用于探测光谱的方法和光谱装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于在时间上不同地探测测试对象的光谱的方法，所述方法包括提供第一转换颜料，其设计用于将具有可见范围中的第一光谱分布的光转换为具有红外范围中的第二光谱分布的光。在第一时间段期间通过第一光谱分布范围中的光脉冲激发第一转换颜料并且在第一时间间隔期间检测其中一个由测试对象反射的或者透射的处于第一光谱分布范围中的光份额。在之后的第二时间段期间检测由测试对象反射或透射的转换光的份额。按照本发明专利技术，所述第一时间间隔选择为，使得该第一时间间隔基本上处于针对所述第一转换颜料在所述第一时间段中的发光寿命内。中的发光寿命内。中的发光寿命内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于探测光谱的方法和光谱装置
[0001]本申请要求2020年4月22日的德国专利申请DE102020205119.4的优先权，其公开内容通过引用被涵盖到本申请中。
[0002]本专利技术涉及一种用于对对象的光谱进行时间上不同的探测的方法和一种光谱装置。
[0003]光电元件和传感器的一个典型应用是对测试对象进行光谱学检查。简而言之，测试对象被第一波长的光照射并且探测由测试对象反射或者透射或者说传输的光。由所探测到的光的量或者其光谱分布可以推断出关于对象或其参数的结论。
[0004]目前市场上的移动的光谱应用通常包括红外光谱相对较宽的发光二极管。该发光二极管由具有对应的转换颜料的光电元件构成，所述转换颜料将由光电元件可见的光、例如蓝光转换到红外光谱范围中。由此转换的光被传送到待检查的试样上并且由该试样反射或者传送。所述光之后落到探测器单元上，并且因此可以被探测到。
[0005]在通常的应用中，探测器单元包括具有窄带的光谱滤光器的光电探测器，因此探测器仅检测狭窄地限定的波长范围。由此可以通过各个单独的检测器的信号强度的关系生成和分析反射或透射或者说传输光谱。
[0006]然而目前仅有少数发光材料混合物能够覆盖700
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1050nm范围内的所需的和可能的红外光谱。此外，发光材料不会对电子元件发射的全部光进行转换，因此未转换的光也会被测试对象反射或透射或者说传输。光谱中未转换的光的强度在此可能比红外光谱范围中的平均强度高几倍。针对所述应用相应地需要具有高工作电流的适宜的衰减滤光器。安装在探测器上方的滤光器由此也在所需的光谱范围中降低光功率，从使信噪比变差。
[0007]所述问题的备选解决方案为，使用具有不同光谱范围的多个不同的光电元件，并且由此模拟宽带检测器的光谱。然而，为此需要多个光电元件，从而位置空间需求相应地增加。此外，在可见范围和红外范围内进行测量时，需要额外的元件以产生可见的光谱范围内的光。因此，大的位置空间需求使针对移动终端设备的光谱学应用困难。
[0008]因此需要提供一种同样适用于移动终端设备并且尤其是需要较少位置空间需求的方法和模块。用于在时间上不同地探测光谱的方法以及相应的光谱装置考虑了这种需要。在此认识到的是，在光脉冲入射时，转换颜料不是立即地、而是在时间上错开地转换入射光。这是因为转换颜料的产生光转换的激发状态具有一定的寿命。由于这一寿命使载流子保持在激发态并且因此在一段时间之后才通过发射红外的或转换光谱范围内的光返回基态。本专利技术在所述方法和光谱模块中利用了这一点。
[0009]因此提出了一种用于时间上不同地对测试对象的光谱进行探测的方法，其中，在第一步骤中提供第一转换颜料。转换颜料设计用于将具有可见范围内的第一光谱分布的光转换成具有红外范围内的第二光谱分布的光。这种转换可以至少尤其是通过荧光或至多通过磷光进行。荧光是指从外部输入的能量在物理系统中被吸收并导致所述物理系统的激发态的过程。这种激发态通过发出可见或不可见范围中的光而回落到基态。如果在能量的吸收和随后的发射之间不需要附加的激活过程，则称之为荧光。而术语“磷光”描述了下述过程，其中，需要通常形式为光子碰撞或类似形式的附加的激活过程。换言之，对于荧光而言，
通过所谓的允许的转变实现从激发态到基态的转变。其特点是寿命特别短。而对于磷阻抗，光通过不允许的转变发射，该转变需要激活过程，因此具有明显更长的寿命。
[0010]在选择转换颜料时该寿命被用于建议的方法。在所述方法的第二步骤中，在第一时间段中通过第一光谱分布范围中的光脉冲激发第一转换颜料。第一光谱分布的该光脉冲例如可以处于可见范围中。在该第一时间段内，在第一时间间隔期间检测由测试对象反射或透射或者说传输的处于第一光谱分布范围中的光份额。第一时间间隔在此基本上处于第一转换颜料的至少一个寿命内。
[0011]此外，在第一时间段之后的第二时间段期间，测量转换光的由测试对象反射或透射或者说传输的份额。
[0012]通过所建议的方法由此测量第一光谱分布范围内例如在可见范围内的光的反射的或透射或者说传输的份额，然后测量第二光谱范围内的光、即例如第二范围中的转换光的份额。在第一时间间隔中检测第一光谱分布范围中的光份额，因为在该时间间隔内光还没有被转换颜料转换。这是由针对第一转换颜料的最低寿命产生的。换言之，第一时间间隔选择得这样小，使得该时间间隔小于针对第一转换颜料的发光寿命
[0013]在在一个方面中紧随第一时间段之后的第二时间段期间，仅检测转换光的光份额，而没有检测光脉冲的份额、即第一光谱分布范围中的光的份额。由此通过所建议的方法通过光电二极管在时间上不同地检测和测量光的不同光谱份额。这使得光电二极管可以特别简单地设计、即没有复杂的滤光器。同时也降低了位置空间需求，因为具有转换颜料的发光二极管既发射在第一光谱分布范围的光，又发射在第二光谱分布范围的光，并且光电探测器能够检测两个光谱范围中的光。
[0014]如前所述，第二时间段可以紧随在第一时间段之后。这是适宜的，因为在切断光脉冲之后仅存在转换光，并且所述转换光由转换颜料以高强度发出。由于转换的光份额呈指数地下降，因此适宜的是在光脉冲切断后立即地或在不久后设置第二时间段。
[0015]在另一方面，提供第二转换颜料，所述第二转换颜料设计用于将具有第一或第二光谱分布的光转换成具有红外范围内的第三光谱分布的光。第二转换颜料通过第一光脉冲激发。在激发之后，在第二时间段之后的第三时间段期间检测具有第三光谱分布的转换光的由测试对象反射或透射或者说传输的光。通过这一方面能够由此通过光脉冲激发不同的转换颜料。这些转换颜料的特点在于不同的最低寿命，从而由转换颜料转换的光在不同的时间点发出。在此在一个方面中规定，第二转换颜料的发光寿命比第一时间段和第二时间段的总和更长。由此在光脉冲以及通过第一转换颜料转换光脉冲之后，才由第二转换颜料发出转换光。换言之，在一个方面中，第三时间段的开始时间选择为，使得所述第三时间段处于第一转换颜料的发光衰减之后。第三时间段的开始时间由此在很大程度上取决于第一转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不由第一转换颜料进行发光。
[0016]在这一方面中能够通过单独的光脉冲和适宜地选择不同的转换颜料和所述转换颜料的寿命检测转换光的不同的光谱。
[0017]在另一方面，提供第二转换颜料，所述第二转换颜料将具有第一光谱分布或者第四光谱分布的光转换成具有红外范围中的第三光谱分布的光。在第五时间段期间通过第一或者第四光谱分布范围中的光脉冲激发第二转换颜料。在一个方面中，第五时间段可以处于第三时间段之后。在第五时间段中的第二时间间隔期间，检测由测试对象反射或者透射
或者说传输的第一或者第四光谱分布范围中的光份额。接着在第五时间段之后的第六时间段期间探测并且检测被测试对象反射或透射或者说传输的转换光。
[0018]所建议的该方面由此在不同的时间点针对相应的转换颜料产生光脉冲，所述光脉冲使得在颜料的相应的发光寿命之后发出转换光。在相应的光脉冲开始时、即在相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在时间上不同地探测测试对象的光谱的方法，所述方法包括以下步骤：
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提供(S1)第一转换颜料(K1)，所述第一转换颜料设计用于将可见范围中的第一光谱分布中的光转换成红外范围中的第二光谱分布中的光；
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在第一时间段(T2)期间通过所述第一光谱分布范围中的光脉冲激发(S2)所述第一转换颜料(K1)；
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在第一时间间隔(T1)期间检测由测试对象反射或透射的处于所述第一光谱分布范围中的光份额；
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在所述第一时间段(T2)之后的第二时间段(T3)期间检测(S4)所述转换光的由所述测试对象反射或透射的光份额；其中，所述第一时间间隔(T1)选择为，使得所述第一时间间隔(T1)基本上处于针对所述第一转换颜料在所述第一时间段(T2)中的发光寿命内。2.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一时间间隔选择为，使得基本上不检测所述转换光的光份额。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第二时间段(T3)直接与所述第一时间段(T2)衔接。4.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括
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提供(S11)第二转换颜料(K2)，所述第二转换颜料设计用于将第一光谱分布中的光转换成具有红外范围中的第三光谱分布的光；
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通过所述第一光脉冲激发所述第二转换颜料(K2)；
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在所述第二时间段(T3)之后的第三时间段期间检测具有第三光谱分布的转换光的由所述测试对象反射或透射的光份额。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二转换颜料(K2)的发光寿命比所述第一时间段和第二时间段(T2、T3)的总和更长。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述第三光谱分布至少不完全地与所述第二光谱分布重叠。7.根据权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述第三时间段的开始时间取决于所述第一转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不再由所述第一转换颜料进行发光。8.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括
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提供第二转换颜料(K2)，所述第二转换颜料设计用于将所述第一光谱分布或第四光谱分布中的光转换成具有红外范围中的第三光谱分布的光；
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在第五时间段期间通过第一光谱分布范围或者第四光谱分布范围中的光脉冲激发所述第二转换颜料(K2)；
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在第二时间间隔期间检测由所述测试对象反射或透射的处于所述第一光谱分布范围或者第四光谱分布范围中的光份额；
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在所述第五时间段之后的第六时间段期间检测所述转换光的由所述测试对象反射或透射的光份额；其中，所述第二时间间隔选择为，使得所述第二时间间隔基本上处于所述针对第二转换颜料(K2)在所述第五时间段中的发光寿命内。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第五时间段处于所述第三时间段之后。10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一和/或所述第二转换颜料(K1、K2)设计为，使得具有可见范围中的第一光谱分布范围或者第三光谱分布范围的光的一部分不被颜料转换。11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述第一转换颜料设计为，使得具有可见范围中的第一光谱分布的光的30％至70％、尤其是45％至55％被转化。12.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括以下步骤
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在第四时间段期间检测环境光份额，其中，所述第四时间段(T4)处于第二时间段(T3)、第三时间段(T5)和第六时间段其中之一之后。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第四时间段的开始时间取决于所述第一和/或第二转换颜料的弛豫时间并且尤其选择为，使得基本上不再...

【专利技术属性】
技术研发人员：G普莱金格，
申请(专利权)人：艾迈斯欧司朗国际有限责任公司，
类型：发明
国别省市：