aligned with a sample location and is designed to have a first spectral intensity distribution with a first pulse characteristic and at least one second spectral intensity
  • a tunable filter device which is arranged after the sample location in an optical path of the microspectrometer and is adapted to a first spectral intensity distribution associated with the first
  • the emitter device may be a first light source for the first spectral
  • the emitter device may comprise a broadband light source for the first spectral intensity distribution and the second spectral intensity distribution.
  • the emitter device may comprise a first filter element for the first spectral intensity distribution and, alternatively or additionally, a second filter element for have the second spectral intensity distribution.
  • a filter element may be a bandpass filter.
  • the spectral intensity distribution may be in the
  • the emitter device may comprise a first shutter element for the first spectral
  • a closure element for the second spectral intensity distribution.
  • a closure element is designed to interrupt continuously emitted light and impart to it the pulse characteristic.
  • microspectrometer system with a microspectrometer according to the approach presented here and a control device for operating the microspectrometer is presented, the control device having a
  • Wavelength range associated with the second intensity value also provides a control unit which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here
  • control unit may comprise at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least one
  • the arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit is a flash memory, an EEPROM or a magnetic storage unit can be.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface which can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
  • a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the interfaces may for example be part of a so-called system ASICs, the various functions of the
  • Control unit includes.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
  • FIG. 1 is a block diagram of a microspectrometer system according to an embodiment
  • FIG. 2 is an illustration of a microspectrometer system according to one embodiment
  • FIG. 3 shows an illustration of an emitted first spectral intensity distribution and an emitted second spectral intensity distribution as well as two transmission wave ranges according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a representation of an emitted first, second and third spectral intensity distribution as well as two transmission wave ranges according to an embodiment
  • FIG. 5 shows a representation of an overlapping emitted first and second spectral intensity distribution as well as two passband ranges according to an embodiment
  • FIG. 6 shows a further illustration of an overlapping emitted first and second spectral intensity distribution as well as two transmission wave ranges according to an embodiment
  • Microspectrometer system according to one embodiment.
  • the microspectrometer system 100 includes a microspectrometer 102 and a controller 104 for operating the
  • the microspectrometer 102 has a
  • the control device 104 has a drive device 112 and a demodulation device 114.
  • the drive device 112 controls the Emitter device 106 via a modulation signal 116 at.
  • the modulation signal 116 determines a first pulse characteristic 118 of a first spectral intensity distribution 120 (spectrum) emitted by the emitter device 106 and at least one second pulse characteristic 122 of a second spectral intensity distribution 124 emitted by the emitter device 106.
  • Intensity distribution 124 have different wavelengths.
  • Emitter 106 emits the first spectral intensity distribution 120 with the first pulse characteristic 118 and the second spectral intensity distribution 124 with the second pulse characteristic 122 on an optical path 126 of the microspectrometer 102 in the direction of one at a sample location 128
  • a material of the measuring object 130 interacts with the first spectral intensity distribution 120 and the second spectral intensity distribution 124, and a spectral intensity is formed on the optical path 126
  • Microspectrometer 102 re-emitted.
  • Reflex intensity distribution 132 is dependent on a composition of the material and the incident intensity distributions 120 and 124.
  • the filter device 108 is arranged in the optical path 126 between the sample location 128 and the detector device 110.
  • the filter device 108 is a Fabry-Perot interferometer 108.
  • the Fabry-Perot interferometer 108 has two opposing reflective surfaces. These may be formed for example as a dielectric Bragg mirror. They can also contain metallic layers. There is a gap between the surfaces. A gap width of the gap is adjustable. The gap width defines one
  • Resonant wavelength of the Fabry-Perot interferometer 108 Light in a first wavelength range 134 around the resonant wavelength can pass through the Fabry-Perot interferometer 108 substantially unattenuated. Also
  • At least a second wavelength range 136 may be one harmonic of the resonant wavelength Fabry-Perot interferometer 108 also pass substantially unattenuated.
  • the first spectral intensity distribution 120 is selected such that an extent of the resonance wavelengths that can be set on the filter element 108 is essentially covered.
  • the first wavelength range 134 is thus part of the first spectral intensity distribution 120.
  • Intensity distribution is chosen so that a scope of the adjustable on the filter element 108 harmonics is substantially covered.
  • the second wavelength range 136 is thus part of the second spectral
  • Pulse characteristic 118 while transmitted through the filter element 108 radiation within the second wavelength range 136, the second
  • Pulse characteristic 124 has.
  • the radiation from the first wavelength range 134 and the second wavelength range 136 strikes the detector device 110
  • Detector device 110 forms an intensity of the incident radiation or the light of both wavelength ranges 134, 136 in one
  • the detector signal is read in by the demodulator 114 and demodulated using the information about the first pulse characteristic 118 and the second pulse characteristic 122 contained in the modulation signal 116.
  • the result of the demodulation is a first intensity value 140 depicting a radiation intensity of the first wavelength range 120 and a second intensity value 142 depicting the radiation intensity of the second wavelength range 136.
  • the emitter device 106 has a broadband light source.
  • a spectral intensity distribution of the light source comprises the first spectral intensity distribution 120 and the second spectral intensity
  • the light source emits light without a pulse characteristic.
  • the light of the light source is through two different filtering devices directed. From the first filter device, the first spectral
  • Intensity distribution 120 emitted to the measuring object 130.
  • the second spectral intensity distribution 124 is emitted to the measurement object 130.
  • the filter devices may, for example, be bandpass filters which remove edge regions from the spectral intensity distribution of the light source.
  • a first breaker means is arranged, which is the first spectral
  • Intensity distribution 120 imprints the first pulse characteristic 118.
  • In the optical path 126 through the second filter means is a second one
  • Intensity distribution 124 imprints the second pulse characteristic 122.
  • Breaker devices are designed as a liquid crystal shutter.
  • FIG. 2 shows a representation of a micro spectrometer system 100 according to one exemplary embodiment.
  • the microspectrometer system 100 corresponds to
  • the emitter device 106 has two separately controllable light sources 200, 202.
  • the first light source 200 emits the first spectral intensity distribution 120 and is driven by the first pulse characteristic 118.
  • the second light source 202 emits the second spectral intensity distribution 124 and is driven by the second pulse characteristic 122.
  • the light sources 200, 202 are driven with different modulation frequencies 118, 122.
  • the light sources 200, 202 may be, for example, LED light sources, LED light sources with a phosphor, laser light sources, fluorescent light sources and / or incandescent light sources.
  • a microspectrum module 102 based on a tunable Fabry-Perot interferometer 108 having a plurality of modulated light sources 200, 202 is presented.
  • the miniaturized spectrometer 102 presented here is designed, depending on the application, to record spectra 120, 124 in the ultraviolet, visible, near-infrared and / or medium infrared range.
  • the microspectrometer 102 is in particular for installation in handheld devices, such as a
  • Fabry-Perot interferometers (FPIs) 108 may be realized as tunable interferometers 108 in which the desired transmission wavelength can be adjusted over the spacing of the mirror layers. In this case, for a certain distance of the mirror layers not only the fundamental mode in which the wavelength is equal to half the mirror spacing, but also higher
  • Harmonics are transmitted.
  • the harmonics are shorter wavelengths and may be referred to as higher interference orders which also satisfy the interference condition.
  • For use as a unique wavelength filter can be used in a conventional
  • Interferometer a bandpass pre-filter can be used, which limits the transmitted wavelength range to the distance between two adjacent orders.
  • the distance can be called Free Spectral Range (FSR). This therefore means a limitation of the wavelength range which a conventional tunable Fabry-Perot interferometer can measure.
  • FSR Free Spectral Range
  • One way to use two orders simultaneously is to use a Fabry-Perot interferometric dichroic mirror whose switching wavelength is between two orders, and thus can bring the signal of two orders to different detectors.
  • the dichroic mirror is installed at an angle of 45 ° and leads to an additional height at the height of the aperture diameter.
  • edge filters can be used.
  • the light sources 200, 202 are modulated with different pulse frequencies 118, 122.
  • the contributions of the individual orders can be demodulated by means of their frequency 118, 122 and thus separated from one another at the detector signal 138.
  • any desired number of orders of a Fabry-Perot interferometer 108 can be measured simultaneously, as long as a separately controllable / pulsable light source 200, 202 is present for each order, the spectral intensity distribution 120, 124 is limited to the spectrally tunable region of this order and as long their spectral
  • Intensity distribution is within the spectral range, within which the reflective surfaces of the FPI a sufficiently high
  • the design of the Fabry-Perot interferometer 108 can be made more flexible since the use of multiple interference orders also allows the Fabry-Perot interferometer to operate in higher order and still measure over an acceptable range of wavelengths. For higher orders is the Resolution of the Fabry-Perot interferometer 108 better. This can increase resolution without sacrificing Free Spectral Range (FSR).
  • FSR Free Spectral Range
  • the microspectrum module 102 consists of a plurality of light sources 200, 202, the Fabry-Perot
  • the light sources 200, 202 may be, depending on the desired wavelength range 120, 124, for example LEDs, LEDs with phosphor or incandescent light sources. Here are two light sources 200, 202 shown. With a suitable choice of the light sources 200, 202, however, even more light sources can be used.
  • the Fabry-Perot interferometer 108 consists of two highly reflective layers. These may be dielectric Bragg reflectors, thin metal layers or combinations thereof. The spacing of the layers can be tuned. This can typically be done electrostatically or piezoelectrically.
  • the detector 110 is a single detector, whichever is used
  • Wavelength range for example, a silicon detector, a
  • Detector can be.
  • a measurement object 130 is illuminated by means of the light sources 200, 202 and the diffused light 132 is illuminated by means of the Fabry-Perot interferometers 108 and
  • the Fabry-Perot interferometer 108 still has additional apertures and / or blocking filters, which are not shown here for clarity.
  • the Fabry-Perot interferometer 108 has two adjacent ones
  • the spectra 120, 124 of the light sources 200, 202 are selected such that they each extend over only one of the two Free Spectral Ranges (FSRs). If no light source with corresponding spectral intensity distributions 120, 124 is available, by means of separate blocking filters on the light sources 200, 202, the corresponding spectral intensity distributions 120, 124 are generated.
  • the light sources 200, 202 are additionally with
  • the Fabry-Perot interferometer 108 always passes both the peak of a first transmission order and the next higher transmission order, so that the sum signal reaches the detector 110. The lower orders should then be blocked by a shortpass filter. Because of the different modulation frequencies 118, 122 of the light sources
  • a broadband, unpulsed light source is used, which is split into the two spectral first-order and second-order intervals 120, 124 by means of two parallel bandpass filters.
  • each bandpass filter there is a controllable shutter in front of each bandpass filter.
  • the two shutters are driven with a different frequency 118, 120 and thus lead to the pulsing of the light source.
  • This embodiment is particularly advantageous if the additional power for a second separate light source 202 can not be provided or if the
  • Light source can not be modulated with an adequately high frequency.
  • Fig. 3 shows a representation of an emitted first spectral
  • Intensity distribution 124 according to one embodiment.
  • the spectra 120, 124 are shown in a diagram which has a wavelength on its abscissa and an intensity on its ordinate.
  • the second spectral intensity distribution 124 has shorter wavelengths than the first spectral intensity distribution 120 first spectral intensity distribution 120 and the second spectral intensity
  • Intensity distribution 124 is a gap 300.
  • the spectra 120, 124 do not overlap or only slightly. Through the gap 300, the spectra 120, 124 are clearly separated.
  • the first wavelength range 134 left by the filter device at an average gap width and the second wavelength range 136 left by the filter device at the middle gap width are shown in FIG.
  • the first wavelength range 134 lies in the first spectral intensity distribution 120.
  • the second wavelength range 136 lies in the second spectral intensity distribution 124.
  • the first wavelength range 134 is centered about a resonance wavelength associated with the gap width.
  • the second wavelength range 136 is centered around a harmonic associated with the gap width.
  • the Fabry-Perot interferometer of the filter device has an adjustment range 302 for the gap width, which comprises the first spectral intensity distribution 120 and the second spectral intensity distribution 124, respectively.
  • the adjustment range 302 may be referred to as Free Spectral Range (FSR).
  • FSR Free Spectral Range
  • a limit of the adjustment range 302 lies in the gap 300.
  • Intensity distribution 120, second spectral intensity distribution 124 and third spectral intensity distribution 400 according to an embodiment.
  • the representation essentially corresponds to the representation in FIG. 3. The first
  • Wavelength range 134 and the second wavelength range 136 are here by a large gap width of the interferometer at the top of the
  • the second wavelength range 136 lies substantially in the gap 300 and thus outside the first spectral intensity distribution 120 and the second spectral intensity distribution 124.
  • the third spectral intensity distribution 400 is additionally emitted by the emitter device with a third pulse characteristic.
  • the third spectral intensity distribution 400 fills the gap 300 between the first spectral intensity distribution 120 and the second spectral intensity distribution 124.
  • the third spectral intensity distribution 400 overlaps both spectra 120, 124 partially. Due to the position in the third spectral intensity distribution 400, the second wavelength range 136 has the third pulse characteristic.
  • the first wavelength range 134 can still be detected here, since it is still arranged within the first spectral intensity distribution 120.
  • the measurable intensity of the light sources between the two Free Spectral Ranges (FSRs) of the two orders drops to zero. If there is information about the sample to be measured with the microspectrometer in this spectral range, it can not be detected.
  • FSRs Free Spectral Ranges
  • the microspectrometer In order to cover the overlapping area 300 of two orders, and to capture the information, the microspectrometer has one
  • a third light source with a third modulation frequency with a third modulation frequency.
  • a third bandpass filter may be used with a third shutter.
  • the spectral intensity distribution 400 of the third light source is located just in the spectral region 300 between the spectra 120, 124 of the first light source and the second light source.
  • the third light source then leads at the detector to a signal with the third modulation frequency, which is again separated by demodulation of the signals of the first and second light sources.
  • FIGS. 5 and 6 show illustrations of an overlapping emitted first spectral intensity distribution 120 and second spectral intensity distribution 124 according to one exemplary embodiment.
  • the representation corresponds to
  • the overlapping of the spectra 120, 124 results in an overlap region 500. If the first wavelength range 134 or the second wavelength range 136 lies in the region of the overlap region 500, both the first and second wavelength ranges 134
  • Pulse characteristic and the second pulse characteristic imaged in the detector signal Pulse characteristic and the second pulse characteristic imaged in the detector signal.
  • the adjustment range 302 of the filter device is selected so that the overlap region 500 is covered by the resonance wavelength, ie only the first wavelength range 134 can lie in the overlap region 500.
  • the first wavelength range 134 is in the range of
  • Overlap region 500 while the second wavelength range 136 is outside the second spectral intensity distribution 124. This results in no signal at the detector due to the second wavelength range 136.
  • the first wavelength range 134 results in a mixed signal at the detector which has both pulse characteristics.
  • the first wavelength range 134 lies in a first range 600 excluding the first spectral intensity distribution 120.
  • Wavelength range 136 lies in a region 602 excluding the second spectral intensity distribution 124. This results in two different radiation intensities with different values at the detector
  • both light sources at their respective frequencies contribute to the signal at the detector.
  • the signal from the overlap area 500 is thus measured redundantly.
  • Light source spectra 120, 124 is located.
  • the embodiment described here functions exactly like the other embodiments.
  • the absolute tunable bandwidth of the Fabry-Perot interferometer is slightly reduced.
  • the light sources may also be selected such that the spectral emission regions 120, 124 overlap. In this case, that will Signal received redundantly from the overlap area. This results in a reduced bandwidth.
  • the approach presented here can be used not only for a tunable Fabry-Perot filter for the separation of successive orders, but also for static linearly variable Fabry-Perot filters in combination with a detector array.
  • FIG. 7 shows a flow chart of a method 700 for operating a microspectrometer system according to one exemplary embodiment. The procedure
  • step 700 includes a step 702 of irradiation, a step 704 of passing, a step 706 of mapping, and a step 708 of demodulating.
  • step 702 of irradiation a measured object to be measured having a first spectral intensity distribution with a first pulse characteristic and at least a second spectral intensity distribution with a second pulse characteristic is used using a modulatable emitter device of FIG.
  • a first wavelength range assigned to the first spectral intensity distribution and a second wavelength range assigned to the second spectral intensity distribution are made from a spectral re-emitted by the measurement object
  • Filter device of the microspectrometer passed.
  • step 706 of the imaging a radiation intensity of the first wavelength region and a radiation intensity of the second wavelength region in one
  • step 708 of demodulating the detector signal is demodulated using the first pulse characteristic and the second pulse characteristic to obtain a first intensity value associated with the first wavelength range and a second intensity value
  • Wavelength range associated with the second intensity value
  • the step 702 of irradiation may be performed using a
  • the emitter device is driven by the modulation signal to the first spectral intensity distribution with the first pulse frequency and at least the second spectral intensity distribution at the second pulse rate at a sample location for the measurement object of the microspectrometer.
  • the signal provided by the detector means of the microspectrometer may be provided
  • Intensity signal are demodulated using the modulation signal to separate the intensity values.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrospektrometers (102), wobei das Verfahren einen Schritt des Bestrahlenseines zu messenden Messobjekts (130) mit einer ersten spektralen Intensitätsverteilung (120) mit einer ersten Pulscharakteristik (118) und zumindest einer zweiten spektralen Intensitätsverteilung (124) mit einer zweiten Pulscharakteristik (122) unter Verwendung einer modulierbaren Emittereinrichtung (106) des Mikrospektrometers (102), einen Schritt des Durchlassens eines der ersten spektralen Intensitätsverteilung (120) zugeordneten ersten Wellenlängenbereichs (134) und eines der zweiten spektralen Intensitätsverteilung (124) zugeordneten zweiten Wellenlängenbereichs (136) aus einer von dem Messobjekt (130) reemittierten spektralen Reflexintensitätsverteilung (132) unter Verwendung einer durchstimmbaren Filtereinrichtung (108) des Mikrospektrometers (102), einen Schritt des Abbildens einer Strahlungsintensität des ersten Wellenlängenbereichs (134) und des zweiten Wellenlängenbereichs (136) in einem Detektorsignal (138) unter Verwendung einer Detektoreinrichtung (110) des Mikrospektrometers (102) und Demodulieren des Detektorsignals (138) unter Verwendung der ersten Pulscharakteristik (118) und der zweiten Pulscharakteristik (122), um einen dem ersten Wellenlängenbereich (134) zugeordneten ersten Intensitätswert (140) und einen dem zweiten Wellenlängenbereich (136) zugeordneten zweiten Intensitätswert (142) zu erhalten.

Description

Beschreibung Titel
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES MIKROSPEKTROMETERS UND MIKROSPEKTROMETER Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach
Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist auch ein Computerprogramm.
Bei einem Fabry-Perot-Interferometer (FPI) wird über eine Spaltweite zwischen
zwei reflektierenden Flächen eine Resonanzwellenlänge des Interferometers
eingestellt. Licht mit der Resonanzwellenlänge kann das Interferometer
passieren. In diesem Sinne kann ein FPI als ein spektrales Filterelement
angesehen werden. Zusätzlich zu der Resonanzwellenlänge können
Harmonische das Interferometer passieren. Licht mit den Wellenlängen der
Harmonischen fällt damit zusätzlich zu dem Licht mit der Resonanzwellenlänge
auf einen dem Interferometer nachgeschalteten Detektor und verfälscht ein
Intensitätssignal des Detektors, wenn man nur die Intensität des Lichts der
Resonanzwellenlänge detektieren möchte.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren
zum Betreiben eines Mikrospektrometers, weiterhin ein Steuergerät, das dieses
Verfahren verwendet, ein Mikrospektrometersystem sowie schließlich ein
entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen
Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Um eine Resonanzwellenlänge von ihren Harmonischen zu trennen, werden bei dem hier vorgestellten Ansatz die Harmonischen mit einer anderen Modulation als die Resonanzwellenlänge erzeugt. Dazu wird ein Objekt mit zumindest zwei unterschiedlichen und verschieden modulierten spektralen
Intensitätsverteilungen eines einfallenden Lichts beleuchtet. Die am Filterelement wählbare Resonanzwellenlänge liegt innerhalb der ersten spektralen
Intensitätsverteilung. Die resultierende erste Harmonische liegt in der zweiten spektralen Intensitätsverteilung. Am Detektor wird alles einfallende Licht detektiert. Das resultierende Signal weist verschieden modulierte Signalanteile auf, die durch eine Demodulation voneinander getrennt werden.
Durch die Modulation und Demodulation können zwei oder mehr Wellenlängen mit einem Detektor gleichzeitig erfasst werden. Die Wellenlängen
beziehungsweise Frequenzbänder der Harmonischen erweitern einen
Messbereich des hier vorgestellten Mikrospektrometers.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Mikrospektrometers vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bestrahlen eines zu messenden Messobjekts mit einer ersten spektralen
Intensitätsverteilung mit einer ersten Pulscharakteristik und zumindest einer zweiten spektralen Intensitätsverteilung mit einer zweiten Pulscharakteristik unter Verwendung einer modulierbaren Emittereinrichtung des Mikrospektrometers;
Durchlassen eines der ersten spektralen Intensitätsverteilung zugeordneten ersten Wellenlängenbereichs und eines der zweiten spektralen
Intensitätsverteilung zugeordneten zweiten Wellenlängenbereichs aus einer von dem Messobjekt reemittierten spektralen Reflexintensitätsverteilung unter Verwendung einer durchstimmbaren Filtereinrichtung des Mikrospektrometers; Abbilden einer Strahlungsintensität des ersten Wellenlängenbereichs und des zweiten Wellenlängenbereichs in einem Detektorsignal unter Verwendung einer Detektoreinrichtung des Mikrospektrometers; und Demodulieren des Detektorsignals unter Verwendung der ersten
Pulscharakteristik und der zweiten Pulscharakteristik, um einen dem ersten Wellenlängenbereich zugeordneten ersten Intensitätswert und einen dem zweiten Wellenlängenbereich zugeordneten zweiten Intensitätswert zu erhalten. Unter einem Mikrospektrometer kann ein Gerät zum Erfassen einer spektralen
Intensitätsverteil ungs von Licht verstanden werden. Das Mikrospektrometer weist eine Emittereinrichtung auf, die eine erste bekannte spektrale
Intensitätsverteilung und zumindest eine zweite bekannte spektrale
Intensitätsverteilung mit unterschiedlicher Modulation emittiert. Eine
Pulscharakteristik kann ein Intensitätsverlauf, beispielsweise eine
Modulationsfrequenz, oder ein Modulationsrhythmus sein. Eine Filtereinrichtung kann ein Fabry-Perot-Interferometer sein. Eine Detektoreinrichtung kann ein fotoelektrisches Element aufweisen und ein elektrisches Detektorsignal bereitstellen. Unter einer spektralen Reflexintensitätsverteilung kann eine spektrale Intensitätsverteilung verstanden werden, die von einem Objekt reflektiert wurde.
Die erste spektrale Intensitätsverteilung kann um einen Wellenlängenbetrag gegenüber der zweiten spektralen Intensitätsverteilung versetzt emittiert werden. Die zweite spektrale Intensitätsverteilung kann gegenüber der ersten spektralen
Intensitätsverteilung verschoben sein. Beispielsweise kann die zweite spektrale Intensitätsverteilung zu kürzeren Wellenlängen verschoben sein. Durch versetzte spektrale Intensitätsverteilungen kann der erste Wellenlängenbereich Teil der ersten spektralen Intensitätsverteilung sein, während der zweite
Wellenlängenbereich Teil der zweiten spektralen Intensitätsverteilung ist.
Die erste spektrale Intensitätsverteilung und die zweite spektrale
Intensitätsverteilung können teilweise überlappend emittiert werden. Die
Spektren können teilweise die gleichen Wellenlängen umfassen. Durch ein Überlappen kann eine Lücke zwischen den Spektren vermieden werden. Als der erste Wellenlängenbereich kann ein Bereich um eine eingestellte Grundwellenlänge durch die Filtereinrichtung gelassen werden. Als der zweite Wellenlängenbereich kann ein Bereich um eine Oberwellenlänge der
Grundwellenlänge durch die Filtereinrichtung gelassen werden. Die
Grundwellenlänge und die Oberwellenlänge können die gleiche Spaltweite des Filterelements passieren. Dadurch ist zum Erfassen von zwei Wellenlängen nur ein Filter erforderlich.
Die Filtereinrichtung kann durchgestimmt werden, um den ersten
Wellenlängenbereich und den zweiten Wellenlängenbereich zeitlich zu verändern. Im Schritt des Demodulierens können eine erste zeitliche Abfolge erster Intensitäts werte und eine zweite Abfolge zweiter Intensitätswerte aufgezeichnet werden. Die Wellenlängenbereiche können innerhalb eines Verstellbereichs der Filtereinrichtung verstellt werden. Das Durchstimmen kann als Scannen bezeichnet werden. Beim Durchstimmen kann ein Teil oder der ganze Verstellbereich der Filtereinrichtung verwendet werden.
Das Messobjekt kann mit zumindest einer weiteren spektralen
Intensitätsverteilung mit einer weiteren Pulscharakteristik bestrahlt werden. Ein weiterer der weiteren spektralen Intensitätsverteilung zugeordneter
Wellenlängenbereich kann aus der reemittierten spektralen
Reflexintensitätsverteilung durchgelassen werden. Die Strahlungsintensität des weiteren Wellenlängenbereichs kann in dem Detektorsignal abgebildet werden. Das Detektorsignal kann ferner unter Verwendung der weiteren
Pulscharakteristik demoduliert werden, um einen dem weiteren
Wellenlängenbereich zugeordneten weiteren Intensitätswert zu erhalten. Durch weitere Spektren und weitere Pulscharakteristiken können mehrere
Wellenlängenbereiche gleichzeitig erfasst werden.
Die weitere spektrale Intensitätsverteilung kann zwischen der ersten spektralen Intensitätsverteilung und der zweiten spektralen Intensitätsverteilung emittiert werden. Die weitere spektrale Intensitätsverteilung kann in einer Lücke zwischen den Spektren emittiert werden. Durch die zwischenliegende spektrale Intensitätsverteilung kann ein großer Erfassungsbereich des Mikrospektrometers erreicht werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Weiterhin wird ein Mikrospektrometer mit folgenden Merkmalen vorgestellt: einer modulierbaren Emittereinrichtung, die auf einen Probenort ausgerichtet ist, und dazu ausgebildet ist, eine erste spektrale Intensitätsverteilung mit einer ersten Pulscharakteristik und zumindest eine zweite spektrale
Intensitätsverteilung mit einer zweiten Pulscharakteristik am Probenort bereitzustellen; einer durchstimmbaren Filtereinrichtung, die nach dem Probenort in einem optischen Pfad des Mikrospektrometers angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine der ersten spektralen Intensitätsverteilung zugeordneten ersten
Wellenlängenbereich und einen der zweiten spektralen Intensitätsverteilung zugeordneten zweiten Wellenlängenbereichs aus einer aus Richtung des Probenorts reemittierten spektralen Reflexintensitätsverteilung durchzulassen; und einer Detektoreinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Intensität von aus Richtung der Filtereinrichtung einfallenden Lichts in einem Intensitätssignal abzubilden.
Die Emittereinrichtung kann eine erste Lichtquelle für die erste spektrale
Intensitätsverteilung und eine zweite Lichtquelle für die zweite spektrale
Intensitätsverteilung aufweisen. Alternativ kann die Emittereinrichtung eine breitbandige Lichtquelle für die erste spektrale Intensitätsverteilung und die zweite spektrale Intensitätsverteilung aufweisen.
Die Emittereinrichtung kann ein erstes Filterelement für die erste spektrale Intensitätsverteilung und alternativ oder ergänzend ein zweites Filterelement für die zweite spektrale Intensitätsverteilung aufweisen. Ein Filterelement kann ein Bandpassfilter sein. Die spektrale Intensitätsverteilung kann in dem
Transmissionsband des Bandpassfilters liegen. Die Emittereinrichtung kann ein erstes Verschlusselement für die erste spektrale
Intensitätsverteilung und alternativ oder ergänzend ein zweites
Verschlusselement für die zweite spektrale Intensitätsverteilung aufweisen. Ein Verschlusselement ist dazu ausgebildet, kontinuierlich ausgestrahltes Licht zu unterbrechen und ihm die Pulscharakteristik aufzuprägen.
Ferner wird ein Mikrospektrometersystem mit einem Mikrospektrometer gemäß dem hier vorgestellten Ansatz und einem Steuergerät zum Betreiben des Mikrospektrometers vorgestellt, wobei das Steuergerät eine
Demodulationseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Detektorsignal unter Verwendung der ersten Pulscharakteristik und der zweiten
Pulscharakteristik zu demodulieren, um einen dem ersten Wellenlängenbereich zugeordneten ersten Intensitätswert und einen dem zweiten
Wellenlängenbereich zugeordneten zweiten Intensitätswert zu erhalten. Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in
entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des
Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Mikrospektrometersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine Darstellung eines Mikrospektrometersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Darstellung einer emittierten ersten spektralen Intensitätsverteilung und einer emittierten zweiten spektralen Intensitätsverteilung sowie zweier Durchlasswellenbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Darstellung einer emittierten ersten, zweiten und dritten spektralen Intensitätsverteilung sowie zweier Durchlasswellenbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine Darstellung einer überlappend emittierten ersten und zweiten spektralen Intensitätsverteilung sowie zweier Durchlasswellenbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine weitere Darstellung einer überlappend emittierten ersten und zweiten spektralen Intensitätsverteilung sowie zweier Durchlasswellenbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines
Mikrospektrometersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Mikrospektrometersystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Mikrospektrometersystem 100 weist ein Mikrospektrometer 102 und ein Steuergerät 104 zum Betreiben des
Mikrospektrometers 102 auf. Das Mikrospektrometer 102 weist eine
Emittereinrichtung 106, eine Filtereinrichtung 108 und eine Detektoreinrichtung 110 auf. Das Steuergerät 104 weist eine Ansteuereinrichtung 112 und eine Demodulationseinrichtung 114 auf. Die Ansteuereinrichtung 112 steuert die Emittereinrichtung 106 über ein Modulationssignal 116 an. Das Modulationssignal 116 bestimmt eine erste Pulscharakteristik 118 einer ersten von der Emittereinrichtung 106 emittierten spektralen Intensitätsverteilung 120 (Spektrum) und zumindest eine zweite Pulscharakteristik 122 einer zweiten von der Emittereinrichtung 106 emittierten spektralen Intensitätsverteilung 124. Die erste spektrale Intensitätsverteilung 120 und die zweite spektrale
Intensitätsverteilung 124 weisen unterschiedliche Wellenlängen auf. Die
Emittereinrichtung 106 emittiert die erste spektrale Intensitätsverteilung 120 mit der ersten Pulscharakteristik 118 und die zweite spektrale Intensitätsverteilung 124 mit der zweiten Pulscharakteristik 122 auf einen optischen Pfad 126 des Mikrospektrometers 102 in Richtung eines an einem Probenort 128
angeordneten Messobjekts 130.
Ein Material des Messobjekts 130 wechselwirkt mit der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120 und der zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124 und es wird auf dem optischen Pfad 126 eine spektrale
Reflexintensitätsverteilung 132 von dem Messobjekt 132 zu dem
Mikrospektrometer 102 reemittiert. Die Wellenlängen der spektralen
Reflexintensitätsverteilung 132 sind abhängig von einer Zusammensetzung des Materials und den einfallenden Intensitätsverteilungen 120 und 124.
Die Filtereinrichtung 108 ist im optischen Pfad 126 zwischen dem Probenort 128 und der Detektoreinrichtung 110 angeordnet. Die Filtereinrichtung 108 ist hier ein Fabry-Perot-Interferometer 108. Das Fabry-Perot-Interferometer 108 weist zwei einander gegenüberliegende reflektierende Flächen auf. Diese können zum Beispiel als dielektrische Bragg-Spiegel ausgebildet sein. Sie können auch metallische Schichten enthalten. Zwischen den Flächen ist ein Spalt. Eine Spaltweite des Spalts ist einstellbar. Die Spaltweite definiert eine
Resonanzwellenlänge des Fabry-Perot-Interferometers 108. Licht in einem ersten Wellenlängenbereich 134 um die Resonanzwellenlänge kann das Fabry- Perot-Interferometer 108 im Wesentlichen ungedämpft passieren. Auch
Harmonische der Resonanzwellenlänge erfüllen die Transmissionsbedingung des Fabry-Perot-Interferometers 108. Daher kann zumindest ein zweiter Wellenlängenbereich 136 um eine Harmonische der Resonanzwellenlänge das Fabry-Perot-Interferometer 108 ebenfalls im Wesentlichen ungedämpft passieren.
Die erste spektrale Intensitätsverteilung 120 ist so gewählt, dass ein Umfang der am Filterelement 108 einstellbaren Resonanzwellenlängen im Wesentlichen abgedeckt wird. Der erste Wellenlängenbereich 134 ist damit Bestandteil der ersten spektralen Intensitätsverteilungs 120. Die zweite spektrale
Intensitätsverteilung ist so gewählt, dass ein Umfang der am Filterelement 108 einstellbaren Harmonischen im Wesentlichen abgedeckt wird. Der zweite Wellenlängenbereich 136 ist damit Bestandteil der zweiten spektralen
Intensitätsverteilung 124. Daher weist durch das Filterelement 108 transmittierte Strahlung innerhalb des ersten Wellenlängenbereiches 134 die erste
Pulscharakteristik 118 auf, während durch das Filterelement 108 transmittierte Strahlung innerhalb des zweiten Wellenlängenbereiches 136 die zweite
Pulscharakteristik 124 aufweist.
Die Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich 134 und dem zweiten Wellenlängenbereich 136 trifft auf die Detektoreinrichtung 110. Die
Detektoreinrichtung 110 bildet eine Intensität der einfallenden Strahlung beziehungsweise des Lichts beider Wellenlängenbereiche 134, 136 in einem
Detektorsignal 138 ab.
Das Detektorsignal wird von der Demodulationseinrichtung 114 eingelesen und unter Verwendung der in dem Modulationssignal 116 enthaltenen Informationen über die erste Pulscharakteristik 118 und die zweite Pulscharakteristik 122 demoduliert. Das Ergebnis der Demodulation ist ein eine Strahlungsintensität des ersten Wellenlängenbereichs 120 abbildender erster Intensitätswert 140 und ein die Strahlungsintensität des zweiten Wellenlängenbereichs 136 abbildender zweiter Intensitätswert 142.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Emittereinrichtung 106 eine breitbandige Lichtquelle auf. Einr spektrale Intensitätsverteilung der Lichtquelle umfasst die erste spektrale Intensitätsverteilung 120 und die zweite spektrale
Intensitätsverteilung 124. Die Lichtquelle emittiert Licht ohne Pulscharakteristik. Das Licht der Lichtquelle wird durch zwei interschiedliche Filtereinrichtungen geleitet. Aus der ersten Filtereinrichtung wird die erste spektrale
Intensitätsverteilung 120 auf das Messobjekt 130 emittiert. Aus der zweiten Filtereinrichtung wird die zweite spektrale Intensitätsverteilung 124 auf das Messobjekt 130 emittiert.
Die Filtereinrichtungen können beispielsweise Bandpassfilter sein, die aus der spektralen Intensitätsverteilung der Lichtquelle Randbereiche entfernen.
In dem optischen Pfad 126 durch die erste Filtereinrichtung ist eine erste Unterbrechereinrichtung angeordnet, die der ersten spektralen
Intensitätsverteilung 120 die erste Pulscharakteristik 118 aufprägt. In dem optischen Pfad 126 durch die zweite Filtereinrichtung ist eine zweite
Unterbrechereinrichtung angeordnet, die der zweiten spektralen
Intensitätsverteilung 124 die zweite Pulscharakteristik 122 aufprägt.
Die Unterbrechereinrichtungen können beispielsweise elektromechanische Verschlüsse sein. Um schnellere Schaltzeiten zu erreichen, können die
Unterbrechereinrichtungen als Flüssigkristall-Shutter ausgeführt sein.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Mikrospektrometersystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Mikrospektrometersystem 100 entspricht im
Wesentlichen dem Mikrospektrometersystem in Fig. 1. Die Emittereinrichtung 106 weist hier zwei separat ansteuerbare Lichtquellen 200, 202 auf. Die erste Lichtquelle 200 emittiert die erste spektrale Intensitätsverteilung 120 und wird mit der ersten Pulscharakteristik 118 angesteuert. Die zweite Lichtquelle 202 emittiert die zweite spektrale Intensitätsverteilung 124 und wird mit der zweiten Pulscharakteristik 122 angesteuert. Hier werden die Lichtquellen 200, 202 mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen 118, 122 angesteuert.
Die Lichtquellen 200, 202 können dabei beispielsweise LED-Lichtquellen, LED- Lichtquellen mit einem Phosphor, Laserlichtquellen, Leuchtstofflichtquellen und/oder Glühlichtquellen sein. Mit anderen Worten wird ein Mikrospektrometermodul 102 auf Basis eines durchstimmbaren Fabry-Perot-Interferometers 108 mit mehreren modulierten Lichtquellen 200, 202 vorgestellt. Das hier vorgestellte miniaturisierte Spektrometer 102 ist dazu ausgebildet, je nach Anwendung Spektren 120, 124 im ultravioletten, sichtbaren, nahinfraroten und/oder mittleren infraroten Bereich aufzunehmen. Das Mikrospektrometer 102 ist insbesondere zum Einbau in Handheldgeräte, wie beispielsweise ein
Smartphone zur chemischen Analyse geeignet.
Fabry-Perot-lnterferometer (FPIs) 108 können als durchstimmbare Interferometer 108 realisiert werden, bei denen die gewünschte Durchlasswellenlänge über den Abstand der Spiegelschichten eingestellt werden kann. Dabei können für einen gewissen Abstand der Spiegelschichten nicht nur die Grundmode, bei der die Wellenlänge gleich dem halben Spiegelabstand ist, sondern auch höhere
Harmonische transmittiert werden. Die Harmonischen sind kürzere Wellenlängen und können als höhere Interferenzordnungen bezeichnet werden, die ebenfalls der Interferenzbedingung genügen. Zur Nutzung als eindeutiges Wellenlängenfilter kann bei einem konventionellen
Interferometer ein Bandpassvorfilter verwendet werden, der den transmittierten Wellenlängenbereich auf den Abstand zweier benachbarter Ordnungen beschränkt. Der Abstand kann als Free Spectral Range (FSR) bezeichnet werden. Dies bedeutet also eine Einschränkung des Wellenlängenbereichs, den ein konventionelles durchstimmbares Fabry-Perot-lnterferometer messen kann.
Eine Möglichkeit zwei Ordnungen simultan zu nutzen besteht darin, einen dichroitischen Spiegel nach dem Fabry-Perot-lnterferometer zu verwenden, dessen Umschaltwellenlänge zwischen zwei Ordnungen liegt und somit das Signal zweier Ordnungen auf verschiedene Detektoren bringen kann. Der dichroitische Spiegel wird unter einem Winkel von 45° eingebaut und führt zu einer zusätzlichen Bauhöhe in Höhe des Aperturdurchmessers. Für
miniaturisierte Spektrometer für den Einbau in Consumer Electronic Devices ist diese zusätzliche Bauhöhe problematisch. Weiterhin wird ein zweiter Detektor benötigt, der je nach Wellenlängenbereich zu stark erhöhten Kosten führt. Der hier vorgestellte Ansatz zeigt eine Möglichkeit auf, unter Verwendung gepulster Lichtquellen 200, 202 mit unterschiedlichen Spektralbereichen 120, 124 und Modulationsfrequenzen 118, 122 den nutzbaren Spektralbereich eines Fabry-Perot-Interferometers 108, wie es in einem Mikrospektrometermodul 102 mit integrierter Lichtquelle zum Einsatz kommen kann, zu erhöhen. Dabei kommt trotzdem nur ein einziger Detektor 110 zum Einsatz und es gibt keine Einbußen bei der Bauhöhe. Beispielsweise werden gesonderte Lichtquellen 200, 202 verwendet, die jeweils auf den Durchstimmbereich einzelner Ordnungen abgestimmt sind. Dabei kann die Lichtquelle 200, 202 an sich abgestimmt sein. Ebenso können beispielsweise zusätzliche Kantenfilter verwendet werden. Die Lichtquellen 200, 202 werden mit unterschiedlichen Pulsfrequenzen 118, 122 moduliert. Dadurch können am Detektorsignal 138 im Nachhinein die Beiträge der einzelnen Ordnungen mittels derer Frequenz 118, 122 demoduliert werden und so voneinander getrennt werden.
Theoretisch können so beliebig viele Ordnungen eines Fabry-Perot- Interferometers 108 gleichzeitig gemessen werden, solange für jede Ordnung eine separat ansteuerbare/pulsbare Lichtquelle 200, 202 vorhanden ist, deren spektrale Intensitätsverteilung 120, 124 auf den spektral durchstimmbaren Bereich dieser Ordnung beschränkt ist und solange die deren spektrale
Intensitätsverteilung innerhalb des spektralen Bereiches liegt, innerhalb dessen die reflektierenden Flächen des FPIs einen genügend hohen
Reflexionskoeffizienten besitzen.
Außer den zusätzlichen Lichtquellen 200, 202 werden keine weiteren teuren Komponenten, wie zusätzliche Detektoren, benötigt. Dadurch wird im Filter- Detektor-Pfad keine zusätzliche Bauhöhe generiert.
Die Auslegung des Fabry-Perot-Interferometers 108 kann flexibler erfolgen, da die Nutzung mehrerer Interferenzordnungen es auch erlaubt, das Fabry-Perot- Interferometer in höherer Ordnung zu betreiben und trotzdem über einen akzeptablen Wellenlängenbereich zu messen. Für höhere Ordnungen ist die Auflösung des Fabry-Perot-Interferometers 108 besser. Dadurch kann die Auflösung erhöht werden, ohne Free Spectral Range (FSR) einzubüßen.
In Fig. 2 ist die prinzipielle Funktionsweise gezeigt. Das Mikrospektrometermodul 102 besteht aus mehreren Lichtquellen 200, 202, dem Fabry-Perot-
Interferometer 108 und einem Detektor 110. Die Lichtquellen 200, 202 können je nach gewünschtem Wellenlängenbereich 120, 124 beispielsweise LEDs, LEDs mit Phosphor oder Glühlichtquellen sein. Hier sind zwei Lichtquellen 200, 202 dargestellt. Bei geeigneter Wahl der Lichtquellen 200, 202, können jedoch auch noch mehr Lichtquellen verwendet werden.
Das Fabry-Perot-Interferometer 108 besteht aus zwei hochreflektiven Schichten. Dies können dielektrische Bragg- Reflektoren, dünne Metallschichten oder Kombinationen davon sein. Der Abstand der Schichten kann durchgestimmt werden. Dies kann typischerweise elektrostatisch oder piezoelektrisch geschehen.
Der Detektor 110 ist ein Einzeldetektor, der je nach verwendetem
Wellenlängenbereich beispielsweise ein Siliziumdetektor, ein
Germaniumdetektor, ein InGaAs-Detektor und/oder ein extended-InGaAs-
Detektor sein kann.
In einem typischen Anwendungsfall des Mikrospektrometermoduls 102 wird ein Messobjekt 130 mittels der Lichtquellen 200, 202 beleuchtet und das diffus gestreute Licht 132 mittels der Fabry-Perot-Interferometer 108 und
Detektorkombination auf seine spektrale Zusammensetzung untersucht.
Typischerweise besitzt das Fabry-Perot-Interferometer 108 noch zusätzliche Blenden und/oder Blockungsfilter, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Das Fabry-Perot-Interferometer 108 weist zwei benachbarte
Interferenzordnungen auf, die jeweils eine Free Spectral Range (FSR) besitzen. Die Spektren 120, 124 der Lichtquellen 200, 202 sind so gewählt, dass diese sich jeweils nur über eine der beiden Free Spectral Ranges (FSRs) erstreckt. Falls keine Lichtquelle mit entsprechenden spektralen Intensitätsverteilungen 120, 124 zur Verfügung steht, können auch mittels separaten Blockungsfiltern über den Lichtquellen 200, 202 die entsprechenden spektralen Intensitätsverteilungen 120, 124 erzeugt werden. Die Lichtquellen 200, 202 werden zusätzlich mit
verschiedenen Modulationsfrequenzen 118, 122 gepulst betrieben.
Das Fabry-Perot-Interferometer 108 lässt stets sowohl den Peak der einer ersten Transmissionsordnung als auch der nächsthöheren Transmissionsordnung durch, sodass das Summensignal den Detektor 110 erreicht. Die jeweils niedrigeren Ordnungen sollten dann durch einen Kurzpassfilter blockiert werden. Wegen der unterschiedlichen Modulationsfrequenzen 118, 122 der Lichtquellen
200, 202 treten die entsprechenden Signale der ersten Ordnung und
nächsthöheren Ordnung jedoch mit den jeweiligen Frequenzen 118, 122 am Detektor 110 auf und können mittels Demodulation voneinander getrennt werden. Dadurch können mit einem Detektor 110 zumindest zwei
Interferenzordnungen simultan vermessen werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird anstelle zweier schmalbandiger gepulster Lichtquellen 200, 202 eine breitbandige ungepulste Lichtquelle verwendet, die mittels zweier paralleler Bandpassfilter in die beiden spektralen zur ersten Ordnung und zweiten Ordnung zugehörigen Intervalle 120, 124 zerlegt wird.
Zusätzlich befindet sich vor jedem Bandpassfilter ein ansteuerbarer Shutter. Die beiden Shutter werden mit einer voneinander verschiedenen Frequenz 118, 120 getrieben und führen so zum Pulsen der Lichtquelle. Diese Ausführungsform ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die zusätzliche Leistung für eine zweite separate Lichtquelle 202 nicht zur Verfügung gestellt werden kann oder wenn die
Lichtquelle nicht mit einer adäquat hohen Frequenz moduliert werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung einer emittierten ersten spektralen
Intensitätsverteilung 120 und einer emittierten zweiten spektralen
Intensitätsverteilung 124 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Spektren 120,
124 werden beispielsweise durch eine Emittereinrichtung, wie in den Figuren 1 und 2 bereitgestellt. Die Spektren 120, 124 sind in einem Diagramm dargestellt, das auf seiner Abszisse eine Wellenlänge und auf seiner Ordinate eine Intensität angetragen hat. Die zweite spektrale Intensitätsverteilung 124 weist kürzere Wellenlängen auf, als die erste spektrale Intensitätsverteilung 120. Zwischen der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120 und der zweiten spektralen
Intensitätsverteilung 124 liegt eine Lücke 300. Die Spektren 120, 124 überlappen sich nicht oder nur unwesentlich. Durch die Lücke 300 sind die Spektren 120, 124 klar getrennt.
Weiterhin ist in Fig. 3 der bei einer mittleren Spaltweite durch die Filtereinrichtung gelassene erste Wellenlängenbereich 134 und der bei der mittleren Spaltweite durch die Filtereinrichtung gelassene zweite Wellenlängenbereich 136 dargestellt. Der erste Wellenlängenbereich 134 liegt in der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120. Der zweite Wellenlängenbereich 136 liegt in der zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124. Der erste Wellenlängenbereich 134 ist um eine der Spaltweite zugeordneten Resonanzwellenlänge zentriert. Der zweite Wellenlängenbereich 136 ist um eine der Spaltweite zugeordneten Harmonische zentriert.
Das Fabry-Perot-Interferometer der Filtereinrichtung weist einen Verstellbereich 302 für die Spaltweite auf, der die erste spektrale Intensitätsverteilung 120 beziehungsweise die zweite spektrale Intensitätsverteilung 124 umfasst. Der Verstellbereich 302 kann als Free Spectral Range (FSR) bezeichnet werden. Eine Grenze des Verstellbereichs 302 liegt in der Lücke 300.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung einer emittierten ersten spektralen
Intensitätsverteilung 120, zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124 und dritten spektralen Intensitätsverteilung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der Darstellung in Fig. 3. Der erste
Wellenlängenbereich 134 und der zweite Wellenlängenbereich 136 sind hier durch eine große Spaltweite des Interferometers am oberen Rand des
Verstellbereichs 302 angeordnet. Der zweite Wellenlängenbereich 136 liegt im Wesentlichen in der Lücke 300 und damit außerhalb der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120 und der zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124.
Hier wird von der Emittereinrichtung die dritte spektrale Intensitätsverteilung 400 zusätzlich mit einer dritten Pulscharakteristik emittiert. Die dritte spektrale Intensitätsverteilung 400 füllt die Lücke 300 zwischen der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120 und der zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124. Die dritte spektrale Intensitätsverteilung 400 überlappt beide Spektren 120, 124 teilweise. Durch die Lage in der dritten spektralen Intensitätsverteilung 400 weist der zweite Wellenlängenbereich 136 die dritte Pulscharakteristik auf. Der erste Wellenlängenbereich 134 kann hier noch erfasst werden, da er noch innerhalb der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120 angeordnet ist.
In dem in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel fällt die messbare Intensität der Lichtquellen zwischen den beiden Free Spectral Ranges (FSRs) der beiden Ordnungen bis auf null ab. Falls in diesem spektralen Bereich Informationen über die mit dem Mikrospektrometer zu vermessende Probe liegen, können sie nicht erfasst werden.
Um den Überlappungsbereich 300 zweier Ordnungen abzudecken, und die Informationen zu erfassen weist das Mikrospektrometer in einem
Ausführungsbeispiel eine dritte Lichtquelle mit einer dritten Modulationsfrequenz auf. Ebenso kann ein dritter Bandpassfilter mit einem dritten Shutter verwendet werden. Die spektrale Intensitätsverteilung 400 der dritten Lichtquelle befindet sich gerade im spektralen Bereich 300 zwischen den Spektren 120, 124 der ersten Lichtquelle und zweiten Lichtquelle. Die dritte Lichtquelle führt dann am Detektor zu einem Signal mit der dritten Modulationsfrequenz, welches wieder mittels Demodulation von den Signalen der ersten und zweiten Lichtquellen getrennt wird.
Die Figuren 5 und 6 zeigen Darstellungen einer überlappend emittierten ersten spektralen Intensitätsverteilung 120 und zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Darstellung entspricht im
Wesentlichen der Darstellung in Fig. 3. Im Gegensatz dazu ergibt sich durch das Überlappen der Spektren 120, 124 ein Überlappungsbereich 500. Wenn der erste Wellenlängenbereich 134 oder der zweite Wellenlängenbereich 136 im Bereich des Überlappungsbereichs 500 liegt, werden sowohl die erste
Pulscharakteristik als auch die zweite Pulscharakteristik in dem Detektorsignal abgebildet.
Hier ist der Verstellbereich 302 der Filtereinrichtung so gewählt, dass der Überlappungsbereich 500 durch die Resonanzwellenlänge abgedeckt ist, also nur der erste Wellenlängenbereich 134 im Überlappungsbereich 500 liegen kann. In Fig. 5 liegt der erste Wellenlängenbereich 134 im Bereich des
Überlappungsbereichs 500, während der zweite Wellenlängenbereich 136 außerhalb der zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124 liegt. Damit ergibt sich durch den zweiten Wellenlängenbereich 136 kein Signal am Detektor. Durch den ersten Wellenlängenbereich 134 ergibt sich ein Mischsignal am Detektor, das beide Pulscharakteristiken aufweist.
In Fig. 6 liegt der erste Wellenlängenbereich 134 in einem ersten Bereich 600 ausschließlich der ersten spektralen Intensitätsverteilung 120. Der zweite
Wellenlängenbereich 136 liegt in einem Bereich 602 ausschließlich der zweiten spektralen Intensitätsverteilung 124. Damit ergeben sich am Detektor zwei unterschiedliche Strahlungsintensitäten mit unterschiedlichen
Pulscharakteristiken, die im Demodulator getrennt werden.
In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel werden nur zwei Lichtquellen verwendet, deren spektrale Emissionsbereiche 120, 124 überlappen. Beim Durchstimmen des Fabry-Perot-Interferometers können dann zwei Fälle unterschieden werden.
Wenn sich ein Transmissionspeak 134 des Fabry-Perot-Interferometers im Überlappbereich 500 befindet, tragen beide Lichtquellen auf deren jeweiliger Frequenz zum Signal am Detektor bei. Das Signal aus dem Überlappbereich 500 wird somit redundant gemessen. Bei der Wahl der Bandbreite der Lichtquellen ist hier darauf zu achten, dass die nächsthöhere und nächstniedrigere
Transmissionsordnung des Fabry-Perot-Interferometers außerhalb der
Lichtquellenspektren 120, 124 liegt.
Sobald der Transmissionspeak 134 den Übergangsbereich 500 verlässt, funktioniert das hier beschriebene Ausführungsbeispiel exakt wie die anderen Ausführungsbeispiele. Die absolute durchstimmbare Bandbreite des Fabry-Perot- Interferometers ist leicht verringert.
Mit anderen Worten können die Lichtquellen auch so gewählt sein, dass die spektralen Emissionsbereiche 120, 124 überlappen. In diesem Fall wird das Signal aus dem Überlappbereich redundant aufgenommen. Dies resultiert in einer reduzierten Bandbreite.
Der hier vorgestellte Ansatz kann nicht nur für ein durchstimmbares Fabry-Perot- Filter zur Separation aufeinanderfolgender Ordnungen verwendet werden, sondern auch für statische linear variable Fabry-Perot-Filter in Kombination mit einem Detektorarray.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Betreiben eines Mikrospektrometersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren
700 weist einen Schritt 702 des Bestrahlens, einen Schritt 704 des Durchlassens, einen Schritt 706 des Abbildens und einen Schritt 708 des Demodulierens auf. Im Schritt 702 des Bestrahlens wird ein zu messendes Messobjekt mit einer ersten spektralen Intensitätsverteilung mit einer ersten Pulscharakteristik und zumindest einer zweiten spektralen Intensitätsverteilung mit einer zweiten Pulscharakteristik unter Verwendung einer modulierbaren Emittereinrichtung des
Mikrospektrometers bestrahlt. Im Schritt 704 des Durchlassens werden ein der ersten spektralen Intensitätsverteilung zugeordneter erster Wellenlängenbereich und ein der zweiten spektralen Intensitätsverteilung zugeordneter zweiter Wellenlängenbereich aus einer von dem Messobjekt reemittierten spektralen
Reflexintensitätsverteilung unter Verwendung einer durchstimmbaren
Filtereinrichtung des Mikrospektrometers durchgelassen. Im Schritt 706 des Abbildens werden eine Strahlungsintensität des ersten Wellenlängenbereichs und eine Strahlungsintensität des zweiten Wellenlängenbereichs in einem
Detektorsignal unter Verwendung einer Detektoreinrichtung des
Mikrospektrometers abgebildet. Im Schritt 708 des Demodulierens wird das Detektorsignal unter Verwendung der ersten Pulscharakteristik und der zweiten Pulscharakteristik demoduliert, um einen dem ersten Wellenlängenbereich zugeordneten ersten Intensitätswert und einen dem zweiten
Wellenlängenbereich zugeordneten zweiten Intensitätswert zu erhalten.
Der Schritt 702 des Bestrahlens kann unter Verwendung eines
Modulationssignals angesteuert werden. Die Emittereinrichtung wird durch das Modulationssignal dazu angesteuert, die erste spektrale Intensitätsverteilung mit der ersten Pulsfrequenz und zumindest die zweite spektrale Intensitätsverteilung mit der zweiten Pulsfrequenz an einem Probenort für das Messobjekt des Mikrospektrometers bereitzustellen. Im Schritt 708 des Demodulierens kann das von der Detektoreinrichtung des Mikrospektrometers bereitgestellte
Intensitätssignal unter Verwendung des Modulationssignals demoduliert werden, um die Intensitätswerte zu trennen.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (700) zum Betreiben eines Mikrospektrometers (102), wobei das Verfahren (700) die folgenden Schritte aufweist:
Bestrahlen (702) eines zu messenden Messobjekts (130) mit einer ersten spektralen Intensitätsverteilung (120) mit einer ersten
Pulscharakteristik (118) und zumindest einer zweiten spektralen Intensitätsverteilung (124) mit einer zweiten Pulscharakteristik (122) unter Verwendung einer modulierbaren Emittereinrichtung (106) des Mikrospektrometers (102);
Durchlassen (704) eines der ersten spektralen Intensitätsverteilung (120) zugeordneten ersten Wellenlängenbereichs (134) und eines der zweiten spektralen Intensitätsverteilung (124) zugeordneten zweiten Wellenlängenbereichs (136) aus einem von dem Messobjekt (130) reemittierten spektralen Reflexintensitätsverteilung (132) unter
Verwendung einer durchstimmbaren Filtereinrichtung (108) des
Mikrospektrometers (102);
Abbilden (706) einer Strahlungsintensität des ersten
Wellenlängenbereichs (134) und des zweiten Wellenlängenbereichs (136) in einem Detektorsignal (138) unter Verwendung einer
Detektoreinrichtung (110) des Mikrospektrometers (102); und
Demodulieren (708) des Detektorsignals (138) unter Verwendung der ersten Pulscharakteristik (118) und der zweiten Pulscharakteristik (122), um einen dem ersten Wellenlängenbereich (134) zugeordneten ersten Intensitätswert (140) und einen dem zweiten Wellenlängenbereich (136) zugeordneten zweiten Intensitätswert (142) zu erhalten. Verfahren (700) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (702) des Bestrahlens die erste spektrale Intensitätsverteilung (120) um einen Wellenlängenbetrag gegenüber der zweiten spektrale
Intensitätsverteilung (124) versetzt emittiert wird.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 2, bei dem im Schritt (702) des Bestrahlens die erste spektrale Intensitätsverteilung (120) und die zweite spektrale Intensitätsverteilung (124) teilweise überlappend emittiert werden.
Verfahren (700) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (704) des Durchlassens als der erste
Wellenlängenbereich (134) ein Bereich um eine eingestellte
Grundwellenlänge durch die Filtereinrichtung (108) gelassen wird, wobei als der zweite Wellenlängenbereich (136) ein Bereich um eine
Oberwellenlänge der Grundwellenlänge durch die Filtereinrichtung (108) gelassen wird.
Verfahren (700) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (704) des Durchlassens die Filtereinrichtung (108) durchgestimmt wird, um den ersten Wellenlängenbereich (134) und den zweiten Wellenlängenbereich (136) zeitlich zu verändern, wobei im Schritt (706) des Demodulierens eine erste zeitliche Abfolge erster Intensitäts werte (140) und eine zweite Abfolge zweiter Intensitätswerte (142) aufgezeichnet wird.
Verfahren (700) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bestrahlens (702) das Messobjekt (130) mit zumindest einer weiteren spektralen Intensitätsverteilung (400) mit einer weiteren Pulscharakteristik bestrahlt wird, wobei im Schritt (704) des Durchlassens ein weiterer der weiteren spektralen Intensitätsverteilung (400) zugeordneter Wellenlängenbereich aus dem reemittierten spektrale Reflexintensitätsverteilung (132) durchgelassen wird, im Schritt des Abbildens (706) ferner die Strahlungsintensität des weiteren
Wellenlängenbereichs in dem Detektorsignal (138) abgebildet wird und im Schritt (708) des Demodulierens das Detektorsignal (138) ferner unter Verwendung der weiteren Pulscharakteristik demoduliert wird, um einen dem weiteren Wellenlängenbereich zugeordneten weiteren Intensitätswert zu erhalten.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 6, bei dem im Schritt (702) des Bestrahlens die weitere spektrale Intensitätsverteilung (400) zwischen der ersten spektralen Intensitätsverteilung (120) und der zweiten spektralen Intensitätsverteilung (124) emittiert wird.
Mikrospektrometer (102) mit folgenden Merkmalen: einer modulierbaren Emittereinrichtung (106), die auf einen Probenort (128) ausgerichtet ist und dazu ausgebildet ist, eine erstes spektrale Intensitätsverteilung (120) mit einer ersten Pulscharakteristik (118) und zumindest eine zweites spektrale Intensitätsverteilung (124) mit einer zweiten Pulscharakteristik (122) am Probenort (128) bereitzustellen; einer durchstimmbaren Filtereinrichtung (108), die nach dem Probenort (128) in einem optischen Pfad (126) des Mikrospektrometers (102) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, einen der ersten spektralen Intensitätsverteilung (120) zugeordneten ersten Wellenlängenbereich (134) und einen der zweiten spektralen Intensitätsverteilung (124) zugeordneten zweiten Wellenlängenbereichs (136) aus einem aus Richtung des Probenorts (128) reemittierten spektrale
Reflexintensitätsverteilung (132) durchzulassen; und einer Detektoreinrichtung (110), die dazu ausgebildet ist, eine Intensität von aus Richtung der Filtereinrichtung (108) einfallenden Lichts (134, 136) in einem Intensitätssignal (138) abzubilden.
Mikrospektrometer gemäß Anspruch 8, bei dem die durchstimmbare Filtereinrichtung (108) als mikromechanisches Fabry-Perot
Interferometer ausgebildet ist. Mikrospektrometer (102) gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem die
Emittereinrichtung (106) eine erste Lichtquelle (200) für die erste spektrale Intensitätsverteilung (120) und eine zweite Lichtquelle (202) für die zweite spektrale Intensitätsverteilung (124) aufweist.
Mikrospektrometer (102) gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem die
Emittereinrichtung (106) eine breitbandige Lichtquelle für die erste spektrale Intensitätsverteilung und die zweite spektrale
Intensitätsverteilung aufweist.
Mikrospektrometer (102) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, bei dem die Emittereinrichtung (106) ein erstes Filterelement für die erste spektrale Intensitätsverteilung (120) und/oder ein zweites Filterelement für die zweite spektrale Intensitätsverteilung (124) aufweist.
Mikrospektrometer (102) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, bei dem die Emittereinrichtung (106) ein erstes
Verschlusselement für die erste spektrale Intensitätsverteilung (120) und/oder ein zweites Verschlusselement für die zweite spektrale
Intensitätsverteilung (124) aufweist.
Mikrospektrometersystem (100) mit einen einem Mikrospektrometer (102) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13 und einem Steuergerät (104) zum Betreiben des Mikrospektrometers (102), wobei das
Steuergerät (104) eine Demodulationseinrichtung (114) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Detektorsignal (138) unter Verwendung der ersten Pulscharakteristik (118) und der zweiten Pulscharakteristik (122) zu demodulieren, um einen dem ersten Wellenlängenbereich (134) zugeordneten ersten Intensitätswert (140) und einen dem zweiten Wellenlängenbereich (136) zugeordneten zweiten Intensitätswert (142) zu erhalten.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (700) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprog nach Anspruch 15 gespeichert ist.
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