WO2020053018A1 - Strahlleitende kavitätsstrukur, gassensor und verfahren zum herstellen der derselben - Google Patents

Strahlleitende kavitätsstrukur, gassensor und verfahren zum herstellen der derselben Download PDF

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Osram Oled GmbH
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    • G01N2201/0668—Multiple paths; optimisable path length

Definitions

  • a beam-guiding cavity structure In various embodiments, a beam-guiding cavity structure, a gas sensor and a method for
  • a conventional non-dispersive infrared (NDIR) gas sensor has an emitter and a detector, which are optically connected to one another by a gas cell. In the gas cell, the light path between the emitter and NDIR.
  • the increase in the light path leads to an increase in the sensor dimensions from one side and a decrease in the light incident on the detector surface due to optical losses, which leads to a poor signal-to-noise ratio of the gas sensor.
  • the object is achieved by a beam-guiding cavity structure.
  • the beam-guiding cavity structure has a cavity with at least a first curved surface and a second curved surface that span a cavity.
  • the cavity is set up in such a way that no or essentially no distance is formed laterally between the first focal point of the first curved surface and the second focal point of the second curved surface and the first focal point of the second curved surface next to the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface is arranged.
  • Surfaces can be the optical length of the beam-guiding
  • Cavity structure are enlarged, the spatial
  • Expansion of the beam-guiding cavity structure can be kept low. This clearly enables a compact, beam-guiding cavity structure.
  • the beam-guiding cavity structure is set up in such a way, for example with regard to the shape and reflectivity of the curved surface (s), that (a substantial part or essentially all) electromagnetic radiation from the second focal point is incident after (exactly one) reflection on the curved surface in the first focal point ,
  • the curved surface has an ellipsoidal shape.
  • a focal point can also be referred to as a mathematical focal point or focal point of a geometric curve.
  • the curved surface can have the shape of different ellipses in different directions, for example depending on the direction, can be described by means of different conic sections, and can therefore have more than two focal points.
  • the (partial) cavity spanned by means of a curved surface cannot point, mirror or in different spatial directions
  • a cavity is a cavity which is at least partially surrounded or defined by the curved surfaces.
  • the curved surface (s) are / are made by a material, for example one
  • Shaped body formed that encloses the cavity or
  • the material or the curved surface (s) can have one or more openings
  • the cavity can be of different types Embodiments to be open or incomplete or isolated.
  • the beam-guiding cavity structure is transparent to electromagnetic radiation between the second focal point of the first curved surface and the first focal point of the second curved surface, and is a gas
  • first and second curved surfaces span a cavity that is permeable to the electromagnetic
  • Radiation is and is set up to take up the analyte or a gas or gas mixture.
  • a curved surface has a radius of curvature.
  • the radius of curvature of the curved surface is not required to be viewed from one focal point for two different ones
  • the curved surface can have, for example, an elliptical shape with respect to a focal point.
  • the roughness or waviness of a "smooth surface" can also be described with a radius of curvature
  • the connecting path of the focal points begins at one of the two focal points and ends at the other focal point of the two focal points.
  • the connecting path of the focal points is to be understood as a geometric / mathematical construction and means that the first focal point is the second one Surface at least laterally to the connecting path of the first and second focal points of the first curved
  • first and second curved surface are offset, for example, if the first and second curved surface have the same shape and dimension, by rotating the second curved surface about the first focal point of the first curved surface (which is substantially positionally identical to the second
  • Focus of the second curved surface is).
  • the first focal point of the second curved surface is not direct (on the link) between the first and second focal points of the first
  • the focal points of the first and second curved surfaces are arranged in the same plane or in a common plane.
  • connection distance of the focal points can be at
  • linear eccentricity (the distance from the focal point to the geometric center) are described on both sides (from both focal points).
  • the object is achieved by a gas sensor.
  • the gas sensor has a beam-guiding cavity structure as described above.
  • the gas sensor has an emitter, which is used to emit one
  • electromagnetic radiation is set up, and has a detector which is used to detect the
  • the detector is optically coupled to the emitter by the beam-guiding cavity structure.
  • the beam-guiding cavity structure has the effect that the number of reflections of the electromagnetic radiation on the curved surface (s) between the focal points and thus the loss conduction is reduced.
  • the emitter can be operated at lower power and thus energy consumption can be reduced.
  • a detector with a lower one can be used
  • Sensitivity can be used.
  • the detection limit of an analyte gas to be detected
  • the detection limit of an analyte can be improved.
  • the task is characterized by a
  • the method comprises forming a cavity with at least one first curved one
  • the cavity is set up in such a way that no or essentially no distance is formed laterally between the first focal point of the first curved surface and the second focal point of the second curved surface.
  • the first focal point of the second curved surface is next to the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface
  • the task is characterized by a
  • the method involves forming a beam-guiding
  • Cavity structure with at least a first curved one
  • the cavity is set up in such a way that no or essentially no distance is formed laterally between the first focal point of the first curved surface and the second focal point of the second curved surface.
  • the first focal point of the second curved surface is next to the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface
  • the method also instructs
  • Arranging an emitter to emit one electromagnetic radiation is set up so that the emitter is optically coupled to the beam-guiding cavity structure.
  • the method further comprises arranging a detector which is used to detect the
  • electromagnetic radiation is set up so that the detector is optically coupled to the emitter by the beam-guiding cavity structure.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a
  • FIG. 2 shows schematic views of a gas sensor with a beam-guiding cavity structure according to various embodiments
  • Figure 3 is a flowchart of a method for
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a gas sensor 100 with a beam-guiding cavity structure 130 according to various embodiments.
  • a gas sensor 100 has a beam-guiding cavity structure 130, an emitter 120 and a detector 118.
  • the emitter 120 is set up to emit an electromagnetic radiation 106, 108.
  • the detector 118 is set up to detect the electromagnetic radiation 106, 108.
  • the detector 118 is through the beam-guiding
  • Cavity structure 130 optically coupled to the emitter.
  • beam-guiding cavity structure 130 has at least a first curved surface 102 and a second curved surface 104.
  • the first and second curved surfaces 102, 104 span a cavity (cavity 134).
  • the first curved surface 102 has at least a first focus 112 and a second focus 110, and the second
  • curved surface 104 has at least a first one
  • Focus 114 and a second focus 116.
  • the cavity 134 is set up in such a way that between the first focal point 112 of the first curved surface 102 and the second focal point 114 of the second curved surface
  • Surface 104 is laterally no or essentially no distance. In other words: the two curved surfaces 102, 104, for example in the form of in
  • Lengthwise halved ellipses have a common focus (also referred to as a mathematical focus or focus point).
  • the emitter 120 can be arranged in the second focal point 110 of the first curved surface 102 and is configured to emit the electromagnetic radiation 106, 108 in the direction of the first curved surface 102.
  • the first curved surface 102 is a
  • Collimator for collimating the electromagnetic radiation 106, 108 optional or not required.
  • the first curved surface 102 is designed to be highly reflective for the electromagnetic radiation 106, 108.
  • the curved surfaces 102, 104 are configured, for example, in such a way that they have a reflectivity of more than 80%, for example more than 90%, for example more than 95%, at the wavelength of the emitter 120
  • the first and / or second curved surfaces 102, 104 have electromagnetic radiation 106, 108.
  • the first and / or second curved surfaces 102, 104 have electromagnetic radiation 106, 108.
  • the first curved surface 102 and / or the second curved surface are essentially non-diffuse or scattering reflective.
  • the first and / or second curved surfaces 102, 104 are, for example, specular, specular or reflective.
  • the first and / or second curved surface 102, 104 are formed by a molded body or a
  • Coating formed from a smooth (e.g. polished) metal e.g. gold, silver, aluminum.
  • the shape and reflectivity of the first curved surface enables a part or a substantial part of the electromagnetic radiation 106, 108 from the emitter 120 with a small number of reflection, for example by means of only a single reflection in the case of an ellipsoidal first curved surface 102; arrives at the second focal point 112 of the first curved surface 102.
  • the second focal point 114 of the second curved surface 104 is at least laterally with no or none
  • the focal points 112, 114 are identical, the same or in
  • Electromagnetic radiation and thus the emitter 120 which is arranged in the second focal point 110 of the first curved surface 102, is imaged or reflected on the second focal point 116 of the second curved surface 104. Those in the second focal point 116 of the second curved
  • Electromagnetic radiation 106, 108 incident on surface 104 from first curved surface 102 becomes first focal point 116 of second curved surface 104 forwarded by means of a small number of reflections, for example only one reflection.
  • a detector 118 can be arranged in the first focal point 116 of the second curved surface 104
  • the second focal point of a third curved surface can be arranged in the first focal point of the second curved surface 104 (illustrated in FIG. 2).
  • two or more curved surfaces can be arranged “connected” or “coupled” in series.
  • Reflections This can make it possible for the electromagnetic radiation 106, 108 which is emitted by the emitter 120 to be passed on to the detector 118 by means of a small number of reflections.
  • a small number of reflections can have a small number of scattering and
  • Energy consumption of the emitter 120 are reduced and / or the sensitivity (the required signal-to-noise ratio) of the detector 118 is reduced.
  • Path length of the electromagnetic radiation 106, 108 between the emitter 120 and the detector 118 can be extended.
  • An analyte is a gas to be examined, whose
  • the presence or proportion in a gas mixture is to be recorded.
  • the cavity 134 is designed to be permeable for at least one gas (analyte) and at least one
  • the cavity is 134 for example set up as a gas permeable cavity.
  • the emitter 120 is set up with respect to the wavelength of the emitted electromagnetic radiation 106, 108 in such a way that the analyte emits it
  • electromagnetic radiation 106, 108 can at least partially absorb electromagnetic radiation 106, 108. From the loss of electromagnetic radiation (for example compared to a
  • the first curved surface 102 may be the second
  • curved surface 102 can be laterally offset or rotated by an angle around first focal point 112 of first curved surface 102 or second focal point 114 of second curved surface 104 (for example in the plane of the focal points) to second curved surface 104 . This can clearly illustrate
  • beam-guiding cavity are folded and their spatial extent is reduced, the length of the optical cavity being retained. This enables a compact
  • the angle between the connecting sections of the focal points of the first and second curved surfaces can have an amount in a range between 5 ° and 180 °, for example in a range between 20 ° and 180 °, for example in a range between 30 ° and 180 °, for example in a range between 45 ° and 180 °, for example 90 °.
  • the second focal point 116 of the second curved surface 104 is arranged next to the connecting section 132 of the first and second focal point 112, 110 of the first curved surface 102.
  • the first and second focal points 110/116, 112/114 of the first and second curved surfaces 102, 104 can each be at a distance
  • the first Focus is not identical to the second focus for the first curved surface and the second curved surface, respectively. Rather, one extends
  • the curved surface (s) are non-spherical, but are, for example, ellipsoidal, parabolic, hyperbolic or similar or a section or a combination thereof.
  • the curved surface has, for example, the shape of an ellipse halved in the longitudinal direction.
  • the connecting straight line from a point on the curved surface to the first and second focal points can be a mirror image of the normal to the reflected surface at this point.
  • the distance difference of points on the curved surface can be constant, for example at one
  • hyperbolic shaped curved surface
  • the cavity 134 can be set up such that the
  • Connection path of the first and second focal point of the second curved surface 104 is arranged (see
  • the cavity 134 is set up such that the connecting path of the first and second
  • the first and second focal points 110/116, 112/114 of the first and second curved surfaces 102, 104 can be arranged in a common plane - in FIG. 1 by means of the surface of the carrier 140.
  • first and second focal points 112, 110 may be the first curved surface 102 may be arranged in a first plane and the first and second focal points 114, 116 of the second curved surface 104 may be arranged in a second plane.
  • the second level can be arranged at a distance from the first level.
  • the first curved surface 102 may have the same shape as the second curved surface 104.
  • the distance 132 between the first and second focal points 112, 110 of the first curved surface 102 may be equal to or substantially the same as the distance between the first and second focal points 116, 114 of the second curved surface 102
  • the beam is
  • the cavity 134 can have a gas inlet and a gas outlet.
  • the gas inlet and / or gas outlet are / is, for example, a multiplicity of openings which are distinguished by the plates or
  • Shaped body extend, for example in the form of
  • the curved surfaces may be as in
  • Substantially closed surfaces are formed and a gas inlet at a first end of the cavity 134 and a gas outlet at a second end that is the first end
  • the gas to be examined flows through the cavity in the longitudinal direction.
  • the gas sensor 100 is set up as a portable or mobile device
  • SiP system-in-package
  • the gas sensor 100 has a reference emitter detector arrangement.
  • the reference emitter detector arrangement has, for example, a reference detector which is optically coupled to a reference emitter by a beam-guiding reference cavity, for example in accordance with one above or below
  • the beam-guiding reference cavity structure is free of analyte, for example, whereby its absorption can be determined, can be used to detect the aging of the detector 118 and / or emitter 120 and / or can be used to damage the beam-guiding cavity structure 130, the detector 118 and / or the emitter 120.
  • an emitter 120 can be used
  • a semiconductor chip that can provide electromagnetic radiation can be understood as an LED chip.
  • An emitter 120 can, for example, have a semiconductor chip that provides electromagnetic radiation
  • a packaging can be on or above the semiconductor chip
  • the Packaging can be designed, for example, as an encapsulation, optical lens and / or as a converter element.
  • a wired light emitting diode can be a semiconductor chip
  • the semiconductor chip can, for example, be encapsulated with a plastic cap.
  • the plastic cap can protect the LED chip from external, harmful influences during production and operation.
  • An overlying light-emitting diode can have an LED chip in a housing.
  • the housing can be fixed with a substrate.
  • a chip-on-board light-emitting diode can have an LED chip which is fixed on a substrate, wherein the LED chip can have neither a housing nor contact pads.
  • the individual semiconductor chips can, for example, be applied or formed on a substrate, for example a printed circuit board.
  • the semiconductor chips can be connected to the
  • PCB must be wired (wire bonding).
  • Wiring can be done using gold wires, for example.
  • the emitter 120 is set up as a laser diode.
  • the emitter 120 is set up as a broad-spectrum lamp.
  • the detector is, for example, a photo detector
  • FIG. 2 shows schematic views of a gas sensor 100 with a beam-guiding cavity structure 130 according to FIG.
  • FIG. 2 shows a beam-guiding cavity structure with seven elliptical mirror halves or seven mirror ends
  • Ellipsoid halves which is realized by means of two plates 202, 204.
  • the beam-guiding cavity structure guides 95% of the light emitted by the emitter through these seven reflecting ellipsoid halves
  • the optical path length through the beam-guiding cavity structure is in the range of a few cm, for example in the range between 1 cm and 10 cm, for example in the range of 5 cm to 8 cm.
  • beam-guiding cavity structure 130 a first plate 204, which has at least one first cavity with the first
  • the first plate 204 can be connected to the second plate 202 such that the first cavity and the second cavity together form the cavity 134.
  • the first plate 204 can be connected to the second plate 202, for example by means of a screw, clamp, rivet and / or adhesive connection. Adhesives of the adhesive bonds are discussed in more detail below
  • the realization of the beam-guiding cavity structure 130 by means of plates enables a simple optical arrangement or alignment of the individual (partial) cavities with respect to one another.
  • first and / or second curved surface 102, 104 may / may be formed by a coating, for example on a plastic carrier, made of this material is formed or has such a material: aluminum, silver, gold.
  • beam-guiding cavity structure 130 has at least one third cavity with a third curved surface 206, each with at least a first focal point and a second focal point.
  • the beam-guiding cavity structure is set up such that between the second focal point 116 of the second curved surface 104 and the first
  • the focal point of the third curved surface 206 has no or substantially no distance laterally.
  • the second focal point of the third curved surface 206 is arranged next to the connecting path of the first and second focal points 116, 114 of the second curved surface 104.
  • the beam-guiding cavity structure 130 has a shaped body with at least one first cavity with the first curved surface 102 and with at least one second cavity with the second curved surface 104.
  • the first cavity and the second cavity together form the cavity 134.
  • the molded body can be formed from or have one of the following materials:
  • the beam-guiding cavity structure is configured, for example, as a carrier 140 into which a part of the cavity 134, for example the part with the second curved one
  • a further part of the cavity 134 for example the part with the first curved surface, can be formed on the surface of the carrier 140. Openings can be provided in the substrate at the focal points of the second curved surface and the
  • curved surfaces can be arranged opposite one another (face to face) and rotated. This enables the electromagnetic radiation to be guided through the carrier and back to the same side can be returned (to the surface of the support). This enables the volume on both sides of the surface of the substrate to be used.
  • the curved surfaces 102, 104 can be realized by means of elliptical mirrors (with an ellipse half as a form factor), which are shown in
  • the electromagnetic radiation of an emitter which is arranged in one focus of an elliptical mirror, to a focus of another
  • the shaped body or the first and / or second plate is a carrier 140 for the emitter 120 and the detector 118.
  • the carrier 140 has receiving areas 208, 210 for the emitter 120 or detector 118.
  • the receiving areas 208, 210 are in the
  • the carrier 140 is, for example, a flexible film or has one.
  • the carrier 140 is or has a plastic film.
  • the carrier 140 has a metallic coating.
  • the carrier 140 can be translucent or transparent.
  • the carrier 140 can for example be glass, quartz,
  • the carrier 140 can be a plastic film or a laminate with one or more plastic films
  • the carrier 140 has, for example, a Kapton film (polyimide, PI)
  • the carrier 140 can be a steel foil, a plastic foil or a laminate with one or more plastic foils
  • the plastic can or have or be formed from several polyolefins (for example high or low density polyethylene (PE) or polypropylene (PP)). Furthermore, the plastic
  • Polyvinyl chloride PVC
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PES Polyethersulfone
  • PEEK Polyethersulfone
  • PTFE Polyethersulfone
  • the carrier 140 can comprise or be formed from a metal, for example copper, silver, gold, platinum, iron, for example a metal connection, for example steel.
  • the carrier 140 can be a metal foil or
  • Carrier 140 may include one or more of the above materials.
  • the carrier 140 can be part of or form a mirror structure.
  • the carrier 140 can have a mechanically rigid region and / or a mechanically flexible region or be designed in this way.
  • the carrier 140 can be a metal-coated film or a metal-coated molded body.
  • the metal-coated film has
  • the carrier 140 can, for example, be or have a film or a molded plastic body coated with aluminum or copper.
  • the emitter 120 or the detector 118 on the carrier 140 and / or (optionally) the plates 202, 204 are connected to one another by means of an adhesive.
  • the layer of adhesive can also be referred to as an adhesive layer.
  • the adhesive can have or be formed from one of the following substances: a casein, a glutin, a starch, a cellulose, a resin, a tannin, a lignin, an organic substance
  • Oxygen Nitrogen, chlorine and / or sulfur; on
  • the adhesive can be a hot-melt adhesive, for example a solvent-based wet adhesive, a contact adhesive
  • Dispersion adhesive a water-based adhesive, a plastisol
  • a polymerization adhesive for example a cyanoacrylate adhesive, a methyl methacrylate adhesive, an anaerobic curing adhesive, an unsaturated polyester, a radiation curing adhesive
  • a polycondensation adhesive for example a phenol-formaldehyde resin adhesive, a silicone, a silane-crosslinking polymer adhesive
  • Polyimide adhesive for example an epoxy resin adhesive, a polyurethane adhesive, a silicone
  • Pressure sensitive adhesive exhibit or be formed therefrom.
  • a hot melt adhesive can come in different
  • Embodiments a material for materially connecting two bodies, such as the
  • the hot melt adhesive can be, for example
  • the hot melt adhesive can be brought into contact with the two bodies before the liquefaction or only in the liquid state.
  • Hot melt adhesive can be liquefied, for example, in a convection oven or a reflow oven.
  • Hot melt adhesive can, for example, be a plastic, for example a synthetic resin, and / or a metal,
  • solder for example, a solder.
  • the solder can be any solder.
  • the solder can be any solder.
  • the solder can be any solder.
  • the solder can be any alloy.
  • the solder can be any alloy.
  • the solder can be any alloy.
  • the solder can be any alloy.
  • FIG. 3A, 3B and 3C, FIG. 4 and FIG. 5 show schematic views of a gas sensor 100 with a beam-guiding cavity structure 130 according to various embodiments. Unless otherwise described below, the gas sensor 100 illustrated in the figures can be configured in accordance with an embodiment described above.
  • the cavity 134 can be formed in or on the carrier by means of two or more plates or by means of a molded body 310 and two or more curved surfaces 102, 104, 206.
  • the cavity 134 is formed by 7 curved surfaces which are arranged in a meandering manner with respect to one another or form a meandering shape.
  • the cavity 134 is formed by 3 curved surfaces 102, 104, 206, which are arranged in an S or Z shape with respect to one another or form an S or Z shape.
  • the cavity 134 is formed by 13 curved surfaces 102, 104, 206 (only the first 3 of the 13 curved surfaces)
  • the plurality of curved surfaces may have different shapes or dimensions from one another, as shown in FIG. 3A-C and FIG. 5 is illustrated.
  • FIGS. 3A-5 The embodiments of a gas sensor 100 illustrated in FIGS. 3A-5 have an emitter 120 and one
  • Detector 118 in or on a recording area 208, 210.
  • the detector 118 has two or more individual detectors 304 which can be controlled independently of one another.
  • the individual detectors can be the same or different.
  • one of the individual detectors is used as a reference detector 304 for the other individual detector 304 (also referred to as a sensor detector).
  • a single detector 304 can have a higher sensitivity and / or a different one
  • Detect wavelength range than the other single detector 304 Detect wavelength range than the other single detector 304.
  • Individual detectors 304 of the detector are used alternately as sensor detector and reference detector,
  • the individual detectors 304 can, for example, be arranged one above the other (see, for example, FIG. 3A) or next to one another (see for example FIG. 4) with respect to one another or to the emitter 120 in the receiving region 208.
  • the individual detectors can be at or in a first focal point of a common curved one
  • the sensor detector 304 may, for example, with respect to the curved surface with the emitter 120 in the first
  • the reference detector 304 can be arranged next to the first focal point of this last curved surface.
  • the sensor detector 304 and the reference detector 304 can be arranged next to or approximately in the first focal point of the last curved surface, for example symmetrically with respect to the first focal point of the common curved surface.
  • the cavity of the first part is formed from the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the cavity of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first side of the first
  • Gas sensor 100 have a beam splitter structure 502
  • the first focal point of two or more curved surfaces coincides with the second focal point of one or more further curved surfaces or approximately coincides. This allows, for example, several individual detectors 304 each in the first focal point different curved surfaces can be arranged, as shown in FIG. 5 is illustrated.
  • two or more identical or different individual emitters 302 can be provided in the gas sensor 100.
  • the individual emitters 302 can, for example, be set up to emit electromagnetic radiation of different wavelengths.
  • the individual emitters 302 can be set up in such a way that they can be activated simultaneously, one after the other or selectively (selectively)
  • analyte to emit electromagnetic radiation that can be absorbed by an analyte.
  • different analytes can be recorded and / or similar analytes can be distinguished from one another.
  • FIG. 6 shows a flow chart of a method 600 for producing a gas sensor 100 with a beam-guiding cavity 134 according to various embodiments.
  • the method 600 for producing a gas sensor has, in S1, the formation of a beam-guiding cavity structure 130 with a cavity 134 with at least a first curved surface 102 and a second curved surface 104.
  • the first and second curved surfaces 102, 104 each have a first focal point 112, 116 and a second focal point 110, 114 or are formed accordingly.
  • the cavity 134 is or is set up such that between the first focal point 112, 116 of the first curved one
  • the method 600 has an emitter 120 arranged to emit electromagnetic radiation 106, 108, so that the emitter 120 is optically connected to the beam-guiding cavity structure 130
  • the method 600 has an arrangement of a detector 118, which is set up to detect the electromagnetic radiation 106, 108, so that the detector 118 is optically coupled to the emitter 118 by the beam-guiding cavity structure 130.
  • Example 1 is a beam-guiding cavity structure comprising: at least a first curved surface and a second curved surface spanning a cavity, the first and second curved surfaces each having at least a first focal point and a second
  • the beam-guiding cavity structure according to example 1 optionally has the first and second
  • Focal points of the first and second curved surfaces are arranged in a common plane.
  • the beam-guiding cavity structure according to example 1 or 2 optionally has that the first and second curved surfaces lie opposite one another.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 1 to 3 optionally has the cavity set up in such a way that the connecting path of the first and second focal point of the first curved one
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 1 to 4 optionally has that the first curved surface has the same shape as the second curved surface.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 1 to 5 optionally has that the first curved surface and / or the second curved surface are / are specularly reflective.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 1 to 6 furthermore has: a first plate which has at least one first cavity with the first
  • a second plate which has at least one second cavity with the second curved surface, the first plate being connected to the second plate in such a way that the first cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 1 to 6 furthermore has: a shaped body with at least one first cavity with the first curved surface and at least one second cavity with the second curved surface, the first cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 1 to 8 furthermore has: at least one third curved surface with a first focal point and a second focal point, the cavity being such
  • Focal point of the second curved surface is arranged.
  • Example 10 is a gas sensor that has: a
  • Beam-guiding cavity structure with: at least a first curved surface and a second curved surface, which span a cavity, the first and second curved surface, in each case at least a first
  • the cavity being set up in such a way that no or essentially no distance is formed laterally between the first focal point of the first curved surface and the second focal point of the second curved surface; and wherein the first focal point of the second curved surface is located adjacent to the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface; and an emitter configured to emit electromagnetic radiation and a detector used to detect the
  • electromagnetic radiation is set up, the detector being optically coupled to the emitter by the beam-guiding cavity structure.
  • the gas sensor according to example 10 optionally has that the emitter is arranged in the second focal point of the first curved surface.
  • the gas sensor according to example 10 or 11 optionally has that the detector is arranged in the first focal point of the second curved surface; or that the detector is arranged in a first focal point of at least one further curved surface, the further curved surface is optically coupled directly or indirectly to the first focus of the second curved surface by means of a second focal point.
  • Focal point of the further curved surface and the first focal point of the second curved surface is arranged.
  • the gas sensor according to one of examples 10 to 12 further comprises: a reference emitter detector arrangement, configured to detect absorption of the electromagnetic radiation by the gas, aging of the emitter, aging of the detector and / or damage to the beam-guiding cavity structure.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 13 optionally has that the first and second focal points of the first and second
  • curved surfaces are arranged in a common plane.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 14 optionally has that the first and second curved surfaces face one another
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 15 optionally has the cavity set up in such a way that the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface is at an angle to the connecting path of the first and second focal points, the second curved
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 16 optionally has that the first curved surface has the same shape as the second curved surface.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 17 optionally has the first curved surface and / or the second curved surface specularly reflective.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 18 furthermore has: a first plate which has at least one first cavity with the first curved surface, and a second plate which has at least one second cavity with the second
  • the cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 19 furthermore has: one
  • Shaped body with at least one first cavity with the first curved surface and at least one second cavity with the second curved surface, the first
  • the cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the beam-guiding cavity structure according to one of examples 10 to 20 furthermore has: at least one third curved surface with a first focal point and a second focal point, the cavity being set up in such a way that between the first focal point of the second curved surface and the second focal point of the third curved surface laterally no or im
  • Example 22 is a method of making one
  • Beam-guiding cavity structure the method comprises: forming S1 a beam-guiding cavity structure with at least a first curved surface and a second curved surface, which span a cavity, the first and second curved surface, in each case at least a first focal point and a second
  • the first focal point of the second curved surface is located adjacent to the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface.
  • the method according to example 22 optionally has that the first and second focal points of the first and second curved surfaces are arranged in a common plane.
  • the method of example 22 or 23 optionally has the first and second curved
  • the method according to one of examples 22 to 24 optionally has the cavity set up in such a way that the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface is in one
  • the second curved surface is arranged.
  • the method according to one of examples 22 to 25 optionally has that the first curved surface has the same shape as the second curved surface
  • the method according to one of examples 22 to 26 optionally has the first curved surface and / or the second curved surface specular
  • the method according to one of examples 22 to 27 further has the fact that the beam-guiding cavity structure is formed by means of a first plate, which
  • the first plate has at least one second cavity with the second curved surface, the first plate being connected to the second plate in such a way that the first cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the method according to one of examples 22 to 27 also has the fact that the beam-guiding cavity structure is formed by means of a shaped body with at least one first cavity with the first curved surface and at least one second cavity with the second curved surface, the first cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the method according to one of examples 22 to 29 furthermore has at least one third curved surface with a first focal point and a second focal point, such that the cavity is set up in such a way that between the first focal point and the second
  • the first focal point of the third curved surface is located adjacent to the connecting path of the first and second focal points of the second curved surface.
  • Example 31 is a method 600 for making a
  • Gas sensor comprising the method: Form S1 of a beam-guiding cavity structure with a cavity at least a first curved surface and a second curved surface optionally on that the first and second curved surface, each a first
  • the cavity being set up in such a way that no or essentially no distance is formed laterally between the first focal point of the first curved surface and the first focal point of the second curved surface; and wherein the second focal point of the second curved surface is arranged next to the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface, arranging S2 an emitter which is set up to emit electromagnetic radiation, so that the emitter is optically coupled to the beam-guiding cavity structure, and
  • Arrange S3 a detector that is used to detect the
  • electromagnetic radiation is set up so that the detector is optically coupled to the emitter by the beam-guiding cavity structure.
  • the method according to example 31 optionally has that the emitter is arranged in the second focal point of the first curved surface.
  • the method according to example 30 or 31 optionally has the detector arranged in the first focal point of the second curved surface; or that the detector is arranged in a first focal point of at least one further curved surface, the further curved surface being optically coupled directly or indirectly to the first focal point of the second curved surface by means of a second focal point.
  • the method according to one of examples 31 to 33 furthermore optionally has: Forming a reference emitter detector arrangement which is set up for
  • Example 35 the method according to one of Examples 30 to 34 optionally has the first and second
  • Focal points of the first and second curved surfaces are arranged in a common plane.
  • the method according to examples 30 to 35 optionally has the first and second curved
  • the method according to one of examples 30 to 36 optionally has the cavity set up in such a way that the connecting path of the first and second focal points of the first curved surface is in one
  • the second curved surface is arranged.
  • the method according to one of examples 30 to 37 optionally has that the first curved surface has the same shape as the second curved surface
  • the method according to one of examples 30 to 38 optionally has the first curved surface and / or the second curved surface specular
  • the method according to one of examples 30 to 39 further has the fact that the beam-guiding cavity structure is formed by means of a first plate, which
  • the first plate with the second Plate is connected such that the first cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the method according to one of examples 30 to 39 further has the fact that the beam-guiding cavity structure is formed by means of a shaped body with at least one first cavity with the first curved surface and at least one second cavity with the second curved surface, the first cavity and the second cavity together form the cavity.
  • the method according to one of examples 30 to 41 furthermore has at least one third curved surface with a first focal point and a second focal point, such that the cavity is set up in such a way that between the first focal point and the second
  • the first focal point of the third curved surface is located adjacent to the connecting path of the first and second focal points of the second curved surface.
  • Beam guiding cavity structure according to one of the

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Abstract

ln verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine strahlleitende Kavitätsstruktur (130) bereitgestellt. Die strahlleitende Kavitätsstruktur (130) weist mindestens eine erste gekrümmte Oberfläche (102) und eine zweite gekrümmte Oberfläche (104) auf, die eine Kavität (134) aufspannen. Die erste und zweite gekrümmte Oberfläche (102, 104) weisen jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt (112, 116) und einen zweiten Brennpunkt (110, 114) auf. Die Kavität (134) ist derart eingerichtet, dass zwischen dem ersten Brennpunkt (112) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) und dem zweiten Brennpunkt (114) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist. Der erste Brennpunkt (116) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) ist neben der Verbindungsstrecke (132) des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 112) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) angeordnet. Zusätzlich weist die strahlleitende Kavitätsstruktur (130) mindestens eine dritte gekrümmte Oberfläche (206) mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt auf, wobei die Kavität (134) derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt (116) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) und dem zweiten Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche (206) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche (206) neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 114) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) angeordnet ist.

Description

STRAHLLEITENDE KAVITÄTSSTRUKUR, GASSENSOR UND VERFAHREN ZUM
HERSTELLEN DER DERSELBEN
Beschreibung
In verschiedenen Ausführungsformen werden eine strahlleitende Kavitätsstruktur, ein Gassensor und ein Verfahren zum
Herstellen der derselben bereitgestellt.
Ein herkömmlicher nicht-dispersiver Infrarot (NDIR) - Gassensoren weist einen Emitter und einen Detektor auf, die durch eine Gas-Zelle optisch miteinander verbunden sind. In der Gas-Zelle sollte der Lichtweg zwischen Emitter und
Detektor lang genug sein, um eine sinnvolle (messbare)
Absorption vom Emitter emittierter elektromagnetischer
Strahlung durch Gasmoleküle zu erreichen. Die Vergrößerung des Lichtweges führt zu einer Vergrößerung der Sensormaße von einer Seite und einer Abnahme des auf die Detektoroberfläche einfallenden Lichtes aufgrund optischer Verluste, was zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis des Gassensors führt .
Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt durch eine strahlleitende Kavitätsstruktur gelöst. Die strahlleitende Kavitätsstruktur weist eine Kavität mit mindestens einer ersten gekrümmten Oberfläche und einer zweiten gekrümmten Oberfläche auf, die eine Kavität aufspannen. Die erste und zweite gekrümmte
Oberfläche weisen jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt und einen zweiten Brennpunkt auf. Die Kavität ist derart eingerichtet, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist und der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist. Mittels der Anordnung und Ausgestaltung der gekrümmten
Oberflächen kann die optische Länge der strahlleitenden
Kavitätsstruktur vergrößert werden, wobei die räumliche
Ausdehnung der strahlleitenden Kavitätsstruktur gering gehalten werden kann. Dies ermöglicht anschaulich eine kompakt ausbildbare strahlleitende Kavitätsstruktur.
Die strahlleitende Kavitätsstruktur ist derart eingerichtet, beispielsweise hinsichtlich der Form und Reflektivität der gekrümmten Oberfläche (n) , dass (ein wesentlicher Anteil oder im Wesentlichen die gesamte) elektromagnetische Strahlung vom zweiten Brennpunkt nach (genau einer) Reflektion an der gekrümmten Oberfläche im ersten Brennpunkt einfällt,
beispielsweise indem die gekrümmte Oberfläche eine ellipsoide Form aufweist.
Ein Brennpunkt kann auch als mathematischer Brennpunkt oder Fokuspunkt einer geometrischen Kurve bezeichnet werden. Die gekrümmte Oberfläche kann in unterschiedliche Richtungen die Form unterschiedlicher Ellipsen aufweisen, beispielweise richtungsabhängig mittels unterschiedlicher Kegelschnitte beschreibbar sein, und kann somit mehr als zwei Brennpunkte aufweisen. Mit anderen Worten: die mittels einer gekrümmten Oberfläche aufgespannte (Teil-) Kavität kann in verschiedene Raumrichtungen nicht punkt-, Spiegel- oder
rotationssymmetrisch sein.
Eine Kavität ist im Rahmen dieser Beschreibung ein Hohlraum, der zumindest teilweise von den gekrümmten Oberflächen umgeben bzw. definiert ist. Die gekrümmte (n) Oberfläche (n) werden/wird durch ein Material, beispielsweise eines
Formkörpers, gebildet, dass die Kavität einschließt bzw.
umschließt. Das Material bzw. die gekrümmte (n) Oberfläche (n) kann jedoch eine oder mehrere Öffnungen aufweisen,
beispielsweise als Gaseinlass, als Gasauslass oder als
Aufnahmebereich für einen Emitter und/oder Detektor. Mit anderen Worten: die Kavität kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen offen bzw. nicht-abgeschlossen oder isoliert sein.
Die strahlleitende Kavitätsstruktur ist zwischen dem zweiten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche durchlässig für elektromagnetische Strahlung und eingerichtet ein Gas
(Analyt) aufzunehmen. Es ist dabei so zu verstehen, dass die erste und zweite gekrümmte Oberfläche eine/die Kavität aufspannen, die durchlässig für die elektromagnetische
Strahlung ist und eingerichtet ist, den Analyt bzw. ein Gas oder Gasgemisch aufzunehmen.
Eine gekrümmte Oberfläche weist im Rahmen dieser Beschreibung einen Krümmungsradius auf. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche von einem Brennpunkt aus betrachtet für zwei unterschiedliche
Raumwinkel gleich ist. Mit anderen Worten: die gekrümmte Oberfläche kann bezüglich (jeweils) eines Brennpunktes beispielsweise eine elliptische Form aufweisen. Die Rauheit oder Welligkeit einer „glatten Oberflächen" können ebenfalls mit einem Krümmungsradius beschrieben werden. Die durch
Rauheit und Welligkeit bedingte gekrümmte Oberfläche wird jedoch nicht als gekrümmte Oberflächen im Sinne dieser
Beschreibung verstanden.
Das zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand angeordnet ist, ist so zu verstehen, dass die Positionen dieser Brennpunkt im Wesentlichen positionsidentisch ist, beispielweise sich überlappen oder überlagern.
Die Verbindungsstrecke der Brennpunkte beginnt bei einem der beiden Brennpunkte und endet am anderen Brennpunkt der beiden Brennpunkte. Die Verbindungsstrecke der Brennpunkte ist als eine geometrische/mathematisch Konstruktion zu verstehen und bedeutet, dass der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche zumindest lateral zu der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten
Oberfläche versetzt ist, beispielsweise, wenn die erste und zweite gekrümmte Oberfläche die gleiche Form und Abmessung aufweisen, durch Rotation der zweiten gekrümmten Oberfläche um den ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche (der im Wesentlichen positionsidentisch zum zweiten
Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche ist) . Mit anderen Worten: der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche ist nicht direkt (auf der Verbindungsstrecke) zwischen dem ersten und zweiten Brennpunkt der ersten
gekrümmten Oberfläche angeordnet. In verschiedenen
Ausführungsbeispielen sind die Brennpunkte der ersten und zweiten gekrümmten Oberfläche in der gleichen Ebene bzw. in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Die Verbindungsstrecke der Brennpunkte kann bei einer
elliptischen, gekrümmten Oberfläche auch mittels der
beidseitigen (von beiden Brennpunkten) linearen Exzentrizität (dem Abstand des Brennpunktes zum geometrischen Mittelpunkt) beschrieben werden.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt durch einen Gassensor gelöst. Der Gassensor weist eine oben beschriebene strahlleitende Kavitätsstruktur auf. Der Gassensor weist einen Emitter auf, der zum Emittieren einer
elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, und weist einen Detektor auf, der zum Detektieren der
elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist. Der Detektor ist durch die strahlleitende Kavitätsstruktur mit dem Emitter optisch gekoppelt.
Dies ermöglicht einen Gassensor mit einer kompakten Bauform. Weiterhin bewirkt die strahlleitende Kavitätsstruktur, dass die Anzahl an Reflektionen der elektromagnetischen Strahlung an der/den gekrümmten Oberfläche (n) zwischen den Brennpunkten und damit die Verlustleitung reduziert wird. Dadurch kann der Emitter bei geringerer Leistung betrieben werden und somit der Energieverbrauch reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Detektor mit einer geringeren
Sensitivität verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Nachweisgrenze eines Analyts (nachzuweisenden Gases) verbessert werden.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt durch ein
Verfahren zum Herstellen einer strahlleitenden
Kavitätsstruktur gelöst. Das Verfahren weist ein Ausbilden einer Kavität mit mindestens einer ersten gekrümmten
Oberfläche und einer zweiten gekrümmten Oberfläche auf, die eine Kavität aufspannen. Die erste und zweite gekrümmte
Oberfläche weist jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt und einen zweiten Brennpunkt auf. Die Kavität wird derart eingerichtet, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist. Der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche ist neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten
Oberfläche angeordnet.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt durch ein
Verfahren zum Herstellen eines Gassensors gelöst. Das
Verfahren weist ein Ausbilden einer strahlleitenden
Kavitätsstruktur mit mindestens einer ersten gekrümmten
Oberfläche und einer zweiten gekrümmten Oberfläche auf, die eine Kavität aufspannen. Die erste und zweite gekrümmte
Oberfläche weist jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt, und einen zweiten Brennpunkt auf. Die Kavität ist derart eingerichtet, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist. Der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche ist neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten
Oberfläche angeordnet. Das Verfahren weist ferner ein
Anordnen eines Emitters auf, der zum Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, so dass der Emitter optisch mit der strahlleitenden Kavitätsstruktur gekoppelt ist. Das Verfahren weist weiterhin ein Anordnen eines Detektors auf, der zum Detektieren der
elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, so dass der Detektor durch die strahlleitende Kavitätsstruktur mit dem Emitter optisch gekoppelt ist.
Weiterbildungen der Aspekte sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines
Gassensors mit einer strahlleitenden
Kavitätsstruktur gemäß verschiedenen
Ausführungsformen;
Figur 2 schematische Ansichten eines Gassensors mit einer strahlleitenden Kavitätsstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum
Herstellen eines Gassensors mit einer
strahlleitenden Kavität gemäß verschiedenen Ausführungsformen .
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische
Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird
Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur (en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl
verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe
"verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
FIG . 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Gassensors 100 mit einer strahlleitenden Kavitätsstruktur 130 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist ein Gassensor 100 eine strahlleitende Kavitätsstruktur 130, einen Emitter 120 und einen Detektor 118 auf.
Der Emitter 120 ist zum Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung 106, 108 eingerichtet.
Der Detektor 118 ist zum Detektieren der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 eingerichtet. Der Detektor 118 ist durch die strahlleitende
Kavitätsstruktur 130 mit dem Emitter optisch gekoppelt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die
strahlleitende Kavitätsstruktur 130 mindestens eine erste gekrümmte Oberfläche 102 und eine zweite gekrümmte Oberfläche 104 auf. Die erste und zweite gekrümmte Oberfläche 102, 104 spannen einen Hohlraum (Kavität 134) auf. Die erste gekrümmte Oberfläche 102 weist mindestens einen ersten Brennpunkt 112 und einen zweiten Brennpunkt 110 auf, und die zweite
gekrümmte Oberfläche 104 weist mindestens einen ersten
Brennpunkt 114 und einen zweiten Brennpunkt 116 auf.
Die Kavität 134 ist derart eingerichtet, dass zwischen dem ersten Brennpunkt 112 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 und dem zweiten Brennpunkt 114 der zweiten gekrümmten
Oberfläche 104 lateral kein oder im Wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist. Mit anderen Worten: die beiden gekrümmten Oberflächen 102, 104, beispielsweise in Form von in
Längsrichtung halbierter Ellipsen; weisen einen gemeinsamen Brennpunkt (auch bezeichnet als mathematischer Brennpunkt oder Fokuspunkt) auf.
Der Emitter 120 kann im zweiten Brennpunkt 110 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 Emitter 120 angeordnet sein und ist eingerichtet, die elektromagnetische Strahlung 106, 108 in Richtung der ersten gekrümmten Oberfläche 102 zu emittieren. Mittels der ersten gekrümmten Oberfläche 102 ist ein
Kollimator zum Kollimieren der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 optional bzw. nicht erforderlich.
Die erste gekrümmte Oberfläche 102 ist hoch reflektierend für die elektromagnetische Strahlung 106, 108 eingerichtet. Die gekrümmten Oberflächen 102, 104 sind beispielsweise derart eingerichtet, dass sie eine Reflektivität von mehr als 80 %, beispielsweise mehr als 90 %, beispielsweise mehr 95 %, bei der Wellenlänge der von dem Emitter 120 emittierten
elektromagnetischen Strahlung 106, 108 aufweisen. Die erste und/oder zweite gekrümmten Oberflächen 102, 104 sind
beispielsweise derart eingerichtet, dass sie im Wesentlichen nicht-diffus bzw. streuend reflektierend sind. Die erste gekrümmte Oberfläche 102 und/oder die zweite gekrümmte
Oberfläche 104 können spekulär bzw. spekular reflektierend eingerichtet sein. Mit anderen Worten: Die erste und/oder zweite gekrümmten Oberflächen 102, 104 sind beispielsweise spekulär, spiegelnd bzw. abbildend reflektierend ausgebildet. Beispielsweise werden die erste und/oder zweite gekrümmte Oberfläche 102, 104 von einem Formkörper oder einer
Beschichtung aus einem glatten (beispielsweise poliertem) Metall, beispielsweise Gold, Silber, Aluminium, gebildet.
Die Form und Reflektivität der ersten gekrümmten Oberfläche ermöglicht, dass ein Teil oder ein wesentlicher Teil der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 vom Emitter 120 mit einer geringen Anzahl an Reflektion, beispielsweise mittels lediglich einer einzigen Reflektion bei einer ellipsoiden ersten gekrümmten Oberfläche 102; zum zweiten Brennpunkt 112 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 gelangt.
Der zweite Brennpunkt 114 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 ist mindestens lateral mit keinem oder keinem
wesentlichen Abstand zu dem ersten Brennpunkt 112 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 angeordnet. Mit anderen Worten: die Brennpunkte 112, 114 sind identisch, gleich oder im
Wesentlichen gleich, beispielsweise bis auf eine
Positionierungsgenauigkeit .
Mittels der geringen Anzahl an Reflektionen wird die
elektromagnetische Strahlung und somit der Emitter 120, der im zweiten Brennpunkt 110 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 angeordnet ist, auf den zweiten Brennpunkt 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 abgebildet bzw. gespiegelt. Die im zweiten Brennpunkt 116 der zweiten gekrümmten
Oberfläche 104 einfallende elektromagentische Strahlung 106, 108 aus von der ersten gekrümmten Oberfläche 102 wird zu dem ersten Brennpunkt 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 mittels einer geringen Anzahl an Reflektionen, beispielsweise lediglich einer Reflektion, weitergeleitet.
Im ersten Brennpunkt 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 kann ein Detektor 118 angeordnet sein, der zum
Detektieren der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 des Emitters 120 eingerichtet ist. Alternativ kann im ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 der zweite Brennpunkt einer dritten gekrümmten Oberfläche angeordnet sein (in FIG. 2 veranschaulicht) . Mit anderen Worten: es können zwei oder mehrere gekrümmte Oberflächen in Reihe „verschaltet" bzw. „gekoppelt" angeordnet sein.
Dies ermöglicht eine Wellenleitung der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 in der mittels der ersten und zweiten (und optional weiteren) gekrümmten Oberfläche 102, 104
ausgebildeten Kavität 134 mit einer geringen Anzahl an
Reflektionen . Dadurch kann ermöglicht werden, dass die elektromagnetische Strahlung 106, 108, die vom Emitter 120 emittiert wird, mittels einer geringen Anzahl an Reflektionen zum Detektor 118 weiter geleitet wird. Eine geringe Anzahl an Reflektionen kann eine geringe Anzahl an Streu- und
Absorptionsverlusten am bzw. im Material, dass die jeweilige gekrümmte Oberfläche bildet, bedeuten. Dadurch kann der
Energieverbrauch des Emitters 120 reduziert werden und/oder die Sensitivität (das erforderliche Signal-zu-Rauschen- Verhältnis) des Detektors 118 reduziert werden.
Mittels der Form der zwei oder mehr gekrümmten Oberflächen (siehe auch FIG.2) des Gassensors 100 kann die optische
Weglänge der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 zwischen dem Emitter 120 und dem Detektor 118 verlängert werden.
Dadurch kann der Anteil an elektromagnetischer Strahlung 106, 108, der von einem Analyt absorbiert wird, erhöht werden. Ein Analyt ist dabei ein zu untersuchendes Gas, dessen
Vorhandensein oder Anteil in einem Gasgemisch erfasst werden soll. Die Kavität 134 ist dazu durchlässig eingerichtet für mindestens ein Gas (Analyt) und mindestens eine
elektromagnetische Strahlung. Die Kavität 134 ist beispielsweise als ein gasdurchlässiger Hohlraum eingerichtet. Der Emitter 120 ist bezüglich der Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung 106, 108 so eingerichtet, dass der Analyt die emittierte
elektromagnetische Strahlung 106, 108 zumindest anteilig absorbieren kann. Aus dem Verlust der elektromagnetischen Strahlung (beispielsweise im Vergleich zu einer
Referenzmessung ohne Analyt) kann auf das Vorhandensein bzw. den Anteil an Analyt in der Kavität 134 geschlossen werden.
Die erste gekrümmte Oberfläche 102 kann der zweiten
gekrümmten Oberfläche 104 gegenüberliegen. Die erste
gekrümmte Oberfläche 102 kann lateral versetzt bzw. um einen Winkel um den ersten Brennpunkt 112 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 bzw. den zweiten Brennpunkt 114 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 gedreht (beispielswiese in der Ebene der Brennpunkte) , zu der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 angeordnet sein. Anschaulich kann dadurch die
strahlleitende Kavität gefaltet werden und deren räumliche Ausdehnung reduziert werden, wobei die Länge der optischen Kavität erhalten bleibt. Dies ermöglicht eine kompakte
Ausgestaltung des Gassensors 100.
Der Winkel zwischen den Verbindungsstrecken der Brennpunkte der ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen kann einen Betrag in einem Bereich zwischen 5° und 180 ° aufweisen, beispielsweise in einem Bereich zwischen 20 ° und 180 °, beispielsweise in einem Bereich zwischen 30 ° und 180 °, beispielsweise in einem Bereich zwischen 45 ° und 180 °,, beispielsweise 90 ° .
Mit anderen Worten: Der zweite Brennpunkt 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 ist neben der Verbindungsstrecke 132 des ersten und zweiten Brennpunktes 112, 110 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 angeordnet. Der erste und zweite Brennpunkt 110/116, 112/114 der ersten und zweiten gekrümmten Oberfläche 102, 104 können jeweils in einem Abstand
voneinander angeordnet sein. Mit anderen Worten: der erste Brennpunkt ist nicht identisch mit dem zweiten Brennpunkt jeweils für die erste gekrümmte Oberfläche und die zweite gekrümmte Oberfläche. Vielmehr erstreckt sich eine
Verbindungsstrecke (in FIG.l mittels des Doppelpfeils
veranschaulicht) mit einem Abstand 132 zwischen den
Brennpunkten einer gekrümmten Oberfläche. Mit anderen Worten: die gekrümmte (n) Oberfläche (n) sind nicht-sphärisch, sondern beispielsweise ellipsoid, parabolisch, hyperbolisch oder so ähnlich oder ein Abschnitt oder eine Kombination davon. Die gekrümmte Oberfläche weist beispielsweise die Form einer in Längsrichtung halbierten Ellipse auf. Die Verbindungsgeraden von einem Punkt auf der gekrümmten Oberfläche zu dem ersten und zweiten Brennpunkt kann spiegelbildlich zur Normalen zur reflektieren Oberfläche an in diesem Punkt liegen. Alternativ kann die Abstandsdifferenz von Punkten an der gekrümmten Oberfläche konstant sein, beispielsweise bei einer
hyperbolisch geformten gekrümmten Oberfläche.
Die Kavität 134 kann derart eingerichtet sein, dass die
Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche 102 in einem Winkel zu der
Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 angeordnet ist (siehe
FIG.2). Alternativ ist die Kavität 134 derart eingerichtet, dass die Verbindungsstrecke des ersten und zweiten
Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche 102 und die Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 auf einer gemeinsamen
Geraden angeordnet sind, wie in FIG.l veranschaulicht ist.
Die ersten und zweiten Brennpunkte 110/116, 112/114 der ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen 102, 104 können in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein - in FIG. 1 mittels der Oberfläche des Trägers 140 veranschaulicht.
Die ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen 110/116,
112/114 können einander gegenüberliegen. Alternativ können der erste und zweite Brennpunkt 112, 110 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 in einer ersten Ebene angeordnet sein und der erste und zweite Brennpunkt 114, 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 können in einer zweiten Ebene angeordnet sein. Die zweite Ebene kann in einem Abstand zu der ersten Ebene angeordnet sein.
Die erste gekrümmte Oberfläche 102 kann die gleiche Form aufweisen wie die zweite gekrümmte Oberfläche 104.
Der Abstand 132 zwischen dem ersten und zweiten Brennpunkt 112, 110 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 kann gleich oder im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Brennpunkt 116, 114 der zweiten gekrümmten
Oberfläche 104 sein.
In einer Ausführungsform ist die strahlleitende
Kavitätsstruktur als ein strahlleitendes Rohr, beispielsweise ein Lichtleiter-Rohr eingerichtet.
Die Kavität 134 kann einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweisen. Der Gaseinlass und/oder Gasauslass sind/ist beispielsweise eine Vielzahl von Öffnungen, die sich durch die unten noch ausführlich beschriebenen Platten bzw.
Formkörper erstrecken, beispielsweise in Form von
Durchlöchern die sich von den gekrümmten Oberfläche
erstrecken. Dies ermöglicht beispielsweise einen statischen bzw. passiven Gassensor 100, der ohne Pumpen und Ventile zum Zuführen des Analyts in die Kavität 134 ausgebildet sein kann .
Alternativ können die gekrümmten Oberflächen als im
Wesentlichen geschlossene Oberflächen ausgebildet sein und ein Gaseinlass an einem ersten Ende der Kavität 134 und ein Gasauslass an einem zweiten Ende, das dem ersten Ende
gegenüberliegt, ausgebildet sein. In diesem Fall wird die Kavität in Längsrichtung von dem zu untersuchenden Gas durchströmt . In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Gassensor 100 als ein tragbares oder mobiles Gerät eingerichtet,
beispielweise als ein monolithisch integriertes Gerät, beispielsweise ein System-in-Package (SiP) -Gerät.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Gassensor 100 eine Referenz-Emitter-Detektor-Anordnung auf. Die
Referenz-Emitter-Detektor-Anordnung weist beispielsweise einen Referenz-Detektor auf, der durch eine strahlleitende Referenz-Kavität mit einem Referenz-Emitter optisch gekoppelt ist, beispielsweise gemäß einer oben bzw. nachfolgend
beschriebenen Ausführungsform. Die strahlleitende Referenz- Kavitätsstruktur ist beispielsweise frei von Analyt, wodurch deren Absorption bestimmt werden kann, kann verwendet werden um die Alterung des Detektors 118 und/oder Emitters 120 zu erfassen und/oder kann verwendet werden um Beschädigungen der strahlleitenden Kavitätsstruktur 130, des Detektors 118 und/oder des Emitters 120 zu erfassen.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Emitter 120 ein
Halbleiterbauelement sein, welches elektromagnetische
Strahlung bereitstellt, beispielsweise in Form einer
bedrahteten Leuchtdiode, einer aufliegenden Leuchtdiode
(surface mounted device - SMD) oder einer chip-on-board
Leuchtdiode (Die) .
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Halbleiterchip, der elektromagnetische Strahlung bereitstellen kann, als LED-Chip verstanden werden.
Ein Emitter 120 kann beispielsweise einen Halbleiterchip der elektromagnetische Strahlung bereitstellt aufweisen
(bedrahtete LED, SMD) oder als ein Halbleiterchip der
elektromagnetische Strahlung bereitstellt eingerichtet sein (chip-on-board) .
Auf oder über dem Halbleiterchip kann eine Verpackung
(Package) aufgebracht und/oder ausgebildet sein. Die Verpackung kann beispielsweise, als Verkapselung, optische Linse und/oder als Konverterelement ausgebildet sein.
Eine bedrahtete Leuchtdiode kann einen Halbleiterchip
aufweisen, der elektromagnetische Strahlung bereitstellen kann, beispielsweise einen LED-Chip. Der Halbleiterchip kann beispielsweise mit einer Kunststoffkappe verkapselt sein. Die Kunststoffkappe kann den LED Chip während der Fertigung und im Betrieb vor äußeren, schädlichen Einflüssen,
beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasser, schützen.
Eine aufliegende Leuchtdiode (SMD) kann einen LED-Chip in einem Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann mit einem Substrat schlüssig fixiert sein.
Eine chip-on-board-Leuchtdiode kann einen LED-Chip aufweisen, der auf einem Substrat fixiert ist, wobei der LED-Chip weder ein Gehäuse noch Kontaktpads aufweisen kann.
Die einzelnen Halbleiterchips können beispielsweise auf einem Substrat, beispielsweise einer Leiterplatine aufgebracht bzw. ausgebildet werden.
Die Halbleiterchips können mittels Kontaktpads mit der
Leiterplatine verdrahtet sein (wire bonding) . Die
Verdrahtungen kann beispielsweise mittels Gold-Drähten erfolgen .
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Emitter 120 als eine Laserdiode eingerichtet.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Emitter 120 als eine Breitspektrum-Lampe eingerichtet.
Der Detektor ist beispielsweise ein Fotodetektor,
beispielsweise eine Fotozelle, und kann analog zum Emitter 120 ausgebildet sein. FIG . 2 zeigt schematische Ansichten eines Gassensors 100 mit einer strahlleitenden Kavitätsstruktur 130 gemäß
verschiedenen Ausführungsformen.
FIG.2 zeigt eine strahlleitende Kavitätsstruktur mit sieben elliptischen Spiegelhälften bzw. sieben spiegelende
Ellipsoid-Hälften, die mittels zweier Platten 202, 204 realisiert ist. Die strahlleitende Kavitätsstruktur leitet beispielsweise 95 % des von dem Emitter emittierten Lichts durch diese sieben spiegelende Ellipsoid-Hälften zum
Detektor. Die optische Weglänge durch die strahlleitende Kavitätsstruktur ist im Bereich einiger cm, beispielsweise im Bereich zwischen 1 cm und 10cm, beispielsweise im Bereich von 5 cm bis 8 cm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die
strahlleitende Kavitätsstruktur 130 eine erste Platte 204, welche mindestens eine erste Kavität mit der ersten
gekrümmten Oberfläche 102 aufweist, und eine zweite Platte 202, welche mindestens eine zweite Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 aufweist, auf. Die erste Platte 204 kann mit der zweiten Platte 202 derart verbunden sein, dass die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität 134 bilden. Die erste Platte 204 kann mit der zweiten Platte 202 beispielsweise mittels ein Schraub-, Klemm-, Niet- und/oder Klebstoffverbindung verbunden werden. Klebstoffe der Klebstoffverbindungen werden unten noch ausführlicher
beschrieben .
Die Realisierung der strahlleitenden Kavitätsstruktur 130 mittels Platten ermöglicht eine einfache optische Anordnung bzw. Ausrichtung der einzelnen (Teil-) Kavitäten zueinander.
Die erste Platte 204 und/oder die zweite Platte 202
können/kann aus einem der folgenden Materialien gebildet sein oder die erste und/oder zweite gekrümmte Oberfläche 102, 104 können/kann durch eine Beschichtung, beispielsweise auf einem Kunststoffträger, gebildet sein die aus diesem Material gebildet ist oder ein solches Material aufweist: Aluminium, Silber, Gold.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die
strahlleitende Kavitätsstruktur 130 mindestens eine dritte Kavität mit einer dritten gekrümmten Oberfläche 206 mit jeweils mindestens einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt auf. Die strahlleitende Kavitätsstruktur ist derart eingerichtet, dass zwischen dem zweiten Brennpunkt 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 und dem ersten
Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche 206 lateral kein oder im Wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist. Der zweite Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche 206 ist neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes 116, 114 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 angeordnet.
Alternativ weist die strahlleitende Kavitätsstruktur 130 einen Formkörper mit mindestens einer ersten Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche 102 und mit mindestens einer zweiten Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 auf. Die erste Kavität und die zweite Kavität bilden zusammen die Kavität 134. Der Formkörper kann aus einem der folgenden Materialien gebildet sein oder ein solches aufweisen:
Aluminium, Silber, Gold.
Die strahlleitende Kavitätsstruktur ist beispielsweise als ein Träger 140 eingerichtet, in den ein Teil der Kavität 134, beispielsweise der Teil mit der zweiten gekrümmten
Oberfläche, eingelassen ist, beispielsweise eingebettet ist. Auf der Oberfläche des Trägers 140 kann ein weiterer Teil der Kavität 134 ausgebildet sein werden, beispielsweise der Teil mit der ersten gekrümmten Oberfläche, aufgebracht sein. Es können Öffnungen in dem Substrat bei den Brennpunkten der zweiten gekrümmten Oberfläche vorgesehen sein und die
gekrümmten Oberflächen können zueinander gegenüberliegend (engl, face-to-face) und gedreht angeordnet sein. Dies ermöglicht, dass die elektromagnetische Strahlung durch den Träger geführt werden kann und wieder zur gleichen Seite zurückgeführt werden kann (zur Oberfläche des Trägers) . Dies ermöglicht, das Volumen auf beiden Seiten der Oberfläche des Substrats zu nutzen.
Mit anderen Worten: die gekrümmten Oberflächen 102, 104 können mittels elliptischer Spiegel (mit einer Ellipsen- Hälfte als Formfaktor) realisiert werden, die in
entgegengesetzte Richtung mit einem gemeinsamen Brennpunkt zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung kann dazu
verwendet werden, die elektromagnetische Strahlung eines Emitters, der in einem Brennpunkt eines elliptischen Spiegels angeordnet ist, zu einem Brennpunkt eines anderen
elliptischen Spiegels zu leiten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Formkörper bzw. die erste und/oder zweite Platte ein Träger 140 für den Emitter 120 und den Detektor 118. Beispielsweise weist der Träger 140 Aufnahmebereiche 208, 210 für den Emitter 120 bzw. Detektor 118 auf. Die Aufnahmebereiche 208, 210 sind im
Bereich eines Brennpunkte der ersten und zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet. Der Träger 140 ist beispielsweise eine flexible Folie oder weist eine solche auf. Beispielsweise ist der Träger 140 eine Kunststofffolie oder weist eine solche auf. In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Träger 140 eine metallische Beschichtung auf.
Der Träger 140 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Der Träger 140 kann beispielsweise Glas, Quarz,
und/oder ein Halbleitermaterial oder irgendein anderes geeignetes Material aufweisen oder daraus gebildet sein.
Ferner kann der Träger 140 eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien
aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Träger 140 weist beispielsweise eine Kapton-Folie (Polyimide, PI), eine
Metallfolie oder eine PET-Folie auf. Beispielsweise kann der Träger 140 eine Stahlfolie, eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien
aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kunststoff kann ein oder mehrere Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP) ) aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Kunststoff
Polyvinylchlorid (PVC) , Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC) , Polyethylenterephthalat (PET) ,
Polyethersulfon (PES) , PEEK, PTFE und/oder
Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Träger 140 kann ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Platin, Eisen, beispielsweise eine Metallverbindung, beispielsweise Stahl. Der Träger 140 kann als Metallfolie oder
metallbeschichtete Folie ausgebildet sein. Der Träger 140 kann eines oder mehrere der oben genannten Materialien aufweisen. Der Träger 140 kann ein Teil einer Spiegelstruktur sein oder diese bilden. Der Träger 140 kann einen mechanisch rigiden Bereich und/oder einen mechanisch flexiblen Bereich aufweisen oder derart ausgebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Träger 140 eine metallbeschichtete Folie oder ein metallbeschichteter Formkörper sein. Die metallbeschichtete Folie weist
beispielsweise eine Metallschicht auf einer oben
beschriebenen Kunststofffolie auf. Der Träger 140 kann beispielsweise eine Folie oder ein Kunststoff-Formkörper beschichtet mit Aluminium oder Kupfer sein oder aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen werden der Emitter 120 oder der Detektor 118 auf dem Träger 140 und/oder (optional) die Platten 202, 204 miteinander mittels eines Haftmittels bzw. Klebstoffes miteinander verbunden. Die Schicht aus Klebstoff kann auch als Haftmittelschicht bezeichnet werden.
In verschiedenen Ausgestaltungen kann der Klebstoff einen der folgenden Stoffe aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Kasein, ein Glutin, eine Stärke, eine Cellulose, ein Harz, ein Tannin, ein Lignin, einen organischen Stoff mit
Sauerstoff. Stickstoff, Chlor und/oder Schwefel; ein
Metalloxid, ein Silikat ein Phosphat, ein Borat. In verschiedenen Ausgestaltungen kann der Klebstoff als ein Schmelzklebstoff, beispielsweise ein lösemittelhaltiger Nassklebstoff, ein Kontaktklebstoff, ein
Dispersionsklebstoff, ein Wasserbasierter Klebstoff, ein Plastisol; ein Polymerisationsklebstoff, beispielsweise ein Cyanacrylat-Klebstoff, ein Methylmethacrylat-Klebstoff, ein anaerob härtender Klebstoff, ein ungesättigter Polyester, ein Strahlenhärtender Klebstoff; ein Polykondensationsklebstoff, beispielsweise ein Phenol-Formaldehydharz-Klebstoff, ein Silikon, ein Silanvernetzender Polymerklebstoff, ein
Polyimidklebstoff, ein Polysulfidklebstoff; und/oder ein Polyadditionsklebstoffe, beispielsweise ein Epoxidharz- Klebstoff, ein Polyurethan-Klebstoff, ein Silikon, ein
Haftklebstoff; aufweisen oder daraus gebildet sein.
Ein Schmelzklebstoff kann in verschiedenen
Ausführungsbeispielen ein Werkstoff zum Stoffschlüssigen Verbinden zweier Körper, beispielsweise des
lichtemittierenden Bauelements 108 mit der Leiterstruktur 106, sein. Der Schmelzklebstoff kann beispielsweise ein
Werkstoff sein, der bei Zimmertemperatur hart ist und der zum Verbinden der Körper zunächst verflüssigt und dann wieder gehärtet wird. Dabei kann der Schmelzklebstoff bereits vor dem Verflüssigen oder erst in flüssigem Zustand mit den beiden Körpern in Kontakt gebracht werden. Der
Schmelzklebstoff kann beispielsweise in einem Konvektionsofen oder einem Reflow-Ofen verflüssigt werden. Der
Schmelzklebstoff kann beispielsweise einen Kunststoff, beispielsweise ein Kunstharz, und/oder ein Metall,
beispielsweise ein Lot, aufweisen. Das Lot kann
beispielsweise eine Legierung aufweisen. Das Lot kann
beispielsweise Blei, Zinn, Zink, Kupfer, Silber, Aluminium, Silizium und/oder Glas und/oder organische oder anorganische Zusatzstoffen aufweisen.
FIG. 3A, 3B und 3C, FIG. 4 und FIG.5 zeigen schematische Ansichten eines Gassensors 100 mit einer strahlleitenden Kavitätsstruktur 130 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Insofern es nachfolgend nicht abweichend beschrieben wird, kann der in den Figuren veranschaulichte Gassensor 100 gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform eingerichtet sein.
Die Kavität 134 kann in bzw. auf dem Träger mittels zwei oder mehr Platten oder mittels eines Formkörpers 310 und zwei oder mehr gekrümmten Oberflächen 102, 104, 206 gebildet sein.
Beispielsweise ist in der in den FIG.3A-C veranschaulichten Ausführungsform die Kavität 134 durch 7 gekrümmte Oberflächen gebildet, die mäander-förmig zueinander angeordnet sind bzw. bilden eine Mäander-Form aus.
In der in FIG.4 veranschaulichten Ausführungsform ist die Kavität 134 durch 3 gekrümmte Oberflächen 102, 104, 206 gebildet, die S- bzw. Z-förmig zueinander angeordnet sind bzw. bilden eine S- bzw. Z-Form aus.
In der in FIG.5 veranschaulichten Ausführungsform ist die Kavität 134 durch 13 gekrümmte Oberflächen 102, 104, 206 gebildet (lediglich die ersten 3 der 13 gekrümmten
Oberflächen sind mit Bezugszeichen versehen) , spiral-förmig zueinander angeordnet sind bzw. bilden eine Spiral-Form aus.
In verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren gekrümmten Oberflächen zueinander unterschiedliche Formen oder Abmessungen aufweisen, wie in FIG. 3A-C und FIG. 5 veranschaulicht ist.
Die in den Fig. 3A-5 veranschaulichten Ausführungsformen eines Gassensors 100 weisen einen Emitter 120 und einen
Detektor 118 in bzw. an einem Aufnahmebereich 208, 210 auf.
Der Detektor 118 weist in verschiedenen Ausführungsformen zwei oder mehr unabhängig voneinander ansteuerbare Einzel- Detektoren 304 auf. Die Einzel-Detektoren können gleich oder unterschiedlich sein. Beispielsweise wird einer der Einzel- Detektoren als Referenz-Detektor 304 für den anderen Einzel- Detektor 304 (auch als Sensor-Detektor bezeichnet) verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Einzel-Detektor 304 eine höhere Sensitivität und/oder einen anderen
Wellenlängenbereich erfassen als der andere Einzel-Detektor 304. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die
Einzel-Detektoren 304 des Detektors abwechselnd als Sensor- Detektor und Referenz-Detektor verwendet werden,
beispielsweise für eine einzelne Messung. Dadurch können Änderungen, beispielsweise Alterungseffekte, der Einzel- Detektoren erfasst und aus dem Messergebnis entfernt werden.
Die Einzel-Detektoren 304 können beispielsweise übereinander (siehe bspw. FIG. 3A) oder nebeneinander (siehe bspw. FIG.4) in Bezug auf einander bzw. zum Emitter 120 im Aufnahmebereich 208 angeordnet sein. Die Einzel-Detektoren können bei oder in einem ersten Brennpunkt einer gemeinsamen gekrümmten
Oberfläche angeordnet sein (bspw. in FIG.3A veranschaulicht) oder bei oder in einem ersten Brennpunkt unterschiedlicher gekrümmter Oberflächen (bspw. in FIG. 5 veranschaulicht).
Der Sensor-Detektor 304 kann beispielsweise in Bezug auf die gekrümmte Oberfläche mit dem Emitter 120 in dem ersten
Brennpunkt der letzten gekrümmten Oberfläche angeordnet sein. Der Referenz-Detektor 304 kann neben dem ersten Brennpunkt dieser letzten gekrümmten Oberfläche angeordnet sein.
Alternativ sind der Sensor-Detektor 304 und der Referenz- Detektor 304 neben bzw. ungefähr im ersten Brennpunkt der letzten gekrümmten Oberfläche angeordnet sein, beispielsweise symmetrisch bezüglich des ersten Brennpunktes der gemeinsamen gekrümmten Oberfläche.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kavität des
Gassensors 100 eine Strahlteiler-Struktur 502 aufweisen
(bspw. in FIG.5 veranschaulicht). Bei einer Strahlteiler- Struktur stimmt der erste Brennpunkt von zwei oder mehr gekrümmten Oberflächen jeweils mit dem zweiten Brennpunkt von einer oder mehreren weiteren gekrümmten Oberflächen überein bzw. stimmen ungefähr überein. Dadurch können beispielsweise mehrere Einzel-Detektoren 304 jeweils im ersten Brennpunkt unterschiedlicher gekrümmter Oberflächen angeordnet werden, wie in FIG. 5 veranschaulicht ist.
Alternativ oder zusätzlich können analog zu den
Ausführungsformen mit den zwei oder mehr Einzel-Detektoren der Emitter 120 zwei oder mehr gleiche oder unterschiedliche Einzel-Emitter 302 in dem Gassensor 100 vorgesehen sein. Die Einzel-Emitter 302 können beispielsweise eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen zu emittieren. Die Einzel-Emitter 302 können eingerichtet sein, dass sie gleichzeitig, nacheinander oder auswählbar (selektiv) angesteuert werden können, um jeweils eine
elektromagnetische Strahlung zu emittieren, die von einem Analyt absorbierbar ist. Dadurch können unterschiedliche Analyte erfasst werden und/oder ähnliche Analyte voneinander unterschieden werden.
FIG . 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Herstellen eines Gassensors 100 mit einer strahlleitenden Kavität 134 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 600 zum Herstellen eines Gassensors, weist in S1 ein Ausbilden einer strahlleitende Kavitätsstruktur 130 mit einer Kavität 134 mit mindestens einer ersten gekrümmten Oberfläche 102 und einer zweiten gekrümmten Oberfläche 104 auf. Die erste und zweite gekrümmte Oberfläche 102, 104 weisen jeweils einen ersten Brennpunkt 112, 116 und einen zweiten Brennpunkt 110, 114 auf bzw. werden entsprechend ausgebildet .
Die Kavität 134 ist bzw. wird derart eingerichtet, dass zwischen dem ersten Brennpunkt 112, 116 der ersten gekrümmten
Oberfläche 102 und dem ersten Brennpunkt 112, 116 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist. Der zweite Brennpunkt 110, 114 der zweiten gekrümmten Oberfläche 104 ist bzw. wird neben der Verbindungsstrecke 132 des ersten und zweiten Brennpunktes 110, 114 der ersten gekrümmten Oberfläche 102 angeordnet. In S2 weist das Verfahren 600 ein Anordnen eines Emitters 120, der zum Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung 106, 108 eingerichtet ist, auf, so dass der Emitter 120 optisch mit der strahlleitenden Kavitätsstruktur 130
gekoppelt ist.
In S3 weist das Verfahren 600 ein Anordnen eines Detektors 118, der zum Detektieren der elektromagnetischen Strahlung 106, 108 eingerichtet ist, auf, so dass der Detektor 118 durch die strahlleitende Kavitätsstruktur 130 mit dem Emitter 118 optisch gekoppelt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt.
Beispiel 1 ist eine strahlleitende Kavitätsstruktur, die aufweist: mindestens eine erste gekrümmte Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche, die eine Kavität aufspannen, wobei die erste und zweite gekrümmte Oberfläche, jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt und einen zweiten
Brennpunkt aufweist, wobei die Kavität derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten
gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist. In Beispiel 2 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß Beispiel 1 optional auf, dass die ersten und zweiten
Brennpunkte der ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. In Beispiel 3 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß Beispiel 1 oder 2 optional auf, dass die ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen, einander gegenüberliegen. In Beispiel 4 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional auf, dass die Kavität derart eingerichtet ist, dass die Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten
Oberfläche in einem Winkel zu der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes, der zweiten gekrümmten
Oberfläche angeordnet ist.
In Beispiel 5 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche die gleiche Form aufweist wie die zweite gekrümmte Oberfläche.
In Beispiel 6 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche und/oder die zweite gekrümmte Oberfläche spekulär reflektierend eingerichtet sind/ist.
In Beispiel 7 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, ferner auf: eine erste Platte, welche mindestens eine erste Kavität mit der ersten
gekrümmten Oberfläche aufweist, und
eine zweite Platte, welche mindestens eine zweite Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche aufweist, wobei die erste Platte mit der zweiten Platte derart verbunden ist, dass die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden .
In Beispiel 8 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, ferner auf: einen Formkörper mit mindestens einer ersten Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche und mindestens einer zweiten Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche, wobei die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 9 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, ferner auf: mindestens eine dritte gekrümmte Oberfläche mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt, wobei die Kavität derart
eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im
wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und
wobei der erste Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten
Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist .
Beispiel 10 ist ein Gassensor, der aufweist: eine
strahlleitende Kavitätsstruktur mit: mindestens eine erste gekrümmte Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche, die eine Kavität aufspannen, wobei die erste und zweite gekrümmte Oberfläche, jeweils mindestens einen ersten
Brennpunkt und einen zweiten Brennpunkt aufweist, wobei die Kavität derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist; und einen Emitter eingerichtet zum Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung und einen Detektor, der zum Detektieren der
elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, wobei der Detektor durch die strahlleitende Kavitätsstruktur mit dem Emitter optisch gekoppelt ist.
In Beispiel 11 weist der Gassensor gemäß Beispiel 10 optional auf, dass der Emitter im zweiten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist.
In Beispiel 12 weist der Gassensor gemäß Beispiel 10 oder 11 optional auf, dass der Detektor im ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist; oder dass der Detektor in einem ersten Brennpunkt mindestens einer weiteren gekrümmten Oberfläche angeordnet ist, wobei die weitere gekrümmte Oberfläche mittels eines zweiten Brennpunktes mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche optisch gekoppelt ist.
Unmittelbar gekoppelt ist dabei so zu verstehen, dass der zweite Brennpunkt der weiteren gekrümmten Oberfläche
positions-identisch mindestens lateral ohne Abstand mit dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche ist.
Mittelbar gekoppelt ist so zu verstehen, dass mindestens noch eine weitere gekrümmte Oberfläche zwischen dem zweiten
Brennpunkt der weiteren gekrümmten Oberfläche und dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist.
In Beispiel 13 weist der Gassensor gemäß einem der Beispiele 10 bis 12, ferner auf: eine Referenz-Emitter-Detektor- Anordnung, eingerichtet zum Erfassen einer Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Gas, einer Alterung des Emitters, einer Alterung des Detektors und/oder einer Beschädigung der strahlleitenden Kavitätsstruktur.
In Beispiel 14 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 13 optional auf, dass die ersten und zweiten Brennpunkte der ersten und zweiten
gekrümmten Oberflächen, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind .
In Beispiel 15 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiel 10 bis 14 optional auf, dass die ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen, einander
gegenüberliegen .
In Beispiel 16 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 15 optional auf, dass die Kavität derart eingerichtet ist, dass die Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche in einem Winkel zu der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes, der zweiten gekrümmten
Oberfläche angeordnet ist. In Beispiel 17 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 16 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche die gleiche Form aufweist wie die zweite gekrümmte Oberfläche.
In Beispiel 18 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 17 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche und/oder die zweite gekrümmte Oberfläche spekulär reflektierend eingerichtet sind/ist.
In Beispiel 19 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 18, ferner auf: eine erste Platte, welche mindestens eine erste Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche aufweist, und eine zweite Platte, welche mindestens eine zweite Kavität mit der zweiten
gekrümmten Oberfläche aufweist, wobei die erste Platte mit der zweiten Platte derart verbunden ist, dass die erste
Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 20 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 19, ferner auf: einen
Formkörper mit mindestens einer ersten Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche und mindestens einer zweiten Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche, wobei die erste
Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 21 weist die strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der Beispiele 10 bis 20, ferner auf: mindestens eine dritte gekrümmte Oberfläche mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt, wobei die Kavität derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im
wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und dass der erste Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche neben der
Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist. Beispiel 22 ist ein Verfahren zum Herstellen einer
strahlleitenden Kavitätsstruktur, das Verfahren weist auf: Ausbilden S1 einer strahlleitenden Kavitätsstruktur mit mindestens einer ersten gekrümmten Oberfläche und einer zweiten gekrümmten Oberfläche, die eine Kavität aufspannen, wobei die erste und zweite gekrümmte Oberfläche, jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt und einen zweiten
Brennpunkt aufweist, wobei die Kavität derart eingerichtet wird, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten
gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist.
In Beispiel 23 weist das Verfahren gemäß Beispiel 22 optional auf, dass die ersten und zweiten Brennpunkte der ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden.
In Beispiel 24 weist das Verfahren gemäß Beispiel 22 oder 23 optional auf, dass die ersten und zweiten gekrümmten
Oberflächen, einander gegenüberliegend angeordnet werden.
In Beispiel 25 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 22 bis 24 optional auf, dass die Kavität derart eingerichtet wird, dass die Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche in einem
Winkel zu der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten
Brennpunktes, der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist .
In Beispiel 26 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 22 bis 25 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche die gleiche Form aufweist wie die zweite gekrümmte
Oberfläche . In Beispiel 27 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 22 bis 26 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche und/oder die zweite gekrümmte Oberfläche spekulär
reflektierend eingerichtet sind/ist.
In Beispiel 28 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 22 bis 27 ferner auf, dass die strahlleitend Kavitätsstruktur ausgebildet wird mittels einer ersten Platte, welche
mindestens eine erste Kavität mit der ersten gekrümmten
Oberfläche aufweist, und einer zweiten Platte, welche
mindestens eine zweite Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche aufweist, wobei die erste Platte mit der zweiten Platte derart verbunden wird, dass die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 29 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 22 bis 27 ferner auf, dass die strahlleitend Kavitätsstruktur ausgebildet wird mittels eines Formkörpers mit mindestens einer ersten Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche und mindestens einer zweiten Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche, wobei die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 30 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 22 bis 29 ferner auf, dass mindestens eine dritte gekrümmte Oberfläche mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt optional auf, dass die Kavität derart eingerichtet wird, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der zweiten
gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist.
Beispiel 31 ist ein Verfahren 600 zum Herstellen eines
Gassensors, das Verfahren aufweisend: Ausbilden S1 einer strahlleitende Kavitätsstruktur mit einer Kavität mit mindestens einer ersten gekrümmten Oberfläche und einer zweiten gekrümmten Oberfläche optional auf, dass die erste und zweite gekrümmte Oberfläche, jeweils einem ersten
Brennpunkt und einen zweiten Brennpunkt aufweist, wobei die Kavität derart eingerichtet wird, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der zweite Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist, Anordnen S2 eines Emitters, der zum Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, so dass der Emitter optisch mit der strahlleitenden Kavitätsstruktur gekoppelt ist, und
Anordnen S3 eines Detektors, der zum Detektieren der
elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, so dass der Detektor durch die strahlleitende Kavitätsstruktur mit dem Emitter optisch gekoppelt ist.
In Beispiel 32 weist das Verfahren gemäß Beispiel 31 optional auf, dass der Emitter im zweiten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche angeordnet wird.
In Beispiel 33 weist das Verfahren gemäß Beispiel 30 oder 31 optional auf, dass der Detektor im ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet wird; oder dass der Detektor in einem ersten Brennpunkt mindestens einer weiteren gekrümmten Oberfläche angeordnet wird, wobei die weitere gekrümmte Oberfläche mittels eines zweiten Brennpunktes mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Brennpunkt der zweiten gekrümmten Oberfläche optisch gekoppelt wird.
In Beispiel 34 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 31 bis 33 ferner optional auf: Ausbilden einer Referenz- Emitter-Detektor-Anordnung, die eingerichtet wird zum
Erfassen einer Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Gas, einer Alterung des Emitters, einer Alterung des Detektors und/oder einer Beschädigung der strahlleitenden Kavitätsstruktur .
In Beispiel 35 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 34 optional auf, dass die ersten und zweiten
Brennpunkte der ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden.
In Beispiel 36 weist das Verfahren gemäß Beispiel 30 bis 35 optional auf, dass die ersten und zweiten gekrümmten
Oberflächen, einander gegenüberliegend angeordnet werden.
In Beispiel 37 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 36 optional auf, dass die Kavität derart eingerichtet wird, dass die Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der ersten gekrümmten Oberfläche in einem
Winkel zu der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten
Brennpunktes, der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist .
In Beispiel 38 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 37 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche die gleiche Form aufweist wie die zweite gekrümmte
Oberfläche .
In Beispiel 39 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 38 optional auf, dass die erste gekrümmte Oberfläche und/oder die zweite gekrümmte Oberfläche spekulär
reflektierend eingerichtet sind/ist.
In Beispiel 40 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 39 ferner auf, dass die strahlleitend Kavitätsstruktur ausgebildet wird mittels einer ersten Platte, welche
mindestens eine erste Kavität mit der ersten gekrümmten
Oberfläche aufweist, und einer zweiten Platte, welche
mindestens eine zweite Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche aufweist, wobei die erste Platte mit der zweiten Platte derart verbunden wird, dass die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 41 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 39 ferner auf dass die strahlleitend Kavitätsstruktur ausgebildet wird mittels eines Formkörpers mit mindestens einer ersten Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche und mindestens einer zweiten Kavität mit der zweiten gekrümmten Oberfläche, wobei die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität bilden.
In Beispiel 42 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 30 bis 41 ferner auf, dass mindestens eine dritte gekrümmte Oberfläche mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt optional auf, dass die Kavität derart eingerichtet wird, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der zweiten
gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist.
Strahlleitende Kavitätsstruktur gemäß einem der
vorhergehenden Beispiele, ferner aufweisend: mindestens eine weitere gekrümmte Oberfläche mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt, wobei die Kavität derart
eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt der ersten gekrümmten Oberfläche und dem zweiten Brennpunkt der weiteren gekrümmten Oberfläche lateral kein oder im
wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der weiteren gekrümmten Oberfläche neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes der zweiten gekrümmten Oberfläche angeordnet ist. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Gassensor
102, 104 gekrümmte Oberflächen
106, 108 elektromagnetische Strahlung
110, 112, 114, 116 Brennpunkte
118 Detektor
120 Emitter
130 strahlleitende Kavität
132 Verbindungsstrecke zwischen erstem und zweiten Brennpunkt mit Abstand
134 Kavität
310, 140 Träger
202, 204 Platte
206 gekrümmte Oberfläche
208, 210 Aufnahmebereich
302 Einzel-Emitter
304 Einzel-Detektor
502 Strahlteiler
600 Verfahren
Sl, S2, S3 Verfahrensschritte

Claims

PATENTANS PRÜCHE
1. Strahlleitende Kavitätsstruktur (130), aufweisend:
• mindestens eine erste gekrümmte Oberfläche (102) und eine zweite gekrümmte Oberfläche (104), die eine Kavität (134) aufspannen, wobei die erste und zweite gekrümmte Oberfläche (102, 104) jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt (112, 116) und einen zweiten Brennpunkt (110, 114) aufweist,
• mindestens eine dritte gekrümmte Oberfläche (206) mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt,
• wobei die Kavität (134) derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt (112) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) und dem zweiten
Brennpunkt (114) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist;
• wobei die Kavität (134) derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt (116) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) und dem zweiten
Brennpunkt der dritten gekrümmten Oberfläche (206) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und
• wobei der erste Brennpunkt (116) der zweiten
gekrümmten Oberfläche (104) neben der
Verbindungsstrecke (132) des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 114) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) angeordnet ist und
• wobei der erste Brennpunkt der dritten gekrümmten
Oberfläche (206) neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 114) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) angeordnet ist.
2. Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Brennpunkte (110, 114) der ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen (102, 104) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei die ersten und zweiten gekrümmten Oberflächen (102, 104) einander gegenüberliegen.
Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Kavität (134) derart eingerichtet ist, dass die Verbindungsstrecke (132) des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 112) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) in einem Winkel zu der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes (116, 114) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) angeordnet ist.
Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste gekrümmte Oberfläche (102) die gleiche Form aufweist wie die zweite gekrümmte Oberfläche (104) .
Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste gekrümmte Oberfläche (102) und/oder die zweite gekrümmte Oberfläche (104) spekulär reflektierend eingerichtet sind/ist.
Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend:
eine erste Platte (204), welche mindestens eine erste Kavität (134) mit der ersten gekrümmten Oberfläche (102) aufweist, und
eine zweite Platte (202), welche mindestens eine zweite Kavität (134) mit der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) aufweist,
wobei die erste Platte (204) mit der zweiten Platte (202) derart verbunden ist, dass die erste Kavität und die zweite Kavität zusammen die Kavität (134) bilden.
8. Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend:
einen Formkörper mit mindestens einer ersten Kavität mit der ersten gekrümmten Oberfläche (102) und mindestens einer zweiten Kavität mit der zweiten gekrümmten
Oberfläche (104), wobei die erste Kavität und die zweite Kavität (134) zusammen die Kavität bilden.
9. Strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
mindestens eine weitere gekrümmte Oberfläche (206) mit einem ersten Brennpunkt und einem zweiten Brennpunkt, wobei die Kavität (134) derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt (116) der ersten
gekrümmten Oberfläche (104) und dem zweiten Brennpunkt der weiteren gekrümmten Oberfläche (206) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und wobei der erste Brennpunkt der weiteren gekrümmten
Oberfläche (206) neben der Verbindungsstrecke des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 114) der zweiten
gekrümmten Oberfläche (104) angeordnet ist.
10. Gassensor, aufweisend:
• eine strahlleitende Kavitätsstruktur (130) gemäß
einem der vorhergehenden Ansprüche,
• einen Emitter (120) eingerichtet zum Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung (106, 108) und
• einen Detektor (118), der zum Detektieren der
elektromagnetischen Strahlung (106, 108) eingerichtet ist,
• wobei der Detektor (118) durch die strahlleitende
Kavitätsstruktur (130) mit dem Emitter (118) optisch gekoppelt ist.
11. Gassensor gemäß Anspruch 10,
wobei der Emitter (120) im zweiten Brennpunkt (110, 114) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) angeordnet ist.
12. Gassensor gemäß Anspruch 10 oder 11,
wobei der Detektor (118) im ersten Brennpunkt (112, 116) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) angeordnet ist; oder
wobei der Detektor (118) in einem ersten Brennpunkt
(112, 116) mindestens einer weiteren gekrümmten
Oberfläche (206) angeordnet ist, wobei die weitere gekrümmte Oberfläche (206) mittels eines zweiten
Brennpunktes (110, 114) mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Brennpunkt (116) der zweiten gekrümmten
Oberfläche (104) optisch gekoppelt ist.
13. Gassensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner aufweisend eine Referenz-Emitter-Detektor- Anordnung, eingerichtet zum Erfassen einer:
• Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Gas,
• Alterung des Emitters,
• Alterung des Detektors und/oder
• Beschädigung der strahlleitenden Kavitätsstruktur
(130) .
14. Verfahren zum Herstellen einer strahlleitenden
Kavitätsstruktur (130), aufweisend:
• Ausbilden (Sl) einer strahlleitenden Kavitätsstruktur (130) mit mindestens einer ersten gekrümmten
Oberfläche (102) und einer zweiten gekrümmten Oberfläche (104), die eine Kavität (134) aufspannen,
• wobei die erste und zweite gekrümmte Oberfläche (102, 104) jeweils mindestens einen ersten Brennpunkt (112, 116) und einen zweiten Brennpunkt (110, 114)
aufweist,
• wobei die Kavität (134) derart eingerichtet wird,
dass zwischen dem ersten Brennpunkt (112, 116) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) und dem zweiten Brennpunkt (110, 114) der zweiten gekrümmten
Oberfläche (104) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und • wobei der erste Brennpunkt (112, 116) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) neben der
Verbindungsstrecke (132) des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 114) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) angeordnet ist.
15. Verfahren (600) zum Herstellen eines Gassensors,
aufweisend :
• Ausbilden (Sl) einer strahlleitende Kavitätsstruktur (130) mit einer Kavität (134) mit mindestens einer ersten gekrümmten Oberfläche (102) und einer zweiten gekrümmten Oberfläche (104),
• wobei die erste und zweite gekrümmte Oberfläche (102, 104) jeweils einem ersten Brennpunkt (112, 116) und einen zweiten Brennpunkt (110, 114) aufweist,
• wobei die Kavität (134) derart eingerichtet ist, dass zwischen dem ersten Brennpunkt (112, 116) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) und dem ersten Brennpunkt (112, 116) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) lateral kein oder im wesentlichen kein Abstand ausgebildet ist; und
• wobei der zweite Brennpunkt (110, 114) der zweiten gekrümmten Oberfläche (104) neben der
Verbindungsstrecke (132) des ersten und zweiten Brennpunktes (110, 114) der ersten gekrümmten Oberfläche (102) angeordnet ist,
• Anordnen (S2) eines Emitters (120), der zum
Emittieren einer elektromagnetischen Strahlung (106, 108) eingerichtet ist, so dass der Emitter (120) optisch mit der strahlleitenden Kavitätsstruktur (130) gekoppelt ist, und
• Anordnen (S3) eines Detektors (118), der zum
Detektieren der elektromagnetischen Strahlung (106, 108) eingerichtet ist, so dass der Detektor (118) durch die strahlleitende Kavitätsstruktur (130) mit dem Emitter (118) optisch gekoppelt ist.
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