FR3063145A1 - Micro-spectrometre et son procede de gestion - Google Patents
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Abstract
Micro-spectromètre (100) comprenant : - une installation d'éclairage (102) fournissant de la lumière (110), orientée vers un emplacement d'échantillon (106) recevant un échantillon (114), - une installation de détecteur (108) pour détecter l'intensité de la lumière (116), en étant orientée vers l'emplacement de l'échantillon (106), et - une installation de filtre (104), accordable pour laisser passer une plage choisie de longueurs d'onde (112) de la lumière (110) de l'installation d'éclairage (102) par l'emplacement de l'échantillon (106) vers l'installation de détecteur (108).
Description
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un microspectromètre et son procédé de gestion.
L’invention a également pour objet un appareil de commande de la gestion d’un micro-spectromètre, un programme d’ordinateur pour l’application du procédé et un support de mémoire pour l’enregistrement du programme représentant le procédé.
Etat de la technique
Dans un spectromètre on peut former l’image d’un spectre de la lumière avec une multiplicité de valeurs d’intensité saisies, décalées dans le temps. Les valeurs de l’intensité représentent chacune l’intensité du rayonnement d’une plage de longueurs d’onde. La plage de longueurs d’onde peut se régler à l’aide d’un élément de filtre accordé.
Exposé et avantages de l’invention
La présente invention a pour objet un micro-spectromètre comprenant une installation d’éclairage fournissant de la lumière orientée vers un emplacement d’échantillon recevant un échantillon pour le micro-spectromètre, une installation de détecteur pour détecter l’intensité de la lumière en étant orientée vers l’emplacement de l’échantillon et une installation de filtre, accordable pour laisser passer une plage choisie de longueurs d’onde de la lumière fournie par l’installation d’éclairage vers l’emplacement de l’échantillon et de cet emplacement, vers l’installation de détecteur.
Lorsqu’on éclaire certaines matières ou substances avec de la lumière, des composantes de la lumière peuvent avoir leur longueur d’onde de la lumière émise décalée par la matière, par rapport à celle de la lumière incidente. De ce fait, le spectre de réflexion de la matière est difficile à interpréter car les longueurs d’ondes décalées se combinent à des longueurs d’ondes analogues, non décalées ce qui donne de fausses valeurs de l’intensité.
Selon l’invention, la matière est éclairée avec la lumière d’une plage de longueurs d’onde choisie et la lumière renvoyée par la matière n’est saisie que dans la même plage de longueurs d’onde. Aussi longtemps que les longueurs d’onde décalées se situent en dehors de la plage des longueurs d’onde, on ne pourra les saisir ni les perturber.
Un micro-spectromètre selon l’invention est un composant miniaturisé, très intégré. Une installation d’éclairage est une source lumineuse fournissant une lumière en bande large. La source lumineuse est, par exemple, une source de lumière incandescente, une LED et/ou une source de matière éclairante.
L’emplacement de l’échantillon est l’endroit parmi plusieurs emplacements possibles qui se trouvent à proximité ou dans le micro-spectromètre et là où on place l’échantillon. La définition de l’emplacement de l’échantillon est, dans ces conditions, l’emplacement où se trouve effectivement l’échantillon pour effectuer la mesure.
Une installation de filtre peut être sélective en longueurs d’onde et/ou modulable. L’installation de filtre permet de régler la plage des longueurs d’onde pour répondre à un certain signal de longueurs d’onde. Une plage de longueurs d’onde est notamment une plage proche de la longueur d’onde de résonance, réglée ou d’une fréquence de résonance réglée de l’installation de filtre. Une installation de détecteur comporte un élément photoélectrique pour transformer l’intensité de la lumière en une valeur électrique.
L’installation d’éclairage et l’installation de détecteur peuvent être regroupées en une unité de spectromètre ou être placées au voisinage l’une de l’autre. L’installation de filtre peut être réalisée en une seule pièce. L’installation de filtre, l’installation d’éclairage et l’installation de détecteur peuvent être regroupées en une unité de spectromètre. Les deux unités peuvent elles-mêmes être intégrées. La réunion permet d’arriver à des dimensions compactes pour le microspectromètre.
L’installation d’éclairage comporte un élément optique pour envoyer la lumière d’une source lumineuse de l’installation d’éclairage vers l’emplacement d’échantillon, en particulier pour l’aligner et/ou le dévier. Un élément optique est, par exemple, une lentille, un miroir ou un prisme. L’orientation ou la déviation permet de donner au micro-spectre une structure très compacte.
L’installation de filtre comporte au moins un filtre FabryPérot, notamment un tel filtre accordable. Un filtre Fabry-Pérot ou un interféromètre comporte un intervalle entre deux surfaces réfléchissantes. La largeur de l’intervalle détermine la fréquence de résonance de la lumière entrant dans l’intervalle. La lumière dans une plage de longueurs d’onde proche de la fréquence de résonance n’est que faiblement amortie et peut ainsi traverser l’espace. La lumière en dessous de cette plage de longueurs d’onde réglée est amortie et ne passe pas par l’interféromètre. Le filtre de Fabry-Pérot peut se régler simplement sur différentes plages de longueurs d’onde passantes.
L’invention a également pour objet un procédé de gestion d’un micro-spectromètre consistant à fournir de la lumière, laisser passer une plage choisie de longueurs d’onde de la lumière vers un échantillon, laisser passer la plage de longueurs d’onde à partir de l’échantillon et détecter l’intensité de la lumière renvoyée par l’échantillon.
La plage de longueurs d’onde peut être modifiée dans le temps. Dans l’étape de détection on peut enregistrer le spectre chronologique de la lumière émise par l’échantillon.
Ce procédé peut être implémenté par exemple sous forme de programme ou de circuit ou sous une forme mixte de programme et de circuit, par exemple, sur un appareil de commande.
L’invention a en outre pour objet un appareil de commande pour exécuter, commander ou appliquer les étapes d’une variante d’un procédé présenté dans des installations appropriées. Cette variante de réalisation de l’invention sous la forme d’un appareil de commande permet de résoudre rapidement et efficacement le problème de base de l’invention.
Ainsi, l’appareil de commande comporte au moins une unité de calcul pour traiter des signaux ou des données, au moins une unité de mémoire pour enregistrer des signaux ou des données, au moins une interface de coupure avec un capteur ou un actionneur pour enregistrer des signaux par le capteur ou pour émettre des signaux de commande vers l’actionneur et/ou au moins une interface de communication pour enregistrer ou émettre des données intégrées dans un pro3063145 tocole de communication. L’unité de calcul est, par exemple, un processeur de signal, un microcontrôleur ou un moyen analogue et l’unité de mémoire est une mémoire flash, une mémoire EEPROM ou une mémoire magnétique. L’interface de communication enregistre les données transmises sans fil et/ou liées à une ligne de transmission ; l’interface de communication permet d’enregistrer des données liées à la puissance ou de les émettre ; ces données sont, par exemple, de nature électrique ou optique enregistrées par une ligne de transmission de données, correspondante ou transmettre par une ligne de transmission de données.
Un appareil de commande selon l’invention est un appareil électrique qui traite les signaux de capteur et en fonction de cela il émet des signaux de commande et/ou de données. L’appareil de commande comporte une interface réalisée comme programme et/ou comme circuit. Dans le cas d’une réalisation sous la forme d’un programme, l’interface est, par exemple, une partie d’un système ASIC qui comporte différentes fonctions de l’appareil de commande. Il est également possible que les interfaces comportent leur propre circuit de commutation, intégré ou du moins en partie, en composants discrets. Dans le cas d’une réalisation sous la forme de programmes, les interfaces sont des modules de programmes qui se trouvent, par exemple, dans un microcontrôleur à côté d’autres modules de programme.
Le micro-spectromètre selon l’invention comporte un appareil de commande tel que présenté ci-dessus.
Il est également avantageux que le produit-programme d’ordinateur ou le programme d’ordinateur avec un code programme soit enregistré sur un support lisible par une machine ou support de mémoire telle qu’une mémoire de semi-conducteurs, un disque dur ou une mémoire optique pour exécuter et appliquer et/ou commander les étapes du programme selon l’une quelconque des formes de réalisation développées, notamment pour que le produit-programme ou le programme puissent être exécutés sur un ordinateur, un appareil mobile, un smartphone ou un dispositif.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une représentation de micro-spectromètres, la figure 2 est un schéma par blocs d’un micro-spectromètre selon un exemple de réalisation de l’invention, la figure 3 représente les états d’excitation de rayonnement, la figure 4 montre la diffusion de Stokes, la figure 5 représente un exemple de réalisation d’un microspectromètre, et la figure 6 est un schéma d’un ordinogramme du procédé de gestion d’un micro-spectromètre selon un exemple de réalisation de l’invention.
Description de modes de réalisation de l’invention
La figure 1 montre différentes formes de réalisation de deux micro-spectromètres 100. Les deux micro-spectromètres 100 ont chacun une installation d’éclairage 102, une installation de filtre accordable 104, un emplacement d’échantillon 106 et une installation de détecteur 108. Le premier micro-spectromètre 100, représenté comporte une installation de filtre 104 entre l’installation d’éclairage 102 et l’emplacement d’échantillon 106. Dans le cas du second microspectromètre représenté 100, l’installation de filtre 104 se trouve entre l’emplacement de l’échantillon 106 et l’installation de détecteur 108.
L’installation d’éclairage 102 fournit une lumière 110 en bande large. Dans le cas du premier micro-spectromètre 100, la lumière 110 arrive sur l’emplacement d’échantillon 106 après avoir traversé l’installation de filtre 104. L’installation de filtre 104 ne laisse passer qu’une plage choisie de longueurs d’onde 112 de la lumière 110. A l’emplacement de l’échantillon 106, la lumière 110 ou la plage de longueurs d’onde 112 arrive sur l’échantillon 114 à analyser. L’échantillon 114 interagit avec la lumière 110 ou avec la plage des longueurs d’onde 112. Une partie de la lumière 110 ou de la plage de longueurs d’onde 112 est réfléchie et/ou diffusée sur l’échantillon 114 en direction de l’installation de détecteur 108. En variante ou en complément, la lu3063145 mière 110 ou la plage de longueurs d’onde 112 excitent l’échantillon 114 pour émettre de la lumière. La lumière 116 émise par l’échantillon 114 a des longueurs d’ondes dépendant de la matière de l’échantillon 114. Les longueurs d’ondes émises peuvent être à l’extérieur de la plage de longueurs d’onde 112.
Dans le cas du second micro-spectromètre 100, la lumière 116 émise par l’échantillon 114 traverse une installation de filtre 104 en amont de l’installation de détecteur 108 de sorte que seule la lumière 116 de la plage de longueurs d’onde 112 arrive sur l’installation de détecteur 108. L’installation de détecteur 108 transforme l’intensité de la lumière incidente 116 en une valeur d’intensité. Lorsque l’intensité de filtre 104 laisse passer dans le temps différentes plages de longueurs d’onde 112, alors on aura plusieurs valeurs d’intensité pour les différentes plages de longueurs d’onde 112 combinées en un spectre représentant la lumière 116 émise par l’échantillon 114.
Dans la plupart des cas, les systèmes de spectromètres 100 se composent d’une source lumineuse 102, un échantillon 114, un élément de filtre 104 et d’un détecteur 108. L’élément de filtre spectral 104 ou plusieurs éléments de filtre spectraux 104 tel que le filtre FabryPérot (FPI) se trouvent soit en amont, soit en aval de l’échantillon 114.
Avec de tels systèmes de spectromètres 100, actuels, compacts, on peut enregistrer des spectres très précis. Contrairement à des spectromètres de laboratoire, de grandes dimensions et coûteux (par exemple avec des jeux de filtres dichroïques) ces systèmes 100 ne peuvent éliminer les composants de lumière ayant des longueurs d’onde décalées, produits par l’interaction de la lumière avec certaines matières de l’échantillon.
La figure 2 est un schéma par blocs d’un microspectromètre 100 correspondant à un exemple de réalisation. Le microspectromètre 100 correspond pratiquement au micro-spectromètre représenté à la figure 1 et il comporte une installation d’éclairage 102, une installation de filtre accordable 104, un emplacement d’échantillon 106 et une installation de détecteur 108. L’installation de filtre 104 est placée entre l’installation d’éclairage 102 et l’échantillon 114 ou l’emplacement d’échantillon 106 ainsi qu’entre l’installation de détec3063145 teur 108 et l’échantillon 114 ou l’emplacement d’échantillon 106. Ainsi, on éclaire l’échantillon 114 avec des plages de longueurs d’onde 112 préalablement sélectionnées et seule la lumière 116 de cette plage de longueurs d’onde choisie 112 et qui est émise par l’échantillon 114 sera saisie par l’installation de détecteur 108. Si l’échantillon 114 génère de la lumière 116 ayant une longueur d’onde à l’extérieur de la plage de longueurs d’onde 112, cette lumière n’arrivera pas sur l’unité de détecteur 108.
Selon un exemple de réalisation, l’installation d’éclairage 102 et l’installation de détecteurs 108 sont intégrées dans une unité de spectromètre 200. L’installation de filtre 104 est située entre l’unité de spectromètre 200 et l’échantillon 106.
Selon un exemple de réalisation, l’installation d’éclairage 102, l’installation de détecteurs 108 et l’installation de filtre 104 sont intégrées dans une unité de spectromètre 200.
Un appareil de commande 202 pour gérer le microspectromètre 100 est relié à l’unité de spectromètre 200. L’appareil de commande 202 commande l’installation d’éclairage 102, l’installation de filtre 104 et l’installation de détecteur 108 par des signaux de commande 204. En outre, l’appareil de commande peut traiter des valeurs d’intensité.
L’installation de filtre 104 peut être réalisée sous la forme d’un filtre Fabry-Pérot. La plage de longueurs d’onde 112, ayant traversé ce filtre dépend de la largeur de l’intervalle entre deux surfaces réfléchissantes de l’installation de filtre 104. La largeur de l’intervalle définie par des longueurs d’onde de résonnance qui est peu amortie et peut ainsi traverser. La largeur de l’intervalle est réglable. Des longueurs d’onde de résonnance et les harmoniques de celles-ci peuvent traverser l’installation de filtre 104.
Le système de spectromètre 100 présenté se compose d’un système d’éclairage à bande large 102 pour éclairer l’échantillon 114, un système de filtre FPI 104, accordable pour le filtrage spectral de la lumière en amont et en aval de l’échantillon 114 selon la variante de réalisation et en plus un système optique et un système de détecteur 108.
Le système d’éclairage 102, le système de filtre FIP 104 et le système de détecteur 108 sont intégrés de façon compacte et l’ensemble peut se loger dans un boîtier commun. Le filtre FPI 104 peut être un élément MOEMS (microsystème opto-électro-mécanique).
En d’autres termes, la figure 2 montre un système de spectromètre 100 équipé d’un système de filtre 104 qui agit sur le chemin d’éclairage et le chemin de détection. Le filtrage de la lumière avec l’élément de filtre FPI accordable 104 à la fois en amont et en aval de l’échantillon 114 élimine la lumière fluorescente gênante ou la lumière à décalage de longueurs d’onde renvoyée par l’échantillon 114. Le système de spectromètre 100 fournit ainsi des spectres plus précis.
Cela permet, par exemple, d’économiser un bras de détection supplémentaire avec un diviseur de faisceau dichroïque et un détecteur et qui serait perpendiculaire à l’autre bras du détecteur. Ainsi le système de spectromètre 100 est plus compact et plus économique.
Grâce à l’utilisation d’un seul système de filtre FPI 104, le système de spectromètre 100 tel que décrit, est très économique et compact dans sa réalisation.
Le système d’éclairage 102 du système de spectromètre 100 selon l’invention comporte une source lumineuse et si nécessaire une optique de collimation. La source lumineuse est, par exemple, une lampe à incandescence, un émetteur thermique, un laser, une diode LED, une diode LED avec une source lumineuse de phosphore ou une source de rayonnement plasma. La source lumineuse peut avoir plusieurs sources de rayonnement qui se chevauchent de manière spectrale. La source de rayonnement peut être modulée mécaniquement, optiquement ou électriquement pour permettre une détection verrouillée.
Le système de filtre FPI 104 est intégré dans le système d’éclairage 102 et dans le système de détection 108. Ce système de filtre peut être un interféromètre de Fabry-Pérot FPI ou dans des cas particuliers, il peut s’agir de plusieurs interféromètres Fabry-Pérot FPI en série, par exemple, pour éliminer par filtrage des ordres supérieurs. Le ou les éléments FPI peuvent être, par exemple, formés d’un élément MOEMS. Ensuite on dirige le faisceau lumineux 112 sur l’échantillon 114.
Selon les propriétés de l’échantillon 114, la lumière incidente 112 sera transmise, réfléchie, réfléchie de manière diffuse, difractée ou absorbée et émise ; par exemple, dans le cas de matières qui contiennent de molécules de colorant ou des molécules ayant un comportement analogue. Par exemple, dans le dernier procédé, la longueur d’onde de la lumière réémise 116 se décale de façon significative. En pratique, on a généralement un chevauchement de ces procédés, ce qui complique considérablement l’exploitation des spectres récupérés.
La lumière 116 de l’échantillon 114 traverse de nouveau le même système de filtre FPI 104. Suivant la réalisation du système de spectroscope 100, on utilise différents composants optiques tels que, par exemple, une lentille, un diffuseur orienté particulièrement et/ou un élément qui limite le champ de vision. Ensuite, on détecte la lumière à l’aide d’un ou plusieurs détecteurs 108. Selon la longueur d’onde de la lumière 116, on peut avoir différents détecteurs 108, comme par exemple en Si, Ge, InGaAs ou PbSe.
Le système de spectroscopie 100 est commandé par une électronique 202 ; les données de mesure sont exploitées par ce circuit électronique. Pour la détection de très petits signaux ou de signaux encombrés de bruit, on peut utiliser la technique de verrouillage.
Les figures 3 et 4 montrent une représentation des états d’excitation 300, 306, 308 lorsqu’on excite par un rayonnement. On a représenté la diffusion de Stokes 400 pour une molécule sélectionnée. Si la matière fluorescente est éclairée par la lumière, le flux ou phosphore absorbe un photon et repasse à son état excité 300. Généralement la relaxation d’oscillations 302 restitue de l’énergie à l’environnement avant que le phosphore soit de nouveau relaxé dans son état fondamental 306 par l’émission d’un photon 304. De même le fluophosphore selon l’émission 304 renvoie des photons dans un état d’excitation 308 plus élevé que l’état fondamental 306.
Ainsi, la lumière émise 304 de grande longueur d’onde ou de faible énergie ici par comparaison avec la lumière incidente 110, sera décalée. Ces effets sont appelés diffusion de Stokes 400.
La solution présentée d’un micro-spectromètre avec un filtre FPI en amont ou en aval de l’interaction de la lumière avec ίο l’échantillon, filtre le faisceau lumineux et permet d’éliminer les composante 304 décalés en longueur d’onde passant de l’échantillon vers le détecteur et qui peut être une principale source d’erreur.
Si on éclaire l’échantillon qui en même temps est fluorescent et diffuse, diffracte ou réfléchit avec le système présenté ci-dessus, on pourra distinguer très simplement entre la lumière à décalage de longueurs d’onde et la lumière réfléchie, diffusée, transmise, réfléchie, non décalée en longueurs d’onde. Cela augmente les possibilités d’application du spectromètre de façon considérable. Le système de spectromètre ne comporte qu’un élément de filtre qui élimine la composante 304 de la lumière qui a été diffractée / émise avec une autre longueur d’onde incidente. La composante ayant la même longueur d’onde, diffusée / réfléchie sera la composante détectée. Le système de spectromètre présenté ci-dessus est économique et compact grâce à l’utilisation d’un élément filtrant.
La figure 5 représente un exemple de réalisation d’un micro-spectromètre 100. Le micro-spectromètre 100 correspond, pour l’essentiel, au micro-spectromètre de la figure 2 ; l’installation d’éclairage 102 a une source lumineuse 500 et un élément optique 502. L’élément optique 502 est ici un miroir installé dans l’intervalle 504 entre l’installation de filtre 104 et l’installation de détecteur 108. La source lumineuse 500 latéralement à côté de l’intervalle 504 est orientée vers l’élément optique 502. L’élément optique 502 dirige la lumière 110 de la source lumineuse 500 vers l’installation de filtre 104. L’installation de filtre 104 laisse passer la plage de longueurs d’onde 112 en direction de l’emplacement de l’échantillon 106.
La lumière 116 émise par l’échantillon non représenté ici arrive de nouveau sur l’installation de filtre 104 qui laisse de nouveau passer la plage de longueurs d’onde 112. La plage de longueurs d’onde traverse l’élément optique 502 dans l’intervalle 504 sur le côté latéral pour arriver sur l'installation de détecteur 108.
L’élément optique 502 est petit par rapport à l’installation de filtre 104 et l’installation de détecteur 108. Cela permet de recueillir beaucoup de lumière 116 issue de l’échantillon. Le micro-spectromètre 100 présente ainsi une lumière très intense.
Le montage de la source lumineuse 500, de l’élément de filtre 104 et de l’élément de détecteur 108 ainsi que des éventuels composants optiques 502 nécessaires, suivant les besoins permet différents modes de réalisation du système de spectroscopie 100. La figure 2 montre un exemple de réalisation simple sans composant optique supplémentaire. A la figure 5 on a présenté un exemple de réalisation avec un composant optique 502 supplémentaire servant à augmenter l’intensité lumineuse. L’angle d’incidence sur l’élément de filtre FPI 104 sera d’autant plus grand. Cela permet de regrouper beaucoup de lumière. On peut également envisager d’utiliser d’autres composants optiques tels que, par exemple, une optique de collimation ou une ou plusieurs lentilles ou des moyens analogues tels que, par exemple, en amont ou en aval de la source lumineuse.
La figure 6 montre l’ordinogramme d’un procédé 600 de gestion d’un micro-spectromètre selon un exemple de réalisation. Le procédé 600 peut s’exercer sur le micro-spectromètre comme il est présenté aux figures 2 et 5. Le procédé 600 a une étape de fourniture 602, une étape 604 de passage et une étape 606 de détection. Dans l’étape 602 de fourniture, on fournit la lumière en utilisant une installation d’éclairage. La lumière est alors en bande large et le spectromètre a une grande plage de fréquences. Dans l’étape de passage 604, en utilisant une installation de filtre, on laisse passer une plage de longueurs d’onde choisie, pour la lumière vers l’échantillon. En outre, dans l’étape de passage 604, l’installation de filtre laisse passer la plage de longueurs d’onde de l’échantillon vers l’installation de détecteur. Dans l’étape de détection 606 on détecte l’intensité de la lumière provenant de l’échantillon pour déterminer la valeur de l’intensité.
A partir du spectre de la lumière rayonnée par la source lumineuse, au premier passage l’élément de filtre laisse passer une plage de longueurs d’onde étroite. La lumière ayant passé coopère avec l’échantillon et une partie de la lumière renvoyée par l’échantillon traverse une nouvelle fois l’élément de filtre. Les composantes de lumière décalées en longueur d’onde par la coopération avec l’échantillon seront supprimées par filtrage et seule la longueur de la plage des longueurs d’onde qui correspond à la lumière incidente est détectée sur le détec3063145 teur. On enregistre un spectre par le balayage des longueurs d’onde de l’élément de filtre.
Pour limiter la plage spectrale, on peut utiliser d’autres filtres optiques à différents endroits du chemin du faisceau lumineux.
Pour calibrer l’élément de filtre FPI, on peut utiliser des références du système de spectroscopie.
io
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX
| 100 | Micro-spectromètre | |
| 102 | Installation d’éclairage | |
| 5 | 104 | Installation de filtre accordable / élément de filtre / filtre Fabry-Pérot FPI |
| 106 | Emplacement de l’échantillon | |
| 108 | Installation de détecteur | |
| 110 | Lumière en bande large | |
| 10 | 112 | Plage choisie de longueurs d’onde |
| 114 | Echantillon | |
| 116 | Lumière émise | |
| 200 | Unité de spectromètre | |
| 202 | Appareil de commande / électronique | |
| 15 | 204 | Signaux de commande |
| 300,306,308 | Etats d’excitation | |
| 302 | Relaxation de l’oscillation | |
| 304 | Emission de photons | |
| 306 | Etat fondamental | |
| 20 | 308 | Etat d’oscillation |
| 400 | Diffusion de Stokes | |
| 500 | Source lumineuse | |
| 502 | Elément optique / composant optique | |
| 504 | Intervalle | |
| 25 | 600 | Ordinogramme du procédé |
| 602 | Etape de fourniture | |
| 604 | Etape passante | |
| 606 | Etape de détection |
Claims (10)
- REVENDICATIONS 1°) Micro-spectromètre (100) comprenant :une installation d’éclairage (102) fournissant de la lumière (110), cette installation d’éclairage (102) étant orientée vers un emplacement d’échantillon (106) recevant un échantillon (114) pour le micro-spectromètre (100), une installation de détecteur (108) pour détecter l’intensité de la lumière (116), cette installation de détecteur (108) étant orientée vers l’emplacement de l’échantillon (106), et une installation de filtre (104), accordable pour laisser passer une plage choisie de longueurs d’onde (112) de la lumière (110) fournie par l’installation d’éclairage (102) vers l’emplacement de l’échantillon (106) et de cet emplacement (106), vers l’installation de détecteur (108).
- 2°) Micro-spectromètre (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’installation d’éclairage (102) et l’installation de détecteur (108) sont regroupées sous la forme d’une unité de spectromètre ou sont installées au voisinage Tune de l’autre et/ou l’installation de filtre (104) est réalisée en une seule pièce.
- 3°) Micro-spectromètre (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’installation de filtre (104), l’installation d’éclairage (102) et l’installation de détecteur (108) sont regroupées en une unité de spectromètre.
- 4°) Micro-spectromètre (100) selon Tune des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’installation d’éclairage (102) comporte un élément optique (202) pour orienter et/ou dévier la lumière (110) de la source lumineuse (200) de l’installation d’éclairage (102) vers l’emplacement de l’échantillon (106).
- 5°) Micro-spectromètre (100) selon Tune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’installation de filtre (104) comporte au moins un filtre de Fabry-Pérot, notamment un filtre de Fabry-Pérot accordable.
- 6°) Micro-spectromètre (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’installation d’éclairage (102) et/ou l’installation de filtre (104) sont modulables, notamment l’installation de filtre (104) comporte un filtre de Fabry-Pérot modulable.
- 7°) Micro-spectromètre (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ il comporte un appareil de commande.
- 8°) Procédé (600) de gestion d’un micro-spectromètre (100), comprenant les étapes suivantes consistant à :fournir (602) de la lumière (110), laisser passer (604) une plage choisie de longueurs d’onde (112) de la lumière (110) vers un échantillon (114), laisser passer (604) la plage de longueurs d’onde (112) à partir de l’échantillon (114), et détecter (606) l’intensité de la lumière (116) renvoyée par l’échantillon (114).
- 9°) Procédé (600) selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans l’étape (604) de passage, on modifie dans le temps, la plage de longueurs d’onde (112) et dans l’étape (606) de détection, on enregistre le spectre chronologique de la lumière (116) renvoyée par l’échantillon (114).
- 10°) Appareil de commande (202) pour exécuter les étapes du procédé (600) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020080367A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-06-27 | Ando Electric Co., Ltd. | Wavelength measuring apparatus and wavelength tunable light source device with built-in wavelength measuring apparatus |
| US20100097613A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-04-22 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Spectrometer and a method for controlling the spectrometer |
| WO2012136982A1 (fr) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Electronic Medical Solutions Ltd | Dispositif et procédé pour la détection d'analytes sanguins |
| WO2013065035A1 (fr) * | 2011-11-03 | 2013-05-10 | Verifood Ltd. | Système de spectrométrie à faible coût pour analyse d'aliments d'utilisateur final |
| US20140218736A1 (en) * | 2009-04-02 | 2014-08-07 | Teknologian Tutkimeskeskus Vtt | System and method for optical measurement of a target |
| EP3023767A1 (fr) * | 2014-11-19 | 2016-05-25 | Nxp B.V. | Dispositif d'interféromètre pour détecter une substance, et son procédé de fabrication |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012007030C5 (de) | 2012-04-05 | 2019-01-10 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Vorrichtung und Verfahren zur schnellen Aufnahme eines Absorptionsspektrums eines Fluids |
| US20170212049A9 (en) | 2014-08-01 | 2017-07-27 | Chad Allen Lieber | Method and Apparatus for Nondestructive Quantification of Cannabinoids |
-
2017
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-
2018
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020080367A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-06-27 | Ando Electric Co., Ltd. | Wavelength measuring apparatus and wavelength tunable light source device with built-in wavelength measuring apparatus |
| US20100097613A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-04-22 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Spectrometer and a method for controlling the spectrometer |
| US20140218736A1 (en) * | 2009-04-02 | 2014-08-07 | Teknologian Tutkimeskeskus Vtt | System and method for optical measurement of a target |
| WO2012136982A1 (fr) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Electronic Medical Solutions Ltd | Dispositif et procédé pour la détection d'analytes sanguins |
| WO2013065035A1 (fr) * | 2011-11-03 | 2013-05-10 | Verifood Ltd. | Système de spectrométrie à faible coût pour analyse d'aliments d'utilisateur final |
| EP3023767A1 (fr) * | 2014-11-19 | 2016-05-25 | Nxp B.V. | Dispositif d'interféromètre pour détecter une substance, et son procédé de fabrication |
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