显微光谱仪模块和用于借助于显微光谱仪模块来记录光谱的方法技术

本发明专利技术涉及一种显微光谱仪模块（100），其由以下组成：光学谐振器（102），用于对光进行滤波；探测装置（104），用于探测被光学谐振器（102）透射的光；和聚焦元件（106）。光学谐振器（102）关于所要滤出的波长范围方面可调。探测装置（104）具有至少一个第一探测元件（108）和至少一个第二探测元件（110）。聚焦元件（106）成型用来使透射光的在第一入射角范围之内射入的光束偏转到第一探测元件（108）上并且使透射光的在第二入射角范围之内射入的光束偏转到第二探测元件（110）上。

Microspectrophotometer module and method for recording spectra by means of microspectrophotometer module

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显微光谱仪模块和用于借助于显微光谱仪模块来记录光谱的方法
本专利技术的出发点是一种根据独立权利要求的前序部分所述的设备或方法。本专利技术的主题也是一种计算机程序。
技术介绍
在US20140320858A1中提出了一种显微光谱仪，该显微光谱仪基于光学滤波器、透镜和探测器阵列。视光以哪个角度射到滤波器上而定，使不同的波长范围透过。接着，通过透镜使不同角度的光分别成像到探测器阵列的不同位置并且因此获得光谱。在此，取决于光学滤波器，只能检查大约35nm的波长间隔。为了增加能检查的波长范围，需要使用分辨率高的分段光学滤波元件、微透镜阵列和探测器阵列。然而，在此，来自微透镜阵列的不同区段的光可能在探测器阵列上交叠，这可能导致测量错误。
技术实现思路
在该背景下，利用这里所提出的方案，提出了根据独立权利要求所述的一种显微光谱仪模块、一种用于借助于显微光谱仪模块来记录光谱的方法，还有一种应用该方法的设备，以及最后一种相对应的计算机程序。通过在从属权利要求中提及的措施，对在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展和改进都是可能的。显微光谱仪例如可以基于可调的、直接布置在单个探测器上的法布里-珀罗干涉仪来实现。在此，所希望的被透过的波长通过法布里-珀罗干涉仪的镜间距来调整，并且测量探测器信号。然而，在该方案中，可用的角度范围（当想要获得良好的分辨率时）受限制，这限制了可探测的光并且因此限制了信噪比。由此，也可以相对应地提高测量时间，因为分别只测量一个波长的信号。在此，这里所描述的方案的特别之处不是在于滤波器、透镜和探测器阵列的组合，而是在于与可调滤波器的组合。在使用可调滤波器方面的优点在于该可调滤波器更有利，因为需要小得多的探测器面积（以及仅仅一个透镜）。这一点即使在探测器较昂贵的情况下也能够使用。因而，提出了一种具有如下特征的显微光谱仪模块：光学谐振器，用于对光进行滤波，其中该光学谐振器关于一个所要滤出的波长范围或者多个所要滤出的波长范围方面可调；探测装置，用于探测被该光学谐振器透射的光，其中该探测装置具有至少一个第一探测元件和至少一个第二探测元件；和聚焦元件，该聚焦元件成型用来使透射光的在第一入射角范围之内射入的光束偏转到第一探测元件上并且使透射光的在第二入射角范围之内射入的光束偏转到第二探测元件上。显微光谱仪模块可以被理解成用于借助于光学谐振器来分析光的光谱成分的微型模块。例如，显微光谱仪模块可以是用于（近）红外光谱的微型光谱仪。光学谐振器例如可以是法布里-珀罗谐振器，该法布里-珀罗谐振器由两个彼此对置地布置的（部分透光的）镜元件构成。这两个镜元件例如可以彼此以确定的间距平行布置，该间距也可被称作腔体长度。该间距例如可以为了借助于适当的镜驱动来调节该光学谐振器而可变。探测装置可以被理解为光感测器，比如以CCD或CMOS传感器、光电二极管或光电晶体管形式的光感测器。探测装置例如可以实现为由像素作为探测元件来构成的探测器阵列或者由至少两个单独的单探测器作为探测元件来构成的装置。按照一个实施方式，探测元件可以由多个单独的探测像素组成。聚焦元件可以被理解为透镜、例如凸透镜。有利地，这种透镜可以是消色差的。这里所提出的方案基于如下认识：可调光学谐振器、比如法布里-珀罗干涉仪可以与透镜形式的傅里叶变换元件和探测器阵列或多个单探测器相结合，以便可以进行对所要检查的光谱的分辨率高的取决于角度的测量。有利地，由此可以省去对多个光路径的花费高的光学隔离，如其例如在使用具有副滤波系统的微透镜阵列时所需的那样。这里所提出的方案还能够实现测量时间短并且光效率高。按照一个实施方式，聚焦元件可以实现为透镜、消色差透镜或者反射器、例如镜。由此，可以避免测量误差。聚焦元件可以布置在光学谐振器与探测装置之间。由此，显微光谱仪模块可以非常紧凑地来实施。也有利的是：光学谐振器实现为法布里-珀罗干涉仪。由此，显微光谱仪模块可以精确地针对不同的波长范围来调整。探测装置还可具有至少一个第三探测元件。在此，聚焦元件可以成型用来使透射光的至少一个在第三入射角范围之内射入的光束偏转到该至少一个第三探测元件上。由此，即使在测量宽的波长范围的情况下也可以实现高分辨率。因此，探测装置可具有多个探测元件。因此，可以实现精细分段的探测装置，其中例如CMOS/CCD探测器的每个像素或精细的像素段都被用于进行分析。按照另一实施方式，显微光谱仪模块可具有至少一个前置于探测装置的预滤器，用于对光进行预滤波。由此，可以滤出不期望的干涉。在此，预滤器可以布置在光学谐振器前面或者可以布置在光学谐振器后面。其任务在于将法布里-珀罗的单个的或所希望的干涉级滤出的预滤器也可以构造为另一光学谐振器。通过该预滤器，可以对光高效地进行预滤波。由此，尤其可以视应用而定来精确地调整所要滤出的波长范围，或可以避免通过不期望的级引起的干扰。显微光谱仪模块可具有至少一个光源，用于照射要借助于该显微光谱仪模块来分析的对象。由此，所要分析的对象可以有针对性地用确定的波长范围的光来照明。这里所提出的方案还提供了一种用于借助于按照上述实施方式之一的显微光谱仪模块来记录光谱的方法，其中该方法包括如下步骤：对光学谐振器进行操控，以便将该光学谐振器调整到被分配给所预期的光谱的中央波长；而且对探测装置进行读取，以便获得至少一个强度值，其中该强度值表示由第一探测元件来探测的在第一入射角范围之内射入的光束的强度和/或由第二探测元件来探测的在第二入射角范围之内射入的光束的强度。在操控的步骤中，可以根据预期有怎样的光谱来开始在另一波长的情况下进行测量。在操控的步骤中，例如可以将电操控信号提供给光学谐振器的接口。在此，该操控信号可适合于操控光学谐振器，使得调整出所希望的中央波长。例如，该操控信号可适合于操控谐振器的执行器，使得将该谐振器的至少一个镜元件移动到被分配给所希望的中央波长的位置。该强度值可以以电信号的形式通过与探测装置的接口来读取。如果存在n个探测元件，则该强度值可以是n元组值。按照另一实施方式，操控的步骤可以作为对读取的响应而再次被实施，以便将光学谐振器调整到与中央波长相邻的另一中央波长。读取的步骤可以作为对调整到另一中央波长的响应而再次被实施，以便获得至少一个其它强度值，其中该其它强度值可表示透射光的在第一入射角范围之内射入的其它光束的由第一探测元件探测的强度，或者附加地或替选地可表示透射光的在第二入射角范围之内射入的其它光束的由第二探测元件探测的强度。由此，能够实现对整个光谱的持续扫描。尤其是，在这种情况下，光谱的不同分区可以重叠地被扫描或者也可以分别被扫描多次。换言之，对该方法的步骤的重复实施能够实现对整个所希望的光谱范围的逐步巡视。该方法例如可以以软件或硬件或者以软件和硬件的混合形式来实现，例如在控制设备中实现。这里所提出的方案还提供了一种设备，该设备被构造为在相对应的装置中执行、操控或实现这里所提出的方法的变型方案的步骤。通过本专利技术的以设备形式的所述实施变型方案，也可以快速并且高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微光谱仪模块（100），其具有如下特征：/n光学谐振器（102），用于对光进行滤波，其中所述光学谐振器（102）关于至少一个所要滤出的波长范围方面可调；/n探测装置（104），用于探测被所述光学谐振器（102）透射的光，其中所述探测装置（104）具有至少一个第一探测元件（108）和至少一个第二探测元件（110）；和/n聚焦元件（106），所述聚焦元件成型用来使透射光的在第一入射角范围之内射入的光束（400）偏转到所述第一探测元件（108）上并且使透射光的在第二入射角范围之内射入的光束（600）偏转到所述第二探测元件（110）上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170721 DE 102017212557.81.一种显微光谱仪模块（100），其具有如下特征：
光学谐振器（102），用于对光进行滤波，其中所述光学谐振器（102）关于至少一个所要滤出的波长范围方面可调；
探测装置（104），用于探测被所述光学谐振器（102）透射的光，其中所述探测装置（104）具有至少一个第一探测元件（108）和至少一个第二探测元件（110）；和
聚焦元件（106），所述聚焦元件成型用来使透射光的在第一入射角范围之内射入的光束（400）偏转到所述第一探测元件（108）上并且使透射光的在第二入射角范围之内射入的光束（600）偏转到所述第二探测元件（110）上。


2.根据权利要求1所述的显微光谱仪模块（100），其中所述聚焦元件（106）被实现为透镜、消色差透镜、衍射光学元件或者反射器。


3.根据上述权利要求之一所述的显微光谱仪模块（100），其中所述聚焦元件（106）布置在所述光学谐振器（102）与所述探测装置（104）之间。


4.根据上述权利要求之一所述的显微光谱仪模块（100），其中所述光学谐振器（102）被实现为法布里-珀罗干涉仪。


5.根据上述权利要求之一所述的显微光谱仪模块（100），其中所述探测装置（104）具有至少一个第三探测元件（112），其中所述聚焦元件（106）成型用来使透射光的至少一个在第三入射角范围之内射入的光束（800）偏转到所述至少一个第三探测元件（112）上。


6.根据上述权利要求之一所述的显微光谱仪模块（100），所述显微光谱仪模块具有至少一个前置于所述探测装置（104）的预滤器，用于对光进行预滤波。


7.根据上述权利要求之一所述的显微光...

【专利技术属性】
技术研发人员：M胡斯尼克，C胡贝尔，B施泰因，C舍林，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE