光谱仪装置制造方法及图纸

公开了光谱仪装置(110)。光谱仪装置(110)包括：至少一个滤波元件(114)，其适于将至少一个入射光束分离成组分波长的光谱；至少一个传感器元件(140)，其具有光学传感器(116、142)的矩阵，每个光学传感器(116、142)具有光敏区域，其中每个光学传感器(116、142)被配置为响应于从至少一个对象(112)传播到光谱仪的至少一个光束对光敏区域的照射而产生至少一个传感器信号，其中光学传感器(116、142)中的至少一个第一光学传感器适于响应于被第一组分波长照射而产生第一传感器信号，并且其中光学传感器(116、142)中的至少一个第二光学传感器适于响应于被第一组分波长照射而产生第二传感器信号；至少一个评估装置(120)，其被配置为通过评估第一传感器信号和第二传感器信号的组合信号Q，确定对象(112)的至少一个纵向坐标z，其中评估装置(120)被配置为通过在考虑所确定的纵向坐标z的情况下执行至少一种光谱分析来评估由光学传感器矩阵中的光学传感器(116、142)产生的至少一个传感器信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光谱仪装置
本专利技术涉及一种光谱仪装置，一种用于确定来自至少一个对象的至少一个光束的至少一个光特性的至少一个差异的方法，以及该光谱仪装置的各种用途。通常，此类装置和方法可用于各种应用，例如用于调查或监测的目的，具体是用于红外探测、热探测、火焰探测、火灾探测、烟雾探测、污染监测、工业过程监测、化学过程监测、食品加工过程监测等。然而，其他种类的应用也是可能的。
技术介绍
各种光谱仪装置和系统是已知的。光谱仪通常朝着样品或对象发射光，并测量反射的、透射的、散射的或接收的光。光谱分析基于发射光和接收光之间的差异。光谱仪确定与样品或对象相互作用之前和之后的波长相关强度差异。光谱仪可以进一步确定诸如波长相关偏振差异之类的特性。为了分析与样品或对象相互作用之前和之后的光特性差异，重要的是以最小的变化测量这些光特性。因此，在已知的光谱仪中，光谱仪中与样品或对象相互作用的路径保持固定和封闭。在可移动光谱仪中，相互作用的路径例如由于可移动光谱仪的移动而是可变的。为了甚至在可移动光谱仪上也实现固定和封闭的路径，已知要求装置与样品或对象直接机械接触或将样品或对象布置在特殊的盒子中。然而，直接机械接触可能具有弊端，因为在光学系统被污染时，会使测量劣化。卫生也可能是一个问题。因此，需要防止直接机械接触。然而，非接触式移动光谱学是与高度距离相关的。对于间接移动光谱测量，在与样品相互作用之前，可以使用准直光源来避免发射光的干扰。然而，由于反射和/或散射，接收到的光将不准直，从而导致接收到的光强度的距离相关性。由于强度差异是光谱分析的基础，因此反射光的距离相关性是非接触式光谱学的核心问题。US2017/074652A1描述了一种用于确定至少一个对象的位置的探测器，其中该探测器包括：至少一个光学传感器，其中该光学传感器具有至少一个传感器区域，其中该光学传感器被设计为以依赖于从对象传播到探测器的照射光对传感器区域的照射的方式产生至少一个传感器信号；至少一个分束装置，其中该分束装置适于将照射光分成至少两个分离的光束，其中每个光束沿着光路传播到该光学传感器；至少一个调制装置，其用于调制照射光，其中至少一个调制装置被设置在至少两个光路之一上；以及至少一个评估装置，其中该评估装置被设计为根据至少一个传感器信号产生至少一项信息。US2017/082486A1描述了一种光学探测器，该光学探测器包括：-至少一个空间光调制器，其适于以空间分辨的方式修改光束的至少一个特性，具有像素矩阵，每个像素可被控制以分别修改通过像素的光束的一部分的至少一个光学特性；-至少一个光学传感器，其适于检测通过空间光调制器的像素矩阵之后的光束并产生至少一个传感器信号；-至少一个调制器装置，其适于周期性地以不同的调制频率控制至少两个像素；以及-至少一个评估装置，其适于执行频率分析以便确定针对调制频率的传感器信号的信号分量。
技术实现思路
本专利技术解决的问题因此，本专利技术的目的是提供面对已知装置和方法的上述技术挑战的装置和方法。具体地，本专利技术的目的是提供能够可靠地确定光谱信息的非接触式光谱学的移动光谱学的可移动光谱装置和方法。该问题由具有独立专利权利要求的特征的本专利技术来解决。在从属权利要求和/或在以下说明书和详细的实施例中呈现本专利技术的可单独地或组合地实现的有利发展。如下文所使用的，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任何语法变体以非排他性的方式使用。因此，这些术语可以指本文描述的实体中除了由这些术语引入的特征之外不存在其它特征的情形，也可以指还存在一个或多个其它特征的情形。作为示例，表述“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”可以指A中除了B之外不存在其它要素(即，A仅仅且排他地由B组成)的情形，也可以指实体A中除了B之外还存在一个或多个其它要素(例如要素C、要素C和D、或甚至其它要素)的情形。此外，应注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或者指示特征或要素可以存在一次或多于一次的类似表述通常将仅在引入相应的特征或要素时使用一次。在下文中，在多数情况下，当提及相应的特征或要素时，将不会重复表述“至少一个”或“一个或多个”，但是承认相应的特征或要素可以存在一次或多于一次的事实。此外，如下文所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似的术语可以与可选特征结合使用，而不限制其它可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选的特征，并不意图以任何方式限制权利要求的范围。如本领域的技术人员将认识到的，本专利技术可通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本专利技术的实施例中”或类似表述引入的特征旨在为可选的特征，而对本专利技术的替代实施例没有任何限制，对本专利技术的范围没有任何限制，并且对组合以此方式引入的特征与本专利技术的其它可选的或非可选的特征的可能性没有任何限制。在本专利技术的第一方面，公开了一种光谱仪装置。术语“光谱仪装置”涉及一种能够相对于光谱的相应波长或其一部分(例如波长区间)记录信号强度的装置，其中信号强度可以优选地作为能够用于进一步评估的电信号来提供。具体地，光谱仪装置被配置为执行至少一个光谱测量。如通常所使用的，术语“光谱”是指电磁光谱或波长光谱。具体地，光谱可以是可见光谱范围和/或红外(IR)光谱范围，特别是近红外(NIR)光谱范围的划分。在此，光谱的每个部分由光学信号构成，光学信号由信号波长和相应的信号强度限定。如本文所使用的，术语“光”通常是指电磁辐射的划分，其通常被称为“光谱范围”，并且包括可见光谱范围、紫外光谱范围和红外光谱范围中的一者或多者。在此，术语“紫外光谱范围”通常是指波长为1nm至380nm，优选地为100nm至380nm的电磁辐射。此外，部分地根据在本文发布之日有效版本的标准ISO-21348，术语“可见光谱范围”通常是指380nm至760nm的光谱范围。术语“红外光谱范围”(IR)通常是指760nm至1000μm的电磁辐射，其中760nm至1.5μm的范围通常被称为“近红外光谱范围”(NIR)，而1.5μm至15μm的范围被称为“中红外光谱范围”(MidIR)，15μm至1000μm的范围被称为“远红外光谱范围(FIR)”。优选地，用于本专利技术的典型目的的光是红外(IR)光谱范围内的光，更优选地是近红外(NIR)和中红外(MidIR)光谱范围内的光，尤其是波长为1μm至5μm，优选地为1μm至3μm的光。光谱仪装置包括滤波元件，该滤波元件被配置为将入射光分离成组分波长信号的光谱，该组分波长信号的相应强度通过使用至少一个光学传感器和/或至少一个探测器阵列来确定。如本文所使用的，术语“滤波元件”是指适于将入射光分离成组分波长信号的光谱的光学元件。例如，滤波元件可以是或可以包括至少一个棱镜。例如，滤波元件可以是和/或可以包括至少一个光学滤波器，例如长度可变滤波器，即包括多个滤波器(优选地多个干涉滤波器)的光学滤波器，这些多个滤波器特别地可以以连续滤波器布置的方式提供。在此，每个滤波器可以沿着长度可变滤波器的接收表面上的单个维度(通常用术语“长度”表示)形成(优选地连续地形成)针对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪装置(110)，包括：/n至少一个滤波元件(114)，其适于将至少一个入射光束分离成组分波长的光谱；/n至少一个传感器元件(140)，其具有光学传感器(116、142)的矩阵，每个所述光学传感器(116、142)具有光敏区域，其中每个光学传感器(116、142)被配置为响应于从至少一个对象(112)传播到所述光谱仪的至少一个光束对所述光敏区域的照射而产生至少一个传感器信号，其中所述光学传感器(116、142)中的至少一个第一光学传感器适于响应于被第一组分波长照射而产生第一传感器信号，并且其中所述光学传感器(116、142)中的至少一个第二光学传感器适于响应于被所述第一组分波长照射而产生第二传感器信号；/n至少一个评估装置(120)，其被配置为通过评估所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的组合信号Q，确定所述对象(112)的至少一个纵向坐标z，其中所述评估装置(120)被配置为通过在考虑所确定的纵向坐标z的情况下执行至少一种光谱分析来评估由所述光学传感器的矩阵中的所述光学传感器(116、142)产生的至少一个传感器信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180511 EP 18171823.01.一种光谱仪装置(110)，包括：
至少一个滤波元件(114)，其适于将至少一个入射光束分离成组分波长的光谱；
至少一个传感器元件(140)，其具有光学传感器(116、142)的矩阵，每个所述光学传感器(116、142)具有光敏区域，其中每个光学传感器(116、142)被配置为响应于从至少一个对象(112)传播到所述光谱仪的至少一个光束对所述光敏区域的照射而产生至少一个传感器信号，其中所述光学传感器(116、142)中的至少一个第一光学传感器适于响应于被第一组分波长照射而产生第一传感器信号，并且其中所述光学传感器(116、142)中的至少一个第二光学传感器适于响应于被所述第一组分波长照射而产生第二传感器信号；
至少一个评估装置(120)，其被配置为通过评估所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的组合信号Q，确定所述对象(112)的至少一个纵向坐标z，其中所述评估装置(120)被配置为通过在考虑所确定的纵向坐标z的情况下执行至少一种光谱分析来评估由所述光学传感器的矩阵中的所述光学传感器(116、142)产生的至少一个传感器信号。


2.根据前述权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中所述光谱仪装置(110)是可移动光谱仪装置。


3.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述光谱仪装置(110)被配置用于非接触式光谱学。


4.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述光谱仪装置(110)被配置为使得所述对象(112)与所述光谱仪装置之间的距离是可变的。


5.根据前一权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中所述评估装置(120)被配置为确定所述对象(112)与所述光谱仪装置(110)之间的距离的改变。


6.根据前两项权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述评估装置(120)适于根据所述对象(112)的所确定的纵向坐标z，确定由所述对象(112)与所述光谱仪装置(110)之间的距离引起的光衰减。


7.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述光谱分析包括确定由所述对象(112)的存在引起的至少一个光特性的至少一个差异，其中所述光特性的差异选自：至少一个波长相关强度差异；至少一个波长相关偏振差异。


8.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述组合信号Q通过以下一者或多者导出：形成所述第一信号与所述第二信号的商，或形成所述第二信号与所述第一信号的商；形成所述第一信号的倍数与所述第二信号的倍数的商，或形成所述第二信号的倍数与所述第一信号的倍数的商；形成所述第一信号的线性组合与所述第二信号的线性组合的商，或形成所述第二信号的线性组合与所述第一信号的线性组合的商；形成所述第一信号和所述第二信号的第一线性组合与所述第一信号和所述第二信号的第二线性组合的商。


9.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述评估装置(120)被配置为使用所述组合信号Q与所述对象(112)的所述纵向坐标z之间的至少一种预定关系来确定所述纵向坐标z。


10.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述光谱仪装置(112)包括至少一个照射源(128)，其中所述照射源(128)适于用至少一个照射光束(136)照射所述对象(112)。


11.根据前述权利要求中任一项所述的光谱仪装置(110)，其中所述评估装置(120)被配置为确定被所述第一组分波长照射并且具有最高传感器信号的所述至少一个光学传感器(116、142)以及形成所述第一传感器信号，其中所述第一传感器信号是至少一个中心信号，其中所述评估装置(120)被配置为评估被所述第一波长组分照射的所述矩阵中的所述光学传感器(116、142)的传感器信号以及形成所述第二传感器信号，其中所述第二传感器信号是至少一个和信号，其中所述评估装置被配置为通过组合所述中心信号和所述和信号来确定所述组合信号Q。


12.根据前一权利要求所述的光谱仪装置(110)，其中所述中心信号选自：所述最高传感器信号；位于相对于所述最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·瓦鲁施，W·赫尔梅斯，R·森德，R·古斯特，B·福伊尔施泰因，I·布鲁德，
申请(专利权)人：特里纳米克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE