[发明专利]光谱仪、用于制造光谱仪的方法和用于运行光谱仪的方法

说明书

本发明涉及一种光谱仪（100），所述光谱仪具有：光学滤波器（102），用于从电磁辐射中滤出所要分析的波长范围；和探测器（104），所述探测器具有至少一个角度敏感像素（106）、尤其是多个角度敏感像素（106），用于根据从所述光学滤波器（102）透过的透射辐射的入射角来探测所述透射辐射的强度。

技术领域

本发明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。本发明的主题也是一种计算机程序。

背景技术

光谱仪例如被用于检查物质或对象的材料成分。这样，例如可以将与对象相互作用的电磁辐射、如可见光或红外光分解成其波长成分，这些波长成分取决于材料地不一样强烈地被吸收。得到如下光谱，该光谱的形状对于特定的物质或者物质的混合物来说是表征性的。所谓的法布里-珀罗光谱仪提供了一种以所希望的方式来分解光的途径，该法布里-珀罗光谱仪的核心包含法布里-珀罗干涉仪、也称为标准具（Etalon）。

在此，入射光束进入到法布里-珀罗干涉仪中，该法布里-珀罗干涉仪由两个对置的平面平行的镜面组成，光在所述镜面上多次被反射。在每次反射时，光的一部分被透射。在法布里-珀罗干涉仪后面形成具有相干的部分光束的射束，这些相干的部分光束可以彼此干涉。如果d是在镜之间的间距，则建设性干涉的条件为2d*cosα = mλ，其中α是入射光束与光轴之间的角度而m是自然数（光谱级）。如果只考虑第一级和平行于光轴入射的光，则只有波长λ的光（和更高级）被透射。通过改变间距d，可以改变法布里-珀罗干涉仪的透射波长。因此，得到可调滤波器，利用该可调滤波器可以在使用相对应的探测器的情况下按顺序记录光谱。如果光没有准确地平行于光轴，则也可能根据入射角α而使其它（蓝移的）波长透射。在没有附加措施的情况下，不同波长的光叠加地射到探测器上。为了将这些波长分开，可以在法布里-珀罗干涉仪后面放置透镜或者一般来说聚焦光学元件。由此，在间距d的情况下透射的、不同的透射波长被映射到探测平面中的同心环上，该同心环的半径取决于入射角α和透镜的焦距。通过使用透镜，可以提高光谱分辨率，而且在静态情况下、也就是说在间距d固定的情况下，在相对应的入射角分布的情况下得到针对有限的光谱范围的光谱。

在US 2002/0126279 A1中描述了一种微型化塔尔博特（Talbot）光谱仪。借助于周期性结构，在该周期性结构的不同间距的情况下产生塔尔博特图像，这些塔尔博特图像由探测器来探测。取决于间距的强度分布被傅里叶变换，以便确定光的光谱。

在DE 10121499 A1中描述了一种光谱设备。这里充分利用了塔尔博特效应，以便选择到达探测器的一种或各个模式。

发明内容

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光谱仪、一种用于制造光谱仪的方法、一种用于运行光谱仪的方法、一种使用该方法的设备和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方案和改进方案都是可能的。

法布里-珀罗光谱仪由于其扁平的结构类型而可以非常好地微型化。在此，能轻易实现低于一毫米的结构高度。不过，微型化的问题是上文所描述的可选的透镜，因为该透镜为了有足够的聚焦质量而需要一定的焦距或数值孔径。这样，在孔径直径为1mm的情况下，焦距为1mm是符合实际的。如果想要增大光谱仪的光学滤波器的面积，以便聚集更多光，则也应该会相对应地增大孔径并且借此也应该会相对应地增大透镜的焦距。这可能将整个光谱仪的厚度提高到几毫米的量级，由此该模块对于一些应用、诸如集成到智能手机中来说已经没有吸引力。这里所描述的方案通过省去聚焦元件并且将角度选择性转移到相对应地构造的探测器中来解决该问题。这里所描述的方案的优点在于：通过使用这种角度敏感的探测器并且与之相关联地省去在探测器与光学滤波器之间的透镜或其它聚焦元件，可以将光谱仪建造得小得多。

提出了一种光谱仪，其具有如下特征：

光学滤波器，用于从电磁辐射中滤出所要分析的波长范围；和