FI89631B - Straolkaella och excitationsanordning foer den - Google Patents

Description

SÄTEILYLÄHDE JA SEN VIRITYSJÄRJESTELY - STRÄLKÄLLA OCH

EXCITATIONSANORDNING FÖR DEN

89631

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty säteilylähde.

Keksinnön kohteena on myös keksinnön mukaisen säteilylähteen viritysjärjestely.

Ennestään tunnetaan suomalaisesta patenttijulkaisusta 77736 säteilylähde, johon kuuluu joukko valoa 10 emittoivia diodeja so. hohtodiodeja, jotka on järjestetty riviin pienen etäisyyden päähän toisistaan, optiset välineet halutun aallonpituusalueen erottamiseksi hohtodiodien tuottamasta säteilystä ja ohjaamiseksi lähtöraon tai vastaavan kautta ulos säteilylähteestä. 15 Edelleen tähän säteilylähteeseen kuuluu välineet lähtevän säteilyn intensiteetin pitämiseksi vakiona tai halutulla tasolla.

Epäkohtana tunnetulla laitteella on, että se on vaikea valmistaa erityisesti sarjatuotannossa. Sä-20 teilylähteen kokoaminen ja sen virittäminen ovat aikaa vieviä ja käsityötä vaativia työvaiheita.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut ongelmat. Keksinnön tarkoituksena on erityisesti saada aikaan edullinen sarjavalmistukseen sovel-25 tuva säteilylähde, jota voidaan käyttää monissa lähi-IR ja IR alueen analysaattoritekniikan ja näkyvän valon alueen värimittaustekniikan sovellutuksissa.

Keksinnön mukaiselle säteilylähteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. 30 Keksinnön mukaiseen säteilylähteeseen kuuluu runko-osa, jossa on säteilyä läpäisevä tila; joukko valoelimiä, jotka on järjestetty pienten etäisyyksien päähän toisistaan; optiset välineet, joiden avulla valoelimien tuottamaa säteilyä kerätään ja säteily 35 hajoitetaan spektriksi; ja lähtöaukko, jonka kautta haluttu osa säteilyspektristä ohjataan ulos säteilylähteestä, jonka runko-osan yhteyteen valoelimet, optiset 2 89631 välineet ja lähtöaukko on sovitettu. Keksinnön mukaisesti optisiin välineisiin kuuluu optiikkarunko, johon on sovitettu varsinaiset optiset osat säteilyn käsittelemiseksi; säteilylähteeseen kuuluu valoelinalusta, 5 johon on järjestetty valoelimet rivin muotoon ja lähtö-aukko; jotka optiikkarunko ja valoelinalusta on sovitettu tilan yhteyteen etäisyyden päähän toisistaan siten, että optiikkarungon ja valoelinalustan välinen etäisyys on säädettävissä runko-osaan ja tilaan nähden 10 sellaiseen asemaan, että jokainen valoelimillä tuotettu säteilyspektri kuvautuu lähtöaukon tasoon; ja joka valoelinalustan ja erityisesti lähtöaukon asema on säädettävissä olennaisesti kohtisuorassa tasossa säteilylähteen akseliin nähden siten, että jokaiselta va-15 loelimeltä haluttu osa säteilyspektristä kuvautuu juuri lähtöaukon kohdalle; ja joiden säätötoimenpiteiden jälkeen optiikkarunko, valoelinalusta ja lähtöaukko lukitaan paikalleen runko-osan ja tilan suhteen.

Keksinnön mukainen säteilylähde koostuu olen-20 naisesti kolmesta erillisestä osasta: runko-osasta, optiikkarungosta ja valoelinalustasta. Optiikkarunko ja valoelinalusta sovitetaan runko-osaan ja erityisesti runko-osan tilan yhteyteen säteilylähteen valmistusvaiheessa siten, että säteilylähde on viritetty tuottamaan 25 keskiaallonpituudeltaan ja säteilyn puoliarvonleveydel-tään halutunlaisia, yleensä kapeita, aallonpituuskais-toja ulos lähtöaukosta, jotka kaistat valitaan aktivoimalla vuoronperään kukin valoelin.

Keksinnön mukainen säteilylähde viritetään 30 valmistuksen yhteydessä. Optiikkarunkoa voidaan edullisesti liikuttaa yhdessä suunnassa runko-osaan ja tilaan nähden, jolloin se asetetaan sopivalle etäisyydelle valoelinalustasta. Näin voidaan säätää yksinkertaisesti optiikkarunkoa liikuttelemalla fokusointi 35 sopivaksi, jolloin optiset välineet muodostavat terävän spektrin kuvan valoelinalustalle lähtöaukon kohdalle tai sen läheisyyteen. Valoelinalustaa voidaan vuoros- 8 9 6 31 3 taan liikuttaa mainittuun ensimmäiseen suuntaan nähden kohtisuorassa tasossa siten, että lähtöaukosta saadaan haluttu säteilyspektri. Kaikki viritystoimenpiteet suoritetaan säteilylähdettä koottaessa. Kun halutut 5 viritysarvot on saavutettu, sekä optiikkarunko että valoelinalusta lukitaan sopivasti paikalleen esim. liimaamalla, juottamalla tai jopa hitsaamalla.

Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuksessa valoelimet on sovitettu valoelinalustalle lähtö-10 aukon viereen siten, että säteilylähteen akseli kulkee olennaisesti kohtisuorasti valoelimien ja lähtöaukon välistä ja että optiikkarungon akseli yhtyy säteilylähteen akseliin. Tämän sovellutuksen mukaisessa säteily-lähtessä etuna on, että voidaan käyttää yksinkertaista 15 linssioptiikkaa, jopa yhdellä linssillä toteutettuna, ilman että "off-axis"-tyyppiset kuvausvirheet huonontavat opitisen järjestelyn suorituskykyä. Toisena etuna on, että valoelimien muodostama rivi ja lähtöaukko voidaan valmistaa samalle alustalle, jolloin näiden 20 etäisyyksiä toisiinsa nähden ei ole tarpeen säätää valmistusvaiheessa. Muut tarvittavat säädöt voidaan tässä sovellutuksessa järjestää suoritettavaksi valmistusvaiheen yhteydessä.

Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuk-25 sessa valoelinalusta on muodostettu keramiikkasubstraa-tista tai vastaavasta dimensioiltaan stabiilina pysyvästä materiaalista.

Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuksessa varsinaisiin optisiin osiin säteilyn käsittelemi-30 seksi kuuluu linssijärjestely ja heijastushila, edullisesti holografinen heijastushila, jotka on kiinteästi kiinnitetty optiikkarunkoon.

Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuksessa varsinaisiin optisiin osiin säteilyn käsittelemi-35 seksi kuuluu fokusoiva holografinen heijastushila, joka on kiinteästi kiinnitetty optiikkarunkoon.

Varsinaiset optiset osat ja optiikkarunko 8 9 6 31 4 muodostavat näin ollen yhtenäisen kokonaisuuden, joka on etukäteen mitoitettu ja valmistettu suhteellisen pienikokoiseksi tiiviiksi yksiköksi. Tällainen tiivis yksikkö on edullisesti valmistettavissa ja se soveltuu 5 käytettäväksi tässä kuvattavassa valmistuksen yhteydessä tapahtuvassa säätöjärjestelyssä. On lisäksi todettava, että heijastushilaa käyttämällä säteilylähteen optiikan vaatima tila ja vastaavasti optiikkarungon pituus saadaan pienemmäksi kuin transmissiohilaan pe-10 rustuvassa vastaavantyyppisessä ratkaisussa. Fokusoivaa holografista heijastushilaa käyttämällä voidaan luopua kokonaan erillisistä linssijärjestelyistä, jolloin optisten osien rakenne yksinkertaistuu edelleen. Säteilylähteellä katettava kokonaisaallonpituusalue määrä-15 tään heijastushilan hilavakion valinnalla, hilan ase-tuskulmalla, optiikan polttovälillä ja valoelimien muodostaman rivin rakenteella. Tuotettavien aallonpi-tuuskaistojen puoliarvon leveyksiin vaikuttaa edellisten lisäksi valoelimien valaiseman alueen koko, lähtö-20 aukon spektrin suunnassa mitattava leveys ja optisen järjestelyn kuvausvirheet.

On todettava, että säteilylähteen optiset osat voidaan toteuttaa myös muilla tavoilla esim. linssijär-jestelyn prisman ja peilin avulla. Tällaisella järjes-25 telyllä saavutettava kulmadispersio on kuitenkin alhainen, jolloin riittävän kapeiden aallonpituuskaistojen tuottaminen edellyttää pitkää polttoväliä ja tarkoittaa käytännössä suurikokoista säteilylähdettä Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuk-30 sessa valoelimet ovat hohtodiodeja. Hohtodiodit eli LEDit ovat pienikokoisia puolijohdekomponentteja, jotka emittoivat säteilyä suhteellisen kapealla aallonpituus-kaistalla, puoliarvonleveys on tyypillisesti 20 - 150 nm. Yhdellä LED-tyypillä voidaan kattaa puoliarvonle-35 veyttä laajempi aallonpituusalue hyödyntämällä myös emissiospektrin reuna-alueet. Säteilylähde voidaan mitoittaa vielä laajemmalle aallonpituusalueelle käyt- S 9 6 51 5 tämällä rivissä useamman tyyppisiä hohtodiodeja. Huoneenlämpötilassa toimivia hohtodiodeja on nykyisin saatavissa aallonpituusalueelle n. 400 nm - 5 μπι. Hoh-todiodien valoa emittoivan alueen koko on pieni ja ne 5 voidaan sijoittaa lyhyiden etäisyyksien päähän toisis-taa riviksi, joka osaltaan mahdollistaa kapeiden, lähellä toisiaan olevien aallonpituuskaistojen tuottamisen .

Hohtodiodirivi voidaan valmistaa edullisesti 10 hybriditekniikalla keramiikkasubstraatille. Hohto-diodeihin liittyvä sähköinen johdotus tehdään paksukal-vopainatuksena substraatille, jolle on ensin tehty läh-töaukko esim. lasertyöstömenetelmällä. Hohtodiodipalat kiinnitetään tämän jälkeen liimaamalla sähköä johtaval-15 la liimalla tai juottamalla ja kontaktoidaan kultalan-kabondauksella. Tällä menetelmällä hohtodiodirivi ja lähtöaukko voidaan valmistaa toistettavilla mittasuhteilla substraatille. Keraaminen substraattimateriaali on dimensioiltaan stabiilina pysyvää ja sen pituuden 20 lämpölaajenemiskerroin on alhainen (n. 7 ppm/°C). Hybridi tekniikan tuottama etu tässä yhteydessä on, että voidaan valmistaa joustavasti haluttujen vaatimusten mukainen rivi; se voi sisältää halutun määrän eri tyyppisiä hohtodiodipaloja ja hohtodiodipalat voidaan si-25 joittaa vapaasti, tarvittaessa lyhyille etäisyyksille toisiinsa nähden.

Toinen tapa toteuttaa hohtodiodirivi on käyttää normaaliin tapaan hohtodiodivalmistajän toimesta koteloituja hohtodiodeja. Rivi ja lähtöaukko voidaan 30 näin valmistaa keraamiselle substraatille tai normaalille, esim. lasikuitulaminaatista valmistetulle piiri-levysubstraatille. Hohtodiodikotelojen koko rajoittaa hohtodiodien sijottamista lyhyille etäisyyksille toisiinsa nähden.

35 Kolmantena mahdollisuuten on teettää puolijoh- devalmistajalla valmiiksi koteloitu hohtodidorivin sisältävä komponentti. Tällöin hohtodiodielementit on 3 9 6 31 6 toteutettu yhtenäiselle puolijohdesubstraatille ns. monoliittitekniikalla. Tällainen komponentti voidaan kiinnittää erilliselle valoelinalustalle, jolle myös lähtöaukko voidaan valmistaa. Tällaisen tekniikan etuna 5 on mahdollisuus päästää hybriditekniikkaa pienempään hohtodiodielementtien kokoon ja lyhyempiin etäisyyksiin hohtodiodien välillä. Hohtodiodirivin sisältämät elementit ovat tällä tekniikalla normaalisti keskenään saman tyyppisiä.

10 On todettava, että valoelimet voidaan toteut taa myös muunlaisista valoa emittoivista pienikokoisista valolähteistä, jotka ovat erikseen saatettavissa toimintaan. Tällaisia ovat esim. miniatyyrikokoiset hehkulamput, jotka säteilevät laajalla spekrialueella. 15 Eräässä sovellutuksessa jokaisen valoelimen yhteyteen on liitetty sopivan pituinen valokuitu. Tällainen ratkaisu voidaan toteuttaa esim. käyttäen ns. kuituhännäl-lä varustettuja hohtodiodeja. Tällaisen ratkaisun etuna on, että valoelimet voidaan sijoittaa vapaasti halut-20 tuun paikkaan. Valokuitujen päät sijoitetaan riviin säteilylähteen valoelinalustalle.

On todettava myös, että valoelimet ovat edullisimmin mitoiltaan olennaisesti samanlaiset, mutta niiden tuottaman säteilyn spektriset ominaisuudet voi-25 vat olla erilaiset eli niiden säteilyn aallonpituudet tai yleisemmin aallonpituusalueet voivat poiketa toisistaan. Näin voidaan laajentaa säteilylähteestä saatavan säteilyn säätöaluetta. Valoelimet voivat luonnollisesti olla identtisiä.

30 Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuk sessa hohtodiodit on varustettu lisäaineskerroksella, kuten epoksi- tai silikonikerroksella. Lisäainekerrok-sen tarkoituksena on suojata hohtodiodia ympäristöä vastaan ja sovittaa hohtodiodimateriaalin taitekerroin 35 runko-osan yhteydessä olevan valoa läpäisevän tilan taitekertoimeen rajapinnassa taphtuvien heijastushävi-öiden minimoimiseksi. Esimerkiksi GaAS-materiaalille 8 9 6 3'! 7 taitekerron n=3.6 ja ilmalle n=l. Voidaan osoittaa, että lisäaineskerros, jonka taitekerroin n=1.5 ja jonka ilmaan rajoittuva rajapinta on muotoiltu puolipallon muotoon, parantaa yhdistelmän optista hyötysuhdetta 5 kertoimella 2,25. Lisäaineskerros muodostetaan paljaiden hohtodiodipalojen päälle, jotka on ensin kiinnitetty ja sähköisesti kontaktoitu substraatille.

Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuksessa runko-osan tila on ontelo, joka on edullisesti 10 pitkänomainen ja säteilylähteen akselin suuntainen. Tila voi olla hermeettisesti suljettu ilmaa tai sopivaa suojakaasua sisältävä tila tai ainakin osittainen tyhjö. Tällainen tila läpäisee hyvin säteilyä eikä se edullisimmin sisällä mitään ylimääräisiä partikkeleita. 15 Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuk sessa runko-osa on metallia, jonka sisäpuolelle mainittu ontelomainen tila on järjestetty.

Säteilylähteen eräässä edullisessa sovellutuksessa runko-osan tila on muodostettu valoa läpäisevästä 20 materiaalista, kuten lasista tai muovista. Va-loelinalusta ja optiikkarunko voidaan tällöin kiinnittää tilan vastakkaisiin päihin. Tähän kiinteään tilaan nähden optiikkarunkoa ja valoelinalustaa voidaan säätää ja lukita paikoilleen. Mahdolliset raot sekä optiikka-25 rungon ja tilan välissä että valoelinalustan ja tilan välissä voidaan sopivasti valaa umpeen epoksilla, sili-konilla tai muulla vastaavalla valoa hyvin läpäisevällä aineella.

Yleisesti ottaen säteilylähteen runko-osan 30 tulee olla riittävän stabiilia materiaalia, jonka muodonmuutokset esim. lämpötilan vaikutuksesta ovat pieniä. Kysymykseen tulevia materiaaleja ovat esimerkiksi useat metallit, kuten teräs, messinki tai alumiini. On kuitenkin selvää, että runko-osa voidaan myös valmistaa 35 jostain muusta materiaalista, joka täyttää asetetut vaatimukset.

Keksinnön kohteena on myös jonkin edellä esi- ο 9 6 31 8 tetyn sovellutuksen mukaisen säteilylähteen viritysjär-jestely.

Keksinnön mukaiseen viritys järjestelyyn kuuluu optinen kaistanpäästösuodin, kuten interferenssisuodin, 5 ja radiometri, jotka on asetettu säteilylähteen va-loelinalustan lähtöaukon ulkopuolelle runko-osan pituusakseliin nähden valoelinalustan poikkisuuntaisen aseman optimaaliseksi säätämiseksi ja optisten välinei-sen fokusoinnin säätämiseksi.

10 Viritys järjestelyn eräässä sovellutuksessa kaistanpäästösuotimen, kuten interferenssisuotimen päästökaistan keskiaallonpituus ja puoliarvon leveys ovat samat kuin tietyllä säätämisen aikana toimintaan saatetulla valoelimellä, kuten yhdellä hohtodiodeista, 15 halutaan tuottaa.

Viritys suoritetaan edellä esitetyn viritys-järjestelyn avulla siten, että radiometrillä rekisteröidään lähtöaukosta tulevalle säteilylle maksimisig-naali. Tämä järjestely tuottaa optimaalisen virityksen 20 säteilylähteestä saatavan tehon ja säteilyspektrin puoliarvoleveyden suhteen juuri virityksessä käytetylle aallonpituuskaistalle. Tämä viritysmenettely edellyttää, että optiikkarunko on valmiiksi asetettu riittävän lähelle oikeaa etäisyyttä valoelinalustasta, jolloin 25 maksimisingaali ja oikeat säädöt on mahdollista löytää. Alustava etäisyys valoelinalustan ja optiikkarungon välille voidaan asetaa esimerkiksi mittaamalla. Tällaista järjestelyä voidaan käyttää optiikkarungon eli optiikan fokusoinnin hienosäätöön.

30 Säteilylähteen viritysjärjestelyn eräässä sovellutuksessa viritysjärjestelyyn kuuluu toinen va-loelinalusta, johon on kiinnitetty yksi valoelin, kuten hohtodiodi, ja siihen on järjestetty lähtöaukko, joka on varsinaista ensimmäistä valoelinalustan lähtöaukkoa 35 suurempi, johon lähtöaukkoon on sovitettu varjostin, joka toinen valoelinalusta asetetaan säteilylähdettä viritettäessä ensimmäisen varsinaisen valoelinalustan i 89 6 3 Ί 9 paikalle ja jonka toisen valoelinalustan avulla optiik-karunko sovitetaan runko-osaan siten, että valoelimen säteilystä saadaan aikaan terävä spektri varjostimelle.

Toisen valoelinalustan avulla voidaan asettaa 5 alustava etäisyys optiikkarungolle. Tämän jälkeen seuraa vielä varsinaisen valoelinalustan asettaminen siten, että haluttu säteilyspektri saadaan säteilylähteen lähtöaukosta ulos. Menetelmää voidaan soveltaa niihin säteilylähteisiin, joissa käytetään näkyvän valon alu-10 eella emittoivia valoelimiä, tai käytetään lähi-IR alueella emittoivia valoelimiä, joiden säteily saadaan näkyviin CCD-kameran välityksellä tai katsomalla IR-kiikarilla.

Keksinnön eduista voidaan lisäksi todeta seu-15 raavaa. Säteilylähteellä on yksinkertainen, kustannuksiltaan edullisista rakenneosista koostuva optomekaani-nen rakenne, joka sisältää valmistusvaiheessa lukittavan virityksen. Säteilylähteellä voidaan lisäksi toteuttaa runsaasti mittausaallonpituuskaistoja, tyypil-20 lisesti 2-16, joiden kaistojen puoliarvoleveydet ovat suhteellisen kapeat, tyypillisesti luokkaa 10 - 40 nm. Säteilylähteen optinen suorituskyky täyttää useiden analysaattorien, kannettavien instrumenttien ja väri-mittarien asettamat vaatimukset säteilytehon ja aallon-25 pituuserottelukyvyn suhteen.

Edelleen keksinnön etuna on, että valoelin-alustalle so. sopivalle substraatille hybriditekniikal-la toteutettu hohtodiodirivi mahdollistaa joustavan sovellutuskohtaisen muunneltavuuden hohtodiodien valin-30 nan, määrän ja sijoittelun suhteen. Samassa säteily-lähteessä olevat hohtodiodit ovat joko samanlaisia tai sopivasti lähtösäteilyspektrinsä suhteen valittuja. Samalle valoelinalustalle on toteutettu lähtörako, joten optiikan keskeiset ei-säädettävissä olevat dimen-35 siot voidaan valmistaa sarjatuotannossa toistettavasti.

Keksinnön etuna on edelleen, että optiikkarun-gon ja siihen kuuluvien optisten välineiden säätäminen 8 y 6 31 ίο valmistusvaiheessa ja optiikkarungon lukitseminen runko-osaan mahdollistaa ominaisuuksiltaan samanlaisten ja viritykseltään pysyvien säteilylähteiden valmistamisen.

Edelleen keksinnön etuna on, että säteilyläh-5 teen optinen ja optomekaaninen rakenne voidaan toteuttaa kooltaan pienenä. Esimerkiksi säteilylähteen halkaisija voi olla suuruusluokaltaan 20 mm ja sen pituus 40 mm. Tämä kokoluokka mahdollistaa helpon käytettävyyden kannettavien ja yleensä pienikokoisten analysaatto-10 rien ja muiden spektroskooppisten instrumenttien osana.

Keksinnön etuna on lisäksi, että suhteellisen pienestä koosta johtuen optisten komponenttien ja erityisesti heijastushilan hinta jää alhaiseksi, koska näiden osien pinta-alat ovat pieniä. On todettava, että 15 master-tyyppisten sekä holografiamenetelmällä että uurtamalla valmistettujen hilojen hinnat ovat verrannollisia hilan pinta-alaan. Säteilylähteessä voidaan periaatteessa käyttää myös replika-tyyppisiä hiloja, jotka ovat kustannuksiltaan vielä edullisempia. Näin 20 ollen säteilylähteen valmistuskustannukset voidaan saada kohtuullisiksi sarjatuotantoa ajatellen.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaista säteilylähdet-25 tä pitkittäisenä poikkileikkauskuvana; kuva 2 esittää kaaviomaisesti valoelin alustaa ja läh-töaukkoa edestä katsottuna; kuva 3 esittää kaaviomaisesti säteilylähteen optista rakennetta ja toimintaa; 30 kuva 4a esittää esimerkinomaisesti hohtodiodin sätei-lyspektriä ja kuva 4b keksinnön mukaisesta säteilylähteestä saatavaa säteilyspektriä kaaviomaisesti; kuva 5 esittää säteilylähteen virityksessä käytettävää 35 toista valoelinalustaa.

Kuvan 1 mukaiseen säteilylähteeseen kuuluu runko-osa 1, joukko hohtodiodeja 2, optiset välineet 3 i 11 89651 ja lähtöaukko, kuten lähtörako 4.

Runko-osa 1 on pitkänomainen sylinterimäinen osa, joka on varustettu runko-osan pituusakselin A - A suuntaisella tilalla, kuten ontelolla 5. Runko-osan 1 5 päädyt la, Ib on varustettu vastaavasti ontelon ensimmäisellä laajennuksella 5a ja ontelon toisella laajennuksella 5b. Runko-osa 1 on metallia, edullisesti terästä.

Hohtodiodit 21, 22, 23. . . ovat hohtodiodipaloja, 10 jotka on järjestetty suoraan riviin 2 pienen etäisyyden päähän toisistaan valoelinalustalle 6, kuten kuvasta 2 voidaan nähdä. Valoelinalusta 6 on muodostettu kera-miikkasubstraatista. Hohtodiodipalat 21, 22, 23, .. . on toteutettu valoelinalustalle 6 eli tässä tapauksessa 15 keraamiselle substraatille hybriditekniikalla. Hohtodiodipalat on varustettu epoksikerroksella 7. Epoksi-kerros 7 on toteutettu asettamalla kunkin hohtodiodi-palan päälle tippa epoksia tai silikonia, joka on diodien toiminta-aallonpituuskaistalla mahdollisimman lä-20 pinäkyvää.

Valoelinalustalle 6 on lisäksi sovitettu kon-taktinastat 11, jotka on yhdistetty johtimin 12 hohto-diodipaloihin 21, 22, 23, .... Kontaktinastojen kautta syötetään tarvittava virta hohtodiodeille niitä käytet-25 täessä.

Optisiin välineisiin 3 kuuluu sylinterimäinen optiikkarunko 8, johon on sovitettu varsinaiset optiset osat säteilyn käsittelemiseksi. Optiikkarunko 8 on kiinnitetty runko-osan 1 toisen päädyn yhteydessä ole-30 vaan ontelon 5 laajennukseen 5b. Tällöin se on runko-osan ontelossa 5 pituusakselin A - A suunnassa etäisyyden päässä hohtodiodirivistä 2.

Varsinaisiin optisiin osiin säteilyn käsittelemiseksi kuuluu linssijärjestely 9 ja heijastushila 35 10, jotka on kiinteästi kiinnitetty optiikkarunkoon 8.

Tässä tapauksessa linssijärjestely on toteutettu taso-kuperasta linssistä. Heijastushila on sovitettu kulmaan 12 p G ί ϊ 1 .) 7 Ο 7 ι optiikkarungon 8 pituusakselia Β-Β ja samalla koko säteilylähteen ja runko-osan pituusakselia A-A vastaan.

Lähtörako 4 on sovitettu valoelinalustalle 6 etäisyyden päähän hohtodiodirivistä 2. Hohtodiodirivi 2 5 ja lähtörako 4 sijaitsevat symmetrisesti akselin A-A kautta kulkevaan tasoon nähden.

Valoelinalusta 6 ja optiikkarunko 8 ovat runko-osaan 1 nähden liikutettavissa ja paikalleen lukittavissa säteilylähteen viritystoimenpiteiden jälkeen. 10 Kun säteilylähdettä kootaan, optiikkarunko 8 asetetaan runko-osan 1 ontelon 5 toiseen laajennukseen 5b ja lukitaan paikalleen aukkojen 13 kautta syötettävän liiman tai vastaavan kiinnitysaineen avulla. Jähmettynyt liima 14 tms. sitoo optiikkarungon tukevasti pai-15 kalleen haluttuun kohtaan. Valoelinalusta 6 sovitetaan vuorostaan runko-osan 1 ensimmäiseen laajennukseen 5a ja liimataan tai muulla sopivalla tavalla kiinnitetään laidoistaan halutulle kohdalle runko-osaan 1. Jähmettynyt liima 15 tms. pitää luotettavasti valoelinalustan 6 20 halutussa kohdassa. Viritystoimenpiteiden suorittamiseen palaamme jäljempänä.

Kuvan 1 mukaisen säteilylähteen toimintaa havainnollistetaan kuvien 3, 4a ja 4b avulla. Kaikista hohtodiodiriviin 2 kuuluvista hohtodiodipaloista 21, 22, 25 23... saadaan samanlaiset lähtösäteilyn spektrikäyrät.

Tällainen käyrä on esitetty kaaviomaisesti kuvassa 4a, jossa lähtevän säteilyn intensiteetti I on esitetty aallonpituuden λ suhteen. Hohtodiodin säteilyspektri on leveän kellokäyrän L muotoinen, jonka keskiaallonpituus 30 on λ.

k Säteilylähteessä hohtodiodipalojen 21, 22, 23. . . tuottama säteily kerätään ja säteily hajoitetaan spektriksi ja kohdistetaan lähtörakoon 4. Hohtodiodipaloista lähtevä säteily käsitellään optisilla välineillä 3. 35 Kunkin hohtodiodipalan tuottamasta säteilystä saadaan lähtörakoon 4 haluttu aallonpituusalue Δλ, joka riippuu tämän palan 2 , 2 , 2 , 2 paikasta valoelinalustalla b 9 6 S1 13 6. Kuvassa 3 on havainnollistettu valonsäteitten kulkua hohtodiodeista 21, 22 ja 23 linssi järjestelyn 9 ja hei-jastushilan 10 kautta edelleen lähtörakoon 4. Tällöin säteilylähteestä lähtevän säteilyn spektrit ovat kapei-5 ta aallonpituuskaistoja tai -alueita S kuvassa 4b kunkin hohtodiodin lähtöspektrin L rajoittamalla alueella Δλ , Δλ2, Δλ3, . . . kuvassa 4a. Näin ollen saattamalla hohtodiodi 21 toimimaan saadaan lähtöraosta 4 ulos säteilyspektri alueella Δλχ ja vastaavasti saattamalla 10 jokin hohtodiodeista 22, 23, . . . , 28 toimimaan saadaan vastaavasti säteilylähteen lähtöspektriksi Δλ2, Δλ3, Δλ4,..., Δλ0.

Kukin hohtodiodeista 21, 22, 23,. . ., 28 saatetaan toimimaan yksitellen ohjausyksikön 16 avulla, 15 johon sopivasti tulo- ja lähtökanavan 17 kautta voidaan liittää ulkopuolisia laitteita.

Lähtevän säteilyn kaistojen Δλ3, Δλ2, Δλ3, . . . puoliarvon leveyteen voidaan vaikuttaa heijastushilan 10 hilavakiolla, hohtodiodipalojen dimensioilla ja 20 linssi järjestelyn 9 polttovälillä. Säteilylähteellä katettu kokonaisaallonpituusalue määritetään hilavakion valinnalla, linssijärjestelyn polttovälillä ja hohto-diodirivin 2 pituudella. Optisten välineiden aberraati-ot voidaan minimoida sovellutuksen asettamien vaatimus-25 ten mukaisiksi käyttäen linssijärjestelyssä 9 tasokupe-ran linssin sijasta esim. asfääristä lasi- tai muovi-linssiä, dupletti- tai triplettioptiikkaa. Holografi-sella valmistusmenetemällä heijastushilan hilavakio voidaan hallita tarkasti ja asettaa esim. arvoon 1200 ί 30 1 viivaa/mm.

Säteilylähteen valmistusvaiheessa runko-osaan 1 liitetään valoelinalusta 6 ja optiikkarunko 8. Valo-elinalustalle 6 on tällöin jo asennettu hohtodiodit 2 ja alustaan on järjestetty lähtörako 4. Vastaavasti 35 optiikkarunkoon 8 on sovitettu linssi järjestely 9 ja heijastushila 10. Säteilylähteen toiminnalliset säädöt toteutetaan viritys järjestelyn avulla, jonka jälkeen d 9 6 ό 1 14 valoelinalusta 6 ja optiikkarunko 8 lukitaan pysyvästi paikalleen. Optiikkarungon 8 lukitseminen voidaan suorittaa kanavien 13 kautta puristettavalla liimalla tai silikonilla. Mikäli optiikkarunko 8 on valmistettu 5 metallista, se voidaan myös juottaa tai hitsata piste-hitsausta hyväksi käyttäen paikalleen.

Säteilylähteen säätäminen voidaan toteuttaa kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä säätövaiheessa optiikkarunko 8, johon linssi järjestely 9 ja heijastushi-10 la 10 on valmiiksi kiinnitetty, liikutetaan runko-osan 1 ontelossa 5, erityisesti ontelon toisessa laajennusosassa 5b. Tällöin optisten välineiden 3 avulla toteutettu säteilyn fokusointi lähtöraon 4 suhteen voidaan asettaa kohdalleen. Toisessa säätövaiheessa 15 hohtodiodirivin 2 ja lähtöraon 4 sisältävä va loelinalusta 6 säädetään kohdalleen akseliin A - A nähden kohtisuorassa tasossa, jolloin säteilyspektri kohdistetaan lähtörakoon 4 nähden oikein ja aallonpi-tuusasteikko so. lähtevän säteilyn valittavat kapeat 20 aallonpituusalueet Δλχ, Δλζ, Δλ3, ···, Δλβ asetetaan kohdalleen.

Ensimmäisen säätövaiheen helpottamiseksi viritys järjestelyssä käytetään toista valoelinalustaa 19, joka on esitetty edestä katsottuna kuvassa 5. Toiseen 25 valoelinalustaan 19 on kiinnitetty yksi hohtodiodi 20. valoelinalustaan 19 on lisäksi järjestetty lähtöaukko 21, joka on varsinaista ensimmäisessä valoelinalustassa 6 olevaa lähtörakoa 4 selvästi suurempi. Tähän lähtö-aukkoon 21 on sovitettu varjostin 22, kuten ohut kalvo, 30 joka läpäisee osittain säteilyä. Toinen valoelinalusta 19 asetetaan säteilylähdettä viritettäessä ensimmäisen varsinaisen valoelinalustan 6 paikalle. Toista valoelinalustaa 19 käyttämällä optiikkarunko 8 sovitetaan runko-osan 1 onteloon 5 so. ontelon toiseen laajennuk-35 seen 5b siten, että hohtodiodin 20 säteilystä saadaan aikaan terävä spektri varjostimelle 22. Tämän jälkeen optiikkarunko 8 lukitaan paikalleen. Optiikkarungon 1 15 > 6 ό ί liikutteluun runko-osaan 1 nähden voidaan käyttää sopivaa mekaanista apuvälinettä.

Ensimmäinen säätövaihe voidaan toteuttaa myös siten, että mitataan se asema, johon optiikkarunko 8 on 5 sen optisten ominaisuuksien perusteella runko-osan 1 ja valoelinalustan 6 suhteen asetattava, jotta fokusointi on kohdallaan. Tämä jälkeen optiikkarunko 8 asetetaan paikalleen. Hienosäätö toteutetaan sopivin mekaanisin apuvälinein liikuttamalla optiikkarunkoa siten, että 10 hohtodiodin säteilystä saadaan terävä spektri valoelinalustan 6 lähtörakoon 4. Tässä voidaan käyttää apuna myös kaistapäästösuodinta ja radiometriä kuten seuraa-vassa esitetään.

Säteilylähteen säätäminen voidaan toteuttaa 15 myös viritys järjestelyn avulla, johon kuuluu kaistan-päästösuodin, edullisesti interferenssisuodin 23, ja radiometri 24, kuten kuvassa 1 on esitetty. Interferenssisuodin 23 ja radiometrin ilmaisin 25 on asetettu säteilylähteen lähtöraon 4 ulkopuolelle säteilylähdettä 20 säädettäessä. Yksi hohtodiodirivin 2 hohtodiodipalois-ta 21, 22, ... aktivoidaan ja valitaan sellainen interferenssisuodin 23, jonka päästökaistan keskiaallonpi-tuus ja puoliarvon leveydet ovat samat kuin ne arvot, jotka tällä aktivoidulla hohtodiodipalalla halutaan 25 tuottaa.

Viritysjärjestelyä käytetään valoelinalustan 6 asettamiseen säteilylähteen akseliin A - A nähden poik-kisuunnassa optimaaliseen asemaan ja optiikkarungon 8 aseman ja optiikkaosien 3 fokusoinnin hienosäätöön. 30 Viritys suoritetaan siten, että radiometrille ilmai simen 25 avulla rekisteröidään maksimisignaali, jolloin valoelinalusta 6 on runko-osan 1 pituusakseliin ja samalla säteilylähteen akseliin A - A nähden poikkisuun-nassa optimaalisessa asemassa. Viritys järjestely tuot-35 taa ilmeisen optimaalisen säteilylähteen virityksen säteilyn tehon ja puoliarvon leveyden suhteen juuri virityksessä käytetylle aallonpituuskaistalle. Viritys 8 9 6 3 Ί 16 siis toteutetaan yhden hohtodiodirivin 2 hohtodiodipa-lan 21, 22, ... avulla käyttämällä juuri tälle sopivaa interferenssisuodinta 23, kuten edellä esitettiin. Viritys voidaan luonnollisesti tarkistaa jonkin toisen 5 hohtodiodipalan avulla käyttämällä sille sopivaa interferenssi suodinta .

Lähtösäteen tehon monitorointi säteenjakajan ja ilmaisimen avulla sekä mahdollinen kollimointi tai fokusointi voidaan tarvittaessa toteuttaa keksinnön 10 kohteena olevan säteilylähteen lähtöraon 4 tai -aukon välittömässä läheisyydessä esim. runko-osan 1 yhteyteen liitettävässä erillisessä lisäosassa. Ainakin osa tarvittavissa komponeneteista voidaan sovittaa valoelin-alustalle 6 lähtöraon toiselle puolelle, jos se on 15 sovellutuksen kannalta tarpeellista. Tehon monitorointia voidaan käyttää hohtodiodien 2 tehosäätöön tai vakioimiseen, kuten suomalaisessa patenttijulkaisussa FI 77736 on esitetty.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet-20 tyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (12)

17 *9651

1. Säteilylähde, johon kuuluu - runko-osa (1), jossa on säteilyä läpäisevä tila (5); 5. joukko valoelimiä (2; 21, 22, 23, . . . ), jotka on jär jestetty pienten etäisyyksien päähän toisistaan; - optiset välineet (3), joiden avulla valoelimien tuottamaa säteilyä kerätään ja säteily hajoitetaan spektriksi; ja 10. lähtöaukko (4), jonka kautta haluttu osa säteilys- pektristä (Δλ3, Δλ2, Δλ3,...) ohjataan ulos säteilylähteestä, jonka runko-osan (1) yhteyteen valoelimet (2; 2X, 22, 23,. .. ), optiset välineet (3) ja lähtöaukko (4) on sovitettu, tunnet tu siitä, että optisiin 15 välineisiin (3) kuuluu optiikkarunko (8), johon on sovitettu varsinaiset optiset osat (3) säteilyn käsittelemiseksi; säteilylähteeseen kuuluu valoelinalusta (6), johon on järjestetty valoelimet (2; 21, 22, 23,... ) rivin muotoon ja lähtöaukko (4); jotka optiikkarunko 20 (8) ja valoelinalusta (6) on sovitettu tilan (5) yh teyteen etäisyyden päähän toisistaan siten, että op-tiikkarungon (8) ja valoelinalustan (6) välinen etäisyys on säädettävissä runko-osaan (1) ja tilaan (5) nähden sellaiseen asemaan, että jokainen valoelimillä 25 (2; 21, 22, 23, . . . ) tuotettu säteilyspektri kuvautuu lähtöaukon (4) tasoon; ja joka valoelinalustan (6) ja erityisesti lähtöaukon (4) asema on säädettävissä olennaisesti kohtisuorassa tasossa säteilylähteen akseliin (A-A) nähden siten, että jokaiselta valoelimeltä (2; 21, 30 22, 23,... ) haluttu osa säteilyspektristä (Δλχ, Δλ2, Δλ3, . . . ) kuvautuu juuri lähtöaukon (4) kohdalle; ja joiden säätötoimenpiteiden jälkeen optiikkarunko (8), valoelinalusta (6) ja lähtöaukko (4) lukitaan paikalleen runko-osan (1) ja tilan (5) suhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säteilyläh de, tunnettu siitä, että valoelimet (2; 21, 22, 23,..· ) on sovitettu valoelinalustalle (6) lähtöaukon 8 9 6 ό Ί 18 (4) viereen siten, että säteilylähteen akseli (A-A) kulkee olennaisesti kohtisuorasta valoelimien ja lähtö-aukon välistä ja että optiikkarungon (8) akseli (B-B) yhtyy säteilylähteen akseliin (A-A).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sätei lylähde, tunnettu siitä, että valoelinalusta (6) on muodostettu keramiikkasubstraatista tai vastaavasta dimensioiltaan stabiilina pysyvästä materiaalista.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että varsinaisiin optisiin osiin (3) säteilyn käsittelemiseksi kuuluu linssi järjestely (9) ja heijastushila (10), edullisesti holografinen heijastushila, jotka on kiinteästi kiin- 15 nitetty optiikkarunkoon (8).

5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että varsinaisiin optisiin osiin (3) säteilyn käsittelemiseksi kuuluu fokusoiva holografinen heijastushila, joka on kiinteäs- 20 ti kiinnitetty optiikkarunkoon (8).

6. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen säteilylähde, tun nettu siitä, että valoelimet ovat hohtodiodeja (2; 21, 22, 23, .. . ).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen säteilyläh- 25 de, tunnettu siitä, että hohtodiodit (21, 22, 23,. . . ) on varustettu lisäaineskerroksella (7), kuten epoksi- tai silikonikerroksella.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että runko- 30 osan (1) tila (5) on ontelo (5); ja että runko-osa (1) on edullisesti metallia, edullisimmin terästä.

9. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 1 - 7 mukainen säteilylähde, tunnettu siitä, että runko-osan (1) tila (5) on muodostettu valoa lä- 35 päisevästä materiaalista, kuten lasista tai muovista.

10. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukaisen säteilylähteen viritysjärjestely, tunnet- ' , ' /· , -O O J O Ö l 19 t u siitä, että viritysjärjestelyyn kuuluu optinen kaistanpäästösuodin (23) ja radiometri (24), jotka suodin ja radiometrin ilmaisin (25) on asetettu valo-elinalustan (6; 19) lähtöaukon (4; 21) ulkopuolelle 5 runko-osan pituusakseliin (A - A) nähden poikkisuuntai-sen valoelinalustan aseman optimaaliseksi säätämiseksi ja optisten välineiden fokusoinnin säätämiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen viritys-järjestely, tunnettu siitä, että kaistanpääs- 10 tösuotimen (23) päästökaistan keskiaallonpituus ja puo-liarvonleveys ovat samat kuin tietyllä säätämisen aikana toimintaansaatetulla valoelimellä, kuten hohtodio-dilla ( 21, 22, 23,. .. ) halutaan tuottaa.

12. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 15 mukaisen säteilylähteen viritysjärjestely, tunnet- t u siitä, että viritysjärjestelyyn kuuluu toinen va-loelinalusta (19), johon on kiinnitetty yksi valoelin (20), ja siihen on järjestetty lähtöaukko (21), joka on ensimmäisen varsinaisen valoelinalustan (6) lähtöaukkoa 20 (4), suurempi, johon lähtöaukkoon on sovitettu varjos tin (22), joka toinen valoelinalusta (19) asetetaan säteilylähdettä viritettäessä ensimmäisen varsinaisen valoelinalustan (6) paikalle ja jonka toisen valoelinalustan (19) avulla optiikkarunko (8) sovitetaan 25 runko-osaan (1) siten, että valoelimen säteilystä saadaan aikaan terävä spektri varjostimelle. 20 5 6 ό I